JP2003052095A - オーディオ増幅回路 - Google Patents

オーディオ増幅回路

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JP2003052095A
JP2003052095A JP2001239487A JP2001239487A JP2003052095A JP 2003052095 A JP2003052095 A JP 2003052095A JP 2001239487 A JP2001239487 A JP 2001239487A JP 2001239487 A JP2001239487 A JP 2001239487A JP 2003052095 A JP2003052095 A JP 2003052095A
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JP
Japan
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circuit
power supply
speaker
amplifier
impedance
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Takashi Arai
孝 新井
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Denon Ltd
Original Assignee
Denon Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/217Class D power amplifiers; Switching amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】スピーカの入力インピーダンスを演算し、この
演算結果に基づいて前記増幅回路に電源を供給する電源
トランスのタップを切り替えることにより、スピーカの
インピーダンスに応じた最大音量を自動的に得る。 【解決手段】入力オーディオ信号を増幅してスピーカに
供給する増幅器3と、複数のタップを有するトランス1
0を介して前記増幅器3に電力を供給する電源回路8
と、 前記電源回路8出力電流を検出する電流検出回路
6と、前記入力オーディオ信号のレベルおよび前記電流
検出回路が検出した出力電流をもとに前記スピーカの入
力インピーダンスを演算し、該演算結果に基づいて前記
トランスのタップを切り替える制御回路7を備え、前記
タップ切替により低インピーダンススピーカ使用時の最
大出力の低下を防止する

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はオーディオ信号を増
幅し、スピーカを駆動するオーディオ増幅回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】スピーカには、その負荷インピーダンス
が標準インピーダンス(8Ω)のもののほか標準インピ
ーダンスより小さいインピーダンスのものがある。標準
インピーダンス用のパワーアンプに対して、ユーザが標
準より小さいインピーダンスのスピーカを接続した場
合、駆動電流が増え過ぎて過度の発熱を生じ、最悪の場
合、パワーアンプのトランジスタが破壊してしまうこと
がある。このため、従来からパワーアンプの動作電源電
圧を切り替え可能とし、標準より小さいインピーダンス
のスピーカを接続したときには電源電圧を低くして駆動
電流を抑えて発熱量を抑えるようにしてある。図5は、
このようにした従来のパワー増幅回路を示す図である。
図に示すようにAC100V電源を降圧トランス51で
降圧し、二次コイル53の出力側に設けたダイオードブ
リッジ回路により整流、平滑化して±Vccの電源電圧
を生成してオーディオアンプ52に供給する。この場
合、二次コイル53にタップ54A,54B、55A,
55Bを設け、スイッチ56A、56Bを連動して切り
換えることにより、ダイオードブリッジ回路への入力を
2段階に切り替えることができる。
【0003】図6は、従来の出力トランス61を用いた
パワー増幅回路を示す図である。図に示すように低イン
ピーダンスのスピーカを駆動する場合、トランス2次側
のタップを低インピーダンス側(例えば4Ω側)に切り
換える。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の出力トラン
スでのタップ切り換え方式、および電源トランスのタッ
プ切り換え方式では以下の不都合がある。
【0005】1.スピーカーのインピーダンスに応じ
て、使用者がタップを選択切り換えする必要があり、使
い勝手が悪い。
【0006】2.スピーカーのインピーダンスは全周波
数帯域に渡って一定ではなく、またアンプが増幅する信
号はオーディオ信号であり、かならずしも増幅器の出力
インピーダンスをスピーカーの公称インピーダンスに合
わせた方が良いとは限らない。
【0007】3.出力トランスを用いる方式では、出力
トランスによる損失(−0.2〜−1.0dB程度)が
生じる。また、出力トランスは大出力増幅回路になれば
なるほど大型となり重量および価格が上昇する。
【0008】本発明はこれらの問題点に鑑みてなされた
もので、スピーカの入力インピーダンスを演算し、この
演算結果に基づいて前記増幅回路に電力を供給する電源
トランスのタップを切り替えることにより、スピーカの
インピーダンスに応じた最大音量が自動的に得られるオ
