KR20030063370A

KR20030063370A - 스위칭 증폭 장치

Info

Publication number: KR20030063370A
Application number: KR10-2003-7006094A
Authority: KR
Inventors: 미타무라아츠시
Original assignee: 신덴겐코교 가부시키가이샤
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2003-07-28
Also published as: KR100494757B1; WO2003021769A1; US20040124914A1; EP1427101A1; JPWO2003021769A1; CA2431297C; EP1427101A4; US6831509B2; CA2431297A1; JP4017596B2

Abstract

본 발명은, 특히 전원의 스위칭 노이즈를 저감하여 품질의 향상화를 도모하는 신규의 스위칭 증폭 장치를 제공하는 것으로서, 스위칭 증폭 장치는, 아날로그 신호 또는 다(多) 비트 디지털 신호를 2가로 변조하는 변조기를 구비하고, 이 변조기의 출력 펄스 신호를 파워 스위치 소자(3)에 공급하는 파워 앰프(1)와, ΔΣ 변조 수단을 구비한 ΔΣ 전원(5)을 마련하고, 이 ΔΣ 전원(5)에 상기 파워 앰프(1)의 상기 변조기의 출력 펄스 신호를 공급하도록 구성하고 있음과 함께, 이 ΔΣ 전원(5)에서 상기 펄스 신호를 이 ΔΣ 전원(5)의 동작 클록으로서 입력하고, ΔΣ 변조하여 상기 파워 스위치 소자(3)에 공급하도록 구성하고 있다.

Description

스위칭 증폭 장치{SWITCHING AMPLIFICATION APPARATUS}

종래의 파워 앰프를 구비한 스위칭 증폭 장치를 도 7에 도시한다. 또한, 이 종래예는 오디오용의 스위칭 증폭 장치에 관한 것이다. 이 스위칭 증폭 장치는 오디오 파워 앰프(1)와 전원(6)을 구비하고, 오디오 파워 앰프(1)는, 오디오 신호를 ΔΣ 변조하는 ΔΣ 변조기(2)를 구비하고, 이 ΔΣ 변조기(2)의 출력 펄스 신호를 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 공급하고, 앰프용 출력 필터(4)를 통하여 출력하도록 구성하고 있다. 이 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 전원(6)을 접속하고 있고, 이 전원(6)은 클록 신호를 입력하고, 이 클록 신호에 동기하여 펄스 폭 변조하고, 이 펄스 폭 변조한 신호를 전원 내에 있는 전원용 파워 스위치 소자에 공급하고, 소망하는 전력을 전원용 출력 필터를 통하여 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 공급하도록 구성하고 있다.

이 종래 예의 스위칭 증폭 장치는 이하와 같은 작용을 한다. 우선, 오디오 신호 등의 신호를 ΔΣ 변조기(2)에 입력함과 함께, 이 ΔΣ변조기(2)에 샘플링 클록을 입력한다. ΔΣ 변조기(2)에서 상기 입력 신호를 ΔΣ 변조하고, 이 출력 펄스 신호를 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 입력한다. 또한, 전원(6)에서는 상기 샘플링 클록 신호와는 다른 클록 신호가 입력되고, 이 클록 신호에 맞추어서 펄스 폭 변조를 행하고, 상기 펄스 폭 변조 출력 펄스 신호가 전원 내에 있는 전원용 파워 스위치 소자에 입력된다. 전원용 파워 스위치 소자의 출력은 전원용 출력 필터(7)를 통하여 출력되고, 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 전력을 공급한다.

그러나, 이 수단에서는, 전원(6)과 파워 앰프(1)가 서로 독립하고 있기 때문에, 파워 앰프 출력에 전원(6)의 스위칭 노이즈의 영향을 주기 쉽다는 과제가 있었다. 또한, 전원(6)의 스위칭 노이즈의 영향이 파워 앰프(1)로 나가지 않도록 하기 위해, 전원 출력에 큰 전원용 출력 필터(7)를 마련하여야 하는데, 종래에 있어서의 전원용 출력 필터(7)는, 평활 회로와 노이즈 필터를 접속하고 구성하여 이루어지는 경우가 많고, 이 경우, 노이즈 필터를 마련함으로서 소형화가 곤란하다. 또한, 노이즈 필터를 제외하고 전원용 출력 필터(7)를 구성하고자 하면, 평활 회로를 구성하는 콘덴서나 초크 코일을 대형화 할 필요가 있어서, 어떻게 하더라도, 전원용 출력 필터(7)가 비교적 크기 때문에, 스위칭 증폭 장치의 소형화가 곤란하다는 문제점이 발생하였다.

