JP2019075914A - スイッチング電源、及び、増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング電源の性能が悪化することなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑制すること。【解決手段】スイッチング電源１は、トランス３から供給される電圧を整流する、二次側の整流用のダイオードＤ１と、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑する、二次側の平滑用のコンデンサＣ１と、ダイオードＤ２と、を備える。コンデンサＣ１が平滑した電圧が、デジタルアンプに供給され、且つ、コンデンサＣ１が平滑した電圧が、制御ＩＣ２にフィードバックされる。ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１とデジタルアンプとの間に直列に接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、スイッチング電源、及び、増幅装置に関する。

スイッチング電源において（例えば、特許文献１参照。）、二次側の出力電圧を、フォトカプラを介して、一次側の制御ＩＣにフィードバックしている。制御ＩＣは、フィードバック端子の電圧に応じて、スイッチング素子によるオン／オフのデューティーを変化させて、スイッチング電源の出力電圧を調整する。

特開２０１７−１３９８３７号公報

ここで、スイッチング電源と、スイッチング電源からの電圧が供給される増幅器と、を備えた増幅装置において、音質等を改善するため、制御ＩＣへのフィードバック量を抑えようとすると、ゲインを小さくすることになるが、その結果、応答特性が悪化するため、スイッチング電源の性能が悪化する。

本発明の目的は、スイッチング電源の性能が悪化することなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑制することである。

第１の発明のスイッチング電源は、一次側に設けられ、二次側からフィードバックされる値に応じて、スイッチング素子を制御する制御回路と、トランスと、前記トランスから供給される電圧を整流する二次側の整流素子と、前記整流素子が整流した電圧を平滑する二次側の平滑素子と、を備え、前記平滑素子が平滑した電圧が、増幅器に供給され、且つ、前記平滑素子が平滑した電圧が、前記制御回路にフィードバックされ、さらに、前記平滑素子と前記増幅器との間に直列に接続されたダイオードを備えることを特徴とする。

本発明では、スイッチング電源は、平滑素子と増幅器との間に直列に接続されたダイオードを備える。このダイオードにより、増幅器出力による電源変動のフィードバック量を抑制することができる。このように、ゲインを小さくすることなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑えることができるため、応答特性が悪化することがなく、スイッチング電源の性能が、悪化することもない。従って、本発明によれば、スイッチング電源の性能が悪化することなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑制することできる。

また、二次側から一次側へのフィードバック量が抑制されているため、音の情報量、及び、低域の量感が増加する。

第２の発明のスイッチング電源は、第１の発明のスイッチング電源において、前記ダイオードのアノードは、前記平滑素子に接続され、前記ダイオードのカソードは、前記増幅器に接続されていることを特徴とする。

第３の発明のスイッチング電源は、第２の発明のスイッチング電源において、前記ダイオードのアノードと前記平滑素子との間から、前記制御回路にフィードバックする電圧が取り出されることを特徴する。

本発明では、ダイオードのアノードと平滑素子との間から、制御回路にフィードバックする電圧が取り出されている。言い換えれば、ダイオードの前段の電圧が、制御回路にフィードバックされる。例えば、増幅器が、デジタルアンプである場合、大振幅でスイッチングするため、ノイズが生じる。本発明では、ダイオードの前段の電圧が、制御回路にフィードバックされるため、ダイオード後段のデジタルアンプがフィードバックから外され、デジタルアンプが生じるノイズが前段に戻らないため、音質が向上する。

第４の発明のスイッチング電源は、第２又は第３の発明のスイッチング電源において、前記ダイオードのアノードと前記平滑素子との間から、前記増幅器以外の回路に供給される電圧が取り出されることを特徴とする。

ダイオードを経由した後の電圧を増幅器以外の回路（例えば、マイクロコンピューター、ＤＳＰ等）に供給すると、増幅器の電源への経路と、それ以外のシステム（マイクロコンピューター、ＤＳＰ等）の電源への経路と、に共通インピーダンスができてしまう。このため、本発明では、ダイオードのアノードと平滑素子との間から、増幅器以外の回路に供給される電圧が取り出されている。言い換えれば、ダイオード前段から増幅器以外の回路に電圧が供給される。また、ダイオード後段から増幅器に電圧が供給される。これにより、増幅器の電源への経路と、それ以外のシステムの電源への経路と、に共通インピーダンスができることがない。

