JP2012209770A - 固定音発生装置及びスイッチング増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入直後にビープ音や警告音などのような固定音をスピーカで鳴らす際に電力消費を減少させることができ、また、異音を防止することができる固定音発生装置及びスイッチング増幅器を提供する。
【解決手段】オーディオ装置１１の内蔵マイコン１２から、オーディオ装置の操作時に操作者に操作状態を知らせるためにビープ音などのような固定音を発生させる指令信号Ｓ１が固定音制御部２に入力されると、固定音制御部及び固定音生成部４は固定音生成信号Ｓ８を生成し、電圧可変電源部６は信号Ｓ８の電圧成分を電力増幅段８の電源電圧に付加し、ＰＷＭ変調部３は、オーディオ信号の出力期間でオーディオ信号の値に応じたパルス幅のＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成するとともに、固定音発生期間で所定のパルス幅のＰＷＭ変調信号を生成し、電力増幅段８は、電源電圧をＰＷＭ変調信号でスイッチングすることによりオーディオ信号及び／又は固定音を電力増幅する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビープ音や警告音などのような固定音をスピーカで鳴らすためにその固定音を発生する固定音発生装置及びスイッチング増幅器に関し、特に、電源投入直後に固定音を発生する場合に好適な固定音発生装置及びスイッチング増幅器に関する。

従来、この種の固定音発生装置としては、オーディオアンプにおいて操作などに応答したビープ音を発生させるために、オーディオアンプにおいてスイッチング増幅される出力を平滑化してアナログ信号に変換するフィルタの出力側に、ハイレベルの電圧にプルアップされるパワー素子と抵抗を追加して接続するとともに、常時通電されている制御マイコン（あるいはＤＳＰ：Digital Signal Processor）がこのパワー素子を駆動して、ビープ音の元となる矩形波（あるいは三角波）を発生させ、オーディオ信号を音響化する電気機械変換素子（スピーカ）にその矩形波を与えて、ビープ音を発生させる技術があった（例えば下記の特許文献１参照）。

特開２００５−６２１５号公報（図１）

すなわち、この従来例では、通常再生とビープ音の再生とに共通の電気機械変換素子を使用するにあたって、電気機械変換素子の少なくとも１つの端子にパワー素子を追加して接続し、そのパワー素子に電源などのあらかじめ定める電圧を与えるようにし、ビープ音の元となる矩形波に応答して、供給電圧をオン／オフするパワー素子を、システム上常時通電されているマイコンなどの制御手段で駆動する。したがって、通常再生時に電気機械変換素子を駆動するパワー素子を制御するオーディオ信号源やバッファアンプが、電源投入直後で立ち上がっていなくてもビープ音を発生させることができ、電源投入時の確認用としてもビープ音を発生させることができる。

しかしながら、従来のビープ音を発生させる方法及び装置においては、以下の問題点がある。すなわち、特許文献１に記載の技術は、電源投入時の確認用としても、ビープ音の元となる矩形波に応答して、供給電圧をオン／オフするパワー素子を駆動するマイコンやＤＳＰは、システム上で常時に通電されていることが必要であるため、システム上の電力消費が増えるという問題がある。

また、特許文献１に記載の技術は、ビープ音の元となる矩形波に応答して、供給電圧をオン／オフするパワー素子から出力される信号は、直接あるいはローパスフィルタで平滑化されたアナログオーディオ信号に重畳された状態で電気機械変換素子に出力されるため、ボツ音などの異音が発生してしまう問題がある。なお、この異音を防止する手法として、上記のパワー素子などを平滑化フィルタの前段に追加して設けることが考えられるが、パワー素子を駆動するマイコンやＤＳＰは、システム上で常時に通電されていることが必要であるため、システム全体の電力消費が増えるという問題がある。

本発明は上記従来例の問題点に鑑み、電源投入直後にビープ音や警告音などのような固定音をスピーカで鳴らす際に電力消費を減少させることができ、また、異音を防止することができる固定音発生装置及びスイッチング増幅器を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、オーディオ信号を電力増幅する電力増幅手段と、
固定音発生用信号を所定期間、発生する固定音発生手段と、
前記固定音発生手段により発生された固定音発生用信号の電圧成分を前記電力増幅手段の電源電圧に付加する電源手段と、
前記オーディオ信号の出力期間に前記オーディオ信号に応じた駆動信号を前記電力増幅手段に印加するとともに、前記固定音の発生期間に前記固定音発生用の駆動信号を前記電力増幅手段に印加して前記電力増幅手段を駆動する駆動手段とを、
有する構成とした。

この構成により、電源投入直後のビープ音や警告音などのような固定音発生用信号の電圧成分を電力増幅部に印加するとともに、固定音の発生期間に、オーディオ信号の代わりに固定音発生用の駆動信号を電力増幅手段に印加して電力増幅手段を駆動するようにしたので、固定音発生のための構成を電源投入後に直に立ち上がる論理回路あるいはアナログ素子で構築できる。したがって、常時通電することなく、電源投入直後に固定音を発生することができる。また、不要な高周波成分を除去する平滑化フィルタは通常、電力増幅部の後段に設けられ、その出力がスピーカに出力されるため、電力増幅部で固定音を付加しても、異音を防止することができる。

