JP2009253642A - Class-d amplifier, and switching driving method for class-d amplifier - Google Patents

Class-d amplifier, and switching driving method for class-d amplifier Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a class-D amplifier in which output power can be secured greatly by a single-side power source and a pumping phenomenon caused by a regeneration current hardly occurs. <P>SOLUTION: The class-D amplifier comprises: a first pair of high-side and low-side switching elements 1, 2; a second pair of high-side and low-side switching elements 3, 4; a first drive circuit 30 for alternately turning ON/OFF the first pair of switching elements 1, 2 in accordance with a positive/negative input signal; a second drive circuit 40 for alternately turning ON/OFF the second pair of switching elements 3, 4 based on a pulse obtained by performing PWM modulation upon the input signal; a single-side power source 21 connected to both terminals of the first and second pairs of switching elements 1, 2 and 3, 4; and a load RF connected between a connecting point between the first pair of switching elements and a connecting point between the second pair of switching elements via an LC circuit 10, and a C-side terminal of the LC circuit 10 is connected with a ground. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はDクラスアンプ、Dクラスアンプのスイッチング駆動方法に係り、とくに片電源を用いたDクラスアンプ、Dクラスアンプのスイッチング駆動方法に関する。   The present invention relates to a D class amplifier and a switching drive method for the D class amplifier, and more particularly to a D class amplifier using a single power supply and a switching drive method for the D class amplifier.

オーディオパワーアンプでは電力効率の高いDクラスアンプが用いられるようになってきている。Dクラスアンプにはハイサイドとローサイドの一対のスイッチング素子を1組有するハーフブリッジ接続と、ハイサイドとローサイドの一対のスイッチング素子を2組用いたフルブリッジ接続がある。また、電源形式には片電源(+B)と両電源(±B)があり、車載用パワーアンプでは、バッテリ電圧をDC/DCコンバータで昇圧して+Bまたは±Bを作成している。特開2006−60278号の図2には両電源とハーフブリッジ接続を組み合わせた構成例が開示されている。図1に概略の構成を示す。直列接続されて交互にオン・オフを繰り返すスイッチング素子1、2の各々に個別にフライホイールダイオードD1、D2が並列接続されており、2つのスイッチング素子1、2の接続点P(電圧をV0とする)とグランドとの間にLC回路10と負荷RLが接続されている。スイッチング素子1、2の両端には電源部20から±Bが供給されている。スイッチング素子1、2は入力信号により高周波の三角波をPWM変調して作成した駆動パルスDP1、DP2(DP2はDP1の反転)に基づき交互にオン・オフされる。スイッチング素子1がオン、2がオフの場合、V0は+Bとなり、スイッチング素子1がオフ、2がオンの場合、V0は−Bとなる。今、V0の平均電圧が+となっており、スイッチング素子1のオン期間がオフ期間より長く、LC回路10のコイルLFにPから負荷RLの方向へ電流が流れていたとして(図1(1)参照)、スイッチング素子1がオン、2がオフの状態から1がオフ、2がオンの状態に切り替わったとき、コイルLFに流れる電流が連続性を保とうとするため引き続き、Pから負荷RLの方向へ流れる(図1(2)参照)。このときの電流方向は電源部11から見て本来流れる方向とは逆な回生電流となるため電源部11の−B側の大容量コンデンサが充電されて−BがΔVだけ大きくなってしまう電源パンピング現象が起きる。また、入力信号が零で駆動パルスDP1、DP2のデューティ比が50%の場合、V0には+B/2の直流バイアスが生じる。   In audio power amplifiers, D-class amplifiers with high power efficiency have been used. The D-class amplifier includes a half-bridge connection having a pair of high-side and low-side switching elements and a full-bridge connection using two pairs of high-side and low-side switching elements. In addition, there are a single power source (+ B) and a dual power source (± B) in the power source format, and in-vehicle power amplifiers create + B or ± B by boosting the battery voltage with a DC / DC converter. FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-60278 discloses a configuration example in which both power supplies and half-bridge connection are combined. FIG. 1 shows a schematic configuration. Flywheel diodes D1 and D2 are individually connected in parallel to each of switching elements 1 and 2 that are alternately connected and repeatedly turned on and off in series, and a connection point P (voltage V0 and V0) of the two switching elements 1 and 2 is connected. The LC circuit 10 and the load RL are connected between the terminal and the ground. ± B is supplied from the power supply unit 20 to both ends of the switching elements 1 and 2. The switching elements 1 and 2 are alternately turned on and off based on drive pulses DP1 and DP2 (DP2 is an inversion of DP1) generated by PWM modulation of a high-frequency triangular wave with an input signal. When the switching element 1 is on and 2 is off, V0 is + B, and when the switching element 1 is off and 2 is on, V0 is −B. Now, assuming that the average voltage of V0 is +, the ON period of the switching element 1 is longer than the OFF period, and a current flows from the P to the load RL in the coil LF of the LC circuit 10 (FIG. 1 (1 )), When switching element 1 is turned on, 2 is turned off, 1 is turned off, and 2 is turned on, the current flowing in coil LF tries to maintain continuity, and P continues to load RL. It flows in the direction (see FIG. 1 (2)). The current direction at this time is a regenerative current that is opposite to the direction of the original flow when viewed from the power supply unit 11, so that the large-capacitance capacitor on the −B side of the power supply unit 11 is charged and −B increases by ΔV. A phenomenon occurs. When the input signal is zero and the duty ratio of the drive pulses DP1 and DP2 is 50%, a DC bias of + B / 2 is generated at V0.

特表2000−513159号の図5には片電源とフルブリッジ接続を組み合わせた構成例が開示されている。図2に概略の構成を示す。直列接続されて交互にオン・オフを繰り返すスイッチング素子1、2の各々に個別にフライホイールダイオードD1、D2が並列接続されており、2つのスイッチング素子1、2の接続点P1(電圧をV1とする)がLC回路10を介して負荷RLの一端と接続されている。また直列接続されて交互にオン・オフを繰り返すスイッチング素子3、4の各々に個別にフライホイールダイオードD3、D4が並列接続されており、2つのスイッチング素子3、4の接続点P2(電圧をV2とする)がLC回路11を介して負荷RLの他端と接続されている。LC回路10と11のコンデンサCFの一端はグランドに接続されている。スイッチング素子1、2の両端と3、4の両端には片電源の電源部21から+Bが供給されている。スイッチング素子1、2は入力信号により高周波の三角波をPWM変調して作成した駆動パルスDP1、DP2(DP2はDP1の反転)に基づき交互にオン・オフされる。スイッチング素子3、4は駆動パルスDP2、DP1に基づき交互にオン・オフされる。スイッチング素子1、4がオン、2、3がオフの場合、V1−V2は+Bとなり、スイッチング素子1、4がオフ、2、3がオンの場合、V1−V2は−Bとなる。よって、負荷RLには+Bの2倍の電圧が掛かるので、両電源並の出力電力を得ることができる。また、片電源なので両電源の場合よりもパンピング現象は小さくなるが、電源部21に回生電流が流れるのでパンピング現象自体を無くすことはできない。   FIG. 5 of JP-T-2000-513159 discloses a configuration example in which a single power source and a full bridge connection are combined. FIG. 2 shows a schematic configuration. Flywheel diodes D1 and D2 are individually connected in parallel to each of switching elements 1 and 2 that are alternately connected and repeatedly turned on and off in series, and a connection point P1 between two switching elements 1 and 2 (voltage is set to V1). Is connected to one end of the load RL via the LC circuit 10. In addition, flywheel diodes D3 and D4 are individually connected in parallel to each of switching elements 3 and 4 that are connected in series and repeatedly turn on and off alternately, and a connection point P2 (voltage V2 between two switching elements 3 and 4). Is connected to the other end of the load RL via the LC circuit 11. One end of the capacitor CF of the LC circuits 10 and 11 is connected to the ground. Both ends of the switching elements 1 and 2 and both ends of 3 and 4 are supplied with + B from the power source unit 21 of a single power source. The switching elements 1 and 2 are alternately turned on and off based on drive pulses DP1 and DP2 (DP2 is an inversion of DP1) generated by PWM modulation of a high-frequency triangular wave with an input signal. The switching elements 3 and 4 are alternately turned on and off based on the drive pulses DP2 and DP1. When the switching elements 1 and 4 are on, 2 and 3 are off, V1−V2 is + B, and when the switching elements 1 and 4 are off and 2 and 3 are on, V1−V2 is −B. Therefore, since the voltage twice as high as + B is applied to the load RL, output power equivalent to that of both power sources can be obtained. In addition, since the single power supply is used, the pumping phenomenon is smaller than that in the case of using both power supplies.

