JP3633541B2 - フィルタコイル、ローパスフィルタ及びbtl出力方式d級アンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、BTL(Bridged Tied Load)出力方式D級アンプ用フィルタコイル、これを用いたローパスフィルタ及びこのローパスフィルタを有するBTL出力方式D級アンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明が適用されるBTL出力方式D級アンプの概略構成を図1に示す。このBTL出力方式D級アンプは、R、L、2チャンネルのスピーカ駆動用アンプである。同図において、BTL出力方式D級アンプ1は、入力信号のレベルに応じたパルス幅のPWM信号を出力するPWM変調器10、11と、図示してない+電源と−電源との間に接続されたMOSトランジスタ等のスイッチング素子を駆動するドライバ(図1では、スイッチング素子を省略している。)12〜15とを有している。
【0003】
また、20、21は負荷としてのスピーカであり、コンデンサC1及びインダクタンスL1、コンデンサC2及びインダクタンスL2、コンデンサC3及びインダクタンスL3、コンデンサC4及びインダクタンスL4は、それぞれ、BTL出力方式D級アンプ1の出力段に設けられたローパスフィルタである。このローパスフィルタは、アンプ出力のキャリア周波数成分を除去するためのフィルタである。
上記構成において、ドライバ12、14には、それぞれ、PWM変調器10、11より入力信号に応じてPWM変調した信号が入力され、ドライバ13、15には、ドライバ12、14に入力される信号を反転した信号が入力される。
【0004】
この結果、ドライバ12、14からはPWM信号の極性に応じて+電源または−電源の電源電圧が、また、ドライバ13、15からもPWM信号の極性に応じて+電源または−電源の電源電圧が出力されるが、ドライバ12、14とドライバ13、15とでは入力される電源電圧の極性が反転しているために、負荷であるスピーカ20、21には、電源電圧の2倍の振幅のパルス電圧が印加されることとなる。図1において、ドライバ12〜15の出力部に示す矢印は、BTL出力における+極性出力と−極性出力との間におけるそれぞれ、負荷20、21に対して流れる電流の方向の関係を示している。
【0005】
上述したBTL出力方式D級アンプでは、片チャンネルあたり+、−の極性出力に対して2個のキャリア周波数成分除去用ローパスフィルタを使用し、RチャンネルとLチャンネルでは合計4個のローパスフィルタを使用していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のBTL出力方式D級アンプでは2チャンネルのスピーカを駆動するのにキャリア周波数成分除去用ローパスフィルタが4個必要であるために、ローパスフィルタを構成するフィルタコイルをコイル単品で4個、使用していた。
また、従来のコモンモードコイルを使用する方式では、図8に示すように巻線方向が同一のコイルが複数、内蔵されたコモンモードコイルを使用し、外部配線の一部をクロスさせて使用していた。図8において、80、81は巻線方向が同一のコモンモードコイルであり、パッケージ90にコイルの軸方向に沿って隣接するように内蔵されている。
【0007】
91、92、93,94はそれぞれ、コイルの端部が接続される端子であり、各端子には配線95、96、97、98が接続され、D級アンプのBTL出力の極性を考慮して2つのコモンモードコイルの内、一方のコモンモードコイル81の配線はクロスさせて使用されるようになっていた。
【0008】
上述したBTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるPWM変調器のキャリア周波数成分を除去するためのローパスフィルタを構成するコイル単品を4個使用する従来方式では、単品コイル4個を使用するために部品コストと、実装面積が増加するとい問題が有った。
【0009】
また、ローパスフィルタに従来のコモンモードコイルを使用する方式では、BTL出力方式D級アンプの+極性出力と−極性出力では、電流の流れる方向が逆向きになるため、巻線方向が同一のコイルを複数、内蔵したコモンモードコイルでは、コイル間の誘導結合を防ぐため、片方のコイルの外部配線を基板配線でクロスさせて使用する必要が有る。このために、基板配線が複雑になり、不要輻射の対策も困難であるという問題が有った。
【0010】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、実装面積の低減及びコストの低減を図り、かつ不要輻射を防止することができるフィルタコイル、ローパスフィルタ及びBTL出力方式D級アンプを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、巻き線方向の異なる同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ1パッケージに収納したことを特徴とする。
【0012】
また、請求項2に記載の発明は、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ隣接するコイルは相互に巻き線方向が異なるようにして該巻き線方向が異なる2つのコイルを一対として複数対のコイルを1パッケージに収納したことを特徴とする。
