JP3717669B2

JP3717669B2 - 増幅回路

Info

Publication number: JP3717669B2
Application number: JP17279198A
Authority: JP
Inventors: 栄寿前原; 高久牧野; 聡杉本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JP2000013156A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ機器に用いて好適な増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、増幅回路において、無駄な電力損失を抑えるとともに、増幅回路の出力信号をひずまないようにするため、その出力レベルに応じて増幅回路の電源電圧を切り換える技術が知られている。増幅回路の入力または出力が小中レベルのとき増幅部の電源電圧を低くしておき、増幅部の入力または出力が大となった場合のみ増幅部の電源電圧を高くするものである。図４は上記の如き従来の増幅回路を示す図である。
【０００３】
図４において、増幅回路の動作中、昇圧チョッパ２内部の発振器２Ａが作動して、スイッチングトランジスタＳＷ１がオン／オフ動作することにより昇圧チョッパ２が動作し、これによりバッテリーからの定電圧Ｖｂが昇圧され、昇圧電圧が生成される。
【０００４】
この時点では、スイッチングトランジスタＳＷ２はオフしており、出力増幅部５には、定電圧Ｖｂがバイパス回路３を経由して電源電圧として印加される。電圧Ｖｂを電源電圧とする出力増幅部５において、入力信号ＡＳは増幅されて、出力増幅信号ＺＳが生成される。
【０００５】
上記の如き動作の間、常にコンパレータ４Ａによって図４のａ点の電位Ｖａと、基準電圧Ｖｒｅｆとが比較されており、ａ点の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆ以上か否か検出される。
【０００６】
出力増幅部５の出力増幅信号ＺＳが小または中レベルで図４のａ点の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合、コンパレータ４Ａの出力信号はＬレベルとなり、スイッチングトランジスタＳＷ２はオフするので、バイパス回路３を介して定電圧Ｖｂが出力増幅部５に電源電圧として印加される。
【０００７】
また、出力増幅信号ＺＳが大レベルとなり、ａ点の電位Ｖａが基準レベル以上になった場合、コンパレータ４Ａの出力はＨレベルになるので、スイッチトランジスタＳＷ２はオンして昇圧チョッパ２からの昇圧電圧Ｖｕが電源電圧として出力増幅器５に印加される。
【０００８】
再び出力増幅信号ＺＳが小または中レベルになり、図４中の電位Ｖａが基準電圧Ｖｒｅｆより下回ると、コンパレータ４Ａの出力レベルがＬレベルになり、バッテリー５の定電圧Ｖｂが出力増幅部５に印加される。
【０００９】
よって、出力増幅部５の出力レベルがＶｒｅｆより高くなった場合のみ、出力増幅部５の電源電圧として電圧Ｖｂより高い昇圧電圧Ｖｕが印加されることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図４の増幅回路では、出力レベルが小または中レベルのとき出力増幅部５の電源電圧はバッテリーからの定電圧Ｖｂとなる。出力レベルが中レベルのときには損失電力を低減することはできる。しかし、出力増幅部５の出力レベルが小レベルのとき、前記出力レベルは定電圧Ｖｂより大きく下回るので、損失電力が大きくなっていた。そこで、本発明は、増幅回路の出力レベルが小レベルで高効率化を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題に鑑みて成され、定電圧を発生する電源と、ボリュームＢＬから発生する入力信号に応じた分圧電圧を増幅し、増幅信号をスピーカーに出力する増幅部と、前記定電圧を昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路と、前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給するための電圧供給用スイッチング素子と、前記定電圧または前記定電圧を