ところで、図2の駆動パルスDP1、DP2のデューティ比が50%の場合、原理的にはV1、V2ともに約+B/2となり、グランドから見た場合に直流バイアスが生じる。   Incidentally, when the duty ratio of the drive pulses DP1 and DP2 in FIG. 2 is 50%, in principle, both V1 and V2 are about + B / 2, and a DC bias is generated when viewed from the ground.

特開2006−60278号公報の図2FIG. 2 of JP-A-2006-60278 特表2000−513159号公報の図5Fig. 5 of JP 2000-513159 A

本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、片電源により出力電力が大きく取れ、回生電流によるパンピング現象が発生しにくいDクラスアンプを提供することを、その目的とする。   An object of the present invention is to provide a D-class amplifier in which a large output power can be obtained by a single power source and a pumping phenomenon due to a regenerative current is unlikely to occur.

本発明のDクラスアンプの1つは、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、入力信号の振幅の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された片電源と、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続されたLC回路とを備え、LC回路のコンデンサの一端をグランドと接続し、LC回路のコンデンサと並列に負荷を接続するようにしたこと、を特徴としている。
本発明のDクラスアンプの他の1つは、第1のDクラスアンプ回路と第2のDクラスアンプ回路を有し、第1のDクラスアンプ回路は、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、入力信号の振幅の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された第1の片電源と、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続された第1のLC回路とを備え、第2のDクラスアンプ回路は、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、入力信号の振幅の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された第2の片電源と、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続された第2のLC回路とを備え、第1のLC回路のコンデンサの一端と第2のLC回路のコンデンサの一端をグランドと接続し、第1のLC回路と第2のLC回路の間に負荷を接続するようにし、第1のDクラスアンプ回路の第1の駆動手段が第1の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第1の駆動手段は第1の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)し、第1のDクラスアンプ回路の第2の駆動手段が第2の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第2の駆動手段は第2の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)するようにしたこと、を特徴としている。
本発明のDクラスアンプのスイッチング駆動方法の1つは、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に片電源を接続し、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間にLC回路を接続し、LC回路のコンデンサの一端をグランドと接続するとともにLC回路のコンデンサと並列に負荷を接続し、入力信号の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動し、入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するようにしたこと、を特徴としている。
本発明のDクラスアンプのスイッチング駆動方法の他の1つは、第1のDクラスアンプ回路のハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に第1の片電源を接続し、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に第1のLC回路を接続し、第2のDクラスアンプ回路のハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に第2の片電源を接続し、第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に第2のLC回路を接続し、第1のLC回路のコンデンサの一端と第2のLC回路のコンデンサの一端をグランドと接続するとともに、第1のLC回路と第2のLC回路の間に負荷を接続し、入力信号の正負に応じて第1、第2のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するとともに、入力信号をPWM変調したパルスに基づき第1、第2のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するようにし、この際、第1のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)し、第1のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)するようにしたこと、を特徴としている。
One of the D-class amplifiers of the present invention includes a first pair of high-side and low-side switching elements, a first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements, a high-side and a low-side The second pair of switching elements, the second pair of diodes connected in parallel to each of the second pair of switching elements, and the first pair of switching elements alternately according to the positive / negative of the amplitude of the input signal First driving means for on / off driving, second driving means for alternately turning on / off the second pair of switching elements based on a pulse obtained by PWM modulating an input signal, and first and second pairs A single power source connected to both ends of the switching element, a first connection point between the first pair of switching elements, and a second connection point between the second pair of switching elements. And a connected LC circuit, connected to ground one end of the capacitor of the LC circuit, it has to connect the load in parallel with the capacitor of the LC circuit is characterized.
Another one of the D class amplifiers of the present invention includes a first D class amplifier circuit and a second D class amplifier circuit, and the first D class amplifier circuit includes a first pair of a high side and a low side. A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements, a second pair of switching elements on the high side and the low side, and each of the second pair of switching elements A second pair of diodes connected in parallel, a first driving means for alternately turning on and off the first pair of switching elements according to the positive / negative of the amplitude of the input signal, and a pulse obtained by PWM modulating the input signal Based on a second driving means for alternately turning on and off the second pair of switching elements, a first single power source connected to both ends of the first and second pair of switching elements, A first LC circuit connected between a first connection point between the pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements, and a second D class The amplifier circuit includes a first pair of switching elements on the high side and the low side, a first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements, and a second pair of switching on the high side and the low side. A first pair of diodes that are connected in parallel to each of the second pair of switching elements, and a first pair of switching elements that are alternately turned on / off according to the positive / negative of the amplitude of the input signal. Driving means, a second driving means for alternately turning on and off the second pair of switching elements based on a pulse obtained by PWM modulating the input signal, and a first pair of switching elements Connected between a second single power source connected to the end, a first connection point between the first pair of switching elements, and a second connection point between the second pair of switching elements. A second LC circuit, one end of the capacitor of the first LC circuit and one end of the capacitor of the second LC circuit are connected to the ground, and a load is provided between the first LC circuit and the second LC circuit. When the first driving means of the first D class amplifier circuit turns on (turns off) the high side of the first pair of switching elements, the first driving of the second D class amplifier circuit Means turns on (off) the low side of the first pair of switching elements, and when the second driving means of the first D class amplifier circuit turns on (off) the high side of the second pair of switching elements, Second driving means of second D class amplifier circuit Is characterized in that the low side of the second pair of switching elements is turned on (off).
One of the switching driving methods of the D-class amplifier according to the present invention includes a first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side, and a second pair of high side and the low side. A second pair of diodes are connected in parallel to each of the switching elements, a single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements, and a first connection between the first pair of switching elements The LC circuit is connected between the point and the second connection point between the second pair of switching elements, one end of the capacitor of the LC circuit is connected to the ground, and a load is connected in parallel with the capacitor of the LC circuit. Then, the first pair of switching elements are alternately turned on / off according to whether the input signal is positive or negative, and the second pair of switching elements is turned on based on a pulse obtained by PWM-modulating the input signal. It was adapted to each other on and off the drive, is characterized in.
Another one of the switching driving methods of the D class amplifier of the present invention is to connect a first pair of diodes in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side of the first D class amplifier circuit. A second pair of diodes are connected in parallel to each of the second pair of switching elements on the high side and the low side, a first single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements, A first LC circuit connected between a first connection point between one pair of switching elements and a second connection point between a second pair of switching elements; A first pair of diodes are connected in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side of the circuit, and a second pair of dies are connected to each of the second pair of switching elements on the high side and the low side. Are connected in parallel, a second single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements, a first connection point between the first pair of switching elements and a second pair of switching elements. A second LC circuit is connected to the second connection point between the switching elements, and one end of the capacitor of the first LC circuit and one end of the capacitor of the second LC circuit are connected to the ground, A load is connected between the first LC circuit and the second LC circuit, and the first pair of switching elements of the first and second D class amplifier circuits are alternately turned on and off according to the positive and negative of the input signal. And the second pair of switching elements of the first and second D class amplifier circuits are alternately turned on / off based on a pulse obtained by PWM modulating the input signal. At this time, the first D class A first pair of switches in an amplifier circuit When the high side of the element is turned on (off), the low side of the first pair of switching elements of the second D class amplifier circuit is turned on (off), and the second pair of switching of the first D class amplifier circuit It is characterized in that when the high side of the element is turned on (off), the low side of the second pair of switching elements of the second D class amplifier circuit is turned on (off).

