JP2019140523A - Ｄ級増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤレス給電中に音声信号に生じるビートノイズを抑制するＤ級増幅器を提供する。【解決手段】デジタルアンプ１０は、送電コイルを有し、送電コイルに高周波電流を流すことで受電装置Ｄに対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電部２０と、クロック信号に基づいて音声信号を増幅するデジタル増幅部１２と、高周波電流の周波数の１以上の整数倍の周波数を有する第１クロック信号をデジタル増幅部に供給する第１クロック信号供給部２２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｄ級増幅器に関し、特に、ワイヤレス給電機能を有するＤ級増幅器に関する。

従来、Ｄ級増幅器が知られている。Ｄ級増幅器とは、入力音声信号を０、１のデジタル信号（パルス信号）に変換し、当該パルス信号に基づいて大電圧をスイッチングすることで増幅信号を得た後、当該増幅信号をローパスフィルタに通すことにより増幅されたアナログの音声信号を得るものである。ちなみに、入力音声信号のパルス信号への変換には、パルス幅変調（ＰＷＭ）あるいはΔΣ変調などが用いられるのが一般的である。

Ｄ級増幅器に含まれ、増幅処理を行うデジタル増幅部は、クロック信号に基づいてスイッチング動作を行うことで音声信号の増幅を行う。したがって、目的の周波数の信号を選択するチューナを備えるＤ級増幅器においては、チューナと、デジタル増幅部のクロック信号との間で干渉が生じるおそれがある。従来、チューナと、デジタル増幅部のクロック信号との間の干渉を抑制する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、チューナからの音声信号をＤ級増幅器で増幅する放送波受信システムであって、放送波の受信周波数に応じてＤ級増幅器のクロック信号の周波数を変更することで、Ｄ級増幅器におけるスイッチング動作周波数によってチューナの受信が妨害されないようにするシステムが開示されている。

一方、従来、受電装置と送電装置とをケーブルなどで接続せずに送電装置から受電装置へ電力を供給するワイヤレス給電技術が知られている。ワイヤレス給電の方式としては、例えば、電磁誘導方式と磁界共鳴方式とが知られている。いずれの方式においても、送電装置内に設けられた送電コイルに高周波電流を流すことで磁界を発生させ、受電装置内に設けられた受電コイルが当該磁界を受け取って受電装置に電力を生じさせることで、送電装置から受電装置へ電力が供給される。

特開２０１１−７１７２０号公報

Ｄ級増幅器にワイヤレス給電機能を設けることが考えられる。その場合、ワイヤレス給電機能を発揮するために送電コイルに流れる高周波電流が、デジタル増幅部のクロック信号に干渉して、デジタル増幅部が出力する音声信号にノイズが生じるおそれがある。

具体的には、送電コイルに流れる高周波電流あるいはその高調波の周波数と、デジタル増幅部のクロック信号の周波数との間にわずかな差があると、当該差分の周波数を有するビートノイズ（うなり）が、デジタル増幅部の出力音声信号に生じるおそれがある。例えば、高周波電流の周波数が１４５ｋＨｚであり、デジタル増幅部のクロック信号の周波数が６００ｋＨｚである場合、高周波電流の４次高調波の周波数である５８０ｋＨｚとクロック信号の周波数である６００ｋＨｚの差である２０ｋＨｚのビートノイズが発生し得る。ビートノイズの周波数が可聴帯域外であったとしても、数十ｋＨｚ程度であれば音質の悪化につながる。

本発明の目的は、Ｄ級増幅器において、ワイヤレス給電中に音声信号に生じるビートノイズを抑制することにある。

本発明は、送電コイルを有し、前記送電コイルに高周波電流を流すことで受電装置に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電部と、クロック信号に基づいて音声信号を増幅するデジタル増幅部と、前記高周波電流の周波数の１以上の整数倍の周波数を有する第１クロック信号を前記デジタル増幅部に供給する第１クロック信号供給部と、を備えることを特徴とするＤ級増幅器である。

望ましくは、前記ワイヤレス給電部は、前記受電装置の負荷に応じて前記高周波電流の周波数を変化させ、前記第１クロック信号供給部は、前記高周波電流の周波数の変化に応じて、前記第１クロック信号の周波数を変化させる、ことを特徴とする。

望ましくは、前記第１クロック信号供給部は、前記送電コイルに印加される高周波電圧が入力される整形回路であって前記高周波電圧を整形する整形回路を含み、前記整形回路において整形された信号を前記第１クロック信号として前記デジタル増幅部に供給する、ことを特徴とする。

