JP2011071885A - 安定化電源音響出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成によって直流電圧及び音声信号のパルス幅変調を行い、出力電圧を安定化させるとともに、増幅された音声信号の音響出力を可能とする。
【解決手段】直流電圧Ｖ1のパルス幅変調を行うＤＣ−ＤＣコンバータ６からの出力電圧Ｖ2を、電源平滑部４を経由して平滑後、抵抗部５を経由して分圧させ、この分圧電圧Ｖ4が印加される端子と、スピーカ３から音響出力させる音声信号Ｓ1が入力される端子とを同一の端子Ｐ6cでＤＣ−ＤＣコンバータ６に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電圧及び音声信号のパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を行うＤＣ−ＤＣコンバータを有する音響出力装置に係り、特に、出力電圧を安定化させて音響出力が可能な安定化電源音響出力装置に関する。

従来から、ＰＷＭ制御方式を用いて直流電源の安定化を図るにあたり、例えば、音響出力を行うスピーカのような負荷の変動に関係なく、常に安定した出力電圧と高い変換効率を維持でき、特に、軽負荷時の電力損失を低減させたＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、スピーカから音響出力させる音声信号の増幅手段として、近年より小型化及び高効率化に適したＤ級アンプが知られている。このＤ級アンプは、増幅前の音声信号についてアナログ／デジタル変換してパルス幅変調を行い、ＰＷＭ信号を生成した後に増幅することによって、アナログ方式の増幅と比較して高い効率を得ることができる（例えば、特許文献２を参照。）。

特開平１０−２４８２３８号公報 特開２００９−１１１６９３号公報

しかしながら、背景技術に記載した特許文献１、２によれば、出力電圧を安定化させて音声信号を音響出力するにあたって、直流電圧のパルス幅変調を行うＤＣ−ＤＣコンバータとＤ級アンプとを別体で設ける必要があり、回路構成が煩雑化し、コストも増大となる難点があった。

本発明は、この難点を解消するためになされたもので、簡素な構成によって直流電圧及び音声信号のパルス幅変調を行い、出力電圧を安定化させるとともに、増幅された音声信号の音響出力が可能な安定化電源音響出力装置を提供することを目的としている。

前述の目的を達成するため、本発明の第１の態様である安定化電源音響出力装置は、直流電圧をパルス幅変調するとともに、スピーカから音響出力させる音声信号をパルス幅変調して増幅するためのＤＣ−ＤＣコンバータと、変調された直流電圧を平滑するための電源平滑部と、平滑された直流電圧を分圧するための抵抗部とを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータは、音声信号が入力される端子と抵抗部からの出力電圧が印加される端子とを共通の端子で設けるものである。

また、本発明の第２の態様である安定化電源音響出力装置は、本発明の第１の態様において、スピーカは、ステレオスピーカで構成され、電源平滑部、抵抗部及びＤＣ−ＤＣコンバータの共通の端子はそれぞれ、ステレオスピーカに対応して設けられるものである。

また、本発明の第３の態様である安定化電源音響出力装置は、本発明の第１の態様又は第２の態様において、ＤＣ−ＤＣコンバータは、増幅された音声信号の高周波成分を除去してスピーカから音響出力するためのフィルタが接続されるものである。

また、本発明の第４の態様である安定化電源音響出力装置は、本発明の第１の態様又は第２の態様において、電源平滑部は、ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力の高周波成分を除去するためのＬＣ型のローパスフィルタで構成されるものである。

