JP2000014140A - 負荷駆動回路の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチングトラン
スの１次側巻線と２次側巻線とが電気的に絶縁されてい
ても、地絡に対して有効な保護を行う。 【解決手段】 スピーカ２１を駆動するパワーアンプ２
２では、バッテリ２４から供給される電力をＤＣ−ＤＣ
コンバータ２６で変換し、電力増幅器２５に与える。ス
イッチングトランス２８は、１次巻線３１と２次巻線３
２とが電気的に絶縁される。電力増幅器２５は、小信号
用の接地配線３０の電位を基準として信号入力端子３３
に入力される信号を電力増幅し、スピーカ２１を駆動す
る。接地配線３０は、接地端子３４を介して信号を発生
するヘッドユニット２３のアース点３５に接続される。
接地配線３２には電流検知回路４２が設けられ、スピー
カ２１への出力コードなどに地絡が発生するときの過大
な電流を検知し、スイッチング回路２５の動作を停止さ
せるような保護を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピーカ等の負荷
を駆動する負荷駆動回路で、天絡や地絡に対して保護を
行う保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図６に示すような構成で車載
用のオーディオ装置が用いられている。スピーカ１を駆
動するパワーアンプ２は、ヘッドユニット３からの信号
を、バッテリ４を含む電源から供給される電力を基に増
幅する電力増幅器５を有する。ヘッドユニット３は、チ
ューナやＣＤプレーヤなどを含み、再生すべきプログラ
ムソースを発生する。車載用のバッテリ４は、出力電圧
がたとえば１２Ｖ程度で比較的低く、電力増幅器５がス
ピーカ１を大電力で駆動するためには電圧が不足する。
このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ６が設けられ、バッテ
リ４の出力電圧を昇圧する。

【０００３】ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、バッテリ４の
直流出力電圧をより高い電圧に昇圧するため、スイッチ
ング回路７、スイッチングトランス８および整流平滑回
路９有する。パワーアンプ２内で、電力増幅器５および
整流平滑回路９は、接地配線１０の電位をを基準とする
電圧で動作する。スイッチングトランス８には相互に電
気的に絶縁される１次巻線１１および２次巻線１２が設
けられ、１次巻線１１はスイッチング回路７に、２次巻
線１２は整流平滑回路９にそれぞれ接続される。電力増
幅器５には、ヘッドユニット３からの信号が信号入力端
子１３を介して入力される。接地配線１０は、接地端子
１４に接続される。信号入力端子１３に入力される信号
は、接地電位を基準とする。このため、ヘッドユニット
３にはアース点１５が設けられ、自動車の車体に接地さ
れる。車載用のバッテリ４では、正電極または負電極の
うちの一方がアース点１６で車体に接地される。車体に
対する接地箇所が多くなると、アースループが形成され
て、アースループ内に雑音電圧が誘起しやすくなるの
で、スピーカ１を駆動するための信号を発生するヘッド
ユニット３の付近のみにアース点１５を設け、信号系で
は一点接地を行っている。すなわち、パワーアンプ２
で、スイッチングトランス８の２次側巻線１２、整流平
滑回路９および電力増幅器５は、接地電位から浮いてお
り、接地端子１４を介してアース点１５に電気的に接続
を行うことによって、接地電位を基準とする信号の増幅
および負荷であるスピーカ１の駆動が行われている。

