JP2007180695A - Pwm modulation type class d amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration in characteristic due to interference between PWM modulation type class D amplifiers of a plurality of channels. <P>SOLUTION: A class D amplifier which PWM-modulates an audio signal, places an output driving circuit in operation, and removes higher harmonic components from its output to generate an audio output is configured to perform amplitude modulation in mutually opposite directions by inverting modulation directions of PWM control signals from a PWM modulation control circuit 2 to a plurality of output driving circuits 3 and 4 within one cycle along a time base, or configured to alternately generate outputs, cycle by cycle. Consequently, operation peaks of the output driving circuits 3 and 4 are dispersed and then a load variation quantity is suppressed to reduce characteristic deterioration due to interference between the output driving circuits. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、デジタルオーディオ増幅器に用いられるPWM(Pulse Width Modulation)変調方式D級増幅器に関し、特にステレオ音声出力などのような、同一タイミングで複数のPWM制御を行う回路に関するものである。   The present invention relates to a PWM (Pulse Width Modulation) modulation class D amplifier used in a digital audio amplifier, and more particularly to a circuit that performs a plurality of PWM controls at the same timing, such as stereo audio output.

近年、PWM変調方式D級増幅器は、デジタルオーディオ増幅器として採用されており、デジタル信号を変換して可聴周波数帯よりもはるかに高い周期の出力矩形波のデューティを変化させてPWM変調して出力駆動回路で電力増幅してそれを積分することでアナログ出力を得ることが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、増幅器間の相互干渉を低減し歪率特性の改善を図った自走式PWM増幅器を構成しているものもある(例えば、特許文献2参照)。   In recent years, PWM modulation class D amplifiers have been adopted as digital audio amplifiers, which convert digital signals, change the duty of output rectangular waves with a period much higher than the audible frequency band, and perform PWM modulation to drive output. It is known to obtain an analog output by amplifying power by a circuit and integrating it (see, for example, Patent Document 1). There is also a self-running PWM amplifier that reduces mutual interference between amplifiers and improves distortion rate characteristics (see, for example, Patent Document 2).

他にも、PWM変調の位相を変えることにより、GNDや電源ラインの電位変動を抑えて性能を向上するように構成しているものもある(例えば、特許文献3参照)。   In addition, there is a configuration in which the performance is improved by changing the phase of PWM modulation to suppress the potential fluctuation of the GND and the power supply line (for example, see Patent Document 3).

図7は従来のPWM変調方式D級増幅器のブロック図を示す。図7において、音声信号をデジタル信号形態で出力するデジタル信号部1からの音声信号を受けて、PWM変調制御回路2a、2bは出力駆動回路3a、4aを駆動するためのPWM変調波形を作りだす。   FIG. 7 shows a block diagram of a conventional PWM modulation class D amplifier. In FIG. 7, in response to the audio signal from the digital signal unit 1 that outputs the audio signal in the form of a digital signal, the PWM modulation control circuits 2a and 2b create PWM modulation waveforms for driving the output drive circuits 3a and 4a.

第1および第2の出力駆動回路3a、4aはこのPWM変調波を受けて電力増幅を行う。インダクタとコンデンサで構成されたローパスフィルタ5、6は、電力増幅されたPWM変調波形から高調波成分を除去して、スピーカ7、8を鳴らすよう接続されている。一般的には、PWM変調制御回路2a、2bは、同一の変調動作を行なう構成となっている。音響機器の出力は、通常はステレオ構成となっており、図1に示すとおりLチャンネル側、Rチャンネル側といった複数の構成で出力されている。
特開2000−68835号公報 特開2003−110375号公報 特開2004−48333号公報
The first and second output drive circuits 3a, 4a receive this PWM modulated wave and perform power amplification. The low-pass filters 5 and 6 composed of an inductor and a capacitor are connected so that the harmonic components are removed from the power-amplified PWM modulation waveform and the speakers 7 and 8 are sounded. Generally, the PWM modulation control circuits 2a and 2b are configured to perform the same modulation operation. The output of the audio equipment usually has a stereo configuration, and is output in a plurality of configurations such as an L channel side and an R channel side as shown in FIG.
JP 2000-68835 A JP 2003-110375 A JP 2004-48333 A

しかし、このような従来のPWM変調方式D級増幅器において、電力増幅を得るための出力駆動回路3a、4aの電流負荷変動が大きいために、電源供給回路9の出力電圧が振られることにより、他チャンネルのPWM変調波形の振幅を振らしてしまうことによる相互漏れが発生する欠点があった。   However, in such a conventional PWM modulation class D amplifier, since the current load fluctuations of the output drive circuits 3a and 4a for obtaining power amplification are large, the output voltage of the power supply circuit 9 is swung, so that There has been a drawback that mutual leakage occurs due to fluctuation of the amplitude of the PWM modulation waveform of the channel.

