DE10255330A1

DE10255330A1 - Method for setting the supply voltage for an amplifier stage and amplifier arrangement

Info

Publication number: DE10255330A1
Application number: DE2002155330
Authority: DE
Inventors: Heinrich Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-17
Also published as: FR2847741A1; ITMI20032265A1

Abstract

Vorgeschlagen werden eine Verstärkeranordnung sowie ein Verfahren zur Einstellung der Versorgungsspannung für eine Verstärkerstufe, insbesondere einer Audioanlage, wobei die Versorgungsspannung mittels eines Netzteils erzeugt wird, welches sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass die zur Verstärkung eines Signals benötigte Versorgungsspannung der Verstärkerstufe bestimmt und die Versorgungsspannung in Abhängigkeit der benötigten Versorgungsspannung der Verstärkerstufe eingestellt wird. DOLLAR A Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Kombination der Vorzüge analoger Verstärkertechnik, nämlich geringer Verzerrungen und EMV-unkritischen Verhaltens mit denen digitaler Verstärkertechnik, nämlich insbesondere geringer Verlustleistung insbesondere im Teillastbetrieb. Demzufolge kann erfindungsgemäß eine Verstärkerstufe im analogen, also insbesondere im Klasse-A- oder Klasse-AB-Betrieb, betrieben werden. Gleichzeitig kann die Verlustleistung zumindest im Teillastbereich, also bei nicht maximaler Aussteuerung, und somit der Aufwand zur Abwärmeabfuhr bzw. zur Bauteile- und Gerätekühlung signifikant verringert werden.An amplifier arrangement and a method for setting the supply voltage for an amplifier stage, in particular an audio system, are proposed, the supply voltage being generated by means of a power supply unit, which according to the invention is characterized in that the supply voltage required for amplifying a signal determines the amplifier stage and the supply voltage as a function of it the required supply voltage of the amplifier stage is set. DOLLAR A The invention advantageously enables a combination of the advantages of analog amplifier technology, namely low distortion and EMC-uncritical behavior with those of digital amplifier technology, namely in particular low power loss, particularly in part-load operation. Accordingly, according to the invention, an amplifier stage can be operated in analog, that is to say in particular in class A or class AB, operation. At the same time, the power loss can be significantly reduced, at least in the partial load range, that is to say when the modulation is not at its maximum, and thus the effort for waste heat dissipation or for component and device cooling.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Einstellung der Versorgungsspannung für eine Verstärkerstufe, insbesondere einer Audioanlage, aus, bei der die Versorgungsspannung mittels eines Netzteils erzeugt wird.The invention is based on a method for setting the supply voltage for an amplifier stage, especially an audio system, in which the supply voltage is generated by means of a power supply.

Aus dem Bereich der Unterhaltungselektronik, insbesondere der Unterhaltungselektronik für Kraftfahrzeuge, sind Verstärkerschaltungen bekannt, die im sogenannten Klasse-A- oder (Gegentakt-)Klasse-AB-Betrieb (auch „analoger Betrieb") betrieben werden. Dies bedeutet, dass die zur Verstärkung des Signals verwendeten, in der Regel Halbleiterbauelemente, unabhängig von der Aussteuerung der Verstärkerschaltung stets von einem hohen Ruhestrom durchflossen werden und demzufolge eine hohe Verlustleistung und damit Abwärme erzeugen.From the field of consumer electronics, Consumer electronics for motor vehicles in particular are amplifier circuits known in the so-called class A or (push-pull) class AB operation (also "more analog Operation ") operated become. This means that those used to amplify the signal usually semiconductor devices, regardless of the level of control amplifier circuit are always flowed through by a high quiescent current and consequently generate a high power loss and thus generate waste heat.

Insbesondere im Bereich der Unterhaltungselektronik für Kraftfahrzeuge besteht die Schwierigkeit, dass mit den kraftfahrzeugüblichen Bordnetzspannungen von derzeit nominell 12 V im Pkw- bzw. 24 V im Lkw-Bereich mit herkömmlicher Klasse-A- oder Klasse-AB-Verstärkertechnik hohe Ausgangsleitungen nicht zu erzielen sind. Daher werden bei Nachrüst-Verstärkern häufig Netzteile, in der Regel Schaltnetzteile, zur Generierung höherer Versorgungsspannungen für die eigentlichen Verstärkerschaltungen aus der Bordnetzspannung verwendet.Especially in the field of consumer electronics for motor vehicles there is the difficulty that with the usual motor vehicles Vehicle electrical system voltages of currently nominal 12 V in the car or 24 V in Truck area with conventional Class A or Class AB amplifier technology high output lines cannot be achieved. For this reason, power supplies, usually switching power supplies, to generate higher supply voltages for the actual amplifier circuits used from the vehicle electrical system voltage.