【０００４】図６に示すようなスピーカ１等の負荷を駆
動する負荷駆動回路で、信号出力端子１７，１８とスピ
ーカ１とを接続する信号コードなどの絶縁性が悪くなる
と、電源コードもしくは車体アースと接触して天絡や地
絡が生じる可能性がある。このような天絡や地絡につい
て、電力増幅器５などの保護を行う考え方は、本件出願
人がたとえば特願平９−３４３９８１で提案している。
天絡や地絡が生じると、大きな電流が流れて、回路部分
が損傷を受けたりするおそれがあるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特願平９−３４３９８
１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ６で、スイッチングトラ
ンス８の１次巻線１１と２次巻線１３とが電気的に接続
されている場合に、接続部分に流れる電流に着目し、こ
の電流を検知して保護を行っている。しかしながら、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ６でスイッチングトランス８を用い
る利点として、１次巻線１１と２次巻線１２との間を電
気的に絶縁することができるという利点を有効に利用す
ることができなくなってしまう。１次側巻線１１および
２次側巻線１２を電気的に絶縁することができれば、ス
イッチング回路７としてより電力変換効率の高い回路を
用いたり、ノイズの発生などを抑えることも可能にな
る。しかしながら、１次巻線１１と２次巻線１２との間
が電気的に絶縁されていれば、特願平８−３４３９８１
を適用することができない。

【０００６】本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータを
内蔵する車載用パワーアンプなどの負荷駆動回路で、ス
イッチングトランスの１次巻線と２次巻線との間が電気
的に絶縁されている場合でも、地絡電流などから負荷駆
動回路を適切に保護することができる負荷駆動回路の保
護装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、接地電位を基
準として電力供給を行う電源と、電源から供給される電
力を直流電力に変換するスイッチング電源回路であっ
て、１次側巻線および２次側巻線が電気的に絶縁される
スイッチングトランスと、該電源から供給される電力を
基に、スイッチングトランスの１次側巻線をスイッチン
グ駆動するスイッチング回路と、スイッチングトランス
の２次側巻線に発生するスイッチング出力を、接地電位
を基準として整流し、平滑して直流電力を出力する整流
平滑回路とを備えるスイッチング電源回路と、該スイッ
チング電源回路の整流平滑回路から出力される直流電力
で、電気的に駆動される負荷と、該負荷を駆動するため
の信号を、接地電位を基準として発生する信号源と、該
信号源から発生される信号が入力され、該整流平滑回路
から出力される直流電力を基に、該信号に応じて該負荷
を駆動する負荷駆動回路と、該スイッチング電源回路の
整流平滑回路の基準電位側と該信号源の基準電位側出力
との間の接地経路に流れる電流を検知する電流検知素子
と、該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を
超えるとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電
流を抑制する保護手段とを含むことを特徴とする負荷駆
動回路の保護装置である。

【０００８】本発明に従えば、電源から接地電位を基準
として供給される電力を基に、スイッチング電源回路の
スイッチング回路がスイッチングトランスの１次側巻線
をスイッチング駆動する。スイッチングトランスの２次
側巻線に発生するスイッチング出力は、整流平滑回路で
接地電位を基準として整流して平滑される。負荷は、整
流平滑回路が出力する直流電力で、信号源からの信号に
応じて負荷駆動回路が駆動する。信号源から発生される
信号の基準となる接地電位側の基準電位側出力とスイッ
チング電源回路の整流平滑回路の基準電位側との間の接
地経路には電流検知素子が設けられる。負荷駆動回路か
ら負荷を駆動する際に地絡等が生じていなければ、電流
検知素子が設けられている接地経路には、小さな電流し
か流れない。地絡などが生じると、信号源のアース点と
地絡位置との間で大きな電流が流れる。この電流は、電
流検知素子によって検知され、電流が予め設定される基
準値を超えて流れれば、保護手段が動作して出力電流の
抑制が行われる。これによって地絡に伴い過大な電流が
流れることを防ぎ、負荷駆動回路が損傷を受けないよう
に保護することができる。

【０００９】また本発明で前記保護手段は、前記スイッ
チング電源回路のスイッチング回路の動作を停止させ
て、前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、保護手段は、地絡などに
伴って過大な電流が負荷に流れることを防ぐために、ス
イッチング回路の動作を停止させて負荷駆動回路から負
荷を駆動する際の出力電流の抑制を行う。スイッチング
回路を、外部入力に応じてスイッチング出力が停止する
ように構成しておけば、出力電流の抑制を容易に行うこ
とができる。