そのために、電源供給回路9の電圧供給レベルが非常に安定していることが必要となったり、PWM変調制御回路2a、2bや出力駆動回路3a、4aの共通インピーダンスを下げるなどの配慮をしなければならないといった問題があった。特にPWM変調されている出力矩形波が可聴周波数帯よりもはるかに高い周波数帯域での振幅変動をもたらすため、出力駆動回路の負荷変動を安定させ、複数のD級増幅器間の相互干渉による特性の劣化を抑えることが困難である。   Therefore, it is necessary to consider that the voltage supply level of the power supply circuit 9 must be very stable, or to reduce the common impedance of the PWM modulation control circuits 2a and 2b and the output drive circuits 3a and 4a. There was a problem that had to be done. In particular, the PWM-modulated output rectangular wave causes amplitude fluctuation in a frequency band much higher than the audible frequency band, so that the load fluctuation of the output drive circuit is stabilized, and the characteristic due to mutual interference between a plurality of class D amplifiers It is difficult to suppress deterioration.

本発明は、PWM変調の出力駆動回路の負荷変動幅を低減し、相互干渉による特性の劣化を抑えたPWM変調方式D級増幅器を提供することを目的としてなされたものである。   An object of the present invention is to provide a PWM modulation class D amplifier that reduces a load fluctuation range of an output drive circuit for PWM modulation and suppresses deterioration of characteristics due to mutual interference.

本発明の第1発明のPWM変調方式D級増幅器は、PWM制御方式によって低域信号音を出力するD級増幅器であって、音声信号をデジタル信号形態で出力するデジタル信号部と、前記デジタル信号部からの出力を受けて、D級オーディオ出力回路駆動のためのPWM変調されたPWM制御信号を生成するPWM変調制御回路と、PWM制御信号を電力変換しPWM波形を出力させる第1の出力駆動回路および第2の出力駆動回路と、前記第1の出力駆動回路および第2の出力駆動回路の出力のPWM波形から高調波成分を除去しオーディオ周波数帯だけを通過させる第1のローパスフィルタおよび第2のローパスフィルタと、前記出力駆動回路に駆動電流を供給する電源供給回路とを備え、前記PWM変調制御回路は第1の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調方向と第2の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調方向とを時間軸に対して1周期内で反転させて互いに逆方向へのパルス幅変調になるように変調させるように構成したことを特徴とするもので、駆動回路の動作ピークを分散させ、また2つを合わせた電圧負荷の変動を最大でも従来の2分の1に抑えることができ、複数チャンネル間の相互干渉による特性の劣化の低減と、電源供給回路の電圧安定能力の軽減をおこなうという作用を有する。   A PWM modulation class D amplifier according to the first aspect of the present invention is a class D amplifier that outputs a low-frequency signal sound by a PWM control system, and a digital signal unit that outputs an audio signal in the form of a digital signal, and the digital signal A PWM modulation control circuit that receives an output from the unit and generates a PWM modulated PWM control signal for driving a class D audio output circuit, and a first output drive that converts the PWM control signal into power and outputs a PWM waveform Circuit, a second output drive circuit, a first low-pass filter that removes harmonic components from the PWM waveforms of the outputs of the first output drive circuit and the second output drive circuit and passes only the audio frequency band, and And a power supply circuit that supplies a drive current to the output drive circuit, and the PWM modulation control circuit applies to the first output drive circuit. The modulation direction of the PWM control signal to be modulated and the modulation direction of the PWM control signal applied to the second output drive circuit are inverted within one cycle with respect to the time axis so that the pulse width modulation is performed in the opposite direction. The operation peak of the drive circuit is distributed, and the fluctuation of the voltage load of the two can be suppressed to a maximum of half of the conventional one. This reduces the deterioration of characteristics due to mutual interference and reduces the voltage stabilization capability of the power supply circuit.

また、本発明の第2発明のPWM変調方式D級増幅器は、第1発明において、前記PWM変調制御回路は、第1の出力駆動回路に印加するPWM制御信号と第2の出力駆動回路に印加するPWM制御信号とを1周期ごとに交互に出力させることを特徴とするもので、一方のチャンネルの変調度の状態に影響されずにオーディオ出力を分離できるという作用を有する。   In the PWM modulation class D amplifier according to the second aspect of the present invention, the PWM modulation control circuit is applied to the first output drive circuit and the PWM control signal applied to the first output drive circuit. This is characterized in that the PWM control signal to be output is alternately output every cycle, and has the effect that the audio output can be separated without being affected by the state of the modulation degree of one channel.

