JP5077132B2

JP5077132B2 - 電力増幅器およびコモンモードチョークコイル

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Description

この発明は、Ｄ級アンプにより構成される電力増幅器におけるノイズ除去技術に関し、詳しくは該電力増幅器に登載されるコモンモードチョークコイルに関する。

従来、オーディオアンプにおいて、Ｄ級増幅方式を用いたＤ級アンプが知られる。Ｄ級アンプは、入力されたアナログ音響信号をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）に変換し、パルス幅変調信号により出力段のスイッチング素子をオン／オフ制御するＤ級動作方式で電力増幅するアンプである。出力段スイッチング素子の後段には、ローパスフィルタが設けられており、このローパスフィルタにより出力スイッチング信号に含まれるキャリア周波数を除去して該出力スイッチング信号をアナログ音響信号に復調し、該復調したアナログ音響信号をスピーカ等の負荷に出力する。

周知の通り、オーディオアンプに対するスピーカの接続方式には、シングルエンド接続（ハーフブリッジ接続）と、ＢＴＬ接続（フルブリッジ接続。なお、「ＢＴＬ」は「Ｂｒｉｄｇｅ‐ＴｉｅｄＬｏａｄ」又は「ＢａｌａｎｃｅｄＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＬｅｓｓ」の略）とがある。

シングルエンド接続の場合、１チャンネル分の１つのＤ級アンプに１つのスピーカが接続され、そのスピーカの１つの端子がグランドに接続される。このシングルエンド接続用のＤ級アンプを用いて２チャンネルのステレオ信号を扱う電力増幅器（オーディオアンプ）を構成する場合には、２チャンネルの１つずつに対応する２つのＤ級アンプを用意する（例えば、下記特許文献１の図１を参照）。また、ＢＴＬ接続の場合には、２チャンネル分の２つのＤ級アンプに１つのスピーカをブリッジ接続して、２つのＤ級アンプに互いに逆相の信号を入力し、２つのＤ級アンプから出力される互いに逆相の出力信号により、１つのスピーカを差動駆動する（例えば、下記特許文献１の図４を参照）。

また、従来のＤ級アンプにおいて、ローパスフィルタの後段にコモンモードチョークコイル（ＣＭＣコイル）を設けたものがあった（例えば、下記特許文献２および３を参照）。コモンモードチョークコイルをローパスフィルタの後段に設けることで、該ローパスフィルタで除去できなかったコモンモードで伝送される高周波ノイズなど、コモンモードで伝送されるノイズ成分（コモンモードノイズ）を除去することができる。なお、コモンモードで伝送されるノイズ成分（コモンモードノイズ）は、Ｄ級アンプのホット側出力ラインおよびグランド側出力ラインを同相で流れるノイズ電流である。コモンモードノイズは、例えば、ＰＷＭ変調段と出力段のスイッチング動作により生じるスイッチングノイズに含まれるものである。したがって、Ｄ級アンプにおいてコモンモードノイズ対策は重要である。
特開２００２‐３３００３５号公報特開２００３‐１２４０２９号公報特開２００３‐４６３４５号公報

シングルエンド接続用のＤ級アンプにＣＭＣコイルを設けた構成例を図５に示す。ＣＭＣコイル５０は、１つのコア５１に同相方向に巻かれた２つの巻線５２，５３から構成されており、一方の巻線５２がＤ級アンプのホット側出力に接続され、もう一方の巻線５３がグランド側出力に、該巻線５２と同相方向で接続される。これによれば、コモンモードで伝送されるコモンモード電流（ノイズ成分）ついては、ホット側巻線５２とグランド側巻線５３に同相のコモンモード電流（ノイズ成分）が流れて、ホット側巻線５２とグランド側巻線５３とに生じる磁束が同じ方向になるため、コア５１の磁束が足し合わされて大きなインピーダンスを発生する。よって、ＣＭＣコイル５０は、コモンモードノイズの伝播を阻止する。これに対して、ノーマルモードで伝送される電流（Ｄ級アンプの出力信号）については、ホット側巻線５２を通ってスピーカへ流れる電流と、スピーカからグランド側巻線５３へ流れる逆方向の電流とが平衡するので、ホット側巻線５２とグランド側巻線５３とに生じる磁束が互いに打ち消しあう。よって、ＣＭＣコイル５０は、ノーマルモードで伝送される電流（Ｄ級アンプの出力信号）に対してインピーダンスを発生せず、Ｄ級アンプの出力信号を通過させる。このように、ＣＭＣコイル５０は、Ｄ級アンプの出力信号に対してコア５１の磁束が飽和しない、すなわち、磁気飽和によるコモンモードノイズに対するインピーダンス低下が生じないので、Ｄ級アンプの出力信号に含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができた。

