JP2003309437A - オーディオアンプの回路保護装置およびオーディオアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】オーディオアンプが定格内ではあるが定格に近
い状態で動作している状態を要注意動作状態としてその
継続長時間を監視し、危険な状態になる前に動作を制御
するオーディオアンプを提供する。 【解決手段】パワーアンプ１のオーディオ出力信号を整
流してその電圧レベルが要注意レベル以上であるかをコ
ンパレータ１１で判定する。コンパレータ１１がオンし
たときタイマがカウント動作を実行し、所定時間継続し
てカウントしてカウントアップしたときスイッチングト
ランジスタ１３をオフしてリレー２を開放しパワーアン
プの出力を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オーディオアン
プの故障を未然に防止する回路保護装置およびこの回路
保護装置を備えたオーディオアンプに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年のオーディオアン
プは、民生用のものであっても定格出力が１．５キロワ
ットというような大出力のものが実用化されている。し
かし、このようなオーディオアンプであっても、通常は
数ワットの出力で使用されており、定格の１０パーセン
ト以上の出力で使用されることは滅多にない。このよう
に、民生用の大出力オーディオアンプは、定格出力に比
べてはるかに小さい出力で使用されるのが一般的である
うえ、業務用機器のように設置環境が考慮されていない
ため、定格出力付近で長時間継続的に動作させると、接
続している商用電源に負担がかかったり、通気の良くな
い場所に設置されている場合には放熱が間に合わずに加
熱してしまうなど支障が生じる場合が多かった。

【０００３】一方、従来よりオーディオアンプには保護
回路というものが設けられていたが、それは、アンプ内
部の電流や電圧が定格を超えて異常な値になった場合
に、オーディオ出力や電源を瞬時にオフする回路であ
り、いわゆる故障対応用の回路であった。すなわち、こ
のような保護回路が動作する場面は、既にアンプが異常
な動作をしている場合が多く、保護回路を動作させる主
な目的は、アンプを保護するというよりも後段の装置
（一般的にはスピーカ）を保護するためであり、正常な
動作をしているオーディオアンプが危険な状態になるま
えに、これを予知して動作を制御するというものではな
かった。すなわち、上記保護回路では、オーディオアン
プの定格内の動作に対しては全く制御機能を備えていな
かった。

【０００４】この発明は、オーディオアンプが定格内で
はあるが定格に近い状態で動作している状態を要注意動
作状態としてその継続長時間を監視し、危険な状態にな
る前に動作を制御するオーディオアンプの回路保護装置
およびこれを備えたオーディオアンプを提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、オー
ディオアンプの出力レベルを検出し、この出力レベルが
該オーディオアンプの定格出力レベル以下の要注意レベ
ル以上になっているか否かを判定する検出手段と、所定
のタイムアップ時間でタイムアップするタイマ手段であ
って、前記検出手段において前記要注意レベル以上の判
定が継続している時間を計測するタイマ手段と、前記タ
イマ手段がタイムアップしたとき、前記オーディオアン
プの終段出力ラインまたは電源を遮断するスイッチ手段
と、を備えたことを特徴とする。請求項２の発明は、請
求項１の発明において、前記検出手段およびタイマ手段
からなる系列を並列に複数設け、各検出手段をそれぞれ
異なる要注意レベルを判定し、各タイマ手段をそれぞれ
異なるタイムアップ時間でタイムアップするよう設定し
たことを特徴とする。請求項３の発明は、オーディオア
ンプにおいて、請求項１または請求項２に記載の回路保
護装置を備えたことを特徴とする。

【０００６】この発明では、定格出力レベル以下である
が、長時間継続すると危険な状態になるかもしれない要
注意レベルの動作を監視する。ただし、要注意レベルで
あっても定格出力の範囲内であるためそのレベルを検出
したとき即座に動作を停止させることはできない。そこ
で、その要注意レベルの動作継続時間をタイマ手段で計
時し、所定時間継続したとき危険な状態になる可能性が
高いとして動作を停止させる。これにより、オーディオ
アンプが危険な状態になることを未然に防止することが
できる。この場合において、どの程度定格出力レベルに
近い状態で動作しているかによって危険な状態になるま
での時間が異なるため、複数段階の要注意レベルで監視
し、そのレベルに応じたタイムアップ時間でタイムアッ
プさせることにより、危険な状態になるのを未然に防止
するとともに、大出力であっても正常な動作を保証でき
る範囲ではその動作を継続させることが可能になる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図面を参照してこの発明の実施形
態について説明する。