望ましくは、前記第１クロック信号とは異なる第２クロック信号を前記デジタル増幅部に供給する第２クロック信号供給部と、をさらに備え、前記デジタル増幅部は、前記ワイヤレス給電部が給電中の場合には、前記第１クロック信号に基づいて音声信号を増幅し、前記ワイヤレス給電部が給電中でない場合には、前記第２クロック信号に基づいて音声信号を増幅する、ことを特徴とする。

望ましくは、前記ワイヤレス給電部と前記デジタル増幅部は、共通の電源ラインから電源が供給される、ことを特徴とする。

望ましくは、前記ワイヤレス給電部と前記デジタル増幅部は、グラウンドラインが共通である、ことを特徴とする。

本発明によれば、Ｄ級増幅器において、ワイヤレス給電中に音声信号に生じるビートノイズを抑制することができる。

基本実施形態に係るデジタルアンプの構成概略図である。 基本実施形態に係るデジタルアンプの一部の具体的な回路構成を示す図である。 変形実施形態に係るデジタルアンプの構成概略図である。 変形実施形態に係るデジタルアンプの一部の第１の具体的な回路構成を示す図である。 変形実施形態に係るデジタルアンプの一部の第２の具体的な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。

＜基本実施形態＞
図１は、基本実施形態に係るＤ級増幅器としてのデジタルアンプ１０の構成概略図である。また、図２は、基本実施形態に係るデジタルアンプ１０の一部の具体的な回路構成を示す図である。図１及び図２を参照しながら、デジタルアンプ１０の各部の詳細を説明する。

デジタルアンプ１０は、入力されたアナログ音声信号をパルス信号に変換し、当該パルス信号に基づいて大電圧をスイッチングすることで増幅信号を得て、当該増幅信号をローパスフィルタに通すことにより増幅されたアナログの音声信号を出力するものである。また、デジタルアンプ１０は、受電装置Ｄに対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電機能を備えている。

デジタル増幅部１２は、入力された音声信号を増幅する。具体的には、デジタル増幅部１２は、音声入力端子１４から入力されるアナログ音声信号をパルス信号に変換し、当該パルス信号を増幅して出力する。本実施形態では、デジタル増幅部１２はクラスＤアンプＩＣ３０（図２参照）を含んで構成される。

クラスＤアンプＩＣ３０は、クロック信号に基づいて動作する。基本実施形態においては、クラスＤアンプＩＣ３０は、後述する第１クロック信号供給部２２により供給される第１クロック信号に基づいて動作する。

ローパスフィルタ１６は、低域周波数のみを通過させるフィルタであり、例えばコイルとコンデンサを含んで構成される。ローパスフィルタ１６は、デジタル増幅部１２から出力される増幅されたパルス信号に対してローパスフィルタ処理を施すことにより、当該パルス信号（音声信号）をアナログ信号に変換する。変換されたアナログ音声信号はスピーカ出力端子１８からスピーカに向けて出力される。

ワイヤレス給電部２０は、受電装置Ｄに対してワイヤレス給電を行う。ワイヤレス給電部２０は、ワイヤレス給電制御ＩＣ３２及び送電コイル３４（図２参照）を含んで構成される。ワイヤレス給電制御ＩＣ３２は、送電コイル３４の両端に高周波電圧を印加することで、送電コイル３４に高周波電流を流す。これにより、送電コイル３４に磁界を発生させる。受電装置Ｄに設けられた受電コイル（不図示）が当該磁界を受け取ることで受電装置Ｄにおいて電力が発生し、すなわち受電装置Ｄが充電される。なお、送電コイル３４の両端に印加される高周波電圧の周波数と、送電コイル３４に流れる高周波電流の周波数は同じである。

本実施形態においては、ワイヤレス給電部２０は、電磁誘導方式によってワイヤレス給電を行うが、送電コイル３４に高周波電流を流すその他の方式、例えば磁界共鳴方式によりワイヤレス給電を行うようにしてもよい。なお、一般に、磁界共鳴方式においては、電磁誘導方式よりも高い周波数の電流が送電コイル３４に流される。