降圧した降圧電圧を生成するための電圧生成用スイッチング素子を有し、前記定電圧または前記降圧電圧を発生する降圧チョッパ回路と、前記分圧電圧が前記増幅信号を第１の電圧領域とする第１の値であるとき、前記電圧生成用スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記降圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第１の電圧領域より高い第２の電圧領域とする第２の値であるとき、前記電圧生成用スイッチング素子をオンすることにより、前記定電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第２の電圧領域より高い第３の電圧領域とする第３の値であるとき、前記電圧供給用スイッチング素子をオンすることにより、前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給する選択切替回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記選択切替回路は、前記分圧電圧が前記第１の値または前記第２の値であることをマイコンが検出したときの検出電圧と、所定電圧との比較結果に基づいて、前記電圧生成用スイッチング素子をスイッチングまたはオンするための信号を出力する第１の比較回路と、前記分圧電圧が前記第３の値であることを前記マイコンが検出したときの検出電圧と、所定電圧との比較結果に基づいて、前記電圧供給用スイッチング素子をオンするための信号を出力する第２の比較回路と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１の電圧領域は、前記増幅信号が接地電圧から前記降圧電圧までの領域（例えば８Ｖ以下）であり、前記第２の電圧領域は、前記増幅信号が前記降圧電圧から前記定電圧までの領域（例えば８Ｖ〜１３Ｖ）であり、前記第３の電圧領域は、前記増幅信号が前記定電圧から前記昇圧電圧までの領域（例えば１３Ｖ〜１８Ｖ）であり、前記選択切替回路は、前記分圧電圧が前記第１乃至第３の何れの値であるのかに応じて、前記降圧電圧、前記定電圧、前記昇圧電圧の何れか１つを前記増幅部の電源電圧として供給することを特徴とする。
【００１４】
また、前記ボリュームＢＬに連動するとともに前記ボリュームの設定位置に応じた分圧電圧を発生する連動ボリュームＢＬ´を有し、前記マイコンは、前記連動ボリュームＢＬ´の分圧電圧から、前記ボリュームＢＬの分圧電圧が前記第１乃至第３の何れの値であるのかを検出することを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明は、定電圧を発生する電源と、ボリュームから発生する入力信号に応じた分圧電圧を増幅し、増幅信号をスピーカーに出力する増幅部と、前記電源の＋側に直列接続された第１のコイルおよび第１のダイオードと、前記第１のコイルおよび前記第１のダイオードの接続点と接地ラインとの間に接続された第１のスイッチング素子と、前記第１のダイオードの出力と前記接地ラインとの間に接続された第１のコンデンサと、を有し、前記第１のスイッチング素子がスイッチングするとともに前記第１のコンデンサが充放電することにより、前記定電圧を昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧チョッパ回路と、前記電源の＋側に直列接続された前記第２のスイッチング素子および第２のコイルと、前記第２のスイッチング素子および前記第２のコイルの接続点と前記接地ラインとの間に接続された第２のダイオードと、前記第２のコイルの出力と前記接地ラインとの間に接続された第２のコンデンサと、を有し、前記定電圧または前記定電圧を降圧した前記降圧電圧を発生する降圧チョッパ回路と、前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給するための第３のスイッチング素子と、前記分圧電圧が前記増幅信号を第１の電圧領域とする第１の値であるとき、前記第２のスイッチング素子をスイッチングすることにより、前記降圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第１の電圧領域より高い第２の電圧領域とする第２の値であるとき、前記第２のスイッチング素子をオンすることにより、前記定電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第２の電圧領域より高い第３の電圧領域とする第３の値であるとき、前記第３のスイッチング素子をオンすることにより、前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給する選択切替回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