【００１１】また本発明で前記保護手段は、前記負荷駆
動回路の出力側と前記負荷との間に設けられるスイッチ
ング素子を有し、該スイッチング素子が該出力側と該負
荷との間を遮断して前記出力電流の抑制を行うことを特
徴とする。

【００１２】本発明に従えば、負荷駆動回路の出力側と
負荷との間にスイッチング素子を設けて、スイッチング
素子が遮断して出力電流の抑制を行う。負荷駆動回路か
ら負荷を駆動する信号経路を直接スイッチング素子で遮
断することができるので、負荷に流れる過大電流を確実
に遮断して、有効な保護を与えることができる。

【００１３】また本発明で前記電流検知素子および前記
保護手段は、前記予め定める電流を超えるときに溶断す
る電流ヒューズであることを特徴とする。

【００１４】本発明に従えば、負荷駆動回路の出力側と
負荷との間には電流ヒューズが設けられる。電流ヒュー
ズは、過大な電流が流れると発熱し、溶断して負荷を過
大な電流から保護することができる。

【００１５】また本発明で前記電流ヒューズは、前記接
地経路の一部に、電流容量が小さくされているヒューズ
パターンとして形成されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、電流ヒューズとして接地
経路の一部に電流容量が小さくなるように形成されるヒ
ューズパターンを利用するので、電気回路の一部を直接
電流検知用と保護用とに利用することができる。

【００１７】また本発明で前記電流検知素子および前記
保護手段は、電流が前記予め定める基準を超えるときに
発熱して抵抗値が急激に増大し、冷却すると抵抗値が低
い値に復帰する正温度係数サーミスタであることを特徴
とする。

【００１８】本発明に従えば、電流検知素子および保護
手段として、抵抗値が正温度係数を有するサーミスタを
用いる。正温度係数を有するサーミスタに流れる電流が
大きくなると、発熱によって抵抗値が増大する。抵抗値
が増大すれば、さらに電流によって発熱し、急激に抵抗
値が増大して出力電流の抑制が行われる。正温度係数サ
ーミスタは、出力電流が遮断されると冷却され、低い抵
抗値に復帰するので、何回でも有効な保護を行うことが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
概略的な電気的構成を示す。本実施形態で、負荷である
スピーカ２１は、パワーアンプ２２がヘッドユニット２
３を信号源として増幅する信号に応じて駆動される。車
載用のオーディオ装置では、スピーカ２１は車室内で所
定の位置に設置され、パワーアンプ２２は床やトランク
ルームなどに設置され、ヘッドユニット２３は運転席付
近のコンソールボックスなどに設置される。ヘッドユニ
ット２３には、ＣＤやＤＶＤ、ＭＤカセットテープなど
の記録媒体を再生するプレーヤとしての機能や、ＦＭや
ＡＭの放送を受信するチューナとしての機能が設けられ
ている。パワーアンプ２２およびヘッドユニット２３
は、車載のバッテリ２４を含む電源から電力の供給を受
ける。車両では、エンジンが動作中であれば、発電機か
らも電力の供給が行われる。

【００２０】パワーアンプ２２内には、スピーカ２１を
駆動する負荷駆動回路である電力増幅器２５と、スイッ
チング電源回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ２６とが含
まれる。パワーアンプ２２内では、接地配線３０の電位
を基準として信号増幅などを行う。接地配線３０は、ス
イッチングトランク２８の１次巻線３１と２次巻線３２
とが電気的に絶縁されているので、１次巻線３１側のス
イッチング回路２７には接続されない。

