特開 2022-140946 デジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022140946

(43)【公開日】2022-09-29

(54)【発明の名称】デジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/52 20060101AFI20220921BHJP

   H03F 3/38 20060101ALI20220921BHJP

   H03F 3/217 20060101ALI20220921BHJP

   H03F 3/68 20060101ALI20220921BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

H03F1/52

H03F3/38

H03F3/217

H03F3/68 220

H04R3/00 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021041040

(22)【出願日】2021-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】猪狩 俊文

【テーマコード（参考）】

5D220

5J500

【Ｆターム（参考）】

5D220AA50

5J500AA01

5J500AA21

5J500AA27

5J500AA41

5J500AA66

5J500AC56

5J500AF17

5J500AK01

5J500AK26

5J500AK32

5J500AK42

5J500AK46

5J500AK53

5J500AK55

5J500AK62

5J500AM13

5J500AS05

5J500AT02

5J500AT06

5J500MV06

5J500MV11

5J500MV18

5J500MV20

5J500PF02

5J500PF05

5J500PG01

5J500WU01

(57)【要約】

【課題】高周波帯域で流れる異常電流を抑制して異常電流による不具合の発生を低減させることができるデジタルパワーアンプを提供する。
【解決手段】オペアンプ１２は、反転入力端子に入力される第１のオーディオ信号と電力増幅部１４の出力の帰還信号との和を積分した信号を出力する。パルス幅変調部１３は、オペアンプ１２の出力をパルス幅変調することによってＰＷＭ信号を生成する。復調部１５は、ＰＷＭ信号を復調して、オーディオ信号帯域とオーディオ信号帯域を超えるＰＷＭ信号の高周波帯域とを含み、スピーカ５０ａに供給される第２のオーディオ信号Ｓｏｕｔを生成する。ハイパスフィルタ２５は、第２のオーディオ信号の電流におけるオーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去する。電流帰還回路２６は、低周波成分が除去された第２のオーディオ信号の電流成分を、第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号が入力されるオペアンプと、
前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調信号の電力を増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還する帰還回路と、
を備え、
前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、
前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、
前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成する復調部と、
前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去するハイパスフィルタと、
前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する第１の電流帰還回路と、
をさらに備えるデジタルパワーアンプ。

【請求項2】

前記第２のオーディオ信号の電圧における前記高周波帯域を含む高周波成分を除去する第１のローパスフィルタと、
前記高周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電圧成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する電圧帰還回路と、
前記第２のオーディオ信号の電流における前記高周波帯域を含む高周波成分を除去する第２のローパスフィルタと、
前記高周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する第２の電流帰還回路と、
をさらに備え、
前記第１の電流帰還回路における電流帰還量は、前記第２の電流帰還回路における電流帰還量よりも大きい
請求項１に記載のデジタルパワーアンプ。

【請求項3】

複数のデジタルパワーアンプが並列に接続され、並列に接続された前記複数のデジタルパワーアンプに少なくとも１つのスピーカが接続され、
各デジタルパワーアンプは、
反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号が入力されるオペアンプと、
前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調信号の電力を増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還する帰還回路と、
を備え、
前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、
前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、
前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、前記スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成する復調部と、
前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去するハイパスフィルタと、
前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する電流帰還回路と、
をさらに備えるスピーカ駆動システム。

【請求項4】

オペアンプの反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号を入力し、
パルス幅変調部が、前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成し、
電力増幅部が前記パルス幅変調信号の電力を増幅し、
帰還回路が前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還し、
前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、
前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、
復調部が前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成し、
電流検出回路が前記第２のオーディオ信号の電流を検出し、
ハイパスフィルタが前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去し、
電流帰還回路が、前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する
スピーカ駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、デジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載されているように、パルス幅変調部（ＰＷＭ変調部）を備えるデジタルパワーアンプは、入力されたアナログのオーディオ信号をデジタルのＰＷＭ信号に変調して増幅した後に、アナログのオーディオ信号に復調してスピーカを駆動する。一例として、オーディオ信号を複数のスピーカに供給して所定の音声を出力する放送設備においては、並列接続された複数のデジタルパワーアンプによって並列接続された複数のスピーカを駆動することがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－７２８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のデジタルパワーアンプが並列接続されているとき、各デジタルパワーアンプの電圧利得が同じでないと、複数のデジタルパワーアンプ間に異常電流が流れる。特許文献１においては、増幅されたオーディオ信号におけるオーディオ信号帯域を含む低周波成分の電圧及び電流をそれぞれ帰還する電圧帰還回路及び電流帰還回路を設けることにより異常電流が流れることを防止している。

