JP2018056854A - Self-excited class-d amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自励式のD級増幅器に関する。 The present invention relates to a self-excited class D amplifier.
従来より、オーディオ信号等を電力増幅する増幅器の1つとして、自励式のD級増幅器が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a self-excited class D amplifier is known as one of amplifiers that amplify power of audio signals and the like.
下記特許文献1の図1には、入力したオーディオ信号を積分する積分器と、該積分器の出力と所定の基準値とを比較し、PWM(パルス幅変調)信号を出力する比較器と、該比較器からのPWM信号を電力増幅して出力する駆動回路およびスイッチ回路と、該スイッチ回路から出力されるPWM信号からキャリア成分を除去して、電力増幅されたオーディオ信号を復調するローパスフィルタ(LPF)と、スイッチ回路の出力を積分器の反転入力に帰還する第1の帰還回路と、LPF出力を微分回路で微分して前記積分器の反転入力に帰還する第2の帰還回路とを備えた自励式D級増幅器が開示されている。積分器からスイッチ回路に至り、第1の帰還回路で積分器の反転入力に帰還するループ回路は、当該ループ回路の位相遅れが180度となる周波数で自励発振する。この自励式D級増幅器では、LPF出力を微分回路で微分して前記積分器の反転入力に負帰還をかけており、これにより増幅器のオーディオ帯域における歪み特性が改善されるとともに、増幅器のゲインが決まる。 In FIG. 1 of the following Patent Document 1, an integrator that integrates an input audio signal, a comparator that compares an output of the integrator with a predetermined reference value, and outputs a PWM (pulse width modulation) signal, A drive circuit and a switch circuit that amplify and output the PWM signal from the comparator, and a low-pass filter that demodulates the power signal after removing the carrier component from the PWM signal output from the switch circuit ( LPF), a first feedback circuit for feeding back the output of the switch circuit to the inverting input of the integrator, and a second feedback circuit for differentiating the LPF output by the differentiation circuit and feeding back to the inverting input of the integrator. A self-excited class D amplifier is disclosed. The loop circuit that reaches the switch circuit from the integrator and feeds back to the inverting input of the integrator by the first feedback circuit oscillates at a frequency at which the phase delay of the loop circuit is 180 degrees. In this self-excited class D amplifier, the LPF output is differentiated by a differentiating circuit and negative feedback is applied to the inverting input of the integrator, thereby improving the distortion characteristics in the audio band of the amplifier and increasing the gain of the amplifier. Determined.
上記特許文献1の回路では、微分回路を介して積分器の入力側に負帰還をかけているが、微分回路を介しているため、特に低い周波数帯域での負帰還量が少なくなるという問題があった。オーディオ信号の増幅器としては、歪み特性をさらに改善するため、低い周波数帯域(オーディオ帯域)での負帰還量をさらに増加させたいという要求がある。 In the circuit of Patent Document 1 described above, negative feedback is applied to the input side of the integrator via a differentiating circuit. However, since the differential circuit is provided, there is a problem that the amount of negative feedback is reduced particularly in a low frequency band. there were. There is a demand for an amplifier for an audio signal to further increase the amount of negative feedback in a low frequency band (audio band) in order to further improve the distortion characteristics.
本発明の目的は、自励式D級増幅器において、出力側から入力側への負帰還量を増加させ、歪み特性の改善を図ることにある。 An object of the present invention is to improve the distortion characteristics by increasing the amount of negative feedback from the output side to the input side in a self-excited class D amplifier.
上記目的を達成するため、請求項1に係る自励式D級増幅器は、入力信号に第2帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を増幅する前処理回路と、前記前処理回路で増幅された信号を積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第1帰還回路と、前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第2帰還回路とを備えることを特徴とする。 To achieve the above object, a self-excited class D amplifier according to claim 1 is amplified by a preprocessing circuit that amplifies a signal obtained by feeding back a feedback signal from a second feedback circuit to an input signal, and the preprocessing circuit. An integration circuit that integrates the obtained signal and outputs the result as an integration signal, a comparator that compares the voltage of the integration signal with a predetermined reference voltage and outputs a pulse width modulation signal, and outputs from the comparator A switching circuit that amplifies the pulse width modulation signal to be amplified, a low-pass filter that generates an amplified output signal from the power amplified pulse width modulation signal, and an output of the switching circuit is fed back to the input of the integration circuit A first feedback circuit and a second feedback circuit that feeds back an output of the low-pass filter to an input of the pre-processing circuit.
請求項2に係る自励式D級増幅器は、入力信号に第2帰還回路からの帰還信号を帰還させた信号を積分する前処理回路と、前記前処理回路で積分された信号をさらに積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第1帰還回路と、前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第2帰還回路とを備えることを特徴とする。 The self-excited class D amplifier according to claim 2 further integrates a preprocessing circuit that integrates a signal obtained by feeding back the feedback signal from the second feedback circuit to the input signal, and a signal integrated by the preprocessing circuit, An integration circuit that outputs the result as an integration signal, a comparator that compares the voltage of the integration signal with a predetermined reference voltage and outputs a pulse width modulation signal, and a pulse width modulation signal output from the comparator A switching circuit that amplifies the power, a low-pass filter that generates an amplified output signal from the power-amplified pulse width modulation signal, a first feedback circuit that feeds back the output of the switching circuit to the input of the integrating circuit, And a second feedback circuit that feeds back the output of the low-pass filter to the input of the preprocessing circuit.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の自励式D級増幅器において、前記第2帰還回路は、微分回路であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the self-excited class D amplifier according to claim 1 or 2, wherein the second feedback circuit is a differentiating circuit.