Zur Reduzierung der in den oben genannten Klasse-A- und Klasse-AB-Verstärkerschaltungen erzeugten Verlustleistungen wurden weiterhin sogenannte Klasse-D- (auch Class-X-, Class-T- oder Digital-) Verstärkerschaltungen vorgeschlagen, die sich durch einen im wesentlichen schaltenden (auch „digitalen") Betrieb der zur Verstärkung des Signals verwendeten Halbleiter auszeichnen. Infolge der Tatsache, dass bei diesem Betriebsmodus die Halbleiter im wesentlichen zwischen zwei Schaltzuständen, nämlich Innenwiderstand nahe 0 Ohm oder Innenwiderstand gegen unendlich, umgeschaltet werden, ist die Verlustleistung solcher Verstärkerschaltungen verhältnismäßig gering. Nachteilig sind jedoch die mit dem schaltenden Betrieb zwangsläufig einhergehende Signalverzerrung, die durch aufwendige Filterkonstruktionen zur Glättung des verstärkten Signals kompensiert werden muss, sowie ein hinsichtlich EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) kritisches Verhalten, das aufwendige Abschirmmaßnahmen der Verstärkerschaltung erfordert.To reduce the above-mentioned class A and class AB amplifier circuits The power losses generated continued to be so-called class D (also class X, Class T or digital) amplifier circuits suggested that by switching essentially (also "digital") operation of the reinforcement the semiconductor used for the signal. Due to the fact that in this mode of operation the semiconductors essentially between two switching states, namely internal resistance close to 0 ohms or internal resistance to infinity, can be switched, the power loss of such amplifier circuits is relatively low. However, the inevitable associated with the switching operation are disadvantageous Signal distortion caused by complex filter designs smoothing of the reinforced Signal must be compensated, as well as an EMC (electromagnetic Compatibility) critical behavior, the complex shielding measures of the amplifier circuit requires.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, das sich dadurch auszeichnet, dass die Versorgungsspannung für eine Verstärkerstufe in Abhängigkeit der zur Verstärkung eines zu verstärkenden Signals benötigten Versorgungsspannung eingestellt wird, ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Kombination der Vorzüge analoger Verstärkertechnik, nämlich geringer Verzerrungen und EMV-unkritischen Verhaltens mit denen digitaler Verstärkertechnik, nämlich insbesondere geringer Verlustleistung insbesondere im Teillastbetrieb. Demzufolge kann erfindungsgemäß eine Verstärkerstufe im analogen, also insbesondere im Klasse-A- oder Klasse-AB-Betrieb, betrieben werden. Gleichzeitig kann die Verlustleistung zumindest im Teillastbetrieb, also bei nicht maximaler Aussteuerung, und somit der Aufwand zur Abwärmeabfuhr bzw. zur Bauteile- und Gerätekühlung signifikant verringert werden. Dies wiederum ermöglicht die Realisierung auch leistungsfähiger, verzerrungsarmer Verstärkerstufen in verhältnismäßig kleinen Gehäusevolumina und damit die Integration leistungsfähiger Verstärkerstufen beispielsweise in heute üblicherweise mit einer Vielzahl von Baugruppen sehr dicht bestückten Autoradiogehäusen.The method according to the invention with the features of the independent Claim 1, which is characterized in that the supply voltage for one amplifier stage dependent on the one for reinforcement of a signal to be amplified required Supply voltage is set, allows advantageously a combination of advantages analog amplifier technology, namely less Distortion and EMC-uncritical behavior with those of digital Amplifier technology, namely in particular low power loss, especially in part-load operation. As a result, can, according to the invention, an amplifier stage in analog, in particular in class A or class AB operation, operate. At the same time, the power loss can at least in partial load operation, i.e. when the modulation is not at its maximum, and thus the effort for waste heat removal or significant for component and device cooling be reduced. This in turn also enables implementation powerful, low distortion amplifier stages in relatively small housing volumes and thus the integration of powerful amplifier stages, for example in usually today with a variety of assemblies very densely populated car radio housings.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments and further developments of the invention are in the dependent claims specified.

Eine erste vorteilhafte Ausführungsform der Endung richtet sich darauf, dass ein Signalpegel des zu verstärkenden Signals ermittelt wird, dass ein Sollwert oder ein Istwert der Verstärkung ermittelt wird, und dass die benötigte Versorgungsspannung des Verstärkers aus dem Signalpegel des zu verstärkenden Signals und dem Sollwert oder dem Istwert der Verstärkung bestimmt wird.A first advantageous embodiment The ending is aimed at that a signal level of the to be amplified Signal is determined that a setpoint or an actual value of the gain is determined will, and that the needed Supply voltage of the amplifier from the signal level of the signal to be amplified Signal and the setpoint or the actual value of the gain determined becomes.

Vorteilhafter Weise wird der Signalpegel aus den Spitzenwerten des zu verstärkenden Signals, insbesondere durch Spitzenwertgleichrichtung des zu verstärkenden Signals, gebildet.The signal level is advantageous from the peak values of the signal to be amplified, in particular by peak rectification of the signal to be amplified.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Sollwert der Verstärkung der Verstärkerstufe aus einem mittels eines Stellers, insbesondere Lautstärkestellers, erzeugbaren Vorgabewert abgeleitet wird und die Versorgungsspannung in Abhängigkeit des Vorgabewertes, vorzugsweise proportional zu diesem, verändert wird.An advantageous embodiment The invention provides that the setpoint of the gain of the amplifier stage from a by means of a control, in particular volume control, Generable default value is derived and the supply voltage dependent on the default value, preferably proportional to this, is changed.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Klirrfaktor des verstärkten Signals bestimmt wird und die zur Verstärkung des Signals benötigte Versorgungsspannung aus dem Klirrfaktor bzw. unter Berücksichtigung des Klirrfaktors bestimmt wird.An alternative embodiment the invention provides that a distortion factor of the amplified signal is determined and for reinforcement of the signal needed Supply voltage from the distortion factor or taking into account of the distortion factor is determined.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below.

