JPS58121803A - 出力増幅器用可変電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オーディオ再生装置等の出方増幅器に用いる
′区源装置、ｖｌに、増幅すべき入力信号に追随して電
源電圧を可斌制御することにより出方増幅器の電力効率
の向上を計ることができる出カ増幅器用可変戒源ｄ　１
４（Ｋ関する。

一般に、オーディオ再生装置等に用いらｎる出力増幅器
としては、取扱う信号のダイナミックレンジが広く、ま
たスピーカの能率が低い等の理由で比較的大出力のもの
が要求さ扛ており、このため、Ａ級増幅器に比べて電力
効率が高く１発熱量の少ないＢ級増幅器が広く使用され
ている。しかしながら、Ｂ級増幅器は、入力信号の半周
期毎に出力素子がオン、オフ動作する六めに生じるスイ
ッチング歪等により、音質の劣化が起るという欠点有し
ているため、オーディオ再生装着等に用いられる出力増
幅器としては、スイッチング歪が発生せず、音質の優れ
九Ａ級増幅器が要望されている。

前述し危要望を満なし、Ｂ級増幅器の欠点を除去して、
電力効率を向上させ大出力化上可能とする方法として、
従来固定であった増幅器の電源電圧を、スイッチング制
御等によシ増幅すべき入力信号に追随して変化させる方
法が知られている。

以下、このような出力増幅器に用いられる従来技術によ
る可変電源装置を図面について説明する。

第１図はＡ級増幅器に用いられた従来の可変電源装置の
一例を示す回路図、第２図（６）及び（至）はその動作
を説明する危めの波形図、第３図はｓ１図に示す増幅器
の電力効率を示す特性図である。第１図において、１は
入力信号源、２はＡ級出力増幅器、３はスピーカ、４は
可変電源装置、５は制御回路、６は前置増幅器、７及び
８は出力トランジスタ、９及び１０はバイアス用電源、
１１及び１２は正及び負の直流電源、１３及び１４は第
１及び第２のスイッチング素子であるスイッチングトラ
ンジスタ、１５及び１６はスイッチング素子１３及び１
４を駆動するトランジスタ、１７及び１８ｔｉ＠　１及
び第２のフライホイールダイオード、１９及び２０はチ
ョークコイル、２１及び２２はコンデンサ、２３及び２
４は電圧比較器、２５及び２６はレベルシフト回路、２
７．２８．２９及び３０は抵抗である。

第１図において、Ａ級出力増幅器２＃ｉ、前置増幅器６
及び出力トランジスタ７．８により構成され、出力トラ
ンジスタ７及び８社、バイアス用電源９及び１０により
バイアスされ、可変電源装置４からの出力電圧ｅ１及び
ｈが電源電圧として供給されて、入力信号源１からの入
力信号８Ｍ　　を出力電圧Ｃ６Ｋ増幅してスピーカ３を
駆動する。可変電源装ｆ４は、正及び負の直流電源１１
及び１２゜直流電源１１及び１２に直列接続された第・
１及び第２のスイッチング素子１３及び１４．スイッチ
ング素子１３及び１４Ｖｃ直列接続された第１及び第２
のチョークコイル１９及び２０と第１及び第２のコンデ
ンサ２１及び２２よ）成る第１及び第２の四−パスフィ
ルタ、＃！１及び第２の四−ハスフィルタと第１及び第
２のスイッチング素子１３及び１４との接続点と接地端
子との関に接続された第１及び第２のフライホイールダ
イオード１．７及び１８．後述する制御回路５からの制
御信号を受けて前記スイッチング素子１３及び１４ｔ−
スイッチング制御する駆動用トランジスタ１５及び１６
によシ構成されている。また、制御回路５は、入力信号
＃ｉ１からの入力信号町に直流電圧ｔ−重畳するレベル
シフト回路２５及び２６．レベルシフト回路２５及び２
６の出力電圧と可変電源装置４からＡ級出力増幅暮２に
供給される出力電圧ｅ１及びｅ、の分割電圧とを比較し
て制御信号を発生する電圧比較器２３及び２４により構
成されている。