본 발명은, 아날로그 신호 또는 다 비트(multi-bit) 디지털 신호를 증폭하는 스위칭 증폭 장치에 관한 것으로, 전원의 스위칭 노이즈를 저감하여 품질의 향상화를 도모하는 신규의 스위칭 증폭 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 한 실시예를 도시한 실시예의 블록도.

도 2는 도 1에 도시한 실시예의 주요부(ΔΣ 전원)의 한 예를 도시한 블록 회로도.

도 3은 도 1에 도시한 실시예의 상세한 구성을 도시한 도면.

도 4는 도 2에 도시한 ΔΣ 변조 회로의 구성을 도시한 도면.

도 5는 본 실시예의 동작을 설명하기 위한 파형도.

도 6은 본 실시예의 동작을 비교 설명하기 위한 파형도.

도 7은 종래예를 도시한 블록도.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 특히 전원의 스위칭 노이즈를 저감하여 품질의 향상화를 도모하는 신규의 스위칭 증폭 장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 발명은, 파워 앰프와 전원의 스위칭 노이즈가 나오는 타이밍이 거의 동시로 되고, 전원으로부터 노이즈가 혼입되어도, 파워 앰프의 노이즈 필터를 겸용하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이에 수반하여 전원용의 노이즈 필터가 불필요함과 함께, 전원의 출력에 비교적 대형의 콘덴서나 초크 코일을 구비한 평활 회로를 마련할 필요가 없어지고, 전원의 출력 필터를 간략화 하는 것이 가능하다. 또한, 전원 출력 필터의 간략화에 의해, 스위칭 증폭 장치의 소형화 및 가격 저감을 도모하는 것을 가능하게 하였다.

즉, 본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 구성을 갖는다.

본 발명의 제 1의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치는, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 2가 신호로 변조하는 변조기를 구비하고, 이 변조기의 출력 펄스 신호를 파워 스위치 소자에 공급하는 스위칭 파워 앰프와, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 ΔΣ 변조하는 ΔΣ 변조 수단을 구비하고, 이 ΔΣ 변조 수단으로부터 출력되는 전원 제어용 펄스 신호를 전원용 파워 스위치 소자에 공급하는 ΔΣ 전원을 마련하고, 이 ΔΣ 전원에 상기 파워 앰프의 상기 변조기의 출력 펄스 신호를 공급하도록 구성하고 있음과 함께, 상기 출력 펄스 신호를 이 ΔΣ 전원의 동작 클록으로서 입력하고, ΔΣ 전원의 출력 전력을 상기 파워 앰프의 상기 파워 스위치 소자에 공급하도록 구성하고 있다.

본 발명의 제 2의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치는, 출력단에 적어도 한 쌍의 파워 스위치 소자를 가지며, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호로 이루어지는 입력 신호를 2가 신호로 변조하고, 이 2가 신호에 의거하여 상기 한 쌍의 파워 스위치 소자를 상보적(相補的)으로 도통 제어함으로써 전력 증폭된 출력 신호를 얻는 파워 앰프와, 상기 2가 신호에 동기하여 스위칭 동작함으로써, 상기 한 쌍의 파워 스위치 소자에 공급되어야 할 소망하는 전원 전압을 생성하는 스위칭 전원을 구비하고 있다.

본 발명의 제 3의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치는, 본 발명의 제 2의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치에 있어서, 상기 출력단에 마련된 한 쌍의 파워 스위치 소자가 함께 오프 상태로 되는 소정 기간 내에 상기 스위칭 전원의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈가 발생하도록, 상기 2가 신호에 의거한 상기 스위칭 전원과 상기 파워 앰프와의 사이의 동작 타이밍을 설정하고 있다.