【０００８】図１はこの発明の実施形態であるサブウー
ファの概略回路図である。サブウーファとは、マルチオ
ーディオの重低音専用のスピーカであり、一般的にスピ
ーカボックス内にパワーアンプが内蔵されている。

【０００９】パワーアンプ１には重低音用のスピーカで
あるサブウーファ３が接続されている。このパワーアン
プ１とサブウーファ３との間に、アンプが危険動作と判
断されたときにスピーカの出力を切断する回路保護装置
４の整流・積分回路１０が接続されているとともに、回
路保護装置４のリレー２のスイッチ部２ａがパワーアン
プ１とサブウーファ３との間に挿入されている。リレー
２のスイッチ部２ａは、ノーマリーオフの接点で構成さ
れている。

【００１０】回路保護装置４は、上記整流・積分回路１
０、複数の判定回路５（５−１、５−２、５−３）、ス
イッチングトランジスタ１３および前記リレー２などで
構成されている。各判定回路５は、コンパレータ１１お
よびタイマ１２などで構成されている。

【００１１】整流・積分回路１０は、交流であるオーデ
ィオ出力を整流して（リプル分を含む）直流に整流する
回路である。この検出電圧が、パワーアンプ１の出力レ
ベルに対応する。

【００１２】このパワーアンプの出力レベルに対応する
検出電圧が各判定回路５に入力される。判定回路５で
は、この検出電圧をコンパレータ１１に入力し、しきい
値（要注意レベル）を超えているかを検出する。検出電
圧はコンパレータ１１の−端子に入力され、しきい値で
あるリファレンス電圧１１ａがコンパレータ１１の＋端
子に入力される。したがって、パワーアンプ１が低出力
の平常動作をしているときはコンパレータ１１は“Ｈ”
を出力しており、前記検出電圧が要注意レベルであるし
きい値を超えたとき、すなわちパワーアンプ１が高出力
の要注意動作をしているときにコンパレータの出力は
“Ｌ”となる。コンパレータ１１の出力はタイマ１２の
リセットゲートに接続されている。

【００１３】タイマ１２は、リセットゲートが“Ｌ”の
ときカウントを実行し、所定時間継続してカウントした
とき出力端子を“Ｌ”にする。カウント中であってもリ
セットゲートが“Ｈ”に上がったときはカウントを中止
してカウント値をリセットする。したがって、リセット
ゲートの入力が所定時間以上“Ｌ”であり、所定時間継
続してカウントをしたとき、すなわちパワーアンプ１の
出力レベルが所定時間以上しきい値を超えたとき、タイ
マ１２がタイムアップして“Ｌ”を出力する。

【００１４】このタイマ１２の出力は、ＡＮＤ回路１４
を介してスイッチングトランジスタ１３のベース（ゲー
ト）に供給されている。スイチッグトランジスタ１３
は、この図ではＮＰＮのバイポーラトランジスタとして
記載されているが、ユニポーラトランジスタ（ＦＥＴ）
でもよい。タイマ１２の出力が“Ｌ”となってＡＮＤ回
路１４がオフし、スイッチングトランジスタ１３のベー
ス電圧が“Ｌ”に落ちると、スイッチングトランジスタ
１３がオフしてコレクタ−エミッタ間が遮断される。そ
うするとリレー２のコイルの電流が停止してスイッチ部
２ａが開放される。上記のようにスイッチ部２ａはノー
マリーオフであるため、スイッチングトランジスタ１３
がオンしてリレーに電流が流れているときのみオンして
おり、ＡＮＤ回路１４がオフしてスイッチングトランジ
スタ１３がオフすると、リレー２のスイッチ部２ａがオ
フしてパワーアンプ１とサブウーファ３とが遮断され
る。

【００１５】これにより、パワーアンプ１の出力端が開
放されて出力インピーダンスが∞になり、パワーアンプ
１のオーディオ出力電流が流れなくなる。これにより、
電源をオフしなくてもパワーアンプ１の要注意動作を停
止させ、回路を保護することができる。また、同図の括
弧内に記載するように、タイマ１２にスイッチングトラ
ンジスタ１３′および電源回路をオフするリレー２′を
接続し、タイマ１２がタイムアップしたとき、上記リレ
ー２と並行して、または、上記リレー２に代えて、電源
リレー２′を切断するようにしてもよい。

