JPH11274863A - スイッチング増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不要輻射電波を低減し、電力変換効率を改善
するスイッチング増幅器を提供すること。 【解決手段】 入力信号Ｓ１と基準信号Ｓ３とを比較し
て、その結果出力されるパルス幅変調信号に基づいてス
ピーカから音を出力させるスイッチング増幅器におい
て、外部から入力信号Ｓ１が入力され、この入力信号Ｓ
１の高周波成分を遮断することができる信号加工部１１
と、基準信号Ｓ３の発振周波数を変更することができる
基準信号発振部１３と、入力信号Ｓ１と基準信号Ｓ３と
を比較して、その結果信号Ｓ４を出力する比較器１４
と、その結果信号Ｓ４に基づいてパルス幅変調信号Ｓ５
を出力させる変調部１５と、パルス幅変調信号Ｓ５から
音信号成分のみを抽出してスピーカ１７に出力する出力
部１６と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング増幅
器の改良、特に車両において音楽を再生するためのスイ
ッチング増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば乗用車等に搭載されている
オーディオ機器は小型化、軽量化の要請に応じて、様々
な工夫がなされてきている。一方、特に車載用オーディ
オ機器においては電源出力に限りがある（例えば１２
Ｖ）ので、オーディオ機器の高効率化が求められてい
る。図４には従来の車載用オーディオ機器に用いられて
いるスイッチング増幅器の一例を示すシステム図を示し
ており、図４を参照してスイッチング増幅器１について
説明する。

【０００３】図４のスイッチング増幅器１は鋸波発振部
３、比較器４、変調部５、出力部６、スピーカ７等から
なっている。鋸波発振部３は比較器４と接続されてお
り、比較器４は変調部５と接続されている。変調部５は
出力部６と接続されていて、出力部６はスピーカ７の出
力を制御している。比較器４は送られてきた入力信号Ｓ
と鋸波発振部３から送られてきた基準鋸波を比較して、
その比較結果を変調部５に送る。変調部５はその比較結
果に基づいて出力部６に対してパルス幅変調信号を送
る。出力部６はそのパルス変調信号に応じてスピーカ７
を駆動するための駆動電力を出力し、スピーカ７は外部
に音楽を出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したスイッチング
増幅器１は、再生している信号に対して基準鋸波の発振
周波数を高く設定すると、再生信号のひずみ率を低くす
ることができる性質を有している。一方、車載用のオー
ディオ機器においては音として再生できる最高の周波数
で基準鋸波の発振周波数を設定しているため、基準鋸波
の発振周波数は非常に高い周波数に設定されている。し
かし、基準鋸波が高周波数で設定されると、オーディオ
機器１から放射される不要輻射レベルを高くしてしま
い、出力部６におけるパルス変調信号の角がとれるひず
み（なまり）が生じてしまう。これにより、オーディオ
機器の無効電力を増加させて電力変換効率を悪化させて
しまうという問題がある。

【０００５】そこで本発明は上記課題を解消し、不要輻
射電波を低減し、電力変換効率を改善するスイッチング
増幅器を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、入力信号と基準信号とを比較して、その結果出
力されるパルス幅変調信号に基づいてスピーカから音を
出力させるスイッチング増幅器において、外部から入力
信号が入力され、この入力信号の高周波成分を遮断する
ことができる信号加工部と、基準信号を出力し、この基
準信号の発振周波数を変更することができる基準信号発
振部と、信号加工部と基準信号発振部とに接続されてい
て、入力信号と基準信号とを比較して、その結果信号を
出力する比較器と、比較器と接続されており、比較器か
ら出力された結果信号に基づいてパルス幅変調信号を発
生させる変調部と、変調部と接続されており、パルス幅
変調信号から音信号成分のみを抽出してスピーカに出力
する出力部と、を有するスイッチング増幅器により、達
成される。

【０００７】本発明では、入力信号が入力される信号加
工部の加工条件を変更することができるとともに比較器
に出力する鋸波の周波数を変化させることができる。こ
れにより、使用者の選択に応じてスピーカから出力され
る音の周波数帯域を変化させることができ、効率的にオ
ーディオ機器を制御することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【０００９】図１には、本発明のスイッチング増幅器の
好ましい実施の形態のシステム図を示しており、図１を
参照してスイッチング増幅器１０について詳しく説明す
る。図１のスイッチング増幅器１０は、信号加工部１
１、切り換え部１２、基準信号発振部１３、比較器１
４、変調器１５、出力部１６、スピーカ１７等からなっ
ている。