請求項4に係る発明は、請求項1から3の何れか1つに記載の自励式D級増幅器において、前記第2帰還回路は、前記ローパスフィルタの後段に設けられたスナバ回路であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the self-excited class D amplifier according to any one of the first to third aspects, the second feedback circuit is a snubber circuit provided at a subsequent stage of the low-pass filter. Features.
本発明によれば、自励式D級増幅器において、出力側から入力側への負帰還量を増加させ、歪み特性の改善を図ることができる。 According to the present invention, in a self-excited class D amplifier, the amount of negative feedback from the output side to the input side can be increased to improve the distortion characteristics.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態である自励式D級増幅器10の回路図を示す。1は増幅器の入力、2は増幅器10の出力である。増幅器10は、前処理回路12、積分回路14、比較器16、スイッチング回路17、LPF18、第1帰還回路21、および第2帰還回路22を備える。
FIG. 1 shows a circuit diagram of a self-excited
前処理回路12は、オペアンプ121とβ回路122からなる。β回路122は、オペアンプ121の反転入力端と出力端との間に接続された抵抗器123と、オペアンプ121の反転入力端と接地との間に接続された抵抗器124からなる。従って、前処理回路12全体としては非反転増幅回路を構成している。非反転増幅回路である前処理回路12は、入力1のオーディオ信号に第2帰還回路22による帰還をかけたオーディオ信号を増幅し、増幅されたオーディオ信号を積分回路14に出力する。積分回路14は、抵抗器141とオペアンプ142とコンデンサ143とを備える。積分回路14は、前処理回路12からの信号を積分し、その結果の積分信号を比較器16に出力する。積分回路14は、反転積分回路になっており、入力した信号と逆相の積分信号を出力する。
The preprocessing
比較器16は、その積分信号を基準電圧(比較器16の接地電圧)と比較することで、入力1のオーディオ信号をPWM変調したPWM信号を生成し出力する。スイッチング回路17は、スイッチ駆動回路171とスイッチ回路172とからなり、比較器16からのPWM信号を電力増幅して出力する。LPF18は、インダクタ181とコンデンサ182とからなり、電力増幅されたPWM信号からキャリア成分(自励発振の周波数成分)を除去し、電力増幅されたオーディオ信号を復調して、増幅器10の出力2から出力する。
The
第1帰還回路21は、スイッチング回路17の出力信号を、積分回路14のオペアンプ142の反転入力に帰還する。この帰還により、増幅器10は、自励式D級増幅器として自励発振する。この自励発振のためのループ回路(積分回路14からスイッチング回路17に至り第1帰還回路21により積分回路14に帰還するループ回路)中に積分回路14を設けているので、ある程度のオーディオ帯域での帰還量を増やせる効果が見込める。
The
第2帰還回路22は、コンデンサ221と抵抗器222からなる微分回路である。第2帰還回路22は、出力2のオーディオ信号を、前処理回路12に入力するオーディオ信号に帰還する。この帰還により、増幅器10のオーディオ帯域における歪み特性が改善される。本実施形態では、LPF18の出力を第2帰還回路22により帰還し、さらに前処理回路12により増幅しているので、前処理回路12が無い場合よりさらに帰還量を増やして歪み特性を改善することができる。特に、非反転増幅回路である前処理回路12は、オーディオ帯域(低い周波数帯域)で高いゲインを示す周波数特性を持つ。従って、前処理回路12があることで、従来のものよりも、オーディオ帯域での負帰還量を増加させ歪み特性をさらに改善することができる。
The
図2(a)は、図1の前処理回路12の変形例であり、前処理回路12として非反転積分回路を適用した変形例を示す。図1の前処理回路12の部分を図2(a)に置き換えるものとし、図1の他の構成は同じとする。図2(a)の前処理回路12は、オペアンプ121、コンデンサ125と抵抗器126からなるβ回路122、抵抗器127、およびコンデンサ128を備え、第2帰還回路22による帰還をかけたオーディオ信号を積分して、その結果の積分信号を積分回路14に出力する。以後の信号処理は、図1と同様である。
FIG. 2A shows a modification of the preprocessing
図2(a)の変形例によれば、入力1のオーディオ信号に第2帰還回路22による負帰還をかけたオーディオ信号を積分し、その結果の積分信号を積分回路14でさらに積分している。結果として、帰還量を増やして歪み特性を改善することができる。特に、非反転積分回路である前処理回路12は、オーディオ帯域(低い周波数帯域)で高いゲインを示す周波数特性を持つ。従って、前処理回路12があることで、従来のものよりも、オーディオ帯域での負帰還量を増加させ歪み特性をさらに改善することができる。
According to the modification of FIG. 2A, an audio signal obtained by applying negative feedback by the
図2(b)は、第2帰還回路22の変形例を示す。この変形例は、図1のLPF18の後段に、コンデンサ19と抵抗器20からなるスナバ回路(あるいはダンパー回路)と呼ばれる回路を設けたものであり、その他の構成は図1と同じである。スナバ回路は、増幅器10が無負荷または軽負荷となったときにLPF18の共振周波数で生じる出力のピークを抑えるためのものである。このような回路が設けられている場合、図2(b)に示すように、コンデンサ19と抵抗器20の接続位置から帰還信号を取り出して、入力1側に帰還するように構成してもよい。この場合、コンデンサ19と抵抗器20が図1の第2帰還回路22(微分回路)の役割を果たすので、第2帰還回路22は無くてもよい。
FIG. 2B shows a modification of the
上記実施形態によれば、LPF18の前段から大量に負帰還をかけることができるので、結果として低歪みが実現可能である。1次タイプが設計しやすいが、スタガ比を確保すれば2次以上の積分タイプも可能である。また、原理的に感度が高くなるポイントが発生しないため、ノイズ耐性が優れている。高速、広帯域タイプを使えば高い周波数(5kHz〜)でも低歪みを実現できる。
According to the above embodiment, a large amount of negative feedback can be applied from the front stage of the
なお、上記実施形態における具体的な回路構成は、説明したものに限ることなく、適宜改変して実施可能である。例えば、積分回路22や第1帰還回路27や第2帰還回路28などの構成は、図に示したものに限られるものではない。第1帰還回路27及び第2帰還回路28は微分回路でも良い。
Note that the specific circuit configuration in the above embodiment is not limited to that described, and can be implemented with appropriate modifications. For example, the configurations of the