本発明によれば、電源投入直後にビープ音や警告音などのような固定音をスピーカで鳴らす際に電力消費を減少させることができ、また、異音を防止することができる。

本発明の固定音発生装置の実施の形態１としてスイッチング増幅器を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるＰＷＭ変調部の構成と動作を説明するための回路図 本発明の実施の形態１におけるＰＷＭ変調部からＰＷＭ変調信号を生成する説明図 本発明の実施の形態１における固定音に従って電圧可変電源部の電源電圧制御を説明するためのブロック図 本発明の固定音発生装置の実施の形態２としてスイッチング増幅器のブロック図 本発明の実施の形態２におけるＰＷＭ変調部の構成と動作を説明するための図

（実施の形態１）
以下、本発明の固定音発生装置の実施の形態１としてのスイッチング増幅器１について、図１のブロック図を参照しながら説明する。図１において、本実施の形態１のスイッチング増幅器１の入力側はオーディオ装置１１に接続され、オーディオ装置１１は、ラインレベル程度のレベルの音声信号Ｓ７を出力端子Ｐ１を介して出力するとともに、操作時に操作者に操作状態を知らせるためにビープ音などのような固定音を発生させるための指令信号Ｓ１を内蔵のマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す）１２から出力端子Ｐ２を介して出力する。また、スイッチング増幅器１の出力端子Ｐ３は、スピーカなどのような電気機械変換素子１０に接続される。

スイッチング増幅器１は、例えばＤ級増幅オーディオアンプで構成され、オーディオ装置１１から出力された音声信号Ｓ７を電力増幅するとともに、オーディオ装置１１の内蔵マイコン１２から出力された指令信号Ｓ１に応答してビープ音などのような固定音発生用のサイン波（あるいは三角波）を発生して、これらの電力増幅後の音声信号とサイン波を重畳して出力端子Ｐ３を介して電気機械変換素子１０へ出力する。電気機械変換素子１０は、この電力増幅後の音声信号を音声に変換して放音するとともに、サイン波を固定音に電気音響変換して放音する。

また、スイッチング増幅器１とオーディオ装置１１は、それらを動作させるのに必要な電力を供給する直流電源（図示せず）に接続されている。ただし、各装置１、１１を動作させるのに必要な電源は直流電源に限定されることはなく、各装置の特性に合わせて適宜交流電源を用いてもよい。

スイッチング増幅器１は、固定音制御部２と、固定音生成部４と、電圧可変電源部６と、ＤＳＰなどにより構成される信号処理部５と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調部３と、ゲートドライバ部７と、電源電圧（及び固定音）を音声信号（及び／又は固定音駆動信号）に応じて電力増幅するスイッチング素子（例えばNch-MosFET）８ａ、８ｂなどにより構成される電力増幅段８と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）９を備えて構成される。ＰＷＭ変調部３は、音声信号の出力期間及び／又は固定音の発生期間でＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成して、これをゲートドライバ部７を介して電力増幅段８のスイッチング素子８ａ、８ｂのゲートに印加する。

以下、詳しく説明する。まず、オーディオ装置１１の内蔵マイコン１２から、オーディオ装置１１の操作時に操作者に操作状態を知らせるためにビープ音などのような固定音を発生させる指令信号Ｓ１が固定音制御部２に入力されると、固定音制御部２は、固定音生成部４に所定時間の固定音を生成させる固定音生成制御信号Ｓ３を出力するとともに、ＰＷＭ変調部３に固定音発生期間でハイ（Ｈ）アクティブとなるＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ２を出力する。ここで、制御信号Ｓ２及びＳ３の所定時間は、カウンタのようなタイマで制御することで実現できる。

固定音生成部４は、固定音制御部２からの所定時間の固定音生成制御信号Ｓ３が入力されると、固定音発生用の所定電圧振幅と所定周波数の固定音生成信号Ｓ８を生成して電圧可変電源部６へ送出する。ここで、固定音生成信号Ｓ８は、サイン波や三角波などでよい。固定音生成信号Ｓ８（すなわちサイン波や三角波）の所定周波数は、ＰＷＭ変調部３から出力されるＰＷＭ変調信号Ｓ４の周波数と電力増幅段８のスイッチング素子８ａ、８ｂの許容スイッチング周波数を考慮した上で設定する必要がある。

電圧可変電源部６は、固定音生成部４から入力された固定音生成信号Ｓ８に従って電力増幅段８への出力電源電圧を制御して、固定音生成信号Ｓ８の電圧成分を重畳された電源電圧（後述に詳細を説明）を電力増幅段８へ送出する。ここで、固定音生成信号Ｓ８の電圧成分を重畳された電源電圧が必ず、電力増幅段８のスイッチング素子８ａ、８ｂの耐えられる電圧許容範囲以内になるように、固定音生成信号Ｓ８の電圧振幅を設定する。

