JP2007104285A - Digital amplifier and switching power supply - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、デジタルアンプおよびスイッチング電源に関し、特に、ノイズの低減に有効なデジタルアンプおよびスイッチング電源に関する。 The present invention relates to a digital amplifier and a switching power supply, and more particularly to a digital amplifier and a switching power supply effective for reducing noise.
近年、AV機器の多機能化・高集積化が進む中で、複合AV機のデジタル化が注目されている。この種の複合AV機としては、CDプレーヤ、AM/FMラジオチューナー、オーディオアンプ等を同一筐体内で構成したAV用のコンポーネントが知られている。 In recent years, with the progress of multi-function and high integration of AV equipment, digitalization of composite AV machines has been attracting attention. As this type of composite AV machine, an AV component in which a CD player, an AM / FM radio tuner, an audio amplifier, and the like are configured in the same casing is known.
さらに、最近では、上述したような複合AV機に組み込まれるオーディオアンプとして、アナログアンプからデジタルアンプへの切替が検討されており、デジタルアンプを用いることで、従来のアナログアンプよりも、小型、低発熱、高音質等が期待できるため、デジタルアンプが複合AV機のオーディオアンプの主流となりつつある。 Furthermore, recently, switching from an analog amplifier to a digital amplifier has been studied as an audio amplifier incorporated in a composite AV machine as described above. By using a digital amplifier, it is smaller and lower in size than a conventional analog amplifier. Since heat generation, high sound quality, etc. can be expected, digital amplifiers are becoming the mainstream of audio amplifiers for composite AV machines.
この種のデジタルアンプでは、音声信号の増幅がスイッチング動作により行われるため、ノイズや歪み対策が重要となる。同様に、スイッチング電源においてもデジタルアンプと同じくスイッチング・パワードライバ回路が用いられるため、このスイッチング回路の出力段には、キャリアリップルノイズと呼ばれる基本波の残留成分が存在する。 In this type of digital amplifier, since an audio signal is amplified by a switching operation, countermeasures against noise and distortion are important. Similarly, since the switching power driver circuit is used in the switching power supply as well as the digital amplifier, a fundamental wave residual component called carrier ripple noise exists in the output stage of the switching circuit.
この残留したリップルノイズが不要ノイズとなって他の回路に悪影響を及ぼすことが多いため、リップルノイズの低減が求められるが、その手法として、出力段フィルタの時定数や次数をアップさせる方法が一般的に適用される。 Since this remaining ripple noise often becomes an unwanted noise and adversely affects other circuits, it is necessary to reduce the ripple noise. However, as a technique, a method of increasing the time constant or order of the output stage filter is generally used. Is applied to.
しかし、フィルタの時定数や次数を増加させると、コストやサイズに影響を与えるため、フィルタは可能な限り最小の時定数と次数で構成することが望ましい。 However, increasing the time constant and order of the filter affects the cost and size, so it is desirable to configure the filter with the smallest possible time constant and order.
ここで、フィルタの時定数や次数を増加させる以外のノイズ低減に対するアプローチとしては、例えば、下記特許文献に記載された手法が知られている。
また、特許文献2には、オーディオ入力信号と出力増幅段の出力信号とを比較し、この比較結果をもとに定電圧電源回路の出力を変調することで、出力増幅段による歪みを低減させる手法が開示されている。 Patent Document 2 compares the audio input signal and the output signal of the output amplification stage, and modulates the output of the constant voltage power supply circuit based on the comparison result, thereby reducing distortion caused by the output amplification stage. A technique is disclosed.
上記各特許文献に示された手法は、いずれも有効な手法と考えられるが、高出力・高品位用途のデジタルアンプに要求されるノイズレベルを達成するには、さらなるノイズの低減が必要であった。 Any of the methods described in the above patent documents is considered to be an effective method. However, in order to achieve the noise level required for a high-power / high-quality digital amplifier, further noise reduction is necessary. It was.
一方、デジタルアンプのオーディオ信号に重畳したスイッチング成分を除去する手法が下記特許文献に記載されている。
しかし、この手法では、非反転のPWM波形と反転させたPWM波形の位相がずれると音声信号に歪みが生じるとともに、無効電力が発生し易く、また、非反転と反転の2つのドライブ回路を用意する必要がある。 However, with this method, if the phase of the non-inverted PWM waveform and the inverted PWM waveform are out of phase, the audio signal is distorted and reactive power is likely to be generated, and two non-inverted and inverted drive circuits are prepared. There is a need to.
また、スイッチング電源のスイッチング成分に起因するリップル成分を除去する手法が下記特許文献に記載されている。
しかし、この手法も前述の特許文献3と同様に、非反転と反転の2つのドライブ回路が必要であり、また、反転側ドライブ回路の出力からリップル成分を抽出するために、インダクタンス値の大きなコイルが必要になる。 However, this method also requires two drive circuits, non-inverted and inverted, as in the above-mentioned Patent Document 3, and a coil with a large inductance value is used to extract a ripple component from the output of the inverted drive circuit. Is required.
