JP2012005121A - 高効率オーディオ増幅器システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高効率増幅器システムであって、該高効率増幅器システムは、デューティーサイクルの50%より大きい間に連続的に伝導するように動作可能な少なくとも2つの伝導性デバイスを有する第1出力ステージと、該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージとを含み、該第2出力ステージが、インターリーブスイッチングによって動作可能なスイッチングモード出力ステージとして動作可能であり、該第1出力ステージおよび第2出力ステージが、負荷を供給するように協働的に動作可能であり、該第1出力ステージが、決定された閾値に従って、該第2出力ステージの動作を選択的に有効にし、そして、無効にするように構成される、高効率増幅器システム。
【選択図】図1
Description
1.技術分野
本発明は、概して、オーディオ増幅器に関し、より具体的に、高効率オーディオ増幅器システムに関する。
増幅器は、入力信号を増幅し、そして増幅された出力信号を生成するために利用される。いくつかの用途において、オーディオ増幅器として動作する増幅器は、オーディオ信号を入力信号として受信し、そして増幅されたオーディオ信号を出力信号として生成するために使用される。増幅器は、それらの動作特性に基づいて、異なる種類に分類され得る。増幅器の種類の例は、クラスA、クラスB、クラスAB、クラスC、およびクラスDを含む。クラスA、クラスB、およびクラスAB増幅器は、典型的に、アナログデザインと考えられる。クラスD増幅器は、それらのスイッチモード動作のために、典型的に、スイッチングデザインと考えられる。クラスA、クラスB、およびクラスAB増幅器は、通常、より高い損失で動作し、それゆえに、クラスD増幅器より低い効率で動作する。動作の効率は、増幅器に電力を供給するエネルギーソースが制限されるときに重要な考慮事項であり得る。加えて、増幅器を設計するとき、増幅器が製造される構成要素のコストは、関心事であり得る。
高効率オーディオ増幅器は、特定用途集積回路(ASIC)としてインプリメントされ得る。増幅器は、第2出力ステージと並列に連結される第1出力ステージを含むオーディオ増幅器であり得る。第1出力ステージは、クラスAB電力ステージのような散逸出力ステージであり得る。第2出力ステージは、電流波形の最適化されたスイッチモードステージまたはクラスD電力ステージのようなスイッチモード電力ステージであり得る。スイッチモード出力ステージは、パルス幅変調器を用いたパルス幅変調(PWM)と共に動作し得る。第1および第2出力ステージは、増幅された出力信号で負荷を駆動するために協働的に動作し得る。一例において、入力信号は、オーディオ信号であり得、増幅された出力信号は、1つ以上の拡声器のような負荷を駆動し得る。
(項目1) 高効率増幅器システムであって、該高効率増幅器システムは、
デューティーサイクルの50%より大きい間に連続的に伝導するように動作可能な少なくとも2つの伝導性デバイスを有する第1出力ステージと、
該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージと
を含み、
該第2出力ステージが、インターリーブスイッチングによって動作可能なスイッチングモード出力ステージとして動作可能であり、
該第1出力ステージおよび第2出力ステージが、負荷を供給するように協働的に動作可能であり、
該第1出力ステージが、決定された閾値に従って、該第2出力ステージの動作を選択的に有効にし、そして、無効にするように構成される、高効率増幅器システム。
(項目2) 上記決定された閾値は、上記第1出力ステージの出力電流の大きさである、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目3) 再設定可能なタイマーをさらに含み、該再設定可能なタイマーが、上記第2出力ステージが有効にされる時間に、所定時間に対するタイミングを開始するために有効にされ、該第2出力ステージが、少なくとも該所定時間に対して有効にされるように維持される、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目4) 再設定可能なタイマーは、上記第1出力ステージの所定ピーク出力電流に応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目5) 再設定可能なタイマーは、所定の期間の間超えている上記第1出力ステージの所定出力電流に応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目6) 再設定可能なタイマーは、上記高効率増幅器システムによって供給可能な負荷のデマンド信号の所定の大きさに応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目7) 高効率増幅器システムであって、該高効率増幅器システムは、
第1出力ステージであって、該第1出力ステージが、該第1出力ステージによって増幅される第1の増幅された信号を出力するように構成される、第1出力ステージと、