また、ＢＴＬ接続用のＤ級アンプにＣＭＣコイルを設けた構成例を図６に示す。ＢＴＬ接続用のＤ級アンプの場合、ＣＭＣコイルの２つの巻線５４，５５は、２つのＤ級アンプの各出力に接続される。ＢＴＬ接続の場合、２つのＤ級アンプの一方の出力信号と、他方の出力信号が互いに逆相であるから、２つの巻線５４，５５に流れる電流が平衡して、コア５６に生じる磁束は互いに打ち消しあう。したがって、ＣＭＣコイル５７は、Ｄ級アンプの出力信号に対してコア５６の磁束が飽和しないので、Ｄ級アンプの出力信号に含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができた。

前記図５のようにＣＭＣコイルを有するシングルエンド接続用のＤ級アンプを２つ用いて、２チャンネルステレオ信号を再生するシングルエンド接続用と、１チャンネルのモノラル信号を再生するＢＴＬ接続用との２つの接続方式を選択可能なオーディオアンプ（電力増幅器）を構成した場合、これをシングルエンド接続で使用するときには、図７（ａ）に示す構成となる。この場合、２つのＤ級アンプ６０，６１のそれぞれに備わるＣＭＣコイル６２，６３は、それぞれ、ノーマルモードで伝送される電流に対して、ホット側巻線とグランド側巻線に流れる電流が平衡し、コアの磁束が飽和しないので、正常に動作する。

しかし、前記図７（ａ）に示すオーディオアンプ（電力増幅器）をＢＴＬ接続で使用することを想定した場合、図７（ｂ）に示すように、２つのＤ級アンプのホット側出力端子６４，６５にスピーカを接続するため、２つのＤ級アンプ６０，６１のそれぞれに備わるＣＭＣコイル６２，６３のそれぞれにおいてホット側巻線にしか電流が流れず、各ＣＭＣコイル６２，６３のコアの磁束が飽和してしまい、各ＣＭＣコイル６２，６３が有効に動作しない。したがって、従来の技術では、ＣＭＣコイルを有するシングルエンド接続用のＤ級アンプを２つ具えたオーディオアンプ（電力増幅器）を、ＢＴＬ接続で使用することができなかった。

また、前記図６のようなＣＭＣコイルを有するＢＴＬ接続用のＤ級アンプにおいて、２つのＤ級アンプを１チャンネルずつ独立にスピーカを駆動するシングルエンド接続として使用することを想定すると、２つのＤ級アンプがそれぞれ異なる信号を出力するので、ＣＭＣコイル５７の２つの巻線５４，５５にはそれぞれ異なる電流が流れて、コア５６の磁束が飽和してしまい、ＣＭＣコイル５７が有効に動作しない危険性がある。

このように、従来の技術では、２つのＤ級アンプを具えた電力増幅器（オーディオアンプ）にＣＭＣコイルを設けた場合には、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続の２つの接続方式をユーザが選択可能な電力増幅器を構築することができなかった。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、２つのＤ級アンプを具えた電力増幅器において、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続のいずれの接続方式で使用する場合にも、コモンモードチョークコイルを用いたコモンモードノイズ除去が可能な電力増幅器を提供することを目的とする。

この発明は、ホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプと、前記第１のＤ級アンプのホット側出力に対応する第１ホット側出力端子と、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第１グランド側出力端子と、ホット側出力とグランド側出力とを有する第２のＤ級アンプと、前記第２のＤ級アンプのホット側出力に対応する第２ホット側出力端子と、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第２グランド側出力端子と、１つの共通コアに第１〜第４のコイルを同一方向に巻いたコモンモードチョークコイルであって、第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と前記第１ホット側出力端子との間に接続され、第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と前記第１グランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と前記第２ホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と前記第２グランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続されたものであるコモンモードチョークコイルとを具え、前記共通コアは、前記第１のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第１のコイルと前記第２のコイルにて生じる磁束が足しあわされるとともに、前記第２のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第３のコイルと前記第４のコイルにて生じる磁束が足しあわされ、且つ、前記第１のＤ級アンプからのノーマルモード第１電流により前記第１のコイルにて生じる磁束と、前記第２のＤ級アンプからの、前記第１電流とは逆位相のノーマルモード第２電流により前記第３のコイルにて生じる磁束とが打ち消しあう形状であることを特徴とする電力増幅器である。

