WO2011093035A1 - 電源装置及びデジタルアンプ - Google Patents

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unit
power
switching
transformer
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宙 菅原
寿幸 佐々木
茂樹 庭山
佳樹 前田
智臣 ▲高▼野
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パナソニック株式会社
ローランド株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device and a digital amplifier.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional digital amplifier.
  • the digital amplifier shown in FIG. 3 includes a switching power supply unit 101, a digital amplifier unit 103, a power supply transformer unit 105, a control unit 107, and a photocoupler 109. Note that solid arrows in FIG. 3 indicate the flow of power supply, and alternate long and short dashed arrows indicate the flow of control signals.
  • the switching power supply unit 101 converts AC power from a commercial power source into DC power and supplies it to the digital amplifier unit 103.
  • the switching power supply unit 101 includes an input side rectifier circuit 151, a first power supply unit 153, a driver 155, switching elements 157a and 157b, a switching transformer 159, a second power supply unit 161, and an output side rectifier. Circuit 163.
  • each component which comprises the switching power supply part 101 is demonstrated.
  • the input side rectifier circuit 151 rectifies the AC voltage from the commercial power supply and converts it to a DC voltage.
  • the first power supply unit 153 is, for example, a series regulator, and steps down the output voltage (for example, 400 V) of the rectifier circuit 151 on the input side to a voltage (for example, 10 V) for the driver 155.
  • the first power supply unit 153 has a high resistance, and has a large loss and a large amount of heat generation because the voltage is stepped down from a high voltage such as 400V to a low voltage such as 10V.
  • the first power supply unit 153 is used only to activate the driver 155 of the switching power supply unit 101.
  • the switching elements 157a and 157b are power transistors, MOSFETs or IGBTs connected in series.
  • the driver 155 is activated by power supplied from the first power supply unit 153, and then turns on and off the switching elements 157a and 157b alternately by power supply from a second power supply unit 161 described later.
  • the driver 155 controls the on / off operation of the switching elements 157a and 157b based on a control signal from the control unit 107 via the photocoupler 109.
  • optimal switching control is performed for various converters typified by the resonance type, and the output voltage of the rectifier circuit 151 on the input side is converted.
  • the switching transformer 159 transmits the electric power converted by the on / off control of the switching elements 157a and 157b. Note that the switching transformer 159 also has a function of insulating the primary side and the secondary side of the switching power supply unit 101.
  • a second power supply unit 161 is provided on the primary side of the switching transformer 159. The second power supply unit 161 supplies the voltage converted by the on / off control of the switching elements 157a and 157b to the driver 155.
  • the output side rectifier circuit 163 rectifies the output voltage of the switching transformer 159. As the output side rectifier circuit 163, for example, a Schottky diode is used.
  • the digital amplifier unit 103 amplifies the input signal.
  • an amplifier circuit having switching elements 171a and 171b and drivers 173a and 173b configured in two upper and lower stages respectively amplifies the digital pulse signal.
  • the demodulating circuit 175 composed of an LC circuit decodes the amplified digital pulse signal into an analog signal.
  • the amplifier circuit of the digital amplifier unit 103 is activated by the bootstrap circuit 177.
  • the audio signal is not limited to analog, and may be digital.
  • the power transformer 105 converts an AC voltage from a commercial power source into a desired DC voltage.
  • the output voltage of the power transformer unit 105 is supplied to the driver 173 a and the bootstrap circuit 177 of the digital amplifier unit 103 and the control unit 107.
  • a silicon steel plate is used for the core of the power transformer unit 105.
  • the power transformer unit 105 includes a switch 106 for turning on and off the power supply to the control unit 107 and the digital amplifier unit 103. When the user turns on the switch 106, the digital amplifier is activated.
  • the power transformer 105 includes a rectifier circuit 108 that rectifies the output voltage.
  • the control unit 107 is, for example, a CPU or a DSP, and outputs a control signal for the driver 155 of the switching power supply unit 101 to perform on / off control of the switching elements 157a and 157b.
  • the photocoupler 109 transmits a control signal from the control unit 107 to the driver 155 of the switching power supply unit 101. Note that the photocoupler 109 also has a function of insulating the input side and the output side.
  • a third power supply unit 165 may be provided on the secondary side of the switching transformer 159 as shown in FIG.