請求項1、3の発明によれば、スイッチンク素子をフルブリッジ接続したので、片電源により両電源並の大きな出力電力を取ることができる。また、回生電流が電源を流れないので、パンピング現象が発生しにくく、出力電圧がグランドを中心に変化するので直流バイアスが発生しない。
請求項2、4の発明によれば、シングルエンドの第1、第2のDクラスアンプ回路をブリッジ接続したことで、片電源の4倍の出力電圧を得ることができ、より大きな出力電力を取ることができる。また、回生電流が電源を流れないので、パンピング現象が発生しにくく、出力電圧がグランドを中心に変化するので直流バイアスが発生しない。
According to the first and third aspects of the present invention, since the switching elements are connected by a full bridge, it is possible to obtain a large output power equivalent to that of both power sources by a single power source. In addition, since the regenerative current does not flow through the power source, the pumping phenomenon is unlikely to occur, and the output voltage changes centered on the ground, so that no DC bias is generated.
According to the second and fourth aspects of the present invention, by connecting the single-ended first and second D class amplifier circuits by bridge connection, it is possible to obtain an output voltage that is four times that of a single power supply, and a larger output power. Can be taken. In addition, since the regenerative current does not flow through the power source, the pumping phenomenon is unlikely to occur, and the output voltage changes centered on the ground, so that no DC bias is generated.

以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。   Hereinafter, the best mode of the present invention will be described based on examples.

次に図3を参照して本発明の第1実施例を説明する。図3は本発明に係るオーディオ用Dクラスアンプの構成を示す回路図である。
図3において、1と2は直列接続されたハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子、3と4は直列接続されたハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子、D1とD2は各々スイッチング素子1と2に並列接続されたフライホイールダイオード、D3とD4は各々スイッチング素子3と4に並列接続されたフライホイールダイオード、21は+Bの片電源であり、フローティング状態で第1、第2の一対のスイッチング素子1と2、3と4の両端に接続されている。10はコイルLFとコンデンサCFから成る低域通過用のLC回路であり、コンデンサCFの一端がグランドと接続されてシングルエンドを構成している。RLはLC回路10の出力側でコンデンサCFと並列接続された負荷(スピーカ)である。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an audio D-class amplifier according to the present invention.
In FIG. 3, 1 and 2 are a first pair of high-side and low-side switching elements connected in series, 3 and 4 are a second pair of high-side and low-side switching elements connected in series, and D1 and D2 are Flywheel diodes connected in parallel to switching elements 1 and 2, D3 and D4 are flywheel diodes connected in parallel to switching elements 3 and 4, respectively, and 21 is a + B single power supply. Two pairs of switching elements 1 and 2, 3 and 4 are connected to both ends. Reference numeral 10 denotes a low-pass LC circuit comprising a coil LF and a capacitor CF, and one end of the capacitor CF is connected to the ground to form a single end. RL is a load (speaker) connected in parallel with the capacitor CF on the output side of the LC circuit 10.

30は入力信号の瞬時値の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子1、2を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動回路であり、図4に具体的な回路構成を示す。図4において、第1の駆動回路30の内、31は入力信号をグランド電位と比較するコンパレータであり、入力信号の瞬時値が正の期間ローレベル、負の期間ハイレベルとなる第1パルスを出力する。第1パルスは遅延回路32とAND回路33の一方の入力端子に入力され、遅延回路32の出力がAND回路33の他方の入力端子に入力されている。AND回路33からはデッドタイム付の第1スイッチングパルスSP1がドライバ34を介してスイッチング素子1に出力される。第1スイッチングパルスSP1は入力信号の瞬時値が負の間ハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、スイッチング素子1をオンし、正の間ローとなり、スイッチング素子1をオフする。
35はコンパレータ31の出力を反転する反転回路であり、入力信号の瞬時値が正の期間ハイレベル、負の期間ローレベルとなる第2パルスを出力する。第2パルスは遅延回路36とAND回路37の一方の入力端子に入力され、遅延回路36の出力がAND回路37の他方の入力端子に入力されている。AND回路37からはデッドタイム付の第2スイッチングパルスSP2がドライバ38を介してスイッチング素子2に出力される。第2スイッチングパルスSP2は入力信号の瞬時値が正の期間ハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、スイッチング素子2をオンし、期間の間ローとなり、スイッチング素子2をオンする(図6参照)。
Reference numeral 30 denotes a first drive circuit that alternately turns on and off the first pair of switching elements 1 and 2 according to the positive and negative of the instantaneous value of the input signal. FIG. 4 shows a specific circuit configuration. In FIG. 4, reference numeral 31 in the first drive circuit 30 is a comparator for comparing the input signal with the ground potential, and the first pulse at which the instantaneous value of the input signal is low during the positive period and high during the negative period. Output. The first pulse is input to one input terminal of the delay circuit 32 and the AND circuit 33, and the output of the delay circuit 32 is input to the other input terminal of the AND circuit 33. The AND circuit 33 outputs a first switching pulse SP1 with a dead time to the switching element 1 via the driver 34. The first switching pulse SP1 becomes high while the instantaneous value of the input signal is negative (however, the high period is shorter by the dead time), turns on the switching element 1, turns low during positive, and turns off the switching element 1.
Reference numeral 35 denotes an inverting circuit that inverts the output of the comparator 31 and outputs a second pulse in which the instantaneous value of the input signal is high during a positive period and low during a negative period. The second pulse is input to one input terminal of the delay circuit 36 and the AND circuit 37, and the output of the delay circuit 36 is input to the other input terminal of the AND circuit 37. The AND circuit 37 outputs a second switching pulse SP2 with a dead time to the switching element 2 via the driver 38. The second switching pulse SP2 is high for a period when the instantaneous value of the input signal is positive (however, the high period is shorter by the dead time), turns on the switching element 2, turns low for the period, and turns on the switching element 2 ( (See FIG. 6).