본 발명의 제 4의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치는, 본 발명의 제 2 또는 제 3의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치에 있어서, 상기 스위칭 전원이, 상기 2가 신호를 동작 클록 신호로서 입력하는 ΔΣ 전원으로 구성된다.

본 발명의 제 5의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치는, 본 발명의 제 4의 형태에 관한 스위칭 증폭 장치에 있어서, 상기 스위칭 전원이, 외부 전원의 전류 경로상에 끼워진 스위치 소자를 가지며, 이 스위치 소자가 스위칭됨으로써 상기 외부 전원의 전압을 상기 소망하는 전원 전압으로 변환하는 전압 변환부와, 상기 전압 변환부에 의해 변환된 전원 전압을 ΔΣ 변조하고, 이 ΔΣ 변조에 의해 얻어진 신호에 의거하여 상기 전압 변환부를 구성하는 스위치 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 구비하고 있다.

본 발명의 구성에 의하면, 스위칭 전원의 스위칭 동작이, 파워 앰프측 한 쌍의 파워 스위치 소자의 도통을 제어하는 2가 신호에 동기하여, 이들 한 쌍의 파워 스위치 소자의 스위칭과 동기한다. 따라서, 스위칭 전원의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈의 발생 타이밍과, 출력단의 한 쌍의 파워 스위치 소자의 스위칭의 타이밍을 정합시키는 것이 가능하게 되고, 외관상, 출력 신호상에 나타나는 스위칭 노이즈의 발생 빈도가 저감한다. 또한, 한 쌍의 파워 스위치 소자가 함께 오프 상태로 되는 소정 기간 내에 스위칭 전원의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈가 발생하도록 타이밍을 조정함으로써, 스위칭 전원의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈가, 한 쌍의 파워 스위치 소자를 통하여 출력 신호에 나타나지 않는다. 따라서, 스위칭 전원이나 파워 스위치 소자의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈를 억제하기 위한 필터를 소형화 하는 것이 가능하게 된다.

이하, 첨부 도면을 이용하여 본 발명에 관한 스위칭 증폭 장치의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 한 실시예를 도시하고 있다. 또한, 도 2에는 이 실시예의 주요부의 한 실시예를 도시하고 있다.

도 1에 도시한 실시예는, 오디오 파워 앰프(1)를 마련한 스위칭 증폭 장치로서, 오디오 파워 앰프(1)는 오디오 신호를 ΔΣ 변조하는 ΔΣ 변조기(2)를 구비하고, 이 ΔΣ 변조기(2)의 출력 펄스 신호를 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 공급하고, 앰프용 출력 필터(4)를 통하여 출력하도록 구성하고 있다.

또한, 본 실시예에서는, ΔΣ 전원(5)을 구비하고 있고, 이 ΔΣ 전원(5)은, 오디오 파워 앰프(1)의 ΔΣ 변조기(2)의 출력 펄스 신호를 공급하도록 함과 함께, 상기 출력 펄스 신호를 이 ΔΣ 전원(5)의 동작 클록으로서 입력하여 소망하는 전력을 발생시키고, 상기 전력을 상기 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 공급하도록 하고 있다.

본 실시예에 관한 ΔΣ 전원의 구체적 구성을, 도 2에 도시하고 있다. 이 ΔΣ 전원(5)은 ΔΣ 변조기(16)를 구비하고, 이 ΔΣ 변조기(16)의 출력 펄스 신호를 전원용 파워 스위치 소자(11)에 공급하도록 하고 있다. 또한, 평활 회로(12)를구비하고, 이 평활 회로(12)의 출력측에, 부하(13)에 출력된 전압과 기준 전압(15)의 차분(差分) 전압을 증폭하는 오차 증폭 회로(14)를 통하여, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 ΔΣ 변조하는 ΔΣ 변조기(16)를 접속하고, 오차 증폭 회로(14)에서 부하에 출력된 전압과 기준 전압(15)의 차분 전압을 증폭한 신호를 ΔΣ변조기(16)에 입력하도록 구성하고 있다. 기준 전압(15)은, 출력 전압(VO)의 목표치로서, 출력 전압(VO)이 기준 전압(15)으로 안정되도록 스위칭 동작이 행하여진다. 단, 출력 전압(VO)을 저항 분압에 의해 강압하여 오차 증폭 회로(14)에 입력하고, 이 저항 분압에 의해 얻어지는 전압의 목표치가 되도록 기준 전압(15)을 설정하여도 좋다. 이 경우, 저항 분압된 전압이 기준 전압(15)으로 안정됨에 의해, 출력 전압(VO)이 소망하는 전압으로 안정된다.