以上、出力レベルを大中小の範囲に設定し、この設定範囲に応じて増幅部の電源を大中小に変えるため、出力レベルが小レベルの時も高効率化を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す図であり、１は定電圧Ｖｂを発生する定電圧電源（バッテリー）、２は昇圧チョッパ回路、３は降圧チョッパ回路、４は増幅部、５は、ボリュームＢＬの設定位置に応じて、昇圧チョッパ回路２を動作させ増幅部の電源に昇圧電圧を供給するための第１の選択切替回路、６はボリュームＢＬの設定位置に応じて、降圧チョッパ回路３を動作させ増幅部の電源に降圧電圧を供給するための第２の選択切替回路である。また入力信号ＡＳはボリュームＢＬを介して入力され、その結果増幅部４の増幅出力ＺＳは、スピーカーＳＰから出力される。
【００１９】
つまり図２に示すように、増幅部４に加えられる電源は、ボリュームの設定位置に応じて定電圧Ｖｂ、これよりも高い電圧Ｖ１およびＶｂよりも低いＶ２に設定される。つまりカーステレオ等の電子ボリュームでは、スピーカの音を大きくしたり、小さくしたりするスイッチがあるが、このスイッチの位置に応じて電源が供給される。例えば目盛が０〜１２まであれば、１〜４の第１の設定範囲、５〜８の第２の設定範囲、９〜１２の第３の設定範囲で、順にＶ２、Ｖｂ、Ｖ１が設定される。
【００２０】
ボリュームＢＬは、入力信号により分圧電圧が変動する第１のボリュームと、第１のボリュームと連動はするが、定電圧が加えられている第２のボリュームがある。つまり第２のボリュームの出力により、第１〜第３の設定範囲が出力され、第３の設定範囲であることをモニターし、ＳＷ１２をＯＮすると共にオシレータ等でＳＷ１１をＯＮ・ＯＦＦ制御し、増幅部４に点１２で発生する電圧Ｖ１を供給する。また第１の設定範囲であることをモニターし、ＳＷ２２をＯＮ・ＯＦＦ制御し、点ｅで発生する電圧Ｖ２を増幅部４に供給する。尚第２の設定範囲で有れば、ＳＷ２２がＯＮ状態を維持し、電圧Ｖｂが供給される。
【００２１】
以上、出力レベルが大中小の時、それぞれ増幅部の電源を大中小に変え、出力レベルが小レベルの時もＶ２を電源として供給できるため、高効率化を実現できる。
【００２２】
では、図３を参照しながら具体的に説明する。
定電圧電源１（例えばバッテリー）の上端（ａ点）には直流電圧ＶｂＶ、下端に０Ｖ（接地）が発生し、このａ点と増幅部４の点ｂとの間には、第１のコイルＬ１１、第１のダイオードＤ１２、第３のスイッチング素子ＳＷ１２が直列接続されている。また第１のコイルＬ１１と第１のダイオードＤ１２との交点（以下第１の交点１１と呼ぶ）と接地ライン１０との間には、第１のスイッチング素子ＳＷ１１が接続され、第１のダイオードＤ１２と第３のスイッチング素子ＳＷ１２との交点（以下第２の交点１２と呼ぶ）と接地ライン１０との間には、第１のコンデンサＣ１１が接続されている。また第１のスイッチング素子ＳＷ１１をオンオフ制御する比較回路ＯＰ４が設けられ、この比較回路ＯＰ４の−端子には、三角波を発生するオシレータＯＳＣが接続され、第１の＋端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が接続され、第２の＋端子は、抵抗Ｒ１とＲ２の間の点ｅ１に接続されている。
【００２３】
入力信号ＡＳは、ボリュームＢＬを介して増幅部４で増幅され、出力信号ＺＳが出力される。またこのボリュームＢＬの設定位置と連動するボリュームＢＬ´は、所定の定電圧が加えられ、ここから発生する分圧電圧は、マイコンＭを介して比較回路ＯＰ１の−端子に接続され、＋端子に接続された基準電圧Ｖｒｅｆ３とマイコンの出力を比較して第３のスイッチング素子ＳＷ１２をオンオフ制御している。この第３のスイッチング素子ＳＷ１２は、増幅部の電源として昇圧電圧Ｖ１を供給・非供給の制御をしている。