  • the third power supply unit 165 supplies the voltage converted by the on / off control of the switching elements 157a and 157b to the driver 173a and the bootstrap circuit 177 of the digital amplifier unit 103 which will be described later. For this reason, the output voltage of the power transformer 105 is supplied only to the controller 107.
  • Patent Document 1 discloses that a digital oscillator effective for reducing beat noise caused by a relationship between a switching frequency of a digital amplifier and a switching frequency of a DCDC converter is obtained by sharing a necessary oscillator in a switching power supply unit and a digital amplifier unit. An amplifier is disclosed.
  • the first power supply unit 153, the second power supply unit 161, and the power supply transformer unit 105 are necessary as a power supply circuit for driving the driver 155 of the switching power supply unit 101.
  • the size of the power supply circuit including these three power supply units increases in size and costs.
  • An object of the present invention is to provide a power supply device and a digital amplifier having a small circuit size.
  • the power supply device of the present invention includes a switching unit and a drive unit that operates by supplying power of a predetermined voltage to turn on and off the switching unit, converts the AC power of the external power source into DC power, and the external power source
  • a power supply unit that converts the AC power into DC power and outputs the power
  • a control unit that outputs a control signal for the driving unit of the switching power supply unit to control the switching unit, output power of the power supply unit, and the While having transmitted the control signal to the drive part of the switching power supply part, it has the composition provided with the transmission part which insulates the input side and the output side. With this configuration, the power supply device can be reduced in size.
  • the switching unit has two switching units connected in series, and the driving unit alternately turns on and off the two switching units. With this configuration, the power supply device can be similarly reduced in size.
  • the transmission unit includes a signal superimposing unit that superimposes the control signal on the output power of the power supply unit, and the power superimposing unit is configured to superimpose the control signal on the signal superimposing unit. It has a configuration for transmitting output power. With this configuration, it is only necessary to insulate the transmission unit at only one place.
  • the transmission unit includes a signal superimposing unit that superimposes output power of the power supply unit on the control signal, and the output power of the power supply unit is superimposed by the signal superimposing unit.
  • the control signal is transmitted.
  • the transmission unit includes a power transmission unit that transmits output power of the power supply unit and a signal transmission unit that transmits the control signal.
  • the power supply device can be configured with an easy technique.
  • the digital amplifier according to the present invention includes a signal amplifying unit that uses DC power obtained from the switching power supply unit included in the power supply device. With this configuration, the digital amplifier can be reduced in size.
  • the circuit can be reduced in size.
  • a circuit diagram showing composition of a power supply device of a 1st embodiment The circuit diagram which shows the structure of the power supply device of 2nd Embodiment Circuit diagram showing the configuration of a conventional digital amplifier Circuit diagram showing another configuration of a conventional digital amplifier
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of the digital amplifier according to the first embodiment.
  • the digital amplifier shown in FIG. 1 includes a switching power supply unit 201, a digital amplifier unit 103, a power transformer unit 105, a control unit 107, a transformer driving unit 203, and a pulse transformer 205.
  • the switching power supply unit 201 includes an input-side rectifier circuit 151, a driver 155, switching elements 157a and 157b, a switching transformer 159, and an output-side rectifier circuit 163.
  • the solid line arrow in FIG. 1 shows the flow of power supply
  • the one-dot chain line arrow shows the flow of the control signal.
  • the digital amplifier of this embodiment is different from the digital amplifier shown in FIG. 3 in that the first power supply unit 153 and the second power supply unit 161 provided in the switching power supply unit 101 of the digital amplifier shown in FIG. Is not provided in the switching power supply unit 201, and the transformer transformer 203 for the pulse transformer 205 and the pulse transformer 205 is provided.
  • the transformer transformer 203 for the pulse transformer 205 and the pulse transformer 205 is provided.
  • the switching power supply unit 201 converts AC power from a commercial power source into DC power and supplies it to the digital amplifier unit 103.
  • the rectifier circuit 151 on the input side rectifies an AC voltage from a commercial power source and converts it into a DC voltage.
  • the switching elements 157a and 157b are power transistors, MOSFETs, or IGBTs connected in series.
  • the driver 155 is driven by the electric power supplied from the pulse transformer 205, and alternately turns on and off the switching elements 157a and 157b in accordance with a control signal sent from the transformer driving unit 203 via the pulse transformer 205.