또한, 도 2에 도시한 ΔΣ 전원(5)은, 단지 한 실시예에 지나지 않고, 본 발명에 관한 ΔΣ 전원(5)은 ΔΣ 변조 수단을 이용한 것이면 구성은 불문한다. 또한, 동작 클록으로서 주파수가 고정되지 않은 클록, 즉 주파수 가변인 클록 신호를 사용할 수 있는 것이라면, ΔΣ 전원에 한하지 않고 다른 스위칭 전원이라도 좋다. 즉, 온과 오프가 클록 동기하는 것이라면, 어떠한 전원이라도 좋다.

다음에, 도 3에, 도 1에 도시한 구성의 주요부를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, ΔΣ 변조기(2)는 변조 회로(2A) 및 구동 회로(2B)로 구성된다. 변조 회로(2A)는, 입력 신호(SI)를 ΔΣ 변조하여 펄스 신호(SS)(2가 신호)로 변환하는 것으로, 이 펄스 신호(SS)의 펄스 폭에 입력 신호(SI)가 반영된다. 구동 회로(2B)는, 펄스 신호(SS)에 의거하여 파워 스위치 소자(3)를 상보적으로 구동하는 것으로, 그를 위한 구동 신호(SP, SN)을 출력한다. 이 변조기(2)는, 예를 들면 5V 정도의 전원으로 동작한다.

정전원(5A) 및 부전원(5B)은, 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)에 공급되어야 할 소망하는 고 전원 전압(예를 들면 수10V)을 생성하는 스위칭 전원으로서, 상술한 도 1에 도시한 ΔΣ 전원(5)을 구성한다. 이들 정전원(5A) 및 부전원(5B)은, 펄스 신호(SS)를 동작 클록으로서 입력하고, 이 펄스 신호(SS)에 동기하여 스위칭 동작함으로써 정의 고 전원 전압(VP) 및 부의 고 전원 전압(VN)을 발생하도록 구성된다.

즉, 전술한 도 2에 도시한 바와 같이, ΔΣ 전원(5)은, 안정화용의 콘덴서(C1), 외부 전원(도시 생략)의 전류 경로상에 끼워진 스위치 소자(11), 환류용의 다이오드(D), 평활 회로(12)(인덕터(L) 및 콘덴서(C2))를 포함하여 구성되고, 이들은, 외부 전원으로부터의 입력 전압(VI)을 소망하는 출력 전압(VO)으로 변환하는 전압 변환부(부호 없음)로서 기능한다. 또한, ΔΣ 전원(5)은, 상술한 전압 변환부에 더하여, 오차 증폭 회로(14), ΔΣ 변조기(16), 게이트 드라이버 회로(17)를 포함하고, 이들은 스위치 소자(11)의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부(부호 없음)를 구성한다.

또한, 도 2에 도시한 예에서는, 강압형의 전원으로서 구성하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 승압형의 전원으로서 구성하여도 좋다. 이 경우, 스위치 소자(11)는, 외부 전원에 접속되는 승압용의 코일과 직렬로 접속되지만, 이 경우에도 스위치 소자(11)는, 강압형과 마찬가지로, 외부 전원의 전류 경로상에 끼워진 구성으로 된다.

