JP2007166165A - Audio digital amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低出力電圧リップル特性を実現するためのオーディオディジタルアンプに関するものである。 The present invention relates to an audio digital amplifier for realizing a low output voltage ripple characteristic.
オーディオディジタルアンプは、高効率で、小型軽量化が可能なため、近年、ポータブル機器をはじめとして、需要が拡大している。ディジタルアンプには、一般的に、特許文献1(特開2003−273656号公報)に示すようなフルブリッジ形ディジタルアンプが用いられている。この回路を図9に示す。
図9において、一対の降圧形インバータINV1とINV2は、入力直流電源Eiに並列に接続し、降圧形インバータINV1は、一対のスイッチ素子SHa、SLa、を設け、スイッチ素子SHaとスイッチ素子SLaの中間とスピーカーSP入力端子との間にインダクタLaを設け、インダクタLaの出力側と入力直流電源Eiのマイナス端子間にコンデンサCa、を設け、降圧形インバータINV2は、一対のスイッチ素子SHb、SLb、を設け、スイッチ素子SHbとスイッチ素子SLbの中間とスピーカーSP入力端子との間にインダクタLbを設け、インダクタLbの出力側と入力直流電源Eiのマイナス端子間にコンデンサCb、を設けたものである。
そしてスイッチング制御は、4つのスイッチ素子のうち、スイッチSHaとSLaを対称にオン・オフさせ、これとは逆相で、SHbとSLbを対象にオン・オフさせている。
Since the audio digital amplifier is highly efficient and can be reduced in size and weight, the demand for audio digital amplifiers has been increasing in recent years including portable devices. In general, a full bridge type digital amplifier as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-273656) is used as the digital amplifier. This circuit is shown in FIG.
In FIG. 9, a pair of step-down inverters INV1 and INV2 are connected in parallel to the input DC power supply Ei, and the step-down inverter INV1 is provided with a pair of switch elements SHa and SLa, and is intermediate between the switch element SHa and the switch element SLa. And a speaker SP input terminal, an inductor La is provided, a capacitor Ca is provided between the output side of the inductor La and the negative terminal of the input DC power supply Ei, and the step-down inverter INV2 includes a pair of switch elements SHb and SLb. The inductor Lb is provided between the middle of the switch element SHb and the switch element SLb and the speaker SP input terminal, and the capacitor Cb is provided between the output side of the inductor Lb and the negative terminal of the input DC power supply Ei.
In the switching control, among the four switch elements, the switches SHa and SLa are turned on / off symmetrically, and are turned on / off with respect to SHb and SLb in the opposite phase.
図13に示す回路例2は、モータードライブ等に一般的に用いられるインバータ回路である。この回路は、図9との違いは、インダクタLaとLbの出力間に、一個のコンデンサCSPを設けたところである。この回路のスイッチの駆動は、図14に示すように、180度の位相差で2相駆動させる。つまり、対となるスイッチSHaとSLaと180°の位相差で、対となるスイッチSHbとSLbをスイッチングさせる。このようにする事で、スピーカーの音量が小さい時ほど、インダクタLa、Lbを流れる電流iLa、iLbの交流成分が小さくなるため、スピーカーの電圧歪みや効率が改善できる。ただし、このインバータ回路は、スピーカーがグランド(GND)から浮いた状態となっているため、オーディオディジタルアンプに応用した場合、コモンモードノイズなどが無視できなくなる。また、スピーカーの電圧を検出することも困難である。
本発明では、ディジタルアンプのスピーカーの生じる歪みを低減することを目的とする。 An object of the present invention is to reduce distortion caused by a speaker of a digital amplifier.
本発明におけるディジタルアンプは、2つの降圧形インバータを並列に有し、これらのインバータの出力端子間にスピーカーを接続し、少なくともマイナス端子及び又はプラス端子と各降圧形インバータの出力端子との間にコンデンサを単段又は多段に設け、多くとも前記コンデンサの他に各降圧形インバータの出力端子間にコンデンサを設けたオーディオディジタルアンプにおいて、
一方の降圧形インバータの1対の直列スイッチを対称にオン・オフさせ、これとは逆相で、他方の降圧形インバータの1対の直列スイッチを対称にオン・オフさせると共に、これら2対のスイッチに位相差を持たせて2相駆動させる駆動制御部を設けたことを特徴とするオーディオディジタルアンプ。
即ち本発明のオーディオディジタルアンプは、基本構成が図9に示した従来のフルブリッジ形ディジタルアンプとメイン回路の構成と同じであるが、コンデンサ配置を前記の特徴のように構成し、これをフルブリッジ回路として動作させるのではなく、図13に示したインバータ回路のように、2対のスイッチ素子は位相をずらしてスイッチングさせる。
The digital amplifier according to the present invention has two step-down inverters in parallel, a speaker is connected between the output terminals of these inverters, and at least between the negative terminal and / or the positive terminal and the output terminal of each step-down inverter. In an audio digital amplifier in which a capacitor is provided in a single stage or multiple stages and at most a capacitor is provided between the output terminals of each step-down inverter in addition to the capacitor,
A pair of series switches of one step-down inverter are turned on / off symmetrically, and the pair of series switches of the other step-down inverter are turned on / off symmetrically. An audio digital amplifier, characterized in that a drive control unit for providing a switch with a phase difference for two-phase driving is provided.