  • the switching elements 157a and 157b are controlled to be turned on / off by the driver 155, whereby optimum switching control is performed for various converters typified by the resonance type, and the output voltage of the rectifier circuit 151 on the input side is converted.
  • the switching transformer 159 transmits the electric power converted by the on / off control of the switching elements 157a and 157b. Note that the switching transformer 159 also has a function of insulating the primary side and the secondary side of the switching power supply unit 201.
  • the output side rectifier circuit 163 rectifies the output voltage of the switching transformer 159. As the output side rectifier circuit 163, for example, a Schottky diode is used.
  • the digital amplifier unit 103 amplifies the input signal.
  • an amplifier circuit having switching elements 171a and 171b and drivers 173a and 173b configured in two upper and lower stages respectively amplifies the digital pulse signal.
  • the demodulating circuit 175 composed of an LC circuit decodes the amplified digital pulse signal into an analog signal.
  • the amplifier circuit of the digital amplifier unit 103 is activated by the bootstrap circuit 177.
  • the audio signal is not limited to analog, and may be digital.
  • the power transformer 105 converts an AC voltage from a commercial power source into a desired DC voltage.
  • the output voltage of the power transformer 105 is supplied to the driver 173a and bootstrap circuit 177 of the digital amplifier 103, the controller 107, and the transformer driver 203.
  • a silicon steel plate is used for the core of the power transformer unit 105.
  • the power transformer unit 105 includes a switch 106 for turning on and off the power supply to the control unit 107 and the digital amplifier unit 103. When the user turns on the switch 106, the digital amplifier is activated.
  • the power transformer 105 includes a rectifier circuit 108 that rectifies the output voltage.
  • the control unit 107 is, for example, a CPU or a DSP, and outputs a control signal for the driver 155 of the switching power supply unit 201 to perform on / off control of the switching elements 157a and 157b. Note that the function of the control unit 107 may be realized by an analog circuit.
  • the transformer driving unit 203 supplies the power supplied from the power transformer 105 to the driver 155 of the switching power supply 201 via the pulse transformer 205. Further, the transformer driving unit 203 superimposes the power supplied to the driver 155 on the control signal output from the control unit 107 for the driver 155 of the switching power supply unit 201 to turn on / off the switching elements 157a and 157b. Note that the transformer driving unit 203 may superimpose power supplied to the driver 155 on the control signal.
  • the pulse transformer 205 transmits power supplied from the power transformer 105 via the transformer driver 203 and a control signal from the transformer driver 203.
  • the pulse transformer 205 also has a function of insulating the primary side transformer driving unit 203, the control unit 107, and the power source transformer unit 105 from the secondary side switching power source unit 201.
  • the digital amplifier configured as described above will be described below.
  • the switch 106 of the power transformer section 105 when the switch 106 of the power transformer section 105 is turned on, the power voltage is supplied from the power transformer section 105 to the control section 107, whereby the CPU of the control section 107 is activated.
  • the transformer driving unit 203 drives the pulse transformer 205 with the switching power supply unit 201 control signal from the control unit 107 and the power supplied from the power supply transformer unit 105.
  • the driver 155 drives the switching elements 157a and 157b with a pulse signal (for example, 10 to 12Vp-p) from the pulse transformer 205.
  • the switching elements 157a and 157b amplify the input pulse signal to a DC voltage (for example, DC140V or 280V) converted by the rectifier circuit 151, obtain a desired voltage by the tap position on the output side of the switching transformer 159, and are insulated and shot. After rectification by a rectifier circuit 163 such as a key diode, it is supplied as power to the digital amplifier unit 103.
  • a DC voltage for example, DC140V or 280V
  • a control signal for driving the switching elements 171a and 171b is also supplied from the control unit 107 to the digital amplifier unit 103 to the drivers 173a and 173b.
  • This control signal is a signal obtained by converting an audio input signal (not shown) into a digital PWM signal, and is amplified or broadcast from a speaker (not shown) into a loud space.
  • the power supply transformer unit 105 also supplies power to the bootstrap circuit 177 and the driver 173a of the digital amplifier unit 103, and the control signal supplied to the drivers 173a and 173b is converted into a signal for driving the switching elements 171a and 171b. Convert. Switching elements 171a and 171b are driven by the converted drive signal, the control signal is amplified up to the output voltage of rectifier circuit 163, converted to an analog audio signal by demodulation circuit 175, and amplified by a speaker (not shown).