本発明の第3発明のPWM変調方式D級増幅器は、第1発明において、さらに第3の出力駆動回路を備え、前記PWM変調制御回路は前記第3の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調においては、無変調時は4分の1周期から4分の3周期の区間を出力し、プラス変調の場合は、4分の1周期から4分の0周期方向と4分の3周期から4分の4周期方向との合成で変調をかけ、マイナス変調の場合は、4分の1周期から4分の2周期方向と4分の3周期から4分の2周期方向との合成で変調をかけることにより、3組のマルチチャンネル増幅器においても出力駆動回路の動作ピークを分散させ、また3つの出力駆動回路を合わせた電圧負荷変動を抑えることができ、各チャンネルの相互干渉による特性の劣化の低減と、電源供給回路の電圧安定能力の軽減をおこなうことができるという作用を有する。   According to a third aspect of the present invention, the PWM modulation class D amplifier further comprises a third output drive circuit in the first invention, and the PWM modulation control circuit is configured to transmit a PWM control signal applied to the third output drive circuit. In modulation, a period from a quarter cycle to a quarter cycle is output when there is no modulation, and in the case of plus modulation, from the quarter cycle to the quarter cycle direction and from the third quarter cycle. Modulation is performed by combining with the quarter quarter direction, and in the case of negative modulation, modulation is performed by combining the quarter period to the quarter period direction and the quarter period to the quarter period direction. By applying, the operation peaks of the output drive circuit can be dispersed even in the three sets of multi-channel amplifiers, and the voltage load fluctuations of the three output drive circuits can be suppressed, and the characteristics deteriorate due to the mutual interference of each channel. Reduction and power supply circuit Such an action can be performed to reduce the voltage stabilization capacity.

本発明のPWM変調方式D級増幅器は、2チャンネル増幅器においては2つの出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調方向を、時間軸に対して1周期内で逆方向への振幅変調になるように変調させたPWM変調したため、出力駆動回路の動作ピークを分散させ、また2つを合わせた電圧負荷の変動を最大でも従来の2分の1に抑えることができ、また多チャンネルにも展開可能なので、複数チャンネルの相互干渉による特性の劣化の低減と、電源供給回路の電圧安定能力の軽減をおこなうことができるという有利な効果が得られる。   The PWM modulation class D amplifier of the present invention is such that the modulation direction of the PWM control signal applied to the two output drive circuits in the two-channel amplifier is amplitude modulated in the reverse direction within one cycle with respect to the time axis. Since the PWM modulation is performed, the operation peak of the output drive circuit is dispersed, and the fluctuation of the voltage load of the two can be suppressed to a maximum of half of the conventional one, and can be expanded to multiple channels. Therefore, there are obtained advantageous effects that it is possible to reduce the deterioration of characteristics due to mutual interference among a plurality of channels and to reduce the voltage stabilization capability of the power supply circuit.

以下、本発明のPWM変調方式D級増幅器を実施すための最良の形態について、図1から図6を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the PWM modulation class D amplifier of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるPWM変調方式D級増幅器のブロック図、図2は同じく実施の形態1におけるPWM波形を示す説明図、図3は同じく実施の形態1における無変調時の負荷変動量を示す説明図、図4は同じく実施の形態1における変調時の負荷変動量を示す説明図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a PWM modulation class D amplifier according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the PWM waveform in the first embodiment, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the load fluctuation amount at the time of modulation in the first embodiment.

図1において、デジタル信号部1は音声信号をデジタル信号形態で出力する。PWM変調制御回路2は、デジタル信号部1からの出力を受けて、D級オーディオ出力回路駆動のためのPWM変調された制御信号を生成する。第1の出力駆動回路3は、このPWM制御信号を電力変換しスピーカを駆動させる。第2の出力駆動回路4は、同じくPWM制御信号を電力変換しPWM波形を出力する。第1のローパスフィルタ5と第2のローパスフィルタ6は、PWM波形から高調波成分を除去しオーディオ周波数帯だけを通過させる。第1のスピーカ7と第2のスピーカ8は、それぞれローパスフィルタ5、6を通過したオーディオ出力を音に変換して出力する。電源供給回路9は、それぞれの出力駆動回路3、4に駆動電流を供給する。   In FIG. 1, a digital signal unit 1 outputs an audio signal in the form of a digital signal. The PWM modulation control circuit 2 receives the output from the digital signal unit 1 and generates a PWM-modulated control signal for driving the class D audio output circuit. The first output drive circuit 3 converts the power of the PWM control signal to drive the speaker. Similarly, the second output drive circuit 4 converts the power of the PWM control signal and outputs a PWM waveform. The first low-pass filter 5 and the second low-pass filter 6 remove harmonic components from the PWM waveform and pass only the audio frequency band. The first speaker 7 and the second speaker 8 convert the audio output that has passed through the low-pass filters 5 and 6 into sound and output the sound. The power supply circuit 9 supplies a drive current to each of the output drive circuits 3 and 4.

