JP2008060781A

JP2008060781A - デジタルアンプ装置

Info

Publication number: JP2008060781A
Application number: JP2006233575A
Authority: JP
Inventors: Makoto Araki; 誠荒木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】本発明は、スイッチング回路部からのオーディオ信号でインピーダンスが小さいスピーカをダイレクトで駆動する場合にも、スピーカを駆動するスイッチング素子の発熱と、スピーカ自体の発熱を防止することができるデジタルアンプ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】インダクタンスを変更可能に構成されたインダクタンス変更回路１２をスイッチング回路８からスピーカに至る出力ラインに設け、電圧検出部１１によって接続されたスピーカ６のインダクタンスに応じて変化するＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端の電圧を検出し、制御部１３は、電圧検出部１１によって検出された電圧に応じてインダクタンス変更回路１２のインダクタンスを変更させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチング増幅、すなわちスイッチング素子のオンオフ処理によって増幅を行うデジタルアンプ装置に関し、特にスイッチング増幅したオーディオ信号でスピーカをダイレクトに駆動するデジタルアンプ装置に関する。

近年、入力されたアナログ信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）やパルス密度変調（ＰＤＭ）等で１ビット変調処理してデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をスイッチング素子でスイッチング増幅を行うデジタルアンプ装置の採用が増加している。デジタルアンプ装置は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ処理によってアナログ信号の増幅を行うことができるため、理論的には１００％の電力効率が得られ、消費電力や発熱量が低いと共に、高出力が得られるという利点があるため、省スペース化を実現でき、装置の薄型化が促進されている。

図４は、スイッチング回路部によって増幅された信号を用いてローパスフィルタ経由でスピーカを駆動させる従来のデジタルアンプ装置の回路構成を示す図であり、図５は、スイッチング回路部によって増幅された信号を用いてダイレクトにスピーカを駆動させる従来のデジタルアンプ装置の回路構成を示す図である。
従来のデジタルアンプ装置は、図４を参照すると、入力されたアナログ信号をＨＩＧＨ／ＬＯＷの２値に高速に変化する信号で表現する１ビット信号Ｓ１に変換して出力すると共に、１ビット信号Ｓ１を位相反転した１ビット信号Ｓ２を出力する１ビット変調処理部１と、入力された１ビット信号Ｓ１、Ｓ２を振り分けるロジック部２と、入力された１ビット信号Ｓ１、Ｓ２を増幅するゲートドライバ３、７と、入力された１ビット信号Ｓ１、Ｓ２に基づくスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ処理によって増幅を行い、位相が反転したオーディオ信号をそれぞれ出力するスイッチング回路部４、８と、高域成分を除去してオーディオ信号成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）５、９とで構成され、接続されたスピーカ６を位相が反転した２つのオーディオ信号によってバランス駆動する（例えば、特許文献１参照）。

このようなデジタルアンプ装置においては、帯域制限を行うＬＰＦ５、９を介してスピーカ６が駆動されるため、情報量が失われた状態のオーディオ信号がスピーカ６に供給され、音質が悪化してしまう。そこで、図５に示すように、ＬＰＦ５、９の用いることなく、スイッチング回路部４、８から出力される情報量が失われていないオーディオ信号によってスピーカ６をダイレクトで駆動する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、スイッチング回路部４、８からのオーディオ信号でスピーカ６をダイレクトで駆動する場合には、高周波のスイッチング電流も流れることになる。スピーカ６がＬＰＦ５、９と同様にインダクタンスが大きいフルレンジスピーカの場合には、スピーカ６によって高周波がカットされてオーディオ帯のみの電流が流れることになるが、インダクタンスが小さいツィータ等のスピーカ６の場合には、高周波電流をカットできずに無効な電流が流れてしまい、スピーカ６を駆動するスイッチング素子の発熱と、スピーカ６自体の発熱を招いてしまうという問題点があった。
特開２００２−３１９８３０号公報特開２００１−２９２０４０号公報

本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スイッチング回路部からのオーディオ信号でインピーダンスが小さいスピーカをダイレクトで駆動する場合にも、スピーカを駆動するスイッチング素子の発熱と、スピーカ自体の発熱を防止することができるデジタルアンプ装置を提供する点にある。