  • the power and control signals required for the driver 155 are supplied from the power transformer 105 or the controller 107 via the pulse transformer 205, so that the switching power supply As a power supply circuit for driving the driver 155 of 201, the power supply transformer unit 105 may be used.
  • the first power supply unit 153, the second power supply unit 161, and the power supply transformer unit 105 are necessary as a power supply circuit for driving the driver 155 of the switching power supply unit 101. .
  • the digital amplifier since the digital amplifier does not need to include the first power supply unit 153 and the second power supply unit 161 that are conventionally necessary, the number of components of the power supply circuit can be reduced. . As a result, the size of the power supply circuit can be reduced and the cost can be reduced.
  • the primary side driver 155 of the switching power source unit 201 can be controlled from the secondary side of the power source transformer unit 105.
  • the digital amplifier shown in FIG. 4 requires a first power supply unit 153, a second power supply unit 161, and a power supply transformer unit 105 as a power supply circuit for driving the driver 155 of the switching power supply unit 101.
  • the third power supply unit 165 and the power supply transformer unit 105 are required.
  • the power required by the drivers 173a and 173b is also supplied from the power transformer unit 105, so that not only the first power supply unit 153 and the second power supply unit 161 that have been conventionally required but also the first power supply unit 153a and 173b are supplied. Since the digital amplifier does not need to include up to the third power supply unit 165, the number of components of the power supply circuit can be reduced. As a result, the size of the power supply circuit can be further reduced, and the cost can be reduced.
  • FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration of a digital amplifier according to the second embodiment.
  • the digital amplifier shown in FIG. 2 includes a switching power supply unit 201, a digital amplifier unit 103, a power supply transformer unit 105, a control unit 301, a photocoupler 303, and a pulse transformer 305. Since the switching power supply unit 201, the digital amplifier unit 103, and the power transformer unit 105 are the same components as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the control unit 301 is, for example, a CPU or a DSP, and outputs a control signal for the driver 155 of the switching power supply unit 201 to perform on / off control of the switching elements 157a and 157b.
  • the function of the control unit 301 may be realized by an analog circuit.
  • the photocoupler 303 transmits a control signal from the control unit 301 to the driver 155 of the switching power supply unit 201. Note that the photocoupler 303 also has a function of insulating the input side and the output side.
