JPH0786846A

JPH0786846A - 電力増幅器

Info

Publication number: JPH0786846A
Application number: JP5229969A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Iwata; 和也岩田; Masahiko Hatanaka; 正彦畠中; Katsuyoshi Fujii; 克芳藤井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: JP3319072B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス交流電圧を入力信号に対応してパルス
密度変調することで、電力変換効率の高い低歪率な電力
増幅器を提供すること。【構成】入力端子１０２と１０３間に印可された交流
電圧は整流平滑器１０４で直流電圧に変換され、インバ
ータ１０７でパルス状の交流電圧に変換され、高周波ト
ランス１０９の中点を接地した２次側の巻き線の両端か
ら半波整流器１１１及び１１２を介してパルス密度変調
器１１３に供給される。パルス発生器１１５は、制御器
１１０が発生するクロックに同期して、入力端子１１４
から入力される入力信号をサンプリングしパルス信号に
変換する。スイッチ１１６は、パルス発生器１１５の出
力に応じてオン・オフする。従って、パルス密度変調器
１１３は供給されたパルス交流電圧を入力信号に応じて
パルス密度変調する。フィルタ１１７は、パルス密度変
調器１１３の出力信号の帯域を制限し入力信号を復調
し、出力端子１２２を介して負荷１２３に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響機器においてスピ
ーカ等の負荷を駆動する電力増幅器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】音響機器における電力増幅器は、直流電
源から与えられる直流電圧を入力信号に基づき変調し、
入力信号に相似な波形を負荷であるスピーカに供給する
ものが通常である。この様な電力増幅器において、電力
損失を極力小さくし電力変換効率を向上したものが開発
されており、直流電源にはスイッチングレギュレータ、
電力増幅器にはＤ級電力増幅器が存在することは公知で
ある。

【０００３】ところで、上記スイッチングレギュレータ
とＤ級電力増幅器の組み合わせでは、電力交換効率は向
上できるが、回路規模が大きくなる、コストがかかる等
の問題点がある。

【０００４】そこで、従来より特開昭５７−８７２１８
号公報に記載されている様な負荷駆動回路があった。

【０００５】以下に、従来の負荷駆動回路について説明
する。図１０は従来の負荷駆動回路を示すものである。
１００１は１００２、１００３、１００４から成るパル
ス状の交流電圧を発生するパルス電圧発生器、１００２
は商用交流電源から供給される交流電圧を整流平滑して
直流電圧に変換する整流平滑器、１００３は整流平滑器
１００２で生成した直流電圧を交流電圧に変換するイン
バータ、１００４はインバータ１００３を制御する制御
器、１００５は１００６及び１００７から成るパルス幅
変調器、１００６はアナログ入力信号に応じたパルス幅
を有するパルス幅変調信号を生成する変調信号発生器、
１００７は変調信号発生器１００６の出力に従いパルス
電圧発生器１００１の出力信号のパルス幅を変調するス
イッチ、１００８はパルス幅変調器１００５の出力を積
分するフィルタである。

【０００６】図１１は従来の負荷駆動装置の動作を説明
する説明図である。図１２は従来の負荷駆動装置の動作
を説明する説明図である。

【０００７】以下、図１０〜図１２を用いて、全体の動
作を説明する。図１０において、商用交流電源の交流電
圧Ｖ₂₁がパルス電圧発生器１００１に印可されている。
パルス電圧発生器１００１において、交流電圧Ｖ₂₁は整
流器Ｄ ₁及び平滑コンデンサＣ₁から成る整流平滑器１０
０２で直流電圧Ｖ₂₂に変換される。そして、直流電圧Ｖ
₂₂はインバータ１００３に印可される。

【０００８】ところで、インバータ１００３において、
高周波トランスＴ₁の１次巻き線Ｌ₁の両端にはトランジ
スタＱ₁及びＱ₂のエミッタが直列接続されている。そし
て、トランジスタＱ₁，Ｑ₂のエミッタ共通接続点と１次
巻き線Ｌ₁の中点間に直流電圧Ｖ₂₂が印可されている。
また、トランジスタＱ₁，Ｑ₂の各々のベースには制御器
１００４の出力が供給される。制御器１００４は、例え
ば所定周波数の方形波信号とその反転信号とを発生する
発振器からなり、トランジスタＱ₁，Ｑ₂の各々のベース
に逆相の方形波信号を供給することによってトランジス
タＱ₁，Ｑ₂を交互にオン・オフしている。

【０００９】従って、トランジスタＱ₁，Ｑ₂のオン・オ
フ動作によりトランスＴ₁の１次側の電流が断続され
る。これにより、直流電圧Ｖ₂₂は１次巻き線Ｌ₁と２次
巻き線Ｌ₂の巻き線比に応じた電圧値を持つ方形波状の
交流電圧Ｖ₂₃として２次巻き線の両端間に生じる。パル
ス状の交流電圧Ｖ₂₃がパルス電圧発生器１００１の出力
信号である。

【００１０】次に、アナログ入力信号ｖ_iはパルス幅変
調器１００５に入力される。そして、変調信号発生器１
００６でパルス信号に変更される。この動作を図１１及
び図１２を用いて説明する。

【００１１】図１１及び図１２において、（ａ）はパル
ス電圧発生器１００１より出力される交流電圧Ｖ₂₃、
（ｂ）は入力信号ｖ_i及び三角波信号Ｓ、（ｃ）は変調
信号発生器１００６の出力、（ｄ）はパルス幅変調器１
００５の出力、（ｅ）はフィルタ１００８の出力のそれ
ぞれの波形である。

【００１２】まず、入力信号ｖ_iが無信号の場合につい
て図１１を用いて説明する。図１１の（ａ）に示す様に
パルス交流電圧Ｖ₂₃は、正負に振れる電圧値が同じでデ
ューティー比が５０％のパルス状の交流電圧である。ま
た、変調信号発生器１００６は図１１の（ｂ）に示す様
な三角波信号Ｓを発生し、入力信号ｖ_iをサンプリング
する。変調信号発生器１００６の出力は図１１の（ｃ）
に示す様な入力信号ｖ _iの信号レベルに対応したパルス
幅を持つパルス幅信号となる。スイッチ１００７は変調
信号発生器１００６の出力に応じて開閉する即ち変調信
号発生器１００６の出力で交流電圧Ｖ₂₃のパルス幅を変
調するため、フィルタ１００８には図１１の（ｄ）に示
す様な波形が入力される。フィルタ１００８は、図１０
に示す様にコイルＬ₃，Ｌ₄、コンデンサＣ₂，Ｃ₃からな
るローパスフィルタであり、パルス幅変調器１００５の
出力を積分して図１１の（ｅ）に示す様な波形を得る。
図１１の（ｄ）において、正負のパルス幅が等しいため
フィルタ１００８の出力はゼロとなる。