40は入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子3、4を交互にオン・オフする第2の駆動回路であり、図5に具体的な回路構成を示す。図5において、第2の駆動回路40の内、41は高周波の三角波を発生する三角波発生器、42は入力信号と三角波を比較し、入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より大きい期間ハイレベル、入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より小さい期間ローレベルとなる第3パルスを出力するコンパレータ、43は入力信号の極性を反転する反転回路、44は極性反転された入力信号と三角波を比較し、反転後の入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より大きい期間ハイレベル、入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より小さい期間ローレベルとなる第4パルスを出力するコンパレータ、45は第3パルスと第4パルスの排他的論理和をとるXOR回路、46は第3パルスと第4パルスの排他的否定和をとるXNOR回路、47は第1の駆動回路30のコンパレータ31の出力に基づき入力信号の瞬時値が正の間、XOR回路45の出力を選択出力し、負の間、XNOR回路46の出力を選択出力するスイッチ回路であり、スイッチ回路47から第5パルスが出力される。第5パルスは遅延回路48とAND回路49の一方の入力端子に入力され、遅延回路48の出力がAND回路49の他方の入力端子に入力されている。AND回路49からはデッドタイム付の第3スイッチングパルスSP3がドライバ50を介してスイッチング素子3に出力される。第3スイッチングパルスSP3は入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より大きい期間と、極性反転した入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より大きい期間にハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、スイッチング素子3をオンし、他の期間ローとなり、スイッチング素子3をオフする。   Reference numeral 40 denotes a second drive circuit that alternately turns on and off the second pair of switching elements 3 and 4 based on a pulse obtained by PWM-modulating an input signal. FIG. 5 shows a specific circuit configuration. In FIG. 5, 41 of the second drive circuit 40 is a triangular wave generator that generates a high-frequency triangular wave, 42 is a high-level period in which the input signal and the triangular wave are compared, and the instantaneous value of the input signal is greater than the instantaneous value of the triangular wave. , A comparator that outputs a third pulse that is at a low level for a period in which the instantaneous value of the input signal is smaller than the instantaneous value of the triangular wave, 43 is an inverting circuit that inverts the polarity of the input signal, and 44 is a circuit that compares the inverted polarity of the input signal with the triangular wave A comparator 45 for outputting a fourth pulse in which the instantaneous value of the input signal after inversion is high during a period greater than the instantaneous value of the triangular wave, and the low value during a period when the instantaneous value of the input signal is smaller than the instantaneous value of the triangular wave; XOR circuit for taking the exclusive OR of the pulse and the fourth pulse, 46 for the XNOR circuit for taking the exclusive negative sum of the third pulse and the fourth pulse, and 47 for the XOR circuit of the first drive circuit 30. This is a switch circuit that selectively outputs the output of the XOR circuit 45 while the instantaneous value of the input signal is positive based on the output of the paralator 31, and selectively outputs the output of the XNOR circuit 46 while the instantaneous value is negative. A pulse is output. The fifth pulse is input to one input terminal of the delay circuit 48 and the AND circuit 49, and the output of the delay circuit 48 is input to the other input terminal of the AND circuit 49. The AND circuit 49 outputs a third switching pulse SP3 with a dead time to the switching element 3 via the driver 50. The third switching pulse SP3 becomes high during a period when the instantaneous value of the input signal is larger than the instantaneous value of the triangular wave and during a period when the instantaneous value of the input signal whose polarity is inverted is larger than the instantaneous value of the triangular wave. Short), the switching element 3 is turned on, and becomes low for other periods, and the switching element 3 is turned off.

51はスイッチ回路47の出力を反転する反転回路であり、第6パルスを出力する。第6パルスは遅延回路52とAND回路53の一方の入力端子に入力され、遅延回路52の出力がAND回路53の他方の入力端子に入力されている。AND回路53からはデッドタイム付の第4スイッチングパルスSP4がドライバ54を介してスイッチング素子4に出力される。第4スイッチングパルスSP4は入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より小さい期間と、極性反転した入力信号の瞬時値が三角波の瞬時値より小さい期間にハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、スイッチング素子4をオンし、他の期間ローとなり、スイッチング素子4をオフする(図7参照)。   Reference numeral 51 denotes an inverting circuit that inverts the output of the switch circuit 47 and outputs a sixth pulse. The sixth pulse is input to one input terminal of the delay circuit 52 and the AND circuit 53, and the output of the delay circuit 52 is input to the other input terminal of the AND circuit 53. The AND circuit 53 outputs a fourth switching pulse SP4 with a dead time to the switching element 4 via the driver 54. The fourth switching pulse SP4 becomes high during a period when the instantaneous value of the input signal is smaller than the instantaneous value of the triangular wave and during a period when the instantaneous value of the input signal whose polarity is inverted is smaller than the instantaneous value of the triangular wave (however, the high period is equivalent to the dead time Short), the switching element 4 is turned on, and becomes low for other periods, and the switching element 4 is turned off (see FIG. 7).

図6は第1の駆動回路30の動作を示す線図、図7は入力信号が正の期間の第2の駆動回路40の動作を示す線図、図8、図9は入力信号が正の期間の回生電流の経路を示す説明図、図10は入力信号が負の期間の第2の駆動回路40の動作を示す線図、図11、図12は入力信号が負の期間の回生電流の経路を示す説明図であり、以下、これらの図を参照して上記した実施例の動作を説明する。
(1)入力信号の瞬時値が正の期間(図3、図6〜図9参照)
入力信号の瞬時値が正の期間は第1スイッチングパルスSP1がロー、第2スイッチングパルスSP2がハイとなっている(但し、第2スイッチングパルスSP2のロー期間はデッドタイム分だけ短い)。このため、第1の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子1がオフを維持し、2がオンを維持する。一方、第3スイッチングパルスSP3は入力信号の瞬時値に比例するPWM変調をされてハイとローを繰り返し(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、ハイの間、第2の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子3をオンし、ローの間オフする。第4スイッチングパルスSP4は第3スイッチングパルスSP3がハイの間ローとなり、ローの間ハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、ハイの間、第2の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子4をオンし、ローの間オフする。これにより、第2の一対のスイッチング素子3、4は交互にオンオフを繰り返す(図3のスイッチング素子1、2の実線の状態、図8、図9参照)。
6 is a diagram showing the operation of the first drive circuit 30, FIG. 7 is a diagram showing the operation of the second drive circuit 40 during a period in which the input signal is positive, and FIGS. 8 and 9 are diagrams in which the input signal is positive. FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the second drive circuit 40 during a period when the input signal is negative, and FIGS. 11 and 12 are diagrams illustrating the regenerative current during the period when the input signal is negative. It is explanatory drawing which shows a path | route, Hereinafter, operation | movement of the above-mentioned Example is demonstrated with reference to these figures.
(1) Period in which the instantaneous value of the input signal is positive (see FIGS. 3 and 6 to 9)
During the period when the instantaneous value of the input signal is positive, the first switching pulse SP1 is low and the second switching pulse SP2 is high (however, the low period of the second switching pulse SP2 is shorter by the dead time). For this reason, of the first pair of switching elements, the switching element 1 is kept off, and 2 is kept on. On the other hand, the third switching pulse SP3 is PWM-modulated in proportion to the instantaneous value of the input signal and repeats high and low (however, the high period is shorter by the dead time). Among them, the switching element 3 is turned on and turned off while being low. The fourth switching pulse SP4 becomes low while the third switching pulse SP3 is high and becomes high while low (however, the high period is shorter by the dead time). The switching element 4 is turned on and turned off while low. Thus, the second pair of switching elements 3 and 4 are alternately turned on and off (see the state of the solid lines of the switching elements 1 and 2 in FIG. 3, see FIGS. 8 and 9).

時系列的に見ると、例えば図6の時点t1でスイッチング素子3がオン、スイッチング素子4がオフとなり(図3のスイッチング素子3、4の実線の状態参照)、時点t2でスイッチング素子3、4ともにオフとなり(デッドタイム。図8参照)、時点t3でスイッチング素子3がオフ、4がオンとなり(図9参照)、時点t4でスイッチング素子3、4がともにオフとなり(デッドタイム。図8参照)、時点t5で再びスイッチング素子3がオン、4がオフとなり(図3のスイッチング素子3、4の実線の状態参照)、以下、同様の動作を繰り返す。
t1−t2の期間は、第1の一対のスイッチング素子1、2の接続点P1の電位V0がグランドとなり、第2の一対のスイッチング素子3、4の接続点P2の電位V1が+Bとなり、この+Bがスイッチング素子3、LC回路10を介して負荷RLのグランド側とは反端側に印加される。t2−t5の期間は、スイッチング素子3がオフしているので、片電源21はフローティング状態となる。一方、t1−t2の期間にコイルLFを電流が接続点P2からコンデンサCFの方向に流れていたとすると(図3の符号I参照)、t2でスイッチング素子3がオフしたあともコイルLFには同じ方向に電流が流れ続けようとするが、この回生電流はt2−t3の期間とt4−T5の期間では負荷RL、スイッチング素子2、フライホイールダイオードD4、コイルLFの経路で流れ(図8参照)、t3−t4の期間では負荷RL、スイッチング素子2、スイッチング素子4とフライホイールダイオードD4、コイルLFの経路で流れる(図9参照)。従って、回生電流は片電源21に流れ込むことはない。
When viewed in time series, for example, the switching element 3 is turned on and the switching element 4 is turned off at the time t1 in FIG. 6 (see the state of the solid lines of the switching elements 3 and 4 in FIG. 3). Both are turned off (dead time, see FIG. 8), switching element 3 is turned off at time t3, 4 is turned on (see FIG. 9), and both switching elements 3, 4 are turned off at time t4 (dead time, see FIG. 8). ), The switching element 3 is turned on again at time t5, and 4 is turned off (see the state of the solid lines of the switching elements 3 and 4 in FIG. 3). Thereafter, the same operation is repeated.
During the period from t1 to t2, the potential V0 of the connection point P1 of the first pair of switching elements 1 and 2 becomes the ground, and the potential V1 of the connection point P2 of the second pair of switching elements 3 and 4 becomes + B. + B is applied to the side opposite to the ground side of the load RL via the switching element 3 and the LC circuit 10. Since the switching element 3 is off during the period from t2 to t5, the single power supply 21 is in a floating state. On the other hand, if a current flows through the coil LF from the connection point P2 to the capacitor CF during the period t1-t2 (see reference numeral I in FIG. 3), the same applies to the coil LF even after the switching element 3 is turned off at t2. The current continues to flow in the direction, but this regenerative current flows through the path of the load RL, the switching element 2, the flywheel diode D4, and the coil LF during the period of t2-t3 and the period of t4-T5 (see FIG. 8). , T3 to t4, the load RL, the switching element 2, the switching element 4, the flywheel diode D4, and the coil LF flow (see FIG. 9). Therefore, the regenerative current does not flow into the single power source 21.