本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明のデジタルアンプ装置は、スイッチング素子のオンオフ処理によって増幅を行うスイッチング回路によって増幅したオーディオ信号で接続されたスピーカをダイレクトに駆動するデジタルアンプ装置であって、前記スイッチング回路から前記スピーカに至る出力ラインに設けられ、インダクタンスを変更可能に構成されたインダクタンス変更回路と、接続された前記スピーカに応じて前記インダクタンス変更回路のインダクタンスを変更させる制御手段とを具備することを特徴とする。

さらに、本発明のデジタルアンプ装置は、前記インダクタンス変更回路は、前記出力ライン上に直列に設けられた複数のコイルと、複数の前記コイルのそれぞれに対応して設けられ、前記制御手段によって開閉を制御される迂回路とからなることを特徴とする。

さらに、本発明のデジタルアンプ装置は、接続された前記スピーカのインダクタンスに応じて変化する前記スイッチング素子の両端の電圧を検出する電圧検出手段を具備し、
前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出された電圧に応じて前記インダクタンス変更回路のインダクタンスを変更させることを特徴とする。

さらに、本発明のデジタルアンプ装置は、前記電圧検出手段は、前記スイッチング回路を無音状態で駆動させた際の、前記スイッチング素子の両端の電圧を検出することを特徴とする。

本発明のデジタルアンプ装置は、インダクタンスを変更可能に構成されたインダクタンス変更回路をスイッチング回路からスピーカに至る出力ラインに設け、スピーカに応じてインダクタンス変更回路のインダクタンスを変更させるように構成することにより、スイッチング回路部からのオーディオ信号でインピーダンスが小さいスピーカをダイレクトで駆動する場合にも、スイッチング回路部からみたスピーカのインダクタンスを適正な値にすることができるため、スピーカを駆動するスイッチング素子の発熱と、スピーカ自体の発熱を防止することができ、電源に負担かけることもなく、ユーザがインダクタンスを意識することなくスピーカを接続することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るデジタルアンプ装置の実施の形態の構成を示す概略構成図であり、図２は、図１に示すインダクタンス変更回路の構成を示す回路図である。

本実施の形態のデジタルアンプ装置は、図１を参照すると、１ビット変調処理部１と、ロジック部２と、ゲートドライバ３、７と、スイッチング回路部４、８と、電圧検出部１１と、インダクタンス変更回路１２と、制御部１３とからなり、スイッチング回路部４およびスイッチング回路部８からのオーディオ信号が出力される出力端子１０にスピーカ６が接続されるように構成されている。

１ビット変調処理部１は、入力されたアナログ信号を、ＨＩＧＨ／ＬＯＷの２値に高速に変化する信号で表現する１ビット信号Ｓ１に変換してロジック部２に出力すると共に、１ビット信号Ｓ１を位相反転した１ビット信号Ｓ２をロジック部２に出力する。ロジック部２は、１ビット変調処理部１からの１ビット信号Ｓ１、Ｓ２をゲートドライバ３、７に振り分け、ゲートドライバ３、７は、ロジック部２からの１ビット信号Ｓ１、Ｓ２をスイッチング回路部４およびスイッチング回路部８を駆動できる程度に増幅する。

スイッチング回路部４およびスイッチング回路部８は、入力された１ビット信号Ｓ１、Ｓ２に基づくスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ素子４１、４２、８１、８２）のＯＮ／ＯＦＦ処理によって増幅を行い、位相が反転したオーディオ信号をそれぞれ出力する。スイッチング回路部４は、１ビット信号Ｓ１によって駆動されるＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ素子４１および１ビット信号Ｓ２によって駆動されるＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ素子４２を有し、ＭＯＳＦＥＴ素子４１のソースとＭＯＳＦＥＴ素子４２のドレインの間が直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴ素子４１のドレイン側が出力用電源に接続され、ＭＯＳＦＥＴ素子４２のソース側が接地されている。同様に、スイッチング回路部８は、１ビット信号Ｓ２によって駆動されるＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ素子８１および１ビット信号Ｓ１によって駆動されるＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ素子８２を有し、ＭＯＳＦＥＴ素子８１のソースとＭＯＳＦＥＴ素子８２のドレインの間が直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴ素子８１のドレイン側が出力用電源に接続され、ＭＯＳＦＥＴ素子８２のソース側が接地されている。