これによれば、第１のＤ級アンプと第２のＤ級アンプとを具える電力増幅器において、負荷（スピーカなど）をシングルエンド接続する場合には、第１のＤ級アンプは、第１のホット側出力端子及び第１のグランド側出力端子に１つの負荷を接続して、第１チャンネルの信号を出力し、また、第２のＤ級アンプは、第２のホット側出力端子及び第２のグランド側出力端子に別の負荷（スピーカなど）を接続して、第２チャンネルの信号を出力する。したがって、シングルエンド接続の場合には、第１のＤ級アンプの出力信号に応じてコモンモードチョークコイルの第１のコイルと第２のコイルとに互いに逆方向の電流が流れて、互いに同相方向の第１のコイルと第２のコイルに生じる磁束が打ち消しあい、また、第２のＤ級アンプの出力信号に応じてコモンモードチョークコイルの第３のコイルと第４のコイルとに逆方向の電流が流れて、互いに同相方向の第３のコイルと第４のコイルに生じる磁束が打ち消しあう。よって、コモンモードチョークコイルは、Ｄ級アンプの出力信号に対してコアの磁束が飽和することなく、該出力信号に含まれるコモンモードノイズを除去する。また、この電力増幅器に負荷（スピーカなど）をＢＴＬ接続する場合は、第１のホット側出力端子と第２のホット側出力端子に１つの負荷（スピーカなど）を接続し、第１のＤ級アンプと第２のＤ級アンプは互いに逆相の信号を出力する。したがって、ＢＴＬ接続の場合には、第１のＤ級アンプの出力信号及び第２のＤ級アンプの出力信号に応じてコモンモードチョークコイルの第１のコイルと第３のコイルとに互いに逆方向の電流が流れて、互いに同相方向の第１のコイルと第３のコイルに生じる磁束が打ち消しあう。よって、コモンモードチョークコイルは、Ｄ級アンプの出力信号に対してコアの磁束が飽和することなく、該出力信号に含まれるコモンモードノイズを除去する。

また、この発明は、それぞれホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプ及び第２のＤ級アンプの出力部に接続されるコモンモードチョークコイルであって、コアと、前記コアに同相方向に巻かれた方向に巻かれた第１〜第４のコイルとを有しており、第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と該ホット側出力に対応する第１のホット側出力端子との間に接続され、第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と該グランド側出力に対応する第１のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と前記第２ホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と前記第２グランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、前記コアは、前記第１のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第１のコイルと前記第２のコイルにて生じる磁束が足しあわされるとともに、前記第２のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第３のコイルと前記第４のコイルにて生じる磁束が足しあわされ、且つ、前記第１のＤ級アンプからのノーマルモード第１電流により前記第１のコイルにて生じる磁束と、前記第２のＤ級アンプからの、前記第１電流とは逆位相のノーマルモード第２電流により前記第３のコイルにて生じる磁束とが打ち消しあう形状であることを特徴とするコモンモードチョークコイルである。

この発明によれば、２つのＤ級アンプを具えた電力増幅器において、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続のいずれの場合にも、２つのＤ級アンプの出力部に接続されたコモンモードチョークコイルにより各Ｄ級アンプの出力信号に含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができるようになるという優れた効果を奏する。また、そのコモンモードチョークコイルは１つのコアに４つのコイルを同相方向に巻いただけのシンプルな構成で実現することができる。また、シングルエンド接続又はＢＴＬ接続の選択は、電力増幅器に負荷を接続する端子を適切に組み合わせるだけでよい。

以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。以下に説明する実施例において、電力増幅器はアナログ音響信号の電力を増幅するオーディオアンプである。

図１（ａ），（ｂ）は、この発明に係る電力増幅器の構成例を示すブロック図であって、（ａ）は、電力増幅器をシングルエンド接続（ハーフブリッジ接続）として使用する構成例であり、（ｂ）は、電力増幅器をＢＴＬ接続（フルブリッジ接続）として使用する構成例である。電力増幅器は、第１Ｄ級アンプ１０と、第２Ｄ級アンプ２０と、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣコイル）１とを具えるとともに、第１のＤ級アンプ１０のホット側出力１８に対応するスピーカ出力端子として第１ホット側出力端子１６と、第１のＤ級アンプ１０のグランド側出力１９に対応するスピーカ出力端子として第１グランド側出力端子１７と、第２Ｄ級アンプ２０のホット側出力２８に対応するスピーカ出力端子として第２ホット側出力端子２６と、第２Ｄ級アンプ２０のグランド側出力29に対応するスピーカ出力端子として第２グランド側出力端子２７とを有する。