【００１０】切り換え部１２は使用者が操作することが
できる例えばボタンやスイッチ等であって、例えば車載
用サブウーファーの駆動するための操作部である。切り
換え部１２は信号加工部１１及び基準信号発振部１３と
接続されていて、切り換え部１２の操作状況に応じて信
号加工部１１及び基準信号発振部１３の動作は制御され
ている。信号加工部１１には低域濾過回路が内蔵されて
おり、例えば音楽信号等の入力信号Ｓ１の高周波成分を
遮断することができる。また信号加工部１１の動作は切
り換え部１２によって制御されていて、信号加工部１１
が作動すると、入力信号Ｓ１の低周波成分だけを通過さ
せて加工信号Ｓ２を比較器１４に送る。

【００１１】基準信号発振部１３は比較器１４と接続さ
れていて、比較器１４に所定の周波数からなる例えば鋸
波を送るものである。基準信号発振部１３は鋸波の発振
周波数を切り換える機能を有している。基準信号発振部
１３の発振周波数の変更は切り換え部１２により制御さ
れていて、基準信号発振部１３は切り換え部１２から送
られる信号に基づいて、発振周波数を変更して鋸波Ｓ３
を比較器１４に送る。

【００１２】比較器１４は例えばコンパレータであっ
て、上述したように信号加工部１１と鋸波発振部１３に
接続されている。比較器１４は送られてきた入力信号Ｓ
１と鋸波Ｓ３との入力信号レベルを比較して、その結果
信号Ｓ４を変調部１５に送る。変調部１５は結果信号Ｓ
３を受けてパルス幅変調波形を発生させるものであっ
て、このパルス幅変調波形Ｓ５は後述する出力トランジ
スタを駆動するために必要な電圧となる。変調部１５は
出力部１６と接続されており、出力部１６は複数個の出
力トランジスタと搬送波除去フィルタを有している。出
力部１６はパルス幅変調波形Ｓ５から搬送波除去フィル
タにより搬送波成分を取り除き、音信号のみをスピーカ
１７にに出力する。

【００１３】次に、図１を参照してスイッチング増幅器
１０の動作について詳しく説明する。尚、入力信号Ｓ１
は例えば音楽信号であって２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの周波
数帯域を有しているものとする。また、以下の動作につ
いては、一例として使用者がスピーカ１７として低域用
サブウーファーを使いたいときには切り換え部１２をＯ
Ｎにして、中高域用スピーカを使用したい場合は切り換
え部をＯＦＦにするものとする。まず、切り換え部１２
がＯＦＦの状態にあるとき、信号加工部１１は作動せ
ず、信号加工部１１は入力信号Ｓ１の高周波成分を遮断
せずにそのまま比較器１４に送る。

【００１４】一方、基準信号発振部１３は入力信号Ｓ１
の高周波帯域（例えば２０ｋＨｚ）に対して十分な性能
のパルス幅変調を行うため、周波数が例えば２５０ｋＨ
ｚの鋸波Ｓ３を比較器１４に送る。そして、比較器１４
は入力信号Ｓ１と鋸波Ｓ３の入力レベルを比較してその
結果信号Ｓ４を変調部１５に送り、変調器１５はその結
果信号Ｓ４をパルス幅変調信号に加工する。このパルス
幅変調信号Ｓ５を受け取った出力部１６はこの信号Ｓ５
の音楽成分のみをスピーカ１７に送り、スピーカ１７か
ら音楽を出力する。図２にはこのときの出力部１６にお
けるパルス幅変調信号Ｓ５を示したものである。図２に
おいて、高周波数でスイッチングを行うと、パルス幅変
調信号Ｓ５の立ち上がりＰ１と立ち下がりＰ２になまり
を生じてしまい、波形の重なり合う部分で無効電力が生
じている。

【００１５】次に、使用者がサブウーファーを使用する
とき、切り換え部１２をＯＮさせると、切り換え部１２
が信号加工部１１を動作させる。まず、信号加工部１１
は低域濾過回路により入力信号Ｓ１の高周波成分を遮断
し、例えば音楽信号のうち２００Ｈｚ以下の周波数成分
のみからなる加工信号Ｓ２を比較器１４に送る。一方、
基準信号発振部１３は発振する鋸波Ｓ３の周波数を５０
ｋＨｚに変更して、比較器１４に送る。