そこで、本発明は、簡易な構成でリップル成分の低減に有効なデジタルアンプおよびスイッチング電源を提供する。 Accordingly, the present invention provides a digital amplifier and a switching power supply that are effective in reducing ripple components with a simple configuration.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動される第1のドライブ回路と、前記第1のドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、前記第1のドライブ回路とは別の電源電圧が供給された第2のドライブ回路と、前記第2のドライブ回路の出力を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記フィルタを通過する信号に付加する手段とを具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a digital amplifier that performs switching amplification of an audio signal and outputs the analog signal, and is driven by a pulse modulation circuit that modulates the audio signal and an output of the modulation circuit First drive circuit, a filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the first drive circuit, a speaker driven by the output of the filter, and the first drive A second drive circuit supplied with a power supply voltage different from the circuit, and adding the output of the second drive circuit to a signal passing through the filter via a series circuit of a second coil and a second capacitor And a means for performing the above.
このように、前記第1のドライブ回路とは別の電源電圧が供給された第2のドライブ回路を設けることで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のドライブ回路を2つ設ける構成を取らなくともリップル相殺効果を得ることができる。 As described above, by providing the second drive circuit to which the power supply voltage different from the first drive circuit is supplied, two high power drive drive circuits as described in Patent Document 4 are provided. Even if it does not take the structure to provide, the ripple cancellation effect can be acquired.
ここで、第1のドライブ回路の出力からフィルタを介してスピーカに接続されたラインを主経路とし、第2のドライブ回路から第2のコイルおよび第2のコンデンサを介してフィルタに接続されるラインを副経路とすると、この副経路により第1のトライ部回路の出力に含まれたリップル成分の逆相波形が生成され、この逆相波形が主経路に付加されることで出力リップルの低減が図られる。 Here, a line connected from the output of the first drive circuit to the speaker via the filter is a main path, and a line connected to the filter from the second drive circuit via the second coil and the second capacitor. Is a sub-path, a reverse-phase waveform of the ripple component included in the output of the first trie circuit is generated by this sub-path, and this anti-phase waveform is added to the main path to reduce output ripple. Figured.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のドライブ回路に供給される電源電圧をV1、前記第1のコイルの前記スピーカ側の電圧をV1’前記第2のドライブ回路に供給される電源電圧をV2、前記第2のコイルの前記スピーカ側の電圧をV2’前記第1のコイルのインダクタンスをL1、前記第2のコイルのインダクタンスをL2としたとき、(V1−V1’)/L1=(V2−V2’)/L2の関係を満たすことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the power supply voltage supplied to the first drive circuit is V1, and the voltage on the speaker side of the first coil is V1 ′. When the power supply voltage supplied to the drive circuit is V2, the voltage on the speaker side of the second coil is V2 ′, the inductance of the first coil is L1, and the inductance of the second coil is L2. V1-V1 ′) / L1 = (V2−V2 ′) / L2 is satisfied.
このように、主経路の電源電圧およびコイルのインダクタンス値と、副経路の電源電圧およびコイルのインダクタンス値とを「(V1−V1’)/L1=(V2−V2’)/L2」の条件で設定することで、両コイルに流れる電流の傾きを合わせることができるため、リップル成分を効果的にキャンセルすることができる。 Thus, the power supply voltage of the main path and the inductance value of the coil, and the power supply voltage of the sub path and the inductance value of the coil are in the condition of “(V1−V1 ′) / L1 = (V2−V2 ′) / L2”. By setting, the slopes of the currents flowing through both coils can be matched, so that the ripple component can be canceled effectively.
ここで、V1’およびV2’の値は、音声信号に伴って変化するが、V1−V1’とV2−V2’の比率は、およそ一定になるため、回路定数となるV1、V2、L1、L2を定める場合には、「V1/L1=V2/L2」の条件で決めても良く、また、中間電圧である「(1/2)・V1/L1=(1/2)・V2/L2」の条件としても良い。 Here, the values of V1 ′ and V2 ′ vary with the audio signal, but the ratio of V1-V1 ′ and V2-V2 ′ is approximately constant, so that V1, V2, L1, When L2 is determined, it may be determined under the condition of “V1 / L1 = V2 / L2”, and the intermediate voltage “(1/2) · V1 / L1 = (1/2) · V2 / L2” may be set. It is good also as conditions of ".
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のドライブ回路に供給される電源電圧をV1、前記第2のドライブ回路に供給される電源電圧をV2、前記第1のコイルのインダクタンスをL1、前記第2のコイルのインダクタンスをL2としたとき、V1>V2およびL1>L2の関係を満たすことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the power supply voltage supplied to the first drive circuit is V1, the power supply voltage supplied to the second drive circuit is V2, and the first drive circuit is the second drive circuit. When the inductance of one coil is L1, and the inductance of the second coil is L2, the relationship of V1> V2 and L1> L2 is satisfied.
このように、主経路の電源電圧およびコイルのインダクタンス値と、副経路の電源電圧およびコイルのインダクタンス値とを「V1>V2およびL1>L2」の条件で設定することで、低電圧、小型の構成で好適なリップル相殺効果を得ることができる。 Thus, by setting the power supply voltage of the main path and the inductance value of the coil and the power supply voltage of the sub path and the inductance value of the coil under the conditions of “V1> V2 and L1> L2,” a low voltage, small size A ripple canceling effect suitable for the configuration can be obtained.
また、請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のコイルのインダクタンスをL1、前記第2のコイルのインダクタンスをL2、前記第1のコンデンサの容量値をC1、前記第2のコンデンサの容量値をC2としたとき、L1・C1<L2・C2の関係を満たすことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inductance of the first coil is L1, the inductance of the second coil is L2, the capacitance value of the first capacitor is C1, When the capacitance value of the second capacitor is C2, the relationship of L1 · C1 <L2 · C2 is satisfied.