도 4에 상술한 ΔΣ 변조기(16)의 구성을 도시한다. 동 도면에 도시한 바와 같이, ΔΣ 변조기(16)는, 감산기(20), 적분기(21), 비교기(22), D형 플립플롭(D-FF)(23)으로 구성된다. 여기서, 감산기(20)는, 상술한 오차 증폭 회로(14)가 출력 신호(VG)에서 스위칭 제어 신호(SG)를 감산하는 것이고, 적분기(21)는, 감산기(20)의 출력 신호를 적분하는 것이다. 비교기(22)는, 기준 전압(24)을 기준으로 하여 적분기(21)의 출력 신호를 2가 신호로 양자화 하는 것이고, 그 비반전 입력 단자에는 적분기(21)의 출력 신호가 주어지고, 그 반전 입력 단자에는 기준 전압(15)이 주어진다. 기준 전압(24)은, ΔΣ 변조의 동작을 규정하는 것으로서, 구체적으로는 적분기(21)의 출력 신호(ΔΣ신호)를 2가화 할 때의 판정 레벨을 준다. 이 기준 전압(24)은 필요하게 되는 ΔΣ 변조의 특성에 따라 적절하게 설정된다. D형 플립플롭(23)은, 상술한 변조 회로(2A)로부터 출력되는 펄스 신호(SS)를 클록 신호로 하여 비교기(22)의 출력 신호를 래치하는 것이다.

설명을 도 3으로 되돌린다. 파워 스위치 소자(3)는, 정전원(5A)과 부전원(5B)과의 사이에 전류 경로가 직렬 접속된 한 쌍의 출력용의 n채널형 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)로 구성된다. 여기서, 한쪽의 파워 MOS 트랜지스터(3A)의 드레인은 정전원(5A)에 접속되고, 그 게이트에는 상술한 구동 신호(SP)가 인가된다. 또한, 다른쪽의 파워 MOS 트랜지스터(3B)의 소스에 부전원(5B)에 접속되고, 그 게이트에는 상술한 구동 신호(SN)가 인가된다. 이들 파워 MOS 트랜지스터(3A)의 소스 및 파워 MOS 트랜지스터(3B)의 드레인은, 서로 접속되어 파워 스위치 소자(3)의출력부로 되고, 후단의 출력 필터(4)의 입력부에 접속된다.

또한, 도 3에 도시한 예에서는, 파워 스위치 소자(3)를 이루는 한 쌍의 n채널형 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)는 소위 하프 브리지를 구성하지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 복수 쌍의 파워 MOS 트랜지스터를 이용하여 소위 풀 브리지를 구성하는 것으로 하여도 좋다.

이상과 같이 구성하고 있는 스위칭 증폭 장치는 이하와 같이 작용한다. 우선, 입력 신호(SI)로서 오디오 신호를 ΔΣ변조기(2)에 입력함과 함께, 이 ΔΣ 변조기(2)에 샘플링 클록(SC)을 입력한다. 이 ΔΣ 변조기(2)에서 오디오 신호를 ΔΣ 변조하고, 이 출력 펄스 신호를 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 입력한다. 마찬가지로 상기 오디오 신호용의 ΔΣ 변조기(2)의 출력 펄스 신호를 ΔΣ 전원(5)에 클록 신호로서 입력한다.

일반적으로, ΔΣ 변조기(2)의 출력 신호는 0N이나 OFF의 2개의 상태가 있고, 이 변화는 ΔΣ 전원(5)의 ΔΣ 변조기(16)에 입력된 클록의 상승 또는 하강의 어느 한쪽에만 일어나기 때문에, ΔΣ 변조기 출력에 접속되는 앰프용 파워 스위치 소자(3)로부터 발생하는 스위칭 노이즈도 이것과 동시에 발생하게 된다.

본 발명에서는, 앰프용 ΔΣ 변조기 출력 펄스 신호를 앰프용 파워 스위치 소자(3)에 입력함과 함께, ΔΣ 전원(5)에 클록 신호로서 입력하기 때문에, 전원용 파워 스위치 소자(11)의 0N과 0FF의 변화는 앰프용 ΔΣ 변조기(2)의 출력 펄스의 상승 또는 하강의 어느 한쪽만에서 일어나게 되고, 이 결과, 오디오 파워 앰프(1)와 ΔΣ 전원(5)의 스위칭 노이즈가 나오는 타이밍이 거의 동시로 된다.