以上のように構成された本実施形態のPWM変調方式D級増幅器について、以下その動作を説明する。音響機器の出力は、通常はステレオ構成となっており、Lチャンネル側、Rチャンネル側を出力するために、複数の出力駆動回路で構成される。この実施形態では第1のPWM信号11aはLチャンネル信号を、第2のPWM信号11bはRチャンネル信号であるとする。この複数の出力駆動回路に送出するPWM変調波形を図2の(b)に示す。PWM変調は、ある一定の周期幅の中でパルス幅を変化させることにより、その変調度を決定する変調方式である。プラス量とマイナス量が釣り合ったデューティ比が50%の位置を変調度0%とすると、波形11aに示す第1のPWM信号は、時間軸の左方に向かうマイナス変調部分は正電圧出力を行い、変調度0%を経由してプラス変調に切り換わると電圧出力を停止させるように設定されている。これに対して、11bに示す第2のPWM信号は、時間軸の左方に向かうプラス変調時には電圧出力を停止させておいて、変調度0%を経由してマイナス変調に切り換わると正電圧出力を行う。つまり、PWM変調の1周期内で、時間軸に対してデューティ比が50%(変調度0%)を中心にして方向を反転させて変調をするように、PWM変調制御回路2の出力の制御を行う。   The operation of the PWM modulation class D amplifier of this embodiment configured as described above will be described below. The output of the audio equipment is usually a stereo configuration, and is configured by a plurality of output drive circuits in order to output the L channel side and the R channel side. In this embodiment, the first PWM signal 11a is an L channel signal, and the second PWM signal 11b is an R channel signal. The PWM modulation waveform sent to the plurality of output drive circuits is shown in FIG. PWM modulation is a modulation method that determines the degree of modulation by changing the pulse width within a certain period width. Assuming that the position where the duty ratio is 50% in which the plus amount and minus amount are balanced is 0%, the first PWM signal shown in the waveform 11a outputs a positive voltage at the minus modulation portion toward the left of the time axis. The voltage output is set to stop when switching to the plus modulation via the modulation degree 0%. On the other hand, the second PWM signal indicated by 11b stops the voltage output at the time of positive modulation toward the left of the time axis, and switches to negative modulation via a modulation degree of 0%. Output. In other words, the output of the PWM modulation control circuit 2 is controlled so that the modulation is performed with the direction reversed with respect to the time axis centered on 50% (modulation degree 0%) within one period of the PWM modulation. I do.

比較として図2(a)に、従来のPWM波形を示す。これは従来の図7における第1のPWM信号10a、第2のPWM信号10bの変調方向を示すものである。この図からもわかるように、図2(a)でのPWM信号10aとPWM信号10bの変調の方向に対して、図2(b)のPWM信号11aとPWM信号11bの変調の方向は、時間軸に対して、互いに逆向きであると言える。   As a comparison, FIG. 2A shows a conventional PWM waveform. This shows the modulation directions of the first PWM signal 10a and the second PWM signal 10b in FIG. As can be seen from this figure, the modulation direction of the PWM signal 11a and the PWM signal 11b in FIG. 2B is the time of the modulation direction of the PWM signal 10a and the PWM signal 10b in FIG. It can be said that the directions are opposite to each other.

図3は、変調度0%(デューティ比が50%)固定時のPWM制御における1周期の第1、第2のPWM信号とそれに対する出力駆動回路電流の負荷変動量を現したものである。図3(a)に示す従来のPWM制御信号の印加方式であれば、最初の1/2周期は、第1のPWM信号(電圧)を12a、第2のPWM信号(電圧)を12bとすると、PWM信号12a、12bともに正電圧出力となり、この期間出力駆動回路3a、出力駆動回路4aは、どちらも駆動電流を流すために、電源供給回路9は2つ分の電流供給を行う必要がある。また後の1/2周期においては、第1のPWM信号12a、第2のPWM信号12bはともに出力を行わないため、電源供給回路9は、電流供給を行う必要がない。このように、負荷変動量12cに示す高さの負荷変動量が発生する。これに対して、図3(b)のように第1のPWM信号を13aとし、第2のPWM信号を13bとすると相互の変調方向を反転させることにより、図3(b)の波形13cに示すとおり、負荷変動量は、相対値でも図3(a)の12cの1/2の幅内となり、変調度0%(デューティ比50パーセント)に固定した時であれば、波形13cのように負荷変動は一切発生しないこととなる。   FIG. 3 shows the first and second PWM signals in one cycle in the PWM control when the modulation degree is fixed at 0% (duty ratio is 50%) and the load fluctuation amount of the output drive circuit current corresponding thereto. In the conventional PWM control signal application method shown in FIG. 3A, the first PWM signal (voltage) is 12a and the second PWM signal (voltage) is 12b in the first half cycle. The PWM signals 12a and 12b are both positive voltage outputs. During this period, both the output drive circuit 3a and the output drive circuit 4a pass drive current, so the power supply circuit 9 needs to supply two currents. . Further, in the subsequent half cycle, neither the first PWM signal 12a nor the second PWM signal 12b outputs, so the power supply circuit 9 does not need to supply current. In this way, a load fluctuation amount having a height indicated by the load fluctuation quantity 12c is generated. On the other hand, when the first PWM signal is 13a and the second PWM signal is 13b as shown in FIG. 3B, the mutual modulation directions are reversed, so that the waveform 13c of FIG. As shown, the load fluctuation amount is within the range of 1/2 of 12c in FIG. 3 (a) even in relative value, and when the modulation degree is fixed at 0% (duty ratio 50%), as shown in the waveform 13c. No load fluctuation will occur.