このように、主経路に設けられたコイルのインダクタンス値およびコンデンサの容量値と、副経路に設けられたコイルのインダクタンス値およびコンデンサの容量値とを「L1・C1<L2・C2」の条件で設定することで、より好適なリップル相殺効果を得ることができる。この条件においては、C2≧C2’/4、L1・C1=L2・C2’の条件を満たすことが望ましい。 In this way, the inductance value of the coil and the capacitance value of the capacitor provided in the main path, and the inductance value and the capacitance value of the capacitor provided in the sub-path under the condition “L1 · C1 <L2 · C2”. By setting, a more preferable ripple canceling effect can be obtained. In this condition, it is desirable to satisfy the conditions of C2 ≧ C2 ′ / 4 and L1 · C1 = L2 · C2 ′.
また、副経路に設けられたコンデンサの容量値C2は、主経路に設けられたコイルのインダクタンス値L1およびコンデンサの容量値C1と同じ共振周波数となる容量値の4分の1以上の容量値に設定することが望ましい。 In addition, the capacitance value C2 of the capacitor provided in the sub path is equal to or more than a quarter of the capacitance value having the same resonance frequency as the inductance value L1 of the coil provided in the main path and the capacitance value C1 of the capacitor. It is desirable to set.
また、請求項5記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第1のドライブ回路に供給される電源電圧と前記第2のドライブ回路に供給される電源電圧とを連動させたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the power supply voltage supplied to the first drive circuit and the power supply voltage supplied to the second drive circuit are linked. Features.
このように、各ドライブ回路の電源電圧を連動させることで、何らかの要因によって電源電圧が変動してもリップル相殺効果を維持することができる。 In this way, by linking the power supply voltages of the drive circuits, the ripple canceling effect can be maintained even if the power supply voltage fluctuates due to some factor.
また、請求項6記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、前記D級ドライブ回路の出力を用いて該D級ドライブ回路の出力に含まれるリップル成分の逆相波形を生成する手段と、前記逆相波形を前記フィルタを通過する信号に付加する手段とを具備することを特徴とする。 The invention described in claim 6 is a digital amplifier for switching and amplifying an audio signal and outputting the analog signal, a pulse modulation circuit for modulating the audio signal, and a class D drive driven by the output of the modulation circuit Circuit, a filter for smoothing the output of the class D drive circuit, a speaker driven by the output of the filter, and a ripple component included in the output of the class D drive circuit using the output of the class D drive circuit And means for generating a negative phase waveform and means for adding the negative phase waveform to a signal passing through the filter.
このように、D級ドライブ回路の出力を用いて逆相波形を生成することで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のドライブ回路を2つ設ける構成を取らなくともリップル相殺効果を得ることができる。 In this way, by generating an antiphase waveform using the output of the class D drive circuit, ripple cancellation can be achieved without having to provide two high power drive circuits as described in Patent Document 4 above. An effect can be obtained.
また、請求項7記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、前記D級ドライブ回路の出力を分岐する手段と、前記分岐した信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記分岐した信号の位相を反転させる位相反転手段と、前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段とを具備することを特徴とする。 The invention according to claim 7 is a digital amplifier for switching and amplifying an audio signal and outputting the analog signal, a pulse modulation circuit for modulating the audio signal, and a class D drive driven by the output of the modulation circuit A circuit, a filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the class D drive circuit, a speaker driven by the output of the filter, and means for branching the output of the class D drive circuit Level adjusting means for adjusting the level of the branched signal, phase inverting means for inverting the phase of the branched signal, and the signal after the phase inversion via a series circuit of a second coil and a second capacitor. And means for adding to the subsequent stage of the first coil.
このように、D級ドライブ回路から分岐した信号のレベルを調整することで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のドライブ回路を2つ設ける構成を取らず、かつ、低電圧駆動で逆相リップル波形を生成することができる。尚、レベル調整手段としては、アッテネータや増幅器等の手段を用いることが可能である。 In this way, by adjusting the level of the signal branched from the class D drive circuit, there is no configuration in which two high power drive drive circuits as described in Patent Document 4 described above are provided, and the low voltage A negative-phase ripple waveform can be generated by driving. As the level adjusting means, means such as an attenuator and an amplifier can be used.
また、請求項8記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、前記パルス変調回路の出力を用いて前記D級ドライブ回路の出力に含まれるリップル成分の逆相波形を生成する手段と、前記逆相波形を前記フィルタを通過する信号に付加する手段とを具備することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is a digital amplifier for switching and amplifying an audio signal and outputting the analog signal, a pulse modulation circuit for modulating the audio signal, and a class D drive driven by the output of the modulation circuit Circuit, a filter for smoothing the output of the class D drive circuit, a speaker driven by the output of the filter, and an inverse of the ripple component included in the output of the class D drive circuit using the output of the pulse modulation circuit And means for generating a phase waveform and means for adding the negative phase waveform to a signal passing through the filter.
このように、パルス変調回路の出力を用いて逆相成分を生成することにより、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のドライブ回路を2つ設ける構成を取らなくともリップル相殺効果を得ることができる。 In this way, by generating the anti-phase component using the output of the pulse modulation circuit, the ripple canceling effect can be obtained without using two high-power drive circuits as described in Patent Document 4 above. Can be obtained.