本実施形態においては、送電コイル３４には１５０ｋＨｚ周辺の周波数の高周波電流が流される。なお、本明細書における高周波電流とは、１５０ｋＨｚ周辺以上の周波数を有する交流電流を意味する。より詳しくは、高周波電流は、１５０ｋＨｚ周辺の周波数及び磁界共鳴方式において送電コイル３４に流される電流の周波数を含む概念である。ワイヤレス給電制御ＩＣ３２は、受電装置Ｄの負荷に応じて送電コイル３４に流す高周波電流の周波数（すなわち送電コイル３４の両端に印加する交流電圧の周波数）を変化させる。具体的には、受電装置Ｄの負荷の状態（例えば、データ書き込み動作のオン／オフや、バッテリの充電状態）によって変動する負荷端の電圧値をモニタリングし、デジタルアンプ１０にフィードバックする。ワイヤレス給電部２０は、あらかじめ決めておいた負荷端電圧の目標値とフィードバックされた電圧を比較し、差があるときは適応的に供給電圧を調整するように、送電コイル３４に流す高周波電流の周波数を変化させる。例えば、受電装置Ｄの負荷が大きいほど送電コイル３４に流す高周波電流の周波数を上げ、受電装置Ｄの負荷が小さいほど送電コイル３４に流す高周波電流の周波数を下げる。なお、受電装置Ｄの負荷は、例えば受電装置Ｄの動作状況に応じて変動する。以下、送電コイル３４に流れる高周波電流を単に高周波電流と記載する。

デジタルアンプ１０においては、デジタル増幅部１２及びワイヤレス給電部２０は同一の筐体に収められている。したがって、デジタル増幅部１２とワイヤレス給電部２０との間の距離が比較的短くなっており、両者間の空間的な結合により、高周波電流がデジタル増幅部１２（クラスＤアンプＩＣ３０）の第１クロック信号に干渉し易くなっている。

また、デジタルアンプ１０においては、デジタル増幅部１２とワイヤレス給電部２０は、共通の電源ラインから電源が供給されている。これにより、当該電源ラインを経由することで、高周波電流がデジタル増幅部１２の第１クロック信号に干渉し易くなっている。さらに、デジタルアンプ１０においては、デジタル増幅部１２とワイヤレス給電部２０は、グラウンドラインが共通となっている。これにより、グラウンドラインを経由することで、高周波電流がデジタル増幅部１２の第１クロック信号に干渉し易くなっている。

第１クロック信号供給部２２は、デジタル増幅部１２に第１クロック信号を供給する。ここで、第１クロック信号は、高周波電流の周波数の１以上の整数倍の周波数を有するクロック信号である。以下、１以上の整数倍を単に整数倍と記載する。

また、上述のように、ワイヤレス給電部２０は、受電装置Ｄの負荷に応じて高周波電流の周波数を変化させるところ、第１クロック信号供給部２２は、第１クロック信号の周波数が高周波電流の周波数の整数倍である状態を維持するように、高周波電流の周波数の変化に応じて第１クロック信号の周波数を変化させる。

本実施形態においては、第１クロック信号供給部２２は、整形回路としてのバッファ３６、及び、逓倍回路３８（図２参照）を含んで構成される。ワイヤレス給電制御ＩＣ３２と送電コイル３４との間から信号線が引き出されてバッファ３６の入力に接続される。つまり、バッファ３６には送電コイル３４に印加される高周波電圧が入力される。

バッファ３６は、当該高周波電圧を整形する機能を発揮する。後述するように、当該高周波電圧に基づく信号がクラスＤアンプＩＣ３０の第１クロック信号として利用される。一般に、クラスＤアンプＩＣ３０のクロック信号には比較的高い波形精度（例えば立ち上がり／立ち下がり時間が比較的短いことなど）が求められる。一方、送電コイル３４に印加される高周波電圧は、一般に、高い波形精度を求められるものではない。したがって、本実施形態では、送電コイル３４に印加される高周波電圧を第１クロック信号として利用するにあたり、クラスＤアンプＩＣ３０がより好適に動作できるようにするために、バッファ３６により高周波電圧を整形している。

バッファ３６の出力は逓倍回路３８に入力される。

逓倍回路３８は、入力信号の周波数を整数倍して出力する回路であり、例えば、分周器を含むＰＬＬ回路などにより構成される。逓倍回路３８が入力信号の周波数を何倍するかは、デジタルアンプ１０の設計者などによって適宜設定されてよい。逓倍回路３８からの出力信号はクラスＤアンプＩＣ３０の外部クロック入力端子へ入力される。