該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージであって、該第2出力ステージが、該第2出力ステージによって増幅される第2の増幅された信号を出力するように構成される、第2出力ステージと、
該第2出力ステージに含まれるパルス幅変調器と、
該第2出力ステージに含まれ、かつ該パルス幅変調器と連結される複数のスイッチと
を含み、
該パルス幅変調器が、該第1出力ステージの出力電力の成分に従って、該第2出力ステージを有効にし、無効にするように動作可能である、高効率増幅器システム。
(項目8) 上記パルス幅変調器は、上記第2出力ステージを有効にし、無効にするように、上記スイッチのスイッチングを選択的に有効にし、無効にするように動作可能である、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目9) 上記第1出力ステージは、第1所定範囲において、該第1出力ステージの上記出力電力で負荷を駆動するように構成され、上記第2出力ステージは、該第1所定範囲より大きい第2所定範囲において該第2出力ステージの出力電力で負荷を駆動するように上記パルス幅変調器によって有効にされる、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目10) 上記パルス幅変調器は、上記第2出力ステージを有効にし、無効にするために、上記第1出力ステージの上記出力電力の電圧大きさ成分または電流大きさ成分のいずれかに基づいて、上記スイッチのスイッチングを選択的に有効にし、無効にするように動作可能である、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目11) 所定の期間に対して所定閾値未満の上記第1出力ステージの上記出力電力の電圧大きさ成分または電流大きさ成分のうちの少なくとも1つに応答して、上記パルス幅変調器を無効にするための信号を提供するように構成される再設定可能なタイマーをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器。
(項目12) 上記第1出力ステージの上記出力電力の出力電流成分を示す出力電流信号を提供するように構成される電流センサーをさらに含み、上記第2出力ステージが、該出力電流信号の大きさに基づいて選択的に有効にされ、無効にされるように構成される、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目13) 上記第1出力ステージと上記第2出力ステージとの両方によって受信される出力信号を、出力電流信号を示す信号と合計するように動作可能な加算器をさらに含み、該加算器の出力が、上記パルス幅変調器に提供されるフィードフォワードコントロール信号である、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器システム。
(項目14) 上記第1出力ステージは、クラスAB電力変換器として動作可能であり、上記第2出力ステージは、スイッチモード出力ステージとして動作可能である、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器。
(項目15) 上記パルス幅変調器は、スイッチモード出力ステージのインターリーブスイッチングを用いて上記複数のスイッチを動作させるように動作可能である、上記項目のいずれかに記載の高効率増幅器。
(項目16) 高効率増幅器システムの動作方法であって、該方法は、
第1出力ステージを用いて第1の増幅された信号を出力することであって、該第1の増幅された信号が、該第1出力ステージによって増幅される、ことと、
第2の増幅された信号を出力することであって、該第2の増幅された信号が、該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージよって増幅される、ことと、
該第2出力ステージに含まれるパルス幅変調器を用いて、該第2出力ステージに含まれる複数のスイッチのスイッチングをコントロールすることと、
該第1出力ステージの出力電力の成分の所定閾値従って、該第2出力ステージを有効にし、無効にすることと
を含む、方法。
(項目17) 上記第2出力ステージを有効にし、無効にするために、上記パルス幅変調器を用いて、上記スイッチのスイッチングを有効にし、無効にすることをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目18) 所定閾値に従って上記第2出力ステージを有効にし、無効にすることは、上記パルス幅変調器が、上記第1出力ステージの上記出力電力の出力電流成分の所定閾値に従って該第2出力ステージを有効にし、無効にすることを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目19) 上記第2出力ステージが有効にされるときに、再設定可能なタイマーを用いてタイミングを開始することと、所定時間が該再設定可能なタイマーを用いて達するときに該第2出力ステージを無効にすることとをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目20) 