【0005】

ところが、特許文献１に記載されている構成で異常電流が流れることを防止できるのは、オーディオ信号帯域における異常電流のみである。本発明者による検証によって、並列接続されている複数のデジタルパワーアンプ間にオーディオ信号帯域を超える高周波帯域で異常電流が流れ、高周波帯域で流れる異常電流が各種の不具合を招くおそれがあることが明らかとなった。

【0006】

本発明は、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域で流れる異常電流を抑制して、高周波帯域で流れる異常電流による不具合の発生を低減させることができるデジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号が入力されるオペアンプと、前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調信号の電力を増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還する帰還回路とを備え、前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成する復調部と、前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する第１の電流帰還回路とをさらに備えるデジタルパワーアンプを提供する。

【0008】

本発明は、複数のデジタルパワーアンプが並列に接続され、並列に接続された前記複数のデジタルパワーアンプに少なくとも１つのスピーカが接続され、各デジタルパワーアンプは、反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号が入力されるオペアンプと、前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調部と、前記パルス幅変調信号の電力を増幅する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還する帰還回路とを備え、前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、前記スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成する復調部と、前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還する電流帰還回路とをさらに備えるスピーカ駆動システムを提供する。

【0009】

本発明は、オペアンプの反転入力端子にアナログの第１のオーディオ信号を入力し、パルス幅変調部が、前記オペアンプの出力に基づいてパルス幅変調信号を生成し、電力増幅部が前記パルス幅変調信号の電力を増幅し、帰還回路が前記電力増幅部の出力を前記反転入力端子へと帰還し、前記オペアンプは、前記帰還回路による帰還信号を前記反転入力端子へと帰還することによって自励発振動作を行い、前記オペアンプが前記第１のオーディオ信号と前記帰還信号との和を積分した信号を前記パルス幅変調部がパルス幅変調することによって、前記パルス幅変調部は自励発振動作を行うパルス幅変調信号を生成し、復調部が前記電力増幅部より出力されるパルス幅変調信号を復調して、オーディオ信号帯域と前記オーディオ信号帯域を超えるパルス幅変調信号の高周波帯域とを含み、スピーカに供給されるアナログの第２のオーディオ信号を生成し、電流検出回路が前記第２のオーディオ信号の電流を検出し、ハイパスフィルタが前記第２のオーディオ信号の電流における前記オーディオ信号帯域を含む低周波成分を除去し、電流帰還回路が、前記低周波成分が除去された前記第２のオーディオ信号の電流成分を、前記第１のオーディオ信号に加算するよう帰還するスピーカ駆動方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明のデジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法によれば、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域で流れる異常電流を抑制して、高周波帯域で流れる異常電流による不具合の発生を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態のデジタルパワーアンプ及びスピーカ駆動システムを示すブロック図である。

【図2】図１に示すパルス幅変調部１３がＰＷＭ信号を生成するときのデューティ比と自励周波数との関係を示す特性図である。

【図3】図１に示す電圧帰還回路２２の電圧帰還量β０と電流帰還回路２４の電流帰還量β１ａとを変化させたときの、デジタルパワーアンプ１００の出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの関係を示す特性図である。

【図4】図１に示すデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の第１の例とそのときの異常電流を示す波形図である。

【図5】図１に示すデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の第２の例とそのときの異常電流を示す波形図である。

【図6】図１において仮に高周波帯域において電圧帰還量β０ｂで電圧を帰還する電圧帰還回路を設けて、電圧帰還量β０ｂと電流帰還回路２６の電流帰還量β１ｂとを変化させたときの、デジタルパワーアンプ１００の出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの関係を示す特性図である。

【図7】デジタルパワーアンプ１００の出力電流成分と、電流帰還回路２４及び２６の出力電流成分の周波数帯域を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、一実施形態のデジタルパワーアンプ、スピーカ駆動システム、及びスピーカ駆動方法について、添付図面を参照して説明する。