【００２１】パワーアンプ２２では、ヘッドユニット２
３からの信号を、信号入力端子３３および接地端子３４
から受け入れる。接地端子３４には、パワーアンプ２２
内の接地配線３０が接続される。ヘッドユニット２３か
ら出力される信号のレベルは小さいので、雑の混入を防
止するため、ヘッドユニット２３にアース点３５を設け
て、パワーアンプ２２内の接地配線３０も接地端子３４
を介してアース点３５に接続されるようにしておく。Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ２６のスイッチング回路２７は、バ
ッテリ２４から出力される電力に基づいてパルス信号を
発振するスイッチング動作を行う。バッテリ２４の出力
端子の一方、たとえばマイナス側出力端子は、アース点
３６で車体に接地されている。パワーアンプ２２の信号
出力端子３７，３８にはスピーカ２１が接続され、電力
増幅器２５で増幅されたヘッドユニット２３からの信号
に従って駆動される。

【００２２】ＤＣ−ＤＣコンバータ２６では、昇圧して
正負の２極性化した直流出力電圧を電力増幅器２５に供
給する。電力増幅器２５では、正負の電源電圧に応じ
て、０Ｖを基準として出力電力を導出し、スピーカ２１
を駆動する。すなわち、スピーカ２１は、電力増幅器２
５の出力端子と、整流平滑回路２９の接地端子３９との
間に接続される。整流平滑回路２９の正出力端子４０か
らの正出力電圧＋Ｖｃｃと、負出力端子４１からの負出
力電圧−Ｖｃｃとは、電力増幅器２５に与えられる。電
力増幅器２５の正常な動作状態では、正出力端子４０お
よび負出力端子４１と、接地端子３９との間で流れる電
流が、信号入力端子３３を介して与えられる入力信号に
応じて変化し、スピーカ２１を駆動して音響出力が得ら
れる。

【００２３】本実施形態では、パワーアンプ２２内で、
入力側の接地端子３４に接続される接地経路となる接地
配線３０に、電流検知回路４２を設ける。またスイッチ
ング回路２７は、電流検知回路４２からの制御信号に応
じて、スイッチング動作を停止することが可能なように
構成しておく。

【００２４】図２は、図１のパワーアンプ２２の信号出
力端子３７，３８に接続される信号線が、自動車の車体
などに電気的に接触する地絡が生じているときに、大電
流が流れる経路を示す。整流平滑回路２９の正出力端子
４０から供給される＋側電流だけを考えると、正出力
端子４０から電力増幅器２５に流れ、電力増幅器２５
の出力ラインを流れ、信号出力端子３７に接続される
スピーカコードを通って地絡箇所４３に流れ、地絡箇
所４３からヘッドユニット２３のアース点３５に流れ、
ヘッドユニット２３内のアース点３５から、信号線ケ
ーブルを通って接地端子３４に流れ、パワーアンプ２
２内の小信号用ＧＮＤである接地配線３０を経由して、
整流平滑回路２９の接地端子３９に戻るというルートが
考えられる。

【００２５】電流検知回路４２が設けられている接地配
線３０の部分は、通常は小信号用の接地経路として使用
されるので、数ｍＡ〜数十ｍＡ程度の電流しか流れない
けれども、天絡や地絡の異常時は、数Ａ〜数十Ａの大電
流が流れることになる。したがって、通常時と異常時と
の電流は大きく異なり、電流検知回路４２は敏感に異常
を検出することができる。

【００２６】図３は、図１の電流検知回路４２に関連す
る構成を示す。電流検知回路４２は、接地配線３０に挿
入している検知抵抗４４の両端に発生する電圧から流れ
る電流を検知する。検知抵抗としては、１Ω以下の低い
抵抗値を用いることができる。たとえば１Ωを用いる
と、流れる電流の電流値Ａに応じて両端に出力電圧が発
生し、過大な電流と判断する基準として、予め閾値を定
めておき、閾値を超えたときに保護回路４５がＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ２６のスイッチング動作を停止させて、保
護を行う。保護回路４５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６
の発振を停止させないで、発振を弱めるような制御を行
うこともできる。また、信号出力端子３７，３８とスピ
ーカ２１との間にリレーなどを保護回路４５として設
け、電流検知回路４２が過大な電流を検知するときに、
リレーを遮断するように構成することもできる。