Es zeigenShow it

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a block diagram of a fiction appropriate amplifier device for carrying out the method according to the invention,

2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des in der Verstärkereinrichtung gemäß 1 verwandten Netzteils. 2 a block diagram of an embodiment of the in the amplifier device according to 1 related power supply.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkereinrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 shows a block diagram of an amplifier device according to the invention 1 to carry out the method according to the invention.

Das zu verstärkende Signal, hier repräsentiert durch die auf ein Bezugspotential, beispielsweise ein Massepotential, bezogene Eingangsspannung 22, ist einem Eingang 19 der Verstärkerschaltung 1 zugeführt und von dort an einen Eingang 15 einer Verstärkerstufe 12 der Verstärkereinrichtung 1 geführt. Am Ausgang 16 der Verstärkerstufe 12 ist das um einen Verstärkungsfaktor (oder kurz Verstärkung) verstärkte Signal, hier repräsentiert durch die auf ein Bezugspotential, beispielsweise Massepotential 26, bezogene Ausgangsspannung 23, abnehmbar.The signal to be amplified, represented here by the input voltage related to a reference potential, for example a ground potential 22 , is an entrance 19 the amplifier circuit 1 fed and from there to an entrance 15 an amplifier stage 12 the amplifier device 1 guided. At the exit 16 the amplifier stage 12 is the signal amplified by an amplification factor (or gain for short), represented here by a reference potential, for example ground potential 26 , related output voltage 23 , removable.

Die Verstärkerstufe 12 ist an eine Versorgungsspannung 21 angeschlossen, die sich als Potentialdifferenz zwischen einem ersten Potential 24 und einem zweiten Potential 25 ergibt.The amplifier stage 12 is connected to a supply voltage 21 connected, which is the potential difference between a first potential 24 and a second potential 25 results.

Die Verstärkerstufe 12 verfügt über einen Steuereingang, über den der Verstärkungsfaktor bzw. die Verstärkung der Verstärkerstufe 12 nach Maßgabe eines Verstärkungssteuersignals 32 einstellbar ist. Die reale von der Verstärkerstufe 12 darstellbare Verstärkung hängt in an sich bekannter Weise nicht nur von der mittels des Verstärkungssteuersignals 32 vorgegebenen Verstärkung, sondern auch von der Amplitude des dem Eingang 15 des Verstärkers zugeführten, zu verstärkenden Signals 22 in Relation zu der Versorgungsspannung 21 des Verstärkers ab. So kann der real erreichbare Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe 12 ohne durch Begrenzungserscheinungen bedingte Verzerrungen des verstärkten Signals 23 (Clipping) einen Wert, der sich rechnerisch aus dem Quotienten der Versorgungsspannung 21 und der Amplitude des zu verstärkenden Signals 22 ergibt, nicht überschreiten. Ebenso ist die Amplitude des verstärkten Signals 23 durch die Versorgungsspannung 21 der Verstärkerstufe 12 begrenzt.The amplifier stage 12 has a control input via which the gain factor or the gain of the amplifier stage 12 in accordance with a gain control signal 32 is adjustable. The real one from the amplifier stage 12 presentable gain depends not only on the gain control signal in a manner known per se 32 given gain, but also from the amplitude of the input 15 of the amplifier signal to be amplified 22 in relation to the supply voltage 21 of the amplifier. So the real achievable gain factor of the amplifier stage 12 without distortion of the amplified signal caused by limitation phenomena 23 (Clipping) a value that is calculated from the quotient of the supply voltage 21 and the amplitude of the signal to be amplified 22 results, do not exceed. The amplitude of the amplified signal is also the same 23 by the supply voltage 21 the amplifier stage 12 limited.

Die Versorgungsspannung 21 als Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential 24 und dem zweiten Potential 25 wird von einem Netzteil 11, das vorzugsweise als Schaltnetzteil ausgeführt ist, in an sich bekannter Weise erzeugt.The supply voltage 21 as the potential difference between the first potential 24 and the second potential 25 is powered by a power supply 11 , which is preferably designed as a switching power supply, generated in a conventional manner.

Erfindungsgemäß ist die Ausgangsspannung des Netzteils 11, die die Versorgungsspannung 21 der Verstärkerstufe 12 darstellt, nach Maßgabe eines Spannungssteuersignals 31 einstellbar. Im Falle der Realisierung des Netzteils 11 als Schaltnetzteil kann die Steuerung seiner Ausgangsspannung 21 durch Veränderung des Tastverhältnisses des oder der im Schaltnetzteil eingesetzten Schalter in an sich bekannter Weise gesteuert werden. Darüber hinaus kann vorteilhafterweise eine an sich bekannte Spannungsregelung derart vorgesehen sein, dass die durch das Netzteil 11 erzeugte Versorgungsspannung 21 gemessen, mit dem nach Maßgabe des Spannungsteuersignals 31 vorgegebenen Sollwert verglichen und im Falle von Abweichungen des Ist- vom Sollwert das Tastverhältnis, also die Einschaltdauer des oder der Schalter des Schaltnetzteils 11 im Verhältnis zur Ausschaltdauer, zur Minimierung der Abweichung nachgeregelt wird.According to the invention, the output voltage of the power supply 11 that the supply voltage 21 the amplifier stage 12 represents, in accordance with a voltage control signal 31 adjustable. In the case of the implementation of the power supply 11 as a switching power supply can control its output voltage 21 can be controlled in a manner known per se by changing the duty cycle of the switch or switches used in the switching power supply. In addition, a voltage regulation known per se can advantageously be provided in such a way that the voltage generated by the power supply unit 11 generated supply voltage 21 measured with the in accordance with the voltage control signal 31 predefined setpoint and in the event of deviations of the actual from the setpoint, the duty cycle, that is, the duty cycle of the switch or switches of the switching power supply 11 in relation to the switch-off time, to minimize the deviation.