  • the pulse transformer 305 transmits power supplied from the power transformer unit 105.
  • the pulse transformer 305 also has a function of insulating the primary-side power transformer unit 105 and the secondary-side switching power source unit 201.
  • the number of components of the power supply circuit can be reduced as in the first embodiment.
  • the size of the power supply circuit can be reduced and the cost can be reduced.
  • a digital amplifier can be configured with an easier technique.
  • the power transformer 105 provided in the digital amplifier of the embodiment described above performs power conversion using a transformer, but may be a power supply using a switching element.
  • the switching element of the switching power supply unit 201 has been described as an example of two elements, it may be one element or four elements.
  • the power supply device according to the present invention is useful as a power conversion device used in a digital amplifier or the like.

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Abstract

　電源装置は、直列接続された２つのスイッチング部と、所定電圧の電源供給によって動作して２つのスイッチング部を交互にオンオフする駆動部と、を有し、外部電源から得られた交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、外部電源から得られた交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、スイッチング電源部の駆動部が２つのスイッチング部の動作を制御するための制御信号を出力する制御部と、電源部の出力電力及び制御信号をスイッチング電源部の駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部とを備える。したがって、回路サイズが小さい電源装置を提供できる。

Description

電源装置及びデジタルアンプ
　本発明は、電源装置及びデジタルアンプに関する。
　図３は、従来のデジタルアンプの構成を示す回路図である。図３に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部１０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部１０７と、フォトカプラ１０９とを備える。なお、図３中の実線の矢印は電力供給の流れを示し、一点鎖線の矢印は制御信号の流れを示す。
　スイッチング電源部１０１は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してデジタルアンプ部１０３に供給する。スイッチング電源部１０１は、入力側の整流回路１５１と、第１の電源部１５３と、ドライバ１５５と、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂと、スイッチングトランス１５９と、第２の電源部１６１と、出力側の整流回路１６３とを有する。以下、スイッチング電源部１０１を構成する各構成要素について説明する。
　入力側の整流回路１５１は、商用電源からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する。第１の電源部１５３は、例えばシリーズレギュレータであり、入力側の整流回路１５１の出力電圧（例えば４００Ｖ）をドライバ１５５のための電圧（例えば１０Ｖ）に降圧する。なお、第１の電源部１５３は、高抵抗であって、例えば４００Ｖといった高電圧から例えば１０Ｖといった低電圧に降圧するために損失が大きく、発熱も多い。また、第１の電源部１５３は、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を起動するためだけに用いられる。
　スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂは、直列接続されたパワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである。ドライバ１５５は、第１の電源部１５３からの供給電力によって起動し、その後、後述する第２の電源部１６１からの電力供給によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂを交互にオンオフする。なお、ドライバ１５５は、フォトカプラ１０９を介した制御部１０７からの制御信号に基づいて、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ動作を制御する。ドライバ１５５によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂがオンオフ制御されることによって共振型を代表とした各種コンバータに最適なスイッチング制御が行われ、入力側の整流回路１５１の出力電圧がコンバートされる。