【００１６】図１の比較器１４は、加工信号Ｓ２と鋸波
Ｓ３の信号レベルを比較する。その結果、比較器１４は
例えば加工信号Ｓ２のレベルが高いときＨｉｇｈ−Ｌｅ
ｖｅｌ（例えば１２Ｖ）を、加工信号Ｓ２のレベルが低
いときはＬｏｗ−Ｌｅｖｅｌ（例えば０Ｖ）となる結果
信号Ｓ４を変調部１５に対して出力する。比較器１４か
ら結果信号Ｓ４を受け取った変調器１５は、出力部１６
の出力トランジスタを駆動するために必要なパルス幅変
調信号Ｓ５を発生し、出力部１６はその信号Ｓ５に基づ
いて、音楽信号成分のみをスピーカ１７に送り、音を出
力させる。このとき、出力部１５が出力するパルス幅変
調信号Ｓ５を図３に示す。図３において、パルス幅変調
信号Ｓ５の周波数が低い分パルス幅変調信号Ｓ５のなま
りが小さく、パルス幅変調信号Ｓ５の重なり合う部分が
少なく無効電力が減少する。これにより、電力変換効率
を改善することができる。また、周波数が低い分不要輻
射レベルを小さくすることができる。

【００１７】上記実施の形態によると、使用者の使用条
件に適したスイッチング動作周波数を自動的に選択する
ことによって、ある使用条件において機器から放射され
る不要輻射を低減し、電力変換効率を改善できる。ま
た、不要輻射を低減することで他の電子機器に対する妨
害または影響を少なくすることができ、電力変換効率を
改善する事は限られた電力しかない車両において大変有
益なことになる。

【００１８】ところで、本発明は、上記実施の形態に限
定されない。上記実施の形態においては信号加工部１１
は遮断周波数が固定されている低域濾過フィルタのＯＮ
／ＯＦＦのみの機能を有しているが、遮断周波数が連続
的に可変する低域濾過フィルタを有する信号加工部１１
であってもよい。またこれに対応して、基準信号発振部
１３においても、発振周波数が連続的に可変するもので
あってもよい。このときの信号加工部１１の遮断周波数
及び基準信号発振部１３の発振周波数は切り換え部１２
によって制御されている。また、上記実施の形態におい
て、車両に搭載されるスイッチング増幅器として説明し
たが、家庭用オーディオ機器やポータブルオーディオ機
器等に用いられてももちろんかまわない。さらに、基準
信号発振部１３は基準信号として鋸波を発振している
が、三角波を発振するものであってもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不要輻射電波を低減し、電力変換効率を改善するスイッ
チング増幅器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスイッチング増幅器の好ましい実施の
形態を示すシステム図。

【図２】本発明のスイッチング増幅器における切り換え
部がＯＦＦした状態のパルス変調信号を示した波形図。

【図３】本発明のスイッチング増幅器における切り換え
部がＯＮした状態のパルス変調信号を示した波形図。

【図４】従来のスイッチング増幅器の一例を示すシステ
ム図。

【符号の説明】

１０・・・スイッチング増幅器、１１・・・信号加工
部、１２・・・切り替え部、１３・・・基準信号発振
部、１４・・・比較器、１５・・・変調部、１６・・・
出力部、１７・・・スピーカ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号と基準信号とを比較して、その
   結果出力されるパルス幅変調信号に基づいてスピーカか
   ら音を出力させるスイッチング増幅器において、 外部から入力信号が入力され、この入力信号の高周波成
   分を遮断することができる信号加工部と、 基準信号を出力し、この基準信号の発振周波数を変更す
   ることができる基準信号発振部と、 信号加工部と基準信号発振部とに接続されていて、信号
   加工部から送られている信号とと基準信号とを比較し
   て、その結果信号を出力する比較器と、 比較器と接続されており、比較器から出力された結果信
   号に基づいてパルス幅変調信号を発生させる変調部と、 変調部と接続されており、パルス幅変調信号から音信号
   成分のみを抽出してスピーカに出力する出力部と、 を有することを特徴とするスイッチング増幅器。
2. 【請求項２】 信号加工部は、使用者が操作するための
   切り換え部と接続されており、切り換え部の操作によ
   り、信号加工部が入力信号の高周波数成分を遮断する請
   求項１に記載のスイッチング増幅器。
3. 【請求項３】 基準信号発振部は、切り換え部と接続さ
   れており、切り換え部の操作により、基準信号の周波数
   を変更する請求項１に記載のスイッチング増幅器。