本発明の安定化電源音響出力装置によれば、直流電圧のパルス幅変調を行うＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧を、電源平滑部を経由して平滑後、抵抗部を経由して分圧させ、この分圧電圧が印加される端子と、（モノラル又はステレオの）スピーカから音響出力させる音声信号が入力される端子とを同一の端子でＤＣ−ＤＣコンバータに設けることにより、音声信号の周波数特性及び分圧電圧の周波数特性が異なるため、当該ＤＣ−ＤＣコンバータのループ安定性を損ねることなく、また直流電圧に依存せず、パルス幅変調させた音声信号を安定した利得（増幅利得）で増幅することができる。これにより、直流電圧のパルス幅変調の動作と、（モノラル又はステレオの）スピーカから音響出力させる音声信号のパルス幅変調及び増幅の動作とを、簡素な構成による単一のＤＣ−ＤＣコンバータを使用して行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施例による安定化電源音響出力装置の具体的な構成を示す回路図である。 図２は、本発明の第２の実施例による安定化電源音響出力装置の具体的な構成を示す回路図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明の第１、第２の各実施例による安定化電源音響出力装置において適用される直流電圧（パルス波、出力電圧）の特性図である。

以下、本発明の安定化電源音響出力装置を適用した最良の実施の形態例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例による安定化電源音響出力装置の具体的な構成を示す回路図である。この装置には、音声入力側処理部１、音声出力側処理部２、スピーカ３、電源平滑部４、抵抗部５及びＤＣ−ＤＣコンバータ６が備えられている。

音声入力側処理部１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cに接続され、当該ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子Ｐ6aに印加される直流電圧によって音声信号に重畳される直流電流成分を遮断し、フィードバック端子Ｐ6cに入力させるためのコンデンサ、例えば、カップリングコンデンサＣ1を有している。

音声出力側処理部２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端子Ｐ6bに接続され、当該ＤＣ−ＤＣコンバータを経由して増幅された音声信号に重畳される直流電流成分を遮断するためのコンデンサ、例えば、カップリングコンデンサＣ2と、カップリングコンデンサＣ2からの出力信号の高周波成分を遮断するためのフィルタＦとを有している。

スピーカ３は、モノラルの当該スピーカであって、音声出力側処理部２（のフィルタＦ）からの出力信号を音響出力、すなわち、放音するためのものである。

電源平滑部４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端子Ｐ6bに接続され、当該出力端子から出力されるパルス幅変調されたパルス波を平滑して出力電圧を生成するためのコイルＬ及びコンデンサＣ3を有し、このコイルＬ及びコンデンサＣ3は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６からの出力の高周波成分を除去するＬＣ型のローパスフィルタを構成している。

抵抗部５は、電源平滑部４からの出力電圧を分圧するための分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2を有しており、この分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2の接続点Ｐ5には、ＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cが接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、入力端子Ｐ6aに印加される直流電圧をパルス幅変調し、出力端子Ｐ6bから出力させるパルス波を生成するとともに、フィードバック端子Ｐ6cに入力される音声入力側処理部１（のカップリングコンデンサＣ1）からの出力信号をアナログ／デジタル変換後、パルス幅変調し増幅して得られる音声信号と、抵抗部５（の分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2）にて分圧されフィードバック端子Ｐ6cに印加される出力電圧とを加算する機能を有している。

このように構成された本発明の第１の実施例による安定化電源音響出力装置において、以下、具体的な動作について説明する。

音声入力側処理部１からＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cへの音声信号Ｓ1の入力がないとき、このＤＣ−ＤＣコンバータ６は、入力端子Ｐ6aに印加される例えば、図３（Ａ）に示す電圧レベルＶL1の直流電圧Ｖ1をパルス幅変調することにより、図３（Ｂ）に示す電圧レベルＶL2で一定周期のパルス波Ｖ2が出力端子Ｐ6bに現れる。

電源平滑部４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端子Ｐ6bに現れたパルス波Ｖ2のエネルギーを、コイルＬを経由して平滑し、コンデンサＣ3に充電することにより、この充電されたエネルギーを放電することで、図３（Ｃ）に示す電圧レベルＶL3の出力電圧Ｖ3が生成される。

ここで、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、出力電圧Ｖ3は、パルス波Ｖ2のパルス幅が小さい、すなわち、当該パルスの持続時間が短いほど、その電圧レベルＶL3が低くなる特性を有しており、この出力電圧Ｖ3を消費する負荷である例えば、図示しない電気機器、例えば、カメラが駆動していない場合、出力電圧Ｖ3の電圧レベルＶL3は異常に高くなる虞がある。