Einzelheiten des Aufbaus des Schaltnetzteils 11 sind in 2 dargestellt.Details of the construction of the switching power supply 11 are in 2 shown.

Das Schaltnetzteil 11 weist eine Eingangsklemme 110 auf, die mit einer Versorgungsspannung 20, im Falle des Einsatzes der Verstärkereinrichtung 1 in einem Kraftfahrzeug der Höhe 12V (Pkw) bzw. 24V (Lkw) bezogen auf Massepotential 26, verbunden ist. An einer Ausgangsklemme 117 des Netzteils ist die nach Maßgabe des einem Steuereingang 116 des Netzteils 11 zugeführten Spannungssteuersignals 31 eingestellte Ausgangsspannung 21 abnehmbar.The switching power supply 11 has an input terminal 110 on that with a supply voltage 20 , in the case of using the amplifier device 1 in a vehicle of 12V (car) or 24V (truck) based on ground potential 26 , connected is. At an output terminal 117 of the power supply is according to the one control input 116 of the power supply 11 supplied voltage control signal 31 set output voltage 21 removable.

Das Schaltnetzteil umfasst gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform einen an sich bekannten Hochsetzsteller 115 (auch Aufwärtswandler), im wesentlichen bestehend aus einer Induktivität 113, ferner einem steuerbaren Schalter 112, vorzugsweise in Form eines Halbleiterschalters wie MOSFET oder IGBT, einer Pulsweitensteuerung 111 zur Ansteuerung des Schalters 112, einer Diode 114 und einer Kapazität 115. Die Induktivität 113 ist mit einem ersten Anschluss mit der Eingangsklemme 110 des Netzteils 11, mit einem zweiten Anschluss mit der Anode der Diode 114 verbunden. Weiter ist die Kathode der Diode 114 mit einem ersten Anschluss des Kondensators 115 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit einem Bezugspotential, vorzugsweise Massepotential 26 verbunden ist. Ferner ist die Kathode der Diode 114 mit der Ausgangsklemme 117 des Netzteils 11 verbunden. Die Anode der Diode 114 und der zweite Anschluss der Induktivität, vorzugsweise Spule, 113 sind über den Schalter 112 mit einem Bezugspotential, vorzugsweise Massepotential, 26 verbindbar.The switching power supply comprises according to the in 2 Embodiment shown a known boost converter 115 (also step-up converter), essentially consisting of an inductor 113 , also a controllable switch 112 , preferably in the form of a semiconductor switch such as MOSFET or IGBT, a pulse width control 111 to control the switch 112 , a diode 114 and a capacity 115 , The inductance 113 is with a first connection to the input terminal 110 of the power supply 11 , with a second connection to the anode of the diode 114 connected. Next is the cathode of the diode 114 with a first connection of the capacitor 115 connected, the second terminal of which is connected to a reference potential, preferably ground potential 26 connected is. Furthermore, the cathode is the diode 114 with the output terminal 117 of the power supply 11 connected. The anode of the diode 114 and the second connection of the inductance, preferably coil, 113 are over the switch 112 with a reference potential, preferably ground potential, 26 connectable.

Die Funktionsweise eines solchen Hochsetzstellers (Aufwärtswandlers) 115 ist in der Literatur ausführlich beschrieben und wird daher hier nicht näher erläutert.The function of such a step-up converter (step-up converter) 115 is described in detail in the literature and is therefore not explained in detail here.

Für die Erfindung wesentlich ist indes, dass die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 115 und damit auch die Ausgangsspannung 21 des Netzteils durch geeignete Ansteuerung der Pulsweitensteuerung 111 in Abhängigkeit des ihr von der Steuerung 13 zugeführten Spannungssteuersignals 31 einstellbar ist.It is essential for the invention, however, that the output voltage of the step-up converter 115 and with it the output voltage 21 of the power supply by suitable control of the pulse width control 111 depending on your control 13 supplied voltage control signal 31 is adjustable.

