JP2016072877A - Power amplifier and power amplification method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力増幅装置および電力増幅方法に関する。 The present invention relates to a power amplification device and a power amplification method.
今日において、パルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)またはパルス密度変調(PDM:Pulse Density Modulation)を用い、スイッチング回路で電力増幅を行うデジタルアンプ装置(D級アンプ装置)が知られている。デジタルアンプ装置は、例えば最大で90%以上等の高効率増幅が可能であり、また、発熱量も少ない。このため、ミニオーディオコンポーネント、カーオーディオ、または、携帯音楽プレーヤ等に用いられている。 2. Description of the Related Art Today, digital amplifier devices (class D amplifier devices) that perform power amplification with a switching circuit using pulse width modulation (PWM) or pulse density modulation (PDM) are known. The digital amplifier device can perform high-efficiency amplification, for example, 90% or more at the maximum, and has a small amount of heat generation. For this reason, it is used for mini audio components, car audio, portable music players, and the like.
ここで、デジタルアンプ装置に接続されているスピーカ装置等の負荷の負荷抵抗が変動すると、デジタルアンプ装置から負荷に流れる電流が変動し、オーディオ特性等に影響を及ぼすおそれがある。 Here, if the load resistance of a load such as a speaker device connected to the digital amplifier device fluctuates, the current flowing from the digital amplifier device to the load may fluctuate, which may affect audio characteristics and the like.
従来、負荷抵抗が変動しても、デジタルアンプ装置から負荷に流れる電流を一定にするための技術として、以下の第1〜第3の技術が知られている。まず、デジタルアンプ装置の出力ラインにFET(Field Effect Transistor)を直列に挿入接続する。そして、スピーカ装置の回線負荷短絡時(例えば、1Ω〜3Ω程度)に、FETにより出力電流を一定値に制御する(第1の技術)。 Conventionally, the following first to third techniques are known as techniques for making the current flowing from the digital amplifier device to the load constant even when the load resistance fluctuates. First, an FET (Field Effect Transistor) is inserted and connected in series to the output line of the digital amplifier device. Then, when the line load of the speaker device is short-circuited (for example, about 1Ω to 3Ω), the output current is controlled to a constant value by the FET (first technique).
特開2011−171967号公報(特許文献1)には、復調回路内(LCフィルタ内)で電流検出し、所定以上の電流が流れた場合、デジタルアンプ装置の出力スイッチを停止制御して、負荷に流れる電流を遮断する技術が開示されている(第2の技術)。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-171967 (Patent Document 1) detects a current in a demodulation circuit (in an LC filter) and controls a stop of an output switch of a digital amplifier device when a current exceeding a predetermined value flows. Has disclosed a technique for interrupting the current flowing through the second (second technique).
特許第3922182号公報(特許文献2)には、スピーカ装置等の負荷に流れる負荷電流を計測し、所定以上の電流量となった際に、入力される音声信号にリミッタを掛けて、信号出力が一定レベル以上とならないように抑制する技術が開示されている(第3の技術)。 In Japanese Patent No. 3922182 (Patent Document 2), a load current flowing through a load of a speaker device or the like is measured, and when the current amount exceeds a predetermined amount, a limiter is applied to an input audio signal to output a signal. Has been disclosed (third technique) for suppressing the value of the value from exceeding a certain level.
しかし、第1の技術の場合、デジタルアンプ装置の出力ラインに直列に挿入接続したFETにより、出力電流を一定値に制御するため、FETの負担が大きくなり、FET素子の寿命が短くなる問題がある。また、大電流に対応可能なFETを設ける必要あり、実装面積が大きくなることから、コストが増大する問題もあった。 However, in the case of the first technique, the output current is controlled to a constant value by the FET inserted and connected in series to the output line of the digital amplifier device, which increases the burden on the FET and shortens the life of the FET element. is there. In addition, it is necessary to provide an FET that can handle a large current, which increases the mounting area, which increases the cost.
特許文献1に開示されている第2の技術の場合、復調回路内(LCフィルタ内)で電流検出を行うため、高精度の電流計測が困難となる問題がある。また、所定以上の電流量となった際に、デジタルアンプ装置の出力スイッチを停止制御するため、音質が悪化し、音声が聴取困難となる問題もあった。
In the case of the second technique disclosed in
特許文献2に開示されている第3の技術の場合、所定以上の電流量となった際に、入力される音声信号にリミッタを掛けるため、動作時に音が歪み、音声が聴取困難となる問題がある。
In the case of the third technique disclosed in
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で負荷変動に対応して良好なオーディオ特性を得ることができるような電力増幅装置および電力増幅方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a power amplifying apparatus and a power amplifying method capable of obtaining good audio characteristics corresponding to load fluctuations with a simple configuration. .
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、入力信号を増幅して負荷に供給する増幅部と、増幅部の出力段に設けられ、増幅部から出力される出力信号の電流を検出する電流検出回路と、複数の帰還量のうち、検出された電流に応じて切り替えた帰還量で電流を帰還する可変電流帰還回路と、所定の帰還量で、出力信号の電圧を帰還する電圧帰還回路と、帰還された電流および帰還された電圧を、入力信号から減算処理する減算処理部とを有する。 As means for solving the above-described problems, the present invention is provided with an amplifying unit that amplifies an input signal and supplies the amplified signal to a load, and detects the current of the output signal output from the amplifying unit. A current detection circuit that performs feedback, a variable current feedback circuit that feeds back current by a feedback amount that is switched according to the detected current among a plurality of feedback amounts, and voltage feedback that feeds back the voltage of the output signal by a predetermined feedback amount A circuit, and a subtraction processing unit that subtracts the feedback current and the feedback voltage from the input signal.
また、上述した課題を解決するための手段として、本発明は、増幅部が、入力信号を増幅して負荷に供給する増幅ステップと、増幅部の出力段に設けられた電流検出回路が、増幅部から出力される出力信号の電流を検出する電流検出ステップと、可変電流帰還回路が、複数の帰還量のうち、検出された電流に応じて切り替えた帰還量で電流を帰還する可変電流帰還ステップと、電圧帰還回路が、所定の帰還量で、出力信号の電圧を帰還する電圧帰還ステップと、減算処理部が、帰還された電流および帰還された電圧を、入力信号から減算処理する減算処理ステップとを有する。 As a means for solving the above-described problems, the present invention provides an amplification step in which an amplification unit amplifies an input signal and supplies the amplified signal to a load, and a current detection circuit provided in the output stage of the amplification unit Current detection step for detecting the current of the output signal output from the unit, and a variable current feedback step in which the variable current feedback circuit feeds back the current with a feedback amount switched according to the detected current among a plurality of feedback amounts And a voltage feedback step in which the voltage feedback circuit feeds back the voltage of the output signal by a predetermined feedback amount, and a subtraction processing step in which the subtraction processing unit subtracts the feedback current and the feedback voltage from the input signal. And have.
本発明は、簡単な構成で負荷変動に対応して良好なオーディオ特性を得ることができる。 The present invention can obtain good audio characteristics corresponding to load fluctuations with a simple configuration.