1…入力、2…出力、12…前処理回路,14…積分回路、16…比較器、17…スイッチング回路、18…LPF、21…第1帰還回路、22…第2帰還回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input, 2 ... Output, 12 ... Pre-processing circuit, 14 ... Integration circuit, 16 ... Comparator, 17 ... Switching circuit, 18 ... LPF, 21 ... First feedback circuit, 22 ... Second feedback circuit.
Claims (4)
前記前処理回路で増幅された信号を積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、
前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、
前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、
電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、
前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第1帰還回路と、
前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第2帰還回路と
を備えることを特徴とする自励式D級増幅器。 A preprocessing circuit for amplifying a signal obtained by feeding back the feedback signal from the second feedback circuit to the input signal;
Integrating the signal amplified by the preprocessing circuit, and outputting the result as an integration signal;
A comparator that compares the voltage of the integrated signal with a predetermined reference voltage and outputs a pulse width modulation signal;
A switching circuit that amplifies the power of the pulse width modulation signal output from the comparator;
A low-pass filter that generates an amplified output signal from the power-amplified pulse width modulation signal;
A first feedback circuit that feeds back an output of the switching circuit to an input of the integrating circuit;
A self-excited class D amplifier comprising: a second feedback circuit that feeds back an output of the low-pass filter to an input of the preprocessing circuit.
前記前処理回路で積分された信号をさらに積分し、その結果を積分信号として出力する積分回路と、
前記積分信号の電圧と所定の基準電圧とを比較して、パルス幅変調信号を出力する比較器と、
前記比較器から出力されるパルス幅変調信号を電力増幅するスイッチング回路と、
電力増幅されたパルス幅変調信号から、増幅された出力信号を生成するローパスフィルタと、
前記スイッチング回路の出力を前記積分回路の入力に帰還する第1帰還回路と、
前記ローパスフィルタの出力を前記前処理回路の入力に帰還する第2帰還回路と
を備えることを特徴とする自励式D級増幅器。 A preprocessing circuit for integrating a signal obtained by feeding back the feedback signal from the second feedback circuit to the input signal;
An integration circuit for further integrating the signal integrated in the preprocessing circuit and outputting the result as an integration signal;
A comparator that compares the voltage of the integrated signal with a predetermined reference voltage and outputs a pulse width modulation signal;
A switching circuit that amplifies the power of the pulse width modulation signal output from the comparator;
A low-pass filter that generates an amplified output signal from the power-amplified pulse width modulation signal;
A first feedback circuit that feeds back an output of the switching circuit to an input of the integrating circuit;
A self-excited class D amplifier comprising: a second feedback circuit that feeds back an output of the low-pass filter to an input of the preprocessing circuit.
前記第2帰還回路は、微分回路であることを特徴とする自励式D級増幅器。 The self-excited class D amplifier according to claim 1 or 2,
The self-excited class D amplifier, wherein the second feedback circuit is a differentiation circuit.
前記第2帰還回路は、前記ローパスフィルタの後段に設けられたスナバ回路であることを特徴とする自励式D級増幅器。 The self-excited class D amplifier according to any one of claims 1 to 3,
The self-excited class D amplifier, wherein the second feedback circuit is a snubber circuit provided at a subsequent stage of the low-pass filter.
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