上記第1出力ステージの出力電流が所定閾値を超える任意の時間で、上記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目21) 上記高効率増幅器システムによって供給可能な負荷のデマンド信号の所定の大きさが所定閾値を超える任意の時間で、上記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目22) 上記第1出力ステージによって出力される上記第1の増幅された信号の出力電流が所定の期間に対する所定出力電流を超える任意の時間で、上記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
高効率増幅器システムは、増幅された出力信号を生成するために、協働的に動作する複数の出力ステージを含み得る。増幅器システムは、オーディオシステムに使われ得る。増幅器システムは、増幅器出力信号を生成するために、スイッチモード増幅器ステージと協働的に動作する非スイッチモード増幅器ステージを含み得る。非スイッチモード増幅器ステージは、効率動作を最適化するために、スイッチモード増幅器ステージを選択的に有効にし得、無効にし得る。加えて、スイッチモード増幅器ステージは、インターリーブで動作される複数のスイッチングステージを含み得る。スイッチングステージは、スイッチングステージのうちの少なくとも1つの測定された電流フローに基づいて、それぞれのスイッチングステージの電流出力のバランスを保つようにコントロールされ得る。
コストおよびサイズ感度を有する小さい(約50W)オーディオ増幅器のような増幅器は、標的特定用途集積回路(ASIC)の使用によって達成され得る属性を有し得る。このようなASICは、散逸およびスイッチモード電力ステージの組み合わせられた属性のようなデュアル電力ステージを使うように設計され得る。非スイッチモード出力ステージのような第1出力ステージを、スイッチモード出力ステージのような第2出力ステージと並列に連結することによって、両方のステージの最もよい属性は、高品質オーディオを達成すると同時に全システムのコストを最小化するために開発され得る。散逸電力ステージ、例えば、クラスAB出力ステージは、デューティーサイクルの50%より大きい間に連続的に伝導するように動作可能な少なくとも2つの伝導デバイスを有する出力ステージである。1例において、スイッチモード電力ステージは、クラスD出力ステージのような電流波形最適化スイッチモードステージであり得る。接地された負荷トポロジーは、負荷の接地リターンの電流サンプリングを可能にするために使われ得る。このようなシステムの一例のブロックダイヤグラムが図1に示される。
動作は、タイミングを始めるためにブロック914に戻る。
Claims (22)
- 高効率増幅器システムであって、該高効率増幅器システムは、
デューティーサイクルの50%より大きい間に連続的に伝導するように動作可能な少なくとも2つの伝導性デバイスを有する第1出力ステージと、
該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージと
を含み、
該第2出力ステージが、インターリーブスイッチングによって動作可能なスイッチングモード出力ステージとして動作可能であり、
該第1出力ステージおよび第2出力ステージが、負荷を供給するように協働的に動作可能であり、
該第1出力ステージが、決定された閾値に従って、該第2出力ステージの動作を選択的に有効にし、そして、無効にするように構成される、高効率増幅器システム。 - 前記決定された閾値は、前記第1出力ステージの出力電流の大きさである、請求項1に記載の高効率増幅器システム。
- 再設定可能なタイマーをさらに含み、該再設定可能なタイマーが、前記第2出力ステージが有効にされる時間に、所定時間に対するタイミングを開始するために有効にされ、該第2出力ステージが、少なくとも該所定時間に対して有効にされるように維持される、請求項1に記載の高効率増幅器システム。
- 再設定可能なタイマーは、前記第1出力ステージの所定ピーク出力電流に応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、請求項1に記載の高効率増幅器システム。
- 再設定可能なタイマーは、所定の期間の間超えている前記第1出力ステージの所定出力電流に応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、請求項1に記載の高効率増幅器システム。
- 再設定可能なタイマーは、前記高効率増幅器システムによって供給可能な負荷のデマンド信号の所定の大きさに応答して、所定時間に対するタイミングをリセットし、かつ再び始めるように構成される、請求項1に記載の高効率増幅器システム。
- 高効率増幅器システムであって、該高効率増幅器システムは、
第1出力ステージであって、該第1出力ステージが、該第1出力ステージによって増幅される第1の増幅された信号を出力するように構成される、第1出力ステージと、