【0013】
また、請求項3に記載の発明は、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、軸方向に沿って、隣接して配置すると共に、異なる対のコイル間に磁気シールド壁を設けて1パッケージに収納したことを特徴とする。
【0014】
また、請求項4に記載の発明は、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアにその軸方向に沿って、巻回したことを特徴とする。
【0015】
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のフィルタコイルにおいて、隣接するコイル対間に磁気シールド壁を設けたことを特徴とする。
【0016】
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のフィルタコイルをローパスフィルタのインダクタンスとして使用することを特徴とする。
【0017】
請求項6に記載の発明によれば、請求項1乃至4のいずれかに記載のフィルタコイルをローパスフィルタのインダクタンスとして使用するようにしたので、このローパスフィルタをBTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタとして使用することにより、ローパスフィルタの実装面積の低減及びコストの低減が図れ、かつ不要輻射を防止することができる。
【0018】
また、請求項7に記載の発明は、BTL出力方式D級アンプにおいて、出力段に請求項6に記載のローパスフィルタを有することを特徴とする。
【0019】
請求項7に記載の発明によれば、BTL出力方式D級アンプにおいて、出力段に請求項5に記載のローパスフィルタを使用するようにしたので、BTL出力方式D級アンプの小型化及び低コスト化が図れ、かつローパスフィルタのコイル外部配線に起因する不要輻射を防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の第1の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を図2に示す。このフィルタコイルは、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルである。図2に示すように、本実施の形態に係るフィルタコイルは、巻き線方向の異なる同一のインダクタンス値を有する偶数個(図2では2個)のコイル30、31をコイルの軸方向に沿って、隣接して配置され、かつ1つのパッケージ40に収納されている。
【0021】
図2では説明の便宜上、2個のコイルしか示されていないが、巻線方向の異なり、かつインダクタンス値が同一の一対のコイルを複数対、1パッケージに収納してもよい。
また、コイル30の端部は端子41、42に、またコイル31の端部は端子43、44にそれぞれ接続されている。また、端子41、42は、配線45、47に、端子43、44は配線46、48にそれぞれ、接続されている。
【0022】
上記構成からなるフィルタコイルを、図1に示すローパスフィルタのインダクタンスL1、L2として使用した場合におけるフィルタコイルの動作を、図3を参照して説明する。
図3において、配線45は図1におけるドライバ(BTLアンプ)12の出力端が接続され、配線46はドライバ(BTLアンプ)13の出力端が接続されている。また、配線47、48はスピーカに接続されている。
【0023】
上記構成において、図1におけるBTL出力方式D級アンプ1が動作すると、ドライバ12、13には大きさが同一で、かつ位相が相互に反転したPWM信号に応じたスイッチング電圧が出力されるために、配線45、46には、図に示す矢印X、Yで示すように相互に逆方向に電流が流れる。ドライバ12より正の極性の信号が出力される場合には、ドライバ13からはその出力を反転した信号が出力される関係にあるので、ドライバ12よりコイル30に矢印X方向で電流が流れ、スピーカ20に供給されると共に、スピーカ20、コイル31を介してドライバ13に対して矢印Y方向に電流が流れ込む。
【0024】
このとき、コイル30、31に流れる電流によって発生する磁束の向きは、図3に破線で示すように、相互に打ち消す方向になり、コイル30とコイル31との間における誘導結合は最小に抑制される。
【0025】
これに対して、従来型のコモンモードコイルを、図1に示すローパスフィルタのインダクタンスL1、L2として使用した場合におけるフィルタコイルの動作を、図4を参照して説明する。図4に示すように、従来型のコモンモードコイルは、巻線方向が同一のコイル50、51がコイルの軸方向に沿って隣接するように配置され、パッケージ60に収納されている。
【0026】
コイル50の端部は端子61、62に、またコイル51の端部は端子63、64にそれぞれ接続されている。また、端子61、62は、配線65、67に、端子63、64は配線66、68にそれぞれ、接続されている。
【0027】
上記構成において、従来型のコモンモードコイルを本実施の形態に係るフィルタコイルと置き換えて動作させた場合に、既述した理由により、ドライバ12よりコイル50に矢印X方向で電流が流れ、スピーカ20に供給されると共に、スピーカ20、コイル51を介してドライバ13に対して矢印Y方向に電流が流れ込む。ここで、コイル50、51の巻線方向が同一方向であるために、コイル50とコイル51に発生する磁束は、互いに増強する方向となり、誘導結合が発生する。