【0013】

図１において、２台のデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが並列接続されており、デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂにはスピーカ５０ａが接続されている。デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂを含む任意のデジタルパワーアンプをデジタルパワーアンプ１００と称することとする。３台以上のデジタルパワーアンプ１００が並列接続されていてもよい。並列接続された複数のデジタルパワーアンプ１００はスピーカ駆動システムを構成する。

【0014】

図１ではデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂに１つのスピーカ５０ａのみが接続されているが、スピーカ５０ａと並列にスピーカ５０ｂが接続されていてもよい。スピーカ５０ａ及び５０ｂを含む任意のスピーカをスピーカ５０と称することとする。デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂに３つ以上のスピーカ５０が並列接続されていてもよい。

【0015】

図１に示すデジタルパワーアンプ１００はいわゆるハイインピーダンスアンプである。スピーカ５０の個数に応じて、必要台数の複数のデジタルパワーアンプ１００が並列接続されていればよい。並列接続された複数のデジタルパワーアンプ１００に少なくとも１つのスピーカ５０が接続されていればよい。

【0016】

デジタルパワーアンプ１００ｂの構成及び動作は、デジタルパワーアンプ１００ａの構成及び動作と同じである。代表して、デジタルパワーアンプ１００ａの構成及び動作を説明する。

【0017】

図１に示すように、デジタルパワーアンプ１００ａは、加算器１１、オペアンプ１２、帰還回路１７、パルス幅変調部１３（以下、ＰＷＭ変調部１３）、電力増幅部１４、復調部１５、電流検出回路１６、及び電源回路３０を備える。また、デジタルパワーアンプ１００ａは、ローパスフィルタ２１（以下、ＬＰＦ２１）、電圧帰還回路２２、ローパスフィルタ２３（以下、ＬＰＦ２３）、電流帰還回路２４、ハイパスフィルタ２５（以下、ＨＰＦ２５）、及び電流帰還回路２６を備える。

【0018】

ＬＰＦ２１は第１のローパスフィルタであり、ＬＰＦ２３は第２のローパスフィルタである。電流帰還回路２６は第１の電流帰還回路であり、電流帰還回路２４は第２の電流帰還回路である。

【0019】

電源回路３０は、図示していない商用電源に接続されており、オペアンプ１２、ＰＷＭ変調部１３、電力増幅部１４、及び電流検出回路１６に電力を供給する。

【0020】

アナログのオーディオ信号Ｓｉｎ（第１のオーディオ信号）は、加算器１１に入力される。加算器１１は、後述する電圧帰還回路２２による電圧帰還信号と、電流帰還回路２４及び２６による電流帰還信号とを加算して、オペアンプ１２の反転入力端子に供給する。オペアンプ１２の非反転入力端子は接地されている。ＰＷＭ変調部１３は、オペアンプ１２より出力されるアナログ信号の振幅に応じたデューティ比を有するデジタルのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成して出力する。ＰＷＭ変調部１３は、ＰＷＭ信号を電力増幅部１４に供給する。

【0021】

オペアンプ１２は積分回路を構成する。電力増幅部１４の出力を帰還回路１７によってオペアンプ１２の反転入力端子へと帰還することによって、オペアンプ１２は自励発振動作を行う。オペアンプ１２が、反転入力端子に入力されるオーディオ信号Ｓｉｎと、電力増幅部１４の出力を帰還回路１７によって反転入力端子へと帰還した帰還信号との和を積分した信号をＰＷＭ変調部１３がパルス幅変調することによって、ＰＷＭ変調部１３は自励発振動作を行うＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ変調部１３は、電源回路３０から電力が供給されている限り、加算器１１にオーディオ信号Ｓｉｎが入力されていなくても、スピーカ５０が接続されていなくても、ＰＷＭ信号を生成する。

【0022】

ＰＷＭ変調部１３は、オペアンプ１２からアナログ信号が入力されないとき、即ち、アナログ信号の振幅がゼロであるとき、デューティ比５０％のＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ変調部１３は、入力されるアナログ信号の振幅の増減に応じて、デューティ比５０％から増減したデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。一例として図２に示すように、自励発振型ＰＷＭ変調部１３は、デューティ比に応じた自励周波数のＰＷＭ信号を生成する。図２に示す例では、自励周波数は１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲で変化する。