該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージであって、該第2出力ステージが、該第2出力ステージによって増幅される第2の増幅された信号を出力するように構成される、第2出力ステージと、
該第2出力ステージに含まれるパルス幅変調器と、
該第2出力ステージに含まれ、かつ該パルス幅変調器と連結される複数のスイッチと
を含み、
該パルス幅変調器が、該第1出力ステージの出力電力の成分に従って、該第2出力ステージを有効にし、無効にするように動作可能である、高効率増幅器システム。 - 前記パルス幅変調器は、前記第2出力ステージを有効にし、無効にするように、前記スイッチのスイッチングを選択的に有効にし、無効にするように動作可能である、請求項7に記載の高効率増幅器システム。
- 前記第1出力ステージは、第1所定範囲において、該第1出力ステージの前記出力電力で負荷を駆動するように構成され、前記第2出力ステージは、該第1所定範囲より大きい第2所定範囲において該第2出力ステージの出力電力で負荷を駆動するように前記パルス幅変調器によって有効にされる、請求項7に記載の高効率増幅器システム。
- 前記パルス幅変調器は、前記第2出力ステージを有効にし、無効にするために、前記第1出力ステージの前記出力電力の電圧大きさ成分または電流大きさ成分のいずれかに基づいて、前記スイッチのスイッチングを選択的に有効にし、無効にするように動作可能である、請求項7に記載の高効率増幅器システム。
- 所定の期間に対して所定閾値未満の前記第1出力ステージの前記出力電力の電圧大きさ成分または電流大きさ成分のうちの少なくとも1つに応答して、前記パルス幅変調器を無効にするための信号を提供するように構成される再設定可能なタイマーをさらに含む、請求項7に記載の高効率増幅器。
- 前記第1出力ステージの前記出力電力の出力電流成分を示す出力電流信号を提供するように構成される電流センサーをさらに含み、前記第2出力ステージが、該出力電流信号の大きさに基づいて選択的に有効にされ、無効にされるように構成される、請求項7に記載の高効率増幅器システム。
- 前記第1出力ステージと前記第2出力ステージとの両方によって受信される出力信号を、出力電流信号を示す信号と合計するように動作可能な加算器をさらに含み、該加算器の出力が、前記パルス幅変調器に提供されるフィードフォワードコントロール信号である、請求項12に記載の高効率増幅器システム。
- 前記第1出力ステージは、クラスAB電力変換器として動作可能であり、前記第2出力ステージは、スイッチモード出力ステージとして動作可能である、請求項7に記載の高効率増幅器。
- 前記パルス幅変調器は、スイッチモード出力ステージのインターリーブスイッチングを用いて前記複数のスイッチを動作させるように動作可能である、請求項13に記載の高効率増幅器。
- 高効率増幅器システムの動作方法であって、該方法は、
第1出力ステージを用いて第1の増幅された信号を出力することであって、該第1の増幅された信号が、該第1出力ステージによって増幅される、ことと、
第2の増幅された信号を出力することであって、該第2の増幅された信号が、該第1出力ステージと並列に連結される第2出力ステージよって増幅される、ことと、
該第2出力ステージに含まれるパルス幅変調器を用いて、該第2出力ステージに含まれる複数のスイッチのスイッチングをコントロールすることと、
該第1出力ステージの出力電力の成分の所定閾値従って、該第2出力ステージを有効にし、無効にすることと
を含む、方法。 - 前記第2出力ステージを有効にし、無効にするために、前記パルス幅変調器を用いて、前記スイッチのスイッチングを有効にし、無効にすることをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 所定閾値に従って前記第2出力ステージを有効にし、無効にすることは、前記パルス幅変調器が、前記第1出力ステージの前記出力電力の出力電流成分の所定閾値に従って該第2出力ステージを有効にし、無効にすることを含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第2出力ステージが有効にされるときに、再設定可能なタイマーを用いてタイミングを開始することと、所定時間が該再設定可能なタイマーを用いて達するときに該第2出力ステージを無効にすることとをさらに含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1出力ステージの出力電流が所定閾値を超える任意の時間で、前記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記高効率増幅器システムによって供給可能な負荷のデマンド信号の所定の大きさが所定閾値を超える任意の時間で、前記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記第1出力ステージによって出力される前記第1の増幅された信号の出力電流が所定の期間に対する所定出力電流を超える任意の時間で、前記再設定可能なタイマーを用いてタイミングをリセットし、かつ再び開始することをさらに含む、請求項19に記載の方法。
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