JP2006148336A

JP2006148336A - Ｐｗｍパワーアンプ及びその制御方法

Info

Publication number: JP2006148336A
Application number: JP2004333323A
Authority: JP
Inventors: Tomotoshi Ishikawa; 智敏石川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: DE102005054400A1; US7276964B2; JP4281004B2; US20060158245A1

Abstract

【課題】
本発明は、リアルタイムで音質を格段と向上し得るＰＷＭパワーアンプ及びその制御方法を実現するものである。
【解決手段】
入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプ及びその制御方法において、オーディオ信号を電力増幅した後、当該電力増幅されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去し、電力増幅される直前のオーディオ信号に基づいて、高域成分が除去されたオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出し、当該検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する。そして歪み誤差分だけ電力増幅の際に供給する電圧を調整して、高域成分が除去されたオーディオ信号の出力インピーダンスを低減させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はＰＷＭパワーアンプ及びその制御方法に関し、例えばＣＤ（Compact Disk）プレーヤ等のオーディオ機器に搭載されるＰＷＭパワーアンプに適用して好適なものである。

従来、この種のＣＤプレーヤでは、ＣＤから再生したオーディオ信号をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）した後、得られたＰＷＭ信号をＰＷＭパワーアンプにおいて家庭用電源から供給される電源電圧に基づいて増幅することにより、スピーカに対して電力を供給するようになされている（例えば、特許文献１参照）。

かかるＰＷＭパワーアンプとして、図３に示すような構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。このＰＷＭパワーアンプ１では、入力されるディジタルオーディオ信号でなるＰＷＭ信号Ｓ１がフォーマット変換部２を介して所定のフォーマットに変換された後、プロセッサ３に供給される。

プロセッサ３は、ＰＷＭ信号Ｓ１´を正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂに分割した後、それぞれパワー出力部５に供給する。

パワー出力部５は、ＢＴＬ（Bridged Transless）接続構成でなり、プロセッサ３から供給される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂを、電源部６から供給されるＤＣ（Direct Current）電圧により電力増幅した後、コイルＬ_７Ａ、Ｌ_７Ｂ及びコンデンサＣ_７Ａ、Ｃ_７Ｂからなる一対のローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）７Ａ、７Ｂをそれぞれ介して高域成分を除去してスピーカ８に供給する。

ここで電源部６は、外部に設けられた家庭用電源（図示せず）から供給されるＡＣ（Alternating Current）電圧をＤＣ電圧に変換した後、ユーザの操作に応じて調整されたボリューム値に基づいて、パワー出力部５に供給するＤＣ電圧の電圧レベルを調整するようになされている。
実開平５−７００１７号公報

ところが、このＰＷＭパワーアンプ１では、プロセッサ３において、ディジタル信号でなるＰＷＭ信号Ｓ１を正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂに分割した後、パワー出力部５に送出するため、その分の時間遅れが大きいことから、ディジタル信号のまま負帰還制御をかけることは非常に困難であった。このため信号の低域成分がアナログパワーアンプと比較して音質的に非常に不利な問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、リアルタイムで音質を格段と向上し得るＰＷＭパワーアンプ及びその制御方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプにおいて、オーディオ信号を電力増幅する電力増幅手段と、電力増幅手段から出力されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去するフィルタ手段と、電力増幅手段に入力される直前のオーディオ信号に基づいて、フィルタ手段から出力されるオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出する歪み検出手段と、歪み検出手段により検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する電圧調整手段とを設け、電圧調整手段は、歪み誤差分だけ電力増幅手段に供給する電圧を調整して、フィルタ手段の出力インピーダンスを低減させるようにした。

この結果このＰＷＭパワーアンプでは、歪み誤差に応じて、電力増幅手段に供給する電圧を制御することにより、フィルタ手段の出力インピーダンスのみならず歪み及びＳ／Ｎをも低減させると共に、間接的に、電力増幅手段からフィルタ手段を介して出力されるオーディオ信号をあたかもアナログ信号のように負帰還制御することができる。

また本発明においては、入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプの制御方法において、オーディオ信号を電力増幅した後、当該電力増幅されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去し、電力増幅される直前のオーディオ信号に基づいて、高域成分が除去されたオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出し、当該検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する。そして歪み誤差分だけ電力増幅の際に供給する電圧を調整して、高域成分が除去されたオーディオ信号の出力インピーダンスを低減させるようにした。