Für den Fall, dass die Bordnetzspannung, im Falle einer Pkws 12V, abzüglich des Spannungsabfalls der Diode 114 zur Verstärkung des zu verstärkenden Signals, hier beispielsweise Audiosignals, ausreicht, wird die Pulsweitensteuerung 111 derart angesteuert, dass sie den Schalter 112 in dauerhaft geöffnetem Zustand hält. Somit steht am Ausgang 117 des Hochsetzstellers 115 und damit des Netzteils 11 die Bordnetzspannung abzüglich der Diodendurchflussspannung, also im Falle eines Pkw hierin Abhängigkeit des Diodentyps etwa 11,3V bis 11,6V an. Für den Fall, dass die Bordnetzspannung zur Verstärkung des zu verstärkenden Signals hingegen nicht ausreicht, veranlasst das Spannungssteuersignal 31 die Pulsweitensteuerung 111 zum getakteten Öffnen und Schließen des Schalters 112, wobei die Pulsweite und die daraus resultierende Spannung 21 am Ausgang 117 des Netzteils 11 in Abhängigkeit der für die Verstärkung des Signals 22 nach Maßgabe eines entsprechenden Spannungssteuersignals 31 eingestellt bzw. nachgeregelt wird.In the event that the vehicle electrical system voltage, in the case of a car 12V, minus the voltage drop of the diode 114 the pulse width control is sufficient to amplify the signal to be amplified, here for example audio signal 111 controlled so that they have the switch 112 in permanent holds open state. Thus stands at the exit 117 of the step-up converter 115 and thus the power supply 11 the vehicle electrical system voltage minus the diode flow voltage, i.e. in the case of a passenger car depending on the diode type, about 11.3V to 11.6V. In the event that, on the other hand, the vehicle electrical system voltage is not sufficient to amplify the signal to be amplified, the voltage control signal initiates 31 the pulse width control 111 for clocked opening and closing of the switch 112 , where the pulse width and the resulting voltage 21 at the exit 117 of the power supply 11 depending on the for the amplification of the signal 22 according to a corresponding voltage control signal 31 is adjusted or readjusted.

Sowohl das Spannungssteuersignal 31 als auch das Verstärkungssteuersignal 32 werden durch eine Steuereinrichtung 13, die vorzugsweise als Mikroprozessor zur Abarbeitung einer Steuersoftware ausgeführt ist, erzeugt.Both the voltage control signal 31 as well as the gain control signal 32 are controlled by a control device 13 , which is preferably designed as a microprocessor for processing control software.

Die Steuereinrichtung 13 ist dabei derart ausgebildet, dass sie die zur Verstärkung des zu verstärkenden Signals 22 benötigte Versorgungsspannung 21 der Verstärkerstufe 12 bestimmt und die Versorgungsspannung 21 in Abhängigkeit der benötigten Versorgungsspannung der Verstärkerstufe 12 mittels des Spannungssteuersignals 31 einstellt bzw. bei vorzugsweise wie beschrieben unterlegtem Spannungsregelkreis deren Sollwert vorgibt. Der Spannungsregelkreis kann vorteilhaft auch als Teil der Steuereinrichtung 13 ausgeführt sein, das Spannungssteuersignal 31 dient dann vorteilhafter Weise auch der Nachregelung der Ausgangsspannung des Schaltnetzteils 11.The control device 13 is designed such that it is used to amplify the signal to be amplified 22 required supply voltage 21 the amplifier stage 12 determined and the supply voltage 21 depending on the supply voltage required for the amplifier stage 12 by means of the voltage control signal 31 sets or, in the case of a voltage control circuit, preferably as described, specifies its setpoint. The voltage control loop can advantageously also be part of the control device 13 be executed, the voltage control signal 31 then advantageously also serves to readjust the output voltage of the switching power supply 11 ,

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Einstellung der Ausgangsspannung des Netzteils 11 ein Signalpegel des zu verstärkenden Signals 22 ermittelt wird, ferner ein Sollwert (oder alternativ ein Istwert) der Verstärkung ermittelt wird, und schließlich die benötigte Versorgungsspannung 21 des Verstärkers aus dem Signalpegel des zu verstärkenden Signals 22 und dem Sollwert (oder dem Istwert) der Verstärkung bestimmt wird.In a first embodiment of the invention it is provided that for setting the output voltage of the power supply 11 a signal level of the signal to be amplified 22 is determined, a setpoint (or alternatively an actual value) of the gain is determined, and finally the required supply voltage 21 of the amplifier from the signal level of the signal to be amplified 22 and the setpoint (or actual value) of the gain is determined.

Zur Bestimmung des Signalpegels des zu verstärkenden Signals 22 ist dieses über eine Messleitung 41 einer Spitzenwertgleichrichtung zugeführt, die zur Bestimmung der Maximalwerte des zu verstärkenden Signals 22 ausgebildet ist. Die Spitzenwertgleichrichtung kann, wie in 1 dargestellt, vorteilhaft als Teil der Steuereinrichtung 13 ausgeführt sein. Alternative Möglichkeiten zur Ermittlung des Signalpegels des zu verstärkenden Signals sind denkbar und möglich. Beispielsweise kann eine Gleichrichtung mit anschließender gleitender Mittelwertbildung vorgesehen sein, wobei aufgrund vorhandener Erfahrungswerte aus dem Mittelwert auf die Maximalwerte des zu verstärkenden Signals 22 geschlossen werden kann.To determine the signal level of the signal to be amplified 22 this is via a measuring line 41 a peak value rectification fed to determine the maximum values of the signal to be amplified 22 is trained. The peak value rectification can, as in 1 shown, advantageously as part of the control device 13 be executed. Alternative possibilities for determining the signal level of the signal to be amplified are conceivable and possible. For example, rectification with subsequent moving averaging can be provided, based on existing empirical values from the mean to the maximum values of the signal to be amplified 22 can be closed.