　スイッチングトランス１５９は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電力を伝送する。なお、スイッチングトランス１５９は、スイッチング電源部１０１の一次側と二次側を絶縁する機能も有する。スイッチングトランス１５９の一次側には、第２の電源部１６１が設けられている。第２の電源部１６１は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電圧をドライバ１５５に供給する。出力側の整流回路１６３は、スイッチングトランス１５９の出力電圧を整流する。出力側の整流回路１６３としては、例えばショットキーダイオードが用いられる。
　デジタルアンプ部１０３は、入力された信号を増幅する。デジタルアンプ部１０３では、例えばアナログ・オーディオ信号がデジタルパルス信号に変換された後、それぞれ上下２段に構成されたスイッチング素子１７１ａ，１７１ｂ及びドライバ１７３ａ，１７３ｂを有する増幅回路がデジタルパルス信号を増幅し、ＬＣ回路で構成された復調回路１７５が当該増幅されたデジタルパルス信号をアナログ信号に復号する。なお、デジタルアンプ部１０３の増幅回路は、ブートストラップ回路１７７によって起動される。また、オーディオ信号は、アナログに限らずデジタルであっても良い。
　電源トランス部１０５は、商用電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する。電源トランス部１０５の出力電圧は、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７、並びに、制御部１０７に供給される。なお、電源トランス部１０５のコアには、例えば珪素鋼板が用いられる。また、電源トランス部１０５は、制御部１０７及びデジタルアンプ部１０３への電力供給をオンオフするためのスイッチ１０６を有する。ユーザがスイッチ１０６をオンすることによってデジタルアンプが起動する。さらに、電源トランス部１０５は、出力電圧を整流する整流回路１０８を有する。
　制御部１０７は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。フォトカプラ１０９は、制御部１０７からの制御信号をスイッチング電源部１０１のドライバ１５５に伝送する。なお、フォトカプラ１０９は、入力側と出力側を絶縁する機能も有する。
　なお、スイッチングトランス１５９の二次側には、図４に示すように、第３の電源部１６５を設けても良い。第３の電源部１６５は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電圧を後述するデジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７に供給する。このため、電源トランス部１０５の出力電圧は、制御部１０７のみに供給される。
　特許文献１には、スイッチング電源部及びデジタルアンプ部で必要な発振子を共用化することで、デジタルアンプのスイッチング周波数とＤＣＤＣコンバータのスイッチング周波数との関係に起因したビートノイズの低減に有効なデジタルアンプが開示されている。
日本国特開２００６－６０５８０号公報 日本国特開２００９－２０６６８０号公報
　図３に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要である。これら３つの電源部を含む電源回路のサイズは大型化すると共に、コストも増加する。
　本発明の目的は、回路サイズが小さい電源装置及びデジタルアンプを提供することである。
　本発明の電源装置は、スイッチング部および所定電圧の電源供給によって動作して前記スイッチング部をオンオフする駆動部を有し、外部電源の交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、前記外部電源の交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、前記スイッチング電源部の前記駆動部が前記スイッチング部を制御するための制御信号を出力する制御部と、前記電源部の出力電力及び前記制御信号を前記スイッチング電源部の前記駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部と、を備えた構成を有している。
　この構成により、電源装置を小型化できる。
　また、本発明の電源装置において、前記スイッチング部は直列接続された２つのスイッチング部を有し、前記駆動部が該２つのスイッチング部を交互にオンオフする構成を有している。
　この構成により、同じく電源装置を小型化できる。
　また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記電源部の出力電力に前記制御信号を重畳する信号重畳部を有し、前記信号重畳部によって前記制御信号が重畳された前記電源部の出力電力を伝送する構成を有している。
　この構成により、伝送部を１箇所のみ絶縁するだけで良い。
　また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記制御信号に前記電源部の出力電力を重畳する信号重畳部を有し、前記信号重畳部によって前記電源部の出力電力が重畳された前記制御信号を伝送する構成を有している。
　この構成により、伝送部を１箇所のみ絶縁するだけで良い。
　また、本発明の電源装置において、前記伝送部は、前記電源部の出力電力を伝送する電力伝送部と、前記制御信号を伝送する信号伝送部と、を有する構成を有している。
　この構成により、容易な技術で電源装置を構成できる。
　本発明のデジタルアンプは、前記電源装置が備える前記スイッチング電源部から得られた直流電力を用いた信号増幅部と、を備えた構成を有している。
　この構成により、デジタルアンプを小型化できる。
　本発明に係る電源装置及びデジタルアンプによれば、回路を小型化できる。
第１の実施形態の電源装置の構成を示す回路図 第２の実施形態の電源装置の構成を示す回路図 従来のデジタルアンプの構成を示す回路図 従来のデジタルアンプの他の構成を示す回路図
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態のデジタルアンプの構成を示す回路図である。なお、図１では、図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。図１に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部２０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部１０７と、トランス駆動部２０３と、パルストランス２０５とを備える。スイッチング電源部２０１は、入力側の整流回路１５１と、ドライバ１５５と、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂと、スイッチングトランス１５９と、出力側の整流回路１６３とを有する。なお、図１中の実線の矢印は電力供給の流れを示し、一点鎖線の矢印は制御信号の流れを示す。