この結果このＰＷＭパワーアンプの制御方法では、歪み誤差に応じて、電力増幅の際に供給する電圧を制御することにより、高域成分が除去されたオーディオ信号の出力インピーダンスのみならず歪み及びＳ／Ｎをも低減させると共に、間接的に、電力増幅されかつ高域成分が除去されたオーディオ信号をあたかもアナログ信号のように負帰還制御することができる。

上述のように本発明によれば、入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプにおいて、オーディオ信号を電力増幅する電力増幅手段と、電力増幅手段から出力されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去するフィルタ手段と、電力増幅手段に入力される直前のオーディオ信号に基づいて、フィルタ手段から出力されるオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出する歪み検出手段と、歪み検出手段により検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する電圧調整手段とを設け、電圧調整手段は、歪み誤差分だけ電力増幅手段に供給する電圧を調整して、フィルタ手段の出力インピーダンスを低減させるようにしたことにより、間接的に、電力増幅手段からフィルタ手段を介して出力されるオーディオ信号をあたかもアナログ信号のように負帰還制御することができ、かくしてリアルタイムで音質を格段と向上し得るＰＷＭパワーアンプを実現できる。

また本発明によれば、入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプの制御方法において、オーディオ信号を電力増幅した後、当該電力増幅されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去し、電力増幅される直前のオーディオ信号に基づいて、高域成分が除去されたオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出し、当該検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する。そして歪み誤差分だけ電力増幅の際に供給する電圧を調整して、高域成分が除去されたオーディオ信号の出力インピーダンスを低減させるようにしたことにより、間接的に、電力増幅されかつ高域成分が除去されたオーディオ信号をあたかもアナログ信号のように負帰還制御することができ、かくしてリアルタイムで音質を格段と向上し得るＰＷＭパワーアンプの制御方法を実現できる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態によるＰＷＭパワーアンプの構成
図３との対応部分に同一符号を付して示す図１において、１０は本実施の形態によるＰＷＭパワーアンプを示し、図３に示すＰＷＭパワーアンプ１とは、プロセッサ３の出力段と一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの後段との間に、当該各ローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力インピーダンスを負帰還制御により低減させるための歪み検出回路１１が設けられると共に、当該歪み検出回路１１の検出結果に応じてパワー出力部５に供給する電圧を調整するための帰還制御用電源部１２が設けられていることを除いて、上述したＰＷＭパワーアンプ１と同様に構成されている。

まずこのＰＷＭパワーアンプ１０では、入力されるディジタルオーディオ信号でなるＰＷＭ信号Ｓ１がフォーマット変換部を介して所定のフォーマットに変換された後、プロセッサ３に供給される。プロセッサ３は、ＰＷＭ信号Ｓ１を正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂに分割した後、それぞれパワー出力部５に供給する。

パワー出力部５は、ＢＴＬ接続構成でなり、プロセッサ３から供給される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂを、電源部６から供給されるＤＣ電圧により電力増幅した後、コイル及びコンデンサからなる一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂをそれぞれ介して高域成分を除去してスピーカ８に供給する。

ここで帰還制御用電源部１２は、外部の家庭用電源（図示せず）から電源部６において変換されたＤＣ電圧が供給されると共に、ユーザの操作に応じて調整されたボリューム値に基づいて、パワー出力部５に供給するＤＣ電圧の電圧レベルを調整する。

この歪み検出回路１１は、プロセッサ３から出力される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂの信号電圧の差分をとるローパスフィルタ機能をもつ第１のオペアンプ１３と、一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力の差分をとるローパスフィルタ機能をもつ第２のオペアンプ１４と、第１及び第２のオペアンプ１３、１４の出力を比較するための比較回路でなる第３のオペアンプ１５とを有する。

このうち第１のオペアンプ１３は、一入力端及び他入力端がプロセッサ３及びパワー出力部５間の各接続中点とそれぞれ接続されると共に、出力端が第３のオペアンプ１５の一入力端に接続されている。

また第２のオペアンプ１４は、一入力端及び他入力端が一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力端とそれぞれ第１の抵抗Ｒ_７Ａ１、Ｒ_７Ｂ１を介して接続され、さらに一入力端及び他入力端とこれに対応する各抵抗との間の接続中点Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂは、それぞれ第２の抵抗ＲＲ_７Ａ２、Ｒ_７Ｂ２を介してアース接地されている。これら第１及び第２の抵抗Ｒ_７Ａ１、Ｒ_７Ｂ１、Ｒ_７Ａ２、Ｒ_７Ｂ２は、パワー出力部５において増幅された正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂを当該増幅分だけそれぞれ分圧するようになされている。