Weiterhin kann gemäß der oben erwähnten Ausführungsform in der Steuerung 13 auch eine Routine zur Ermittlung der Dynamik des zu verstärkenden Signals 22 in an sich bekannter Weise implementiert sein.Furthermore, according to the above-mentioned embodiment, in the controller 13 also a routine for determining the dynamics of the signal to be amplified 22 be implemented in a manner known per se.

Zur Bestimmung des Sollwertes der Verstärkung der Verstärkerstufe 12 kann, wie erwähnt, das Verstärkungssteuersignal 32 ausgewertet werden, das durch die Steuerung 13 erzeugt wird.To determine the setpoint of the gain of the amplifier stage 12 can, as mentioned, the gain control signal 32 be evaluated by the controller 13 is produced.

Im Falle einer Verstärkereinrichtung 1 für Audiosignale kann eine Benutzerschnittstelle 14, umfassend Bedien- und Anzeigelemente, insbesondere umfassend einen Lautstärkesteller 141, vorgesehen sein, die vorzugsweise mit der Steuereinrichtung 13 der Verstärkungseinrichtung 1 verbunden ist. Das von der Steuereinricltung 13 erzeugte Verstärkungssteuersignal 32 repräsentiert dann vorzugsweise einem Verstärkungssollwert der Verstärkerstufe 12, der einer bestimmten Wiedergabelautstärke des verstärkten Audiosignals 23 entspricht, die über den Lautstärkesteller 141 durch den Benutzer einstellbar ist.In the case of an amplifier device 1 a user interface can be used for audio signals 14 , comprising control and display elements, in particular comprising a volume control 141 , be provided, preferably with the control device 13 the reinforcement device 1 connected is. That from the tax institution 13 generated gain control signal 32 then preferably represents a gain setpoint of the amplifier stage 12 of a certain playback volume of the amplified audio signal 23 corresponds to that over the volume control 141 is adjustable by the user.

Die zur Verstärkung des Signals 22 benötigte Versorgungsspannung 21, hier Audiosignals, die zur Erzielung einer bestimmten Wiedergabelautstärke benötigt wird, ergibt sich rechnerisch als das Produkt aus Verstärkungssollwert und dem gemessenen Spitzenwert des zu verstärkenden Signals 22. Die Steuerung 13 erzeugt also ein Spannungssteuersignal 31, das dem Produkt aus Spitzenwert des zu verstärkenden Signals 22 und dem Verstärkungssollwert entspricht, wobei vorzugsweise dem errechneten Wert der benötigten Versorgungsspannung 21 eine Sicherheitsreserve von beispielsweise 10% der rechnerisch benötigten Versorgungsspannung zugeschlagen wird, um geringe Schwankungen des Signalpegels des zu verstärkenden Signals 22 ausgleichen zu können.The one to amplify the signal 22 required supply voltage 21 , here audio signal, which is required to achieve a certain playback volume, arises arithmetically as the product of the gain setpoint and the measured peak value of the signal to be amplified 22 , The control 13 thus generates a voltage control signal 31 , which is the product of the peak value of the signal to be amplified 22 and corresponds to the gain setpoint, preferably the calculated value of the required supply voltage 21 a safety reserve of, for example, 10% of the arithmetically required supply voltage is added in order to avoid slight fluctuations in the signal level of the signal to be amplified 22 to be able to compensate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Zuschlag zum errechneten Versorgungsspannungswert auch in Abhängigkeit der messtechnisch ermittelten Dynamik des zu verstärkenden Signals 22 und/oder der Reaktionszeit des Netzteils 11 auf geänderte Soll-Versorgungsspannungswerte, repräsentiert durch das Spannungssteuersignal 31, gewählt oder durch die Steuerung 13 eingestellt werden. Insbesondere kann der Zuschlag zum Versorgungsspannungswert in Abhängigkeit der genannten Größen derart eingestellt werden, dass die resultierende Gesamtversorgungsspannung zur Verstärkung des zu verstärkenden Signals ohne Clipping-Erscheinungen stets ausreicht.According to an advantageous embodiment, the addition to the calculated supply voltage value can also depend on the measurement dynamics of the signal to be amplified 22 and / or the response time of the power supply 11 to changed nominal supply voltage values, represented by the voltage control signal 31 , selected or by the control 13 can be set. In particular, the addition to the supply voltage value can be set as a function of the quantities mentioned in such a way that the resulting total supply voltage is always sufficient to amplify the signal to be amplified without clipping phenomena.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Zuschlag zum errechneten Versorgungsspannungswert auch aus einem zulässigen Wert für den Klirrfaktor des verstärkten Signals 23 abgeleitet werden. Dazu wird vorteilhafter Weise in einem Probelauf vorab der Klirrfaktor des mittels der oder einer baugleichen Verstärkereinrichtung 1 verstärkten Signals 23 messtechnisch ermittelt. Sodann wird der Versorgungsspannungswert auf einen Wert eingestellt, bei dem eine Verstärkung des Signals mit einem höchstzulässigen Klirrfaktor erfolgt. Der Zuschlag ergibt sich dann aus der auf den rechnerisch ermittelten Versorgungsspannungswert (Produkt aus Spitzenwert des Signals 22 und Verstärkungsfaktor) bezogenen Differenz aus eingestelltem und rechnerisch ermitteltem Versorgungsspannungswert und kann als im Mikroprozessor 13 fest abgelegt werden.According to a further advantageous embodiment, the addition to the calculated supply voltage value can also be made from a permissible value for the distortion factor of the amplified signal 23 be derived. For this purpose, the distortion factor of the amplifier device or one of the same design is advantageously tested in advance in a test run 1 amplified signal 23 determined by measurement. Then the supply voltage value becomes one value set at which the signal is amplified with a maximum distortion factor. The surcharge then results from the calculated on the supply voltage value (product of the peak value of the signal 22 and gain factor) related difference from the set and arithmetically determined supply voltage value and can be as in the microprocessor 13 be stored firmly.