(1)入力信号の瞬時値が負の期間(図3、図6、図10、図11、図12参照)
入力信号の瞬時値が負の期間は第1スイッチングパルスSP1がハイ、第2スイッチングパルスSP2がローとなっている(但し、第1スイッチングパルスSP1のロー期間はデッドタイム分だけ短い)。このため、第1の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子1がオンを維持し、2がオフを維持する。一方、第3スイッチングパルスSP3は入力信号の瞬時値に比例するPWM変調をされてハイとローを繰り返し(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、ハイの間、第2の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子3をオンし、ローの間オフする。第4スイッチングパルスSP4は第3スイッチングパルスSP3がハイの間ローとなり、ローの間ハイとなり(但し、ハイ期間はデッドタイム分だけ短い)、ハイの間、第2の一対のスイッチング素子の内、スイッチング素子4をオンし、ローの間オフする。これにより、第2の一対のスイッチング素子3、4は交互にオンオフを繰り返す(図3のスイッチング素子1、2の破線の状態、図11、図12参照)。
(1) Period in which the instantaneous value of the input signal is negative (see FIGS. 3, 6, 10, 11, and 12)
During a period when the instantaneous value of the input signal is negative, the first switching pulse SP1 is high and the second switching pulse SP2 is low (however, the low period of the first switching pulse SP1 is shorter by the dead time). For this reason, among the first pair of switching elements, the switching element 1 is kept on and 2 is kept off. On the other hand, the third switching pulse SP3 is PWM-modulated in proportion to the instantaneous value of the input signal and repeats high and low (however, the high period is shorter by the dead time). Among them, the switching element 3 is turned on and turned off while being low. The fourth switching pulse SP4 becomes low while the third switching pulse SP3 is high and becomes high while low (however, the high period is shorter by the dead time). The switching element 4 is turned on and turned off while low. As a result, the second pair of switching elements 3 and 4 are alternately turned on and off (see the broken line states of the switching elements 1 and 2 in FIG. 3, see FIGS. 11 and 12).

時系列的に見ると、例えば図10の時点t1’でスイッチング素子3がオフ、スイッチング素子4がオンとなり(図3のスイッチング素子3、4の破線の状態)、時点t2’でスイッチング素子3、4ともにオフとなり(デッドタイム。図11参照)、時点t3’でスイッチング素子3がオン、4がオフとなり(図12参照)、時点t4’でスイッチング素子3、4がともにオフとなり(デッドタイム。図11参照)、時点t5’で再びスイッチング素子3がオフ、4がオンとなり(図3のスイッチング素子3、4の破線の状態)、以下、同様の動作を繰り返す。
t1’−t2’の期間は、第1の一対のスイッチング素子1、2の接続点P1の電位V0がグランドとなり、第2の一対のスイッチング素子3、4の接続点P2の電位V1が−Bとなり、この−Bがスイッチング素子3、LC回路10を介して負荷RLのグランド側とは反端側に印加される。t2’−t5’の期間は、スイッチング素子4がオフしているので、片電源21はフローティング状態となる。一方、t1’−t2’の期間にコイルLFを電流がコンデンサCFの側から接続点P2の方向に流れていたとすると(図3の符号I’参照)、t2’でスイッチング素子4がオフしたあともコイルLFには同じ方向に電流が流れ続けようとするが、この回生電流はt2’−t3’の期間とt4’−t5’の期間ではP2、フライホイールダイオードD3、スイッチング素子1、負荷RLの経路で流れ(図11参照)、t3’−t4’の期間ではスイッチング素子3とフライホイールダイオードD3、スイッチング素子1、負荷RLの経路で流れる(図12参照)。従って、入力信号が負の期間も回生電流が片電源21に流れ込むことはない。
Looking at time series, for example, the switching element 3 is turned off and the switching element 4 is turned on at the time point t1 ′ in FIG. 10 (the state of the broken lines of the switching elements 3 and 4 in FIG. 3). 4 are turned off (dead time; see FIG. 11), switching element 3 is turned on at time t3 ′, and 4 is turned off (see FIG. 12), and both switching elements 3 and 4 are turned off at time t4 ′ (dead time. At time t5 ′, switching element 3 is turned off and 4 is turned on again (state of broken lines of switching elements 3 and 4 in FIG. 3), and the same operation is repeated thereafter.
During the period t1′-t2 ′, the potential V0 at the connection point P1 of the first pair of switching elements 1 and 2 is the ground, and the potential V1 at the connection point P2 of the second pair of switching elements 3 and 4 is −B. This -B is applied to the opposite side to the ground side of the load RL via the switching element 3 and the LC circuit 10. Since the switching element 4 is off during the period t2′-t5 ′, the single power supply 21 is in a floating state. On the other hand, if the current flows through the coil LF in the direction of the connection point P2 from the capacitor CF side during the period t1′−t2 ′ (see the symbol I ′ in FIG. 3), after the switching element 4 is turned off at t2 ′. However, the regenerative current is P2, flywheel diode D3, switching element 1, load RL during the period t2'-t3 'and the period t4'-t5'. (See FIG. 11), and flows through the path of the switching element 3, the flywheel diode D3, the switching element 1, and the load RL during the period t3′-t4 ′ (see FIG. 12). Therefore, the regenerative current does not flow into the single power source 21 even when the input signal is negative.

この実施例によれば、負荷RLのグランドとは反対側にグランドを中心としてほぼ±Bに変化する電圧が印加されるので、出力電力が両電源並に大きくなるとともに、直流バイアスが生じない。また、回生電流が片電源21に流れ込まないので、パンピング現象が起きない。   According to this embodiment, a voltage that changes to approximately ± B with respect to the ground is applied to the opposite side of the ground of the load RL, so that the output power becomes as large as both power supplies and no DC bias is generated. Further, since the regenerative current does not flow into the single power source 21, the pumping phenomenon does not occur.

