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スイッチングアンプ
スイッチングアンプ

スイッチングアンプ

  • Switching Amplifier 
  • 开关放大器 
  • 스위칭 앰프

 

アンプには、出力段のバイアス方式によってA級とかAB級などがある。A級やAB級などはリニアアンプ、D級に相当するのがスイッチングアンプである。

A級アンプでは、無負荷でもバイアス電流が流れるので出力段で損失が発生する。一方、D級アンプの出力段は、半導体素子のスイッチングなので原理的には損失を発生しない。したがって、スイッチングアンプは、高効率で小型化が可能である。

交流電源では、アナログ信号を2値信号に変換した後スイッチングアンプで増幅し、出力ローパスフィルタでアナログ信号に変換してから出力としている。

2値信号に変換するにはPWM(パルス幅変調)またはPDM(パルス密度変調)などを用い、アンプ部のスイッチング素子にはMOSFETやIGBTなどを用いている。
 

図 スイッチングアンプ 

 

オーディオアンプ、液晶テレビ、カーオーディオなどでスイッチングアンプとかディジタルアンプといった言葉を耳にすることも多くなってきたこともあり、この言葉になじみのある方も多いと思います。

パワーエレクトロニクスの世界では、このスイッチングアンプは「インバータ」とも呼ばれます。モータやコンプレッサの駆動に用いられているインバータは、スイッチングアンプの仲間です。

交流電源またはアンプ(増幅器)における、リニアアンプ方式とスイッチングアンプ(インバータ)方式の一般的な違いは以下のようになります。

なお、スイッチングアンプ方式の劣っている部分の改良が進んでいるため、消費電力の少ない(CO2 排出量が少ない)スイッチングアンプ方式の利用範囲が広がっています。

 

リニアアンプとスイッチングアンプの性能比較

  リニア方式 スイッチング(インバータ)方式
周波数帯域 広い(DC~数MHz以上も可能) 狭い(DC~数kHz程度)
効率(製品定格) 50%程度(発熱が多い) 70~80%(発熱が少ない)
体積 大きい(放熱器が大) 小さい(放熱器が小)
質量 重い 軽い
高電圧化・大電力化 難しい 容易

ひずみ(増幅部として)

クロスオーバひずみがある デッドタイムによるひずみがある
ノイズ(出力・EMI) 少ない 多い
回路構成 シンプル(部品点数が少ない) 複雑(部品点数が多い)

 

現在、交流電源や汎用インバータに用いられるスイッチングアンプ(インバータ)は、多くがPWM変調方式です。PWM方式は理論的には直流電源電圧まで出力電圧を得ることができるのに対し、PDM方式は直流電源電圧の半分までしか出力電圧を得ることができません。この電源利用率の高さがPWM方式を採用する理由のひとつになります。

 

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