Auch bei dieser Ausführungsform kann ein zusätzlicher Sicherheitszuschlag zur Berücksichtigung der jeweiligen Signaldynamik und/oder Reaktionszeit des Netzteils 11 vorgesehen werden. Die Reaktion des Netzteils kann dabei als zuvor messtechnisch ermittelte Größe im Mikroprozessor 13 abgelegt sein.In this embodiment, too, an additional security surcharge can be taken into account to take into account the respective signal dynamics and / or response time of the power supply 11 be provided. The response of the power supply unit can be a previously determined quantity in the microprocessor 13 be filed.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass statt des Verstärkungssollwertes das verstärkte Signal 23 zur Ermittlung der benötigten Versorgungsspannung 21, also der Ausgangsspannung des Netzteils 11 betrachtet wird.According to an alternative embodiment of the invention, it can also be provided that the amplified signal instead of the gain setpoint 23 to determine the required supply voltage 21 , i.e. the output voltage of the power supply 11 is looked at.

Hierzu ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform das verstärkte Signal oder ein daraus abgeleitetes Messsignal über eine zweite Messleitung 42 einer Klirrfaktorbestimmung zugeführt. Die Klirrfaktorbestimmung ist vorzugsweise in Form einer entsprechenden Softwareroutine als Teil der Steuerung 13 ausgeführt.For this purpose, according to an advantageous embodiment, the amplified signal or a measurement signal derived therefrom is via a second measurement line 42 a distortion factor determination. The distortion factor determination is preferably in the form of a corresponding software routine as part of the control 13 executed.

Die Steuerung ist in diesem Fall derart ausgebildet, dass sie die Ausgangsspannung des Netzteils 11 über das Spannungssteuersignal 31 derart vorgibt, dass bei einer bestimmten eingestellten Verstärkung bzw. Wiedergabelautstärke der Klirrfaktor des verstärkten Signals 23 einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet bzw. unterschreitet. Hier wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass im Falle einer für die Verstärkung des Signals nicht ausreichenden Versorgungsspannung 21 die Verstärkerstufe 12 das Ausgangssignal 23 verzerrt (Clipping). Die Versorgungsspannung 21 der Verstärkerstufe wird daher durch die Steuerung 13 mittels des Spannungssteuersignals 31 auf einen Wert angehoben, ab dem Verzerrungen des verstärkten Signals 23 infolge Clipping nicht mehr messbar sind bzw. die Verzerrungen des verstärkten Signals den vorgegebenen Wert unterschreiten.In this case, the controller is designed such that it controls the output voltage of the power supply 11 via the voltage control signal 31 specifies that the distortion factor of the amplified signal at a certain set gain or playback volume 23 does not exceed or fall below a predetermined value. Use is made here of the knowledge that in the event of a supply voltage which is insufficient for the amplification of the signal 21 the amplifier stage 12 the output signal 23 distorted (clipping). The supply voltage 21 the amplifier stage is therefore controlled by the controller 13 by means of the voltage control signal 31 raised to a level from the distortion of the amplified signal 23 are no longer measurable as a result of clipping or the distortions of the amplified signal fall below the predetermined value.

Gemäß einer dritten Ausführungsform können auch erste und zweite Ausführungsform vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Dazu kann die benötigte Versorgungsspannung beispielsweise gemäß der ersten Ausführungsform rechnerisch aus den ermittelten Spitzen- oder Mittelwerten (zuzüglich empirisch ermittelter Reserve, wie im Zusammenhang mit der Pegelermittlung beschrieben) und dem Verstärkungs- oder Lautstärkesollwert bestimmt werden und zusätzlich der Klirrfaktor des verstärkten Signals 23 überwacht werden, wobei im Falle eines durch die Steuereinrichtung für zu hoch befundenen Klirrfaktors die Versorgungsspannung 21 über den rechnerisch ermittelten Wert hinaus angehoben wird.According to a third embodiment, the first and second embodiments can also advantageously be combined with one another. For this purpose, the required supply voltage can be determined, for example, according to the first embodiment, arithmetically from the determined peak or mean values (plus empirically determined reserve, as described in connection with the level determination) and the gain or volume setpoint, and additionally the distortion factor of the amplified signal 23 are monitored, the supply voltage in the case of a distortion factor found by the control device to be too high 21 is raised above the calculated value.