電力増幅器をシングルエンド接続で使用する場合には、（ａ）に示す通り、第１Ｄ級アンプ１０の第１ホット側出力端子１６と第１グランド側出力端子１７に第１スピーカ１５が接続され、第２Ｄ級アンプ２０の第２ホット側出力端子２６と第２グランド側出力端子２７に第２スピーカ２５が接続される。第１Ｄ級アンプ１０は、第１チャンネルの入力信号（第１ｃｈ信号）を増幅して第１スピーカ１５に出力する。第２Ｄ級アンプ２０は、第２チャンネルの入力信号（第２ｃｈ信号）を増幅して第２スピーカ２５に出力する。すなわち、電力増幅器をシングルエンド接続で使用する場合は、電力増幅器は２チャンネル分のオーディオ信号をステレオ再生する。

第１Ｄ級アンプ１０は、第１チャンネルの入力信号（第１ｃｈ信号）を供給する供給源１１と、ＰＷＭ変調回路１２と、スイッチング回路１３と、第１Ｄ級アンプ１０の出力部に備わるローパスフィルタ１４とを含んで構成される。これは、図５などに示す従来のシングルエンド接続用Ｄ級アンプの構成と同様である。

供給源１１は、入力信号（第１ｃｈ信号）としてアナログ音響信号を供給する。ＰＷＭ変調回路１２は、供給源１１から供給された第１ｃｈ信号をパルス幅変調する。ＰＷＭ変調回路１２から出力されたパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）は、第１ｃｈ信号の電圧レベルの大きさを、ハイのパルス幅とローのパルス幅の比率で表す２値のディジタル信号である。

スイッチング回路１３は、プッシュプル構成の２つのスイッチング素子と、この段に電源電圧を供給する図示外の正電源及び負電源を含んで構成される。スイッチング素子は、一般的に、トランジスタ（例えばパワーＭＯＳＦＥＴ）により構成される。スイッチング回路１３において、入力されたＰＷＭ信号のパルス幅に応じたインターバルで２つのスイッチング素子が交互にオン・オフ制御されることで、電源が供給する電力を用いて電力増幅された出力スイッチング信号が出力される。

ローパスフィルタ１４は、図の例では、インダクタとキャパシタから構成される４次のＬＣ型ローパスフィルタであって、Ｄ級アンプ１０の出力段スイッチング回路１３と第１スピーカ１５の間に挿入される。ローパスフィルタ１４は、出力スイッチング信号（ＰＷＭ信号）からキャリア周波数を除去して、該出力スイッチング信号をアナログ音響信号に復調する。これにより、電力増幅したアナログ音響信号（第１ｃｈ信号）を第１スピーカ１５に出力することができる。

第２Ｄ級アンプ２０は、第２チャンネルの入力信号（第２ｃｈ信号）を供給する供給源２１と、ＰＷＭ変調回路２２と、スイッチング回路２３と、第２Ｄ級アンプ２０の出力部に備わるローパスフィルタ２４とを含んで構成される。すなわち、第２Ｄ級アンプ２０は、第１Ｄ級アンプ１０と同じ構成要素からなる。第２Ｄ級アンプ２０は、第２ｃｈ信号をＰＷＭ変調回路２２でＰＷＭ信号に変換し、ＰＷＭ信号によりスイッチング回路２３のスイッチング素子をオン・オフ制御して、ローパスフィルタ２４により出力スイッチング信号（ＰＷＭ信号）に含まれるキャリア周波数をローパスフィルタによって除去することで該出力スイッチング信号をアナログ音響信号に復調する。これにより、電力増幅したアナログ音響信号（第２ｃｈ信号）を第２スピーカ２５に出力することができる。

コモンモードチョークコイル（ＣＭＣコイル）１は、第１Ｄ級アンプ１０および第２Ｄ級アンプ２０の各々のローパスフィルタ１４及び２４の後段に挿入され、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号、および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号のそれぞれに含まれるコモンモードノイズを除去する。なお、コモンモードで伝送されるノイズ成分（コモンモードノイズ）とは、Ｄ級アンプのホット側出力ライン（ホット側出力１８，２８を含む信号ライン）およびグランド側出力ライン（グランド側出力１９，２９を含む信号ライン）の双方を同相で流れるノイズ電流である。

ＣＭＣコイル１は、１つの共通のコア２と、コア２においてそれぞれ同一方向に巻かれた４つの巻線（コイル）３，４，５および６とから構成される。図１に示すＣＭＣコイル１の等価回路には、各巻線（コイル）３〜６の巻き始め側の端部に黒丸を付与し、これにより各巻線（コイル）３〜６の巻き方向を示す。この明細書では、各巻線（コイル）３〜６の２つの端のうちの巻き始め側の端を「第１端」と言い、各巻線（コイル）３〜６の別の端を「第２端」と言う。