一方、信号処理部５はオーディオ装置１１から出力された入力音声信号Ｓ７を音響処理（例えばノイズシェーピング処理によるノイズ低減など）して、アナログ音声信号Ｓ５をＰＷＭ変調部３へ送出するとともに、アナログ音声信号Ｓ５の出力期間でＨアクティブとなるＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６をＰＷＭ変調部３へ送出する。ここで、信号処理部５は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）やマイクロコントローラなどによって実現され得るが、電源投入直後には直ぐに立ち上がらないものとする。

ＰＷＭ変調部３は、システムが起動して安定動作した後は、信号処理部５から入力されたＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６を用いて、ＰＷＭ変調ができる状態にセットアップし、信号処理部５から入力されたアナログ音声信号Ｓ５を変調してＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成し（後述に詳細を説明）、この得られた信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出する。ＰＷＭ変調部３はまた、スイッチング増幅器１（及びオーディオ装置１１）の電源投入直後に信号処理部５がまだ立ち上がっていない状態では、信号処理部５から音声信号Ｓ７もＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６も入力されないので、固定音制御部２から入力された所定時間の変調期間制御信号Ｓ２を信号Ｓ６の代わりに用いて、固定音駆動信号用のＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成し（後述に詳細を説明）、得られた信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出する。

ゲートドライバ部７は、ＰＷＭ変調部３から入力されたＰＷＭ変調信号Ｓ４にデッドタイムを挿入するとともに、電力増幅段８のハイサイド（＋Ｖdd）とローサイド（−Ｖdd）の高速スイッチング素子８ａ、８ｂを駆動できる程度にＰＷＭ変調信号Ｓ４の電位をシフトしたドライブ信号を作成して、電力増幅段８のスイッチング素子８ａ、８ｂのゲートに送出する。

電力増幅段８は、高電位電源側（＋Ｖdd）に配されて電圧可変電源部６から固定音の成分が重畳された正側電圧が供給されるハイサイド高速スイッチング素子８ａと、低電位電源側（−Ｖdd）に配されて電圧可変電源部６から固定音の成分が重畳された負側電圧が供給されるローサイド高速スイッチング素子８ｂとによるハーフブリッジ回路で構成される。

電力増幅段８は、ゲートドライバ部７から入力されたドライブ信号により、正側電圧（＋Ｖdd）と負側電圧（−Ｖdd）、さらには固定音の電圧成分とで決定される電圧振幅を高速スイッチングすることにより、電力増幅段８へ入力されたドライブ信号を電力増幅し、固定音の成分を重畳された増幅ＰＷＭ変調信号Ｓ９を得て、ＬＰＦ９へ送出する。ここで、電力増幅段８のドライブ信号、すなわちスイッチング素子８ａ、８ｂのゲート入力が０であればスイッチング素子８ａ、８ｂはスイッチングせず、固定音は発生しない。

ＬＰＦ９は、電力増幅段８から出力された増幅ＰＷＭ変調信号Ｓ９から不要な高周波成分を除去して復調された固定音が重畳された音声信号（システム安定動作した後の場合）あるいは固定音の信号（システムの電源投入直後の場合）を電気機械変換素子１０へ出力するフィルタであり、例えば、コイルＬやコンデンサＣなどの素子で構成される。

＜ＰＷＭ変調部３＞
次に、ＰＷＭ変調部３に関する詳細な内部構成と動作を図２と図３を参照しながらそれぞれ説明する。ＰＷＭ変調部３は、図２に示すようにＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１と、ＰＷＭ変調制御部３２と、コンパレータ３３と、三角波搬送波生成部３４を備えて構成されている。

ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１は、固定音制御部２から入力された所定時間のＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ２と、信号処理部５から入力された音声出力期間のＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６をＯＲ論理演算してどちらかの制御信号を選択し、ＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０としてＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。ここで、選択部３１は、制御信号Ｓ２と制御信号Ｓ６が同時に“Ｈ”制御信号の場合には音声出力期間の制御信号Ｓ６を選択し、両者がどちらか“Ｈ”制御信号の場合にはいずれかの“Ｈ”制御信号を選択することにより、ＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０としてＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。制御信号Ｓ２と制御信号Ｓ６が同時に“Ｌ”制御信号の場合、信号Ｓ１０として０（Ｖ）電圧を有する信号をＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。