【0023】

図１に戻り、電力増幅部１４は、ＰＷＭ変調部１３より供給されるＰＷＭ信号の電力を増幅して復調部１５に供給する。復調部１５は、インダクタＬ及びコンデンサＣを有するローパスフィルタ（ＬＰＦ）を有する。インダクタＬは電力増幅部１４と電流検出回路１６との間に直列に接続されており、コンデンサＣは、一方の端子がインダクタＬの出力段に接続され、他方の端子が接地されている。復調部１５は、入力されたデジタル信号の高周波成分を除去してアナログ信号に復調する。

【0024】

復調部１５より出力されたアナログ信号は電流検出回路１６を介して、アナログのオーディオ信号Ｓｏｕｔ（第２のオーディオ信号）としてスピーカ５０ａに供給される。このように、デジタルパワーアンプ１００ａは、入力されるアナログのオーディオ信号Ｓｉｎを一旦デジタルのＰＷＭ信号に変換した上で増幅し、アナログのオーディオ信号Ｓｏｕｔに復調してスピーカ５０ａを駆動する。後述するように、オーディオ信号Ｓｏｕｔは、オーディオ信号帯域と復調部１５にて除去しきれなかったオーディオ信号帯域を超えるＰＷＭ信号の高周波帯域とを含む。

【0025】

デジタルパワーアンプ１００ａは、オーディオ性能を改善させたり、回路の安定性を向上させたりするために、電圧帰還回路２２及び電流帰還回路２４を備える。なお、オーディオ性能の改善とは、出力電圧の変動を抑えること、歪み率を低減させること、ノイズを低減させることのうちの少なくとも１つを含む。ＬＰＦ２１は、電流検出回路１６を通過した後のオーディオ信号Ｓｏｕｔの電圧の高周波成分を除去して電圧帰還回路２２に供給する。電圧帰還回路２２は、高周波成分が除去された電圧成分をオーディオ信号Ｓｉｎに加算するよう加算器１１へと帰還する。

【0026】

電流検出回路１６は、オーディオ信号Ｓｏｕｔの電流を検出する。ＬＰＦ２３は、電流検出回路１６が検出したオーディオ信号Ｓｏｕｔの電流の高周波成分を除去して電流帰還回路２４に供給する。電流帰還回路２４は、高周波成分が除去された電流成分をオーディオ信号Ｓｉｎに加算するよう加算器１１へと帰還する。

【0027】

電圧帰還回路２２による電圧帰還量をβ０、電流帰還回路２４による電流帰還量をβ１ａとする。デジタルパワーアンプ１００（１００ａ及び１００ｂ）の出力電流をＩｏ、出力電圧をＶｏとする。電圧帰還量β０と電流帰還量β１ａとを変化させると、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの関係は図３のように変化する。

【0028】

図３に示すように、電流帰還量β１ａを小さく（例えば０）、電圧帰還量β０を大きくして電圧帰還回路２２による電圧帰還を強く動作させると、出力電圧Ｖｏの変動がなくなり、オーディオ性能をより改善させることができる。このとき、デジタルパワーアンプ１００の並列接続動作の安定性は悪化する。電圧帰還量β０を小さく（例えば０）、電流帰還量β１ａを大きくして電流帰還回路２４による電流帰還を強く動作させると、出力電流Ｉｏの変動がなくなり、デジタルパワーアンプ１００の並列接続動作の安定性を向上させる。このとき、オーディオ性能の改善の程度は悪化する。

【0029】

このように、電圧帰還回路２２による電圧帰還の動作による効果と電流帰還回路２４による電流帰還の動作による効果とはトレードオフの関係となる。

【0030】

デジタルパワーアンプ１００ａとデジタルパワーアンプ１００ｂとの電圧利得が同じでなく、デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂの出力電圧Ｖｏが出力電圧Ｖｏ１及びＶｏ２であるとき、出力電流Ｉｏには出力電流変動幅ΔＩｏが生じる。すると、デジタルパワーアンプ１００ａとデジタルパワーアンプ１００ｂとの間には、オーディオ信号帯域において異常電流が流れる。出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとがなす傾きが大きいほど出力電流変動幅ΔＩｏを小さくすることができ、オーディオ信号帯域における異常電流を抑制することができるものの、オーディオ性能の改善の程度が悪化してしまう。