さらに第３のオペアンプ１５は、一入力端が第１のオペアンプ１３の出力端に接続されると共に、他入力端が第２のオペアンプ１４の出力端に接続され、当該第３のオペアンプ１５の出力端が帰還制御用電源部１２に接続されている。

実際にこの歪み検出回路１１では、第３のオペアンプ１５において、第１のオペアンプ１３から出力されるプロセッサ３から出力される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂの信号電圧の差分と、第２のオペアンプ１４から出力される一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力の差分とを比較した後、当該比較結果を誤差信号Ｓ１１として帰還制御用電源部１２に供給する。

この帰還制御用電源部１２は、第３のオペアンプ１５から供給される誤差信号Ｓ１１に基づいて、パワー出力部５に供給する電圧をフィードバック的に調整することにより、当該パワー出力部５の出力ゲインを変化させる。

ここで帰還制御用電源部１２は、図２に示すように、電源部６から供給されるＤＣ電圧のうちＡＣ成分を取り除くための平滑回路２０と、第３のオペアンプ１５からの誤差信号Ｓ１１とを受けてパワー出力部５に電圧を供給するための平滑及び制御回路２１とが、電源トランス２２及びフォトセンサ２３を介して相互に接続されて構成されている。

この平滑及び制御回路２１において、誤差信号Ｓ１１が供給されると、その内部回路の時定数を小さくすることができ、この結果、その分だけ電源部６から供給されるＤＣ電圧を調整した電圧をパワー出力部５に早く供給することができる。

このようにＰＷＭパワーアンプ１０では、ディジタルオーディオ信号でなるＰＷＭ信号Ｓ１を家庭用電源から供給される電源電圧に基づいて増幅した後、歪み検出回路１１による負帰還制御に基づいて、パワー出力部５の出力段に設けられた一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力インピーダンスを低減させることにより、スピーカ８に対して歪み及びＳ／Ｎを低減した電力を供給することができる。

（２）本実施の形態による動作及び効果
以上の構成において、このＰＷＭパワーアンプ１０では、オーディオ信号でなるＰＷＭ信号Ｓ１をプロセッサ３において正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂに分割した後、パワー出力部５を介して電源部６から供給される電源電圧に基づいて増幅するようにして、スピーカ８に対して電力を供給する。

その際、歪み検出回路１１は、パワー出力部５の出力段に設けられた一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂから出力される増幅された正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂと、プロセッサ３から出力される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂとの信号電圧の誤差を検出する。そして帰還制御用電源部１２は、歪み検出回路１１の検出結果に基づいて、電源部６から供給される電圧を誤差分だけ変化させた後、パワー出力部５に供給する。

この結果、パワー出力部５から出力される電力増幅後の正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂが非常に大電流であるため、当該パワー出力部５の出力段に設けられた一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂのインピーダンスが大きくなるが、パワー出力部５の出力電圧を変化させた分だけ当該インピーダンスを低減することができ、スピーカ８に供給される電力に生じる歪み及びＳ／Ｎを低減させることができる。

このようにＰＷＭパワーアンプ１０では、歪み検出回路１１の検出結果に応じて、帰還制御用電源部１２がパワー出力部５に供給する電圧を制御することにより、間接的に、パワー出力部５から一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂを介して出力される正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂをあたかもアナログ信号のように負帰還制御することができる。

以上の構成によれば、このＰＷＭパワーアンプ１０において、歪み検出回路１１がパワー出力部５の出力段に設けられた一対のローパスフィルタ７Ａ、７Ｂから出力される増幅された正側信号Ｓ２Ａ及び負側信号Ｓ２Ｂに生じた歪み誤差を検出した後、帰還制御用電源部１２が電源部６から供給される電源電圧を負帰還制御するようにして、その歪み誤差分だけパワー出力部５に供給する電圧を低減させるようにしたことにより、各ローパスフィルタ７Ａ、７Ｂの出力インピーダンスを低減した分だけスピーカ８に供給される電力に歪み及びＳ／Ｎが生じるのを未然に防止することができ、かくしてリアルタイムで音質を格段と向上し得るＰＷＭパワーアンプ１０を実現できる。

（３）他の実施の形態
なお上述のように本実施の形態においては、本発明を図１に示すようなＰＷＭパワーアンプ１０に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、入力されるオーディオ信号（ＰＷＭ信号Ｓ１）を電力増幅してスピーカ８に供給するものであれば、これ以外にも種々の構成からなるＰＷＭパワーアンプに広く適用することができる。