ＰＷＭ変調制御部３２は、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１から入力されたＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０が示す期間で、コンパレータ３３の起動電圧Ｓ１１と、コンパレータ３３の正相入力端子（＋）の入力電圧信号Ｓ１２を設定する。ここで、ＰＷＭ変調制御部３２は、ＭＯＳ型のトランジスタ３２ａと、抵抗Ｒ３及び抵抗Ｒ４を備えて構成されている。トランジスタ３２ａは、オン抵抗が抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４に比べて無視できるレベルのものである、抵抗Ｒ３は抵抗Ｒ４と同じ値の抵抗である。トランジスタ３２ａのゲートにはＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０が印加され、また、その一端には電圧＋Ｖcc（Ｖ）の電源が印加され、その他端は抵抗Ｒ３の一端とコンパレータ３３の電源入力端子に接続されている。抵抗Ｒ３の他端は抵抗Ｒ４の一端とコンパレータ３３の正相入力端子（＋）に接続されている。抵抗Ｒ４の他端はＧＮＤ（グランド）に接続されている。

ＰＷＭ変調制御部３２では、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１からＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０が入力されると、トランジスタ３２ａがオンになり、電圧＋Ｖcc（Ｖ）の起動電圧Ｓ１１がコンパレータ３３へ送出されてコンパレータ３３が起動される。また、このとき、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧される電圧＋Ｖcc／２（Ｖ）の入力電圧信号Ｓ１２がコンパレータ３３の正相入力端子（＋）へ印加される。もしシステム安定化後に、信号処理部５からアナログ音声信号Ｓ５も入力されると、電圧＋Ｖcc／２にアナログ音声信号Ｓ５を重畳された入力電圧信号Ｓ１２（＝＋Ｖcc／２＋Ｓ５）がコンパレータ３３の正相入力端子へ送出される。ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１から０Ｖ電圧のＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０を入力された場合にはトランジスタ３２ａがオフになり、コンパレータ３３の起動電圧Ｓ１１と正相入力端子（＋）がグラウンドＧＮＤに接続され、これにより、コンパレータ３３は動作が停止される。

三角波搬送波生成部３４は、０（Ｖ）〜＋Ｖcc（Ｖ）の電圧振幅範囲であって所定周波数の三角波搬送波Ｓ１３を発生し、コンパレータ３３の逆相入力端子（−）に出力する。コンパレータ３３は、ＰＷＭ変調制御部３２から電圧＋Ｖcc（Ｖ）の起動電圧Ｓ１１が入力された場合には、正相入力端子（＋）に入力される信号Ｓ１２と逆相入力端子（−）に入力される搬送波Ｓ１３を比較し、Ｓ１２＞Ｓ１３となる期間でハイとなるＰＷＭ変調信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出する。

ここで、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１の動作状況により、下記のケース（１）（２）（３）におけるＰＷＭ変調部３に関する動作を、図３（ａ）（ｂ）を参照しながら説明する。
＜ケース１：電源投入直後＞
ケース１とは、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１の電源投入直後の場合であって、信号処理部５を除くスイッチング増幅器１（及びオーディオ装置１１）は安定動作していて、オーディオ装置１１は音声信号Ｓ７をスイッチング増幅器１に出力せず、かつオーディオ装置１１の操作によりオーディオ装置１１のマイコン１２から固定音を発生させる指令信号Ｓ１をスイッチング増幅器１に出力する場合である。

指令信号Ｓ１が固定音制御部２に入力されると、固定音制御部２から固定音発生時間でＨアクティブとなるＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ２がＰＷＭ変調部３に入力される。同時に、電源投入直後であるため、信号処理部５がまだ立ち上がってなく、あるいは音声信号Ｓ７が入力されていないので、信号処理部５からのＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６が“Ｌ”になるとともに、アナログ音声信号Ｓ５が“０”となり、この信号Ｓ６、Ｓ５がそれぞれ、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１とＰＷＭ変調制御部３２へ送出される。ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１は、“Ｈ”とする制御信号Ｓ２と“Ｌ”とする制御信号Ｓ６をＯＲ論理演算し、“Ｈ”とする制御信号Ｓ２を選択することにより、所定レベル電圧のＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ１０をＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。

ＰＷＭ変調制御部３２では、入力された所定レベル電圧の変調期間制御信号Ｓ１０によりトランジスタ３２ａがオンすることで、コンパレータ３３に起動電圧Ｓ１１（＝＋Ｖcc）が供給されてコンパレータ３３が起動されるとともに、アナログ音声信号Ｓ５が“０”として入力されるため、入力電圧信号Ｓ１２として図３（ａ−１）に示すように、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧される所定電圧＋Ｖcc／２（Ｖ）がコンパレータ３３の正相入力端子（＋）に印加される。コンパレータ３３は、正相入力端子（＋）に入力された入力電圧信号Ｓ１２（＝＋Ｖcc／２）と、逆相入力端子（−）に入力された０（Ｖ）〜＋Ｖcc（Ｖ）の電圧振幅範囲の三角波搬送波Ｓ１３を比較して、図３（ａ−２）に示すように＋Ｖcc／２＞Ｓ１３となる区間でハイとなる、デューティ比が固定（例えば５０％）のＰＷＭ変調信号Ｓ４を出力してゲートドライバ部７へ出力する。このため、電源投入直後において信号処理部５が音声信号Ｓ５及び変調期間制御信号Ｓ６を出力しなくても、ＰＷＭ変調信号Ｓ４を出力することができる。