音声信号の変調度の変動にともない、実際のPWM変調波形は、いろいろな組み合わせが発生することとなる。図4に、その一例としての第1のPWM信号と第2のPWM信号、およびその時の負荷変動量を図示して説明する。図4(a)の波形14a〜14cは、従来の変調状態で、第2のPWM信号を無変調として第1のPWM信号の変調度を0から徐々に下げた時の波形、波形15a〜15cは、従来の変調状態で、PWM信号2を無変調としてPWM信号1の変調度を0から徐々に上げた時の波形、図4(b)の波形16a〜16cは、本発明の変調状態で、第2のPWM信号16bを無変調として第1のPWM信号16aの変調度を0から徐々に下げた時の波形、波形17a〜17cは、本発明の変調状態で、第2のPWM信号17bを無変調として第1のPWM信号17aの変調度を0から徐々に上げた時の波形を示す。第1または第2のPWM信号だけが加わった時の、過渡的な状態を除いた出力駆動回路電流の波高をそれぞれ1とすると、従来の変調方式では、負荷変動量の波形14c、15cからもわかるように、出力駆動回路電流の波高は0〜1〜2の高さの出力駆動回路電流が発生する。この時、出力駆動回路電流が0から波高2までの、または波高2から0への急激な変動量が発生する。しかし図4(b)の負荷変動量に示すように出力駆動回路電流16c、17cの変動幅は、波高1つ分の出力駆動回路電流値を中心として上下に波高1つ分の出力駆動回路電流の変動幅だけにとどめることができる。   As the modulation degree of the audio signal varies, various combinations of actual PWM modulation waveforms are generated. FIG. 4 illustrates and explains the first PWM signal and the second PWM signal as an example, and the load fluctuation amount at that time. Waveforms 14a to 14c in FIG. 4A are waveforms and waveforms 15a to 15c when the second PWM signal is not modulated and the modulation degree of the first PWM signal is gradually lowered from 0 in the conventional modulation state. Are waveforms when the PWM signal 2 is not modulated and the modulation degree of the PWM signal 1 is gradually increased from 0 in the conventional modulation state, and the waveforms 16a to 16c in FIG. 4B are the modulation state of the present invention. The waveforms when the second PWM signal 16b is not modulated and the modulation degree of the first PWM signal 16a is gradually lowered from 0, the waveforms 17a to 17c are the second PWM signal 17b in the modulation state of the present invention. Shows a waveform when the modulation degree of the first PWM signal 17a is gradually increased from 0 with no modulation. When only the first or second PWM signal is applied and the wave height of the output drive circuit current excluding the transient state is 1, respectively, in the conventional modulation system, the load fluctuation amount waveforms 14c and 15c are also obtained. As can be seen, an output drive circuit current having a height of 0 to 1 is generated as the wave height of the output drive circuit current. At this time, an abrupt fluctuation amount occurs in the output drive circuit current from 0 to the wave height 2 or from the wave height 2 to 0. However, as shown in the load fluctuation amount of FIG. 4B, the fluctuation width of the output drive circuit currents 16c and 17c is the output drive circuit current corresponding to one wave height up and down around the output drive circuit current value for one wave height. It can be limited only to the fluctuation range.