상기로부터, ΔΣ 전원(5)으로부터 오디오 앰프(1)에 스위칭 노이즈가 혼입되더라도, 원래 오디오 파워 앰프(1)가 노이즈를 발생하는 타이밍과 거의 동시이기 때문에, 오디오 파워 앰프(1)에 주는 영향은 적고, 오디오 파워 앰프(1)에 마련한 앰프용 출력 필터(4)를 ΔΣ 전원(5)의 스위칭 노이즈용으로 사용하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에 있어서는, 전원 출력에 전원용 출력 필터를 마련할 필요가 없다.

다음에, 도 5에 도시한 신호 파형을 참조하면서 상술한 동작을 보충한다. 전술한 오디오 파워 앰프(1)는, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호로 이루어지는 입력 신호(SI)를 펄스 신호(2가 신호)(SS)로 변조한다. 그리고, 펄스 신호(SS)에 의거하여 출력단에 마련된 한 쌍의 파워 MOS 트랜지스터를 상보적으로 도통 제어함으로써 전력 증폭된 출력 신호(SO)를 얻는다. 구체적으로는, 도 3에 도시한 변조 회로(2)가, 샘플링 클록(SC)에 따라서, 입력 신호(SI)를 ΔΣ 변조하여 펄스 신호(SS)를 출력한다. 이 펄스 신호(SS)는 후단의 구동 회로(2B)에 주어짐과 함께, ΔΣ 전원(5)을 구성하는 정전원(5A) 및 부전원(5B)에 주어진다.

펄스 신호(SS)를 입력하는 고 전원(5A)에서는, 전술한 도 2 및 도 4에 도시한 ΔΣ 변조기(16)가 펄스 신호(SS)를 동작 클록 신호로 하여 스위칭 제어 신호(SG)를 생성하고, 이 스위칭 제어 신호(SG)를 도 2에 도시한 스위치 소자(11)의 게이트에 준다. 이로써, 고 전원(5A)이 스위칭 동작하고, 도 5에 도시한 바와 같이 고 전원 전압(VP)을 거의 일정하게 유지한다. 도 5에서는, 고 전원 전압(VP)의 파형은 리플 성분만을 나타내고 있다. 마찬가지로, 부전원(5B)이, 펄스신호(SS)에 의거하여 스위칭 동작하고, 거의 일정한 부의 고 전원 전압(VN)을 발생한다.

이 때, 도 4에 도시한 ΔΣ 변조기(16)를 구성하는 D형 플립플롭(23)이, 펄스 신호(SS)의 상승 에지에서 비교기(22)의 출력 신호를 받아들이고, 이것을 스위칭 제어 신호(SG)로서 출력하기 때문에, 도 5에 도시한 바와 같이, 스위칭 제어 신호(SG)는, 펄스 신호(SS)의 상승 에지에서 천이한다. 이 때문에, 고 전원 전압(VP, VN)에는, 스위칭 제어 신호(SG)에 의거한 스위칭 동작에 기인한 스위칭 노이즈(SNZ)가 중첩된다.

한편, 구동 회로(2B)는, ΔΣ변조 회로(2A)로부터 출력되는 펄스 신호(SS)에 응답하여 구동 신호(SP, SN)를 출력하고, 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)를 상보적으로 구동하고, 출력 필터(4)를 통하여 출력 신호(SO)를 출력한다. 이 출력 신호(SO)에는, 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)가 스위칭할 때에 발생하는 출력 노이즈(ONZ)가 중첩된다.

여기서, 가령 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)가 함께 온 상태로 되면, 고 전원(5A)으로부터 부전원(5B)을 향하여 과대한 관통 전류가 흐르고, 파워 MOS 트랜지스터(5A, 5B)에 손상을 준다. 이 때문에, 출력단 한 쌍의 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)가 스위칭할 때에, 쌍방의 트랜지스터가 함께 오프 상태로 되는 소위 데드 타임(DT)이 마련되어 있고, 그와 같은 데드 타임(DT)이 생기도록 상술한 구동 신호(SP)와 구동 신호(SN)의 사이에 위상차가 마련되어 있다.