以下、添付図面を参照して、本発明を適用した実施の形態となる電力増幅装置を詳細に説明する。 Hereinafter, a power amplifying apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(概要)
実施の形態の電力増幅装置は、復調後の音声信号の電流帰還および電圧帰還を融合させる方式となっている。実施の形態の電力増幅装置は、復調後の音声信号の電流帰還量および電圧帰還量を容易に設定でき、高精度にアンプ間のバラツキを吸収できる。また、高耐圧化する必要もなく、簡単な回路構成で実現可能となっている。また、負荷変動に対しても自動的に対応でき、良好な並列動作を可能とする。
(Overview)
The power amplifying device according to the embodiment has a method in which current feedback and voltage feedback of a demodulated audio signal are fused. The power amplifying device according to the embodiment can easily set the current feedback amount and the voltage feedback amount of the demodulated audio signal, and can absorb variations between amplifiers with high accuracy. Further, there is no need to increase the breakdown voltage, and the circuit can be realized with a simple circuit configuration. In addition, it can automatically cope with load fluctuations and enables good parallel operation.
また、実施の形態の電力増幅装置は、負荷抵抗が小さくなり出力電流が増え、閾値電流に至った際に、電流帰還量を切り替え、負荷電流を抑制する。これにより、実施の形態の電力増幅装置は、音声歪等を低減する。また、実施の形態の電力増幅装置は、アンプ出力にパワーFETを直列に挿入する必要がないため、無駄な発熱を防止できる。また、実施の形態の電力増幅装置は、短絡電流から計算して、電流帰還量を可変することで、回線短絡の負荷および不完全負荷短絡の両方に対応する。また、出力電流を制御中でも、音声信号の歪を抑えることができ、音声を明瞭にスピーカ装置に伝達することができる。また、電流帰還量を自由に設定できるため、どのようなジャンルの製品、使用環境、使用場所にも良好に対応することができる。 Further, the power amplifying apparatus of the embodiment switches the current feedback amount and suppresses the load current when the load resistance is reduced and the output current is increased to reach the threshold current. Thereby, the power amplifying device of the embodiment reduces audio distortion and the like. In addition, the power amplifying device according to the embodiment does not need to insert a power FET in series with the amplifier output, and thus can prevent wasteful heat generation. In addition, the power amplifying device of the embodiment can cope with both a short circuit load and an incomplete load short circuit by calculating the short circuit current and varying the current feedback amount. In addition, even when the output current is controlled, distortion of the audio signal can be suppressed, and the audio can be clearly transmitted to the speaker device. In addition, since the amount of current feedback can be set freely, it is possible to cope with any genre of products, usage environment, and usage location.
(第1の実施の形態)
図1に、本発明の第1の実施の形態となる電力増幅装置1のブロック図を示す。この図1に示す電力増幅装置1は、シングルエンド型の例である。電力増幅装置1は、入力端子2、オペアンプ回路3、PWM変調回路4、電圧増幅回路5、ローパスフィルタ(LPF:復調回路)6、電流検出回路7、電圧帰還回路8、電流帰還回路9、加算器10、および、出力端子11a,11bを有している。このような電力増幅装置1は、スピーカ装置等の負荷12に接続されている。なお、電圧増幅回路5は、増幅部の一例である。また、加算器10は、調整部の一例である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a block diagram of a power amplifying
入力端子2には、音声信号(Vin)が供給される。オペアンプ回路3は、入力された音声信号を、所定の利得で増幅して出力する。PWM変調回路4は、増幅された音声信号にパルス幅変調処理を施す。PWMは、「Pulse Width Modulation」の略記である。PWM変調回路4の代わりに、デルタシグマ変調器(ΔΣ変調器)を用いてもよい。
An audio signal (Vin) is supplied to the
電圧増幅回路5は、パルス幅変調処理された音声信号の電圧を、所定分、増幅する。具体的には、例えば2つの出力用パワーMOSFETを用い、パルス幅変調処理された音声信号のパルス幅のタイミングで、比較的高い電圧をスイッチングする。MOSFETは、「Metal-Oxide-semiconductor Field-Effect Transistor」の略記である。これにより、電圧振幅が大きなパルス幅変調処理された音声信号を得ることができる。LPF6は、音声信号ラインに直列挿入接続されたコイル6Rと、コイル6Rの出力側と接地との間に並列接続されたコンデンサ6Cとを有している。LPF6は、パルス幅変調処理された音声信号から高周波成分を除去し、出力端子11a,11bを介して負荷12に供給する。
The
電圧帰還回路8は、LPF6により高周波成分が除去された音声信号の電圧値(β0)を負帰還する。電流帰還回路9は、電流検出回路7により検出された、LPF6により高周波成分が除去された音声信号の電流値に対応する電圧値(β1)を負帰還する。加算器10は、入力された音声信号に、負帰還された各電圧値(β0,β1)を加算処理する。これにより、複数の電力増幅装置1が並列接続した場合に、各電力増幅装置1間のアンプゲインおよび電源電圧のバラツキ等を吸収して、良好な並列動作を可能とする。
The
次に、実施の形態のデータ発生装置1が、良好な並列動作を可能とする原理を説明する。図2は、上述の電力増幅装置1を、2つ並列接続した場合における、LPF6後の出力電流Io(横軸)と、LPF6後の出力電圧(Vo)との関係を示している。この図2において、電圧帰還量β0が大きい場合(β1=0、β0≫0)、オーディオ性能は良いのであるが、各電力増幅装置1の並列動作に支障が出る。なお、オーディオ性能が良いとは、音声信号の電圧の変動が少ないことを言う。これに対して、電流帰還量β1が大きい場合(β1≫0、β0=0)、各電力増幅装置1の並列動作は良好であるが、オーディオ性能に支障を来す。
Next, the principle by which the
ここで、図2において、Vo1は、並列接続された2つの電力増幅装置1のうち、一方の電力増幅装置1の出力電圧を示している。また、Vo2は、並列接続された2つの電力増幅装置1のうち、他方の電力増幅装置1の出力電圧を示している。並列接続された各電力増幅装置1の間に、Vo1とVo2のような出力電圧のバラツキ(Vo1>Vo2)が生じても、Vo1とVo2の出力電圧差に対応する傾きが大きくなるに連れ、出力電流変動幅ΔIoが小さくなり、各電力増幅装置1の良好な並列動作を可能とすることができる。そして、電圧電流帰還比β1/β0の比率を調整することで、オーディオ性能を確保したうえで、各電力増幅装置1の良好な並列動作を可能とすることができる。だだし、電圧電流帰還比β1/β0の傾きを大きくし過ぎると、オーディオ性能(ゲイン変動、歪率、定格出力、PSRR)の低下が顕著となり、実用に耐えない。PSRRは、「Power Supply Rejection Ratio:電源電圧変動除去比」の略記である。
Here, in FIG. 2, Vo1 indicates the output voltage of one of the two
このため、実施の形態の電力増幅装置1は、並列接続された各電力増幅装置1の出力電圧Vo1と出力電圧Vo2のバラツキ量が大きい場合、電圧電流帰還比β1/β0の比率を大きくし、出力電流Ioに対する出力電圧Voの傾きを大きくする。これにより、様々なバラツキに対応した、良好な並列動作を可能としている。
For this reason, the
また、実施の形態の電力増幅装置1は、復調回路として動作するLPF6の後段から帰還を掛けるため、電流帰還量β1および電圧帰還量β0の値を、それぞれ独立かつ簡単に調整できる。
Moreover, since the
なお、図2の例は、2台の電力増幅装置1を並列接続した例であるが、図3は、3台の電力増幅装置1を並列接続した例である。この例の場合、入力端子2から入力された音声信号は、各電力増幅装置1の加算器10を介してオペアンプ回路3にそれぞれ供給され、また、各電力増幅装置1の出力端子11a,11bは、それぞれ負荷12に接続されるように、3台の電力増幅装置1が並列接続されている。この場合も、各電力増幅装置1の出力電圧のバラツキの範囲が分かれば、出力電流Ioに対する出力電圧Voの傾き傾きを調整することで、3台の電力増幅装置1の並列接続も良好なものとすることができる。4台以上の電力増幅装置1の並列接続も同様である。