【００１６】ここで、上記複数の判定回路５−１、５−
２、５−３のコンパレータ１１には、それぞれ異なるし
きい値電圧Ｖｒｅｆが設定され、また上記複数の判定回
路５−１、５−２、５−３のタイマ１２にはそれぞれ異
なるタイムアップ時間が設定されている。判定回路５−
１のコンパレータ１１には、パワーアンプ１の定格出力
の８０パーセントのパワーの検出電圧に相当する電圧が
しきい値電圧Ｖｒｅｆとして設定され、タイマ１２のタ
イムアップ時間として３０秒程度が設定されている。判
定回路５−２のコンパレータ１１には、パワーアンプ１
の定格出力の５０パーセントのパワーの検出電圧に相当
する電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆとして設定され、タイ
マ１２のタイムアップ時間として１分程度が設定されて
いる。また、判定回路５−３のコンパレータ１１には、
パワーアンプ１の定格出力の１５パーセントのパワーの
検出電圧に相当する電圧がしきい値電圧Ｖｒｅｆとして
設定され、タイマ１２のタイムアップ時間として５分程
度が設定されている。各判定回路５−１、５−２、５−
３の出力はＡＮＤ回路１４に入力されているため、全て
の判定回路の出力が“Ｈ”のときのみＡＮＤ回路１４が
オンし、これによりスイッチングトランジスタ１３が導
通してスイッチ部２ａがオンされるが、いずれか１つの
判定回路においてタイマがタイムアップして“Ｌ”を出
力すると、これによってＡＮＤ回路１４がオフし、スイ
ッチ部２ａが遮断される。

【００１７】パワーアンプ１のオーディオ出力が定格出
力に近い程短時間で回路保護装置が動作するように複数
段階の出力レベルで監視するようにしている。なお、音
量ボリウム（アンプゲイン）を固定していても、入力ソ
ースの波形によって振幅が上下するため、上記のように
定格に近い大きさのオーディオ信号を継続して出力した
とき回路保護装置を働かせるようにしている。

【００１８】図２は、回路保護装置の具体的な回路例を
示す図である。ダイオード２０、コンデンサ２１およひ
抵抗器２２が整流回路を構成し、トランジスタ２３を介
して入力されたオーディオ出力信号を半波整流して直流
化し、検出電圧Ｖｉとして出力する。

【００１９】この検出電圧Ｖｉはオペアンプ２４の反転
入力端子に入力される。オペアンプ２４は、フィードバ
ック抵抗値を１ＭΩ程度に高くすることで高利得で動作
し、コンパレータとして機能する。トリマ２５および抵
抗器２６、２７によってしきい値電圧Ｖｒｅｆが生成さ
れ、このしきい値電圧Ｖｒｅｆはオペアンプ２４の非反
転入力端子に供給されている。検出電圧Ｖｉが、しきい
値電圧Ｖｒｅｆよりも低いとき、オペアンプ２４は
“Ｈ”電圧を出力しており、検出電圧Ｖｉが、しきい値
電圧Ｖｒｅｆよりも高くなったとき、オペアンプ２４の
出力が“Ｌ”となる。オペアンプ２４の出力はトランジ
スタ２８（Ｔｒ１）に供給されている。

【００２０】一方、タイマＩＣ２０はコンデンサ３１お
よび抵抗器３２によってタイムアップ時間が設定され
る。タイマＩＣ２０は抵抗器３２を介してコンデンサ３
１を充電し、コンデンサ３１の電位が所定電位になった
ときタイムアップと判断する。前記トランジスタ２８
は、コンデンサ３１と並行に接続されている。オペアン
プ２４が“Ｈ”を出力しているとき、トランジスタ２８
はオンしており、これによってコンデンサ３１は短絡さ
れているため、放電状態にあり充電することができな
い。これがリセット状態である。検出電圧Ｖｉが、しき
い値電圧Ｖｒｅｆよりも高くなりオペアンプ２４の出力
が“Ｌ”になると、トランジスタ２８がオフし、タイマ
ＩＣ３０がコンデンサ３１を充電するタイマ動作がスタ
ートする。

【００２１】タイマＩＣ３０は、コンデンサ３１の電位
を端子、で検出し、コンデンサ３１が所定電位に到
達したとき出力端子を“Ｌ”にする。この“Ｌ”信号
でスイッチングトランジスタ１３がオフしリレー２が開
放されてサブウーファ３をパワーアンプ１から切断す
る。タイマＩＣ３０がタイムアップしたのちリセットス
イッチ３３を操作してタイマＩＣ３０に供給されている
電源を一旦遮断するとタイマＩＣ３０がリセットされリ
レー２の動作も解除される。