スイッチング回路部４およびスイッチング回路部８からそれぞれ出力される位相が反転したオーディオ信号は、出力端子１０に接続されたスピーカ６に供給され、スイッチング回路部４およびスイッチング回路部８からのオーディオ信号によってスピーカ６がダイレクトにバランス駆動される。

電圧検出部１１は、ＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端（ソース−ドレイン間）の電圧を検出し、検出した電圧を制御部１３に出力する。なお、本実施の形態では、電圧検出部１１によってＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端の電圧を検出するように構成したが、ＭＯＳＦＥＴ素子４１、ＭＯＳＦＥＴ素子４２もしくはＭＯＳＦＥＴ素子８１の両端の電圧を検出するようにしても良い。

インダクタンス変更回路１２は、図２を参照すると、スイッチング回路部８から出力端子１０に至る出力ライン上に直列に設けられたコイル１４ａ〜１４ｄと、コイル１４ａ〜１４ｄのそれぞれに対応して設けられた迂回路と、当該迂回路をそれぞれ開閉するＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄとからなる。ＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄのオンオフは、制御部１３によって制御され、ＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄがオンされると、オンされたＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄに対応するコイル１４ａ〜１４ｄが短絡されるため、オフされたＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄに対応するコイル１４ａ〜１４ｄのインダクタンスの合計がインダクタンス変更回路１２のインダクタンスになる。従って、コイル１４ａ〜１４ｄのインダクタンスをそれぞれＬａ〜Ｌｄ（Ｈ）とすると、インダクタンス変更回路１２のインダクタンスは、全てのＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄがオンされると、０（Ｈ）に、全てのＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄがオンされると、Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ（Ｈ）にそれぞれなり、ＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄのオンオフの組み合わせを制御することによって、０（Ｈ）〜Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ（Ｈ）の範囲で変更されることになる。また、本実施の形態では、４個のコイル１４ａ〜１４ｄを設けるように構成したが、コイルの数は、個々のコイルのインダクタンスやインダクタンスを変更する範囲に応じて適宜選択することができる。

制御部１３は、出力端子１０に接続されたスピーカ６に応じて、スピーカ６の疑似インダクタンスを調整するイニシャライズ動作を実行する手段であり、電圧検出部１１から入力されたＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端の電圧に基づいて、スイッチング回路部８から出力端子１０に至る出力ライン上に設けられたインダクタンス変更回路１２のインダクタンスを変更する。

次に、本実施の形態の動作について図３を参照して詳細に説明する。
図３は、本発明に係るデジタルアンプ装置の実施の形態におけるイニシャライズ動作を説明するためのフローチャートである。

図示しない入力手段によってイニシャライズ動作の実行が指示されると、制御部１３は、インダクタンス変更回路１２のＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄを全てオンさせてインダクタンス変更回路１２のインダクタンスを０（Ｈ）の状態に設定すると共に（ステップＡ１）、無信号状態でスイッチング回路部４、８を駆動（ステップＡ２）、すなわち１ビット変調処理部１を制御して５０％ＤＵＴＹの１ビット信号Ｓ１、Ｓ２を出力させて、５０％ＤＵＴＹの１ビット信号Ｓ１、Ｓ２によってスイッチング回路部４、８を駆動させる。なお、イニシャライズ動作の実行指示は、出力端子１０へのスピーカ６の接続を検出するスピーカ手段を設け、当該スピーカ検出手段によって新たなスピーカが検出された場合や、電源投入時に行われるようにして良い。

次に、電圧検出部１１は、ＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端（ソース−ドレイン間）の電圧を検出し（ステップＡ３）、検出した電圧を制御部１３に出力する。制御部１３は、電圧検出部１１から入力されたＭＯＳＦＥＴ素子８２の両端の電圧を電流値に変換し（ステップＡ４）、変換した電流値が予め設定されている基準電流値以上か否かを判断する（ステップＡ５）。

ステップＡ５で電流値が基準電流値以上である場合には、出力端子１０にツィータ等のインダクタンスが小さいスピーカ６が接続されていると判断されるため、制御部１３は、電流値が基準電流値未満になるようにインダクタンス変更回路１２のインダクタンスの変更するインダクタンス変更処理を行い（ステップＡ６）、イニシャライズ動作を終了させる。なお、インダクタンス変更処理としては、ＭＯＳＦＥＴ素子１５ａ〜１５ｄのオンオフの組み合わせを制御することによって、電流値が基準電流値未満になるまでインダクタンス変更回路１２のインダクタンスを徐々に大きくすると良い。

