JP3133286U - トラッキング電源 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のトラックを有するオーディオ・システムのための電源を提供する。
【解決手段】 電源は、各チャンネルがオーディオ信号を送信する複数のチャネルを有するオーディオ増幅および変換システム２８に電力を供給する。電源は、時間の関数として複数の入力チャネルの最大振幅を決定する装置３３と、電源が最大振幅に対応するトラックのオーディオ信号を増幅するのに十分な電力を供給するように、スイッチング回路１６を制御して、入力電圧と出力電圧に対する比を制御するための周波数変調器４０とを含む。
【選択図】 図１

Description

本考案は、トラッキング電源に関し、特に複数のトラック・オーディオ用途のための周波数変調電源に関する。

本考案の重要な目的は、改善された、複数のトラック・オーディオ用途のための電源を提供することである。

本考案によれば、各チャンネルが振幅を有するオーディオ（可聴周波数）信号を含む、複数の入力チャネルを有するオーディオ増幅器および変換(transduction)回路に電力供給するために、ＡＣライン（line AC）電力を可変電圧ＤＣ電力に変換する電源は、電源をＡＣライン電力源に接続するコネクタを含む。電源は、コネクタに電気的に結合され、ＡＣライン電力をＤＣ電力に変換するための第１の変換装置と、第１の変換装置に電気的に結合され、第１の変換装置からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換するためのスイッチング回路とをさらに含む。スイッチング回路は、スイッチング装置からのＡＣ電力が可変周波数を有するように制御可能である。電力変換回路は、第１の変換装置に電気的に結合され、入力電圧および出力電圧を有し、ここで入力電圧の出力電圧に対する比は可変周波数に応答する。トラッキング装置は、時間の関数として複数のチャネルの振幅をトラッキングする。電源は、時間の関数として複数の入力チャネルの振幅の最大絶対値を決定するための装置と、電源が、振幅の最大絶対値に対応するトラックのオーディオ信号を増幅するのに十分な電力を供給するように、スイッチング回路を制御して、入力電圧と出力電圧に対する比を制御するための周波数変調器とをさらに含む。

他の特徴、目的および利点は、添付の図面を参照した、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

ここで添付の図、特に図１を参照すると、本考案による電源のブロック図が示されている。コネクタ１２の端子１０、１１はＡＣライン源（図示せず）に接続する。次にコネクタ１２は第１のＡＣ／ＤＣコンバータ（変換器）１４に電気的に接続される。第１のＡＣ／ＤＣ変換器１４は電力ライン１３ａ、１３ｂによって制御可能スイッチ１６に接続される。制御可能スイッチ１６は電力ライン１５ａ、１５ｂによって共振回路１８に電気的に接続される。共振回路１８は電力ライン１７ａ、１７ｂによって変圧器２０の一次巻線１９に電気的に接続される。変圧器２０の二次巻線２１ａおよび２１ｂは電力ライン２０ａ、２０ｂによって第２のＡＣ／ＤＣ変換器２２に電気的に接続される。第２のＡＣ／ＤＣ変換器２２はレール２４、２６に接続される。レール２４、２６はオーディオ（可聴周波）増幅および変換回路２８に接続することができる。オーディオ信号プロッセッサ３０は信号ライン３１によってオーディオ信号源と接続される。オーディオ信号がデジタル的にコード化される場合、信号ライン３１は通常、単一のラインとなる。オーディオ信号がアナログの場合、信号ライン３１は通常、各オーディオ・チャネル用の別個のラインを含む。オーディオ信号プロッセッサ３０の電源制御（ＰＳＣ：power supply control）モジュール３３は信号ラインによって誤差増幅装置３６に接続される。同様に、誤差増幅装置は図に示すようにレール２６またはレール２４に接続される。誤差増幅装置３６は信号ラインによって補償装置３８および周波数変調器４０にさらに接続される。周波数変調器４０は信号ライン４２によって制御可能スイッチに接続される。

動作時、コネクタ１２はＡＣアウトレットに差し込まれ、ライン電圧をＡＣ／ＤＣ変換器１４に供給する。ＡＣ／ＤＣ変換器は電力ライン１３ａ、１３ｂ間の電圧がピークライン電圧のＤＣ、あるいは、ＡＣ／ＤＣ変換器が倍電圧整流器を含む場合は２倍のピークライン電圧のＤＣになるように、ＡＣライン電圧をＤＣ電圧に変換する。制御可能スイッチ１６は、電力ライン１５ａ、１５ｂ間の電圧が２０ＫＨｚより高い周波数の方形波または台形波を有するように高周波で切り換える（スイッチングする）。次に電力は、電力ライン２０ａと２０ｂとの間の電圧が、電圧Ｖ₀での電力ライン１７ａ、１７ｂ間の周波数とほぼ同じ周波数の方形波または台形波になるように、共振回路１８を介して変圧器２０へ伝達される。第２のＡＣ／ＤＣ変換器２２は出力端子２４の電圧が＋Ｖ₀で、出力端子２６の電圧が−Ｖ₀になるように、方形波または台形波を２つの単方向電圧に変換する。