これを解消するにあたっては、抵抗部５の分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2を経由して、出力電圧Ｖ3を分圧させた通常、数〜１０Ｈｚの周波数特性を有する分圧電圧Ｖ4を、ＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cに印加することにより、パルス波Ｖ2のパルス幅が調整され、出力電圧Ｖ3の電圧レベルＶL3を安定化させることができる。

次に、前述のような出力電圧Ｖ3の電圧レベルＶL3が調整されている状態において、音声入力側処理部１からＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cへの音声信号Ｓ1の信号伝送路が形成されると、この音声信号Ｓ1は、同信号に重畳された直流電圧Ｖ1の直流電流成分が音声入力側処理部１のカップリングコンデンサＣ1を経由して除去された後、ＤＣ−ＤＣコンバータ６のフィードバック端子Ｐ6cに入力される。なお、フィードバック端子Ｐ6cに入力される音声信号Ｓ1の周波数帯域は、通常、１００〜７０００Ｈｚである。

ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、フィードバック端子Ｐ6cに入力された音声信号Ｓ1の周波数特性（１００〜７０００Ｈｚ）と、同様に印加された分圧電圧Ｖ4の周波数特性（数〜１０Ｈｚ）とが、異なる帯域で相互に干渉しないため、当該ＤＣ−ＤＣコンバータのループ安定性を損ねることなく、音声信号Ｓ1をアナログ／デジタル変換後、パルス幅変調してパルス列に変換するにあたり、このパルス列を増幅させた音声（音声増幅）信号Ｓ1aを生成することができ、直流電圧Ｖ1に依存せず安定した増幅利得が確保される。

この音声信号Ｓ1aには、前述の図３（Ｂ）に示すパルス波Ｖ2が加算されて出力端子Ｐ6bに現れるため、このパルス波Ｖ2を直流電流成分として音声出力側処理部２のカップリングコンデンサＣ2にて除去し、雑音のような高周波成分についてはフィルタＦを経由して取り除くことで、通話品質が高く受話者にとって聞き取り易い（アナログの）音響出力が得られる。

また、電源平滑部４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端子Ｐ6bに現れたパルス波Ｖ2に重畳された音声信号Ｓ1aを、ＬＣ型のローパスフィルタＬ、Ｃ3を経由して除去することにより、パルス波Ｖ2のエネルギーを平滑させた図３（Ｃ）に示す電圧レベルＶL3の出力電圧Ｖ3を生成することができ、その電圧レベルＶL3は、前述の抵抗部５によるＤＣ−ＤＣコンバータ６へのフィードバック制御によって安定化される。

前述までの説明から明らかなように、本発明の第１の実施例によれば、直流電圧Ｖ1のパルス幅変調を行うＤＣ−ＤＣコンバータ６からの出力電圧（パルス波）Ｖ2を、電源平滑部４を経由して平滑後、抵抗部５（の分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2）を経由して分圧させ、この分圧電圧Ｖ4が印加される端子と、（モノラルの）スピーカ３から音響出力させる音声信号Ｓ1が入力される端子とを同一の端子（フィードバック端子Ｐ6c）でＤＣ−ＤＣコンバータ６に設けることにより、音声信号Ｓ1の周波数特性及び分圧電圧Ｖ4の周波数特性が異なるため、当該ＤＣ−ＤＣコンバータのループ安定性を損ねることなく、また直流電圧Ｖ1に依存せず、パルス幅変調させた音声信号Ｓ1を安定した利得（増幅利得）で増幅することができる。これにより、直流電圧Ｖ1のパルス幅変調の動作と、（モノラルの）スピーカ３から音響出力させる音声信号Ｓ1のパルス幅変調及び増幅の動作とを、簡素な構成による単一のＤＣ−ＤＣコンバータ６を使用して行うことができる。