次に、前述のように構成され喪Ａ級出力増幅器に用いら
れている可変電源装置の動作を説明する。

入力信号源１から増幅すべき入力信号ｅ１は、Ａ級出力
増幅器ぞの前置増幅器６に入力されるとともに、制御回
路゛５のレベルシフト回路２５及び２６にも入力される
。レベルシフト回路２５及び２６は、入力信号ｅｌＫそ
れぞれ極性の異なる一定の直流電圧を重畳して電圧比較
器２３及び２４の一方の入力端子に印加する。電圧比較
器２３には、抵抗２７と２８で分割され次可変電源装置
４の出力電圧ｅ、が他方の入力端子に印加され、この分
割された出力電圧ｅｌとレベルシフト回路２５の出力域
、圧とを比較して、可変電源装置４の出力電圧ｅ、管制
御する制御信号を発生する。また、電圧比較器２４には
、抵抗２９と３０で分割され九可変電源装置４の出力電
圧ｅ、が他方の入力端子に印加され、この分１割された
出力電圧ｅ雪とレベルシフト回＠２６の出力電圧とを比
較して、可変電源装置４の出力電圧ｅｌｆ制御する制御
信号を発生する。電圧比較器２３及び２４より出力され
る制御信号は、可変電源装置４の出力゛５圧ｅｌ及びｅ
鵞の大きさを入力信号町の大きさに応じて制御するため
のパルスフ号であり、これらの制御項号は、駆動用トラ
ンジスタ１５及び１６を介して第１及び第２のスイッチ
ング素子であるトランジスタ１３及び１４をオン−オフ
制御する。この結果、正及び負の直流電源１１及び１２
は、スイッチング素子１３及び１４でチョッピングされ
、＠１及び第２のフライホイールダイオード１７及び１
８．＠１及び第２のチョークコイル１９及び２０と第１
及び第２のコンデンサ２１及び２２よ）成る第１及び第
２のローパスフィルタでスイッチング周波数分がＰ波さ
れ。

入力信号ｅｉの大きさに連層して出力電圧・１及びＣ雪
Ｋｆ侯さｒｂ、ＡＭｋ出力増幅器２の出力トランジスタ
７及び８に供給される。

Ａ級出力増幅器２は、可変電源装置、４から供給さｎる
前述した出力電圧・、及びｅ、によ如動作し。

入力信号ｅ１を増幅してスピーカ３に出力電圧＠。を供
給するが、この出力電圧Ｃ０と可変電源装置４の出力電
圧Ｃ８及びｅ、の関係を示すのが第２回内に示す波形図
であり、また、出力電圧００によりスピーカ３に流れる
出力電流１０と可変電源装置４の出力電圧ｅ１及びｅｇ
に、より出力トランジスタ７及び８に流れる電流１１及
び−の関係を示すのが第２図（ト）に・）　示す波形図
である。第２図（Ａ）に実線で示すようＫ。

可ｆｌｉｔ源装置１４の出力電圧ｅ、及びｅ、は、入力
信号ｅｌＫＩして、すなわちＡ級出力増幅器２の出力電
圧ｅ。Ｋ追随し、出力電圧Ｃ０と電圧Ｅ０の差をもって
変化するか、前記出力電圧６□及びｅ、が入力信号Ｊ、
すなわち、Ａ級出力増幅器２の出力電圧Ｃ０Ｋ追随でき
るのは、それぞれ、前記出力ｅ１及びＣ８が正及び負に
保持さ′れる期間だけであシ、図のＴ１及びＴ、の期間
は、フライホイールダイオード１７及び１８の願力向電
圧に保持されることになる。これは、ＴＩ及び・裡■の
それぞれの期間に、スイッチング素子１３及び１４がオ
フ状ＷＩＡＫ制御され、その間の電流通路が７ライホイ
ールダイオード１７及び１８ｔ−介して作られることに
よるものである。