상술한 펄스 신호(SS)에 의거한 ΔΣ 전원(5)과 오디오 파워 앰프(1)와의 사이의 동작 타이밍은, 고 전원 전압(VP, VN)에 중첩되는 스위칭 노이즈(SNZ)가, 데드 타임(DT)의 기간 내(소정 기간 내)에 발생하도록 설정된다. 이 실시예에서는, 특히 이 타이밍의 조정을 도모하지도 않고, 스위칭 노이즈(SNZ)가 데드 타임(DT)의 기간 내에 발생하는 것으로 하지만, 필요에 따라 이 타이밍을 조정하기 위한 타이밍 설정 수단을 마련하여도 좋다. 예를 들면 이 수단으로서 지연 회로를 이용할 수 있다. 이 경우, 펄스 신호(SS)를, 정전원(5A, 5B)에 공급되는 것과, 구동 회로(2B)에 공급되는 것으로 분리하고, 이들 분리된 펄스 신호의 한쪽을 다른쪽에 대해 적당량만큼 지연시키면 좋다.

이와 같이, 스위칭 노이즈(SNZ)가 데드 타임(DT)의 기간 내에 발생하면, 이 스위칭 노이즈(SNZ)가 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)에 의해 차단된다. 이 때문에, 출력 신호(SO)상에 나타나는 노이즈는, 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)의 스위칭 동작에 기인하는 출력 노이즈(ONZ)만으로 된다. 따라서 ΔΣ 전원(5) 자체에 전혀 노이즈 대책을 행하는 일 없이, 출력 신호(SO)상의 노이즈가 저감된다.

이하, 비교를 위해, 도 6에 도시한 파형도를 참조하여, 도 7에 도시한 종래의 전원(6)을 이용한 경우의 동작을 설명한다. 이 경우, 도 2에 도시한 스위치 소자(11)는, ΔΣ 변조기(2)에서 생성되는 펄스 신호(SS)와는 관계가 없는 전원측 고유의 클록 신호(PC)에 의해 스위칭 제어된다. 이 때문에, 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)가 온 상태에 있는 때에 스위치 소자(11)가 스위칭하는 경우가 발생되고, 스위칭 노이즈(SNZ)가 파워 MOS 트랜지스터(3A, 3B)를 통하여 출력된다.

이 결과, 출력 신호(S0)에는, 출력 노이즈(ONZ)에 더하여, 전원(6)에 기인하는 스위칭 노이즈(SNZ)가 중첩되고, 따라서, ΔΣ 전원(5)을 사용한 경우에 비교하여, 출력 신호(SO)상의 노이즈가 증가하는 결과로 된다.

따라서 전원(6)을 이용한 경우와 비교하면, 전술한 본 실시예에 의하면, 오디오 파워 앰프(1)가 구비하는 출력 필터(4)나, 전원측의 노이즈를 억제하기 위한 필터(도시 생략)를 대형화 하는 일 없이, 출력 신호(SO)에 나타나는 노이즈가 유효하게 저감된다. 따라서 신호의 전력 증폭을 고품질로 행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시예에서는, 오디오 파워 앰프(1)를 마련한 스위칭 증폭 장치에 관해 설명하였지만, 그 밖의 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 증폭하는 파워 앰프를 구비한 스위칭 증폭 장치에 대해서도 응용하는 것은 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 오디오 파워 앰프(1)의 변조 수단에 ΔΣ 변조기를 이용한 경우에 관해 설명하였지만, 이 변조 수단은 입력 신호를 ON과 OFF 2가로 변조하는 방식이라면 같은 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 펄스 폭 변조를 이용하여도 무방하다.

또한, ΔΣ 전원이 발생하는 스위칭 노이즈(SNZ)와, 파워 오디오 앰프측의 출력 노이즈(ONZ)가 역위상의 관계에 있는 경우는, 이들의 노이즈를 적극적으로 간섭시키도록 타이밍을 설정하여도 좋다. 이로써, 출력 신호(SO)상의 노이즈가 상쇄되고, 노이즈를 한층 유효하게 저감시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 상술한 실시예에서는, ΔΣ전원(5)으로서 강압 초퍼형을 이용하여 설명하였지만, ΔΣ 전원(5)을 승압형으로서 구성하여도 좋다.