【００２７】図４（ａ）は、本発明の実施の他の形態と
して、図３の電流検知回路４２と保護回路４５とを合わ
せて、ヒューズ５０に置き換えている構成を示す。ヒュ
ーズ５０は、大電流が流れるときに溶断し、出力電流を
抑制して負荷の保護を行うことができる。ヒューズ５０
が溶断してしまうと、パワーアンプ２２の電力増幅器２
５、整流平滑回路２９などが接地電位から浮いてしまう
ので、誤動作防止抵抗５１をヒューズ５０と並列に接続
しておく。図４（ｂ）は、図４（ａ）のヒューズ５０の
代わりに、配線パターン５２に細い部分をヒューズパタ
ーン５３として形成している形態を示す。この形態で
は、配線パターン自体を電流検知と保護とに利用してい
る。

【００２８】図５は、本発明の実施のさらに他の形態と
して、図４のヒューズ５０やヒューズパターン５３に代
えて、正温度特性サーミスタ６０を用いる構成を示す。
小信号用の接地配線３０に大電流が流れると、正温度特
性サーミスタ６０が発熱し、抵抗値が増大する。発熱量
は、正温度特性サーミスタ６０の抵抗値をＲとし、電流
をＩとすると、消費電力であるＲ×Ｉ²に比例する。し
たがって、電流Ｉが一定であれば、抵抗値Ｒが増大すれ
ば益々発熱量が大きくなり、正帰還的に抵抗値Ｒが増大
し、正温度特性サーミスタ６０の抵抗値は非常に大きく
なってオープン状態に近くなる。抵抗値Ｒが非常に大き
くなると、流れる電流Ｉは抑制され、正温度特性サーミ
スタ６０の発熱は停止して冷却される。正温度特性サー
ミスタ６０がオープン状態となっているときの誤動作を
避けるために、図４の実施形態と同様に、誤動作防止用
抵抗５１を接続する。正温度特性サーミスタ６０は、電
流が小さくなって冷却されれば、抵抗値も低い抵抗値に
自然復帰するので、何回でも繰返して電流検知と保護と
を行うことができる。

【００２９】図１では、負荷としてスピーカ２１を接続
しているけれども、モータや各種アクチュエータなどの
負荷の駆動にも本発明を同様に適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、スイッチ
ングトランスの１次側巻線と２次側巻線との間が電気的
に絶縁されていても、地絡などが生じたときの出力電流
の増加を確実に検知して、負荷駆動回路および負荷を確
実に保護し、回路を構成する部品などの損傷等を防ぐこ
とができる。

【００３１】また本発明によれば、スイッチング回路の
動作が停止するように制御して負荷駆動回路から負荷に
出力される電流を抑制するので、地絡などが生じたとき
の保護を容易に行うことができる。

【００３２】また本発明によれば、負荷駆動回路からの
出力電流をスイッチング素子で遮断して確実に保護を行
うことができる。

【００３３】また本発明によれば、負荷駆動回路の出力
側から負荷に流れる出力電流が過大になることを、電流
ヒューズ自身が検知して同時に溶断するので、確実に保
護を行うことができる。

【００３４】また本発明によれば、地絡などによって過
大な電流が流れる信号伝達経路の一部にヒューズパター
ンを形成しておくので、ヒューズパターンが溶断して、
過大な電流からの保護を確実に行うことができる。

【００３５】また本発明によれば、信号伝達経路に流れ
る電流が過大になると、正温度係数サーミスタの抵抗値
が急激に大きくなって、電流の抑制を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を
示すブロック図である。