前述した可変電源装置４の出力電圧ｅ１及びｃ鵞とＡ級
出力増幅器２の出力電牢ｅ０との差の電圧Ｅ０は直流オ
フセット電圧と呼ばれ、レイルシフト回路２！！！及び
２６によシ入力信号ＪＫ重畳される直流電圧によって生
ずるもので、出力トランジスタ７及び８をアクティブに
動作させるためのものである。この直流オフセット電圧
Ｅ０とバイアス用電源９及びＩＯＫより、出力トランジ
スタ７及び８に流れるバイアス電流量。は、出力トラン
ジスタ７及び８をＡ級動作させるためのものであり、こ
の電流値は１通常Ａ級出力増幅ｌｓ２の最大出力Ｐ。ｍ
□時に出力トランジスタ７及び８に流れるピーク電流の
１７２の値に設定される。この結果、可変電源装置４の
出力電圧ｅ０及び町により、出力トランジスタ７及び８
に流れる電流量、及びｌ嘗は、第２図（Ｂ）に実線で示
すように、バイアス電流１．ｌ中心に変化し、スピーカ
３に流れる出力電流ｉ０は、第２図（ｌＩＫ点線で示す
ような前記電流塵１及び１＃の差電流となる。

紬述のように、第１図に示す回路はＡ級出力増幅器２に
供給する電源電圧を入力信号ｅｌＫｉｌ！１隨して変化
させることＫよ抄、Ａ級出力増幅器２に供給する１１＃
ｉ電圧が一定の場合に比較して、出力トランジスタ７“
及び８に加わる電圧を大幅に低減することができ、Ａ級
出力増幅器２の電力損失を減少することができる。第３
図は、このと膚のＡ級出力増幅器２の出力Ｐｏ対電力効
率ηの特性管示すもので１曲線（イ）は電源電圧が固定
の場合の１曲線（ロ）は前述した電源電圧可変の場合の
電源装置食用いたＡ級出力増幅器の効率゛特性である。

ただし。

曲線（ロ）の特性は、可変電源装置の直流オフセット電
圧Ｅ０をＡ級出力増幅器２の最大出力Ｐ。ｍａｘ時のピ
ーク出力電圧ｅ。ｍａｘの１１５に設定した場合のもの
である。

以上説明したように、第１図に示す従来技術による可変
電源装置を用い＆Ａ級出力増幅器は“、固定電源装置を
用いたＡ級出力増幅器に比較して。

その電力効率を大幅に向上させることができる。

しかしながら、第１図に示す従来例では、可変電源装置
４の出力電圧へ及びｅｇ、すなわち、Ａ級出力増幅器２
に供給される電源電圧は、第２図（４）に示すように、
それぞれ正及び東の領域のみでしｉｚＡ級出力出力増幅
器出力電圧像。Ｋ追随しないため。

これら追随しない期間Ｔ１及Ｔ、の間、出力トランジス
タ７及び８に加わる電圧が増大する。従って。

この期間に生じる出力Ｆランジスタフ及び８における電
力損失が大きく、第１図に示す従来の可変電源装置を用
いたＡ級出力増幅器は、低損失、高効率化の効果が充分
であるとはいえない。

本発明の目的は、上記従来技術の欠点上瞼き。

Ａ級出力増幅器に加わる電源電圧を常時出力信号電圧に
完全に追随させるようにして、Ａ級出力増幅器をさらに
低損失、高効率化することが可能な可変電源装置を提供
するにある。

この目的を達成するため１本発明は、可変電源装ｆａｌ
Ｋおけるフライホイールダイオードの一端をスイッチン
グ素子とローパスフィルタの接続点に接続するとともに
、他端を逆極性の直流電源に接続した点を特徴とする。

以下１本発明による実施例を図ｌ１ｌｉＫついて説明す
る。

第４図は１本発明による出力増幅器用可変電源装置の一
実施例を示す回路図であって、第１図に対応する部分に
は同−符号管つけている。

ｉ＠４Ｚにおいて、第１の７ライホイールダイオ−ド１
７のアノードは負の直流電ｌＸ１２に接続さρ　　　　
れ、第２のフライホイールダイオード１８のカソードは
正の直流電源１１に接続されている。

このように、第１及び第２のフライホイールダイオード
１７．１８のそれぞれのアノード及びカソードを逆極性
の負の直流電源１２及び正の直流電源１１に接続するこ
と罠より、スイッチングトランジスタ１３及び１４のコ
レクタ電圧は、それぞれ正及び負の両方向にスイングさ
れることＫなシ、可質電源装置４の出力電圧であるＡ級
出力増幅器２に供給される電源電源ｅｌ及びＣ１も、正
及び負の両方向にスイングする。従って、可変電源装置
４の出力電圧ｅｌ及びｅ意は、第５１９に示す波形図の
ように、入力信号Ｊの全周期を通じて、すなわち、Ａ級
出力増幅器２の出力電圧ｃ０の全周期を通じて、出力電
圧ｅ０に追随して変化することになる。