【0028】
したがって、従来型のコモンモードコイルをBTL出力方式D級アンプのローパスフィルタに使用する場合には、図8に示すように、図4におけるコイル51の配線66を外部配線で交差させてドライバ13及びスピーカ20に接続するようにして、コイル51に流れる電流の方向を反転させて、コイル51に発生する磁束の方向も反転させる必要がある。このために従来型のコモンモードコイルをBTL出力方式D級アンプのローパスフィルタに使用すると実装面積の増大、部品コストの増大、不要輻射の対策が困難であるという問題が有った。
【0029】
本発明の第1の実施の形態に係るフィルタコイルによれば、同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ隣接するコイルは相互に巻き線方向が異なるようにして該巻き線方向が異なる2つのコイルを一対として複数対のコイルを1パッケージに収納するようにしたので、実装面積の低減及びコストの低減が図れる。
【0030】
また、BTL出力方式D級アンプにおけるBTL出力の+極性出力と、−極性出力は大きさが同じで、位相が180度、異なるだけであるので、巻線方向の異なる1対のコイルには磁束が互いにキャンセルする方向に発生し、誘導結合を防げる。それゆえ、従来のようにコイルの外部配線をクロスさせる等の必要が無くなり、基板配線が複雑化することに起因する不要輻射を防止することができる。
【0031】
次に、本発明の第2の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を図5に示す。本実施の形態に係るフィルタコイルは、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルである。
図5において、巻き線方向が相互に異なり、かつ同一のインダクタンス値を有する一対のコイル100、101がコイルの軸方向に沿って隣接してパッケージ110に収納されている。コイル100の端部は端子130、131に、またコイル101の端部は端子132、133にそれぞれ接続されている。
【0032】
また、巻き線方向が相互に異なり、かつ同一のインダクタンス値を有する他の一対のコイル102、103がコイルの軸方向に沿って隣接してパッケージ110に収納されている。コイル102の端部は端子134、135に、またコイル103の端部は端子136、137にそれぞれ接続されている。そして一対のコイル100、101と、他の一対のコイル102、103との間には磁気シールド壁120が設けられている。
【0033】
上記構成からなる本実施の形態に係るフィルタコイルを図1に示した4つのローパスフィルタ(LCフィルタ)のインダクタンスL1〜L4として使用する場合には、例えば、コイル100をインダクタンスL1に、コイル101をインダクタンスL2に、またコイル102をインダクタンスL3に、コイル103をインダクタンスL4として使用する。
【0034】
この場合に、コイル100の端子130はドライバ12の出力端に、端子131はスピーカ20の一方の入力端に、コイル101の端子132はドライバ13の出力端に、端子133はスピーカ20の他方の入力端子に、それぞれ、接続される。
また、コイル102の端134はドライバ14の出力端に、端子135はスピーカ21の一方の入力端に、コイル103の端子136はドライバ15の出力端に、端子137はスピーカ21の他方の入力端にそれぞれ、接続されている。
【0035】
このようにして、図1に示すBTL出力方式D級アンプ1を動作させると、既述したように一対のコイル100、101では、相互に打ち消す方向に磁束が発生するので、コイル100、101では誘導結合が抑制される。
また、同様に他の一対のコイル102、103においても、相互に打ち消す方向に磁束が発生するので、コイル102、103では誘導結合が抑制される。
【0036】
さらに、本実施の形態では、隣接するコイル対間に磁気シールド壁120を設けることにより異なるコイル対間における誘導結合が抑制される。
本実施の形態では、説明の便宜上、2対のコイルをパッケージ110に収納した例について示しているが、巻線方向の異なる一対のコイルを単位として、2以上の複数対のコイルを1パッケージに収納するようにしてもよい。その場合には、異なる対間の境界にそれぞれ、磁気シールド壁を設けるものとする。
【0037】
このように、本発明の第2の実施の形態に係るフィルタコイルによれば、巻き線方向が相互に異なり、かつ同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、軸方向に沿って、隣接して配置すると共に、異なる対のコイル間に磁気シールド壁を設けて1パッケージに収納したので、第1の実施の形態により得られる効果に加えて、隣接するコイル対間での誘導結合を防止することができる。
【0038】
次に、本発明の第3の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を図6に示す。本実施の形態に係るフィルタコイルは、BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するコイルである。図6において、ボビン210のコア210Aには、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイル200、201が、コア210Aの軸方向に沿って、巻回されている。