また、請求項9記載の発明は、音声信号をスイッチング増幅してアナログ出力するデジタルアンプであって、前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、前記D級ドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、前記変調回路の出力レベルを調整するレベル調整手段と、前記変調回路の出力位相を反転させる位相反転手段と、前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段とを具備することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a digital amplifier for switching and amplifying an audio signal for analog output, a pulse modulation circuit for modulating the audio signal, and a class D drive driven by an output of the modulation circuit Circuit, a filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the class D drive circuit, a speaker driven by the output of the filter, and a level adjusting means for adjusting the output level of the modulation circuit Phase inverting means for inverting the output phase of the modulation circuit; means for adding the signal after the phase inversion to a subsequent stage of the first coil via a series circuit of a second coil and a second capacitor; It is characterized by comprising.
このように、変調回路の出力レベルを調整することで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のドライブ回路を2つ設ける構成を取らず、かつ、低電圧駆動で逆相リップル波形を生成することができる。尚、レベル調整手段としては、アッテネータや増幅器等の手段を用いることが可能である。 In this way, by adjusting the output level of the modulation circuit, there is no configuration in which two drive circuits of high power drive as described in Patent Document 4 described above are provided, and the anti-phase ripple is low-voltage driven. Waveforms can be generated. As the level adjusting means, means such as an attenuator and an amplifier can be used.
また、請求項10記載の発明は、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源であって、前記入力電圧のスイッチングを行うスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサと、前記スイッチング回路の出力を分岐する手段と、前記分岐した信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記分岐した信号の位相を反転させる位相反転手段と、前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段とを具備することを特徴とする。
The invention according to
このように、スイッチング回路から分岐した信号のレベルを調整することで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のスイッチング回路を2つ設ける構成を取らなくとも逆相リップル波形を生成することができる。 In this way, by adjusting the level of the signal branched from the switching circuit, a negative-phase ripple waveform can be generated without using two switching circuits driven by high power as described in Patent Document 4 above. can do.
また、請求項11記載の発明は、入力電圧を所定の出力電圧に変換するスイッチング電源であって、所定のパルス波形に従って前記入力電圧のスイッチングを行うスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサと、前記パルス波形のレベルを調整するレベル調整手段と、前記パルス波形の位相を反転させる位相反転手段と、前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段とを具備することを特徴とする。 The invention according to claim 11 is a switching power supply for converting an input voltage into a predetermined output voltage, wherein the switching circuit performs switching of the input voltage according to a predetermined pulse waveform, and smoothes the output of the switching circuit. A first coil and a first capacitor; level adjusting means for adjusting the level of the pulse waveform; phase inverting means for inverting the phase of the pulse waveform; and And means for adding to the subsequent stage of the first coil through a series circuit of two capacitors.
このように、スイッチング回路の駆動波形となるパルス波形のレベルを調整することで、前述の特許文献4に記載されたような大電力駆動のスイッチング回路を2つ設ける構成を取らなくとも逆相リップル波形を生成することができる。 In this way, by adjusting the level of the pulse waveform that is the driving waveform of the switching circuit, the anti-phase ripple can be obtained without providing two switching circuits of high power driving as described in Patent Document 4 described above. Waveforms can be generated.
尚、以上説明した構成において、パルス変調回路としては、PWM変換回路やΔΣ変換回路等を含めてもよく、また、音声信号に対して所定の演算処理を行う機能を含めても良い。デジタルアンプ回路で用いられる変調方式としては、パルス幅変調方式であるPWM(Pulse Width Modulation)、パルス密度変調方式であるPDM(Pulse Density Modulation)があり、デジタルアンプ回路に入力されるデータ形式としては、音楽CDで用いられるPCM(Pulse Code Modulation)がある。 In the configuration described above, the pulse modulation circuit may include a PWM conversion circuit, a ΔΣ conversion circuit, and the like, and may include a function of performing predetermined arithmetic processing on the audio signal. As a modulation method used in the digital amplifier circuit, there are a pulse width modulation method PWM (Pulse Width Modulation) and a pulse density modulation method PDM (Pulse Density Modulation), and the data format input to the digital amplifier circuit is as follows. PCM (Pulse Code Modulation) used in music CDs.
ここで、パルス変調回路に入力される音声信号は、アナログ信号であってもデジタル信号であっても良く、アナログ信号が入力される場合は、当該アナログ信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、A/Dコンバータを介してデジタル信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。 Here, the audio signal input to the pulse modulation circuit may be an analog signal or a digital signal. When an analog signal is input, the analog signal is directly input to the pulse modulation circuit. Any of the configurations that are converted into a pulse signal, or once converted into a digital signal via an A / D converter and then input into the pulse modulation circuit may be used.
一方、デジタル信号が入力される場合は、当該デジタル信号が直接パルス変調回路に入力されて、パルス信号に変換されるか、または、一旦、D/Aコンバータを介して、アナログ信号に変換された後にパルス変調回路に入力される構成のいずれを用いても良い。 On the other hand, when a digital signal is input, the digital signal is directly input to the pulse modulation circuit and converted into a pulse signal or once converted into an analog signal through a D / A converter. Any configuration that is input to the pulse modulation circuit later may be used.
尚、パルス変調回路の実施形態としては、アナログ信号入力の場合は、アナログ入力PWM変調回路またはアナログ入力ΔΣ回路を使用し、デジタル信号入力の場合は、デジタル入力PWM変調回路またはデジタル入力ΔΣ回路を使用すれば良い。 As an embodiment of the pulse modulation circuit, an analog input PWM modulation circuit or an analog input ΔΣ circuit is used for an analog signal input, and a digital input PWM modulation circuit or a digital input ΔΣ circuit is used for a digital signal input. Use it.