That is, the audio digital amplifier of the present invention has the same basic configuration as that of the conventional full-bridge digital amplifier and the main circuit shown in FIG. Instead of operating as a bridge circuit, the two pairs of switch elements are switched at different phases as in the inverter circuit shown in FIG.
本発明のオーディオディジタルアンプは、前記構成によりメイン回路の部品数を増やすことなく、スピーカー端子間に生じるひずみ(リップル)を小さくすることができるため音質が向上する。さらに、入出力コンデンサやインダクタの小型化が可能となる。 The audio digital amplifier of the present invention improves the sound quality because the distortion (ripple) generated between the speaker terminals can be reduced without increasing the number of parts of the main circuit by the above configuration. Furthermore, the input / output capacitor and the inductor can be reduced in size.
発明を実施するための最良の形態は以下の実施例と共に説明する。 The best mode for carrying out the invention will be described with the following examples.
図1に本発明のオーディオディジタルアンプの実施例1の回路図を示す。また、図2に図1回路各部のスイッチング制御の波形を示す。図1において、メイン回路構成は、図9と同じ例で同一部分は同一符号を付してあり、一対の降圧形インバータINV1とINV2は、入力直流電源Eiに並列に接続し、降圧形インバータINV1は、一対のスイッチ素子SHa、SLa、を設け、スイッチ素子SHaとスイッチ素子SLaの中間とスピーカーSP入力端子との間にインダクタLaを設け、インダクタLaの出力側と入力直流電源Eiのマイナス端子間にコンデンサCa、を設け、降圧形インバータINV2は、一対のスイッチ素子SHb、SLb、を設け、スイッチ素子SHbとスイッチ素子SLbの中間とスピーカーSP入力端子との間にインダクタLbを設け、インダクタLbの出力側と入力直流電源Eiのマイナス端子間にコンデンサCb、を設けたものである。
スイッチの駆動制御には、2相駆動制御部Driを用いて、スイッチSHaとSLaを対称にオン・オフさせ、これとは逆相で、SHbとSLbを対称にオン・オフさせる。ただし、これら2対のスイッチは、180度の位相差で2相駆動させる。
FIG. 1 shows a circuit diagram of
For the drive control of the switch, the two-phase drive control unit Dri is used to turn on and off the switches SHa and SLa symmetrically, and on the other hand, the SHb and SLb are turned on and off symmetrically. However, these two pairs of switches are driven in two phases with a phase difference of 180 degrees.
実施例2としては、コンデンサとインダクタの接続方法例を各種紹介する。
接続方法例は、前記特徴に記載の通り複数存在し、図3から図7にその接続例を示す。また、コンデンサとインダクタを複数段接続することも可能であり2段接続の一例を図8に示す。そしてこれらいずれのスイッチ駆動制御も実施例1の図2に示すものと同様のスイッチ駆動制御によりリップル削減効果を得ることができるのでその説明を省略する。
なお、図3から図8において、各回路の各構成部分は、図1に示す同一部分には同一符号を付して説明を省略し、コンデンサ配置のみを次に紹介する。
図3におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのマイナス端子及びプラス端子と各降圧形インバータINV1とINV2のインダクタLa、Lbの出力端子との間にコンデンサCHa、CHb、CLa、CLbを設けたものである。
図4におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのマイナス端子と各降圧形インバータINV1とINV2のインダクタLa、Lbの出力端子との間にコンデンサCa、CSPを設けたものである。
図5におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのプラス端子と各降圧形インバータINV1とINV2のインダクタLa、Lbの出力端子との間にコンデンサCa、Cbを設けたものである。
図6におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのプラス端子と各降圧形インバータINV1のインダクタLaの出力端子との間にコンデンサCaを設け、更に入力直流電源Eiのマイナス端子と降圧形インバータINV2のインダクタLbの出力端子との間コンデンサCbを設けたものである。
図7におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのプラス端子と降圧形インバータINV1のインダクタLaの出力端子との間にコンデンサCaを設け、更に降圧形インバータINV1のインダクタLaの出力端子と降圧形インバータINV2のインダクタLbの出力端子との間に、コンデンサCSPを設けたものである。
図8におけるコンデンサ配置は、入力直流電源Eiのマイナス端子及び又はプラス端子と各降圧形インバータINV1とINV2の直列一対のインダクタLa、LbとLa'、Lb'の各出力端子との間にコンデンサCa、Ca'、Cb 、Cb'を設けた多段式のものである。
この他にコンデンサ配置は、複数例が存在するが、その何れもが少なくとも一個のコンデンサが入力直流電源Eiのマイナス端子又はプラス端子に接続している即ちグランドしていることが条件である。
As Example 2, various examples of connection methods of capacitors and inductors will be introduced.