Ｄ級アンプ１０又は２０のホット側出力１８又は２８からホット側出力端子１６又は２６への向き、あるいは、グランド側出力１９又は２９からグランド側出力端子１7又は２７への向きを順方向とすると、４つの巻線３〜６は順方向に対して互いに同相方向となるように、ホット側出力１８又は２８とホット側出力端子１６又は２６の間、或いは、グランド側出力１９又は２９とグランド側出力端子１７又は２７の間に、接続される（図において「第１端」を示す黒丸の位置を参照）。

具体的には、巻線３は、第１端に第１Ｄ級アンプ１０のホット側出力１８を接続し、第２端に第１ホット側出力端子１６を接続する。また、巻線４は、第１端に第１Ｄ級アンプ１０のグランド側出力１９を接続し、第２端に第１グランド側出力端子１７を接続する。
また、巻線５は、第１端に第２Ｄ級アンプ２０のホット側出力２８を接続し、第２端に第２ホット側出力端子２６を接続する。また、巻線６は、第１端に第２Ｄ級アンプ２０のグランド側出力２９を接続し、第２端に第２グランド側出力端子２７を接続される。

すなわち、４つの巻線３〜６のうちの巻線３と巻線５とは、それぞれの第１端に、第１及び第２のＤ級アンプ１０，２０のホット側出力１８，２０をそれぞれ接続し、それぞれの第２端に、第１及び第２ホット側出力端子１６，２６をそれぞれ接続している。本明細書では、巻線３と巻線５とを「ホット側巻線」という。また、ＣＭＣコイル１の４つの巻線のうちの巻線４と巻線６とは、それぞれの第１端に、第１及び第２のＤ級アンプ１０，２０のグランド側出力１９，２９をそれぞれ接続し、それぞれの第２端に、第１及び第２グランド側出力端子１７，２７をそれぞれ接続している。本明細書では、巻線４と巻線６を「グランド側巻線」という。

図２は図１（ａ）のＣＭＣコイル１の部分を拡大して示す図である。図２を参照して、図１（ａ）に示すシングルエンド接続で電力増幅器を使用する場合のＣＭＣコイル１の動作について説明する。ノーマルモードで伝送される第１Ｄ級アンプ１０の出力信号については、ホット側巻線３を通って第１スピーカ１５に流れる順方向の電流Ｉａと、第１スピーカ１５からグランド側巻線４を通ってグランド側出力１９へ流れる逆方向の電流Ｉａ´とが平衡する。よって、ホット側巻線３とグランド側巻線４に生じる磁束は互いに打ち消し合う。したがって、ＣＭＣコイル１は、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号に対してインピーダンスを発生せず、該出力信号を通過させる。
これに対して、コモンモードで伝送されるコモンモードノイズについては、ホット側巻線３およびグランド側巻線４に対して同相のコモンモード電流（ノイズ成分Ｎａ，Ｎａ´）が流れるので、コモンモード電流によりホット側巻線３およびグランド側巻線４に生じる磁束が足し合わされる。よって、ＣＭＣコイル１は、コモンモードノイズに対して大きなインピーダンスを発生して、コモンモードノイズの伝播を阻止する。

また、ノーマルモードで伝送される第２Ｄ級アンプ２０の出力信号については、ホット側巻線５を通って第２スピーカ２５に流れる順方向の電流Ｉｂと、第２スピーカ２５からグランド側巻線６を通ってグランド側出力２９へ流れる逆方向の電流Ｉｂ´とが平衡する。よって、ホット側巻線５とグランド側巻線６に生じる磁束は互いに打ち消し合う。したがって、ＣＭＣコイル１は、第２Ｄ級アンプ２０の出力信号に対してインピーダンスを発生せず、該出力信号を通過させる。
これに対して、コモンモードで伝送されるコモンモードノイズについては、互いに同相のホット側巻線５およびグランド側巻線６に同相のコモンモード電流（ノイズ成分Ｎｂ，Ｎｂ´）が流れるので、コモンモード電流によりホット側巻線５およびグランド側巻線６に生じるコア２の磁束が足し合わされる。よって、ＣＭＣコイル１は、コモンモードノイズに対して大きなインピーダンスを発生して、コモンモードノイズの伝播を阻止する。

したがって、シングルエンド接続の場合、ＣＭＣコイル１は、ノーマルモードで伝送される第１Ｄ級アンプ１０および第２Ｄ級アンプ２０の各出力信号に対して、第１Ｄ級アンプ１０に対応するホット側巻線３及びグランド側巻線４を流れる電流が平衡し、また、第２Ｄ級アンプ２０に対応するホット側巻線５及びグランド側巻線６を流れる電流が平衡するため、コア２の磁束が飽和しない、すなわち、磁気飽和によるコモンモードノイズに対するインピーダンス低下が生じないので、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号に含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができる。