2 is an example in which two
次に、電力増幅装置1のアンプゲイン、ループゲインおよび出力抵抗の導出の仕方を説明する。図4は、図1に示した電力増幅装置1の等価回路図である。この図4において、内部抵抗Roは、電圧増幅回路5のMOSFETのオン抵抗、および、LPF6のコイル6R(Lo)の直流抵抗等である。電流検出回路7は、センス抵抗Rs(電流検出抵抗Rs)に置換されている。電流検出回路7は、電流検出抵抗Rsの両端の電位差(電圧)を、LPF6で復調された音声信号の電流値ioとして検出する。なお、音声信号の電流値io=出力電圧Vo/負荷12の抵抗値RLである。
Next, how to derive the amplifier gain, loop gain, and output resistance of the
電流帰還回路9は、「調整された電流帰還量β1×電流検出抵抗Rs×音声信号の電流値io」の電圧値を、加算器10に負帰還する。なお、この例では、LPF6で復調された音声信号の電流値ioを電流検出抵抗Rsで検出したが、電流検出抵抗Rsの代わりにトランスを挿入し、その2次電圧で検出してもよい。電圧帰還回路8は、「LPF6から出力された音声信号の電圧値Vo×調整された電圧帰還量β0」の電圧値を、加算器10に負帰還する。また、図4におけるZ0は、電力増幅装置1の出力インピーダンス(電力増幅装置1の出力抵抗)を示している。
The
このような電力増幅装置1の等価回路において、電力増幅装置1のアンプゲイン(Gain)は以下の数1式で、ループゲイン(Loop Gain)は、以下の数2式で、出力抵抗Zoは以下の数3式で、それぞれ算出される。なお、各式中、「A」は、オペアンプ回路3、電圧増幅回路5の利得等の電力増幅装置1の内部ゲインを示す。また、「A×β0≫1」、「A×β1≫1」とする。
In such an equivalent circuit of the
Gain=∂Vo/∂Vin≒A/(1+A×(β0+β1×(Rs/Zo))) ≒1/(β0+β1×(Rs/Zo)・・・(数1式) Gain = ∂Vo / ∂Vin ≒ A / (1 + A × (β0 + β1 × (Rs / Zo))) ≒ 1 / (β0 + β1 × (Rs / Zo) ・ ・ ・ (Formula 1)
Loop Gain≒A×(β0+β1×(Rs/Zo)) ・・・(数2式) Loop Gain ≒ A × (β0 + β1 × (Rs / Zo)) (Expression 2)
Zo=∂Vo/∂io≒(((1+A×β1)/(1+A×β0))×Rs)+((1/(1+A×β0))×Ro) ≒(β1/β0)×Rs・・・(数3式) Zo = ∂Vo / ∂io ≒ ((((1 + A × β1) / (1 + A × β0)) × Rs) + ((1 / (1 + A × β0)) × Ro) ≒ (β1 / β0 ) X Rs (Expression 3)
電力増幅装置1のアンプゲイン(Gain)、ループゲイン(Loop Gain)、および、出力抵抗Zoは、それぞれ電圧帰還量β0および電流帰還量β1が融合して成立する。
The amplifier gain (Gain), the loop gain (Loop Gain), and the output resistance Zo of the
次に、電力増幅装置1の設計条件を説明する。図5は、それぞれ並列接続され、スピーカ装置等の負荷12に接続された3台の電力増幅装置1を模式的に示した図である。このように複数の電力増幅装置1を並列接続した際に、良好な並列動作を示し、また、良好なオーディオ性能を得るには、以下の第1〜第7の条件を満足するように、電力増幅装置1を設計する必要がある。
Next, design conditions for the
(第1の条件)
アンプゲイン(Gain)は、システム設計時に一律に決定されるが、ここでは一例として27dBとする。
(First condition)
The amplifier gain (Gain) is uniformly determined at the time of system design, but is 27 dB as an example here.
(第2の条件)
電力増幅装置1の出力パワーもシステム設計時に一律に決定されるが、ここでは一例として最大90W/4Ωとする。
(Second condition)
The output power of the
(第3の条件)
アンプ動作として、音質改善のため、Loop Gain ≧ 20dB以上とする(オーディオ性能向上)。
(Third condition)
As amplifier operation, Loop Gain ≥ 20dB or more (increase audio performance) to improve sound quality.
(第4の条件)
並列動作する各電力増幅装置1の出力電圧のバラツキを、図5に示すように±10%以下とする。
(Fourth condition)
The variation of the output voltage of each
(第5の条件)
並列動作する各電力増幅装置1の最大電圧バラツキ(±10%)時に流れる循環電流を、図5に示すように2.5A以下とする。
(Fifth condition)
As shown in FIG. 5, the circulating current that flows when the maximum voltage variation (± 10%) of the
(第6の条件)
循環電流を2.5Aとするための、電力増幅装置1の出力抵抗Zoを導出する。
(Sixth condition)
The output resistance Zo of the
(第7の条件)
負荷12が低下した場合(大電流出力時)の、電力増幅装置1のゲイン変動幅を、3dB以内とする。
(Seventh condition)
The gain fluctuation range of the
このような第1〜第7の条件を満足する電圧帰還量β0および電流帰還量β1は、限られた範囲で存在する。第1〜第7の条件を満足するポイントを見つけることができれば、電圧帰還量β0および電流帰還量β1が互いに強調および融合し、良好な並列動作および良好なオーディオ性能を得ることができる。 The voltage feedback amount β0 and the current feedback amount β1 that satisfy such first to seventh conditions exist within a limited range. If a point satisfying the first to seventh conditions can be found, the voltage feedback amount β0 and the current feedback amount β1 can be emphasized and merged with each other, and good parallel operation and good audio performance can be obtained.
実施の形態の電力増幅装置1は、以下に説明するように導出された電圧帰還量β0および電流帰還量β1を用いることで、良好な並列動作および良好なオーディオ性能を得ている。まず、図6は、各項目に対応する条件または設定値(代表値)をまとめた図である。上述したが、この図6に示すように電力増幅装置1のアンプゲインは27dBに設定される。電力増幅装置1の最大出力パワーは、最大90W/4Ωに設定される。電力増幅装置1の内部ゲインAは70dBに設定される。電流検出抵抗Rsの抵抗値は、50mΩに設定される。電力増幅装置1の内部抵抗Roは、50mΩに設定される。ループゲインは、20dB以上に設定される。電力増幅装置1の出力電圧のバラツキは、±10%以下とする。許容可能な循環電流は、±2.5A以下とする。電力増幅装置1のアンプゲインの変動幅(負荷依存)は、3dB以下とする。
The
このような条件下において、図6の電力増幅装置1のアンプゲインが27dBであるため、数1式を用いて、電圧帰還量β0=0.045を算出する。すなわち、電圧帰還のみの場合(β1=0)、数1式を変形すると、β0=1/Gainとなる。図6からアンプGainは27dB(22.4倍)であるため、電圧帰還量β0=1/22.4=0.045を算出できる。
Under such conditions, since the amplifier gain of the
次に、図6に示す最大出力パワー90W/4Ω、各電力増幅装置1の出力電圧のバラツキ±10%以下、および、許容循環電流±2.5A以下の各条件から、数3式を用いて、電力増幅装置1の出力抵抗Zoを算出する。この条件に対応する出力抵抗Zoの数4式は、以下のようになる。
Next, from the respective conditions of the maximum output power of 90 W / 4Ω, the variation of the output voltage of each
Zo=(√90W×√4Ω×(1.1−0.9))/2.5A≒1.5Ω・・・(数4式) Zo = (√90 W × √4Ω × (1.1−0.9)) / 2.5A≈1.5Ω (Expression 4)
この数式から、出力抵抗Zo≧1.5Ωが必要となることがわかる。また、図7は、電圧帰還量β0が0.045の場合における、出力抵抗Zoと電流帰還量β1との関係(依存性)を示す図である。この図7からわかるように、出力抵抗Zo≧1.5Ωとなる電流帰還量β1は、β1≧1.35であることがわかる。 From this equation, it can be seen that the output resistance Zo ≧ 1.5Ω is required. FIG. 7 is a diagram showing the relationship (dependency) between the output resistance Zo and the current feedback amount β1 when the voltage feedback amount β0 is 0.045. As can be seen from FIG. 7, the current feedback amount β1 at which the output resistance Zo ≧ 1.5Ω is β1 ≧ 1.35.