＜ケース２：システム安定化後＞
ケース２とは、スイッチング増幅器１内の全ての回路（及びオーディオ装置１１）は安定動作し、オーディオ装置１１の操作の有無にかかわらず、オーディオ装置１１から音声信号Ｓ７をスイッチング増幅器１に出力する場合である。オーディオ装置１１から音声信号Ｓ７が信号処理部５に入力されると、信号処理部５はアナログ音声信号Ｓ５をＰＷＭ変調制御部３２に出力するとともに、“Ｈ”とする制御信号Ｓ６をＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１に出力するため、前述したように固定音制御部２からＰＷＭ変調部３に入力する所定時間の制御信号Ｓ２が“Ｈ”か“Ｌ”かにかかわらず、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１は、“Ｈ”とする制御信号Ｓ６を選択し、所定レベル電圧の制御信号Ｓ１０としてＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。

ＰＷＭ変調制御部３２では、入力された所定レベル電圧の制御信号Ｓ１０によりトランジスタ３２ａがオンすることで、コンパレータ３３に電源電圧＋Ｖcc（Ｖ）が供給されてコンパレータ３３が起動するともに、図３（ｂ−１）に示すように抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧される電圧＋Ｖcc／２（Ｖ）とアナログ音声信号Ｓ５が重畳された入力電圧信号Ｓ１２（＝＋Ｖcc／２＋Ｓ５）がコンパレータ３３の正相入力端子（＋）へ印加される。コンパレータ３３は、正相入力端子（＋）に入力された入力電圧信号Ｓ１２（＝＋Ｖcc／２＋Ｓ５）と、逆相入力端子（−）に入力された０（Ｖ）〜＋Ｖcc（Ｖ）の電圧振幅範囲の三角波搬送波Ｓ１３を比較して、図３（ｂ−２）に示すように（＋Ｖcc／２＋Ｓ５）＞Ｓ１３となる区間でハイとなるデューティ比が可変の、すなわちアナログ音声信号Ｓ５の成分を含むＰＷＭ変調信号Ｓ４を発生してゲートドライバ部７へ送出する。

＜ケース３：音声なしかつ固定音なし＞
ケース３とは、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１内の全ての回路は安定動作しているが、オーディオ装置１１の操作もないし、オーディオ装置１１から音声信号Ｓ７もスイッチング増幅器１に出力しない場合である。この場合、固定音制御部２から入力された所定時間の制御信号Ｓ２と、信号処理部５から入力するアナログ音声信号Ｓ５がともに“Ｌ”となってＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１に入力される。これにより、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１は０Ｖ電圧の信号Ｓ１０をＰＷＭ変調制御部３２へ送出する。

ＰＷＭ変調制御部３２では、０Ｖ電圧の信号Ｓ１０にてトランジスタ３２ａがオフすることで、コンパレータ３３に電源電圧として０（Ｖ）が供給される。これにより、コンパレータ３３は動作せずに、ＰＷＭ変調信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出しない。したがって、電力増幅段８では、電圧可変電源部６から電源電圧を供給されても、スイッチング素子８ａ、８ｂがオフしているため、電流が流れない。これにより、電力消費も低減できる。

＜電圧可変電源部６＞
次に、電圧可変電源部６に関する内部構成と動作を図４のブロック図を参照しながら説明する。電圧可変電源部６は、通常の出力電圧安定化を行う制御機能を設ける電源であればよい。ここで、図４は、電圧可変電源部６の出力電圧安定化を行う制御機能を設ける制御ループ部分の回路を一例として示す。以下に、固定音生成部４から入力された固定音生成信号Ｓ８に従い、電圧可変電源部６の出力電源電圧を制御する動作を説明する。

図４に示す制御ループ部分の回路は、基準電圧部６１と、電力増幅段８への出力電源電圧（Ｖdd）を検出する検出部６２と、電圧制御用アンプ６３を備えて構成されている。基準電圧部６１は、基準電圧を＋Ｖref（Ｖ）とする電源で構築され、前述したケース１とケース２において、基準電圧＋Ｖref（Ｖ）に固定音生成部４から入力された固定音生成信号Ｓ８の電圧成分を重畳することができる。これにより、基準電圧Ｖrefが式１に示す新基準電圧Ｖ‘ref（Ｖ）になり、新基準電圧Ｖ‘ref（Ｖ）が電圧制御用アンプ６３の＋入力端子に印加される。
Ｖ‘ref＝Ｖref＋（固定音生成信号Ｓ８の電圧成分）・・・（式１）

検出部６２は、直列接続された抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で構成されている。抵抗Ｒ１の一端には電圧可変電源部６の出力電源電圧＋Ｖdd（Ｖ）が印加され、他端には抵抗Ｒ２の一端が接続されている。抵抗Ｒ２の他端はＧＮＤ（グランド）に接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接点電圧ＶＦＢ（Ｖ）は、式２に示すように＋Ｖdd（Ｖ）を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧される電圧となり、電圧制御用アンプ６３の−入力端子に印加される。
ＶＦＢ＝＋Ｖdd×Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２)・・・（式２）