ーディオ増幅回路を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。
【0010】入力オーディオ信号を増幅してスピーカに
供給する増幅器と、複数のタップを有するトランスを介
して前記増幅器に電力を供給する電源回路と、前記電源
回路の出力電流を検出する電流検出回路と、前記入力オ
ーディオ信号のレベルおよび前記電流検出回路が検出し
た出力電流をもとに前記スピーカの入力インピーダンス
を演算し、該演算結果に基づいて前記トランスのタップ
を切り替える制御回路を備え、前記タップ切替により低
インピーダンススピーカ使用時の最大出力の低下を防止
する。
【0011】
【発明の実施の形態】オーディオ増幅回路においては、
通常、負荷となるスピーカの標準インピーダンスは8Ω
である。そして、負荷インピーダンスが8Ωのときの最
大出力と、8Ωよりも低いインピーダンスのときの最大
出力の表示の差により増幅回路の実力が判断される傾向
がある。
【0012】一方、スピーカは、市場のほとんどを占め
る定電圧出力の増幅器に接続したときの見かけ上の能率
が高くなるように低インピーダンス化(6Ωあるいは4
Ω)が顕著である。増幅器に電源を供給する電源回路の
電流供給能力が十分に高ければ出力電力Pは P=V/R と表され、負荷インピーダンスが8Ω−4Ω−2Ωと下
がるごとに倍増する。
【0013】図2は、安定化電源回路の電圧−電流特性
を示す図である。一般の安定化電源回路の電圧−電流特
性は、図2のような緩やかな垂下特性をもつため、現実
的にはスピーカこのインピーダンスが半分になっても2
倍の出力が得られるわけではない。しかし、負荷インピ
ーダンスが8Ωのときよりは4Ωのときの方が出力は大
きくなる。
【0014】これに対して、スイッチング電源は、過電
流による破壊を防ぐため定格電流の120%程度で保護
回路が働くように設計する。図3は、スイッチング電源
回路の電圧−電流特性を示す図である。図に示すよう
に、電源電圧Eは、定格電流の120%程度の過電流で
急激に低下する。このように、増幅器の電源にスイッチ
ング電源を用いた場合は、その供給電流がほぼ一定とな
る。この場合、増幅器の出力はP=IRとも表せるの
でスピーカーのインピーダンスRが低下するほど、出力
も低下する。
【0015】図1は、本発明の実施形態にかかるオーデ
ィオ増幅回路を示す図である。図において、1は入力信
号レベルを検出する入力信号レベル検出回路、2は入力
デジタル信号にPWM(Pulse Width Modulation)等の所
要の信号処理を施すデジタル信号処理装置(Digital Si
gnal Pprocessor)、3は増幅器、4は低域フィルタ、
5はスピーカ、6は増幅器3に供給する電源電流を検出
する電流検出回路、7は制御回路を構成するマイコン、
8は増幅器3の電源回路である。9は電源回路を構成す
るインバータ部、10は変圧器であり、複数のタップT
1,T2,T3を備える。11は整流部、12は発振制
御部であり、マイコン7からの制御入力に応じてインバ
ータ部のパルス幅を制御して出力電圧を制御する。
【0016】前記増幅器3による最大出力は、入力信号
がフルビットのときに得られる。なお、電源回路8は負
荷インピーダンスが8Ωで、かつ入力信号がフルビット
のとき前記増幅器3が必要とする電圧・電流出力を供給
できるものとする。
【0017】電流検出回路6は電源回路8から増幅器3
への電源供給路上に設け、検出した電流値をマイコン7
に送信する。前記電流検出回路6は、例えば前記電源供
給路に設けた微小抵抗、および該微少抵抗の両端に発生
する電圧降下を増幅する増幅器により構成することがで
きる。また、電源供給路近傍に設けたホール素子等の電
流検出素子と、該素子の検出出力を増幅する増幅器によ
り構成することができる。また、前記入力信号レベル検
出回路1は、デジタルオーディオインタフェース、デジ
タルフィルタ、あるいはDSP等のマイコンとのインタ
フェース機能を持つIC類を介してデジタル入力信号レ
ベルを検出し、検出信号をマイコン7に送信する。
【0018】マイコン7は、演算手段を備え、電流検出
回路6が8Ω負荷時におけるフルビット相当の電流を検
出した時、同時に入力信号レベル検出回路1が検出した
入力信号レベルを取込み、取り込んだ入力信号レベルに
基づき負荷インピーダンスを演算する。例えば、もし、
入力信号レベルがフルビットであれば接続されている負
荷インピーダンスは8Ωである。もし、入力信号レベル
が8Ω時のレベルに対して、−1.25dBであれば負
荷は6Ωである。もし、入力信号レベルが8Ω時のレベ
ルに対して、−3dBであれば負荷は4Ωである。
【0019】マイコン7は、この演算した負荷インピー
ダンスに応じて、変圧器10の2次側に設けたタップを
選択して切り換える(例えば検出した負荷インピーダン
スが8ΩのときはタップT3を選択し、負荷インピーダ
ンスが6ΩのときはタップT2を選択し、負荷インピー
ダンスが4ΩのときはタップT1を選択する)。このよ
うに選択切り換えすると、トランスの特性から、図3に
示すように電流と電圧の積は略一定であるから、各イン
ピーダンスの負荷に対して最大の出力電力が得られる電
圧と電流が自動的に選択されて増幅器3に供給すること
ができる。
【0020】なお、増幅器3は、電源投入時、最も高い
電圧を発生するタップを選択した状態(タップT3を選
択した状態)で起動することができる。
【0021】例えば、電流検出回路6の検出出力が電源
回路8の電流容量に達していない場合は、たとえ前記演