【0031】

そこで、図３に実線で示すように、電流帰還量β１ａ及び電圧帰還量β０を０を超える所定の値に設定して、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとがなす傾き（β１ａ／β０の比率）を適宜の傾き（適宜の比率）に設定するのがよい。デジタルパワーアンプ１００においては、オーディオ信号帯域における異常電流を極力抑制しながら、オーディオ性能の改善とデジタルパワーアンプ１００の並列接続動作の安定性の向上とを両立させるβ１ａ／β０の比率の最適値を設定している。

【0032】

ところが、本発明者による検証によって、オーディオ信号帯域における異常電流を抑制したとしても、並列接続されている複数のデジタルパワーアンプ１００間にオーディオ信号帯域を超える高周波帯域で異常電流が流れ、高周波帯域で流れる異常電流が各種の不具合を招くおそれがあることが明らかとなった。高周波帯域で流れる異常電流は、デジタルパワーアンプ１００によるオーディオ信号Ｓｉｎの増幅の効率を悪化させたり、オーディオ性能を悪化させたり、回路素子を発熱させて機器の低寿命化を招いたり、機器の破壊のおそれを増大させたりする不具合を招くことがある。

【0033】

図４において、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の第１の例を示している。デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の周期はいずれもｔ１であり、両者の周波数が一致している。しかしながら、デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の位相がずれている。

【0034】

この場合、デジタルパワーアンプ１００ａとデジタルパワーアンプ１００ｂとの間には、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域において図４の（ｃ）に示す異常電流が流れる。異常電流は周期ｔ１を有し、デジタルパワーアンプ１００ａからデジタルパワーアンプ１００ｂへと、デジタルパワーアンプ１００ｂからデジタルパワーアンプ１００ａへと交互に流れる。

【0035】

図５において、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の第２の例を示している。デジタルパワーアンプ１００ａが生成するＰＷＭ信号の周期はｔ１、デジタルパワーアンプ１００ｂが生成するＰＷＭ信号の周期はｔ２であり、両者の周波数が異なっている。

【0036】

この場合も、デジタルパワーアンプ１００ａとデジタルパワーアンプ１００ｂとの間には、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域において図５の（ｃ）に示す異常電流が流れる。異常電流は周期ｔ１と周期ｔ２とを交互に繰り返す周期を有し、デジタルパワーアンプ１００ａからデジタルパワーアンプ１００ｂへと、デジタルパワーアンプ１００ｂからデジタルパワーアンプ１００ａへと交互に流れる。

【0037】

このように、並列接続されているデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号に位相差または周波数差が存在すると、ＰＷＭ信号に由来する高周波帯域において並列接続されているデジタルパワーアンプ１００間に異常電流が流れる。その異常電流は、電源回路３０から電力が供給されている限り、加算器１１にオーディオ信号Ｓｉｎが入力されていなくても、スピーカ５０が接続されていなくても、並列接続されているデジタルパワーアンプ１００間に流れる。

【0038】

そこで、図１に示すように、デジタルパワーアンプ１００ａにおいては、ＰＷＭ信号に由来する高周波帯域における異常電流を抑制するための電流帰還回路２６を設けている。電流帰還回路２６による電流帰還量をβ１ｂとする。電流検出回路１６で検出されたオーディオ信号Ｓｏｕｔの電流は、ＨＰＦ２５によって低周波成分が除去されて電流帰還回路２６によって加算器１１へと帰還される。上記のようにＰＷＭ変調部１３が生成するＰＷＭ信号の周波数は１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの範囲であり、異常電流の周波数はＰＷＭ信号の周波数と同じである。ＨＰＦ２５は、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数帯域を通過させる。

【0039】

図１では高周波帯域における電圧を帰還する電圧帰還回路は存在しないが、仮に、高周波帯域において電圧帰還量β０ｂで電圧を帰還したとする。電圧帰還量β０ｂと電流帰還量β１ｂとを変化させると、出力電流Ｉｏと出力電圧Ｖｏとの関係は図３と同様に図６のように変化する。上記と同様に、電流帰還量β１ｂを大きくして電流帰還回路２６による電流帰還を強く動作させると、オーディオ性能の改善の程度を悪化させるが、デジタルパワーアンプ１００の並列接続動作の安定性を向上させることができる。