また、本発明に係るデジタルアンプは、スイッチングアンプ、デジタルアンプ、D級アンプのいずれも含むものとする。 The digital amplifier according to the present invention includes any of a switching amplifier, a digital amplifier, and a class D amplifier.
以上説明したように、本発明によれば、スイッチング回路の出力に重畳したリップル成分を効果的に抽出することができるため、簡易な構成でデジタルアンプおよびスイッチング電源のノイズレベルを低減させることができる。 As described above, according to the present invention, since the ripple component superimposed on the output of the switching circuit can be extracted effectively, the noise level of the digital amplifier and the switching power supply can be reduced with a simple configuration. .
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified as appropriate.
図1は、本発明に係るデジタルアンプが組み込まれたオーディオコンポーネントの内部構成を示すブロック図である。同図に示すように、このオーディオコンポーネントは、AM/FMラジオ受信部510と、オーディオテープ再生部520と、CD/DVDプレーヤ530と、デジタルアンプ回路を内蔵したデジタルアンプモジュール100とで構成される。
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of an audio component in which a digital amplifier according to the present invention is incorporated. As shown in the figure, the audio component includes an AM / FM
そして、音声信号をアナログ形式で出力するAM/FMラジオ受信部510とオーディオテープ再生部520とがスイッチSW1に接続され、このスイッチSW1で選択された信号がA/Dコンバータ540に入力される。
Then, an AM / FM
AM/FMラジオ受信部510またはオーディオテープ再生部520から出力されたアナログ形式の音声信号は、このA/Dコンバータ540でデジタル信号に変換されて、デジタルアンプモジュール100内のパルス変調器120に入力される。
The analog audio signal output from the AM / FM
一方、音声信号をデジタル形式で出力するCD/DVDプレーヤ530と外部からのデジタル信号を入力するためのポートP3とがスイッチSW2に接続され、このスイッチSW2で選択された信号がデジタルアンプモジュール100内のパルス変調器120に入力される。
On the other hand, a CD /
デジタルアンプモジュール100は、DCDCコンバータ100と、パルス変調器120と、D級ドライバ130と、ローパスフィルタ140と、リップル抽出回路とを内蔵し、AM/FMラジオ受信部510、オーディオテープ再生部、CD/DVDプレーヤ530または外部ポートP3から入力された音声信号を増幅し、ポートP2を介して、オーディオコンポーネント500の外部に設けられたスピーカ620をアナログ出力で差動駆動する。
The
ここで、パルス変調器120とD級ドライバ130とは、DCDCコンバータ110で生成された電力で駆動され、このDCDCコンバータは、オーディオコンポーネント500の外部に設けられたバッテリ610からの電力供給を利用して、パルス変調器120とD級ドライバ130に電圧V1を供給するとともに、ノイズ抽出回路10に電圧V2を供給する。尚、このバッテリ610は、ポートP1に接続され、AM/FMラジオ受信部510、オーディオテープ再生部、CD/DVDプレーヤ530に対しても電力供給を行う。
Here, the
DCDCコンバータ110およびパルス変調器120には、それぞれ図示しないスイッチング用の波形生成回路が設けられ、これらの波形生成回路は、DCDCコンバータのスイッチング周波数とD級ドライバ130のスイッチング周波数のそれぞれに従って駆動波形を生成する。
Each of the
リップル抽出回路10は、電源電圧V2を利用してD級ドライバ130の出力から該出力に含まれたリップル成分の逆相波形を生成し、この生成した逆相波形を主経路となるローパスフィルタ140の出力に付加することで、主経路に重畳したリップル成分をキャンセルする。即ち、このリップル抽出回路は、主経路に含まれたリップル成分の逆相波形を生成するための副経路を構成する。
The
図2は、図1に示すデジタルアンプモジュールの内部構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、このデジタルアンプモジュール100に組み込まれるD級ドライバ130は、ハイサイドのスイッチング素子FET1と、ローサイドのスイッチング素子FET2と、該各スイッチング素子をPWM信号で駆動するドライバアンプAmp1およびAmp2とで構成される。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing an example of the internal configuration of the digital amplifier module shown in FIG. As shown in the figure, the
D級ドライバ130から出力されたパルス信号は、コイルL1とコンデンサC1とで構成されたローパスフィルタ140を通過することでアナログ音声信号が抽出され、リップル抽出回路10を通過することで、主経路に含まれたリップル成分の逆相波形が生成され、この逆相波形がローパスフィルタ140の出力に付加されて、アナログ音声信号に含まれたリップル成分が除去される。
The pulse signal output from the
副経路を構成するリップル抽出回路10は、D級ドライバ130の出力を減衰させるアッテネータ12と、このアッテネータの出力位相を反転させる反転器14と、この反転器の出力を電源電圧V2でドライブするサブドライブ回路16と、このサブドライブ回路の出力から主経路に含まれたリップル成分の逆相波形を生成して主経路に付加するコイルL2およびコンデンサC2とで構成される。
The
ここで、電源電圧V2は、D級ドライブ回路130の電源電圧V1より低い電圧値に設定され、コイルL2は、主経路側に設けられたコイルL1より小さなインダクタンス値に設定される。
Here, the power supply voltage V2 is set to a voltage value lower than the power supply voltage V1 of the class
図3は、図2に示したデジタルアンプ回路のリップル除去原理を示すタイミングチャートである。同図(a)および(b)に示すように、D級ドライバ130の出力信号Aとサブドライブ回路16の出力信号Bとは反転関係にあり、同図(c)および(d)に示すように、D級ドライバ130の出力信号AによってコイルL1に流れる電流IL1と、サブドライブ回路16の出力信号BによってコイルL2に流れる電流IL2とは、、電流の傾きが相互に反転した状態となる。
FIG. 3 is a timing chart showing the principle of ripple removal of the digital amplifier circuit shown in FIG. As shown in FIGS. 9A and 9B, the output signal A of the
ここで、同図(f)に示すように、コイルL2に流れる電流IL2は、コンデンサC2デカップリング効果によって、変化分のみが取り出された信号になるとともに、電源電圧V1およびV2とコイルL1およびL2のインダクタンス値L1およびL2を下式の条件に設定することで、IL1とIL2の波高値が同一となる。尚、図中「I0」はコイルL1に流れる電流の定常分である。 Here, as shown in FIG. 5F, the current IL2 flowing through the coil L2 becomes a signal in which only the change is taken out due to the capacitor C2 decoupling effect, and the power supply voltages V1 and V2 and the coils L1 and L2 By setting the inductance values L1 and L2 to the conditions of the following equation, the peak values of IL1 and IL2 become the same. In the figure, “I0” is a steady portion of the current flowing through the coil L1.