上記のような構成により、送電コイル３４に印加される高周波電圧は、整形され、且つ、周波数が整数倍された上で、クラスＤアンプＩＣ３０の第１クロック信号として利用される。つまり、高周波電流の周波数あるいはその高調波の周波数と、第１クロック信号の周波数とが一致する。これにより、高周波電流の周波数あるいはその高調波の周波数と、第１クロック信号の周波数との間に、わずかな（数十ｋＨｚ程度の）差分が生じることがなくなる。その結果として、クラスＤアンプＩＣ３０からの出力音声信号において、ユーザが認識し得る程度の有意な影響を及ぼすビートノイズを抑制することができる。

なお、第１クロック信号は、高周波電流の周波数の１以上の整数倍の周波数を有するクロック信号であるが、ワイヤレス給電部２０が電磁誘導方式によってワイヤレス給電を行う場合、第１クロック信号の周波数は高周波電流の周波数の３〜５倍であることが好ましく、ワイヤレス給電部２０が磁界共鳴方式によってワイヤレス給電を行う場合、第１クロック信号の周波数は高周波電流の周波数の１倍であることが好ましい。

＜変形実施形態＞
図３は、変形実施形態に係るＤ級増幅器としてのデジタルアンプ５０の構成概略図である。また、図４は、変形実施形態に係るデジタルアンプ５０の一部の第１の具体的な回路構成を示す図である。図３及び図４を参照しながら、デジタルアンプ５０の各部の詳細を説明する。

変形実施形態に係るデジタルアンプ５０のうち、基本実施形態に係るデジタルアンプ１０（図１及び図２参照）と同様の構成要件については、図３及び図４において同じ符号を付して、その説明を省略する。デジタルアンプ５０は、デジタルアンプ１０に比して、第２クロック信号供給部５２を備える点において相違する。

第２クロック信号供給部５２は、第１クロック信号とは異なる第２クロック信号をデジタル増幅部１２に供給する。ここで、第２クロック信号の周波数あるいは波形精度は、少なくとも第１クロック信号の周波数あるいは波形精度に比して、クラスＤアンプＩＣ３０の動作により適したものとなっている。すなわち、クラスＤアンプＩＣ３０は、第２クロック信号で動作した場合、第１クロック信号で動作した場合に比して、出力音声信号における、クロック信号に起因する悪影響（歪みあるいはジッタノイズなど）がより小さくなる。なお、第２クロック信号の周波数は、必ずしも高周波電流の整数倍でなくてもよい。

図４に示す変形実施形態に係るクラスＤアンプＩＣ３０は、逓倍回路３８から供給される第１クロック信号と、クラスＤアンプＩＣ３０内で生成される内部クロック信号である第２クロック信号とのいずれかで動作可能となっている。つまり、図４の例においては、クラスＤアンプＩＣ３０自体が第２クロック信号供給部５２を構成する。

クロック切替信号出力部６０は、クラスＤアンプＩＣ３０に対してクロック選択信号を出力する。本実施形態では、クロック切替信号出力部６０は、クロック選択信号としてハイ信号又はロー信号を出力する。クラスＤアンプＩＣ３０は、クロック切替信号出力部６０からハイ信号が供給された場合には第１クロック信号供給部２２から供給される第１クロック信号に基づいて動作し、クロック切替信号出力部６０からロー信号が供給された場合にはクラスＤアンプＩＣ３０の内部クロック信号、すなわち第２クロック信号に基づいて動作する。

クロック切替信号出力部６０は、ワイヤレス給電部２０がワイヤレス給電を行っているか否かを検出する。例えば、クロック切替信号出力部６０は、ワイヤレス給電制御ＩＣ３２が出力する信号などに基づいて、ワイヤレス給電部２０がワイヤレス給電を行っているか否かを検出することができる。

そして、クロック切替信号出力部６０は、ワイヤレス給電部２０が給電中の場合には、クラスＤアンプＩＣ３０に対してハイ信号を出力し、ワイヤレス給電部２０が給電中でない場合には、クラスＤアンプＩＣ３０に対してロー信号を出力する。すなわち、クラスＤアンプＩＣ３０は、ワイヤレス給電部２０が給電中の場合には、第１クロック信号に基づいて入力された音声信号を増幅し、ワイヤレス給電部２０が給電中でない場合には、第２クロック信号に基づいて入力された音声信号を増幅する。

変形実施形態では、ワイヤレス給電部２０が給電中の場合、すなわち高周波電流の干渉によるビートノイズが発生するおそれがある場合には、基本実施形態同様、クラスＤアンプＩＣ３０は第１クロック信号に基づいて動作することでビートノイズを抑制する。その一方、変形実施形態においては、ワイヤレス給電部２０が給電中でない場合、すなわち高周波電流の干渉によるビートノイズが発生するおそれがない場合には、クラスＤアンプＩＣ３０は、第２クロック信号に基づいて動作することで、クロック信号の周波数あるいは波形精度に起因する音質の劣化を防止している。