電圧制御用アンプ６３は、通常のオペアンプで構成され、式３のように接点電圧ＶＦＢと新基準電圧Ｖ‘refの差分電圧Ｖerr（Ｖ）を計算して、電圧可変電源部６の出力電圧（Ｖdd）を安定化する制御回路（不図示）に送出する。
Ｖerr＝Ｖ‘ref−ＶＦＢ
＝Ｖ‘ref−Ｖdd×Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２)・・・（式３）

電圧可変電源部６の通常動作制御としては、出力電圧安定化を行う制御回路は差分電圧Ｖerrが０になるように出力電源電圧＋Ｖddを調整する。すなわち、式４になるように出力電源電圧＋Ｖddを調整して、接点電圧ＶＦＢを基準電圧Ｖrefに追従させる。
Ｖref＝ＶＦＢ
＝Ｖdd×Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２)・・・（式４）

前述したケース１とケース２において、固定音生成部４から電圧可変電源部６に固定音生成信号Ｓ８を入力された場合、式１により、基準電圧Ｖrefは、新基準電圧Ｖ‘refになる。式４を式１に代入して、式５を導ける。
Ｖ‘ref＝Ｖref＋（固定音生成信号Ｓ８の電圧成分）
＝Ｖdd×Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２) ＋（固定音生成信号Ｓ８の電圧成分）
＝｛Ｖdd＋[（固定音生成信号Ｓ８の電圧成分）×(Ｒ１＋Ｒ２)／Ｒ２]｝
×Ｒ２／(Ｒ１＋Ｒ２) ・・・ (式５)

前述した電圧可変電源部６の通常動作制御により、電圧可変電源部６の出力電源電圧は新基準電圧Ｖ‘refに追従させるために、出力電源電圧はＶddをベースにして、[（固定音生成信号Ｓ８の電圧成分）×(Ｒ１＋Ｒ２)／Ｒ２]分を調整することが必要である。すなわち、電圧振幅が[(Ｒ１＋Ｒ２)／Ｒ２]倍とする固定音生成信号Ｓ８の成分が電圧可変電源部６の出力電源電圧に重畳される。

電圧可変電源部６は、固定音生成部４から入力された固定音生成信号Ｓ８により、電圧振幅を[ (Ｒ１＋Ｒ２)／Ｒ２］倍とする、固定音生成信号Ｓ８の電圧成分を重畳される出力電源電圧が電力増幅段８へ送出する。前述したケース１とケース２において、電力増幅段８は、ゲートドライバ部７から入力されたドライブ信号を、電圧可変電源部６から入力された固定音生成信号Ｓ８の成分が重畳される出力電源電圧で電力増幅し、電圧振幅に固定音生成信号Ｓ８の電圧成分が重畳される増幅ＰＷＭ信号Ｓ９を得て、ＬＰＦ９へ送出する。ＬＰＦ９は、電力増幅段８から出力された増幅ＰＷＭ信号Ｓ９から不要な高周波成分を除去して、ケース１における固定音生成信号Ｓ８のみの固定音を、あるいはケース２における固定音生成信Ｓ８の電圧成分が重畳された通常再生音声信号を電気機械変換素子１０へ送出し、電気機械変換素子１０は、その音声信号を音声に変換して放音する。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１によれば、電力増幅段８の電源電圧を可変とする電圧可変電源部６を用い、電圧可変電源部６の出力電圧にビープ音や警告音などの固定音生成信号Ｓ８の電圧成分を重畳することにより、電力増幅段８が増幅ＰＷＭ変調信号Ｓ９の電圧振幅にビープ音や警告音などの成分を重畳することができる。また、ビープ音や警告音などの固定音生成信号Ｓ８の電圧成分が重畳される増幅ＰＷＭ変調信号Ｓ９は、通常再生信号を平滑化するＬＰＦ９を経由して電気機械変換素子１０で再生されるので、すなわち固定音生成信号Ｓ８がＬＰＦ９の前段で付加されるので、従来技術のようなボツ音が発生するという問題を解消することができる。

ここで、信号処理部５を除いて、固定音制御部２、固定音生成部４、電圧可変電源部６と、ＰＷＭ変調部３は、論理回路あるいはアナログ素子で構築できるため、システム電源を投入する直後で前記の回路が直に立ち上がるので、信号処理部５が立ち上がっていなくてもビープ音や警告音などの固定音生成信号（Ｓ８）を発生させることができ、電源投入時の確認用としてもビープ音や警告音などの固定音生成信号（Ｓ８）を発生させることができる。したがって、従来技術のような常時通電されている制御マイコンが必要なく、システム上の電力消費が増えるという問題を解消することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２におけるスイッチング増幅器１ａについて、図５のブロック図を参照しながら説明する。ただし、以下の説明においては、本発明の実施の形態１に示す図１のスイッチング増幅器１と異なる点についてのみ説明するものとし、同様の構成部分については、同じ参照符号を付してその説明を省略する。図５において、本実施の形態２のスイッチング増幅器１ａは、信号処理部５ａとＰＷＭ変調部３ａを含む構成となっている点が、実施の形態１におけるスイッチング増幅器１の構成とは異なる。