尚、図6では、説明の便宜上、一対のコイルについてしか示していないが、このような一対のコイルを、複数対、コア210Aに巻回するようにしてもよい。
【0039】
上記構成からなるフィルタコイルを図1に示す出力段に設けられた4つのローパスフィルタのうち、例えば、インダクタンスL1、L2として使用する場合には、コイル200の接続端200Aはドライバ12の出力端に、接続端200Bは、スピーカ20の一方の入力端に、またコイル201の接続端201Aはドライバ13の出力端に、接続端201Bはスピーカ20の他方の入力端にそれぞれ接続される。このように接続してBTL出力方式D級アンプ1を動作させた場合の各コイルの動作は、既述した実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【0040】
本発明の第3の実施の形態に係るフィルタコイルによれば、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアにその軸方向に沿って、巻回したので、実装面積の低減及びコストの低減が図れる。
【0041】
また、BTL出力方式D級アンプにおけるBTL出力の+極性出力と、−極性出力は大きさが同じで、位相が180度、異なるだけであるので、巻線方向の異なる1対のコイルには磁束が互いにキャンセルする方向に発生し、誘導結合を防げる。それゆえ、従来のようにコイルの外部配線をクロスさせる等の必要が無くなり、基板配線が複雑化することに起因する不要輻射を防止することができる。
【0042】
次に、本発明の第4の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を図7に示す。本実施の形態に係るフィルタコイルの構成が第3の実施の形態に係るフィルタコイルと構成上、異なるのは、コア210Aに巻回されたインダクタンス値が同一で巻線方向の異なる一対のコイル200、201の境界に磁気シールド壁210Bを設けた点であり、他の構成は同一であるので、重複する説明は省略する。
【0043】
また、図7では、インダクタンス値が同一で巻線方向の異なる一対のコイル200、201の境界に磁気シールド壁を設けたが、これに限らず、インダクタンス値が同一で巻線方向の異なる一対のコイルを単位とし、複数対のコイルをボビン210のコア210Aに巻回し、隣接するコイル対間にシールド壁を設けるようにしてもよい。
【0044】
本発明の第4の実施の形態に係るフィルタコイルによれば、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアに軸方向に沿って、巻回し、隣接するコイル対間に磁気シールド壁を設けたので、隣接するコイル対間における誘導結合を抑制することができる。
【0045】
また、上記各実施形態に係るフィルタコイルをローパスフィルタのインダクタンスとして使用することにより、このローパスフィルタをBTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタとして使用することにより、ローパスフィルタの実装面積の低減及びコストの低減が図れ、かつ不要輻射を防止することができる。
【0046】
さらに、出力段に上記各実施形態に係るフィルタコイルをインダクタンスとして使用したローパスフィルタをBTL出力方式D級アンプの出力段に設けるローパスフィルタに使用することにより、BTL出力方式D級アンプの小型化及び低コスト化が図れ、かつローパスフィルタのコイル外部配線に起因する不要輻射を防止することができる。
【0047】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、巻き線方向の異なる同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ1パッケージに収納するようにしたので、実装面積の低減及びコストの低減が図れる。
【0048】
請求項2に記載の発明によれば、同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ隣接するコイルは相互に巻き線方向が異なるようにして該巻き線方向が異なる2つのコイルを一対として複数対のコイルを1パッケージに収納するようにしたので、実装面積の低減及びコストの低減が図れる。
【0049】
また、BTL出力方式D級アンプにおけるBTL出力の+極性出力と、−極性出力は大きさが同じで、位相が180度、異なるだけであるので、巻線方向の異なる1対のコイルには磁束が互いにキャンセルする方向に発生し、誘導結合を防げる。それゆえ、従来のようにコイルの外部配線をクロスさせる等の必要が無くなり、基板配線が複雑化することに起因する不要輻射を防止することができる。
【0050】
請求項3に記載の発明によれば、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、軸方向に沿って、隣接して配置すると共に、異なる対のコイル間に磁気シールド壁を設けて1パッケージに収納したので、請求項2による発明により得られる効果に加えて、コイル対間での誘導結合を防止することができる。