以上のように本実施形態によれば、出力駆動回路電流の変動を最大でも従来の2分の1に抑えることができるので、第1の出力駆動回路と第2の出力駆動回路との相互干渉による特性劣化を防ぎ、また他チャンネルのPWM変調波形の振幅を振らしてしまうことによる相互漏れを低減でき、求められる直線的な出力を行うことができる。さらに、電源供給回路9の供給能力が簡易なものであっても、電源供給回路として使用が可能となる。   As described above, according to this embodiment, the fluctuation of the output drive circuit current can be suppressed to a half of the conventional value at the maximum, so that the mutual interference between the first output drive circuit and the second output drive circuit. It is possible to prevent the characteristic deterioration due to the above, and to reduce the mutual leakage due to the fluctuation of the amplitude of the PWM modulation waveform of the other channel, and to obtain the required linear output. Furthermore, even if the supply capability of the power supply circuit 9 is simple, it can be used as a power supply circuit.

(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2におけるPWM波形を示す説明図である。図5において、PWM制御の1周期分を分割して、最初の1/2周期の範囲では第1のPWM信号18aの出力を、後の1/2周期の範囲では第2のPWM信号18bの出力を独立して行うよう制御したものである。第1のPWM信号18aは、最初の1/2周期の中心位置、つまり1/4周期位置を変調度0%として、マイナス変調時は0〜1/4周期部分を、プラス変調時は1/4〜2/4周期部分を用いて変調する。第2のPWM信号18bは、後の1/2周期の中心位置、つまり3/4周期位置を変調度0%として、マイナス変調時は3/4〜4/4周期部分を、プラス変調時は3/4〜2/4周期部分を用いて変調する。PWM変調方式D級増幅器のブロック図としては、実施の形態1の図1と同様で、PWM変調制御回路2の動作が上記のようになっているものである。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a PWM waveform in the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, one cycle of PWM control is divided, and the output of the first PWM signal 18a is output in the first 1/2 cycle range, and the second PWM signal 18b is output in the later 1/2 cycle range. The output is controlled to be performed independently. The first PWM signal 18a has a center position of the first 1/2 cycle, that is, a 1/4 cycle position, with a modulation degree of 0%. Modulation is performed using a 4 to 2/4 period portion. The second PWM signal 18b has a center position of the subsequent 1/2 cycle, that is, a 3/4 cycle position, with a modulation degree of 0%, and a 3/4 to 4/4 cycle portion at the time of negative modulation, and at the time of positive modulation. Modulation is performed using a 3/4 to 2/4 period portion. The block diagram of the PWM modulation class D amplifier is the same as in FIG. 1 of the first embodiment, and the operation of the PWM modulation control circuit 2 is as described above.

言い方を変えれば、第1の出力駆動回路3に印加するPWM制御信号と第2の出力駆動回路4に印加するPWM制御信号とを1周期ごとに交互に出力させるのと同じことで、同時に実施の形態1と同様にプラスとマイナスの変調方向を相互に反対方向にすることになる。   In other words, the PWM control signal to be applied to the first output drive circuit 3 and the PWM control signal to be applied to the second output drive circuit 4 are alternately output every one cycle, and are performed simultaneously. As in the first embodiment, the plus and minus modulation directions are opposite to each other.

以上のように本実施形態によれば、第1の出力駆動回路3と第2の出力駆動回路4とに電流供給回路9から同時に電流を与えることがないため、第1の出力駆動回路と第2の出力駆動回路との相互干渉が一切発生しない構成となる。本実施の形態の場合、PWM制御の1周期を2分割して各出力に割り当てているため、1周期分を使用する場合に比べて半分のダイナミックレンジとなってしまう。本PWM制御を行う場合は、求められる出力を考慮して設定する必要がある。   As described above, according to the present embodiment, no current is supplied from the current supply circuit 9 to the first output drive circuit 3 and the second output drive circuit 4 simultaneously. Thus, no mutual interference with the two output drive circuits occurs. In the case of this embodiment, one cycle of PWM control is divided into two and assigned to each output, so the dynamic range is half that of the case where one cycle is used. When performing this PWM control, it is necessary to set in consideration of the required output.

(実施の形態3)
図6は本発明の実施の形態3におけるPWM制御波形を示す説明図である。ブロック図の図示を省略するが、3個の出力駆動回路を用いる場合において、第1のPWM信号19aはPWM制御の1周期の1/2を変調度0(デューティ比50%)として、時間軸で左方に向かうマイナス変調部分は正電圧出力を行い、変調度0%を経由してプラス変調に切り換わると電圧出力を停止させるように設定されている。これに対して、波形19bに示す第2のPWM信号は、時間軸の左方に向かうプラス変調時には電圧出力を停止させておいて、変調度0%を経由してマイナス変調に切り換わると正電圧出力を行う。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is an explanatory diagram showing PWM control waveforms according to the third embodiment of the present invention. Although illustration of the block diagram is omitted, in the case of using three output drive circuits, the first PWM signal 19a has a time axis with 1/2 of one cycle of PWM control as a modulation degree 0 (duty ratio 50%). The negative modulation portion heading leftward is set to output a positive voltage and to stop the voltage output when switched to positive modulation via a modulation degree of 0%. On the other hand, the second PWM signal shown in the waveform 19b is positive when the voltage output is stopped at the time of positive modulation toward the left of the time axis and switched to negative modulation via the modulation degree 0%. Perform voltage output.