次に、図１（ｂ）を参照して、（ａ）に示す電力増幅器を、ＢＴＬ接続で使用する場合について説明する。電力増幅器をＢＴＬ接続で使用する場合には、（ｂ）に示す通り、１つのスピーカ３０が第１Ｄ級アンプ１０の第１ホット側出力端子１６と第２Ｄ級アンプ２０の第１ホット側出力端子２６に接続されるとともに、第１Ｄ級アンプ１０には第１ｃｈ信号が供給され、また、第２Ｄ級アンプ２０には該第１ｃｈ信号とは逆位相の信号（第１ｃｈ反転信号）が供給される。そして、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）と第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）によりスピーカ３０が差動駆動される。すなわち、電力増幅器をＢＴＬ接続で使用する場合は、電力増幅器は１チャンネル分のオーディオ信号をモノラル再生する。

上記の通り、電力増幅器をＢＴＬ接続で使用する場合には、第１Ｄ級アンプ１０の第１ホット側出力端子１６と第２Ｄ級アンプ２０の第１ホット側出力端子２６にスピーカ３０を接続する。これに対して、電力増幅器をシングルエンド接続で使用する場合には、図１（ａ）に示した通り、第１Ｄ級アンプ１０の第１ホット側出力端子１６と第１グランド側出力端子１７に第１スピーカ１５を接続し、第２Ｄ級アンプ２０の第２ホット側出力端子２６と第２グランド側出力端子２７に第２スピーカ２５を接続する。つまり、ユーザは、第１Ｄ級アンプ１０のホット側出力端子１６、およびグランド側出力端１７と、第２Ｄ級アンプ２０のホット側出力端子２６、およびグランド側出力端子２７との４つのスピーカ出力端子の組み合わせを適切に選択するだけで、電力増幅器のスピーカ接続方式として、シングルエンド接続またはＢＴＬ接続のいずれか一方を選択することができる。

図３は図１（ｂ）のＣＭＣコイル１を拡大して示す図である。図３を参照して、図１（ｂ）に示すＢＴＬ接続で電力増幅器を使用する場合のＣＭＣコイル１の動作について説明する。ノーマルモードで伝送される第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）については、第１Ｄ級アンプ１０のホット側巻線３には第１ｃｈ信号に対応する電流Ｉｃが流れ、第２Ｄ級アンプ２０のホット側巻線５には第１ｃｈ反転信号に対応する電流Ｉｃ´（電流Ｉｃとは逆位相（＝−ＩＣ）の電流）が流れるので、ホット側巻線３を流れる電流Ｉｃとホット側巻線５を流れる電流Ｉｃ´が平衡する。また、第１Ｄ級アンプ１０のグランド側巻線４および第２Ｄ級アンプ２０のグランド側巻線６には電流が流れない。したがって、ＣＭＣコイル１の全体では、ホット側巻線３とホット側巻線５に生じるコア２の磁束が互いに打ち消し合うため、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）に対してインピーダンスを発生せず、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）を通過させる。

これに対して、コモンモードで伝送されるコモンモードノイズについては、シングルエンド接続の場合と同様に、ホット側巻線３およびグランド側巻線４に同相のコモンモード電流（ノイズ成分Ｎｃ，Ｎｃ´）が流れ、また、ホット側巻線５およびグランド側巻線６に同相のコモンモード電流（ノイズ成分Ｎｄ，Ｎｄ´）が流れるので、コモンモード電流（ノイズ成分Ｎｃ，Ｎｃ´、およびノイズ成分Ｎｄ，Ｎｄ´）によって生じるコア２の磁束が足し合わされる。よって、ＣＭＣコイル１は、コモンモードノイズに対して大きなインピーダンスを発生して、コモンモードノイズの伝播を阻止する。

したがって、ＣＭＣコイル１は、電力増幅器をＢＴＬ接続で使用する場合にも、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）に対して、コア２の磁束が飽和しないため、ＣＭＣコイル１の挿入による出力信号の減衰は最小限に抑えることができ、また、コモンモードノイズに対するインピーダンス低下も生じないので、第１Ｄ級アンプ１０の出力信号（第１ｃｈ信号）および第２Ｄ級アンプ２０の出力信号（第１ｃｈ反転信号）に含まれるコモンモードノイズを効果的に除去することができる。