ステップＡ５で電流値が基準電流値未満である場合には、出力端子１０にフルレンジスピーカ等のインダクタンスが大きいスピーカ６が接続されていると判断されるため、制御部１３は、ステップＡ６のインダクタンス変更処理を行うことなく、すなわちインダクタンス変更回路１２のインダクタンスが０の状態でイニシャライズ動作を終了させる。

上述のイニシャライズ動作によって設定されたインダクタンス変更回路１２のインダクタンスは、次回のイニシャライズ動作の開始まで保持され、出力端子１０にインピーダンスが異なるスピーカ６が接続された場合にも、スイッチング回路部４、８からみたインダクタンスをほぼ一定にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、インダクタンスを変更可能に構成されたインダクタンス変更回路１２をスイッチング回路８からスピーカに至る出力ラインに設け、スピーカ６に応じてインダクタンス変更回路１２のインダクタンスを変更させるように構成することにより、スイッチング回路部４、８からのオーディオ信号でインピーダンスが小さいスピーカ６をダイレクトで駆動する場合にも、スイッチング回路部４、８からみたスピーカ６のインダクタンスを適正な値にすることができるため、スピーカ６を駆動するスイッチング素子の発熱と、スピーカ６自体の発熱を防止することができ、電源に負担かけることもなく、ユーザがインダクタンスを意識することなくスピーカ６を接続することができるという効果を奏する。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。

本発明に係るデジタルアンプ装置の実施の形態の構成を示す概略構成図である。図１に示すインダクタンス変更回路の構成を示す回路図である。本発明に係るデジタルアンプ装置の実施の形態におけるイニシャライズ動作を説明するためのフローチャートである。スイッチング回路部によって増幅された信号を用いてローパスフィルタ経由でスピーカを駆動させる従来のデジタルアンプ装置の回路構成を示す図である。スイッチング回路部によって増幅された信号を用いてダイレクトにスピーカを駆動させる従来のデジタルアンプ装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１１ビット変調処理部
２ロジック部
３ゲートドライバ
４スイッチング回路部
５ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６スピーカ
７ゲートドライバ
８スイッチング回路部
９ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０出力端子
１１電圧検出部
１２インダクタンス変更回路
１３制御部
１４ａコイル
１４ｂコイル
１４ｃコイル
１４ｄコイル
１５ａＭＯＳＦＥＴ素子
１５ｂＭＯＳＦＥＴ素子
１５ｃＭＯＳＦＥＴ素子
１５ｄＭＯＳＦＥＴ素子
４１ＭＯＳＦＥＴ素子
４２ＭＯＳＦＥＴ素子
８１ＭＯＳＦＥＴ素子
８２ＭＯＳＦＥＴ素子

Claims

スイッチング素子のオンオフ処理によって増幅を行うスイッチング回路によって増幅したオーディオ信号で接続されたスピーカをダイレクトに駆動するデジタルアンプ装置であって、
前記スイッチング回路から前記スピーカに至る出力ラインに設けられ、インダクタンスを変更可能に構成されたインダクタンス変更回路と、
接続された前記スピーカに応じて前記インダクタンス変更回路のインダクタンスを変更させる制御手段とを具備することを特徴とするデジタルアンプ装置。
前記インダクタンス変更回路は、前記出力ライン上に直列に設けられた複数のコイルと、複数の前記コイルのそれぞれに対応して設けられ、前記制御手段によって開閉を制御される迂回路とからなることを特徴とする請求項１記載のデジタルアンプ装置。
接続された前記スピーカのインダクタンスに応じて変化する前記スイッチング素子の両端の電圧を検出する電圧検出手段を具備し、
前記制御手段は、前記電圧検出手段によって検出された電圧に応じて前記インダクタンス変更回路のインダクタンスを変更させることを特徴とする請求項１又は２記載のデジタルアンプ装置。
前記電圧検出手段は、前記スイッチング回路を無音状態で駆動させた際の、前記スイッチング素子の両端の電圧を検出することを特徴とする請求項３記載のデジタルアンプ装置。