　本実施形態のデジタルアンプが図３に示したデジタルアンプと異なる点は、図３に示したデジタルアンプのスイッチング電源部１０１には設けられていた第１の電源部１５３及び第２の電源部１６１がスイッチング電源部２０１に設けられておらず、かつ、パルストランス２０５及びパルストランス２０５のためのトランス駆動部２０３が設けられていることである。以下、本実施形態のデジタルアンプが備える各構成要素について説明する。
　スイッチング電源部２０１は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してデジタルアンプ部１０３に供給する。以下、スイッチング電源部２０１を構成する各構成要素について説明する。入力側の整流回路１５１は、商用電源からの交流電圧を整流して直流電圧に変換する。スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂは、直列接続されたパワートランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴである。ドライバ１５５は、パルストランス２０５からの供給電力によって駆動し、かつ、パルストランス２０５を介してトランス駆動部２０３から送られた制御信号に応じてスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂを交互にオンオフする。なお、ドライバ１５５によってスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂがオンオフ制御されることによって共振型を代表とした各種コンバータに最適なスイッチング制御が行われ、入力側の整流回路１５１の出力電圧がコンバートされる。
　スイッチングトランス１５９は、スイッチング素子１５７ａ，１５７ｂのオンオフ制御によってコンバートされた電力を伝送する。なお、スイッチングトランス１５９は、スイッチング電源部２０１の一次側と二次側を絶縁する機能も有する。出力側の整流回路１６３は、スイッチングトランス１５９の出力電圧を整流する。出力側の整流回路１６３としては、例えばショットキーダイオードが用いられる。
　デジタルアンプ部１０３は、入力された信号を増幅する。デジタルアンプ部１０３では、例えばアナログ・オーディオ信号がデジタルパルス信号に変換された後、それぞれ上下２段に構成されたスイッチング素子１７１ａ，１７１ｂ及びドライバ１７３ａ，１７３ｂを有する増幅回路がデジタルパルス信号を増幅し、ＬＣ回路で構成された復調回路１７５が当該増幅されたデジタルパルス信号をアナログ信号に復号する。なお、デジタルアンプ部１０３の増幅回路は、ブートストラップ回路１７７によって起動される。また、オーディオ信号は、アナログに限らずデジタルであっても良い。
　電源トランス部１０５は、商用電源からの交流電圧を所望の直流電圧に変換する。電源トランス部１０５の出力電圧は、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ及びブートストラップ回路１７７、制御部１０７、並びに、トランス駆動部２０３に供給される。なお、電源トランス部１０５のコアには、例えば珪素鋼板が用いられる。また、電源トランス部１０５は、制御部１０７及びデジタルアンプ部１０３への電力供給をオンオフするためのスイッチ１０６を有する。ユーザがスイッチ１０６をオンすることによってデジタルアンプが起動する。さらに、電源トランス部１０５は、出力電圧を整流する整流回路１０８を有する。
　制御部１０７は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。なお、制御部１０７の機能をアナログ回路によって実現しても良い。
　トランス駆動部２０３は、電源トランス部１０５からの供給電力を、パルストランス２０５を介してスイッチング電源部２０１のドライバ１５５に供給する。また、トランス駆動部２０３は、制御部１０７から出力された、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号に、ドライバ１５５へ供給する電力を重畳する。なお、トランス駆動部２０３は、ドライバ１５５へ供給する電力を制御信号に重畳しても良い。
　パルストランス２０５は、トランス駆動部２０３を介した電源トランス部１０５からの供給電力及びトランス駆動部２０３からの制御信号を伝送する。また、パルストランス２０５は、一次側のトランス駆動部２０３、制御部１０７及び電源トランス部１０５と二次側のスイッチング電源部２０１を絶縁する機能も有する。
　上記のように構成されたデジタルアンプについて以下動作を説明する。本発明のデジタルアンプは電源トランス部１０５のスイッチ１０６をオンにすると電源トランス部１０５から制御部１０７へ電源電圧が供給されることで、制御部１０７のＣＰＵ等が起動する。次にトランス駆動部２０３が制御部１０７からのスイッチング電源部２０１制御信号および電源トランス部１０５からの供給電力によりパルストランス２０５を駆動する。ドライバ１５５は、パルストランス２０５からのパルス信号(例えば１０～１２Ｖｐ－ｐ)によってスイッチング素子１５７ａおよび１５７ｂを駆動する。スイッチング素子１５７ａおよび１５７ｂによって入力のパルス信号が整流回路１５１によって変換された直流電圧(例えばＤＣ１４０Ｖまたは２８０Ｖ)まで増幅され、スイッチングトランス１５９の出力側のタップ位置によって所望の電圧を得るとともに絶縁され、ショットキーダイオード等の整流回路１６３により整流後に、デジタルアンプ部１０３への電源として供給される。
　一方、制御部１０７からはデジタルアンプ部１０３へもスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂを駆動するための制御信号もドライバ１７３ａおよび１７３ｂに供給される。この制御信号は図示しないオーディオ入力信号がデジタルのＰＷＭ信号へと変換された信号であり、図示しないスピーカより拡声空間へ拡声または放送がなされるものである。
　また電源トランス部１０５からはデジタルアンプ部１０３のブートストラップ回路１７７およびドライバ１７３ａへも電源が供給され、ドライバ１７３ａおよび１７３ｂに供給される制御信号をスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂを駆動するための信号へと変換する。この変換された駆動信号によりスイッチング素子１７１ａおよび１７１ｂが駆動され、整流回路１６３の出力電圧まで制御信号が増幅され、復調回路１７５によりアナログのオーディオ信号へと変換され図示しないスピーカによって拡声される。