次に、図6に示すように、負荷12の負荷変動(無負荷、4Ω、8Ω、20Ω)によるゲイン変動幅を3dB以下とする必要がある。図8は、電圧帰還量β0が0.045の場合における、電力増幅装置1のアンプゲインと電流帰還量β1との関係(依存性)を示す図である。上述の数1式および図7からわかるように、負荷変動が3dB以内となる電流帰還量β1は、β1≦1.45となる。
Next, as shown in FIG. 6, the gain fluctuation width due to the load fluctuation (no load, 4Ω, 8Ω, 20Ω) of the
図7および図8から、電流帰還量β1の最適値は、「1.35≦β1≦1.45」の範囲であることがわかる。従って、電圧帰還量β0の設計値は、β0=0.045、電流帰還量β1の設計値は、β1=1.40(1.35と1.45の中間の値)となる。この電圧帰還量β0の設計値および電流帰還量β1の設計値を、上述の数2式に代入すると、ループゲインとして46dBの値が算出される。図6に示すようにループゲインの条件は、20dB以上である。このため、電圧帰還量β0=0.045の設計値、および、電流帰還量β1=1.40の設計値は、ループゲインの条件を満足する。
7 and 8 that the optimum value of the current feedback amount β1 is in the range of “1.35 ≦ β1 ≦ 1.45”. Therefore, the design value of the voltage feedback amount β0 is β0 = 0.045, and the design value of the current feedback amount β1 is β1 = 1.40 (an intermediate value between 1.35 and 1.45). When the design value of the voltage feedback amount β0 and the design value of the current feedback amount β1 are substituted into the
次に、電圧帰還量β0=0.045、電流帰還量β1=1.40の各設計値、および、電力増幅装置1の最大出力パワーを90W/4Ωの条件で実施の形態の電力増幅装置1を検証した結果、以下の検証結果を得られた。
Next, the
図9は、27dBが条件として設定されている電力増幅装置1のアンプゲインと、負荷12の負荷抵抗RLとの関係(アンプゲインの負荷抵抗依存性)を示す図である。また、図10は、27dBが条件として設定されている電力増幅装置1のアンプゲインと、電力増幅装置1から負荷12に供給される出力電流Ioとの関係(アンプゲインの出力電流依存性)を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship (amplifier gain load resistance dependency) between the amplifier gain of the
電力増幅装置1の電圧帰還量β0をβ0=0.045とし、電流帰還量β1をβ1=1.40として最適化することで、図9に示すように負荷12が90Ωを境に電圧帰還と電流帰還が自動的に変動する。また、図10に示すように出力電流が1Aとなったときを境に電圧帰還と電流帰還が自動的に変動する。
By optimizing the voltage feedback amount β0 of the
すなわち、図9に示す電流帰還量β1=1.40の特性曲線を見ると、負荷12の負荷抵抗RLが4Ωのときに、ゲイン変動幅(負荷依存)が3dB以下の条件を満たす最低負荷抵抗値となる。以後、負荷抵抗RLが徐々に増えるに連れ、電流帰還量β1も徐々に増加して、電力増幅装置1のアンプゲインが27dBまでの範囲内で変化し、負荷抵抗RLの変動に対応する。そして、負荷抵抗RLの値が90Ωとなったときを境にして、電圧帰還量β0の効果が優勢となる。図9に示す電流帰還領域は、負荷抵抗RLが4Ω〜90Ωの範囲で、電流帰還量β1の効果が優勢であることを示している。また、図9に示す電圧帰還領域は、負荷抵抗RLが90Ω以上の範囲で、電圧帰還量β0の効果が優勢であることを示している。
That is, looking at the characteristic curve of the current feedback amount β1 = 1.40 shown in FIG. 9, when the load resistance RL of the
次に、図10に示す電流帰還量β1=1.40の特性曲線を見ると、電力増幅装置1の出力電流Ioの値が4.75Aのときに、ゲイン変動幅(負荷依存)が3dB以下の条件を満たす電流変動最大値となる。すなわち、電力増幅装置1の出力電流Ioの値が0.1A〜4.75Aの出力電流変動範囲内において、ゲイン変動幅(負荷依存)が3dB以下の条件を満たす。また、出力電流Ioの値が0.1A〜1Aの出力電流変動範囲内では、電圧帰還量β0の効果が優勢となる。図10に示す電圧帰還領域は、電圧帰還量β0の効果が優勢となる範囲を示している。また、出力電流Ioの値が1A〜4.75Aの出力電流変動範囲内では、電流帰還量β1の効果が優勢となる。図10に示す電流帰還領域は、電流帰還量β1の効果が優勢となる範囲を示している。出力電流Ioの値が1A〜4.75Aの出力電流変動範囲内では、電流帰還量の効果が優勢になり、電力増幅装置1のアンプゲインを所定の値まで低下させる。
Next, looking at the characteristic curve of the current feedback amount β1 = 1.40 shown in FIG. 10, when the value of the output current Io of the
これにより、複数の電力増幅装置1を並列接続して動作させた際に、各電力増幅装置1間で電圧差が発生した場合、電流帰還の効果により差電圧を吸収し、各電力増幅装置1の並列動作を安定させることができる。また、 出力電流Ioの値が1A以下で小さいときには、電圧帰還の効果により、オーディオ性能を十分に引き出すことができる。設定した電圧帰還量β0に対して、電流帰還量β1の範囲は、音質を考慮する場合は大きな値が好ましく、各電力増幅装置1の並列動作の安定性を図る場合は小さい値が好ましい。
Thereby, when a plurality of
以上の説明から明らかなように、第1の実施の形態の電力増幅装置1は、LPF6で復調した音声信号の電流値を電流帰還回路9で所定量、負帰還し、LPF6で復調した音声信号の電圧値を電圧帰還回路8で所定量、負帰還する。そして、加算器10において、入力される音声信号に加算する。復調後の音声信号から検出した電流値の電流帰還量β1と電圧帰還量β0を自由に設定できるため、並列接続された複数の電力増幅装置1間の出力電圧のバラツキを高精度に吸収できる。また、並列接続された複数の電力増幅装置1間の出力電圧のバラツキを高精度に吸収できるため、各電力増幅装置1を並列動作させるために電源電圧を高く変動させる必要がない。このため、高耐圧素子を用いる必要がなく、電力増幅装置1の低コスト化を実現できる。
As is clear from the above description, the
また、並列動作する各電力増幅装置1に接続された負荷12の負荷変動にも自動に対応できる。このため、事前に負荷を計測する必要がなく、また、シンプルかつ素子点数が少ない回路構成で実現できる。
Further, it is possible to automatically cope with a load fluctuation of the
電力増幅装置1の出力パワーおよび負荷変動幅は、製品ジャンル、使用環境、および、使用場所等で異なるため、製品毎に電流帰還量β1と電圧帰還量β0の割合の最適化が必要となる。しかし、実施の形態の電力増幅装置1の場合、電流帰還量β1と電圧帰還量β0の割合を自由に設定できる。このため、どのような、仕様の電力増幅装置1にも適用可能となる自由度の高さを有している。
Since the output power and the load fluctuation range of the
また、低音を再生するスピーカーユニットであるウーファは、電流帰還タイプと電圧帰還タイプに分かれるが、上述の電流帰還および電圧帰還を適用すれば、音質と大電流駆動の最適化が可能となり、音質(引き締まり感)の調整を容易とすることができる。 In addition, the woofer which is a speaker unit that reproduces the bass is divided into a current feedback type and a voltage feedback type. If the current feedback and voltage feedback described above are applied, the sound quality and the large current drive can be optimized, and the sound quality ( It is possible to easily adjust the tightening feeling.
