WO2006092939A1

WO2006092939A1 - 電力増幅装置

Info

Publication number: WO2006092939A1
Application number: PCT/JP2006/302229
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Tomonaga; Masaharu Ohira
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2006-09-08
Also published as: JP2008072157A

Abstract

　電力増幅部の過負荷を的確に防止するとともに、コストの低減を図ることができる電力増幅装置を提供すること。　電力増幅装置１００は、拡声すべき入力信号の振幅レベルを調整する各振幅レベル調整部１１０と、振幅レベルが調整された信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカＳＰに出力する各電力増幅器１２０と、各電力増幅器１２０に電流を供給する電源部１３０と、電源部１３０が各電力増幅器１２０に供給する電流値を検出するとともに、検出された電流値に基づいて各振幅レベル調整部１１０を制御するレベル制御部１４０と、備え、レベル制御部１４０は、一定の電流値以上の電流値が検出された場合に、各振幅レベル調整部１１０を制御して、各電力増幅器１２０に入力する入力信号の振幅レベルを所定のレベルに制限する構成を有している。

Description

明細書

電力増幅装置

技術分野

[0001] 本発明は、出力パワー制御機能を有する電力増幅装置の技術分野に属する。

背景技術

[0002] 近年、ミニコンポと呼ばれるスピーカ、アンプ、 CDプレーヤなどが一体化されたステレオシステムにおいて、 2チャンネル再生だけでなぐ 5. 1チャンネルの再生できる仕様が求められている。その一方で、当該ミニコンポにおいては、デザイン的な問題から小型化が要求され、各回路の小型化が必要とされてきており、特に、増幅装置、特に筐体が大型でかつ重量が大きくなりがちな電力増幅装置の小型化が要求されている。

[0003] 最近では、このような電力増幅装置の小型化の要求から、電力増幅装置に入力した信号につ!、て、パルス幅変調（PWM)やパルス密度変調（PDM)などの変調処理を施してデジタル変調信号に変換した後に信号の増幅を行、、増幅された信号を、ローパスフィルターを介してアナログ信号として出力する D級電力増幅方式を用いた電力増幅装置が普及して!/、る。

[0004] この D級電力増幅方式では、入力信号をもとに生成されたデジタル変調信号に基づいて、ローパスフィルターの前段に位置する増幅部分の出力段におけるスィッチング素子を ONZOFFすることにより、信号の増幅を行うので理論的には 100%の電力効率が得られるようになっており、このような高効率によって電力増幅装置の小型化が図れるようになっている。

[0005] 従来、このような D級電力増幅方式を用いた電力増幅装置としては、電力増幅部に供給する電源部の過負荷動作を防止して電源容量を有効に利用するものが知られている。

[0006] 具体的には、この電源部の過負荷動作を防止する電力増幅装置は、各チャンネルの電力増幅部の前段に振幅制限値を可変し得るリミッタを設け、各チャンネルの電力増幅部の入力信号および出力信号の少なくとも一方を計測して全チャンネルの出力電力を算出するようになっている。また、この電力装置は、算出された出力電力の値が電源部の電源容量を越えたときは、各チャンネルの入力信号振幅をリミッタで制限して電力増幅回路の出力電力を低減させるようになつている。なお、この電力増幅器は、リミッタの起動条件として、電源部の温度上昇予測値や実際の温度測定値を利用することもできるようになつている（例えば、特許文献 1)。

特許文献 1 :特開 2002— 198756号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、従来の電力増幅器であっては、リミッタの起動条件を電力増幅部の入力信号または出力信号である信号電圧レベルを用いているので、出力する信号の周波数特性によっては適切な動作制御を行うことができない場合がある。

[0008] 通常、実用上の電力増幅器の負荷はスピーカであり、そのインピーダンスは、周波数に依存する。したがって、信号電圧レベルが高くても出力する信号の周波数特性によってはインピーダンスが高い場合もあり、この場合には、上述の電力増幅器は、当該信号電圧レベルにて動作制限をしたとしても電源部の出力電力に余裕があることになる。その一方、信号電圧レベルが低くても出力する信号の周波数特性によってはインピーダンスが低い場合もあり、この場合には、上述の電力増幅器は、当該信号電圧レベルにて動作制限を行わないと、電源部は過負荷状態になり、適切に動作することができない。

[0009] また、上述のように、従来の電力増幅器において、リミッタの起動条件において、温度測定値を利用する場合であっても、電力増幅部における発熱部品には、トランス、スイッチング半導体、整流ダイオードなどの複数の部品があり、適切に温度測定値を利用する場合には、それぞれの部品に対して温度センサーを設ける必要がある。したがって、適切な動作を行うためには、部品点数を多くする必要があり、コストを低減することに限界がある。

[0010] そこで、本発明は、上記の課題の一例を解決するものとして、電力増幅部の過負荷を的確に防止するとともに、コストの低減を図ることができる電力増幅装置を提供することにある。課題を解決するための手段

[0011] 上記の課題を解決するために、本発明の 1つの観点では、拡声すべき信号が外部から入力され、当該入力された信号の振幅レベルを調整する振幅レベル調整手段と、振幅レベルが調整された信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカに出力する電力増幅手段と、前記電力増幅手段に電流を供給する電源手段と、前記電源手段が電力増幅手段に供給する電流値を検出する検出手段と、検出された電流値に基づいて前記振幅レベル調整手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記検出手段によって一定の電流以上の電流が検出された場合に、前記振幅レべル調整手段を制御して、電力増幅手段に入力する信号の振幅レベルを所定のレべルに制限する構成を有して、る。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本願に係る電力増幅装置の一実施形態における構成を示すブロック図である。

符号の説明

[0013] 100 … 電力増幅装置

110 … 振幅レベル調整部

120 … 電力増幅器

130 … 電源部

140 … レベル制御部

発明を実施するための最良の形態

[0014] 次に、本願に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。

[0015] なお、以下に説明する実施形態は、 5. lchのサラウンドシステムにおいて、信号処理された各チャンネル毎の信号を増幅し、該当するスピーカに出力する電力増幅装置に対して本願の電力増幅装置を適用した場合の実施形態である。また、以下の説明において、サラウンドシステムにおいて拡声するスピーカシステムとしては、センタ一スピーカ、フロント左スピーカ（以下、「FLスピーカ」という）、フロント右スピーカ（以下「FR^ピー力」という。）、サラウンド左スピーカ（以下「SLスピーカ」という。）、サラウンド右スピーカ（以下、「SRスピーカ」という。）、および、サブウーハとし、各チャンネルを、それぞれスピーカの略称を用いて説明する。

[0016] 図 1を用いて本実施形態における電力増幅装置の構成について説明する。なお、図 1は、本実施形態の電力増幅装置の構成を示すブロック図である。

[0017] 本実施形態の電力増幅装置 100には、図 1に示すように、所定の信号処理が為され、アナログ信号に変換された図示しない信号処理部力出力された各信号がそれぞれ入力されるようになっており、この電力増幅装置 100は、当該入力された各信号に対して、振幅レベルを調整しつつ、 D級電力増幅方式によって各信号の信号レべルを増幅し、各スピーカ SPに出力するようになって、る。

[0018] この電力増幅装置 100は、各チャンネル毎に各チャンネルの信号の振幅レベルを調整する振幅レベル調整部 110と、振幅レベルが調整された各チャンネルの信号を D級電力増幅方式によって増幅する電力増幅器 120と、各電力増幅器 120に電流を供給する電源部 130と、各振幅レベル調整部 110を制御するレベル制御部 140と、を有している。

[0019] なお、例えば、本実施形態の振幅レベル調整部 110は、本発明の振幅レベル調整手段を構成し、電力増幅器 120は、本発明の電力増幅手段を構成する。また、例えば、本実施形態の電源部 130は、本発明の電源手段を構成し、本実施形態のレべル制御部 140は、本発明の制御手段を構成する。

[0020] 各振幅レベル調整部 110には、それぞれ、入力端子を介して各チャンネル毎に所定の信号処理が為され、アナログ信号に変換された信号 (以下、「入力信号」という。 )が入力されるようになっており、この各振幅レベル調整部 110は、入力された入力信号に対して、レベル制御部 140の制御の下、所定の振幅レベルに調整してそれぞれ該当する各電力増幅器 120に出力するようになっている。

[0021] 具体的には、この各振幅レベル調整部 110は、レベル制御部 140の制御の下、入力信号の振幅値に基づいて、当該入力信号の振幅を所定の値に増幅、そのままの値に維持、または、所定の値に制限するようになっており、各電力増幅器 120に入力する際の各信号の振幅レベルを調整するようになって、る。

[0022] 例えば、本実施形態の振幅レベル調整部 110は、入力信号の振幅値が下限の所定の値 (以下、「下限値」という。）以上で上限の所定の値 (以下、「上限値」という。）以下の場合には、入力信号をそのまま出力し、入力信号の振幅値が下限値以下の場合には、所定の一定の値 (以下、「増幅値」という。）に増幅して出力するようになつている。また、本実施形態の振幅レベル調整部 110は、入力信号の振幅値が上限値以上の場合には、入力信号の振幅値を所定の値 (以下、「制限値」という。 )に制限して出力するようになって!/、る。

[0023] なお、本実施形態では、上述の制限値は、後述するレベル制御部 140から供給される振幅制御信号によって制御されるようになっている。また、本実施形態の振幅レベル調整部 110は、単に、振幅制限値によって入力信号の振幅をカットするハードリミッタ処理であっても、信号減衰度を振幅制限値という入力信号振幅の相対関係によつて非直線的に変化させて当該入力信号の振幅を振幅制限値に漸近させるソフトリミッタ処理であってもよい。

[0024] 各電力増幅器 120には、振幅レベルが調整された入力信号が入力されるようになつており、この各電力増幅器 120は、 D級電力増幅方式を用いて入力された入力信号を予め定められた信号レベルに増幅するようになっており、増幅された信号 (以下、「拡声信号」という。）を該当する各スピーカ SPに出力するようになっている。

[0025] 具体的には、本実施形態の各電力増幅器 120は、入力されたアナログ信号である入力信号をパルス信号に変換しつつ、 D級電力増幅処理を行うようになっている。例えば、本実施形態の各電力増幅器 120は、その出力段に 2つの MOS 'FET素子を有し、当該各 MOS 'FET素子を、ソース端子を共通として電源とグランドの間に直接に接続して構成され、当該共通接続端子カゝら増幅された信号を取り出するようになつている。そして、この各電力増幅器 120は、各 MOS 'FET素子のゲート端子に印可される入力に応じて、両素子がスイッチング動作を行い、 D級電力増幅処理を行うようになつている。また、この各電力増幅器 120は、取り出した増幅信号に対してローバスフィルタ一にてフィルタ処理を行うことによってスイッチング周波数および高調波成分を除去しつつ、増幅信号を抽出して当該抽出された増幅信号を拡声信号として各スピーカ SPに出力するようになって、る。

[0026] 一方、本実施形態の各電力増幅器 120は、入力された入力信号の振幅に応じて電源部 130から供給される電源を消費するようになっており、当該供給される電源、すなわち、後述する電流に基づ、て入力信号を増幅するようになって!/、る。

[0027] なお、本実施形態の電力増幅器 120は、このような特徴を有しているため、入力された入力信号に依存して消費する電流が異なるようになつている。

[0028] 電源部 130は、例えば、スイッチング電源にて構成されており、各チャンネルの電力増幅器 120に対して電源を供給するようになっている。具体的には、本実施形態の電源部 130は、各電力増幅器 120の合計電流を供給することができるスイッチング電源にて構成されている。

[0029] 通常、 5. lchなどの多チャンネルの信号に対して信号レベルを増幅する際に用いられる電源は、チャンネル数分の電源能力、例えば、 5. 1チャンネルの信号の増幅を行う場合には、 1チャンネル電源能力 X 6チャンネル分の電源能力が必要となる。

[0030] し力しながら、 5. 1チャンネルなどの多チャネルの場合には、実際の使用状態において、すべてのチャンネルに同時に同相の最大レベルの信号が入力され、すべてのチャンネルにおいて、最大レベルの信号の増幅を行うことがなぐ例えば、サラウンド系のチャンネルにおいては増幅すべき信号が電力増幅器に入力されないこと、すなわち、拡声音がないことも多い。したがって、本実施形態の電源部 130は、後述するように、チャンネル毎の電源能力を再配分するために、すなわち、供給する電流を再配分するために、チャンネル数分の電源能力を有することなぐ当該チャンネル数分の電源能力より少ない能力にて構成することができるようになつている。そして、本実施形態の電源部 130は、最小で 1チャンネルの最大レベルの信号を増幅できる電源能力を有していればよい。

[0031] 例えば、本実施形態の電源部 130は、各チャンネルにおける消費電流が 3. 2Aの場合には、各電力増幅器 120合計 3. 2Aの電流を供給することができる能力にて構成されるようになって!/、る。

[0032] レベル制御部 140は、電源部 130から各電力増幅器 120に分配されて供給される分配前の電流値を検出するようになっており、検出された電流値に基づいて電源部 130における出力電力量を推定し、各振幅レベル調整部 110を制御するようになつている。

[0033] 上述のように、各電力増幅器 120は、入力された信号の振幅レベルによって供給される電流が定まる、すなわち、各電力増幅器 120の消費電力が定まるようになつている。したがって、電源部 130から各電力増幅器 120に供給される電流を検出すれば、当該各電力増幅器 120における各電力増幅器 120に入力される入力信号の振幅レベルを推定することができる。そこで、本実施形態では、この電源部 130が各電力増幅器 120に供給する電流値を検出することによって、各振幅レベル調整部 110を制御するようになっている。

[0034] また、本実施形態では、各電力増幅器 120に供給する合計の電流値を検出することによって当該各電力増幅器 120に入力される入力信号の振幅レベルを調整しているため、各電力増幅器 120に供給される電流を再配分することができるようになっている。すなわち、上述のように、各入力信号の振幅レベルに基づいて各電力増幅器 120に供給される電流が定まるため、振幅レベルが大きくなれば、供給される電流が多くなり、振幅レベルが小さくなれば、供給される電流が少なくなる。したがって、電源部 130の電源能力に余裕があれば、供給される電流は多くなるが、電源能力に余裕が無ければ、振幅レベル調整部 110を介して入力信号の振幅レベルが調整されて供給される電流が制限されるようになるので、各電力増幅器 120に供給される電流を調整することができるようになって、る。

[0035] 具体的には、本実施形態のレベル制御部 140は、各電力増幅器 120に分配する前の電流値を電圧値として検出するための電流電圧変換用抵抗 R141と、検出された電圧値を増幅するためのオペアンプ OP142と、増幅された電圧値に基づ、て各振幅レベル調整部 110を制御するための信号 (以下、「振幅制御信号」という。）を生成する振幅制御信号生成回路 143と、オペアンプ OP142における電圧値の増幅用および振幅制御信号生成回路 143に電圧値を入力するために用いられる入力調整用回路素子 144と、オペアンプ OP142用の抵抗 R145から構成される。

[0036] 電流電圧変換用抵抗 R141は、各電力増幅器 120に分配する前の電源部 130と各電力増幅器 120との間に設けられており、その両端にオペアンプ OP142が接続されるようになっている。また、この電流電圧変換用抵抗 R141は、例えば、 0. 1 Ωの抵抗器が用いられるようになって!/、る。

[0037] オペアンプ OP142は、電流電圧変換用抵抗 R141から抽出された電圧が入力されるように、当該電流電圧変換用抵抗 R141の両端に接続されており、例えば、入力された電圧値を 10倍に増幅するようになっている。また、入力端子の一端がグラウンドに接続されているとともに、当該入力端子の一端が抵抗を介してオペアンプ OP142 の出力端子に接続されている。そして、このオペアンプ OP142の出力には、入力調整用回路素子 144を構成する抵抗 R144、コンデンサ C144、および、ダイオード D1 44を介して振幅制御信号生成回路 143が接続されている。

[0038] この入力調整用回路素子 144であるコンデンサ C144は、オペアンプ OP142から出力された信号を振幅制御信号生成回路 143に入力する際に、整流する機能を有しており、当該入力調整用回路素子 144であるダイオード D144は、オペアンプ OP1 42から出力された信号を振幅制御信号生成回路 143に入力する際のリミッタに用いられるようになっている。

[0039] 振幅制御信号生成回路 143は、入力された電圧値力も電源部 130が各電力増幅器 120合計にて供給している電流値を算出し、当該算出された電流値と予め定められた値 (以下、「電流スレツショルド」という。）と比較するようになっており、当該比較結果に基づ、て振幅制御信号を生成し、各振幅レベル調整部 110に出力するようになつている。

[0040] 具体的には、この振幅制御信号生成回路 143は、算出された電流値が電流スレツショルド値以上の場合には、各振幅レベル調整部 110における振幅レベルを所定の振幅値に制限すベぐ当該各振幅レベル調整部 110を制御するための振幅制御信号を生成して出力するようになって、る。

[0041] なお、この振幅信号生成回路は、各チャンネル毎の振幅レベル調整部 110を一律に制御するようになっている。

[0042] 以上、本実施形態の電力増幅装置 100は、拡声すべき入力信号の振幅レベルを調整する各振幅レベル調整部 110と、振幅レベルが調整された信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカ SPに出力する各電力増幅器 120と、各電力増幅器 120に電流を供給する電源部 130と、電源部 130が各電力増幅器 120に供給する電流値を検出するとともに、検出された電流値に基づいて各振幅レベル調整部 110を制御するレベル制御部 140と、備え、レベル制御部 140は、一定の電流値以上の電流値が検出された場合に、各振幅レベル調整部 110を制御して、各電力増幅器 120に入力する入力信号の振幅レベルを所定のレベルに制限する構成を有している。

[0043] この構成により、本実施形態の電力増幅装置 100は、電源部 130が各電力増幅器 120に供給する電流値を検出するとともに、一定の電流値以上の電流値が検出された場合に、各振幅レベル調整部 110を制御して、各電力増幅器 120に入力する入力信号の振幅レベルを所定のレベルに制限する。

[0044] したがって、本実施形態の電力増幅装置 100は、電源部 130における出力電力を測定することができるので、各チャンネルの電力増幅器 120に入力された信号に対してスピーカ SPなどの負荷に依存せずに、適切に増幅させることができる。

[0045] また、本実施形態の電力増幅装置 100は、各電力増幅器 120に供給される電流を適切に配分させることができるので、すなわち、電力が必要な電力増幅器 120には必要なだけの電流が供給されるとともに、供給される電流量が一定の量を超えると、各電力増幅器 120が拡声する入力信号の振幅レベルが制限されるので、電源部 13 0の電源能力に即した動作を行うことができ、電源部 130のコスト、および、検出部分における製品コストの増加を抑制することができる。

[0046] なお、本実施形態の電力増幅器 120は、サラウンドシステムにおける各スピーカ SP を拡声するための信号レベルを増幅するようになっている力すなわち、多チャンネルの信号に対して信号レベルの増幅を行っている力勿論 lchの信号に対して、または、 7. lchなど 5. lch以上の信号を増幅するための電力増幅装置に用いるようにしてちよい。

[0047] また、本実施形態の各振幅レベル調整部 110には、アナログ信号に変換された信号が入力信号として入力されるようになって!/、るが、デジタル信号が入力されるようにしてもよい。この場合に、各振幅レベル調整部 110は、入力されたデジタル信号について振幅レベルを調整するとともに、各電力増幅器 120は、振幅レベルが調整されたデジタル信号に対して D級電力増幅処理を行うようになって、る。

[0048] なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

また、 2005年 2月 28日に出願された明細書、特許請求の範囲、図面、要約を含む日本の特許出願（No.2005-053457)の全ての開示は、その全てを参照することよって、ここに組み込まれる。

Claims

請求の範囲

[1] 拡声すべき信号が外部から入力され、当該入力された信号の振幅レベルを調整する振幅レベル調整手段と、

振幅レベルが調整された信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカに出力する電力増幅手段と、

前記電力増幅手段に電流を供給する電源手段と、

前記電源手段が電力増幅手段に供給する電流値を検出する検出手段と、検出された電流値に基づいて前記振幅レベル調整手段を制御する制御手段と、を備え、

前記制御手段は、前記検出手段によって一定の電流値以上の電流値が検出された場合に、前記振幅レベル調整手段を制御して、電力増幅手段に入力する信号の振幅レベルを所定のレベルに制限することを特徴とする電力増幅装置。

[2] 請求項 1に記載の電力増幅装置において、

前記検出手段が、前記電源手段の電圧値を検出することによって前記電力増幅手段に供給する電流値を検出することを特徴とする電力増幅装置。

[3] 請求項 1または 2に記載の電力増幅装置において、

複数の前記振幅レベル調整手段および複数の前記電力増幅手段を有し、前記電源手段が、各電力増幅手段に対して前記電流を分配して供給するとともに、前記検出手段が、分配する前の電流値を検出することを特徴とする電力増幅装置