次に図13を参照して本発明の第2実施例を説明する。図13は本発明に係るオーディオ用Dクラスアンプの構成を示す回路図である。
図13では、図3のDクラスアンプと全く同様に構成された2組の第1、第2のDクラスアンプ回路70、80を備え、第1のDクラスアンプ回路70の第1のLC回路10AのコンデンサCFの一端と第2のDクラスアンプ回路80の第2のLC回路10BのコンデンサCFの一端をグランドと接続し、第1のDクラスアンプ回路70の第1のLC回路10Aと第2のDクラスアンプ回路80の第2のLC回路10Bの間に負荷RLを接続してある。
また、第1のDクラスアンプ回路70の第1の駆動回路30が第1の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路80の第1の駆動回路30は第1の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)し、第1のDクラスアンプ回路70の第2の駆動回路40が第2の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路80の第2の駆動回路40は第2の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)するようにしてある。即ち、第1のDクラスアンプ回路70では第1の駆動回路30のスイッチングパルスSP1とSP2はスイッチング素子1と2に印加されているが、第2のDクラスアンプ回路80では第1の駆動回路30のスイッチングパルスSP1とSP2はスイッチング素子2と1に印加されている。第1のDクラスアンプ回路70では第2の駆動回路40のスイッチングパルスSP3とSP4はスイッチング素子3と4に印加されているが、第2のDクラスアンプ回路80では第2の駆動回路40のスイッチングパルスSP3とSP4はスイッチング素子4と3に印加されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of an audio D-class amplifier according to the present invention.
13 includes two sets of first and second D class amplifier circuits 70 and 80 configured in exactly the same manner as the D class amplifier of FIG. 3, and includes a first LC circuit of the first D class amplifier circuit 70. One end of the capacitor CF of 10A and one end of the capacitor CF of the second LC circuit 10B of the second D class amplifier circuit 80 are connected to the ground, and the first LC circuit 10A of the first D class amplifier circuit 70 is connected to the first LC circuit 10A. A load RL is connected between the second LC circuit 10B of the second D class amplifier circuit 80.
Further, when the first driving circuit 30 of the first D class amplifier circuit 70 turns on (off) the high side of the first pair of switching elements, the first driving circuit of the second D class amplifier circuit 80 30 turns on (off) the low side of the first pair of switching elements, and the second drive circuit 40 of the first D class amplifier circuit 70 turns on (off) the high side of the second pair of switching elements. At this time, the second drive circuit 40 of the second D-class amplifier circuit 80 turns on (off) the low side of the second pair of switching elements. That is, in the first D class amplifier circuit 70, the switching pulses SP1 and SP2 of the first drive circuit 30 are applied to the switching elements 1 and 2, whereas in the second D class amplifier circuit 80, the first drive circuit Thirty switching pulses SP1 and SP2 are applied to the switching elements 2 and 1, respectively. In the first D class amplifier circuit 70, the switching pulses SP3 and SP4 of the second drive circuit 40 are applied to the switching elements 3 and 4, whereas in the second D class amplifier circuit 80, the second drive circuit 40 Switching pulses SP3 and SP4 are applied to switching elements 4 and 3, respectively.

図13のDクラスアンプにおいて、入力信号が正の期間は、第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子1がオフ、2がオンを継続し、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子1がオン、2がオフを継続する。そして、入力信号の瞬時値に応じてPWM変調されたスイッチングパルスSP3、SP4により、第1のDクラスアンプ回路70の第2の一対のスイッチング素子3と4が交互にオン・オフし、これに同期して、第2のDクラスアンプ回路80の第2の一対のスイッチング素子3、4が交互にオン・オフする(但し、第1のDクラスアンプ回路70と第2のDクラスアンプ回路80とではオン・オフするサイドが逆)。或る時点で、第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子3がオン、4がオフ、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子3がオフ、4がオンとなっているとき(図13参照)、第1のDクラスアンプ回路70の接続点P2の電位V2が+B、第2のDクラスアンプ回路80の接続点P2の電位V2が−Bとなるので、負荷RLには第2のDクラスアンプ回路80の側から見て第1のDクラスアンプ回路70の側にほぼ+2Bが印加される。   In the D class amplifier of FIG. 13, during a period when the input signal is positive, the switching element 1 of the first D class amplifier circuit 70 is kept off and 2 is kept on, so that the switching element 1 of the second D class amplifier circuit 80 is turned on. Is on and 2 is off. The second pair of switching elements 3 and 4 of the first D class amplifier circuit 70 are alternately turned on / off by the switching pulses SP3 and SP4 that are PWM-modulated according to the instantaneous value of the input signal. In synchronization, the second pair of switching elements 3 and 4 of the second D class amplifier circuit 80 are alternately turned on and off (provided that the first D class amplifier circuit 70 and the second D class amplifier circuit 80 are turned on and off). And the opposite side is on / off). At some point, when the switching element 3 of the first D class amplifier circuit 70 is on, 4 is off, and the switching element 3 of the second D class amplifier circuit 80 is off, 4 is on (FIG. 13). Since the potential V2 at the connection point P2 of the first D class amplifier circuit 70 is + B and the potential V2 at the connection point P2 of the second D class amplifier circuit 80 is -B, the load RL has a second potential. When viewed from the D class amplifier circuit 80 side, approximately + 2B is applied to the first D class amplifier circuit 70 side.

このとき、第1のDクラスアンプ回路70の第1のLC回路10AのコイルLFに第1のDクラスアンプ回路70から負荷RLの方向へ電流が流れており、第2のDクラスアンプ回路80の第2のLC回路10BのコイルLFに負荷RLから第2のDクラスアンプ回路80の方向へ電流が流れていたとすると(図13のI参照。電流経路は第1のDクラスアンプ回路70の第1の片電源21A、スイッチング素子3、接続点P2、第1のLC回路10A、負荷RL、第2のDクラスアンプ回路80の第2のLC回路10B、接続点P2、スイッチング素子4、第2の片電源21B、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第1のDクラスアンプ回路70の接続点P1、スイッチング素子2、第1の片電源21A)、その後、デッドタイムに入り第1のDクラスアンプ回路70と第2のDクラスアンプ回路80の第2のスイッチング素子3、4がともにオフとなったとき、回生電流は図14の如く、第2のDクラスアンプ回路80のD3、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第1のDクラスアンプ回路70の接続点P1、スイッチング素子2、D4の経路で流れ、第1、第2の片電源21A、21Bには流れない。
次に、デッドタイムが終わり第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子3がオフ、4がオン、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子3がオン、4がオフとなったとき、回生電流は図15の如く、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子3とD3、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第1のDクラスアンプ回路70の接続点P1、スイッチング素子2、スイッチング素子4とD4、接続点P2の経路で流れ、やはり第1、第2の片電源21A、21Bには流れない。
At this time, a current flows from the first D class amplifier circuit 70 toward the load RL in the coil LF of the first LC circuit 10A of the first D class amplifier circuit 70, and the second D class amplifier circuit 80 Current flows from the load RL to the second D class amplifier circuit 80 in the coil LF of the second LC circuit 10B (see I in FIG. 13, the current path is the first D class amplifier circuit 70). The first single power supply 21A, the switching element 3, the connection point P2, the first LC circuit 10A, the load RL, the second LC circuit 10B of the second D-class amplifier circuit 80, the connection point P2, the switching element 4, the first 2 single power supply 21B, switching element 1, connection point P1, ground, connection point P1 of first D class amplifier circuit 70, switching element 2, first single power supply 21A), and then a dead tie When both the second switching elements 3 and 4 of the first D class amplifier circuit 70 and the second D class amplifier circuit 80 are turned off, the regenerative current is the second D class amplifier as shown in FIG. It flows in the path of D3 of the circuit 80, switching element 1, connection point P1, ground, connection point P1 of the first D class amplifier circuit 70, switching elements 2 and D4, and flows to the first and second single power supplies 21A and 21B. Does not flow.
Next, when the dead time is over and the switching element 3 of the first D class amplifier circuit 70 is turned off, 4 is turned on, and the switching element 3 of the second D class amplifier circuit 80 is turned on, 4 is turned off. As shown in FIG. 15, the currents are the switching elements 3 and D3 of the second D class amplifier circuit 80, the switching element 1, the connection point P1, the ground, the connection point P1 of the first D class amplifier circuit 70, the switching element 2, and the switching. It flows through the paths of the elements 4 and D4 and the connection point P2, but also does not flow through the first and second single power sources 21A and 21B.