【0040】

ところが、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域においてはオーディオ信号が存在しないから、オーディオ性能の改善の程度の悪化を考える必要はない。即ち、図６に実線で示すように、電流帰還回路２６による電流帰還量β１ｂを大きくして、並列接続動作の安定性を向上させることだけを考えればよい。そこで、電流帰還回路２６は電流帰還量β１ｂを大きくして電流帰還を強く動作させる。電流帰還回路２６における電流帰還量β１ｂは、電流帰還回路２４における電流帰還量β１ａよりも大きい。

【0041】

並列接続されているデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号に位相差または周波数差が存在し、デジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂの出力電圧Ｖｏが出力電圧Ｖｏ１及びＶｏ２であるとする。このとき、高周波帯域における電流帰還を強く動作させれば、図６に示すように出力電流変動幅ΔＩｏを小さくすることができる。よって、高周波帯域における異常電流を抑制することができる。

【0042】

図７を用いて、デジタルパワーアンプ１００の動作を説明する。図７の（ａ）に示すように、デジタルパワーアンプ１００の出力電流Ｉｏは、例えば２０Ｈｚ～２０ｋＨｚのオーディオ信号帯域のオーディオ信号電流成分と、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの異常電流成分とを含む。オーディオ信号電流成分はオーディオ信号帯域における異常電流を含むことがある。ＰＷＭ信号の電流成分も１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚに存在する。なお、ＰＷＭ信号の電流成分及び異常電流成分は、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの周波数帯域におけるいずれかの周波数に存在する。

【0043】

ＬＰＦ２３は高周波成分を除去して、２０Ｈｚ～２０ｋＨｚのオーディオ信号帯域を含む周波数帯域を電流帰還回路２４に供給する。よって、図７の（ｂ）に示すように、電流帰還回路２４はオーディオ信号電流成分を加算器１１へと帰還する。ＨＰＦ２５は低周波成分を除去して、１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚを含む周波数帯域を電流帰還回路２６に供給する。よって、図７の（ｃ）に示すように、電流帰還回路２６は１００ｋＨｚ～５００ｋＨｚの異常電流成分を加算器１１へと帰還する。

【0044】

電流帰還回路２６が異常電流成分を加算器１１へと帰還することによって、自励発振型ＰＷＭ変調方式のデジタルパワーアンプ１００ａ及び１００ｂが生成するＰＷＭ信号の位相のずれが解消され、周波数の不一致が解消されて、異常電流成分が抑制される。よって、デジタルパワーアンプ１００によれば、高周波帯域で流れる異常電流による不具合の発生を低減させることができる。

【0045】

電圧帰還回路２２及び電流帰還回路２４は、オーディオ性能の改善及び複数のデジタルパワーアンプ１００が並列接続されているときに各デジタルパワーアンプ１００の電圧利得が同じでないと発生するオーディオ信号帯域における異常電流を抑制している。オーディオ性能の改善を必要とせず、各デジタルパワーアンプ１００の電圧利得差が発生しないように電圧利得の調整及び管理が可能となる場合には、デジタルパワーアンプ１００は、ＬＰＦ２１、電圧帰還回路２２、ＬＰＦ２３、及び電流帰還回路２４を設けなくてもよい。即ち、デジタルパワーアンプ１００は、帰還回路として、ＨＰＦ２５及び電流帰還回路２６のみを備えてもよい。

【0046】

ところで、デジタルパワーアンプ１００の出力にトランスを設けて、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域の異常電流が並列接続されている複数のデジタルパワーアンプ１００間に流れないようにすることができる。この場合のトランスとしては、大型で高価な大電力用トランスを必要とする。よって、デジタルパワーアンプ１００が大電力用トランスを備えると、装置が大型化し、高価となってしまう。図１に示す本実施形態の構成によれば、装置が大型化することなく、安価に、オーディオ信号帯域を超える高周波帯域で流れる異常電流が並列接続されている複数のデジタルパワーアンプ１００間に流れないようにすることができる。

【0047】

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

【符号の説明】

【0048】

１１ 加算器
１２ オペアンプ
１３ パルス幅変調部（ＰＷＭ変調部）
１４ 電力増幅部
１５ 復調部
１６ 電流検出回路
１７ 帰還回路
２１，２３ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２２ 電圧帰還回路
２４，２６ 電流帰還回路
５０ａ，５０ｂ スピーカ
１００ａ，１００ｂ デジタルパワーアンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】