また、本発明の第１の実施例とは異なる構成として、図２の回路図に示す第２の実施例によれば、音声信号Ｓ1を音響出力するスピーカ３として、Ｌ（Left）、Ｒ（Right）のステレオスピーカ３ａ、３ｂを適用することができる。このステレオスピーカ３ａ、３ｂを適用するにあたって、２出力（音響出力）を有するＤＣ−ＤＣコンバータ６の出力端子Ｐ6b、Ｐ60bに接続される音声出力側処理部２、電源平滑部４及び抵抗部５はそれぞれ、当該ステレオスピーカ毎に設けられ、さらに当該ＤＣ−ＤＣコンバータには、ステレオスピーカ３ａ、３ｂにそれぞれ対応した抵抗部５が有する分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2の接続点Ｐ5に接続されるフィードバック端子Ｐ6c、Ｐ60cが設けられている。

この第２の実施例においても、前述の第１の実施例と同様、直流電圧Ｖ1のパルス幅変調を行うＤＣ−ＤＣコンバータ６からの出力電圧（パルス波）Ｖ2を、電源平滑部４を経由して平滑後、抵抗部５（の分圧用抵抗Ｒ1、Ｒ2）を経由して分圧させ、この分圧電圧Ｖ4が印加される端子と、ステレオスピーカ３ａ、３ｂからそれぞれ音響出力させる音声信号Ｓ1、Ｓ2が入力される端子とを同一の端子（フィードバック端子Ｐ6c、Ｐ60c）でＤＣ−ＤＣコンバータ６に設けることにより、音声信号Ｓ1の周波数特性及び分圧電圧Ｖ4の周波数特性が異なるため、当該ＤＣ−ＤＣコンバータのループ安定性を損ねることなく、また直流電圧Ｖ1に依存せず、パルス幅変調させた音声信号Ｓ1、Ｓ2を安定した利得（増幅利得）で増幅することができる。これにより、直流電圧Ｖ1のパルス幅変調の動作とステレオスピーカ３ａ、３ｂからそれぞれ音響出力させる音声信号Ｓ1、Ｓ2のパルス幅変調及び増幅の動作とを、簡素な構成による単一のＤＣ−ＤＣコンバータ６を使用して行うことができる。

なお、本発明の安定化電源音響出力装置においては、特定の実施の形態をもって説明してきたが、前述の第１、第２の各実施例の形態に限定されるものでなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られた如何なる構成の当該装置であっても採用できるということはいうまでもないことである。

３……スピーカ
３ａ、３ｂ……ステレオスピーカ
４……電源平滑部
Ｌ……コイル（ローパスフィルタ）
Ｃ3……コンデンサ（ローパスフィルタ）
５……抵抗部
６……ＤＣ−ＤＣコンバータ
Ｐ6c（、Ｐ60c）……フィードバック端子（共通の端子）
Ｆ……フィルタ
Ｖ1……直流電圧
Ｓ1（、Ｓ2）……音声信号

Claims (4)

1. 直流電圧（Ｖ1）をパルス幅変調するとともに、スピーカ（３）から音響出力させる音声信号（Ｓ1）をパルス幅変調して増幅するためのＤＣ−ＤＣコンバータ（６）と、
   前記変調された直流電圧を平滑するための電源平滑部（４）と、
   前記平滑された直流電圧を分圧するための抵抗部（５）とを備え、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記音声信号が入力される端子と前記抵抗部からの出力電圧が印加される端子とを共通の端子（Ｐ6c）で設けることを特徴とする安定化電源音響出力装置。
2. 前記スピーカは、ステレオスピーカ（３ａ、３ｂ）で構成され、
   前記電源平滑部、前記抵抗部及び前記ＤＣ−ＤＣコンバータの共通の端子はそれぞれ、前記ステレオスピーカに対応して設けられることを特徴とする請求項１記載の安定化電源音響出力装置。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記増幅された音声信号の高周波成分を除去して前記スピーカから音響出力するためのフィルタ（Ｆ）が接続されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安定化電源音響出力装置。
4. 前記電源平滑部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力の高周波成分を除去するためのＬＣ型のローパスフィルタ（Ｌ、Ｃ3）で構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安定化電源音響出力装置。

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