図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の電力増幅器に登載するＣＭＣコイル１として好適なコイルの構成例を示す。（ａ），（ｂ）においては、各巻線のスピーカ端子に丸印をつけてこれを明示している。（ａ）において、ＣＭＣコイル１は、トロイダル型（ドーナツ型）のコア２により構成され、トロイダル型コア２の一方の側（図面では右側）に、第１Ｄ級アンプ１０のホット側巻線３及びグランド側巻線４とが互いに隣接して巻かれており、トロイダル型コア２の他方の側（図面では左側）に、第２Ｄ級アンプ２０のホット側巻線５及びグランド側巻線６とが互いに隣接して巻かれている。このように第１Ｄ級アンプ１０のホット側巻線３及びグランド側巻線４と、第２Ｄ級アンプ２０のホット側巻線５及びグランド側巻線６とを、トロイダル型コア２上で分離する構成であれば、第１Ｄ級アンプ１０とホット側巻線３及びグランド側巻線４の配線、および、第２Ｄ級アンプ２０とホット側巻線５及びグランド側巻線６の配線がわかりやすい。なお、４つの巻線３〜６は、それぞれを形成する導電線が同一巻き数で巻かれ、同じインダクタンスを持つものとする。

また、（ｂ）は、４つの巻線３，４，５、および６を、トロイダル型コア２上の４箇所に均等に分散して巻いた構成例である。また、（ｃ）は、トロイダル型コア２に、４つの巻線３〜６を形成する４本の導電線を平行に並べて、４本の導電線を一緒に巻き付ける構成例である。また、コア２の形状のトロイダル型に限らず、例えば、（ｄ）のようにＥＩ型のコアを有するものであってもよい。

なお、ＣＭＣコイル１を構成するコア２の形状や、該コア２に対する巻線の巻き方など、ＣＭＣコイル１の構造は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すものに限らず、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続のいずれの接続方式で電力増幅器を使用する場合であっても、Ｄ級アンプ１０，２０の出力信号に対してコア２の磁束が電磁気的に打ち消し合うようになってさえいれば、どのような構造（巻線の巻き方やコアの形状）であってもよい。すなわち、１つのコア２に同一方向に巻かれた４つの巻線３〜６を有し、ＣＭＣコイル１の４つの巻線３〜６のうちの巻線３と巻線５とは、それぞれの第１端に、第１および第２Ｄ級アンプ１０，２０のホット側出力１８，２８をそれぞれ接続し、それぞれの第２端に、第１及び第２ホット側出力端子１６，２６をそれぞれ接続されるとともに、ＣＭＣコイル１の４つの巻線のうちの巻線４と巻線６とは、それぞれの第１端に、第１および第２Ｄ級アンプ１０，２０のグランド側出力１９，２９をそれぞれ接続し、それぞれの第２端に、第１及び第２グランド側出力端子１７，２７をそれぞれ接続されていれば、上記の電磁気的特性を持つＣＭＣコイル１となる。

以上説明した通り、この実施例にかかる電力増幅器によれば、２つのＤ級アンプを具える電力増幅器において、１つの共通コア２に４つの巻線（コイル）３〜６を巻きつけたＣＭＣコイル１を、第１Ｄ級アンプ１０及び第２Ｄ級アンプ２０の出力部に設けるだけの簡単な構成で、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続のいずれの接続方式で電力増幅器を使用する場合にも、コモンモードチョークコイル１によりＤ級アンプ１０，２０の出力信号に含まれるコモンモードノイズを除去することができるようになるという優れた効果を奏する。また、この発明にかかるコモンモードチョークコイル１は、１つのコアに４つの巻線３〜６を同相方向に巻きつけただけのシンプルな構成で実現することができる。また、ユーザがシングルエンド接続又はＢＴＬ接続を選択するときには、電力増幅器に負荷を接続する端子を適切に組み合わせるだけの簡単な作業でこれを行うことができる。

なお、コモンモードチョークコイル１を構成する巻線（コイル）の数は、上記実施例において４つであったが、これは４つ以上の複数であってもよい。４つ以上の複数の巻線を有するＣＭＣコイルであっても、シングルエンド接続およびＢＴＬ接続のどちらの接続方式であっても、コモンモードチョークコイル１によりコモンモードノイズを除去することができるようになるが、いずれにせよ、その効果は、上記図１（ａ），（ｂ）に示す構成でＤ級アンプに接続されたＣＭＣコイルの４つの巻線の作用によって得ることができるものである。

この発明の一実施例に係る電力増幅器の構成例を示すブロック図であって、（ａ）はシングルエンド接続、（ｂ）はＢＴＬ接続。図１（ａ）のコモンモードチョークコイルを拡大して示す図。図１（ｂ）のコモンモードチョークコイルを拡大して示す図。（ａ）〜（ｄ）は図１の電力増幅器に適用可能なコモンモードチョークコイルの構造例を示す図。従来のコモンモードチョークコイルを備えたシングルエンド接続用Ｄ級アンプの構成例を示すブロック図。従来のコモンモードチョークコイルを備えたＢＴＬ接続用Ｄ級アンプの構成例を示すブロック図。（ａ）は図５のＤ級アンプを２つ具えた電力増幅器の構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）の電力増幅器をＢＴＬ接続で用いる場合の構成を示すブロック図。