図５は、変形実施形態に係るデジタルアンプ５０の一部の第２の具体的な回路構成を示す図である。変形実施形態においては、クラスＤアンプＩＣ３０の外部から入力される信号を第２クロック信号として利用してもよい。図５の例では、第２クロック信号を出力する発振回路６２が設けられている。すなわち、図５の例では、発振回路６２が第２クロック信号供給部５２を構成する。

図５の例では、クラスＤアンプＩＣ３０の外部クロック入力端子と、逓倍回路３８の出力端子と、発振回路６２の出力端子との間に、例えばリレーなどのスイッチ素子６４が設けられる。スイッチ素子６４により、クラスＤアンプＩＣ３０の外部クロック入力端子に入力されるクロック信号が、逓倍回路３８からの第１クロック信号と、発振回路６２からの第２クロック信号との間で切り替え可能となっている。

図５の例では、クロック切替信号出力部６０はスイッチ素子６４の経路切り替えのための信号を出力する。具体的には、クロック切替信号出力部６０は、ワイヤレス給電部２０が給電中の場合には、逓倍回路３８からの第１クロック信号がクラスＤアンプＩＣ３０に供給されるようにスイッチ素子６４を切り替え、ワイヤレス給電部２０が給電中でない場合には、発振回路６２からの第２クロック信号がクラスＤアンプＩＣ３０に供給されるようにスイッチ素子６４を切り替える。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第１クロック信号供給部２２は、送電コイル３４に印加される高周波電圧が入力されるバッファ３６、及び、逓倍回路３８を含んで構成されていたが、送電コイル３４に流れる高周波電流の整数倍のクロック信号を出力できる限りにおいて、その他の構成が採用されてもよい。

また、上記実施形態では、デジタルアンプ１０，５０は、外部入力された音声信号を増幅して出力するものであるが、本実施形態に係るＤ級増幅器としては、ＣＤ，ＤＶＤ，あるいはＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）プレイヤを含むプレイヤ一体型のアンプ装置であってもよい。

１０，５０ デジタルアンプ、１２ デジタル増幅部、１４ 音声入力端子、１６ ローパスフィルタ、１８ スピーカ出力端子、２０ ワイヤレス給電部、２２ 第１クロック信号供給部、３０ クラスＤアンプＩＣ、３２ ワイヤレス給電制御ＩＣ、３４ 送電コイル、３６ バッファ、３８ 逓倍回路、５２ 第２クロック信号供給部、６０ クロック切替信号出力部、６２ 発振回路、６４ スイッチ素子。

Claims (6)

1. 送電コイルを有し、前記送電コイルに高周波電流を流すことで受電装置に対してワイヤレス給電を行うワイヤレス給電部と、
   クロック信号に基づいて音声信号を増幅するデジタル増幅部と、
   前記高周波電流の周波数の１以上の整数倍の周波数を有する第１クロック信号を前記デジタル増幅部に供給する第１クロック信号供給部と、
   を備えることを特徴とするＤ級増幅器。
2. 前記ワイヤレス給電部は、前記受電装置の負荷に応じて前記高周波電流の周波数を変化させ、
   前記第１クロック信号供給部は、前記高周波電流の周波数の変化に応じて、前記第１クロック信号の周波数を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＤ級増幅器。
3. 前記第１クロック信号供給部は、前記送電コイルに印加される高周波電圧が入力される整形回路であって前記高周波電圧を整形する整形回路を含み、前記整形回路において整形された信号を前記第１クロック信号として前記デジタル増幅部に供給する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＤ級増幅器。
4. 前記第１クロック信号とは異なる第２クロック信号を前記デジタル増幅部に供給する第２クロック信号供給部と、
   をさらに備え、
   前記デジタル増幅部は、前記ワイヤレス給電部が給電中の場合には、前記第１クロック信号に基づいて音声信号を増幅し、前記ワイヤレス給電部が給電中でない場合には、前記第２クロック信号に基づいて音声信号を増幅する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＤ級増幅器。
5. 前記ワイヤレス給電部と前記デジタル増幅部は、共通の電源ラインから電源が供給される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＤ級増幅器。
6. 前記ワイヤレス給電部と前記デジタル増幅部は、グラウンドラインが共通である、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＤ級増幅器。

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