Die Steuerung ist weiterhin derart ausgebildet, dass die Ausgangsspannung des Netzteils 11, also die Versorgungsspannung der Verstärkerstufe 12 ständig an den Wert der für die Verstärkung des Signals 22 tatsächlich benötigte Versorgungsspannung angeglichen wird. Dazu ist es vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Pegel des zu verstärkenden Signals 22 (im Falle der ersten beschriebenen Ausführungsform) oder der Klirrfaktor des verstärkten Signals 23 (im Falle der zweiten beschriebenen Ausführungsform) ständig gemessen und daraus die aktuell benötigte Versorgungsspannung bestimmt wird.The controller is also designed such that the output voltage of the power supply 11 , i.e. the supply voltage of the amplifier stage 12 constantly at the value of the signal for amplification 22 supply voltage actually required is adjusted. For this purpose, it is advantageously provided that the level of the signal to be amplified 22 (in the case of the first embodiment described) or the distortion factor of the amplified signal 23 (in the case of the second embodiment described) constantly measured and from this the currently required supply voltage is determined.

Es ist weiter vorgesehen, dass eine Erhöhung der Versorgungsspannung 21 sehr schnell, eine Verringerung der Versorgungsspannung dagegen stets mit einer zeitlichen Verzögerung und/oder einer hohen Zeitkonstanten, also um geringe Beträge pro Zeiteinheit erfolgt.It is further provided that an increase in the supply voltage 21 very quickly, however, the supply voltage is always reduced with a time delay and / or a high time constant, that is to say by small amounts per unit of time.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann es auch vorgesehen sein, dass das zu verstärkende Signal nach Einspeisung am Eingang 19 der Verstärkerschaltung 1 vor Zuführung an den Eingang der Verstärkerstufe 15 in einem Verzögerungsglied 18 um eine vorgegebene Zeit verzögert wird. Hierdurch kann die Reaktion der Versorgungsspannungsregelung insbesondere auf eine ansteigende benötigte Versorgungsspannung verbessert werden. Für den Fall der ersten Ausführungsform greift dabei die erste Messleitung 41 das zu verstärkende Signal 22 vorzugsweise zwischen Eingang 19 der Verstärkerschaltung 1 und dem Eingang des Verzögerungsglieds 18 ab, so dass der Steuerungseinheit 13 das unverzögerte zu verstärkende Signal zugeführt wird.According to a further advantageous development, it can also be provided that the signal to be amplified after feeding in at the input 19 the amplifier circuit 1 before feeding to the input of the amplifier stage 15 in a delay element 18 is delayed by a predetermined time. As a result, the response of the supply voltage regulation can be improved, in particular to an increasing supply voltage required. In the case of the first embodiment, the first measuring line takes effect 41 the signal to be amplified 22 preferably between entrance 19 the amplifier circuit 1 and the input of the delay element 18 off, so the control unit 13 the undelayed signal to be amplified is supplied.

Die gewonnenen Erkenntnisse über den Pegel des verstärkten Signals 23 können vorteilhaft beispielsweise zur Steuerung der Drehzahl eines Lüfters 17 zur Kühlung der Verstärkereinrichtung 1 nach Maßgabe eines entsprechend von der Steuereinrichtung 13 erzeugten Lüfterdrehzahlsteuersignals 33 genutzt werden. Vorteilhafter Weise werden hierbei psychoakustische Erkenntnisse darüber genutzt, in welchen Frequenzbereichen das menschliche Gehör am wenigsten sensibel ist, wobei die durch das verstärkte Signal 23 vorwiegend belegten Frequenzbereiche aus der Klirrfaktorbestimmung gemäß zweiter und dritter Ausführungsform bekannt bzw. mit geringem Aufwand zu ermitteln sind.The knowledge gained about the level of the amplified signal 23 can advantageously be used, for example, to control the speed of a fan 17 for cooling the amplifier device 1 in accordance with a correspondingly by the control device 13 generated fan speed control signal 33 be used. Psychoacoustic knowledge of the frequency ranges in which the human ear is least sensitive is advantageously used, the amplified signal 23 predominantly occupied frequency ranges from the distortion factor determination according to the second and third embodiment are known or can be determined with little effort.

Claims

Method for setting the supply voltage for an amplifier stage, in particular an audio system, the supply voltage being generated by means of a power pack, characterized in that the supply voltage of the amplifier stage required for amplifying a signal is determined and the supply voltage is set as a function of the required supply voltage of the amplifier stage.

A method according to claim 1, characterized in that a signal level of the to be amplified Signal is determined that a setpoint or an actual value of reinforcement is determined and that the required supply voltage of the amplifier the signal level of the signal to be amplified Signal and the setpoint or the actual value of the gain determined becomes.

A method according to claim 2, characterized in that the signal level from the peak values of the amplified Signal, especially by peak rectification of the amplified Signal is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the setpoint of the gain of the amplifier stage from a by means of a control, in particular volume control, Generable default value is derived and the supply voltage dependent on the default value, preferably proportional to this, is changed.

A method according to claim 1, characterized in that a distortion factor of the amplified Signal is determined and the supply voltage required to amplify the signal is determined from the distortion factor.

Amplifier arrangement, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims, with an amplifier stage ( 12 ) and a power supply ( 11 ) to provide a supply voltage ( 21 ) for the amplifier stage ( 12 ), characterized in that means ( 13 . 41 . 32 ; 13 . 42 ) to determine the signal amplification ( 22 ) required supply voltage ( 21 ) that the power supply ( 11 ) to set one of the power supply ( 11 ) generated supply voltage ( 21 ) is controllable, and that a controller ( 13 ) to control the power supply ( 11 ) is provided to adjust the supply voltage ( 21 ) depending on the supply voltage required for the amplifier stage ( 12 ) causes.