また、増幅器への電源経路と、システム系（増幅器以外の回路）への電源経路と、がダイオードにより分離されることで、増幅器への電源のノイズが低減する。その結果、ＳＮ感、及び、低域の押し出しが増加する。

第５の発明の増幅装置は、第１〜第４のいずれかの発明のスイッチング電源と、前記スイッチング電源からの出力電圧が供給される増幅器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング電源の性能が悪化することなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑制することできる。

本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイッチング電源の回路構成を示す図である。スイッチング電源１は、一次側の整流回路と、一次側の平滑用のコンデンサと、スイッチング素子と、制御ＩＣ２と、トランス３と、二次側の整流用のダイオードＤ１と、二次側の平滑用のコンデンサＣ１と、シャントレギュレーター４と、フォトカプラ５と、ダイオードＤ２と、を備える。第１実施形態に係るスイッチング電源１は、フライバック方式のスイッチング電源である。

一次側の整流回路は、交流電源から入力される交流電圧を整流する。一次側のコンデンサは、整流回路が整流した電圧を平滑する。平滑された電圧は、スイッチング素子に供給される。制御ＩＣ２（制御回路）は、スイッチング素子を制御する。制御ＩＣ２の電源端子は、トランス２の補助巻線２３に接続されている。制御ＩＣは、補助巻線から出力された電圧を整流した電源電圧によって動作する。スイッチング素子は、制御ＩＣ２により制御され、任意の周波数でスイッチングすることにより、任意の周波数の交流電圧をトランス３の一次巻線３１に供給する。スイッチング素子は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子は、一次側の平滑用のコンデンサからの電圧、又は、接地電位の電圧を一次巻線３１に供給する。

トランス３は、一次巻線３１に供給された電圧を変圧して二次巻線３２から出力する。二次側の整流用のダイオードＤ１（整流素子）は、二次巻線３２から供給される交流電圧を整流する。ダイオードＤ１のアノードは、二次巻線３２に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１の一端に接続されている。二次側の平滑用のコンデンサＣ１（平滑素子）は、ダイオードＤ１が整流した電圧を平滑する。コンデンサＣ１の一端は、ダイオードＤ１のカソードと接続されている。コンデンサＣ１の他端は、グラウンドに接続されている。コンデンサＣ１が平滑した電圧が、スイッチング電源１の出力電圧（＋Ｂ）である。また、コンデンサＣ１が平滑した電圧は、制御ＩＣ２にフィードバックされる。

スイッチング電源１からの出力電圧（コンデンサＣ１が平滑した電圧）は、デジタルアンプ（増幅器）に供給される。また、少なくとも、スイッチング電源１とデジタルアンプとにより、増幅装置が構成される。ここで、スイッチング電源１からの出力電圧（ダイオードＤ２を経由した電圧）は、増幅装置を構成するマイクロコンピューター、ネットワークモジュール、ＤＳＰ（Digital Signal Processor1）等の増幅器以外の回路にも供給される。

シャントレギュレーター４は、スイッチング電源１の二次側でフォトカプラ５に接続されている。また、シャントレギュレーター４は、スイッチング電源１の出力電圧に応じて、フォトカプラ５に流れる電流を変化させる。シャントレギュレーター４のリファレンス端子は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間に接続されている。シャントレギュレーター４のカソードは、フォトカプラ５（発光ダイオードのカソード）に接続されている。シャントレギュレーター５のアノードは、グラウンド（接地電位）に接続されている。