V1/L1=V2/L2
従って、コイルL1に流れる電流IL1に、コイルL2に流れる電流IL2を付加することで、コイルL1に流れる電流IL1のリップル成分がキャンセルされる。
V1 / L1 = V2 / L2
Therefore, the ripple component of the current IL1 flowing through the coil L1 is canceled by adding the current IL2 flowing through the coil L2 to the current IL1 flowing through the coil L1.
尚、上式は、コイルL1のスピーカ側の電圧をV1’コイルL2のスピーカ側の電圧をV2’としたとき、(V1−V1’)/L1=(V2−V2’)/L2の関係で構成しても良い。 The above equation is expressed as (V1−V1 ′) / L1 = (V2−V2 ′) / L2 where the speaker side voltage of the coil L1 is V2 ′ and the speaker side voltage of the coil L2 is V2 ′. It may be configured.
さらに、電源電圧V1およびV2とコイルL1およびL2のインダクタンス値L1およびL2を下式の条件に設定することで、リップル抽出回路10を低電圧駆動で低インダクタンス素子を用いた構成とすることができる。
Furthermore, by setting the power supply voltages V1 and V2 and the inductance values L1 and L2 of the coils L1 and L2 to the following conditions, the
V1>V2
L1>L2
以上説明した条件に従って構成することで、リップル成分を相殺する機構が簡易な構成で得られることになる。
V1> V2
L1> L2
By configuring according to the conditions described above, a mechanism for canceling the ripple component can be obtained with a simple configuration.
以下、「V1/L1=V2/L2」の条件を満たすことで、リップル成分が相殺される原理を補足する。まず、コイルL1に流れる電流IL1は、下式で表すことができる。 Hereinafter, supplementing the principle that the ripple component is canceled by satisfying the condition of “V1 / L1 = V2 / L2”. First, the current IL1 flowing through the coil L1 can be expressed by the following equation.
IL1=(V1−Vout1)・ton/L1
ここで、Vout1:スピーカラインの出力電圧、ton:D級ドライブ回路130のオン時間である。
IL1 = (V1-Vout1) · ton / L1
Here, Vout1: the output voltage of the speaker line, and ton: the ON time of the class
また、コイルL2に流れる電流IL2は、下式で表すことができる。 Further, the current IL2 flowing through the coil L2 can be expressed by the following equation.
IL2=(V2−Vout2)・(Tーton)/L2
ここで、Vout2:サブドライブ回路16の出力電圧、T:スイッチング周期であり、Vout2はコイルL2およびコンデンサC2で平滑された電圧になる。
IL2 = (V2-Vout2). (T-ton) / L2
Here, Vout2 is the output voltage of the
ここで、ノイズの発生源となるリップル電圧Vrippleは、一般に下式で表すことができる。 Here, the ripple voltage Vripple as a noise generation source can be generally expressed by the following equation.
Vripple=1/C・∫IL・dt
従って、コイルのリップル電流ILをゼロにすれば、リップル電圧をゼロにすることと等価になるため、「IL1=IL2」となる条件、即ち、「V1/L1=V2/L2」となる条件に設定することでリップル成分を相殺することができ、この条件を維持した状態で、V2とL2を小さくすれば低電圧化と小型化が可能となる。
Vripple = 1 / C · ∫IL · dt
Accordingly, if the coil ripple current IL is made zero, it is equivalent to making the ripple voltage zero, so that the condition of “IL1 = IL2”, that is, the condition of “V1 / L1 = V2 / L2” is satisfied. The ripple component can be canceled by setting, and if V2 and L2 are reduced while maintaining this condition, the voltage can be reduced and the size can be reduced.
図4は、リップル抽出回路に設けられたコンデンサC2の値とリップル除去効果との関係を示す特性図である。同図(a)は、コンデンサC2の値とリップル除去後のリップル電圧Vrippleとの関係を示す図であり、同図(b)は、コンデンサC2の値とリップル除去後のリップル電流Irippleとの関係を示す図である。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the value of the capacitor C2 provided in the ripple extraction circuit and the ripple removal effect. FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the value of the capacitor C2 and the ripple voltage Vripple after ripple removal, and FIG. 5B is the relationship between the value of the capacitor C2 and the ripple current Iripple after ripple removal. FIG.