信号処理部５ａは、オーディオ装置１１から出力された音声信号をスイッチング増幅器１ａの入力音声信号Ｓ７として音響処理（例えばノイズシェーピング処理によるノイズ低減など）して、デジタル音声信号Ｓ５ａをＰＷＭ変調部３ａへ送出するとともに、ＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６をＰＷＭ変調部３ａへ送出する。ここで、デジタル音声信号Ｓ５ａは、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation）などのパルス変調信号を指す。ＰＷＭ変調部３ａは、まずシステムが起動して安定動作した後は、信号処理部５ａから入力されたＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６を用いてＰＷＭ変調ができる状態にセットアップし、信号処理部５ａから入力されたデジタル音声信号Ｓ５ａを変調してＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成し、得られた信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出する。

ＰＷＭ変調部３ａはまた、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１ａの電源投入直後では、信号処理部５ａがまだ立ち上がっていないので、固定音制御部２から入力された所定時間の制御信号Ｓ２を用いて、デューティ比固定（例えば５０％）のＰＷＭ変調信号Ｓ４に生成して、得られた信号Ｓ４をゲートドライバ部７へ送出する。

＜ＰＷＭ変調部３ａ＞
ＰＷＭ変調部３ａに関する詳細な内部構成と動作を図６のブロック図を参照しながら説明する。ＰＷＭ変調部３ａは、図６に示すようにＰＷＭ変調期間制御信号選択部３ａ１とＰＷＭ変調器３ａ２を備えて構成されている。ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３ａ１は、本発明の実施の形態１におけるＰＷＭ変調期間制御信号選択部３１と同様に動作する。すなわち、固定音制御部２から入力された所定時間のＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ２と、信号処理部５ａから入力されたＰＷＭ変調期間制御信号Ｓ６とのＯＲ論理演算でどちらの制御信号を選択し、制御信号Ｓ３１としてＰＷＭ変調器３ａ２へ送出する。

ここで、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３ａ１は、制御信号Ｓ２と制御信号Ｓ６が同時に“Ｈ”制御信号となる場合には制御信号Ｓ６を選択し、両者のどちらかが“Ｈ”制御信号とする場合にはどちらか一方の“Ｈ”制御信号を選択することにより、制御信号Ｓ３１として“Ｈ”制御信号をＰＷＭ変調器３ａ２へ送出する。制御信号Ｓ２と制御信号Ｓ６が同時に“Ｌ”制御信号となる場合には、選択部３ａ１は、制御信号Ｓ３１として“Ｌ”信号をＰＷＭ変調３ａ２へ送出する。

ＰＷＭ変調器３ａ２も実施の形態１と同様に、電源投入後にすぐに立ち上がる論理回路あるいはアナログ素子で構築される。ＰＷＭ変調器３ａ２は、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３ａ１から入力された“Ｈ”制御信号となる信号Ｓ３１を用いてＰＷＭ変調信号Ｓ４を生成し、ゲートドライバ部７へ送出する。ＰＷＭ変調器３ａ２はまた、ＰＷＭ変調期間制御信号選択部３ａ１から入力された“Ｌ”制御信号となる選択信号Ｓ３１を用いてＰＷＭ変調を停止する。

ここで、固定音発生期間で“Ｈ”制御信号となる制御信号Ｓ２により、制御信号Ｓ３１が“Ｈ”となった場合、つまり、本発明の実施形態１における＜ケース１＞と同様に、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１ａの電源投入直後の場合、あるいはオーディオ装置１１とスイッチング増幅器１ａは安定動作していても、オーディオ装置１１からの音声信号Ｓ７がスイッチング増幅器１ａに入力されず、オーディオ装置１１の操作によりオーディオ装置１１のマイコン１２から固定音を発生させる指令信号Ｓ１がスイッチング増幅器１ａに入力される場合、ＰＷＭ変調器３ａ２は、デューティ比が固定（例えば５０％）であるＰＷＭ変調信号Ｓ４を発生してゲートドライバ部７へ送出する。

また、音声出力期間で“Ｈ”制御信号となる制御信号Ｓ６により、制御信号Ｓ３１が“Ｈ”となった場合、つまり、本発明の実施形態１における＜ケース２＞と同様に、オーディオ装置１１とスイッチング増幅器１ａは安定動作していて、オーディオ装置１１から音声信号Ｓ７がスイッチング増幅器１ａに入力された場合、ＰＷＭ変調器３ａ２は、信号処理部５ａから入力されたデジタル音声信号Ｓ５ａを変調してＰＷＭ変調信号Ｓ４を発生し、これをゲートドライバ部７へ送出する。