フォトカプラ５は、発光ダイオードと、フォトトランジスタと、を有する。発光ダイオードのアノードには、抵抗Ｒ１を介して、スイッチング電源１の出力電圧が供給される。発光ダイオードのカソードは、シャントレギュレーター４に接続されている。フォトトランジスタのコレクタは、制御ＩＣ２のフィードバック端子ＦＢに接続されている。フォトトランジスタのエミッタは、グラウンドに接続されている。抵抗Ｒ４の一端には、スイッチング電源１の出力電圧が供給される。抵抗Ｒ４の他端は、シャントレギュレーター４に接続されている。制御ＩＣ２は、フォトカプラ５にスイッチング電源１の一次側で接続されている。

シャントレギュレーター４は、リファレンス端子に入力される、スイッチング電源１の出力電圧の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とによる分圧に応じて、カソードの吸い込み電流が増減する。シャントレギュレーター４は、リファレンス端子の電圧が高いほど、カソードの吸い込み電流が増加する。また、シャントレギュレーター４は、リファレンス端子の電圧が低いほど、カソードの吸い込み電流が減少する。

フォトカプラ５においては、シャントレギュレーター４の吸い込み電流の増減に応じて、発光ダイオードの電流が増減する。フォトトランジスタの電流の増減は、制御ＩＣ２のフィードバック端子ＦＢの電圧を変化させる。ここで、制御ＩＣ２のフィードバック端子ＦＢには、抵抗を介して、電源が接続されている。このため、フォトトランジスタの電流が増加するほど、フィードバック端子ＦＢの電圧は、減少する。制御ＩＣ２は、フィードバック端子ＦＢの電圧に応じて、スイッチング素子によるオン／オフのデューティーを変化させて、スイッチング電源１の出力電圧を調整する。言い換えれば、制御ＩＣ２は、二次側からフィードバックされる値に応じて、スイッチング素子を制御する。

ダイオードＤ２は、コンデンサＣ１とデジタルアンプとの間に直列に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、コンデンサＣ１に接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、デジタルアンプに接続されている。なお、本明細書、及び、特許請求の範囲において、「接続されている」という表現は、他の素子等を介して、接続されている場合、他の素子等を介さず、直接接続されている場合を含む。

抵抗Ｒ２の一端は、コンデンサＣ１とダイオードＤ２のアノードとの間に接続されている。ここで、スイッチング電源１の出力電圧の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とによる分圧は、シャントレギュレーター４のリファレンス端子に入力され、フォトカプラ５を介して、制御ＩＣ２にフィードバックされる。従って、ダイオードＤ１のアノードとコンデンサＣ１の間から、制御ＩＣ２にフィードバックする電圧が取り出されている。言い換えれば、制御ＩＣ２へのフィードバック経路が、ダイオードＤ１のアノード側に設けられている。

以上説明したように、第１実施形態では、スイッチング電源１は、コンデンサＣ１とデジタルアンプとの間に直列に接続されたダイオードＤ２を備える。このダイオードＤ２により、デジタルアンプ出力による電源変動のフィードバック量を抑制することができる。このように、ゲインを小さくすることなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑えることができるため、応答特性が悪化することがなく、スイッチング電源１の性能が、悪化することもない。従って、本実施形態によれば、スイッチング電源１の性能が悪化することなく、二次側から一次側へのフィードバック量を抑制することできる。

また、二次側から一次側へのフィードバック量が抑制されているため、音の情報量、及び、低域の量感が増加する。

（第２実施形態）
第１実施形態では、ダイオードＤ２を経由した後の電圧が、増幅装置を構成するマイクロコンピューター、ネットワークモジュール、ＤＳＰ等のデジタルアンプ以外の回路にも供給される。この場合、デジタルアンプの電源とそれ以外のシステム（マイクロコンピューター、ＤＳＰ等）への経路に共通インピーダンスができてしまう。また、デジタルアンプが、シングルエンドのデジタルアンプである場合、電源電圧が上昇するバンピング現象が生じる場合がある。第１実施形態のように、デジタルアンプの電源と、他の回路の電源と、が共通の場合、上昇した電圧が他の回路に印加され、破壊等を引き起こす可能性がある。