【００２２】図３は図２の回路における各部の信号を説
明する図である。同図（Ａ）は時々しきい値を超えるオ
ーディオ出力信号が現れるが短時間しか継続しない場合
の例を示している。同図（Ｂ）はしきい値を超えるオー
ディオ出力信号が所定時間以上継続しタイマが動作して
リレーが動作した場合の例を示している。同図（Ａ）、
（Ｂ）において、オーディオ出力信号を整流した検出信
号Ｖｉがしきい値電圧Ｖｒｅｆを超えるとタイマＩＣの
ゲート電圧（トランジスタ２８のコレクタ電位）が
“Ｈ”になりタイマのカウント動作がスタートする。同
図（Ａ）の場合には、短時間でオーディオ出力信号のレ
ベルが低下するため、タイマはタイムアップする前にリ
セットされる。同図（Ｂ）の場合には、オーディオ出力
信号のレベルが所定時間継続して高いままであるため、
タイマがタイムアップし、リレー２がオフしてスピーカ
出力が遮断される。

【００２３】このようにこの実施形態によれば、アンプ
やスピーカの破壊を招く危険動作ではないが、長時間継
続するとアンプの各部に支障を来すおそれのある要注意
動作を検出し、これを長時間継続させるまえに動作を停
止させるため、高出力アンプを安全に使用することが可
能になる。

【００２４】なお、この実施形態では、コンパレータお
よびタイマからなる判定回路を複数段並列に配置してオ
ーディオ出力信号を複数レベルで監視しているが、整流
された検出電圧ＶｉをＡ／Ｄ変換してマイコンで監視す
るようにすれば、１つのマイコンで多段階の監視が可能
になる。また、検出電圧Ｖｉを時間軸に積分するかまた
は移動平均を求めることにより、より高精度に要注意動
作を監視することが可能になる。

【００２５】なお、上記実施形態では、ノーマリーオフ
のリレーを使用したが、ノーマリーオンのリレーを使用
することもでき、この場合には、コンパレータ１１の入
力端子の入れ換えやインバータの挿入などによってロジ
ックを反転させればよい。

【００２６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、定格出
力レベル以下の要注意レベルの動作を監視し、要注意レ
ベルの動作状態が所定時間継続したときオーディオアン
プの動作を停止させることにより、オーディオアンプが
危険な状態になることを未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態である回路保護装置を備え
たサブウーファアンプのブロック図

【図２】同回路保護装置の回路の例を示す図

【図３】同回路保護装置の各部の信号を示す図

【符号の説明】

１…パワーアンプ、２…リレー、３…サブウーファ（ス
ピーカ）、４…回路保護装置、５（５−１、５−２、５
−３）…判定回路、１０…整流回路、１１…コンパレー
タ、１２…タイマ、１３…スイチングトランジスタ、１
４…ＡＮＤ回路、２０…ダイオード、２１…整流用コン
デンサ、２４…オペアンプ、２５…（しきい値電圧設定
用）トリマ抵抗、２６、２７…（しきい値電圧設定用）
抵抗器、２８…（タイマリセット用）トランジスタ、３
０…タイマＩＣ、３１…（タイムアップ時間設定用）コ
ンデンサ、３２…（タイムアップ時間設定用）抵抗器、
３３…リセットスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J091 AA02 AA41 CA56 FA18 FP02 FP06 GP04 HA02 HA19 HA25 HA26 HA29 HA39 HA41 KA00 KA01 KA17 KA25 KA33 KA51 KA62 SA05 TA01 TA06 5J500 AA02 AA41 AC56 AF18 AH02 AH19 AH25 AH26 AH29 AH39 AH41 AK00 AK01 AK17 AK25 AK33 AK51 AK62 AS05 AT01 AT06 PF02 PF06 PG04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーディオアンプの出力レベルを検出
   し、この出力レベルが該オーディオアンプの定格出力レ
   ベル以下の要注意レベル以上になっているか否かを判定
   する検出手段と、 所定のタイムアップ時間でタイムアップするタイマ手段
   であって、前記検出手段において前記要注意レベル以上
   の判定が継続している時間を計測するタイマ手段と、 前記タイマ手段がタイムアップしたとき、前記オーディ
   オアンプの終段出力ラインまたは電源を遮断するスイッ
   チ手段と、 を備えたオーディオアンプの回路保護装置。
2. 【請求項２】 前記検出手段およびタイマ手段からなる
   系列を並列に複数設け、各検出手段をそれぞれ異なる要
   注意レベルを判定し、各タイマ手段をそれぞれ異なるタ
   イムアップ時間でタイムアップするよう設定した請求項
   １に記載のオーディオアンプの回路保護装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の回路保
   護装置を備えたオーディオアンプ。