D 級アンプにおける PWM 搬送波の高周波化に関する研究

D 級アンプにおける PWM 搬送波の高周波化に関する研究
113032
摂南大学
理工学部
木村
仁
電気電子工学科
電子光研究室
A Study on a Higher Freguemcy of the PWM Carrier in Class D Amplifier
Hitoshi Kimura
Electronic and Optical Systems Lab., Dept. of Electrical and Electronic Engineering, Setsunan Univ.
１. まえがき
現在、省電力化が注目されており、発熱量が低く
なり、小型化が容易になるなどの多くのメリット
がある。本研究では、いくつか種類のあるアンプ
の中で消費電力の低い D 級アンプに対しての理解
を深めるため、PWM に使われる三角波の周波数と D
級アンプの出力の関係性について研究した。
２.D 級アンプとは
３.実験
３-１ 実験.１
( 図 2) に 固 定 の 周 波 数 の ア ナ ロ グ 信 号 (500Hz
1Vpp)を入力し、三角波の周波数を 0Hz から上げて
いった場合、比較回路から出力される PWM がハイ
になる前に電圧が降下し始める周波数を求めた。
表 1 部品ごとの三角波の周波数
OP07D
周波数 2kHz
比較回路
電力増幅
電力増幅
2114D
356N
10kHz
104kHz
160kHz
３-２ 実験.２
実験 1 と同じ条件で三角波(50kHz 2Vpp)に固定し
た場合の出力の THD+N(※3)を求めた。
60
31.9643 38.2139 0.33172 0.26199
40
THD+N(%)
図 1 アナログ信号の PWM 変調
三角波
4558D
20
0
OP07D 4558D 2114D
オペアンプ
アナログ信号
図 2 D 級アンプの回路構成
入力されたアナログ信号を２値レベルの信号に変
換して増幅するアンプであり、変調方式として使
356N
図 3 部品ごとの THD+N(※３)
４.まとめと課題
表 2 部品ごとのスルーレートと利得帯域幅積
われているのは PWM である。三角波とアナログ信
OP07D
4558D
2114D
356N
0.2V/
1V/μ
15V/μs
12V/μs
μs
s
0.6MH
3MHｚ
13MHz
5MHｚ
号の振幅値を比較し、アナログ信号の振幅をパル
スル ーレ
ス波の幅に変換する。(図 1)そのため、三角波の周
ート
波数が高ければアナログ信号の振幅をより細かく
利得 帯域
パルス波の幅に変換することができ、アナログ信
幅幅積
号をより正確に増幅できると考えられる。(図 2)
実験 1 では 2116D 以外はスルーレート(SR)と利得
帯域幅積(GBW)の数値の大きい方が周波数の高い
PWM 信号を発生させることができた。実験 2 では、
SR と GBW の値が大きく異なる部品の比較と、近い
部品の比較では結果が異なり、前者は SR と GBW が
低い部品。後者は高い部品の THD+N が高かった。
その原因は本研究の改良すべき課題である
は D 級アンプの回路構成であり、周波数の高い三
角波を使用するためには、比較回路に使用するオ
ペアンプ（以下部品とする）を利得帯域幅積(GBW)
(※１）が大きく、かつスルーレート(※２）の高
いものにすることが有効であると考えられる。
脚注
※１.GBW=A×f
A=開ループ利得 f=利得が半減する周波数
※２.オペアンプの出力波形の立ち上がりの傾きの指標
※３.全高調波歪み率+雑音
z
文献
1.トランジスタ技術 高効率パワーアンプ作り方 2008 年 3 月号
2.荒木邦彌他:D 級パワーアンプの回路設計.CQ 出版社(2012 年)
3.トランジスタ技術 ディジタルアンプ誕生 2003 年 8 月号