【図２】図１の実施形態で、スピーカ２１を駆動するス
ピーカコードに地絡が発生するときに、大電流が流れる
経路を示す部分的なブロック図である。

【図３】図１の電流検知回路４２に関連する部分の構成
を示すブロック図である。

【図４】本発明の実施の他の形態での電流検知と保護と
を行う構成を示す部分的な電気回路図および部分的な回
路基板パターンを示す図である。

【図５】本発明の実施のさらに他の形態で電流検知と保
護とを行う構成を示す部分的な電気回路図である。

【図６】従来からの車載用オーディオ装置の概略的な電
気的構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２１ スピーカ ２２ パワーアンプ ２３ ヘッドユニット ２４ バッテリ ２５ 電力増幅器 ２６ ＤＣ−ＤＣコンバータ ２７ スイッチング回路 ２８ スイッチングトランス ２９ 整流平滑回路 ３０ 接地配線 ３１ １次巻線 ３２ ２次巻線 ３３ 信号入力端子 ３４，３９ 接地端子 ３５，３６ アース点 ４０ 正出力端子 ４１ 負出力端子 ４２ 電流検知回路 ４３ 地絡箇所 ４４ 検知抵抗 ４５ 保護回路 ５０ ヒューズ ５３ ヒューズパターン ６０ 正温度特性サーミスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G004 AA04 AB02 BA01 DA02 DC10 5G013 AA02 BA01 CA01 5H730 AA20 AS00 BB21 EE01 EE61 FD51 XX03 XX11 XX21 XX23 XX35 XX41 XX42 XX46 5J091 AA01 AA41 CA36 CA56 CA77 FA18 FP05 GP05 HA25 HA35 HA43 HA49 KA00 KA28 KA42 KA47 KA51 KA59 KA62 MA21

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接地電位を基準として電力供給を行う電
   源と、 電源から供給される電力を直流電力に変換するスイッチ
   ング電源回路であって、 １次側巻線および２次側巻線が電気的に絶縁されるスイ
   ッチングトランスと、 該電源から供給される電力を基に、スイッチングトラン
   スの１次側巻線をスイッチング駆動するスイッチング回
   路と、 スイッチングトランスの２次側巻線に発生するスイッチ
   ング出力を、接地電位を基準として整流し、平滑して直
   流電力を出力する整流平滑回路とを備えるスイッチング
   電源回路と、 該スイッチング電源回路の整流平滑回路から出力される
   直流電力で、電気的に駆動される負荷と、 該負荷を駆動するための信号を、接地電位を基準として
   発生する信号源と、 該信号源から発生される信号が入力され、該整流平滑回
   路から出力される直流電力を基に、該信号に応じて該負
   荷を駆動する負荷駆動回路と、 該スイッチング電源回路の整流平滑回路の基準電位側と
   該信号源の基準電位側出力との間の接地経路に流れる電
   流を検知する電流検知素子と、 該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を超え
   るとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電流を
   抑制する保護手段とを含むことを特徴とする負荷駆動回
   路の保護装置。
2. 【請求項２】 前記保護手段は、前記スイッチング電源
   回路のスイッチング回路の動作を停止させて、前記出力
   電流の抑制を行うことを特徴とする請求項１記載の負荷
   駆動回路の保護装置。
3. 【請求項３】 前記保護手段は、前記負荷駆動回路の出
   力側と前記負荷との間に設けられるスイッチング素子を
   有し、該スイッチング素子が該出力側と該負荷との間を
   遮断して前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする請
   求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。
4. 【請求項４】 前記電流検知素子および前記保護手段
   は、前記予め定める電流を超えるときに溶断する電流ヒ
   ューズであることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動
   回路の保護装置。
5. 【請求項５】 前記電流ヒューズは、前記接地経路の一
   部に、電流容量が小さいヒューズパターンとして形成さ
   れることを特徴とする請求項４記載の負荷駆動回路の保
   護装置。
6. 【請求項６】 前記電流検知素子および前記保護手段
   は、電流が前記予め定める基準を超えるときに発熱して
   抵抗値が急激に増大し、冷却すると抵抗値が低い値に復
   帰する正温度係数サーミスタであることを特徴とする請
   求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。