第3のPWM信号は、図6の19cのように、プラス変調時は、0〜1/4周期と3/4〜4/4周期部分を用いた合成分で、マイナス変調時は、1/4〜2/4周期と2/4〜3/4周期部分を用いた合成分でPWM変調したものである。   As shown by 19c in FIG. 6, the third PWM signal is a composite portion using the 0 to 1/4 period and the 3/4 to 4/4 period part during plus modulation, and 1/1 during minus modulation. The PWM modulation is performed by the composite portion using the 4-2 / 4 period and the 2 / 4-3 / 4 period portion.

本実施形態によれば、従来の制御方法では、最大で出力駆動回路3つの合計分の負荷変動量が発生するが、本形態では、出力駆動回路が3つになっても、従来の2/3の負荷変動量に抑えることができる。   According to the present embodiment, the conventional control method generates a load fluctuation amount corresponding to a total of three output drive circuits at the maximum, but in this embodiment, even if the number of output drive circuits is three, The load fluctuation amount can be reduced to 3.

なお、上記各実施の形態では、スピーカを有し、音声出力を得るように説明したが、出力した低域信号を制御回路に加えて各種の機器を制御する用途に用いることも可能である。   In each of the above embodiments, the speaker is provided and the sound output is obtained. However, the output low-frequency signal can be used for controlling various devices in addition to the control circuit.

本発明のPWM変調方式D級増幅器は、電源供給回路にかかる負荷変動量が安定し、またチャンネル間の相互干渉が少なくなることにより、D級増幅器の特性改善と消費電力の削減を行うことができ、多様なオーディオ機器や、PWM制御を用いた制御機器にも適用できる。   The PWM modulation class D amplifier of the present invention can improve the characteristics of the class D amplifier and reduce power consumption by stabilizing the amount of load fluctuation applied to the power supply circuit and reducing the mutual interference between channels. It can also be applied to various audio devices and control devices using PWM control.

本発明の実施の形態1および2におけるPWM変調方式D級増幅器のブロック図Block diagram of PWM modulation class D amplifier according to first and second embodiments of the present invention 本発明の実施の形態1におけるPWM波形を示す説明図Explanatory drawing which shows the PWM waveform in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における無変調時の負荷変動量を示す説明図Explanatory drawing which shows the load fluctuation amount at the time of non-modulation in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における変調時の負荷変動量を示す説明図Explanatory drawing which shows the load fluctuation amount at the time of the modulation | alteration in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2におけるPWM波形を示す説明図Explanatory drawing which shows the PWM waveform in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3におけるPWM波形を示す説明図Explanatory drawing which shows the PWM waveform in Embodiment 3 of this invention 従来のPWM変調方式D級増幅器のブロック図Block diagram of a conventional PWM modulation class D amplifier

符号の説明Explanation of symbols

1 デジタル信号部
2 PWM変調制御回路
3 第1の出力駆動回路
4 第2の出力駆動回路
5 第1のローパスフィルタ
6 第2のローパスフィルタ
7 第1のスピーカ
8 第2のスピーカ
9 電源供給回路
11a 本発明の実施の形態1における第1のPWM信号
11b 同じく実施の形態1における第2のPWM信号
13a 同じく実施の形態1における第1のPWM信号
13b 同じく実施の形態1における第2のPWM信号
13c 同じく実施の形態1における負荷変動量
16a 同じく実施の形態1における変調度を0から落とした状態の第1のPWM信号
16b 同じく実施の形態1における変調度0パーセントの第2のPWM信号
16c 同じく実施の形態1における一方の変調度を落とした状態における負荷変動量
17a 同じく実施の形態1における変調度を0から上げた状態の第1のPWM信号
17b 同じく実施の形態1における変調度を0パーセントとした状態の第2のPWM信号
17c 同じく実施の形態1における一方の変調度を上げた状態における負荷変動量
18a 同じく第2の実施の形態における第1のPWM信号
18b 同じく第2の実施の形態における第2のPWM信号
19a 同じく第3の実施の形態における第1のPWM信号
19b 同じく第3の実施の形態における第2のPWM信号
19c 同じく第3の実施の形態における第3のPWM信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital signal part 2 PWM modulation control circuit 3 1st output drive circuit 4 2nd output drive circuit 5 1st low-pass filter 6 2nd low-pass filter 7 1st speaker 8 2nd speaker 9 Power supply circuit 11a First PWM signal 11b in the first embodiment of the present invention Second PWM signal 13a in the first embodiment Similarly First PWM signal 13b in the first embodiment Similarly second PWM signal 13c in the first embodiment Similarly, the load fluctuation amount 16a in the first embodiment 16a The first PWM signal 16b in the state in which the modulation degree in the first embodiment is reduced from 0. The second PWM signal 16c in the first embodiment having the modulation degree of 0 percent. Load fluctuation amount in the state where one of the modulation degrees in the first embodiment is reduced 17a The first PWM signal 17b in the state in which the modulation degree in the first form is increased from 0. Similarly, the second PWM signal 17c in the state in which the modulation degree in the first embodiment is set to 0 percent. Load fluctuation amount 18a in the raised state Similarly the first PWM signal 18b in the second embodiment Similarly the second PWM signal 19a in the second embodiment 19a Similarly the first PWM signal 19b in the third embodiment Similarly, the second PWM signal 19c in the third embodiment The third PWM signal in the third embodiment