【００２４】
以上の構成に於いて、点線で囲んでいるように、Ｌ１１、Ｄ１２、ＳＷ１１、ＯＰ４およびＣ１１で昇圧回路２を構成している。またＯＰ１、ＳＷ１２およびマイコンＭで第１の切替回路５（図１参照）を構成している。
【００２５】
一方、点ａと点ｂとの間には、第２のスイッチング素子ＳＷ２２、第２のコイルＬ２２および第３のダイオードＤ２２が順次直列接続されている。また第２のスイッチング素子ＳＷ２２と第２のコイルＬ２２との間（以下第３の交点１３と呼ぶ）と接地ライン１４との間には、第２のダイオードＤ２３が接続され、第２のコイルＬ２２と第３のダイオードＤ２２との間（以下点ｅと呼ぶ）と接地ライン１４との間には、第２のコンデンサＣ２２が接続されている。更には、第２のスイッチング素子ＳＷ２２は、比較回路ＯＰ２によりオンオフ制御されている。この比較回路ＯＰ２の第１の＋端子には、基準電圧Ｖｒｅｆ２が接続され、第２の＋端子はスタンバイ回路ＳＴＢを介してマイコンＭの出力と接続されている。また第２のコンデンサＣ２と並列に抵抗Ｒ２１、Ｒ２２が接続され、この中点ｅ２と比較回路おＰ２の−端子が接続されている。
【００２６】
以上の構成に於いて、点線で囲まれているように、ＳＷ２２、Ｌ２２、Ｄ２３、Ｃ２２およびＯＰ２で降圧回路３を構成し、マイコンＭ、スタンバイ回路ＳＴＢ、ＯＰ２、ＳＷ２２、Ｖｒｅｆ２で第２の切替回路６（図１参照）を構成している。
【００２７】
続いて、動作説明をする。
【００２８】
ここで、例えばスピーカーに４０〜６０Ｗ程度の出力を発生させ、増幅部には電源を１８Ｖ、１３Ｖ、８Ｖの大中小で供給するとするした場合、出力信号ＺＳは、実質０Ｖから１８Ｖの間で発生する。そして増幅率が１００であれば、ボリュームＢＬから発生する分圧電圧は、０Ｖから０．１８Ｖの間で発生する。しかし、場合によっては０．１８Ｖを越える信号も発生することがある。
【００２９】
また点ｅ´に８Ｖが生成される際、ｅ２には４Ｖが生成されるように設定され、Ｖｒｅｆ２は、４Ｖが印加されている。
【００３０】
まず出力信号が８Ｖ〜１３Ｖの間では、ボリュームＢＬの設定位置に応じたボリュームＢＬ´で生成された分圧電圧がマイコンＭに供給される。つまりこの８Ｖ〜１３Ｖの設定範囲の時、これを越えるような信号が入っても、無視される。ボリュームＢＬ´には、定電圧が加えられているので、ボリュームの設定位置に応じた出力をマイコンが検知し、マイコンからＨｉｇｈ（５Ｖ）が出力される。比較回路ＯＰ２では、第２の＋端子と−端子が優先され、比較回路ＯＰ２からＨｉｇｈが第２のスイッチング素子ＳＷ２２に供給され、ＳＷ２２がＯＮし続けてＶｂ＝１３Ｖが生成され、増幅部４の電源に供給される。
【００３１】
また出力信号が８Ｖ以下の場合、ボリュームＢＬ´の分圧電圧をマイコンが検出し、マイコンの出力は０Ｖがスタンバイ回路に供給される。この時、スタンバイ回路は、比較回路ＯＰ２に信号を供給せず、第１の＋端子と−端子が優先となる。つまりＶｒｅｆ２＝４Ｖと点ｅ２の電圧が比較され、ｅ２が４Ｖ以下の時は、ＯＰ２はＨｉｇｈとなり、ＳＷ２２をＯＮさせて、点ｅを８ＶにしようとコンデンサＣ２２を充電する。またｅ２が４Ｖ以上になるとＳＷ２２はＯＦＦし、Ｃ２２は、増幅部４を介して放電する。この状態が繰り返され、点ｅの電圧は８Ｖ±数ミリＶ（または８Ｖ±数十ミリＶ）の間で、約８Ｖの定電圧を生成する。
【００３２】
次に、出力電圧が１３Ｖ〜１８Ｖの間で推移する場合で、昇圧された定電圧＝１８Ｖの切替動作を説明する。ボリュームＢＬの設定位置に連動したボリュームＢＬ´の分圧電圧がマイコンにより検出され、マイコンＭは、下の出力ラインから比較回路ＯＰ１にＨｉｇｈ（５Ｖ）を出力し、Ｖｒｅｆ３＝４Ｖと比較され、ＯＰ１はＨｉｇｈをＳＷ１１に出力し、ＳＷ１１をオンさせる。その結果、Ｃ１１の電圧は、充電されて１８Ｖに成ろうとする。
【００３３】
この時、比較回路ＯＰ４の−端子は発振回路ＯＳＣが接続され、第１の＋端子には、基準電圧９Ｖが接続され、第２の＋端子は点ｅ１に接続されている。抵抗Ｒ１１、Ｒ１２は、点１２´が１８Ｖの時、点ｅ１に９Ｖが生成されるように設定され、この９Ｖが基準電圧として採用されている。
【００３４】