また、第1の実施の形態の電力増幅装置1は、一方のチャンネルに正相で音声信号を入力し、他方のチャンネルに逆相で音声信号を入力し、それぞれの出力の正極同士をスピーカ装置に接続することで、ステレオアンプの2つの出力をブリッジ接続してモノラルアンプとして使用するBTL接続にも適用可能である。BTLは、「Bridged Transless」の略記である。
Further, the
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態となる電力増幅装置の説明をする。上述の第1の実施の形態の電力増幅装置1は。LPF6の出力段に、電流検出回路7を設けたものであった。この第2の実施の形態の電力増幅装置1は、図11に示すように、出力端子11bと接地との間に電流検出回路7を設けたものである。以下、このような差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a power amplifying apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The
図12に、第2の実施の形態の電力増幅装置1の等価回路図を示す。この図12に示すように、第2の実施の形態の電力増幅装置1の場合、電流検出回路7の電流検出抵抗Rsを、出力端子11bと接地との間に挿入接続している。そして、電流検出抵抗Rsの両端の電圧を、出力電流Ioの現在値として検出し、電流帰還回路9を介して加算器10に負帰還する。これにより、上述の第1の実施の形態の電力増幅装置1と同じ効果を得ることができる。
FIG. 12 shows an equivalent circuit diagram of the
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態となる電力増幅装置の説明をする。この第3の実施の形態の電力増幅装置1は、電流検出回路7からの電流検出出力から、デジタルアンプ特有のスイッチングノイズを除去するフィルタを設けたものである。以下、このような差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a power amplifying device according to a third embodiment of the present invention will be described. The
図13は、第3の実施の形態の電力増幅装置1の等価回路図である。第3の実施の形態の電力増幅装置1の場合、図13に示すように電流検出回路7の電流検出抵抗Rsで検出された電流検出出力からデジタルアンプ特有のスイッチングノイズを除去するフィルタ20を有している。
FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the
電力増幅装置1においては、上述のように電圧増幅回路5は、例えば2つの出力用パワーMOSFETを用い、パルス幅変調処理された音声信号のパルス幅のタイミングで、比較的高い電圧をスイッチングする。このため、音声信号にスパイクノイズ状のスイッチングノイズが重畳する。フィルタ20は、電流検出抵抗Rsで検出された電流検出出力からスイッチングノイズを除去し、電流帰還回路9に供給する。
In the
これにより、電流帰還回路9の誤動作を防止でき、出力電流ioの安定度を高めることができる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、フィルタ20を電流帰還回路9内に組み込んでもよい。
As a result, malfunction of the
(第4の実施の形態)
次に、本発明の第4の実施の形態となる電力増幅装置の説明をする。この第4の実施の形態の電力増幅装置1は、上述の電圧帰還量β0および電流帰還量β1の決定を、マイクロコンピュータ装置(マイコン)の制御で自動で行うようにしたものである。以下、このような差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
(Fourth embodiment)
Next, a power amplifying apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. In the
図14は、第4の実施の形態の電力増幅装置1の等価回路図である。第4の実施の形態の電力増幅装置1の場合、制御部の一例であるマイコン25が、電圧帰還量β0および電流帰還量β1を制御する。
FIG. 14 is an equivalent circuit diagram of the
具体的には、マイコン25は、ユーザにより入力された所望のアンプゲインに対応する、上述のように最適化した電圧帰還量β0を、電圧帰還回路8に対して設定する。次に、マイコン25は、最適化された電圧帰還量β0から、予め設定した電力増幅装置1の出力抵抗Zoに対する電流帰還量β1を最適化する。なお、ユーザが所望の出力抵抗Zoを入力することで、マイコン25が自動的に電流帰還量β1を最適化してもよい。
Specifically, the
一例として、マイコン25は、音質を考慮する場合、電流帰還量β1を大きな値とし、並列接続された各電力増幅装置1の並列動作の安定性を考慮する場合、電流帰還量β1を小さい値として電流帰還回路9に設定する。なお、電力増幅装置1を並列動作させない場合、マイコン25は、電流帰還回路9に対して小さな値、または、ゼロの値の電流帰還量β1を設定してもよい。
As an example, the
図15のフローチャートに、第3の実施の形態の電力増幅装置1におけるマイコン25の動作の流れを示す。まず、ステップS1では、ユーザがアンプゲインの切り替えを行うか否かの入力を行う。アンプゲインの切り替えを行わないことを示す入力操作がされた場合(ステップS1:No)、マイコン25は、ステップS7に処理を進め、予め設定されているアンプゲインの値を読み込み、処理をステップS3に進める。
The flowchart of FIG. 15 shows the operation flow of the
これに対して、アンプゲインの切り替えを行うことを示す入力操作がされた場合(ステップS1:Yes)、マイコン25は、ステップS2でユーザから入力されるアンプゲインの値を取得し、ステップS3に処理を進める。
On the other hand, when an input operation indicating that the amplifier gain is switched is performed (step S1: Yes), the
ステップS3では、マイコン25が、ユーザから、電力増幅装置1の出力抵抗Zoの切り替えを指示する入力操作がなされたか否かを判別する。電力増幅装置1の出力抵抗Zoの切り替えを指示する入力操作を検出しない場合(ステップS3:No)、マイコン25は、ステップS8において、予め設定されている出力抵抗Zoの値を読み込み、処理をステップS5に進める。
In step S <b> 3, the
これに対して、電力増幅装置1の出力抵抗Zoの切り替えを指示する入力操作を検出した場合(ステップS3:Yes)、マイコン25は、ステップS4において、ユーザから入力された出力抵抗Zoの値を取得し、処理をステップS5に進める。
On the other hand, when detecting an input operation instructing switching of the output resistance Zo of the power amplifying device 1 (step S3: Yes), the
ステップS5では、マイコン25が、アンプゲインおよび出力抵抗Zoを用いて、電圧帰還量β0および電流帰還量β1を算出する。そして、ステップS6において、マイコン25は、算出した電圧帰還量β0を図14に示すように電圧帰還回路8に設定すると共に、算出した電流帰還量β1を、電流帰還回路9に設定する。
In step S5, the
これにより、電圧帰還回路8に対する電圧帰還量β0、および、電流帰還回路9に対する電流帰還量β1の設定を、それぞれ自動で行うことができる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。
As a result, the voltage feedback amount β0 for the
(第5の実施の形態)
次に、本発明の第5の実施の形態となる電力増幅装置の説明をする。上述の第4の実施の形態では、マイコン25が、当該マイコン25が設けられている電力増幅装置1に対して電圧帰還量β0および電流帰還量β1を自動的に設定するものであった。これに対して、第5の実施の形態の電力増幅装置は、並列接続された電力増幅装置1にそれぞれ設けられているマイコン同士で通信を行う。そして、各マイコンが、良好な並列動作および良好なオーディオ性能を可能とする電圧帰還量β0および電流帰還量β1を、当該マイコンが設けられている各電力増幅装置1に対して、それぞれ自動的に設定するようにしたものである。以下、このような差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a power amplifying device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. In the above-described fourth embodiment, the
図16は、第5の実施の形態の電力増幅装置1の等価回路図である。この図16に示すように、第5の実施の形態の電力増幅装置1の場合、並列接続された各電力増幅装置1にそれぞれ設けられているマイコン25a、マイコン25bが、自機の電圧帰還量β0を検出して、並列接続されている他の電力増幅装置1のマイコンに通知する。各電力増幅装置1のマイコン25a、マイコン25bは、自機の電圧帰還量β0と他の電力増幅装置1から通知された電圧帰還量β0とを比較する。各電力増幅装置1のマイコン25a、マイコン25bは、比較結果を通信し合うことで、演算に用いる電圧帰還量β0を決定する。そして、各電力増幅装置1のマイコン25a、マイコン25bは、決定した電圧帰還量β0および自機となる電力増幅装置1の出力抵抗Zoを用いて電流帰還量β1を算出し、電流帰還量β1および電圧帰還量β0の自動設定を行う。
FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of the
図17のフローチャートは、第5の実施の形態の電力増幅装置1における、電流帰還量β1および電圧帰還量β0の自動設定動作の流れを示している。この図17のフローチャートのステップS11では、各電力増幅装置1のマイコン25a、マイコン25bが、それぞれ自機となる電力増幅装置1の現在の電圧帰還量β0および電流帰還量β1を検出する。そして、マイコン25aが自機の電力増幅装置1の電圧帰還量β0をマイコン25bに送信し、マイコン25bが自機の電力増幅装置1の電圧帰還量β0をマイコン26aに送信し、処理がステップS12に進む。
The flowchart of FIG. 17 shows the flow of the automatic setting operation of the current feedback amount β1 and the voltage feedback amount β0 in the
ステップS12では、マイコン25a、マイコン25bが、自機の電圧帰還量β0と、通信で取得した他の電力増幅装置1の電圧帰還量β0とを比較する。そして、比較結果が例えば0.5以上で2以下か否かを判別する(0.5≦β0(A)/β0(B)≦2)。なお、β0(A)は自機の電圧帰還量である。また、β0(B)は、通信で取得した他の電力増幅装置1の電圧帰還量である。
In step S12, the microcomputer 25a and the
各電圧帰還量β0の比が0.5以上で2以下ではないということは、各電圧帰還量β0の比が所定以上であることを意味する。この場合(ステップS12:No)、マイコン25a、マイコン25bは、ステップS18に処理を進め、各電圧帰還量β0の中間の値を、自機に設定する電圧帰還量β0として決定する((β0(A)+β0(B))/2=設定するβ0)。
That the ratio of each voltage feedback amount β0 is not less than 2 and not more than 2 means that the ratio of each voltage feedback amount β0 is not less than a predetermined value. In this case (step S12: No), the microcomputer 25a and the
これに対して、各電圧帰還量β0の比が0.5以上で2以下である場合(ステップS12:Yes)、マイコン25a、マイコン25bは、ステップS13に処理を進める。ステップS13では、マイコン25a、マイコン25bが、他の電力増幅装置1の電圧帰還量β0よりも、自機の電圧帰還量β0の方が大きいか否かを判別する(β0(A)>β0(B))。
On the other hand, when the ratio of each voltage feedback amount β0 is 0.5 or more and 2 or less (step S12: Yes), the microcomputer 25a and the
他の電力増幅装置1の電圧帰還量β0よりも、自機の電圧帰還量β0の方が大きいものと判別した場合(ステップS13:Yes)、マイコン25a、マイコン25bは、ステップS14およびステップS15において、自機の電圧帰還量β0を、自機に設定する電圧帰還量β0として決定する。これに対して、他の電力増幅装置1の電圧帰還量β0よりも、自機の電圧帰還量β0の方が小さいものと判別した場合(ステップS13:No)、マイコン25a、マイコン25bは、ステップS19およびステップS15において、通信により取得した他の電力増幅装置1の電圧帰還量β0を、自機に設定する電圧帰還量β0として決定する。すなわち、マイコン25a、マイコン25bは、大きい方の電圧帰還量β0を採用する。これは、電圧帰還量β0の値が大きい方が、音質が向上するためのである。
When it is determined that the voltage feedback amount β0 of the own device is larger than the voltage feedback amount β0 of the other power amplifying apparatus 1 (step S13: Yes), the microcomputer 25a and the
次に、マイコン25a、マイコン25bは、ステップS16において、自機に設定されている出力抵抗Zoおよび決定した電圧帰還量β0を用いて、上述のように電流帰還量β1を算出する。そして、ステップS17において、マイコン25a、マイコン25bは、決定した電圧帰還量β0を自機の電圧帰還回路8に設定すると共に、算出した電流帰還量β1を自機の電流帰還回路9に設定して、図17のフローチャートの処理を終了する。これにより、並列接続された各電力増幅装置1同士が通信により、自動的に電流帰還量β1および電圧帰還量β0を決定して自機に設定できる他、上述の各実施の形態と同じ効果を得ることができる。
Next, in step S16, the microcomputer 25a and the
(第6の実施の形態)
次に、本発明の第6の実施の形態となる電力増幅装置の説明をする。上述の各実施の形態の電力増幅装置において、負荷12が変動することで負荷抵抗が小さくなった場合、電力増幅装置から負荷12に流れる電流量が変化し、良好な並列動作およびオーディオ特性に支障をきたすおそれがある。このため、第6の実施の形態の電力増幅装置1は、負荷抵抗が小さくなり、出力電流が閾値電流以上となった際に、電流帰還量を多くするように電流帰還回路を制御し、負荷12に流れる電流量を抑制するようにしたものである。以下、このような差異の説明のみ行い、重複説明は省略する。
(Sixth embodiment)
Next, a power amplifying device according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In the power amplifying device of each of the above-described embodiments, when the load resistance decreases due to the fluctuation of the
図18は、第6の実施の形態の電力増幅装置のブロック図である。この図18に示すように、第6の実施の形態の電力増幅装置の場合、電流帰還量β1の切り替え機能を備えた可変電流帰還回路30を有している。可変電流帰還回路30は、LPF6の後段で、電流検出回路7により検出された音声信号の現在の電流量に応じて、電流帰還量β1(電流帰還量小)←→電流帰還量β2(電流帰還量大)の間で電流帰還量の切り替えを行う。
FIG. 18 is a block diagram of a power amplifying device according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 18, the power amplifying apparatus according to the sixth embodiment has a variable
なお、以下、電流帰還量の切り替えは、電流帰還量β1および電流帰還量β2の間で、2段階の切り替えを行うこととして説明を進める。しかし、電流帰還量の切り替えは、3段階以上で行っても良いし、アナログ的な無段階の切り替えを行ってもよい。また、LPF6の後段に電流検出回路7を設けることとしたが、図19に示すように、出力端子11bと設置との間に電流検出回路7を設けてもよい。いずれの場合も、後述と同様の効果を得ることができる。
In the following description, switching of the current feedback amount will be described as switching in two steps between the current feedback amount β1 and the current feedback amount β2. However, switching of the current feedback amount may be performed in three or more steps, or analog stepless switching may be performed. Further, although the
このような第6の実施の形態の電力増幅装置の原理を説明する。図20は、電力増幅装置1の出力電流Ioと出力電圧Voとの関係を示す図である。電力増幅装置に接続されている負荷12の負荷抵抗が変動して小さくなった場合、図20に示す電流帰還量β1/電圧帰還量β0の傾きのままでは、出力電流Io1が大きくなり(Io1→Io1(大))、良好な並列動作およびオーディオ特性に支障をきたすおそれがある。
The principle of such a power amplifying device according to the sixth embodiment will be described. FIG. 20 is a diagram illustrating a relationship between the output current Io and the output voltage Vo of the
このため、可変電流帰還回路30は、電流帰還制御を行っている間、電流検出回路7で検出される現在の出力電流値と、所定の閾値(閾値電流)とを比較する。そして、負荷抵抗が小さくなり、出力電流Ioが増えることで、出力電流Ioの電流量が閾値(閾値電流)以上となった場合、電流帰還量β1(電流帰還量小)から電流帰還量β2(電流帰還量大)に、電流帰還量の切り替えを行う。これにより、図20に示すように、負荷12側に流れる量が多くなった出力電流Io(大)を、出力電流Io2の電流量に抑制することができる。これにより、負荷抵抗が変動して小さくなった場合に、出力電流Io1が大きくなり、良好な並列動作およびオーディオ特性に支障をきたす不都合を防止することができる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Therefore, the variable