また上述のように本実施の形態においては、オーディオ信号をＰＷＭ電力増幅する電力増幅手段を、ＢＴＬ接続構成のパワー出力部５から構成すると共に、当該パワー出力部（電力増幅手段）５から出力されたＰＷＭパワーアンプディオ信号に含まれる高域成分を除去するフィルタ手段を、コイルＬ_７Ａ、Ｌ_７Ｂ及びコンデンサＣ_７Ａ、Ｃ_７Ｂからなるローパスフィルタ７Ａ、７Ｂから構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成からなる電力増幅手段及びフィルタ手段に広く適用するようにしても良い。

さらに上述のように本実施の形態においては、パワー出力部（電力増幅手段）５に入力される直前のオーディオ信号に基づいて、ローパスフィルタ（フィルタ手段）７Ａ、７Ｂから出力されるオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出する歪み検出手段を、図１に示すように電力増幅分だけ減圧する第１及び第２の抵抗（減圧手段）Ｒ_７Ａ１、Ｒ_７Ｂ１、Ｒ_７Ａ２、Ｒ_７Ｂ２と、プロセッサ３の出力とローパスフィルタ（フィルタ手段）７Ａ、７Ｂの出力との差分を検出する第３のオペアンプ（差分検出手段）１５とから構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成からなる歪み検出手段に広く適用するようにしても良い。

さらに上述のように本実施の形態においては、歪み検出回路（歪み検出手段）１１により検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する電圧調整手段を、帰還制御用電源部１２及び電源部６から構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、歪み誤差分だけパワー出力部（電力増幅手段）５に供給する電圧を調整することができれば、帰還制御用電源部１２の機能を含む単一構成でなる高速制御型の電源部（図示せず）を用いるようにしても良い。

ＰＷＭパワーアンプ及びその制御方法において、ＣＤプレーヤ等のオーディオ機器や携帯電話機などに搭載するＰＷＭパワーアンプに適用することができる。

本実施の形態によるＰＷＭパワーアンプの構成を示すブロック図である。図１に示す帰還制御用電源部の詳細構成を示すブロック図である。従来のＰＷＭパワーアンプの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１、１０……ＰＷＭパワーアンプ、２……フォーマット変換部、３……プロセッサ、５……パワー出力部、６……電源部、７Ａ、７Ｂ……ローパスフィルタ、８……スピーカ、１１……歪み検出回路、１２……帰還制御用電源部、１３〜１５……第１〜第３のアンプ。

Claims

入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプにおいて、
上記オーディオ信号を電力増幅する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段から出力された上記オーディオ信号に含まれる高域成分を除去するフィルタ手段と、
上記電力増幅手段に入力される直前の上記オーディオ信号に基づいて、上記フィルタ手段から出力される上記オーディオ信号に生じた歪み誤差を検出する歪み検出手段と、
上記歪み検出手段により検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する電圧調整手段と
を具え、
上記電圧調整手段は、上記歪み誤差分だけ上記電力増幅手段に供給する電圧を調整して、上記フィルタ手段の出力インピーダンスを低減させる
ことを特徴とするＰＷＭパワーアンプ。
上記歪み検出手段は、
上記フィルタ手段から出力される上記オーディオ信号の信号電圧を上記電力増幅分だけ減圧する減圧手段と、
上記電力増幅手段に入力される直前の上記オーディオ信号と、上記フィルタ手段から上記減圧手段を介して得られる上記オーディオ信号との差分を検出する差分検出手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載のＰＷＭパワーアンプ。
入力されるオーディオ信号をＰＷＭ電力増幅してスピーカに供給するＰＷＭパワーアンプの制御方法において、
上記オーディオ信号を電力増幅する第１のステップと、
上記電力増幅されたオーディオ信号に含まれる高域成分を除去する第２のステップと、
上記電力増幅される直前の上記オーディオ信号に基づいて、上記高域成分が除去されたオーディオ信号に生じた歪み誤差を検出する第３のステップと、
上記検出された歪み誤差に応じて、外部電源から供給される電圧を調整する第４のステップと、
上記歪み誤差分だけ上記電力増幅の際に供給する電圧を調整して、上記高域成分が除去されたオーディオ信号の出力インピーダンスを低減させる第５のステップと
を具えることを特徴とするＰＷＭパワーアンプの制御方法。
上記第３のステップでは、
上記高域成分が除去されたオーディオ信号の信号電圧を上記電力増幅分だけ減圧した後、上記電力増幅される直前の上記オーディオ信号と、上記高域成分が除去されたオーディオ信号との差分を検出する
ことを特徴とする請求項３に記載のＰＷＭパワーアンプの制御方法。