これと異なり図13のDクラスアンプにおいて、入力信号が負の期間は、第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子1がオン、2がオフを継続し、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子1がオフ、2がオンを継続する。そして、入力信号の瞬時値に応じてPWM変調されたスイッチングパルスSP3、SP4により、第1のDクラスアンプ回路70の第2の一対のスイッチング素子3と4が交互にオン・オフし、これに同期して、第2のDクラスアンプ回路80の第2の一対のスイッチング素子3、4が交互にオン・オフする(但し、第1のDクラスアンプ回路70と第2のDクラスアンプ回路80とではオン・オフするサイドが逆)。或る時点で、第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子3がオフ、4がオン、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子3がオン、4がオフとなっているとき、第1のDクラスアンプ回路70の接続点P2の電位V2が−B、第2のDクラスアンプ回路80の接続点P2の電位V2が+Bとなるので、負荷RLには第2のDクラスアンプ回路80の側から見て第1のDクラスアンプ回路70の側にほぼ−2Bが印加される。   In contrast, in the D class amplifier of FIG. 13, during the period when the input signal is negative, the switching element 1 of the first D class amplifier circuit 70 is kept on, 2 is kept off, and the second D class amplifier circuit 80 Switching element 1 is off and 2 continues to be on. The second pair of switching elements 3 and 4 of the first D class amplifier circuit 70 are alternately turned on / off by the switching pulses SP3 and SP4 that are PWM-modulated according to the instantaneous value of the input signal. In synchronization, the second pair of switching elements 3 and 4 of the second D class amplifier circuit 80 are alternately turned on and off (provided that the first D class amplifier circuit 70 and the second D class amplifier circuit 80 are turned on and off). And the opposite side is on / off). At some point, when the switching element 3 of the first D class amplifier circuit 70 is off, 4 is on, and the switching element 3 of the second D class amplifier circuit 80 is on, 4 is off. Since the potential V2 at the connection point P2 of the D class amplifier circuit 70 is -B and the potential V2 at the connection point P2 of the second D class amplifier circuit 80 is + B, the second D class amplifier circuit 80 is connected to the load RL. When viewed from the side, approximately −2B is applied to the first D-class amplifier circuit 70 side.

このとき、第1のDクラスアンプ回路70の第1のLC回路10AのコイルLFに負荷RLから第1のDクラスアンプ回路70の方向へ電流が流れており、第2のDクラスアンプ回路80の第2のLC回路10BのコイルLFに第2のDクラスアンプ回路80から負荷RLの方向へ電流が流れていたとすると(図16のI’参照)、電流経路は第2のDクラスアンプ回路80の第2の片電源21B、スイッチング素子3、接続点P2、第2のLC回路10B、負荷RL、第1のDクラスアンプ回路70の第1のLC回路10A、接続点P2、スイッチング素子4、第1の片電源21A、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第2のDクラスアンプ回路80の接続点P1、スイッチング素子2、第2の片電源21B)、その後、デッドタイムに入り第1のDクラスアンプ回路70と第2のDクラスアンプ回路80の第2のスイッチング素子3、4がともにオフとなったとき、回生電流は図17の如く、第1のDクラスアンプ回路70のD3、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第2のDクラスアンプ回路80の接続点P1、スイッチング素子2、D4の経路で流れ、第1、第2の片電源21A、21Bには流れない。
次に、デッドタイムが終わり第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子3がオン、4がオフ、第2のDクラスアンプ回路80のスイッチング素子3がオフ、4がオンとなったとき、回生電流は図18の如く、第1のDクラスアンプ回路70のスイッチング素子3とD3、スイッチング素子1、接続点P1、グランド、第2のDクラスアンプ回路80の接続点P1、スイッチング素子2、スイッチング素子4とD4、接続点P2の経路で流れ、やはり第1、第2の片電源21A、21Bには流れない。
At this time, a current flows from the load RL toward the first D class amplifier circuit 70 through the coil LF of the first LC circuit 10A of the first D class amplifier circuit 70, and the second D class amplifier circuit 80 Current flows from the second D class amplifier circuit 80 toward the load RL in the coil LF of the second LC circuit 10B (see I ′ in FIG. 16), the current path is the second D class amplifier circuit. 80 second single power source 21B, switching element 3, connection point P2, second LC circuit 10B, load RL, first LC circuit 10A of first D class amplifier circuit 70, connection point P2, switching element 4 The first single power source 21A, the switching element 1, the connection point P1, the ground, the connection point P1 of the second D-class amplifier circuit 80, the switching element 2, the second single power source 21B), and then the dead data When the second switching elements 3 and 4 of the first D class amplifier circuit 70 and the second D class amplifier circuit 80 are turned off, the regenerative current is the first D class as shown in FIG. It flows through the path of D3 of the amplifier circuit 70, switching element 1, connection point P1, ground, connection point P1 of the second D class amplifier circuit 80, switching elements 2 and D4, and the first and second single power supplies 21A and 21B. Does not flow.
Next, when the dead time is over and the switching element 3 of the first D-class amplifier circuit 70 is on, 4 is off, and the switching element 3 of the second D-class amplifier circuit 80 is off and 4 is on, the regeneration is performed. As shown in FIG. 18, the currents are the switching elements 3 and D3 of the first D class amplifier circuit 70, the switching element 1, the connection point P1, the ground, the connection point P1 of the second D class amplifier circuit 80, the switching element 2, and the switching. It flows through the paths of the elements 4 and D4 and the connection point P2, but also does not flow through the first and second single power sources 21A and 21B.

図13の実施例によれば、負荷RLの一端側をから見て他端側には±2Bに変化する電圧が印加されるので、出力電力を非常に大きくすることができる。また、回生電流が第1、第2の片電源21A、21Bに流れ込まないので、パンピング現象が起きない。   According to the embodiment of FIG. 13, since the voltage changing to ± 2B is applied to the other end side when viewed from one end side of the load RL, the output power can be greatly increased. Further, since the regenerative current does not flow into the first and second single power sources 21A and 21B, the pumping phenomenon does not occur.

本発明は、オーディオ用、その他の用途の片電源を用いたDクラスアンプに適用できる。   The present invention can be applied to a D class amplifier using a single power source for audio and other purposes.

従来のオーディオ用Dクラスアンプの一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional audio D class amplifier. 従来のオーディオ用Dクラスアンプの他の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other example of the conventional audio D class amplifier. 本発明の第1実施例に係るオーディオ用Dクラスアンプの回路図である(実施例1)。1 is a circuit diagram of an audio D-class amplifier according to a first embodiment of the present invention (first embodiment). FIG. 図3中の第1の駆動回路の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a first drive circuit in FIG. 3. 図3中の第2の駆動回路の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a second drive circuit in FIG. 3. 第1の駆動回路の動作を説明する線図である。It is a diagram explaining operation of the 1st drive circuit. 入力信号が正の場合の第2の駆動回路の動作を説明する線図である。It is a diagram explaining operation of the 2nd drive circuit when an input signal is positive. 入力信号が正の場合の回生電流の経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the regenerative current when an input signal is positive. 入力信号が正の場合の回生電流の経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the regenerative current when an input signal is positive. 入力信号が負の場合の第2の駆動回路の動作を説明する線図である。It is a diagram explaining operation | movement of the 2nd drive circuit when an input signal is negative. 入力信号が負の場合の回生電流の経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the regenerative current when an input signal is negative. 入力信号が負の場合の回生電流の経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the path | route of the regenerative current when an input signal is negative. 本発明の第2実施例に係るオーディオ用Dクラスアンプの回路図である(実施例2)。FIG. 6 is a circuit diagram of an audio D-class amplifier according to a second example of the present invention (Example 2). 図13のオーディオ用Dクラスアンプの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the audio D class amplifier of FIG. 図13のオーディオ用Dクラスアンプの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the audio D class amplifier of FIG. 図13のオーディオ用Dクラスアンプの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the audio D class amplifier of FIG. 図13のオーディオ用Dクラスアンプの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the audio D class amplifier of FIG. 図13のオーディオ用Dクラスアンプの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the audio D class amplifier of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、2、3、4 スイッチング素子
10 LC回路
10A 第1のLC回路
10B 第2のLC回路
21 片電源
21A 第1の片電源
21B 第2の片電源
30 第1の駆動回路
40 第2の駆動回路
70 第1のDクラスアンプ回路
80 第2のDクラスアンプ回路
RL 負荷
LF コイル
1, 2, 3, 4 Switching element 10 LC circuit 10A First LC circuit 10B Second LC circuit 21 Single power supply 21A First single power supply 21B Second single power supply 30 First drive circuit 40 Second drive Circuit 70 First D class amplifier circuit 80 Second D class amplifier circuit RL Load LF Coil