なお、このような電流抑制制御を行うことで、出力電流Ioの電流量が閾値(閾値電流)未満となった場合、可変電流帰還回路30は、電流帰還量β2(電流帰還量大)から電流帰還量β1(電流帰還量小)に、電流帰還量を戻す。
When the current amount of the output current Io becomes less than the threshold value (threshold current) by performing such current suppression control, the variable
可変電流帰還回路30の電流帰還量β1(電流帰還量小)および電流帰還量β2(電流帰還量大)は、以下のように導出する。まず、電力増幅装置のアンプゲインの仕様(27dB:図6参照)、および、ループゲイン(音質改善)から電圧帰還量β0を算出する。この例の場合、図7を用いて説明したように、電圧帰還量β0=0.045となる。
The current feedback amount β1 (small current feedback amount) and the current feedback amount β2 (large current feedback amount) of the variable
次に、算出した電圧帰還量β0、電力増幅装置の出力電圧のバラツキによる並列動作時の各電力増幅装置間の循環電流、および、ゲイン変動幅から、電流帰還量β1(電流帰還量小)の限られた範囲を検出する。そして、算出した電圧帰還量β0と、必要なアンプゲインの降下量から、電流帰還量β2(電流帰還量大)を導出する。 Next, the current feedback amount β1 (small current feedback amount) is calculated from the calculated voltage feedback amount β0, the circulating current between the power amplifying devices during the parallel operation due to the variation in the output voltage of the power amplifying device, and the gain fluctuation range. Detect a limited range. Then, the current feedback amount β2 (large current feedback amount) is derived from the calculated voltage feedback amount β0 and the necessary amount of decrease in the amplifier gain.
このように導出した電流帰還量β1および電流帰還量β2の一例を図21に示す。図21は、電力増幅装置1のアンプゲインと出力電流との関係(アンプゲインの出力電流に対する依存性)を示す図である。この例の場合、図6を用いて説明したように最大出力パワーは90W/4Ω、電圧帰還量β0=0.045、電流帰還量β1(電流帰還量小)=1.4、電流帰還量β2(電流帰還量大)=17となっている。 An example of the current feedback amount β1 and the current feedback amount β2 derived in this way is shown in FIG. FIG. 21 is a diagram illustrating a relationship between the amplifier gain and the output current of the power amplification device 1 (dependence of the amplifier gain on the output current). In this example, as described with reference to FIG. 6, the maximum output power is 90 W / 4Ω, the voltage feedback amount β0 = 0.045, the current feedback amount β1 (small current feedback amount) = 1.4, and the current feedback amount β2. (Large current feedback amount) = 17.
この例の場合、図21に示すように、出力電流の最大電流量は、4.75Aとなり、0A〜4.75Aの範囲が出力電流の許容可能な変動範囲(出力電流変動範囲)となる。可変電流帰還回路30の、上述の閾値電量は、4.75Aに設定されている。
In this example, as shown in FIG. 21, the maximum amount of output current is 4.75A, and the range of 0A to 4.75A is an allowable variation range of the output current (output current variation range). The threshold current amount of the variable
なお、出力電流が0A〜1.0Aの範囲は、電圧帰還量β0の効果が優勢となる電圧帰還領域であることを示している。また、出力電流が1.0A以上の範囲は、電流帰還量β1(及び電流帰還量β2)の効果が優勢となる電流帰還領域であることを示している。そして、電流帰還領域のうち、出力電流が1.0A以上が、過負荷領域であることを示している。 Note that the range of the output current from 0 A to 1.0 A indicates a voltage feedback region in which the effect of the voltage feedback amount β0 is dominant. The range where the output current is 1.0 A or more indicates a current feedback region where the effect of the current feedback amount β1 (and the current feedback amount β2) becomes dominant. In the current feedback region, the output current of 1.0 A or more indicates the overload region.
このように可変電流帰還量回路30の電流帰還量β1(電流帰還量小)を1.4、電流帰還量β2(電流帰還量大)を17に設定した場合において、出力電流Ioが例えば6Aになると(4.75Aの電流閾値以上となると)、可変電流帰還回路30は、電流帰還量β1から電流帰還量β2へ、電流帰還量の切り替えを行う。これにより、この例の場合、図22に示すように、電力増幅装置のアンプゲインの降下量を10dB降下させ、出力電流量を抑制することができる。従って、第6の実施の形態の電力増幅装置は、スピーカ装置または回線の短絡等により、負荷抵抗が下がったとしても、負荷に流れる電流量を自動的に抑制することができ、良好な並列動作およびオーディオ特性に支障をきたす不都合を防止することができる他、上述の各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, when the current feedback amount β1 (small current feedback amount) of the variable current
また、第6の実施の形態の電力増幅装置は、閾値電流以上の電流が負荷に流れる場合、可変電流帰還回路30により、自動的に電流量を抑制するため、音声歪等が生ずる不都合を防止できる。また、電力増幅装置の出力に対して、直列にパワーFETを挿入しなくてもよいため、一切の無駄な発熱を防止できる。
Further, in the power amplifying device of the sixth embodiment, when the current exceeding the threshold current flows to the load, the current amount is automatically suppressed by the variable
また、ハイインピーダンス回線での回線短絡(例えば2Ω〜6Ω)の負荷、および、不完全負荷短絡(6Ω以上)の両方に対応できる。また、ローインピーダンス回線の場合は、回線短絡(例えば1Ω〜3Ω)の負荷、および、不完全負荷短絡(例えば12Ω以上)の両方に対応できる。いずれの場合にも、短絡電流から計算して、電流帰還量を可変(β1→β2)させることで実現する。 Moreover, it can respond to both the load of a line short circuit (for example, 2Ω-6Ω) and the incomplete load short circuit (6Ω or more) in a high impedance line. In the case of a low impedance line, it is possible to cope with both a load of a line short circuit (for example, 1Ω to 3Ω) and an incomplete load short circuit (for example, 12Ω or more). In either case, calculation is performed from the short-circuit current, and the current feedback amount is made variable (β1 → β2).