【0051】
請求項4に記載の発明によれば、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアにその軸方向に沿って、巻回したので、実装面積の低減及びコストの低減が図れる。
【0052】
また、BTL出力方式D級アンプにおけるBTL出力の+極性出力と、−極性出力は大きさが同じで、位相が180度、異なるだけであるので、巻線方向の異なる1対のコイルには磁束が互いにキャンセルする方向に発生し、誘導結合を防げる。それゆえ、従来のようにコイルの外部配線をクロスさせる等の必要が無くなり、基板配線が複雑化することに起因する不要輻射を防止することができる。
【0053】
請求項5に記載の発明によれば、巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアに軸方向に沿って、巻回し、隣接するコイル対間に磁気シールド壁を設けたので、隣接するコイル対間における誘導結合を抑制することができる。
【0054】
請求項6に記載の発明によれば、請求項1乃至5のいずれかに記載のフィルタコイルをローパスフィルタのインダクタンスとして使用するようにしたので、このローパスフィルタをBTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタとして使用することにより、ローパスフィルタの実装面積の低減及びコストの低減が図れ、かつ不要輻射を防止することができる。
【0055】
請求項7に記載の発明によれば、BTL出力方式D級アンプにおいて、出力段に請求項6に記載のローパスフィルタを使用するようにしたので、BTL出力方式D級アンプの小型化及び低コスト化が図れ、かつローパスフィルタのコイル外部配線に起因する不要輻射を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるBTL出力方式D級アンプの構成を示す回路図。
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を示す結線図。
【図3】図2に示した本発明の第1の実施の形態に係るフィルタコイルを図1に示すBTL出力方式D級アンプの出力段に設けられたローパスフィルタの回路要素として使用した際の動作状態を示す説明図。
【図4】従来型のコモンモードコイルを本発明の実施の形態に係るフィルタコイルと置き換えて動作させた場合の状態を示す説明図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を示す結線図。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を示す結線図。
【図7】本発明の第4の実施の形態に係るフィルタコイルの構成を示す結線図。
【図8】従来型のコモンモードコイルの構成を示す結線図。
【符号の説明】
1…BTL出力方式D級アンプ、10、11…PWM変調器、12、13、14、15…ドライバ、20、21…スピーカ、L1〜L4…インダクタンス、C1〜C4…コンデンサ、30、31、100〜103、200、201…コイル、40…パッケージ、41〜44、130〜137…端子、45〜48…配線、110…パッケージ、120、210B…磁気シールド壁、210…ボビン、210A…コア。
Claims (7)
- BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、
巻き線方向の異なる同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ1パッケージに収納したことを特徴とするフィルタコイル。 - BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、
同一のインダクタンス値を有するコイルを軸方向に沿って、偶数個、隣接して配置し、かつ隣接するコイルは相互に巻き線方向が異なるようにして該巻き線方向が異なる2つのコイルを一対として複数対のコイルを1パッケージに収納したことを特徴とするフィルタコイル。 - BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、
巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、軸方向に沿って、隣接して配置すると共に、異なる対のコイル間に磁気シールド壁を設けて1パッケージに収納したことを特徴とするフィルタコイル。 - BTL出力方式D級アンプの出力段に設けられるキャリア周波数除去用のローパスフィルタを構成するフィルタコイルにおいて、
巻き線方向が相互に異なる同一のインダクタンス値を有する一対のコイルを、複数対、一本のコアにその軸方向に沿って、巻回したことを特徴とするフィルタコイル。 - 隣接するコイル対間に磁気シールド壁を設けたことを特徴とする請求項4に記載のフィルタコイル。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載のフィルタコイルをインダクタンスとして使用することを特徴とするローパスフィルタ。
- 出力段に請求項6に記載のローパスフィルタを有することを特徴とするBTL出力方式D級アンプ。
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