算回路が負荷インピーダンスを4Ωと演算していてもト
ランスのタップをタップT1に切り換えることは行わ
ず、タップT3のままとする。すなわち、公称負荷イン
ピーダンスが4Ωのスピーカであっても、負荷インピー
ダンスが全周波数帯域に渡って4Ωであるわけではな
く、ほとんどの周波数では4Ωよりも高いからである。
また、スピーカーのインピーダンスが4Ωとなる周波数
にピークとなる入力信号がない限り電源電圧を高く保っ
ておくことができる。これにより、ヘッドルーム(出力
信号が飽和するまでの入力信号の余裕値)を確保するこ
とができる。
【0022】また、電流検出回路6が過電流を検出し、
前記演算回路が負荷インピーダンスを6Ωあるいは4Ω
と演算した場合(入力信号レベルが6Ω相当、あるいは
4Ω相当と判別した場合)は、それぞれ6Ωあるいは4
Ωに対応した変圧器のタップ(T2あるいはT1)に切
り換える。なお、一度低インピーダンスに対応したタッ
プ(T2あるいはT2)に切り換えた後は、増幅器の稼
働中に高いインピーダンスに対応したタップに再度切り
換えることはしないのが好ましい。
【0023】また、電流検出器6が過電流を検出したと
き、信号レベル検出回路1の出力が設定値を大きく下回
る場合は、負荷短絡あるいは増幅器3の故障が想定でき
る。この場合は図示しない保護回路により、電源供給路
の遮断あるいは負荷遮断を行うことができる。
【0024】図2に示すように、電源電圧Vccは、過
電流の程度に応じて低下するので、増幅回路の動作が不
安定となる領域まで電源電圧が急激に下がることはな
い。
【0025】図3に示すように、選択したタップにそれ
ぞれ対応した出力電圧−電流特性(T1,T2,T
3,)を有し、各出力電圧は、定格電流の120%程度
の過電流で急激に低下する。
【0026】発振制御回路12は、前述のようにマイコ
ン7からの制御入力に応じてインバータ部のパルス幅を
制御して出力を制御する。これによって整流部11の出
力を負荷の変動に関わらず一定に制御することができ
る。負荷電流が増大して発振制御回路12による制御で
定電圧を維持することができなくなった段階で、前記変
圧器10のタップを低電圧側に切り換えて出力電圧を下
げ、出力電流の増加に対応する。したがって、負荷電流
の変動に伴う電源電圧変動を連続的に補正することがで
き、常に最大出力を得ることができる。
【0027】図4は、オーディオ増幅回路の他の例を示
す図である。図に示すように増幅器3の入力信号はアナ
ログ信号である。このように本発明は図1に示すデジタ
ル方式の増幅器のみならず、アナログ方式の増幅器に対
しても適用することができる。なお、図において図1に
示される部分と同一部分については同一符号を付してそ
の説明を省略する。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ピーカの入力インピーダンスを演算し、この演算結果に
基づいて前記増幅回路に電力を供給する電源トランスの
タップを切り替えるので、スピーカのインピーダンスに
応じた最大音量を自動的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる増幅回路を示す図で
ある。
【図2】安定化電源回路の電圧−電流特性を示す図であ
る。
【図3】スイッチング電源回路の電圧−電流特性を示す
図である。
【図4】増幅回路の他の例を示す図である。
【図5】従来のパワー増幅回路を示す図である。
【図6】従来の出力トランスを用いたパワー増幅回路を
示す図である。
【符号の説明】
1 入力信号レベル検出回路 2 デジタル信号処理装置 3 増幅器 4 低域フィルタ 5 スピーカ 6 電流検出回路 7 マイコン 8 電源回路 9 インバータ部 10 変圧器 11 整流部 12 発振制御回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力オーディオ信号を増幅してスピーカ
    に供給する増幅器と、 複数のタップを有するトランスを介して前記増幅器に電
    力を供給する電源回路と、 前記電源回路の出力電流を検出する電流検出回路と、 前記入力オーディオ信号のレベルおよび前記電流検出回
    路が検出した出力電流をもとに前記スピーカの入力イン
    ピーダンスを演算し、該演算結果に基づいて前記トラン
    スのタップを切り替える制御回路を備え、低インピーダ
    ンススピーカ使用時の最大出力の低下を防止したことを
    特徴とするオーディオ増幅回路。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載において、前記スピーカ
    の入力インピーダンスは入力オーディオ信号のレベルが
    最大レベル近傍であるときに検出することを特徴とする
    オーディオ増幅回路。
  3. 【請求項3】 請求項1ないし請求項2の何れか1の記
    載において、前記電源回路は、前記タップ切替と協働し
    て前記電源回路の発振出力を制御する発振制御回路を備
    えたことを特徴とするオーディオ増幅回路。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100788670B1 (ko) 2005-11-03 2007-12-26 삼성전자주식회사 헤드폰에 최적화된 디지털 앰프의 출력 파워 제어 방법 및장치
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