Claims (4)

ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、
第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、
第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、
入力信号の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、
入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された片電源と、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続されたLC回路とを備え、
LC回路のコンデンサの一端をグランドと接続し、
LC回路のコンデンサと並列に負荷を接続するようにしたこと、
を特徴とするDクラスアンプ。
A first pair of switching elements on the high side and the low side;
A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements;
A second pair of switching elements, a high side and a low side;
A second pair of diodes connected in parallel to each of the second pair of switching elements;
First driving means for alternately turning on and off the first pair of switching elements according to the positive and negative of the input signal;
Second driving means for alternately turning on and off the second pair of switching elements based on a PWM modulated pulse of the input signal;
A single power source connected to both ends of the first and second pair of switching elements;
An LC circuit connected between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
Connect one end of the LC circuit capacitor to the ground,
The load was connected in parallel with the capacitor of the LC circuit,
D-class amplifier characterized by
第1のDクラスアンプ回路と第2のDクラスアンプ回路を有し、
第1のDクラスアンプ回路は、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、
第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、
第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、
入力信号の振幅の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、
入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された第1の片電源と、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続された第1のLC回路とを備え、
第2のDクラスアンプ回路は、ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子と、
第1の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第1の一対のダイオードと、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子と、
第2の一対のスイッチング素子の各々に並列接続した第2の一対のダイオードと、
入力信号の振幅の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第1の駆動手段と、
入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動する第2の駆動手段と、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に接続された第2の片電源と、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に接続された第2のLC回路とを備え、
第1のLC回路のコンデンサの一端と第2のLC回路のコンデンサの一端をグランドと接続し、
第1のLC回路と第2のLC回路の間に負荷を接続するようにし、
第1のDクラスアンプ回路の第1の駆動手段が第1の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第1の駆動手段は第1の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)し、第1のDクラスアンプ回路の第2の駆動手段が第2の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第2の駆動手段は第2の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)するようにしたこと、
を特徴とするDクラスアンプ。
A first D-class amplifier circuit and a second D-class amplifier circuit;
The first D-class amplifier circuit includes a first pair of high-side and low-side switching elements,
A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements;
A second pair of switching elements, a high side and a low side;
A second pair of diodes connected in parallel to each of the second pair of switching elements;
First driving means for alternately turning on and off the first pair of switching elements according to the positive and negative of the amplitude of the input signal;
Second driving means for alternately turning on and off the second pair of switching elements based on a PWM modulated pulse of the input signal;
A first single power source connected to both ends of the first and second pair of switching elements;
A first LC circuit connected between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
The second D-class amplifier circuit includes a first pair of switching elements on the high side and the low side,
A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements;
A second pair of switching elements, a high side and a low side;
A second pair of diodes connected in parallel to each of the second pair of switching elements;
First driving means for alternately turning on and off the first pair of switching elements according to the positive and negative of the amplitude of the input signal;
Second driving means for alternately turning on and off the second pair of switching elements based on a PWM modulated pulse of the input signal;
A second single power source connected to both ends of the first and second pair of switching elements;
A second LC circuit connected between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
One end of the capacitor of the first LC circuit and one end of the capacitor of the second LC circuit are connected to the ground,
A load is connected between the first LC circuit and the second LC circuit;
When the first driving means of the first D class amplifier circuit turns on (off) the high side of the first pair of switching elements, the first driving means of the second D class amplifier circuit is the first pair of switching elements. When the low side of the switching element is turned on (off) and the second driving means of the first D class amplifier circuit turns on (off) the high side of the second pair of switching elements, the second D class amplifier The second driving means of the circuit is configured to turn on (off) the low side of the second pair of switching elements;
D-class amplifier characterized by
ハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に片電源を接続し、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間にLC回路を接続し、
LC回路のコンデンサの一端をグランドと接続するとともにLC回路のコンデンサと並列に負荷を接続し、
入力信号の正負に応じて第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動し、
入力信号をPWM変調したパルスに基づき第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するようにしたこと、
を特徴とするDクラスアンプのスイッチング駆動方法。
A first pair of diodes are connected in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side,
A second pair of diodes are connected in parallel to each of the second pair of switching elements on the high side and the low side,
A single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements,
Connecting an LC circuit between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
Connect one end of the capacitor of the LC circuit to the ground and connect a load in parallel with the capacitor of the LC circuit.
The first pair of switching elements are alternately turned on and off according to the positive and negative of the input signal,
The second pair of switching elements are alternately turned on / off based on a pulse obtained by PWM-modulating the input signal,
A switching drive method for a D-class amplifier characterized by the above.
第1のDクラスアンプ回路のハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に第1の片電源を接続し、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に第1のLC回路を接続し、
第2のDクラスアンプ回路のハイサイドとローサイドの第1の一対のスイッチング素子の各々に第1の一対のダイオードを並列接続し、
ハイサイドとローサイドの第2の一対のスイッチング素子の各々に第2の一対のダイオードを並列接続し、
第1、第2の一対のスイッチング素子の両端に第2の片電源を接続し、
第1の一対のスイッチング素子の間の第1の接続点と、第2の一対のスイッチング素子の間の第2の接続点との間に第2のLC回路を接続し、
第1のLC回路のコンデンサの一端と第2のLC回路のコンデンサの一端をグランドと接続するとともに、第1のLC回路と第2のLC回路の間に負荷を接続し、
入力信号の正負に応じて第1、第2のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するとともに、
入力信号をPWM変調したパルスに基づき第1、第2のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子を交互にオン・オフ駆動するようにし、
この際、第1のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第1の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)し、第1のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子のハイサイドをオン(オフ)するとき、第2のDクラスアンプ回路の第2の一対のスイッチング素子のローサイドをオン(オフ)するようにしたこと、
を特徴とするDクラスアンプのスイッチング駆動方法。
A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side of the first D-class amplifier circuit;
A second pair of diodes are connected in parallel to each of the second pair of switching elements on the high side and the low side,
A first single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements,
Connecting the first LC circuit between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
A first pair of diodes connected in parallel to each of the first pair of switching elements on the high side and the low side of the second D-class amplifier circuit;
A second pair of diodes are connected in parallel to each of the second pair of switching elements on the high side and the low side,
A second single power source is connected to both ends of the first and second pair of switching elements;
A second LC circuit is connected between a first connection point between the first pair of switching elements and a second connection point between the second pair of switching elements;
One end of the capacitor of the first LC circuit and one end of the capacitor of the second LC circuit are connected to the ground, and a load is connected between the first LC circuit and the second LC circuit,
The first pair of switching elements of the first and second D class amplifier circuits are alternately turned on and off according to the positive and negative of the input signal, and
Based on a pulse obtained by PWM-modulating the input signal, the second pair of switching elements of the first and second D class amplifier circuits are alternately turned on and off,
At this time, when the high side of the first pair of switching elements of the first D class amplifier circuit is turned on (off), the low side of the first pair of switching elements of the second D class amplifier circuit is turned on (off). When the high side of the second pair of switching elements of the first D class amplifier circuit is turned on (off), the low side of the second pair of switching elements of the second D class amplifier circuit is turned on (off). )
A switching drive method for a D-class amplifier characterized by the above.
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