【００１３】次に、入力信号ｖ_iが図１２の（ｂ）に示
す様な波形の場合の動作を図１２を用いて説明する。変
調信号発生器１００６は、入力信号ｖ_iと三角波信号Ｓ
と比較し、入力信号ｖ_iの振幅値が三角波信号Ｓの振幅
値より大きければ正のパルス、小さければ負のパルスを
発生する。それを示したのが図１２の（ｃ）であり、パ
ルス幅変調器１００５の出力は図１２の（ｄ）となる。
この信号をフィルタ１００８で積分すると図１２の
（ｅ）となり、入力信号ｖ_iが電力増幅され、負荷Ｒ_Lを
駆動する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、パルス交流電圧の周波数とパルス幅変調手
段のサンプリングクロックである三角波信号とを同期す
る構成でないため、入力信号がゼロであっても出力信号
が発生するオフセット電圧の発生や、入力信号が存在す
る場合変調信号発生器の信号に対応したパルスがフィル
タに入力できないため波形歪の発生が生じると言う問題
点を有していた。

【００１５】また、パルス交流電圧の発生を制御する制
御器がデューティー比５０％の所定の周波数のクロック
信号しか発生しないため入力交流電圧の変動や、トラン
ス、スイッチ及びフィルタの持つインピーダンスや負荷
のインピーダンスにより生じる電圧変動に対応すること
ができないためパルス交流電圧の電圧値が変動し、出力
波形に波形歪が発生すると言う問題点を有していた。

【００１６】更に、フィルタが高周波トランスの２次側
のコイルの両端に接続されているため、フィルタで低周
波信号に復調された信号が高周波トランスの２次側に流
れる。しかし、高周波トランスは低周波信号を充分に通
す能力がないため負荷に供給される信号波形が大幅に歪
むと言う問題点を有していた。

【００１７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、パルス交流電圧の周波数とパルス密度変調手段のサ
ンプリングクロックとを同期させることで、増幅したパ
ルスのパルス幅歪を除去でき出力信号の波形歪の発生を
減少させることを可能とすることと、高周波トランスの
１次側に設けたコイルに発生する電圧値が一定になるよ
うにパルス交流電圧発生手段を制御することで、入力交
流電圧の変動を除去することを可能とすることと、高周
波トランスの２次側に発生する電圧の電圧値を一定にな
るようにパルス電圧発生手段を制御することでトラン
ス、スイッチ、フィルタ及び負荷のインピーダンスによ
る影響を除去することを可能とすることと、高周波トラ
ンスの２次側のコイル両端にスイッチを設けフィルタで
発生する低周波信号を高周波トランスの２次側に流さな
い構成をとることで波形歪が削減することを可能とする
電力増幅器を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の電力増幅器は、パルス状の交流電圧を発生す
るパルス電圧発生手段と、パルス電圧発生手段の出力で
あるパルス状の交流電圧のパルス密度を入力信号に応じ
てパルス密度変調するパルス密度変調手段と、パルス密
度変調手段の出力信号の周波数帯域を制限するフィルタ
手段とを備え、パルス状の交流電圧がパルス密度変調手
段のサンプリングクロックとが同期している構成を持
つ。

【００１９】また、本発明の電力増幅器は、上記パルス
電圧発生手段中にある高周波トランスの１次側に設けた
巻き線に発生する電圧が一定になるような構成を持つ。

【００２０】更に、本発明の電力増幅器は、上記パルス
電圧発生手段中にある高周波トランスの２次側に発生す
るパルス状の交流電圧の電圧値が一定になるような構成
を持つ。

【００２１】

【作用】本発明は上記した構成により、以下の様な作用
をする。即ち、パルス電圧発生手段はパルス密度変調手
段のサンプリングクロックに同期して直流電源から供給
される直流電圧を高周波トランスの１次側に印可し２次
側にパルス状の交流電圧を発生する。また、パルス密度
変調手段は、サンプリングクロックに同期して入力信号
をサンプリングし、パルス信号に変換する。この信号を
基に高周波トランスの２次側に発生したパルス状の交流
電圧のパルス密度を入力信号に応じて変調する。そし
て、フィルタ手段はパルス密度変調手段の出力信号の周
波数帯域を制限し、入力信号を電力増幅した出力信号で
負荷を駆動する様にしている。

【００２２】また、本発明は上記した構成により、以下
の様な作用をする。即ち、パルス電圧発生手段はパルス
密度変調手段のサンプリングクロックに同期して直流電
源から供給される直流電圧を高周波トランスの１次側に
印可し２次側にパルス状の交流電圧を発生する。また、
パルス密度変調手段は、サンプリングクロックに同期し
て入力信号をサンプリングし、パルス信号に変換する。
この信号を基に高周波トランスの２次側に発生したパル
ス状の交流電圧のパルス密度を入力信号に応じて変調す
る。ところで、高周波トランスの１次側には別に設けた
巻き線があり、この巻き線に発生した交流電圧を整流平
滑した電圧が一定値に成る様にサンプリングクロックは
制御されている。そして、フィルタ手段はパルス密度変
調手段の出力信号の周波数帯域を制限し、入力信号を電
力増幅した出力信号で負荷を駆動する様にしている。

【００２３】更に、本発明は上記した構成により、以下
の様な作用をする。即ち、パルス電圧発生手段はパルス
密度変調手段のサンプリングクロックに同期して直流電
源から供給される直流電圧を高周波トランスの１次側に
印可し２次側にパルス状の交流電圧を発生する。また、
パルス密度変調手段は、サンプリングクロックに同期し
て入力信号をサンプリングし、パルス信号に変換する。
この信号を基に高周波トランスの２次側に発生したパル
ス状の交流電圧のパルス密度を入力信号に応じて変調す
る。ところで、サンプリング信号は高周波トランスの２
次側に別に設けた整流平滑回路に発生する電圧値が一定
値になるように制御されている。そして、フィルタ手段
はパルス密度変調手段の出力信号の周波数帯域を制限
し、入力信号を電力増幅した出力信号で負荷を駆動する
様にしている。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。