同各図に示すように、コンデンサC2の容量値によって、キャンセル後のリップル電圧及びリップル電流が変化するため、コンデンサC2の容量値をコイルC1およびコンデンサCと同じ共振周波数となる容量値の4分の1以上の容量に設定することで、好適なリップル相殺効果を得ることができる。望ましくは、下記の条件を満たす構成とする。 As shown in the figures, since the ripple voltage and ripple current after cancellation change depending on the capacitance value of the capacitor C2, the capacitance value of the capacitor C2 is divided into four quarters of the capacitance value having the same resonance frequency as the coil C1 and the capacitor C. By setting the capacitance to 1 or more, a suitable ripple canceling effect can be obtained. Desirably, the configuration satisfies the following conditions.
L1・C1<L2・C2
C2≧C2’/4
L1・C1=L2・C2’
このように構成することで、より適したリップル除去効果が得られる。
L1 ・ C1 <L2 ・ C2
C2 ≧ C2 ′ / 4
L1 ・ C1 = L2 ・ C2 '
With this configuration, a more suitable ripple removal effect can be obtained.
図5は、図2の構成をBTLに適用した場合の例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、2つのD級ドライブ回路130−1および130−2を用いてスピーカ620を差動駆動するBTL構成に本発明を適用する場合には、各D級ドライブ回路の出力にそれぞれリップル抽出回路10−1および10−2を設ければ良い。その他の構成および条件は図2と同様である。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing an example in which the configuration of FIG. 2 is applied to BTL. As shown in the figure, when the present invention is applied to a BTL configuration in which the
図6は、D級ドライブ回路の電源電圧の変動を考慮した場合の構成例を示す回路ブロック図である。D級ドライブ回路130の電源電圧V1が何らかの動作要因によって変動すると、前述した「V1/L1=V2/L2」の条件から外れてしまうため、同図に示すように、D級ドライブ回路130の電源電圧V1の変動を検出する電圧変動検出回路18を設け、この検出した変動分を抵抗Rを介してサブドライブ回路16の電源電圧V2と連動させることでリップル除去効果を維持させることができる。
FIG. 6 is a circuit block diagram showing a configuration example in consideration of fluctuations in the power supply voltage of the class D drive circuit. If the power supply voltage V1 of the class
図7は、図1に示したパルス変調器120の出力を利用して、リップル成分の逆相波形を生成する場合の第1の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、パルス変調器120が出力する小振幅のPWM信号をアッテネータを介さずにノイズ抽出回路10に入力することでも、リップル相殺効果を得ることができる。その他は図2と同様である。
FIG. 7 is a circuit block diagram showing a first configuration example in the case of generating a reverse-phase waveform of a ripple component using the output of the
図8は、図1に示したパルス変調器120の出力を利用して、リップル成分の逆相波形を生成する場合の第2の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、パルス変調器120から反転PWM信号が得られる場合には、この反転PWM信号をアッテネータおよび反転器を介さずにノイズ抽出回路10に入力することでも、リップル相殺効果を得ることができる。その他は図2と同様である。
FIG. 8 is a circuit block diagram showing a second configuration example in the case of generating a reverse-phase waveform of a ripple component using the output of the
図9は、本発明をスイッチング電源に適用した場合の第1の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、入力電圧V1を所定の電圧に変換して負荷622に供給するスイッチング電源に本発明を適用する場合には、PWM回路20に従ってスイッチング動作を行うスイッチング素子S1およびS2の後段にリップル抽出回路10を接続し、抽出した逆相リップル成分をコンデンサC1の前段で付加すればよい。その他の構成および条件は図2と同様である。
FIG. 9 is a circuit block diagram showing a first configuration example when the present invention is applied to a switching power supply. As shown in the figure, when the present invention is applied to a switching power supply that converts an input voltage V1 into a predetermined voltage and supplies it to a load 622, subsequent stages of switching elements S1 and S2 that perform a switching operation according to the
図10は、本発明をスイッチング電源に適用した場合の第2の構成例を示す回路ブロック図である。同図に示すように、PWM回路20の出力をリップル抽出回路10内の反転器14に入力することでもリップル相殺効果を得ることができる。その他の構成は図9と同様である。
FIG. 10 is a circuit block diagram showing a second configuration example when the present invention is applied to a switching power supply. As shown in the figure, the ripple cancellation effect can also be obtained by inputting the output of the
本発明によれば、簡易な構成でデジタルアンプやスイッチング電源の出力信号からリップル成分を除去することができるため、高品位のデジタルアンプやスイッチング電源への適用が期待される。 According to the present invention, since a ripple component can be removed from an output signal of a digital amplifier or a switching power supply with a simple configuration, application to a high-quality digital amplifier or switching power supply is expected.