　以上説明したように、本実施形態のデジタルアンプでは、ドライバ１５５に必要とされる電力および制御信号を電源トランス部１０５又は制御部１０７からパルストランス２０５を経由して供給することにより、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、電源トランス部１０５があればよい。一方、図３に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要であった。このように、本実施形態では、従来は必要であった第１の電源部１５３及び第２の電源部１６１をデジタルアンプが備える必要はないため、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。
　また本発明のデジタルアンプでは電源トランス部１０５の２次側からスイッチング電源部２０１の１次側ドライバ１５５を制御することもできる。
　さらに、図４に示したデジタルアンプでは、スイッチング電源部１０１のドライバ１５５を駆動するための電源回路として、第１の電源部１５３、第２の電源部１６１及び電源トランス部１０５が必要であり、デジタルアンプ部１０３のドライバ１７３ａ，１７３ｂを駆動するための電源回路として、第３の電源部１６５及び電源トランス部１０５が必要であった。しかしながら、本実施形態では、ドライバ１７３ａおよび１７３ｂが必要とする電源も電源トランス部１０５から供給することにより、従来では必要であった第１の電源部１５３、第２の電源部１６１のみならず第３の電源部１６５までもデジタルアンプが備える必要はないため、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、さらに電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。
（第２の実施形態）
　図２は、第２の実施形態のデジタルアンプの構成を示す回路図である。図２に示すデジタルアンプは、スイッチング電源部２０１と、デジタルアンプ部１０３と、電源トランス部１０５と、制御部３０１と、フォトカプラ３０３と、パルストランス３０５とを備える。スイッチング電源部２０１、デジタルアンプ部１０３及び電源トランス部１０５は、第１の実施形態と同様の構成要素であるため説明を省略する。
　制御部３０１は、例えば、ＣＰＵ又はＤＳＰであり、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５がスイッチング素子１５７ａ，１５７ｂをオンオフ制御するための制御信号を出力する。なお、制御部３０１の機能をアナログ回路によって実現しても良い。フォトカプラ３０３は、制御部３０１からの制御信号をスイッチング電源部２０１のドライバ１５５に伝送する。なお、フォトカプラ３０３は、入力側と出力側を絶縁する機能も有する。パルストランス３０５は、電源トランス部１０５からの供給電力を伝送する。また、パルストランス３０５は、一次側の電源トランス部１０５と二次側のスイッチング電源部２０１を絶縁する機能も有する。
　以上説明したように、本実施形態のデジタルアンプでは、第１の実施形態と同様に、電源回路の構成要素の数を減らすことができる。その結果、電源回路のサイズを小型化でき、かつ、コストも抑えることができる。また、スイッチング電源部２０１のドライバ１５５に供給する電力に制御信号を重畳する処理が必要ないため、より容易な技術でデジタルアンプを構成できる。
　なお、上記説明した実施形態のデジタルアンプが備える電源トランス部１０５は、トランスを用いた電力変換を行っているが、スイッチング素子を用いた電源部であっても良い。また、スイッチング電源部２０１のスイッチング素子は２素子の例で説明したが、１素子であっても４素子であってもよい。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2010年1月29日出願の日本特許出願（特願2010-019242）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明に係る電源装置は、デジタルアンプ等で用いられる電力変換装置として有用である。
２０１　スイッチング電源部
１０３　デジタルアンプ部
１０５　電源トランス部
１０６　スイッチ
１０７，３０１　制御部
１０８　整流回路
２０３　トランス駆動部
２０５，３０５　パルストランス
３０３　フォトカプラ
１５１　入力側の整流回路
１５５　ドライバ
１５７ａ，１５７ｂ　スイッチング素子
１５９　スイッチングトランス
１６３　出力側の整流回路

Claims (6)

  1. 　スイッチング部および所定電圧の電源供給によって動作して前記スイッチング部をオンオフする駆動部を有し、外部電源の交流電力を直流電力に変換するスイッチング電源部と、
    　前記外部電源の交流電力を直流電力に変換して出力する電源部と、
    　前記スイッチング電源部の前記駆動部が前記スイッチング部を制御するための制御信号を出力する制御部と、
    　前記電源部の出力電力及び前記制御信号を前記スイッチング電源部の前記駆動部に伝送すると共に、入力側と出力側を絶縁する伝送部と、
    を備えたことを特徴とする電源装置。
  2. 　前記スイッチング部は直列接続された２つのスイッチング部を有し、前記駆動部が該２つのスイッチング部を交互にオンオフすることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 　請求項１または２に記載の電源装置であって、
    　前記伝送部は、
    　前記電源部の出力電力に前記制御信号を重畳する信号重畳部を有し、
    　前記信号重畳部によって前記制御信号が重畳された前記電源部の出力電力を伝送することを特徴とする電源装置。
  4. 　請求項１または２に記載の電源装置であって、
    　前記伝送部は、
    　前記制御信号に前記電源部の出力電力を重畳する信号重畳部を有し、
    　前記信号重畳部によって前記電源部の出力電力が重畳された前記制御信号を伝送することを特徴とする電源装置。
  5. 　請求項１または２に記載の電源装置であって、
    　前記伝送部は、前記電源部の出力電力を伝送する電力伝送部と、前記制御信号を伝送する信号伝送部と、を有することを特徴とする電源装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置と、
    　前記電源装置が備える前記スイッチング電源部から得られた直流電力を用いた信号増幅部と、
    を備えたことを特徴とするデジタルアンプ。
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