ＰＳＣモジュール３３は各時点のオーディオ入力チャネルにおける信号の振幅の最大（最高）絶対値を決定する。誤差増幅装置３６はＰＳＣモジュール３３からの信号をレール２６からの電圧と比較して、誤差信号を生成し、その誤差信号を増幅し、増幅された誤差信号を補償装置３８に送信する。補償回路３８は増幅された誤差信号の利得および位相を調整し、調整された誤差信号を周波数変調器４０に送信する。周波数変調器４０は、制御可能スイッチ１６のための適切なスイッチング周波数を決定し、信号ライン４２を介して制御可能スイッチ１６へその周波数を送信する。

制御可能スイッチ１６と変圧器の間の共振回路は、電流を擬似（類似）正弦波に整形する。類似正弦波を有する電流は、非常に低い高調波成分を有する。本考案による電源は、パルス変調またはパルス幅変調を使用した従来の電源に関連する高レベルの電磁妨害（ＥＭＩ：electromagnetic interference）放射を低減させるため、有利である。好都合にも電源は比較的ＥＭＩ遮蔽が少ない状態で無線受信回路に近接してオーディオ・システムの筐体内に配置することができる。

図２を参照すると、図１の電源が示され、図１のブロックのいくつかの機能を実施する回路と、本考案の実用的な実施形態において有用ないくつかの要素も示されている。図２において、いくつかの添付図面の中で同一の参照番号は同一要素を指す。図２の構成要素のグループ化は、図１に示すような要素の論理配列に従っている。図１の要素は必ずしも明確な物理的要素を示さなくてもよく、図２の要素は、図１および図２でグループ化されるのと違って物理的にグループ化することが可能である。ＥＭＩフィルタ４６は、図１に示されていないが、その目的は電流のスイッチングによって生成されるＥＭＩ放射がライン源に流入するのを防止することである。第１のＡＣ／ＤＣ変換器１４は、ブリッジ整流器４８と２つのコンデンサ５０および５２を含むことができる。第１のＡＣ／ＤＣ変換器１４は、１つのコンデンサを備え、ライン電圧のピークの出力電圧を有する、全ブリッジ整流器を有してもよい。代替的に、第１のＡＣ／ＤＣ変換器はライン・ピーク電圧の２倍の出力電圧を有する、倍電圧器を含めることができる。制御可能スイッチは、５０％よりわずかに低いデューティ比を有する高周波（２０ＫＨｚより高く、一実施形態においては１００ＫＨｚ〜２００ＫＨｚ）で交互にターンオンおよびターンオフすることでＤＣ入力電圧を高周波方形波電圧に転換（インバート：invert）する２つの半導体スイッチ５４、５６を含むことができる。わずかに５０％より低いデューティ比は、その間に両方のスイッチがターンオフになる短い不感時間（デッドタイム：dead time）を可能にする。デッドタイムは両スイッチの「貫通（シュートスルー：shoot through）」を回避し、後述するような０Ｖスイッチングを可能にする。共振回路１８は２つのインダクタ６２、６４とコンデンサ６６とを有する。コンデンサ６６およびインダクタ６２は、従来の直列共振態様で配置される。インダクタ６２およびコンデンサ６６のパラメータは、インダクタ６２およびコンデンサ６６の共振周波数がスイッチング周波数の範囲より低くなるように選択される。制御可能スイッチ１６のコンデンサ５８、６０はスイッチと並列に接続され、２つのスイッチ間の電圧遷移を遅くし、方形波形を台形波形に変え、スイッチングの結果生じるＥＭＩ放射をさらに減少させる。２つのスイッチ５４、５６のデッドタイムは、２つのスイッチ間の電圧の遷移（高レベルから０または０から高レベル）がデッドタイム内に完了することが可能になるように選択するべきである。適切なデッドタイムがあれば、スイッチは０Ｖでターンオンおよびターンオフされ、スイッチング損失を減少させる。約３００ｎｓのデッドタイムは１００ＫＨｚ〜２００ＫＨｚのスイッチング周波数には適切である。変圧器２０は、その２次巻線にセンタータップ巻線を有する従来型のステップダウン（逓降）変圧器であってよい。例示的な実施形態において、変圧器２０はインダクタ６２のための漏れインダクタンスおよびインダクタ６４のための磁化インダクタンスを有するステップダウン変圧器である。その２つの二次巻線２１ａおよび２１ｂは、密結合している。第２のＡＣ／ＤＣ変換器２２は、ブリッジ整流器６８および２つのコンデンサ７０、７２を含んでよい。オーディオ増幅および変換回路２８は、レール２４、２６と、オーディオ電力増幅器７８、８０と、負荷抵抗器８２、８４によって表わされる電気音響トランスジューサ（変換器）とを含む。オーディオ信号プロセッサ３０およびＰＳＣモジュール３３は従来型のデジタルおよびアナログ装置であってよい。あるいは、特定の実施形態では、デジタル・オーディオ信号について適切なソフトウェアを実行するデジタル信号プロッセッサであってよい。デジタル・オーディオ信号の場合、複数のチャネルが単一の信号ライン３１を介して送信される。誤差増幅装置３６、補償装置３８、光アイソレータ３９、周波数変調器４０およびハーフブリッジ駆動器（ドライバ）４１はすべて、従来の方法で配置される従来型の回路要素を含む。一実施形態において、周波数変調器４０およびハーフブリッジ駆動器４１はST Microelectronics of Carrollton, Texas (website us.st.com)から市販の単一のモノリシック回路Ｌ６５９８で実装される。