第１の＋端子と第２の＋端子が比較され、低い電圧が優先され三角波発生回路ＯＳＣの三角波と比較され、ＳＷ１１のＯＮ・ＯＦＦ制御が成される。つまり第２の交点１２が仮に１８Ｖよりも低い１７．５Ｖであれば、これに対応する点ｅ１の電圧８．７５Ｖと三角波が比較され、第２の交点１２が１８Ｖよりも高い１８．５Ｖであれば、ｅ１の電圧は９．２５Ｖと成り、基準電圧９Ｖと三角波が比較される。つまり決まった三角波に対して、第２の交点１２が１８Ｖ以上であれば、一定のデューティー比でＯＮ・ＯＦＦ制御され、１８Ｖよりも低く成ると、点ｅ２は、その差が大きくなるに従いＳＷ１１のＯＮ時間が長くなるようにデューティーが制御され、第２の交点１２に１８Ｖが生成される。つまり低ければＳＷ２２は、ＯＮし、高ければＯＦＦするＯＮ・ＯＦＦ状態が繰り返され、第２の交点１２の電圧は１８Ｖ±数ミリＶ（または１８Ｖ±数十ミリＶ）の間で、約１８Ｖの定電圧を生成する。
【００３５】
【発明の効果】
以上、切替回路の採用により、第２のスイッチング素子と第３のスイッチング素子をＯＮ・ＯＦＦ制御でき、出力レベルが大中小の時、それぞれ増幅部の電源を大中小に変えることが可能となった。そのため、出力レベルが小レベルの時も高効率化を実現でき、ロスを抑制できるため、放熱器の小型化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する回路図である。
【図２】図１の動作を説明する図である。
【図３】図１の具体回路を示す図である。
【図４】従来の増幅回路を説明する回路図である。
【符号の説明】
ＢＬボリューム
ＢＬ´ ＢＬと連動するボリューム
Ｌ１１第１のコイル
Ｄ１２第１のダイオード
ＳＷ１１第１のスイッチング素子
Ｃ１１第１のコンデンサ
ＳＷ２２第２のスイッチング素子
Ｌ２２第２のコイル
Ｄ２３第２のダイオード
Ｌ２２第２のコイル
Ｃ２２第２のコンデンサ
ＳＷ１２第３のスイッチング素子
ＯＰ比較回路
１定電圧電源
２昇圧回路
３降圧回路
４増幅部
５第１の切替回路
６第２の切替回路

Claims

定電圧を発生する電源と、
ボリュームから発生する入力信号に応じた分圧電圧を増幅し、増幅信号をスピーカーに出力する増幅部と、
前記定電圧を昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路と、
前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給するための電圧供給用スイッチング素子と、
前記定電圧または前記定電圧を降圧した降圧電圧を生成するための電圧生成用スイッチング素子を有し、前記定電圧または前記降圧電圧を発生する降圧チョッパ回路と、
前記分圧電圧が前記増幅信号を第１の電圧領域とする第１の値であるとき、前記電圧生成用スイッチング素子をスイッチングすることにより、前記降圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第１の電圧領域より高い第２の電圧領域とする第２の値であるとき、前記電圧生成用スイッチング素子をオンすることにより、前記定電圧を前記増幅部の電源電圧として供給し、前記分圧電圧が前記増幅信号を前記第２の電圧領域より高い第３の電圧領域とする第３の値であるとき、前記電圧供給用スイッチング素子をオンすることにより、前記昇圧電圧を前記増幅部の電源電圧として供給する選択切替回路とを有し、
前記選択切替回路は、
前記分圧電圧が前記第１の値または前記第２の値であることをマイコンが検出したときの検出電圧と、所定電圧との比較結果に基づいて、前記電圧生成用スイッチング素子をスイッチングまたはオンするための信号を出力する第１の比較回路と、
前記分圧電圧が前記第３の値であることを前記マイコンが検出したときの検出電圧と、所定電圧との比較結果に基づいて、前記電圧供給用スイッチング素子をオンするための信号を出力する第２の比較回路と、を有することを特徴とする増幅回路。
前記ボリュームに連動するとともに前記ボリュームの設定位置に応じた分圧電圧を発生する連動ボリューム、を有し、
前記マイコンは、前記連動ボリュームの分圧電圧から、前記ボリュームの分圧電圧が前記第１乃至第３の何れの値であるのかを検出することを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。