10…リップル抽出回路、12…アッテネータ、14…反転器、16…サブドライブ回路、18…電圧変動検出回路、20…PWM回路、100…デジタルアンプモジュール、102…デジタルアンプ回路、110…DCDCコンバータ、120…パルス変調器、130…D級ドライバ、140…ローバスフィルタ、160…PWM回路、500…オーディオコンポーネント、510…AM/FMラジオ受信部、520…オーディオテープ再生部、530…CD/DVDプレーヤ、540…A/Dコンバータ、610…バッテリ、620…スピーカ、622…負荷
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動される第1のドライブ回路と、
前記第1のドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、
前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、
前記第1のドライブ回路とは別の電源電圧が供給された第2のドライブ回路と、
前記第2のドライブ回路の出力を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記フィルタを通過する信号に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。 A digital amplifier that amplifies an audio signal by switching and amplifying it,
A pulse modulation circuit for modulating the audio signal;
A first drive circuit driven by the output of the modulation circuit;
A filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the first drive circuit;
A speaker driven by the output of the filter;
A second drive circuit supplied with a power supply voltage different from the first drive circuit;
And a means for adding the output of the second drive circuit to a signal passing through the filter via a series circuit of a second coil and a second capacitor.
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、
前記D級ドライブ回路の出力を用いて該D級ドライブ回路の出力に含まれるリップル成分の逆相波形を生成する手段と、
前記逆相波形を前記フィルタを通過する信号に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。 A digital amplifier that amplifies an audio signal by switching and amplifying it,
A pulse modulation circuit for modulating the audio signal;
A class D drive circuit driven by the output of the modulation circuit;
A filter for smoothing the output of the class D drive circuit;
A speaker driven by the output of the filter;
Means for generating an anti-phase waveform of a ripple component included in the output of the class D drive circuit using the output of the class D drive circuit;
Means for adding the negative phase waveform to a signal passing through the filter.
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、
前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、
前記D級ドライブ回路の出力を分岐する手段と、
前記分岐した信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記分岐した信号の位相を反転させる位相反転手段と、
前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。 A digital amplifier that amplifies an audio signal by switching and amplifying it,
A pulse modulation circuit for modulating the audio signal;
A class D drive circuit driven by the output of the modulation circuit;
A filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the class D drive circuit;
A speaker driven by the output of the filter;
Means for branching the output of the class D drive circuit;
Level adjusting means for adjusting the level of the branched signal;
Phase inversion means for inverting the phase of the branched signal;
And a means for adding the phase-inverted signal to a subsequent stage of the first coil through a series circuit of a second coil and a second capacitor.
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑するフィルタと、
前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、
前記パルス変調回路の出力を用いて前記D級ドライブ回路の出力に含まれるリップル成分の逆相波形を生成する手段と、
前記逆相波形を前記フィルタを通過する信号に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。 A digital amplifier that amplifies an audio signal by switching and amplifying it,
A pulse modulation circuit for modulating the audio signal;
A class D drive circuit driven by the output of the modulation circuit;
A filter for smoothing the output of the class D drive circuit;
A speaker driven by the output of the filter;
Means for generating an antiphase waveform of a ripple component included in the output of the class D drive circuit using the output of the pulse modulation circuit;
Means for adding the negative phase waveform to a signal passing through the filter.
前記音声信号の変調を行うパルス変調回路と、
前記変調回路の出力で駆動されるD級ドライブ回路と、
前記D級ドライブ回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサを含むフィルタと、
前記フィルタの出力で駆動されるスピーカと、
前記変調回路の出力レベルを調整するレベル調整手段と、
前記変調回路の出力位相を反転させる位相反転手段と、
前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段と
を具備することを特徴とするデジタルアンプ。 A digital amplifier that amplifies an audio signal by switching and amplifying it,
A pulse modulation circuit for modulating the audio signal;
A class D drive circuit driven by the output of the modulation circuit;
A filter including a first coil and a first capacitor for smoothing the output of the class D drive circuit;
A speaker driven by the output of the filter;
Level adjusting means for adjusting the output level of the modulation circuit;
Phase inversion means for inverting the output phase of the modulation circuit;
And a means for adding the phase-inverted signal to a subsequent stage of the first coil through a series circuit of a second coil and a second capacitor.
前記入力電圧のスイッチングを行うスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサと、
前記スイッチング回路の出力を分岐する手段と、
前記分岐した信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記分岐した信号の位相を反転させる位相反転手段と、
前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段と
を具備することを特徴とするスイッチング電源。 A switching power supply that converts an input voltage into a predetermined output voltage,
A switching circuit for switching the input voltage;
A first coil and a first capacitor for smoothing the output of the switching circuit;
Means for branching the output of the switching circuit;
Level adjusting means for adjusting the level of the branched signal;
Phase inversion means for inverting the phase of the branched signal;
And a means for adding the phase-inverted signal to a subsequent stage of the first coil through a series circuit of a second coil and a second capacitor.
所定のパルス波形に従って前記入力電圧のスイッチングを行うスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力を平滑する第1のコイルおよび第1のコンデンサと、
前記パルス波形のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記パルス波形の位相を反転させる位相反転手段と、
前記位相反転後の信号を第2のコイルおよび第2のコンデンサの直列回路を介して前記第1のコイルの後段に付加する手段と
を具備することを特徴とするスイッチング電源。 A switching power supply that converts an input voltage into a predetermined output voltage,
A switching circuit for switching the input voltage according to a predetermined pulse waveform;
A first coil and a first capacitor for smoothing the output of the switching circuit;
Level adjusting means for adjusting the level of the pulse waveform;
Phase inversion means for inverting the phase of the pulse waveform;
And a means for adding the phase-inverted signal to a subsequent stage of the first coil through a series circuit of a second coil and a second capacitor.
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CN104685773A (en) * | 2012-10-11 | 2015-06-03 | 大陆汽车有限公司 | Device for voltage conversion and electrical system having said device |
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2005
- 2005-10-04 JP JP2005291188A patent/JP2007104285A/en not_active Withdrawn
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