There are a plurality of connection method examples as described in the above feature, and FIG. 3 to FIG. 7 show connection examples. Further, it is possible to connect a plurality of capacitors and inductors, and an example of a two-stage connection is shown in FIG. In any of these switch drive controls, the ripple reduction effect can be obtained by the switch drive control similar to that shown in FIG.
3 to 8, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only the capacitor arrangement will be introduced next.
The capacitor arrangement in FIG. 3 is such that capacitors CHa, CHb, CLa, and CLb are provided between the negative and positive terminals of the input DC power supply Ei and the output terminals of the inductors La and Lb of each step-down inverter INV1 and INV2. is there.
The capacitor arrangement in FIG. 4 is such that capacitors Ca and CSP are provided between the negative terminal of the input DC power supply Ei and the output terminals of the inductors La and Lb of the step-down inverters INV1 and INV2.
The capacitor arrangement in FIG. 5 is such that capacitors Ca and Cb are provided between the plus terminal of the input DC power supply Ei and the output terminals of the inductors La and Lb of the step-down inverters INV1 and INV2.
The capacitor arrangement in FIG. 6 is such that a capacitor Ca is provided between the positive terminal of the input DC power supply Ei and the output terminal of the inductor La of each step-down inverter INV1, and further the negative terminal of the input DC power supply Ei and the inductor of the step-down inverter INV2. A capacitor Cb is provided between the output terminal of Lb.
In the capacitor arrangement in FIG. 7, a capacitor Ca is provided between the positive terminal of the input DC power supply Ei and the output terminal of the inductor La of the step-down inverter INV1, and further, the output terminal of the inductor La of the step-down inverter INV1 and the step-down inverter INV2. The capacitor CSP is provided between the output terminal of the inductor Lb.
The capacitor arrangement in FIG. 8 is such that the capacitor Ca is placed between the negative terminal and / or positive terminal of the input DC power supply Ei and the output terminals of a pair of series inductors La, Lb and La ′, Lb ′ of the step-down inverters INV1 and INV2. , Ca ′, Cb, and Cb ′.
In addition to this, there are a plurality of examples of capacitor arrangements, but in any case, at least one capacitor is connected to the minus terminal or the plus terminal of the input DC power supply Ei, that is, is grounded.
オーディオディジタルアンプはアナログアンプに比べて効率が良く、小型化が可能であるため、小型化と電池寿命の向上が重要なポータブル電子機器に利用されはじめている。また、薄型テレビ、5.1chシアターシステム、カーオーディオの小型化、低消費電力化にも貢献する。 Audio digital amplifiers are more efficient than analog amplifiers and can be miniaturized, so they are beginning to be used in portable electronic devices where miniaturization and improved battery life are important. It also contributes to miniaturization and low power consumption of flat-screen TVs, 5.1ch theater systems, and car audio.
Ei 入力直流電源
SHa、SHb、 SLa、SLb スイッチ素子
Ca、Cb、CHa、CHb、CLa、CLb、CSP、Ca'、Cb' コンデンサ
La、Lb、La'、Lb' インダクタ
SP スピーカー
Ei input DC power supply
SHa, SHb, SLa, SLb Switch element
Ca, Cb, CHa, CHb, CLa, CLb, CSP, Ca ', Cb' capacitors
La, Lb, La ', Lb' inductors
SP speaker
Claims (1)
一方の降圧形インバータの1対の直列スイッチを対称にオン・オフさせ、これとは逆相で、他方の降圧形インバータの1対の直列スイッチを対称にオン・オフさせると共に、これら2対のスイッチに位相差を持たせて2相駆動させる2相駆動制御部を設けたことを特徴とするオーディオディジタルアンプ。
Two step-down inverters are connected in parallel, a speaker is connected between the output terminals of these inverters, and a capacitor is provided between the negative terminal and / or the positive terminal and the output terminal of each step-down inverter, or the capacitor In other audio digital amplifiers with capacitors between the output terminals of each step-down inverter,
A pair of series switches of one step-down inverter are turned on / off symmetrically, and the pair of series switches of the other step-down inverter are turned on / off symmetrically. An audio digital amplifier comprising a two-phase drive control unit for causing a switch to have a phase difference and two-phase driving.
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