以上説明したとおり、本発明の実施の形態１と同じように、本発明の実施の形態２によれば、電力増幅段８への電源電圧を可変とする電圧可変電源部６を用い、電圧可変電源部６の出力電圧にビープ音や警告音などの固定音生成信号Ｓ８を重畳することにより、電力増幅段８が増幅ＰＷＭ変調信号の電圧振幅にビープ音や警告音などの成分を重畳することができる。また、ビープ音や警告音などの固定音生成信号Ｓ８の電圧成分が重畳される増幅ＰＷＭ変調信号Ｓ９は、通常再生信号を平滑化するＬＰＦ９を経由して電気機械変換素子１０で再生されるので、すなわち固定音生成信号Ｓ８がＬＰＦ９の前段で付加されるので、従来技術のようなボツ音が発生する問題を解消することができる。

また実施の形態２においても同様に、信号処理部５を除いて、固定音制御部２、固定音生成部４、電圧可変電源部６と、ＰＷＭ変調部３は、論理回路あるいはアナログ素子で構築できるため、システム電源を投入する直後で前記の回路が直に立ち上がることにより、ビープ音や警告音などの固定音生成信号（Ｓ８）を発生させることができ、電源投入時の確認用としてもビープ音や警告音などの固定音生成信号（Ｓ８）を発生させることができる。したがって、従来技術のような常時通電されている制御マイコンが必要なく、システム上の電力消費が増えるという問題を解消することができる。

本発明は、電源投入直後にビープ音や警告音などのような固定音をスピーカで鳴らす際に電力消費を減少することができ、また、異音を防止することができるという効果を有し、スイッチング増幅器の設計・製造などの分野で利用可能である。

１ スイッチング増幅器
２ 固定音制御部
３ 実施の形態１におけるＰＷＭ変調部
３ａ 実施の形態２におけるＰＷＭ変調部
４ 固定音生成部
５ 実施の形態１における信号処理部
５ａ 実施の形態２における信号処理部
６ 電圧可変電源部
７ ゲートドライバ部
８ 電力増幅段
９ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１０ 電気変換機械素子
１１ オーディオ装置
Ｓ１ ビープ音などのような固定音を発生させる指令信号
Ｓ２ 所定時間のＰＷＭ変調期間制御信号
Ｓ３ 所定時間の固定音を生成させる制御信号
Ｓ３１ ＰＷＭ変調期間制御信号
Ｓ４ ＰＷＭ変調信号
Ｓ５ アナログ音声信号
Ｓ５ａ デジタル音声信号
Ｓ６ ＰＷＭ変調期間制御信号
Ｓ７ 音声信号
Ｓ８ 所定電圧振幅と所定周波数の固定音生成信号
Ｓ９ 固定音の成分を重畳された増幅ＰＷＭ変調信号
Ｓ１０ ＰＷＭ変調期間制御信号
Ｓ１１ コンパレータ３３の起動電圧
Ｓ１２ コンパレータ３３の正相入力端子の入力電圧信号
Ｓ１３ 所定周波数の三角波搬送波
３１ 実施の形態１におけるＰＷＭ変調期間制御信号選択部
３ａ１ 実施の形態２におけるＰＷＭ変調期間制御信号選択部
３２ ＰＷＭ変調制御部
３ａ２ ＰＷＭ変調器
３３ コンパレータ
３４ 三角波搬送波生成部
６１ 基準電圧部
６２ 出力電源電圧の検出部
６３ 電圧制御用アンプ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗

Claims (4)

1. オーディオ信号を電力増幅する電力増幅手段と、
   固定音発生用信号を所定期間、発生する固定音発生手段と、
   前記固定音発生手段により発生された固定音発生用信号の電圧成分を前記電力増幅手段の電源電圧に付加する電源手段と、
   前記オーディオ信号の出力期間に前記オーディオ信号に応じた駆動信号を前記電力増幅手段に印加するとともに、 前記固定音の発生期間に前記固定音発生用の駆動信号を前記電力増幅手段に印加して前記電力増幅手段を駆動する駆動手段とを、
   有する固定音発生装置。
2. 前記電力増幅手段は、前記電源電圧を前記オーディオ信号に応じたパルス幅でスイッチングすることにより前記オーディオ信号を電力増幅するスイッチング手段を有し、
   前記駆動手段は、前記固定音の発生期間に、前記オーディオ信号に応じたパルス幅の代わりに所定のパルス幅の駆動信号を前記スイッチング手段に印加することを特徴とする請求項１に記載の固定音発生装置。
3. 電源投入時の前記固定音発生用の指令信号に基づいて前記固定音発生手段が前記固定音発生用信号を所定期間、出力するように制御するとともに、前記駆動手段が前記固定音の発生期間に、前記オーディオ信号に応じたパルス幅の代わりの所定のパルス幅の駆動信号を発生するように制御する固定音制御手段をさらに有する請求項２に記載の固定音発生装置。
4. 請求項２又は３に記載の固定音発生装置を有するスイッチング増幅器。