Claims (3)

PWM制御方式によって低域信号を出力するD級増幅器であって、
音声信号をデジタル信号形態で出力するデジタル信号部と、
前記デジタル信号部からの出力を受けて、D級オーディオ出力回路駆動のためのPWM変調されたPWM制御信号を生成するPWM変調制御回路と、
PWM制御信号を電力変換しPWM波形を出力させる第1の出力駆動回路および第2の出力駆動回路と、
前記第1の出力駆動回路および第2の出力駆動回路の出力のPWM波形から高調波成分を除去しオーディオ周波数帯だけを通過させる第1のローパスフィルタおよび第2のローパスフィルタと、
前記出力駆動回路に駆動電流を供給する電源供給回路とを備え、
前記PWM変調制御回路は第1の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調方向と第2の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調方向とを、時間軸に対して1周期内で反転させて互いに逆方向へのパルス幅変調になるように変調させることを特徴とするPWM変調方式D級増幅器。
A class D amplifier that outputs a low-frequency signal by a PWM control method,
A digital signal section for outputting an audio signal in the form of a digital signal;
A PWM modulation control circuit that receives an output from the digital signal unit and generates a PWM modulated PWM control signal for driving a class D audio output circuit;
A first output drive circuit and a second output drive circuit for converting a PWM control signal into power and outputting a PWM waveform;
A first low-pass filter and a second low-pass filter that remove harmonic components from the PWM waveforms of the outputs of the first output drive circuit and the second output drive circuit and pass only the audio frequency band;
A power supply circuit for supplying a drive current to the output drive circuit,
The PWM modulation control circuit inverts the modulation direction of the PWM control signal applied to the first output drive circuit and the modulation direction of the PWM control signal applied to the second output drive circuit within one cycle with respect to the time axis. And a PWM modulation class D amplifier, wherein the modulation is performed so that the pulse width modulation is performed in opposite directions.
前記PWM変調制御回路は、第1の出力駆動回路に印加するPWM制御信号と第2の出力駆動回路に印加するPWM制御信号とを1周期ごとに交互に出力させることを特徴とする請求項1記載のPWM変調方式D級増幅器。 2. The PWM modulation control circuit alternately outputs a PWM control signal applied to a first output drive circuit and a PWM control signal applied to a second output drive circuit for each cycle. The PWM modulation class D amplifier as described. さらに第3の出力駆動回路を備え、前記PWM変調制御回路は前記第3の出力駆動回路に印加するPWM制御信号の変調においては、無変調時は4分の1周期から4分の3周期の区間を出力し、プラス変調の場合は、4分の1周期から4分の0周期方向と4分の3周期から4分の4周期方向との合成で変調をかけ、マイナス変調の場合は、4分の1周期から4分の2周期方向と4分の3周期から4分の2周期方向との合成で変調をかけることを特徴とする請求項1記載のPWM変調方式D級増幅器。 The PWM modulation control circuit further includes a third output drive circuit. The PWM modulation control circuit modulates the PWM control signal applied to the third output drive circuit from a quarter period to a three-quarter period when there is no modulation. In the case of plus modulation, modulation is applied by combining the quarter period to the quarter period direction and the three quarter period to the quarter period direction, and in the case of minus modulation, 2. The PWM modulation class D amplifier according to claim 1, wherein the modulation is performed by a combination of a quarter period to a quarter period direction and a three quarter period to a quarter period direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114035144A (en) * 2021-11-23 2022-02-11 国网江西省电力有限公司供电服务管理中心 Smart electric meter load identification performance evaluation device
WO2024111210A1 (en) * 2022-11-24 2024-05-30 株式会社村田製作所 D-class amplification circuit

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