本考案による電源の特性は、出力ラインの電圧（ライン２４の電圧およびライン２６の電圧）の入力ライン（ライン１５ａと１５ｂとの間）に対する電圧との比が、入力ライン２４および２６のスイッチング周波数の、コンデンサ６６とインダクタ６２の共振周波数に対する関係によって決定されることである。

図３を参照すると、図１および図２による、電圧変換比対電源の正規化スイッチング周波数の図が示されている。曲線はそれぞれ、ライン２４またはライン２６において見られる種々の負荷抵抗を示す。正規化スイッチング周波数は、複数の共振周波数として表され、共振回路１８のコンデンサ６６およびインダクタ６２のパラメータによって決定される。典型的な共振周波数は１００ＫＨｚである。したがって、たとえば、負荷がＬ３で、共振周波数の１．５倍のスイッチング周波数であれば、電圧変換比は約０．４５となり、それゆえ、１２０Ｖｒｍｓのライン電圧、１７０Ｖのピーク電圧、そして一次巻線１９の二次巻線２１ａまたは２１ｂに対する巻数比が５であれば、電圧Ｖ₀は約（１７０×０．４５）／５、すなわち１５．３Ｖである。

図４を参照すると、ＰＳＣモジュール３３の機能の一例が示されている。曲線８６、８８、９０はそれぞれ、３チャネル・オーディオ・システムの１、２および３チャネル・オーディオ信号を示す。ＰＳＣモジュールは３つの信号の振幅の最大絶対値を決定する。絶対値を示すために、曲線の各々の整流された値が断続（ダッシュを引いた）線で示されている。最大絶対値は太線として示されている。誤差増幅装置３６、補償装置３８および周波数変調器４０を含む帰還ループは、曲線９２に一致するレール２４およびレール２６での電圧を保持するように作用する。他の実施形態において、ＰＳＣモジュール３３は、小さなオフセットＤＶ（ΔＶ）、たとえば３Ｖを設け、増幅器にヘッドルーム（headroom）を提供し、その結果オフセット線９４となる。この実施形態において、誤差増幅装置３６、補償装置３８および周波数変調器４０を含む帰還ループは、曲線９４に一致する電圧を保持するように作用する。

ここで、当業者が本考案の概念から逸脱せずに、本明細書で開示された特定の装置および技術に種々の変更を加え、それらと異なるものにすることができることは明らかである。よって、本考案は、本明細書で開示された装置および技術において提示され、または保有される各々およびすべての新規な特徴とこれらの特徴の新規な組み合わせを包含するように解釈すべきものである。

本考案を組み込んだマルチチャネル・オーディオ装置のブロック図である。 図１のマルチチャネル・オーディオ装置のより詳細なブロック図である。 本考案による共振回路の正規化スイッチング周波数の関数としての電圧変換比の図である。 オーディオ信号のトラッキングを示す図である。

Claims (4)

1. 各チャンネルが、振幅を有するオーディオ信号を含む、複数の入力チャネルを有するオーディオ増幅および変換回路に電力を供給するために、ＤＣ電圧電力を供給する電源であって、
   ＤＣ電力源と、
   前記ＤＣ電力源に電気的に結合され、前記ＤＣ電力源からの前記ＤＣ電力を制御可能ＡＣ電力に変換するために構成および配置されたスイッチング回路であって、前記スイッチング装置からの前記制御可能ＡＣ電力が可変周波数を有するように制御可能である、スイッチング回路と、
   前記ＤＣ電力源に電気的に結合され、前記可変周波数に応答し、該可変周波数に関連する出力電圧を供給するための電力変換回路と、
   前記オーディオ信号のそのときの振幅を示すと同時に、最高振幅を有する最高振幅信号を供給するように構成および配置された装置と、
   前記電源が前記そのときの最高振幅を有する前記オーディオ信号を増幅するために十分な電力を供給するように、前記可変周波数を制御する周波数変調器と、
   を備えた電源。
2. 前記電力変換回路は、共振周波数を有する共振回路を備え、それにより前記出力電圧がそのときの可変周波数の前記共振周波数に対する比に関連する、請求項１記載の電源。
3. 前記ＤＣ電力源が、
   前記電源をＡＣライン電力源に接続するコネクタと、
   該コネクタに電気的に結合され、前記ＡＣライン電力をＤＣ電力に変換するために構成および配置された変換装置と、
   を備える請求項１記載の電源。
4. 前記電力変換回路は、共振周波数を有する共振回路を備え、それにより前記出力電圧はそのときの可変周波数の前記共振周波数に対する比に関連する、請求項３記載の電源。

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