すなわち、第6の実施の形態の電力増幅装置は、様々な負荷短絡に対しても簡単な回路で対応でき、無駄な発熱もない。また、出力電流を制御中でも、音声信号の歪を抑え、音声を明瞭にスピーカ装置に伝達することができる。また、電流帰還量も自由に設定できるため、製品のジャンル、使用環境、使用場所にかかわらず、最適化することができる。 That is, the power amplifying device of the sixth embodiment can cope with various load short circuits with a simple circuit and does not generate unnecessary heat. Further, even when the output current is controlled, distortion of the audio signal can be suppressed and the audio can be clearly transmitted to the speaker device. In addition, since the amount of current feedback can also be set freely, it can be optimized regardless of the product genre, usage environment, and usage location.
また、一方のチャンネルに正相で音声信号を入力し、他方のチャンネルに逆相で音声信号を入力し、それぞれの出力の+同士をスピーカ装置に接続することで、ステレオアンプの2つの出力をブリッジ接続してモノラルアンプとして使用するBTL接続にも適用可能である。 Also, an audio signal is input in the normal phase to one channel, an audio signal is input in the opposite phase to the other channel, and the two outputs of the stereo amplifier are connected to the speaker device by connecting + of each output to each other. The present invention can also be applied to a BTL connection used as a monaural amplifier by bridge connection.
なお、第6の実施の形態の電力増幅装置において、電流帰還量β1と電流帰還量β2とを切り替えることとした。しかし、電流帰還量β1と電流帰還量β2の電流帰還ループを別々に持たせても良い。この場合、電流帰還量β1→電流帰還量β1と電流帰還量β2の重畳動作となる(重畳動作:β1+β2)。 In the power amplification device according to the sixth embodiment, the current feedback amount β1 and the current feedback amount β2 are switched. However, the current feedback amount β1 and the current feedback amount β2 may be provided separately as current feedback loops. In this case, the current feedback amount β1 → the current feedback amount β1 and the current feedback amount β2 are superposed (superposition operation: β1 + β2).
上述の各実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。例えば、上述の各実施の形態の電力増幅装置1は、いわゆるデジタルアンプに本発明を適用した例であったが、本発明は、アナログアンプに適用してもよい。この場合でも、上述と同じ効果を得ることができる。また、本発明は、ハイインピーダンス出力アンプ、または、ローインピーダンス出力アンプのいずれにも適用してもよい。さらに、本発明は、モータ駆動制御アンプの並列動作にも適用してもよい。各実施の形態および各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Each above-mentioned embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of the present invention. Each of the novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, the
1 電力増幅装置
2 入力端子
3 オペアンプ回路
4 PWM変調回路
5 電圧増幅回路
6 ローパスフィルタ(LPF)
6R コイル
6C コンデンサ
7 電流検出回路
8 電圧帰還回路
9 電流帰還回路
10 加算器
11a 出力端子
11b 出力端子
12 負荷
15 内部抵抗
20 フィルタ
25 マイクロコンピュータ(マイコン:CPU)
25a マイクロコンピュータ(マイコン:CPU)
25b マイクロコンピュータ(マイコン:CPU)
30 可変電流帰還回路
DESCRIPTION OF
25a Microcomputer (microcomputer: CPU)
25b Microcomputer (microcomputer: CPU)
30 Variable current feedback circuit
Claims (8)
前記増幅部の出力段に設けられ、前記増幅部から出力される出力信号の電流を検出する電流検出回路と、
複数の帰還量のうち、検出された前記電流に応じて切り替えた帰還量で前記電流を帰還する可変電流帰還回路と、
所定の帰還量で、前記出力信号の電圧を帰還する電圧帰還回路と、
帰還された前記電流および帰還された前記電圧を用いて前記入力信号を調整する調整部と
を有する電力増幅装置。 An amplification unit that amplifies the input signal and supplies it to the load;
A current detection circuit provided at an output stage of the amplifying unit and detecting a current of an output signal output from the amplifying unit;
A variable current feedback circuit that feeds back the current by a feedback amount switched according to the detected current among a plurality of feedback amounts;
A voltage feedback circuit that feeds back the voltage of the output signal with a predetermined feedback amount;
A power amplifying apparatus comprising: an adjustment unit that adjusts the input signal using the fed back current and the fed back voltage.
前記増幅部からの前記入力信号をデジタル復調して出力する復調回路と
を有することを特徴とする請求項1に記載の電力増幅装置。 A modulation circuit that digitally modulates the input signal and supplies the modulated signal to the amplifier;
The power amplification device according to claim 1, further comprising: a demodulation circuit that digitally demodulates and outputs the input signal from the amplification unit.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力増幅装置。 The power amplification device according to claim 1, wherein the current detection circuit is provided on a line between an output terminal of the output signal and ground.
を特徴とする請求項1〜請求項3のうち、いずれか一項に記載の電力増幅装置。 The feedback amount of the variable current feedback circuit and the feedback amount of the voltage feedback circuit absorb variations in output voltage between the power amplifying devices when the power amplifying device and another power amplifying device are connected in parallel. The power amplification device according to any one of claims 1 to 3, wherein the power amplification device is adjusted to each feedback amount.
を特徴とする請求項2〜請求項4のうち、いずれか一項に記載の電力増幅装置。 The power amplifying device according to any one of claims 2 to 4, further comprising a filter that removes noise superimposed on a detection output of a current detected by the current detection circuit.
を有することを特徴とする請求項1〜請求項5のうち、いずれか一項に記載の電力増幅装置。 The voltage feedback amount is optimized from the input amplifier gain of the power amplification device and set in the voltage feedback circuit, and the optimized voltage feedback amount corresponds to the output resistance of the power amplification device. The power amplifying device according to claim 1, further comprising: a control unit that optimizes a current feedback amount and sets the current feedback amount in the variable current feedback circuit.
を特徴とする請求項6に記載の電力増幅装置。 The control unit communicates with a control unit provided in the other power amplifying device connected in parallel to determine an optimized feedback amount of the voltage and set it in the voltage feedback circuit. The power amplification device according to claim 6, wherein the optimized feedback amount of the current is determined and set in the variable current feedback circuit.
前記増幅部の出力段に設けられた電流検出回路が、前記増幅部から出力される出力信号の電流を検出する電流検出ステップと、
可変電流帰還回路が、複数の帰還量のうち、検出された前記電流に応じて切り替えた帰還量で前記電流を帰還する可変電流帰還ステップと、
電圧帰還回路が、所定の帰還量で、前記出力信号の電圧を帰還する電圧帰還ステップと、
調整部が、帰還された前記電流および帰還された前記電圧を用いて前記入力信号を調整する調整ステップと
を有する電力増幅方法。 An amplification unit amplifies an input signal and supplies the amplified signal to a load;
A current detection circuit provided at an output stage of the amplifying unit detects a current of an output signal output from the amplifying unit; and
A variable current feedback circuit, a variable current feedback step of feeding back the current by a feedback amount switched according to the detected current among a plurality of feedback amounts;
A voltage feedback step in which the voltage feedback circuit feeds back the voltage of the output signal by a predetermined feedback amount; and
An adjustment step in which an adjustment unit adjusts the input signal using the fed back current and the fed back voltage.
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