본원 발명은, 파워 앰프와 전원의 스위칭 노이즈가 나오는 타이밍이 거의 동시로 되어, 전원으로부터 노이즈가 혼입되더라도, 파워 앰프의 노이즈 필터를 겸용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이에 수반하여 전원용의 노이즈 필터가 불필요함과 함께, 전원의 출력에 비교적 대형의 콘덴서나 초크 코일을 구비한 평활 회로를 마련할 필요가 없어지고, 전원의 출력 필터를 간략화 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전원의 출력 필터의 간략화에 의해, 스위칭 증폭 장치의 소형화 및 코스트 다운을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims

아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 2가 신호로 변조하는 변조기를 구비하고, 이 변조기의 출력 펄스 신호를 파워 스위치 소자에 공급하는 스위칭 파워 앰프와, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호를 ΔΣ 변조하는 ΔΣ 변조 수단을 구비하고, 이 ΔΣ 변조 수단으로부터 출력되는 전원 제어용 펄스 신호를 전원용 파워 스위치 소자에 공급하는 ΔΣ 전원을 마련하고, 이 ΔΣ 전원에 상기 파워 앰프의 상기 변조기의 출력 펄스 신호를 공급하도록 구성하고 있음과 함께, 상기 출력 펄스 신호를 이 ΔΣ 전원의 동작 클록으로서 입력하고, ΔΣ 전원의 출력 전력을 상기 파워 앰프의 상기 파워 스위치 소자에 공급하도록 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
출력단에 적어도 한 쌍의 파워 스위치 소자를 가지며, 아날로그 신호 또는 다 비트 디지털 신호로 이루어지는 입력 신호를 2가 신호로 변조하고, 이 2가 신호에 의거하여 상기 한 쌍의 파워 스위치 소자를 상보적으로 도통 제어함으로써 전력 증폭된 출력 신호를 얻는 파워 앰프와,

상기 2가 신호에 동기하여 스위칭 동작함으로써, 상기 한 쌍의 파워 스위치 소자에 공급되어야 할 소망하는 전원 전압을 생성하는 스위칭 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
제 2항에 있어서,

상기 출력단에 마련된 한 쌍의 파워 스위치 소자가 함께 오프 상태로 되는 소정 기간 내에 상기 스위칭 전원의 스위칭 동작에 수반하는 노이즈가 발생하도록, 상기 2가 신호에 의거한 상기 스위칭 전원과 상기 파워 앰프와의 사이의 동작 타이밍을 설정한 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
제 2항에 있어서,

상기 스위칭 전원이,

상기 2가 신호를 동작 클록 신호로서 입력하는 ΔΣ 전원인 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
제 4항에 있어서,

상기 스위칭 전원이,

외부 전원의 전류 경로상에 끼워진 스위치 소자를 가지며, 이 스위치 소자가 스위칭됨으로써 상기 외부 전원의 전압을 상기 소망하는 전원 전압으로 변환하는 전압 변환부와,

상기 전압 변환부에 의해 변환된 전원 전압을 ΔΣ 변조하고, 이 ΔΣ 변조에 의해 얻어진 신호에 의거하여, 상기 전압 변환부를 구성하는 스위치 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
제 3항에 있어서,

상기 스위칭 전원이,

상기 2가 신호를 동작 클록 신호로서 입력하는 ΔΣ 전원인 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.
제 6항에 있어서,

상기 스위칭 전원이,

외부 전원의 전류 경로상에 끼워진 스위치 소자를 가지며, 이 스위치 소자가 스위칭됨으로써 상기 외부 전원의 전압을 상기 소망하는 전원 전압으로 변환하는 전압 변환부와,

상기 전압 변환부에 의해 변환된 전원 전압을 ΔΣ 변조하고, 이 ΔΣ 변조에 의해 얻어진 신호에 의거하여, 상기 전압 변환부를 구성하는 스위치 소자의 스위칭을 제어하는 스위칭 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 스위칭 증폭 장치.