この結果、Ａ級出力増幅器２の出カドランジス夛には、
常にオフセット電圧Ｅｏのみが印加されることとなり、
Ａ級出力増幅器２の電力損失が低減される。第６図は、
前述した第４図に示す本発明による可変電源装置を用い
たＡ級出力増幅器２０出力Ｐｏ対電力効率ηの特性を示
すもので１曲線（イ）は。

電源電圧固定の場合の１曲線（ロ）は第１図に示す、従
来技術による電源電圧可変の場合の、また１曲線（ハ）
は第４図に示す本発明による電源電圧可変の電源装ｍｔ
−用いた場合のＡ級出力増幅器の効率特性である。

第６図に示す特性からも理解できるとおシ、第４図に示
す本発明による可変電源装置を用いた場合のＡ級増幅器
の効率は、第１図に示し九従来例に対して約１０−１固
定電源方式のＡ級出力増幅器に対して３０チ、最大出力
Ｐ。ｍ０時の電力効率が向上する。この値は、Ａ級出力
増幅器であるにもかかわらず、固定電源方式によるＢ級
出力増幅器の電力効率に匹敵する。

なお、前述し九本発明の詳細な説明では１本発明による
可変電源装置ｔＡＡ級出力増幅器用いた場合について説
明したが１本発明による可変電源装置は、Ｂ級出力増幅
器に用いてもよく、この場合にも出力増幅器に供給され
る電源電圧Ｃ【及ｅ１は、第５図に示すような波形とな
り、出力増幅器の電力損失を大幅に低減させることがで
きて電力効率を向上させることができる。

以上説明したようＩＣ，本発明によれば、可変電源装置
におけるフライホイールダイオードの一端を逆極性の直
流電源に接続するという量率な構成で、出力″電圧を入
力信号の全周期を通じて完全にその大きさに追随して変
化させることができ、出力増幅器の電力損失を低減して
電力効率を向上させることができるものであって、上記
従来技術の欠点を除い【優れた機能の出力増幅器用可変
電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＡ級出力増幅器に用いた従来の可変電源装置の
一例を示す回路図、第２図（８）及び（Ｂｌはその動作
を説明する念めの波形図、第３図は第１図におけるＡ級
出力増幅器の電力効率を示す特性図。 第４図は本発明による可変電源装置の一実施例を示す回
路図、第５図はその動作を説明するための波形図、第６
図は第４図におけるＡ級出力増幅器の電力効率を示す特
性図である。 １・・・入力信号源、２・・・Ａ級出力増幅器、３・・
・スピーカ、４・・・可変電源装置、５・・・制御回路
、１１゜１２・・・正及び負の直流電源、１３．１．４
・・・第１．第２のスイッチングトランジスタ、１５．
１６・・・スイッチング素子１３及び１４に駆動するト
ランジスタ、１７．１８・・・第１及び第２のフライホ
イールダイオード。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 出力ＰＯ／ＰＯｍＯＸ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔＥ及び負の直流電源と、該正及び負の直流電源ｑ）ぞ
   扛ぞれに直クリ接続された第１及び第２のスイッチング
   素子と、該第１及び第２のスイッチング素子の出力側に
   接続さｎ次第１及び第２のローパスフィルタとＫより構
   成さｎ、入力信号を増巾する出方増幅器のための電源電
   圧を該入力信号の太ささに追随して変化するようにした
   出力増幅器用例（嵯源装櫂におい【、前記第１のスイッ
   チング素子と第１のローパスフィルタの接続点にカソー
   ドがＳ＝され前記負の直流電源にアノードが接続され７
   ’（ｍｌのフライホイールダイオードと、前記りの彎続
   点にアノードが接続され前記正の直流電源１カソードが
   接続された第２のフライホイールダイオードとを設ける
   ことにより、前記第１及び第２リローバスフイルタより
   出力される前記゛電源電圧のそれぞ扛が前記増幅すべき
   入力信号の大きさに追随して正及び負の領域にまで可変
   制御することからできるように構成しｋことを特命とす
   る出力増幅器用可変′４源装置。