【００２５】図１は本発明の第１の実施例における電力
増幅器のブロック図を示す。図１において、１０１はパ
ルス状の交流電圧を発生するパルス電圧発生器、１０
２，１０３はパルス電圧発生器１０１の入力端子、１０
４は交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑器、１０５
は全波整流器、１０６はコンデンサ、１０７は直流電圧
をパルス状の交流電圧に変換するインバータ、１０８は
トランジスタ、１０９は高周波トランス、１１０はトラ
ンジスタ１０８を制御する制御器、１１１，１１２はパ
ルス電圧発生器１０１の出力を半波整流する半波整流
器、１１３は入力信号に応じてパルス電圧発生器１０１
の出力をパルス密度変調するパルス密度変調器、１１４
は入力信号を入力する入力端子、１１５は入力信号をパ
ルス信号に変換するパルス発生器、１１６はパルス発生
器１１５の出力に基づき開閉するスイッチ、１１７はス
イッチ１１６の出力信号から必要な帯域を通過させるフ
ィルタ、１１８，１１９はフィルタ１１７を構成するコ
イル、１２０，１２１はフィルタ１１７を構成するコン
デンサ、１２２は出力端子、１２３は負荷である。

【００２６】図２は、本発明の第１の実施例におけるパ
ルス密度変調器１１３の具体的な回路の一例であり、２
０１は入力端子１１４から入力される入力信号とパルス
密度変調器１１３の出力信号を加算する加算器、２０２
は加算器２０１の出力信号を積分する積分器、２０３は
積分器２０２の出力信号の極性を判別するコンパレー
タ、２０４は制御器１１０が発生する制御信号からクロ
ック信号を発生するクロック発生器、２０５はコンパレ
ータ２０３の出力信号をクロック発生器２０４の出力ク
ロックに基づきラッチするＤ型フリップフロップ、２０
６はＤ型フリップフロップ２０５の出力信号を増幅する
ドライバ、２０７，２０８はドライバ２０６の出力に基
づきオン・オフするトランジスタである。

【００２７】図３はパルス幅歪を説明する説明図であ
る。図４，図５は本発明の第１の実施例における電力増
幅器の動作説明図であり、同図において、（ａ）は半波
整流器１１１の出力信号、（ｂ）は半波整流器１１２の
出力信号、（ｃ）は入力端子１１４に供給される入力信
号、（ｄ）はクロック発生器２０４の出力信号、（ｅ）
はパルス発生器１１５の出力信号、（ｆ）はスイッチ１
１６の出力信号、（ｇ）はフィルタ１１７の出力信号で
ある。

【００２８】この様に構成された本発明の第１の実施例
の電力増幅器について、以下その動作について説明す
る。

【００２９】本発明の第１の実施例の電力増幅器は、パ
ルス電圧発生器１０１、パルス密度変調器１１３及びフ
ィルタ１１７で構成されている。パルス電圧発生器１０
１は商用交流電源から供給される交流電圧をパルス状の
交流電圧に変換する。次に、パルス密度変調器１１３は
入力信号に応じてこのパルス交流電圧をパルス密度変調
する。そして、フィルタ１１７はパルス密度変調された
パルス交流電圧を帯域制限して電力増幅されたオーディ
オ信号を得、出力端子１２２に接続された負荷１２３を
駆動する。

【００３０】以下に各部の動作の詳細について説明す
る。パルス電圧発生器１０１は、入力端子１０２及び１
０３と全波整流器１０５及びコンデンサ１０６から成る
整流平滑器１０４と、トランジスタ１０８，高周波トラ
ンス１０９及び制御器１１０から成るインバータ１０７
とで構成されている。

【００３１】入力端子１０２と１０３間には、商用交流
電源から供給される交流電圧Ｖ₁が印可される。印可さ
れた交流電圧Ｖ₁は、整流平滑器１０４で直流電圧Ｖ₂に
変換される。即ち、全波整流器１０５で全波整流された
のちコンデンサ１０６で平滑される。

【００３２】次に、直流電圧Ｖ₂は、インバータ１０７
でパルス状の交流電圧Ｖ₃，Ｖ₄及びＶ₅に変換される。
即ち、制御器１１０は、パルス密度変調器１１３のサン
プリングクロックと同一の周波数でデューティー比５０
％のクロックを発生する。トランジスタ１０８は、制御
器１１０の出力クロックに基づきオン・オフする。これ
に伴い高周波トランス１０９の１次側巻き線には、断続
的に直流電圧Ｖ₂が印可され、１次側巻き線の両端には
制御器１１０の発生するクロックに相似なパルス状の交
流電圧Ｖ₃が発生する。従って、中点が接地された高周
波トランス１０９の２次側巻き線には、１次側巻き線と
２次側巻き線の巻き線比に比例した１次側巻き線に発生
したパルス交流電圧Ｖ₃に相似な互いに逆相で合同なパ
ルス交流電圧Ｖ₄及びＶ₅が発生する。これらのパルス交
流電圧Ｖ₄及びＶ₅は、それぞれ半波整流器１１１及び１
１２で半波整流される。これらの波形は、それぞれ図４
または図５の（ａ）及び（ｂ）に示してある。

【００３３】パルス密度変調器１１３は、入力端子１１
４、パルス発生器１１５及びスイッチ１１６で構成され
ている。

【００３４】入力端子１１４に供給された入力信号ｖ_i
は、パルス発生器１１５でパルス信号に変換される。即
ち、パルス発生器１１５では、制御器１１０から発生さ
れるクロックからサンプリングクロックを発生する。そ
して、入力信号ｖ_iは、サンプリングされパルス密度変
調信号に変換される。次に、スイッチ１１６は、半波整
流器１１１及び１１２から供給されるパルス交流電圧を
パルス発生器１１５の出力に基づきパルス密度変調す
る。

【００３５】ここで、パルス発生器１１５及びスイッチ
１１６の具体的な回路例の図２を説明する。

【００３６】制御器１１０から出力されるクロックは、
クロック発生器２０４に入力される。クロック発生器２
０４は、入力されたクロックに同期した図４または図５
の（ｄ）に示すサンプリングクロックを発生する。ま
た、加算器２０１は、入力端子１１４から入力された入
力信号ｖ_iとパルス密度変調器１１３の出力信号との差
を算出する。積分器２０２は、加算器２０１の出力を積
分する。次に、コンパレータ２０３は、積分器２０２の
出力信号の極性を判別する。そして、Ｄ型フリップフロ
ップ２０５は、クロック発生器２０４が発生するサンプ
リングクロックに基づきコンパレータ２０３の出力をサ
ンプリングする。ここで、Ｄ型フリップフロップ２０５
の出力は、入力信号ｖ_iをクロック発生器２０４の発生
するサンプリングクロックでサンプルしたパルス密度変
調信号である。次に、ドライバ２０６は、トランジスタ
２０７及び２０８を駆動できるようにＤ型フリップフロ
ップ２０５の出力信号を増幅する。そして、トランジス
タ２０７及び２０８はドライバ２０６の出力に従って相
補的にオン・オフの動作を行う。即ち、半波整流器１１
１及び１１２から供給されるパルス交流電圧を入力信号
ｖ_iに対応してパルス密度変調している。

【００３７】フィルタ１１７は、コイル１１８及び１１
９とコンデンサ１２０及び１２１からなる梯子型フィル
タとして構成されている。そして、オーディオ帯域の信
号を通過させるようにコイル１１８，１１９及びコンデ
ンサ１２０，１２１の定数を設定している。

【００３８】パルス密度変調器１１３及びフィルタ１１
７の動作を説明する。まず、入力信号ｖ_iが無信号の時
の動作を図４を用いて説明する。

【００３９】図４において、（ａ）及び（ｂ）は、それ
ぞれ半波整流器１１１及び１１２が供給するパルス交流
電圧であり、互いに逆相のデューティー比５０％の矩形
波である。（ｃ）が入力信号ｖ_i、（ｄ）がパルス交流
電圧（ａ），（ｂ）に同期したサンプリングクロックの
波形である。入力信号ｖ_iをパルス発生器１１５でパル
ス密度変調すると波形（ｅ）となる。次に、スイッチ１
１６は、パルス発生器１１５の出力に基づきパルス交流
電圧（ａ），（ｂ）をパルス密度変調すると波形（ｆ）
となる。波形（ｆ）において、正のパルスと負のパルス
は互いの数が等しく、面積も等しいため、フィルタ１１
７で処理すると出力は波形（ｇ）に示す様に無信号とな
る。

【００４０】次に、入力信号ｖ_iが無信号でない場合の
動作を図５を用いて説明する。図５において、波形
（ｃ）の様な入力信号ｖ_iが入力されるとパルス発生器
１１５の出力波形は、波形（ｅ）となる。波形（ｅ）に
基づきスイッチ１１６を駆動すると、パルス交流電圧
（ａ），（ｂ）はパルス密度変調され波形（ｆ）とな
る。この波形（ｆ）をフィルタ１１７で処理すると、波
形（ｇ）の様に入力信号ｖ_iに相似な電力増幅された信
号が得られる。

【００４１】ところで、パルス発生器１１５の出力であ
るパルス密度変調信号には、図３の（ｃ）に示す様なパ
ルス幅歪が発生する。即ち、パルス発生器１１５が理想
状態である場合、図３の（ａ）に示したサンプリングク
ロックの立ち上がりエッジでパルス発生器１１５の出力
波形が図３の（ｂ）の様に変化する。しかし、実際の回
路では、図３の（ｃ）の様になる。図３の（ｂ）と比較
すると図示した様なパルス幅歪が発生していることがわ
かる。この様な状態で、スイッチ１１６に直流電圧を供
給し、直流電圧をパルス密度変調すると、スイッチ１１
６の出力は図３の（ｃ）に相似な出力信号となる。この
ため、パルス幅歪がそのまま増幅された形となる。

【００４２】しかし、本発明の第１の実施例の電力増幅
器では、上記の様な構成をとることで図４，図５の
（ｆ）に示す様に、パルス発生器１１５のパルス列をパ
ルス幅の異なるパルス列に変換し、パルス幅歪を除去し
ている。

【００４３】以上の様に、本発明の第１の実施例では、
パルス状の交流電圧を入力信号に応じてパルス密度変調
することにより、パルス幅歪の発生しない電力変換効率
の高い電力増幅器を構成している。

【００４４】図６は本発明の第２の実施例における電力
増幅器のブロック図を示す。図６において、６０１はパ
ルス状の交流電圧を発生するパルス電圧発生器、６０
２，６０３はパルス電圧発生器６０１の入力端子、６０
４は交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑器、６０５
は全波整流器、６０６はコンデンサ、６０７は直流電圧
をパルス状の交流電圧に変換するインバータ、６０８は
トランジスタ、６０９は高周波トランス、６１０は高周
波トランス６０９の１次側に設けた巻き線、６１１は高
周波トランス６０９の１次側に設けた巻き線、６１２は
巻き線６１１に発生したパルス電圧を半波整流する半波
整流器、６１３は半波整流器６１２の出力を平滑するコ
ンデンサ、６１４はトランジスタ６０８を制御する制御
器、６１５，６１６はパルス電圧発生器６０１の出力を
半波整流する半波整流器、６１７は入力信号に応じてパ
ルス電圧発生器６０１の出力をパルス密度変調するパル
ス密度変調器、６１８は入力信号を入力する入力端子、
６１９は入力信号をパルス信号に変換するパルス発生
器、６２０はパルス発生器６１９の出力に基づき開閉す
るスイッチ、６２１はスイッチ６２０の出力信号から必
要な帯域を通過させるフィルタ、６２２は出力端子、６
２３は負荷である。

【００４５】図７，図８は本発明の第２の実施例におけ
る電力増幅器の動作説明図であり、同図において、
（ａ）は整流平滑器６０４の出力信号、（ｂ）は半波整
流器６１５の出力信号、（ｃ）は半波整流器６１６の出
力信号、（ｄ）は入力端子６１８に供給される入力信
号、（ｅ）はクロック発生器２０４の出力信号、（ｆ）
はパルス発生器６１９の出力信号、（ｇ）はスイッチ６
２０の出力信号、（ｈ）はフィルタ６２１の出力信号で
ある。

【００４６】この様に構成された本発明の第２の実施例
の電力増幅器について、以下その動作について説明す
る。

【００４７】本発明の第２の実施例の電力増幅器は、パ
ルス電圧発生器６０１、パルス密度変調器６１７及びフ
ィルタ６２１で構成されている。パルス電圧発生器６０
１は商用交流電源から供給される交流電圧をパルス状の
交流電圧に変換する。次に、パルス密度変調器６１７は
入力信号に応じてこのパルス交流電圧をパルス密度変調
する。そして、フィルタ６２１はパルス密度変調された
パルス交流電圧を帯域制限して電力増幅されたオーディ
オ信号を得、出力端子６２２に接続された負荷６２３を
駆動する。

【００４８】以下に各部の動作の詳細について説明す
る。パルス電圧発生器６０１は、入力端子６０２及び６
０３と全波整流器６０５及びコンデンサ６０６から成る
整流平滑器６０４と、トランジスタ６０８、高周波トラ
ンス６０９と高周波トランス６０９の１次側に設けた巻
き線６１１に発生するパルス電圧を半波整流する半波整
流器６１２と半波整流した電圧を平滑するコンデンサ及
び制御器６１４から成るインバータ６０７とで構成され
ている。

【００４９】図６において、入力端子６０２及び６０
３、全波整流器６０５、コンデンサ６０６、トランジス
タ６０８、高周波トランス６０９は図１における入力端
子１０２及び１０３、全波整流器１０５、コンデンサ１
０６、トランジスタ１０８、高周波トランス１０９と全
く同一の動作をする。

【００５０】まず、入力端子６０２と６０３間に印可し
た商用交流電源から供給される交流電圧Ｖ₆は、整流平
滑器６０４で直流電圧Ｖ₇に変換される。

【００５１】次に、直流電圧Ｖ₇は、インバータ６０７
でパルス状の交流電圧Ｖ₈，Ｖ₉及びＶ₁₀に変換される。
即ち、制御器６１４は、パルス密度変調器６１７のサン
プリングクロックと同一の周波数で交流電圧Ｖ₆が変動
しないつまり、直流電圧Ｖ₇が変動しなければ、デュー
ティー比５０％のクロックを発生する。トランジスタ６
０８は、制御器６１４の出力クロックに基づきオン・オ
フする。これに伴い高周波トランス６０９の１次側巻き
線には、断続的に直流電圧Ｖ₇が印可され、１次側巻き
線６１０の両端には制御器６１４の発生するクロックに
相似なパルス状の交流電圧Ｖ₈が発生する。従って、中
点が接地された高周波トランス６０９の２次側巻き線に
は、１次側巻き線６１０と２次側巻き線の巻き線比に比
例した１次側巻き線６１０に発生したパルス交流電圧Ｖ
₈に相似な互いに逆相で合同なパルス交流電圧Ｖ₉及びＶ
₁₀が発生する。

【００５２】一方、高周波トランス６０９の１次側に設
けた巻き線６１１にはパルス交流電圧Ｖ₈に比例した
（比例係数は、巻き線６１０と巻き線６１１の巻き線数
の比に等しい）パルス交流電圧Ｖ₁₁が発生する。半波整
流器６１２はパルス交流電圧Ｖ ₁₁を整流し、コンデンサ
６１３はこれを平滑し、直流電圧Ｖ₁₂に変換する。ここ
で、制御器６１４は、直流電圧Ｖ₁₂が所定の電圧値を持
つ基準電圧Ｖ₁₃であるかを判断する。今、交流電圧Ｖ₆
が一定であるため、直流電圧Ｖ₁₂も一定であり、基準電
圧Ｖ₁₃に等しい。ところが、交流電圧Ｖ₆が変動する
と、直流電圧Ｖ₇、パルス交流電圧Ｖ₈，Ｖ₉，Ｖ₁₀，Ｖ
₁₁及び直流電圧Ｖ₁₂も変動する。そのため、直流電圧Ｖ
₁₂は、基準電圧Ｖ₁₃と異なる。しかし、制御器６１４
は、直流電圧Ｖ₁₂と基準電圧Ｖ₁₃が等しくなる様に制御
器６１４が発生するクロックのデューティー比を変化さ
せる。即ち、直流電圧Ｖ₁₂＞基準電圧Ｖ₁₃であればトラ
ンジスタ６０８がオンの期間を少なくし、直流電圧Ｖ₁₂
＜基準電圧Ｖ₁₃の場合はトランジスタ６０８がオンの時
間が長くなるように制御器６１４が発生するクロックの
デューティー比を変化させる。これらのパルス交流電圧
Ｖ₉及びＶ₁₀は、それぞれ半波整流器６１５及び６１６
で半波整流され、パルス密度変調器６１７に供給され
る。

【００５３】パルス密度変調器６１７は、入力端子６１
８、パルス発生器６１９及びスイッチ６２０で構成され
ている。

【００５４】図６におけるパルス密度変調器６１７は、
図１におけるパルス密度変調器１１３と全く同一の動作
を行う。

【００５５】入力端子６１８に供給された入力信号ｖ_i
は、パルス発生器６１９でパルス信号に変換される。次
に、スイッチ６２０は、半波整流器６１５及び６１６か
ら供給されるパルス交流電圧をパルス発生器６１９の出
力に基づきパルス密度変調する。

【００５６】図６におけるフィルタ６２１は、図１にお
けるフィルタ１１７と全く同一の動作を行う。

【００５７】交流電圧Ｖ₆が変動した時の本発明の第２
の実施例の動作について図７及び図８を用いて説明す
る。ここでは、図７または図８の（ｄ）に示す入力信号
ｖ_iが入力された時の動作である。

【００５８】図７は、制御器６１４が直流電圧Ｖ₁₂と基
準電圧Ｖ₁₃と一致するように制御器６１４の出力クロッ
クのデューティー比を制御しない時、つまり、デューテ
ィー比５０％のクロックを出力している場合を示す。交
流電圧Ｖ₆が変動することにより直流電圧Ｖ₇が図７の
（ａ）の様に変化したとする。ここで、破線は交流電圧
Ｖ₆が変化しない時の電圧値Ｖ_dd0とする。直流電圧Ｖ₇
が図７の（ａ）の様に変化することにより、半波整流器
６１５及び６１６の出力電圧はそれぞれ図７の（ｂ）及
び（ｃ）の様になる。即ち、デューティー比は５０％で
あるが、電圧値が直流電圧Ｖ₇の変化に従って変化して
いる。一方、図７の（ｄ）に示す入力電圧ｖ_iは、パル
ス発生器６１９において、パルス密度変調され、図７の
（ｆ）に示すパルス信号に変換される。このパルス信号
により、スイッチ６２０をオン・オフすると図７の
（ｇ）に示す波形が得られる。これを、フィルタ６２１
で帯域制限し、オーディオ信号に復調すると、図７の
（ｈ）に実線で示す波形となる。図７の（ｈ）に入力信
号ｖｉが理想的に増幅されたときの波形を破線で示し、
実線と破線の差の部分にハッチングを入れている。即
ち、図７は、交流電圧Ｖ₆の電圧値が変化すると波形歪
が発生することを示している。

【００５９】図８は、制御器６１４が直流電圧Ｖ₁₂と基
準電圧Ｖ₁₃と一致するように制御器６１４の出力クロッ
クのデューティー比を制御する場合を示す。図８の
（ａ）は交流電圧Ｖ₆が変動を示す。ここで、破線は交
流電圧Ｖ₆が変化しない時の電圧値Ｖ_dd0とする。制御器
６１４の働きにより、半波整流器６１５及び６１６の出
力電圧はそれぞれ図８の（ｂ）及び（ｃ）の様になる。
即ち、直流電圧Ｖ₇の電圧値がＶ_dd0で一定の場合のパル
ス交流電圧Ｖ₉及びＶ₁₀に成るようにパルス幅が変化し
ていることがわかる。これを図７と同様に、図８の
（ｄ）に示す入力電圧ｖ _iが、パルス密度変調器６１７
に入力された時の出力波形が図８の（ｇ）である。これ
を、フィルタ６２１で帯域制限し、オーディオ信号に復
調したものが図８の（ｈ）であり、図８の（ｄ）と相似
形であり波形歪が発生していない。

【００６０】以上の様に、本発明の第２の実施例では、
パルス状の交流電圧を入力信号に応じてパルス密度変調
することにより、パルス幅歪の発生しない、さらに、高
周波トランスの１次側の巻き線に発生するパルス交流電
圧の電圧値を安定化することにより商用交流電源の電圧
値が変動しても波形歪が発生しない電力変換効率の高い
電力増幅器を構成している。

【００６１】図９は本発明の第３の実施例における電力
増幅器のブロック図を示す。図９において、９０１はパ
ルス状の交流電圧を発生するパルス電圧発生器、９０
２，９０３はパルス電圧発生器９０１の入力端子、９０
４は交流電圧を直流電圧に変換する整流平滑器、９０５
は全波整流器、９０６はコンデンサ、９０７は直流電圧
をパルス状の交流電圧に変換するインバータ、９０８は
トランジスタ、９０９は高周波トランス、９１０は高周
波トランス９０９の２次側に発生したパルス交流電圧を
半波整流する半波整流器、９１１は半波整流器９１０の
出力を平滑するコンデンサ、９１２はトランジスタ９０
８を制御する制御器、９１３，９１４はパルス電圧発生
器９０１の出力を半波整流する半波整流器、９１５は入
力信号に応じてパルス電圧発生器９０１の出力をパルス
密度変調するパルス密度変調器、９１６は入力信号を入
力する入力端子、９１７は入力信号をパルス信号に変換
するパルス発生器、９１８はパルス発生器９１７の出力
に基づき開閉するスイッチ、９１９はスイッチ９１８の
出力信号から必要な帯域を通過させるフィルタ、９２０
は出力端子、９２１は負荷である。

【００６２】この様に構成された本発明の第３の実施例
の電力増幅器について、以下その動作について説明す
る。

【００６３】本発明の第３の実施例の電力増幅器は、パ
ルス電圧発生器９０１、パルス密度変調器９１５及びフ
ィルタ９１９で構成されている。パルス電圧発生器９０
１は商用交流電源から供給される交流電圧をパルス状の
交流電圧に変換する。次に、パルス密度変調器９１５は
入力信号に応じてこのパルス交流電圧をパルス密度変調
する。そして、フィルタ９１９はパルス密度変調された
パルス交流電圧を帯域制限して電力増幅されたオーディ
オ信号を得、出力端子９２０に接続された負荷９２１を
駆動する。

【００６４】以下に各部の動作の詳細について説明す
る。パルス電圧発生器９０１は、入力端子９０２及び９
０３と全波整流器９０５及びコンデンサ９０６から成る
整流平滑器９０４と、トランジスタ９０８、高周波トラ
ンス９０９と高周波トランス９０９の２次側に発生した
パルス交流電圧Ｖ１７を半波整流する半波整流器９１０
と半波整流した電圧を平滑するコンデンサ９１１及び制
御器９１２から成るインバータ９０７とで構成されてい
る。

【００６５】図９において、入力端子９０２及び９０
３、全波整流器９０５、コンデンサ９０６、トランジス
タ９０８、高周波トランス９０９は図１における入力端
子１０２及び１０３、全波整流器１０５、コンデンサ１
０６、トランジスタ１０８、高周波トランス１０９と全
く同一の動作をする。

【００６６】まず、入力端子９０２と９０３間に印可し
た商用交流電源から供給される交流電圧Ｖ₁₄は、整流平
滑器９０４で直流電圧Ｖ₁₅に変換される。

【００６７】次に、直流電圧Ｖ₁₅は、インバータ９０７
でパルス状の交流電圧Ｖ₁₆，Ｖ₁₇及びＶ₁₈に変換され
る。即ち、制御器９１２は、パルス密度変調器９１５の
サンプリングクロックと同一の周波数でパルス交流電圧
Ｖ₁₇が変動しなければ、デューティー比５０％のクロッ
クを発生する。トランジスタ９０８は、制御器９１２の
出力クロックに基づきオン・オフする。これに伴い高周
波トランス９０９の１次側巻き線には、断続的に直流電
圧Ｖ₁₅が印可され、高周波トランス９０９の１次側巻き
線の両端には制御器９１２の発生するクロックに相似な
パルス状の交流電圧Ｖ₁₆が発生する。従って、中点が接
地された高周波トランス９０９の２次側巻き線には、１
次側巻き線と２次側巻き線の巻き線比に比例した１次側
巻き線に発生したパルス交流電圧Ｖ₁₆に相似な互いに逆
相で合同なパルス交流電圧Ｖ₁₇及びＶ₁₈が発生する。

【００６８】一方、入力信号ｖ_iに楽音信号を用いた場
合、振幅が急峻に大きくなる等の振幅レベルの時間変動
が発生する。また、スピーカを負荷とした場合負荷のイ
ンピーダンスが周波数特性を持っている。これらに伴い
負荷９２１に供給される電流が変化する。しかし、高周
波トランス９０９の巻き線はインピーダンスを持つ。そ
して、高周波トランス９０９の巻き線で電圧降下が生じ
る。そのため、負荷９２１には入力信号ｖ_iに対応した
電流が供給できなくなり、波形歪が発生する。

【００６９】そこで、高周波トランス９０９の２次側に
発生したパルス交流電圧Ｖ₁₇を半波整流器９１０が整流
し、コンデンサ９１１がこれを平滑し、直流電圧Ｖ₁₉に
変換する。ここで、制御器９１２は、直流電圧Ｖ₁₉が所
定の電圧値を持つ基準電圧Ｖ ₂₀であるかを判断する。

【００７０】今、パルス交流電圧Ｖ₁₇が一定であれば、
直流電圧Ｖ₁₉も一定であり、基準電圧Ｖ₂₀に等しい。そ
して、制御器９１２からはデューティー比５０％のクロ
ックが出力される。

【００７１】ところが、パルス交流電圧Ｖ₁₇が変動する
と、直流電圧Ｖ₁₉も変動する。そのため、直流電圧Ｖ₁₉
は、基準電圧Ｖ₂₀と異なる。しかし、制御器９１２は、
直流電圧Ｖ₁₉と基準電圧Ｖ₂₀が等しくなる様に制御器９
１２が発生するクロックのデューティー比を変化させ
る。即ち、直流電圧Ｖ₁₉＞基準電圧Ｖ₂₀であればトラン
ジスタ９０８がオンの期間を少なくし、直流電圧Ｖ₁₉＜
基準電圧Ｖ₂₀の場合はトランジスタ９０８がオンの時間
が長くなるように制御器９１２が発生するクロックのデ
ューティー比を変化させる。高周波トランス９０９の２
次側に発生したパルス交流電圧Ｖ₁₇及びＶ₁₈は、それぞ
れ半波整流器９１３及び９１４で半波整流される。そし
て、パルス密度変調器９１５に供給される。

【００７２】パルス密度変調器９１５は、入力端子９１
６、パルス発生器９１７及びスイッチ９１８で構成され
ている。

【００７３】図９におけるパルス密度変調器９１７は、
図１におけるパルス密度変調器１１３と全く同一の動作
を行う。

【００７４】入力端子９１６に供給された入力信号ｖ_i
は、パルス発生器９１７でパルス信号に変換される。次
に、スイッチ９１８は、半波整流器９１３及び９１４か
ら供給されるパルス交流電圧をパルス発生器９１７の出
力に基づきパルス密度変調する。パルス密度変調器９１
５の出力は、フィルタ９１９に供給され帯域制限されオ
ーディオ信号が出力端子９２０を介して負荷９２１に供
給される。

【００７５】図９におけるフィルタ９１９は、図１にお
けるフィルタ１１７と全く同一の動作を行う。

【００７６】ここで、高周波トランス９０９の巻き線の
持つインピーダンスにより電圧降下が生じパルス交流電
圧Ｖ₁₇が変動した時の本発明の第３の実施例の動作につ
いて図７及び図８を用いて説明する。ここでは、図７ま
たは図８の（ｄ）に示す入力信号ｖ_iが入力された時の
動作である。

【００７７】図７は、制御器９１２が直流電圧Ｖ₁₉と基
準電圧Ｖ₂₀とが一致するように制御器９１２の出力クロ
ックのデューティー比を制御しない時、つまり、デュー
ティー比５０％のクロックを出力している場合を示す。
パルス交流電圧Ｖ₁₇が変動することにより半波整流器９
１３及び９１４の出力がそれぞれ図７の（ｂ），（ｃ）
の様に変化したとする。即ち、デューティー比は５０％
であるが、電圧値がパルス交流電圧Ｖ₁₇の変化に従って
変化している。一方、図７の（ｄ）に示す入力電圧ｖ_i
は、パルス発生器９１７において、パルス密度変調さ
れ、図７の（ｆ）に示すパルス信号に変換される。この
パルス信号により、スイッチ９１８をオン・オフすると
図７の（ｇ）に示す波形が得られる。これを、フィルタ
９１９で帯域制限し、オーディオ信号に復調すると、図
７の（ｈ）に実線で示す波形となる。図７の（ｈ）に入
力信号ｖｉが理想的に増幅されたときの波形を破線で示
し、実線と破線の差の部分にハッチングを入れている。
即ち、図７は、パルス交流電圧Ｖ₁₇の電圧値が変化する
と波形歪が発生することを示している。

【００７８】図８は、制御器９１２が直流電圧Ｖ₁₉と基
準電圧Ｖ₂₀と一致するように制御器９１２の出力クロッ
クのデューティー比を制御する場合を示す。図７と同様
にパルス交流電圧Ｖ₁₇が変化すると、半波整流器９１３
及び９１４の出力はそれぞれ図７の（ｂ），（ｃ）の様
に変化する。しかし、制御器９１２の働きにより、半波
整流器９１３及び９１４の出力電圧はそれぞれ図８の
（ｂ）及び（ｃ）の様になる。即ち、パルス交流電圧Ｖ
₁₇の電圧値が一定に成るようにパルス幅が変化している
ことがわかる。これを図７と同様に、図８の（ｄ）に示
す入力電圧ｖ_iが、パルス密度変調器９１５に入力され
た時の出力波形が図８の（ｇ）である。これを、フィル
タ９１９で帯域制限し、オーディオ信号に復調したもの
が図８の（ｈ）であり、図８の（ｄ）と相似形であり波
形歪が発生していない。

【００７９】以上の様に、本発明の第３の実施例では、
パルス状の交流電圧を入力信号に応じてパルス密度変調
することにより、パルス幅歪の発生しない、さらに、高
周波トランスの２次側の巻き線に発生するパルス交流電
圧の電圧値を安定化することにより商用交流電源の電圧
値の変動や高周波トランスの巻き線インピーダンスによ
る電圧降下が生じても波形歪が発生しない電力変換効率
の高い電力増幅器を構成している。

【００８０】

【発明の効果】以上の様に本発明は、パルス交流電圧の
周波数とパルス密度変調手段のサンプリングクロックと
を同期させることで、パルス幅歪の発生を除去できるた
め、出力信号の波形歪の発生を減少させることを可能と
する効果が得られる。

【００８１】また、高周波トランスの１次側に設けたコ
イルに発生する電圧値が一定になるようにパルス電圧発
生器を制御することで、入力交流電圧の変動を除去する
ことができるため、出力信号の波形歪の発生を減少させ
ることを可能とする効果が得られる。

【００８２】また、高周波トランスの２次側に発生する
電圧の電圧値を一定になるようにパルス電圧発生器を制
御することで高周波トランスのインピーダンスによる電
圧降下（入力信号、負荷インピーダンス等により変調さ
れている）を除去できるため、出力信号の波形歪の発生
を減少させることを可能とする効果が得られる。

【００８３】更に、高周波トランスの２次側の巻き線の
中点を接地し、巻き線の両端に半波整流器を介してスイ
ッチング素子に接続することで、フィルタで復調された
負荷に供給する低周波信号を高周波トランスの２次側に
流さない構成が実現できるため、出力信号の波形歪の発
生を減少させることを可能とする効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における電力増幅器の構
成を示すブロック図

【図２】同第１の実施例のパルス密度変調器の具体的な
構成を示すブロック図

【図３】同第１の実施例の動作を説明する動作説明図

【図４】同第１の実施例の動作を説明する動作説明図

【図５】同第１の実施例の動作を説明する動作説明図

【図６】本発明の第２の実施例における電力増幅器の構
成を示すブロック図

【図７】同第２の実施例の動作を説明する動作説明図

【図８】同第２の実施例の動作を説明する動作説明図

【図９】本発明の第３の実施例における電力増幅器の構
成を示すブロック図

【図１０】従来の負荷駆動装置の構成を示すブロック図

【図１１】同従来例の動作を説明する動作説明図

【図１２】同従来例の動作を説明する動作説明図

【符号の説明】

１０１パルス電圧発生器１０２，１０３，１１４入力端子１０４整流平滑器１０５全波整流器１０６，１２０，１２１コンデンサ１０７インバータ１０８トランジスタ１０９高周波トランス１１０制御器１１１，１１２半波整流器１１３パルス密度変調器１１５パルス発生器１１６スイッチ１１７フィルタ１１８，１１９コイル１２２出力端子１２３負荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルス状の交流電圧を発生するパルス電
圧発生手段と、前記パルス電圧発生手段の出力であるパルス状の交流電
圧のパルス密度を入力信号に応じてパルス密度変調する
パルス密度変調手段と、前記パルス密度変調手段の出力信号の周波数帯域を制限
するフィルタ手段とを備えたことを特徴とする電力増幅
器。
【請求項２】パルス電圧発生手段は、１次側に巻き線
１、２次側に巻き線２を備えた高周波トランスと、前記
巻き線１に直流電源から供給される直流電圧の印可を制
御する制御手段とを備え、前記制御手段はパルス密度変調手段のサンプリングクロ
ックに同期して前記巻き線１に直流電源から供給される
直流電圧を印可し、前記巻き線２に前記サンプリングク
ロックに同期したパルス状の交流電圧を発生させること
を特徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項３】パルス密度変調手段は、変調手段の出力
信号をサンプリングクロックとして入力信号をパルス密
度変調することを特徴とする請求項１記載の電力増幅
器。
【請求項４】パルス電圧発生手段は、１次側に巻き線
１及び巻き線２と２次側に巻き線３を備えた高周波トラ
ンスと、前記巻き線２に発生する交流電圧を整流平滑す
る平滑手段と、前記巻き線１への直流電源から供給され
る直流電圧の印可を制御する制御手段とを備え、前記巻き線３にパルス状の交流電圧を発生することを特
徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項５】パルス電圧発生手段は、１次側に巻き線
１と２次側に巻き線２及び巻き線３を備えた高周波トラ
ンスと、前記巻き線２に発生する交流電圧を整流平滑す
る平滑手段と、前記巻き線１への直流電源から供給され
る直流電圧の印可を制御する制御手段とを備え、前記巻き線３にパルス状の交流電圧を発生することを特
徴とする請求項１記載の電力増幅器。
【請求項６】制御手段は、所定の周波数のクロックを
発生する発振手段と、前記発振手段が発生するクロック
のデューティー比を変調する変調手段と、前記変調手段
の出力信号に同期して開閉するスイッチとを備え、前記変調手段は、平滑手段の出力信号の振幅値が一定値
になるように前記発振手段の出力クロックのデューティ
ー比を変調し、前記スイッチは前記変調手段の出力に同
期して高周波トランスの巻き線１に直流電源から供給さ
れる直流電圧を印可することを特徴とする請求項４記載
の電力増幅器。
【請求項７】制御手段は、所定の周波数のクロックを
発生する発振手段と、前記発振手段が発生するクロック
のデューティー比を変調する変調手段と、前記変調手段
の出力信号に同期して開閉するスイッチとを備え、前記変調手段は、平滑手段の出力信号の振幅値が一定値
になるように前記発振手段の出力クロックのデューティ
ー比を変調し、前記スイッチは前記変調手段の出力に同
期して高周波トランスの巻き線１に直流電源から供給さ
れる直流電圧を印可することを特徴とする請求項５記載
の電力増幅器。