このため、第２実施形態では、ダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ１との間から、デジタルアンプ以外の回路に供給される電圧（図２の＋２０Ｖが他の回路に供給される電源となる）が取り出されている。言い換えれば、ダイオードＤ２前段からデジタルアンプ以外の回路に電圧が供給される。また、ダイオードＤ２後段からデジタルアンプに電圧が供給される。これにより、デジタルアンプの電源への経路と、それ以外のシステムの電源への経路と、に共通インピーダンスができることがない。また、第２実施形態では、デジタルアンプへの電源経路と、システム系（デジタルアンプ以外の回路）への電源経路と、が分離されているため、デジタルアンプのバンピング現象が他の回路に影響することがない。

また、第２実施形態では、ダイオードＤ２のアノードとコンデンサＣ１との間から、制御ＩＣ２にフィードバックする電圧が取り出されている。言い換えれば、ダイオードＤ２の前段の電圧が、制御ＩＣ２にフィードバックされる。デジタルアンプは、大振幅でスイッチングするため、ノイズが生じる。第２実施形態では、ダイオードＤ２の前段の電圧が、制御回路にフィードバックされるため、ダイオードＤ２後段のデジタルアンプがフィードバックから外され、デジタルアンプが生じるノイズが前段に戻らないため、音質が向上する。

ここで、デジタルアンプの音質面では、スイッチング電源１のフィードバックを強くかけない方がよい。しかしながら、デジタルアンプ以外の回路の負荷変動による電源電圧の変動は、デジタルアンプの音質悪化につながるため、フィードバックをかけて、電圧変動を抑えたい。

そのため、コンデンサＣ１のデジタルアンプとの間にダイオードＤ２が直列に接続されている。これにより、フィードバックが弱くかかるようになる。また、制御ＩＣ２にフィードバックする電圧、及び、デジタルアンプ以外の回路に供給される電圧は、ダイオードのアノードとコンデンサＣ１との間から取り出される。言い換えれば、ダイオードＤ２前段の電圧が、制御ＩＣ２にフィードバックされ、デジタルアンプ以外の回路に供給される。また、ダイオードＤ２後段の電圧が、デジタルアンプに供給される。これにより、デジタルアンプの電源とそれ以外の回路の電源とが、ダイオードＤ２で切り離され、フィードバック経路が、ダイオードＤ２のアノード側に設けられるため、デジタルアンプ以外の回路の負荷変動による電源電圧の変動をフィードバックすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。

上述の第１及び第２実施形態において、スイッチング電源１は、フライバック方式のスイッチング電源である。これに限らず、二次側から一次側にフィードバックが行われるスイッチング電源であれば、フォワード方式等のスイッチング電源であってもよい。

本発明は、スイッチング電源、及び、増幅装置に関する。

１ スイッチング電源
２ 制御ＩＣ（制御回路）
３ トランス
４ シャントレギュレーター
５ フォトカプラ
Ｃ１ コンデンサ（平滑素子）
Ｄ１ ダイオード（整流素子）
Ｄ２ ダイオード

Claims (5)

1. 一次側に設けられ、二次側からフィードバックされる値に応じて、スイッチング素子を制御する制御回路と、
   トランスと、
   前記トランスから供給される電圧を整流する二次側の整流素子と、
   前記整流素子が整流した電圧を平滑する二次側の平滑素子と、を備え、
   前記平滑素子が平滑した電圧が、増幅器に供給され、且つ、前記平滑素子が平滑した電圧が、前記制御回路にフィードバックされ、
   さらに、前記平滑素子と前記増幅器との間に直列に接続されたダイオードを備えることを特徴とするスイッチング電源。
2. 前記ダイオードのアノードは、前記平滑素子に接続され、
   前記ダイオードのカソードは、前記増幅器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング電源。
3. 前記ダイオードのアノードと前記平滑素子との間から、前記制御回路にフィードバックする電圧が取り出されることを特徴する請求項２に記載のスイッチング電源。
4. 前記ダイオードのアノードと前記平滑素子との間から、前記増幅器以外の回路に供給される電圧が取り出されることを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング電源。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチング電源と、
   前記スイッチング電源からの出力電圧が供給される増幅器と、
   を備えることを特徴とする増幅装置。

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