符号の説明

１コモンモードチョークコイル、２コア、３巻線（第１ホット側巻線）、４巻線（第１グランド側巻線）、５巻線（第２ホット側巻線）、６巻線（第２グランド側巻線）、１０第１Ｄ級アンプ、１４ローパスフィルタ、１５第１スピーカ、１６第１ホット側出力端子、１７第１グランド側出力端子、１８第１ホット側出力、１９第１グランド側出力、２０第１Ｄ級アンプ、２４ローパスフィルタ、２５第２スピーカ、２６第２ホット側出力端子、２７第２グランド側出力端子、２８第２ホット側出力、２９第２グランド側出力

Claims

ホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプと、
前記第１のＤ級アンプのホット側出力に対応する第１のホット側出力端子と、
前記第１のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第１のグランド側出力端子と、
ホット側出力とグランド側出力とを有する第２のＤ級アンプと、
前記第２のＤ級アンプのホット側出力に対応する第２のホット側出力端子と、
前記第２のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第２のグランド側出力端子と、
共通コアに第１〜第４のコイルを同一方向に巻いたコモンモードチョークコイルであって、
第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と前記第１のホット側出力端子との間に接続され、
第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と前記第１のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と前記第２のホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と前記第２のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続されたものであるコモンモードチョークコイルと
を具え、
前記共通コアは、前記第１のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第１のコイルと前記第２のコイルにて生じる磁束が足しあわされるとともに、前記第２のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第３のコイルと前記第４のコイルにて生じる磁束が足しあわされ、且つ、前記第１のＤ級アンプからのノーマルモード第１電流により前記第１のコイルにて生じる磁束と、前記第２のＤ級アンプからの、前記第１電流とは逆位相のノーマルモード第２電流により前記第３のコイルにて生じる磁束とが打ち消しあう形状であることを特徴とする電力増幅器。
それぞれホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプ及び第２のＤ級アンプの出力部に接続されるコモンモードチョークコイルであって、
コアと、前記コアに同一方向に巻かれた第１〜第４のコイルとを有しており、
第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と該ホット側出力に対応する第１のホット側出力端子との間に接続され、
第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と該グランド側出力に対応する第１のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と該ホット側出力に対応する第２のホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と該グランド側出力に対応する第２のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
前記コアは、前記第１のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第１のコイルと前記第２のコイルにて生じる磁束が足しあわされるとともに、前記第２のＤ級アンプからのコモンモード電流により前記第３のコイルと前記第４のコイルにて生じる磁束が足しあわされ、且つ、前記第１のＤ級アンプからのノーマルモード第１電流により前記第１のコイルにて生じる磁束と、前記第２のＤ級アンプからの、前記第１電流とは逆位相のノーマルモード第２電流により前記第３のコイルにて生じる磁束とが打ち消しあう形状であることを特徴とするコモンモードチョークコイル。
ホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプと、
前記第１のＤ級アンプのホット側出力に対応する第１のホット側出力端子と、
前記第１のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第１のグランド側出力端子と、
ホット側出力とグランド側出力とを有する第２のＤ級アンプと、
前記第２のＤ級アンプのホット側出力に対応する第２のホット側出力端子と、
前記第２のＤ級アンプのグランド側出力に対応する第２のグランド側出力端子と、
トロイダル型コアに第１〜第４のコイルを同一方向に巻いたコモンモードチョークコイルであって、
第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と前記第１のホット側出力端子との間に接続され、
第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と前記第１のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と前記第２のホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と前記第２のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続されたものであるコモンモードチョークコイルと
を具えることを特徴とする電力増幅器。
それぞれホット側出力とグランド側出力とを有する第１のＤ級アンプ及び第２のＤ級アンプの出力部に接続されるコモンモードチョークコイルであって、
トロイダル型コアと、
前記トロイダル型コアに同一方向に巻かれた第１〜第４のコイルとを有しており、
第１のコイルは、前記第１のＤ級アンプのホット側出力と該ホット側出力に対応する第１のホット側出力端子との間に接続され、
第２のコイルは、前記第１のＤ級アンプのグランド側出力と該グランド側出力に対応する第１のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第３のコイルは、前記第２のＤ級アンプのホット側出力と該ホット側出力に対応する第２のホット側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続され、
第４のコイルは、前記第２のＤ級アンプのグランド側出力と該グランド側出力に対応する第２のグランド側出力端子との間に、前記第１のコイルと同相方向に接続される
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル。