WO2006092940A1

WO2006092940A1 - 電力増幅装置

Info

Publication number: WO2006092940A1
Application number: PCT/JP2006/302230
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Tomonaga; Masaharu Ohira; Hirohisa Udagawa; Hirokazu Kawamoto
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2006-09-08
Also published as: JP2008118164A

Abstract

　電力増幅器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、入力信号の振幅レベルの減衰度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入力信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカＳＰに出力する電力増幅器１２０と、電力増幅器１２０に電力を供給する電源部１３０と、電源部１３０が電力増幅器１２０に供給する電力を検出するとともに、当該検出された電力量に基づいて振幅レベル調整部における減衰度を制御するレベル制御部１４０と、を備え、振幅レベル調整部１１０が、基準振幅レベル以上の振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを減衰度に基づいて減衰させ、基準振幅レベルより低い振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを維持するとともに、当該入力信号の振幅レベルに基づいて、基準振幅レベルを変化させ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、ハードリミッタの場合には、小さな音力も大きな音まですべての音に対してリミッタにて振幅レベルを制限してしまうので、聴感上、違和感が生ずる場合がある。

[0008] また、ソフトリミッタの場合には、小さな音については、振幅レベルを制限しないものの、所定の振幅レベル以上の信号については、減衰度が大きくなつてしまうので、やはり、聴感上については違和感が生じる場合がある。

[0009] 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、拡声すべき拡声信号に対して聴感上の違和感がなく減衰させるとともに、当該拡声信号を減衰させることによって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

[0010] 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、当該入力された入力信号の振幅レベルの減衰度を調整する振幅レべル調整手段と、振幅レベルが調整された入力信号を所定の信号レベルに増幅し、スピー力に出力する電力増幅手段と、前記電力増幅手段に電力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力を検出する検出手段と、検出された電力量に基づいて前記振幅レベル調整手段における減衰度を制御する制御手段と、を備え、前記振幅レベル調整手段が、予め定められた基準となる基準振幅レべル以上の振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを前記減衰度に基づヽて減衰させ、前記基準振幅レベルより低ヽ振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを維持するとともに、当該入力信号の振幅レべルに基づヽて、前記基準振幅レベルを変化させる構成を有して、る。

図面の簡単な説明

[0011] [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。

[図 2]—実施形態の振幅レベル調整部にぉヽて用いられる信号減衰度を示すグラフである。

符号の説明

[0012] 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

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 図 1および図 2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り、図 2は、振幅レベル調整部にて用いられる信号減衰度を示すグラフである。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 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、入力された振幅レベルに基づいて、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いる。

[0021] 特に、本実施形態の振幅レベル調整部 110は、予め定められた基準となる基準振幅レベル以上の入力信号については、所定の振幅レベルに、すなわち、レベル制御部にて制御される振幅レベルに減衰させるとともに、当該基準振幅レベルより低い振幅レベルを有する入力信号については、入力された際の振幅レベルを維持させて各電力増幅器に出力するようになって、る。

[0022] また、この各振幅レベル調整部 110は、レベル制御部の制御の下、基準振幅レべルを切り換えるようになっており、当該切り換えられた基準振幅レベルに基づいて、入力信号の振幅レベルを減衰または当該振幅レベルを維持させて各電力増幅器に出力するようになっている。 [0023] 例えば、本実施形態の各振幅レベル調整部 110は、電源部の定格電流が 3. 2A の場合に、レベル制御部にて検出された電源部の各増幅装置の電流供給量が 3. 2 Aで 500msec継続された際に、当該レベル制御部の指示の下、図 2に示すように、基準振幅レベルを低いものに切り換え、すなわち、信号減衰度のグラフが Aのときは、 Aから Bに切り換えて、入力信号の振幅レベルを調整するようになっている。また、この各振幅レベル調整部 110は、レベル制御部にて検出された電源部の各増幅装置の電流供給量が 2. 5Aで 500msec継続された際に、当該レベル制御部の指示の下、図 2に示すように、基準振幅レベルを高いものに切り換え、すなわち、信号減衰度のグラフが Bのときは、 Bから Aに切り換えて、入力信号の振幅レベルを調整するようになっている。

[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ようになっている。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っている。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、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。例えば、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ないので、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、能力にて構成することができるようになって、る。

[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合計の消費電流が 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ヽる。

[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] 以上、本実施形態の電力増幅装置 100は、拡声すべき信号が外部力入力され、当該入力された入力信号の振幅レベルの減衰度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入力信号を所定の信号レベルに増幅し、スピーカ SPに出力する電力増幅器 120と、電力増幅器 120に電力を供給する電源部 130と、電源部 130が電力増幅器 120に供給する電力を検出するとともに、当該検出された電力量に基づ、て振幅レベル調整部における減衰度を制御するレベル制御部 140と、を備え、振幅レベル調整部 110が、予め定められた基準となる基準振幅レベル以上の振幅レベルを有する入力信号につ、ては当該信号の振幅レベルを減衰度に基づ、て減衰させ、基準振幅レベルより低い振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを維持するとともに、当該入力信号の振幅レベルに基づいて、基準振幅レベルを変化させる構成を有してヽる。

[0036] この構成により、本実施形態の電力増幅装置 100は、予め定められた基準となる基準振幅レベル以上の振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レべルを減衰度に基づ!ヽて減衰させ、基準振幅レベルより低!ヽ振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを維持するとともに、当該入力信号の振幅レベルに基づいて、基準振幅レベルを変化させる。

[0037] したがって、本実施形態の電力増幅装置 100は、拡声すべき拡声信号に対して聴感上の違和感がなく減衰させるとともに、当該拡声信号を減衰させることによってコストの低減を図ることができる。

[0038] すなわち、本実施形態の電力増幅装置 100は、小さい音の信号については、減衰させずに拡声させるとともに、大きい音の信号については、減衰させ、当該大きい音の信号が継続して入力された場合など、減衰する振幅レベルを徐々に切り換えることができるので、拡声すべき拡声信号に対して聴感上の違和感がなく減衰させるとともに、当該拡声信号を減衰させることによって電源部及びアンプ部その他のコストの低減を図ることができる。

[0039] 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 100に用いるようにしてもよい。

[0040] また、本実施形態の電力増幅装置 100は、各電力増幅器 120に供給される電源部 130の電流値を検出して当該電源部 130における各電力増幅器 120に供給する電力量を推定するようになっているが、各電力増幅器 120に入力される入力信号の信号レベルを測定することによって電源部 130が各電力増幅器 120に供給する電力量を算出するようにしてもよいし、電源部 130もしくは各電力増幅器 120の発熱部品に温度センサーを設け、発熱部品の温度を測定することによって電源部 130が各電力増幅器 120に供給する電力量を算出するようにしてもよい。

[0041] また、本実施形態では、各振幅レベル調整部 110にお、て、基準振幅レベルを切り換えるようになつている力 2以上の基準振幅レベルを用いるように、すなわち、複数のグラフを適用するようにしてもょ、。

[0042] 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。

[0043] 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。

[0044] 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.2005-053458)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力入力され、当該入力された入力信号の振幅レベルの減衰度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入力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力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力を検出する検出手段と、検出された電力量に基づいて前記振幅レベル調整手段における減衰度を制御する制御手段と、

を備え、

前記振幅レベル調整手段が、予め定められた基準となる基準振幅レベル以上の振幅レベルを有する入力信号については当該信号の振幅レベルを前記減衰度に基づ

Vヽて減衰させ、前記基準振幅レベルより低ヽ振幅レベルを有する入力信号につ、ては当該信号の振幅レベルを維持するとともに、当該入力信号の振幅レベルに基づいて、前記基準振幅レベルを変化させ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、

前記振幅レベル調整手段が、予め定められた期間中に連続して前記基準振幅レベル以上の振幅レベルを有する入力信号が入力された場合に、前記基準振幅レべルを低く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、

前記振幅レベル調整手段が、予め定められた期間中に連続して前記基準振幅レベルより所定のレベル低ヽ振幅レベルを有する入力信号が入力された場合に、前記基準振幅レベルを高くすることを特徴とする電力増幅装置。