JP2006094148A

JP2006094148A - デジタルアンプ

Info

Publication number: JP2006094148A
Application number: JP2004277217A
Authority: JP
Inventors: Takashi Arai; 孝新井
Original assignee: Denon Ltd
Current assignee: Denon Ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】
デジタルアンプに過電流が発生するか否か判別しデジタルアンプの構成部品やデジタルアンプに接続されたスピーカを過電流から未然に保護することができるデジタルアンプを提供する。
【解決手段】
オーディオ信号のボリウムを調整するボリウム調整手段と、ローパスフィルタが備えるインダクタに流れる電流値を検出する検出手段と、入力手段から入力されたオーディ信号の信号レベルとボリウム調整手段により調整されたボリウム及び検出手段により検出された電流値から過電流が発生するか否か判別する判別手段と、判別手段の制御によりデジタルアンプを過電流から保護する保護手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力短絡時等における過電流から増幅部の構成部品を保護することができるデジタルアンプに関する。

入力されたオーディオ信号を増幅するオーディオアンプには、オーディオ信号からPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成し、PWM信号に応じてスイッチング電源をスイッチングさせるデジタルアンプがある。

図５は、従来のデジタルアンプの構成を示すブロック図である。図５において、入力部２１は、オーディオ信号を入力する。入力部２１から出力されたオーディオ信号は、デジタルフィルタ２２によりオーバーサンプリング等の演算処理が施され、信号処理部２３に入力される。信号処理部２３は、オーディオ信号（例えばPCM（Pulse Code Modulation）信号）をもとにPWM信号を生成する。駆動部２４は、増幅部２５を制御しPWM信号に応じて図示しないスイッチング電源をスイッチングする。増幅部２５により増幅されたPWM信号は、ローパスフィルタ２６により高周波成分が除去されアナログオーディオ信号に復調される。復調されたアナログオーディオ信号は、出力部２７からスピーカに出力され、スピーカによりオーディオ信号が再生される。

図５に示すようなデジタルアンプでは、出力短絡時等において過電流が発生した場合、当該過電流により増幅部２５やローパスフィルタ２６等のデジタルアンプの構成部品やスピーカが破損するという問題がある。このような問題に関して例えば特許文献１には、過電流が増幅器に流れると、この過電流の電流値に応じて予め設定された判定時間と過電流が流れている時間を計時した持続時間とを比較して保護動作を行う保護回路が開示されている。特許文献２には、電力増幅器のドレイン電流を検出し、ドレイン電流の上昇に応じて電力増幅器のゲート電圧を制御し、また、検出したドレイン電流が基準値を超えると、電力増幅器にドレイン電流の供給を遮断する増幅器の保護回路が開示されている。

特開平１１−３３０８７１号公報特開平９−１９９９５０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示されているような増幅器の保護回路では、発生した過電流が増幅器やスピーカに流れたことを検出すると、保護回路が増幅器に電源の供給を遮断する等の保護動作を行うが、既に、発生した過電流が増幅器やスピーカに流れているため、増幅器の構成部品やスピーカの破損を防ぐことができないという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、デジタルアンプに過電流が発生するか否か判別しデジタルアンプの構成部品やデジタルアンプに接続されたスピーカを過電流から未然に保護することができるデジタルアンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本願の請求項１記載の発明は、オーディオ信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力されたオーディオ信号をパルス信号に変換する信号処理手段と、前記信号処理手段が変換したパルス信号をスイッチング増幅する増幅手段と、インダクタ及びコンデンサを備え前記増幅手段により増幅されたパルス信号から高周波成分を除去するローパスフィルタとを備えたデジタルアンプにおいて、オーディオ信号のボリウムを調整するボリウム調整手段と、前記ローパスフィルタが備えるインダクタに流れる電流値を検出する検出手段と、前記入力手段から入力されたオーディオ信号の信号レベルと前記ボリウム調整手段により調整されたボリウム及び前記検出手段により検出された電流値から過電流が発生するか否か判別する判別手段と、前記判別手段が過電流が発生することを判別すると、前記判別手段の制御によりデジタルアンプを過電流から保護する保護手段とを備えることを特徴とする。

また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１に記載のデジタルアンプにおいて、前記判別手段は、前記検出手段により検出された電流値の第１の変化の割合と前記入力手段から入力されたオーディオ信号の信号レベルと前記ボリウム調整手段により調整されたボリウム及びデジタルアンプの増幅率から算出した電流値の第２の変化の割合とを比較し、前記第１の変化の割合と前記第２の変化の割合との差の絶対値が予め定められたしきい値を超えると、過電流が発生すると判別することを特徴とする。

本発明の増幅装置によれば、デジタルアンプに過電流が発生するか否か判別しデジタルアンプの構成部品やデジタルアンプに接続されたスピーカを過電流から未然に保護することができるデジタルアンプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例であるデジタルアンプの構成を示すブロック図である。図１において、１はDIR（Digital Interface Receiver）、２はA/D（Analog/Digital）コンバータ、３はデジタルフィルタ（Dフィルタ）、４は信号処理回路、５はゲート回路、６は駆動回路、７は増幅回路、８はローパスフィルタ、９は出力リレー、１０はスピーカ、１１は差動アンプ、１２はフィルタ回路、１３は検波回路、１４はマイコン、１５は電源回路、１６はボリウム調整回路を示す。

DIR１は、CD（Compact Disc）プレーヤ等の再生装置から出力されたデジタルオーディオ信号を入力する。DIR１に入力されるデジタルオーディオ信号は、PCM（Pulse Code Modulation）信号である。入力されたデジタルオーディオ信号は、DIR１によりクロック信号が分離されデジタルフィルタ３に入力される。デジタルフィルタ３は、入力されたデジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングし信号処理回路４に入力する。信号処理回路４は、入力されたデジタルオーディオ信号をPWM信号に変換する。なお、再生装置から出力されたアナログオーディオ信号は、A/Dコンバータ２によりデジタルオーディオ信号に変換されDIR１に入力される。

信号処理回路４により変換されたPWM信号は、マイコン１４の制御によりオンオフするゲート回路５を介して、駆動回路６に入力される。駆動回路６は、入力されたPWM信号に応じて、増幅回路７が備えるMOS（Metal-Oxide Semiconductor）−FET(Field Effect Transistor)をスイッチングさせる。増幅回路７は、MOS-FETが直流電源電圧（＋Vcc、−Vcc）をスイッチングし増幅されたPWM信号を生成する。

増幅回路７により増幅されたPWM信号は、インダクタL1とコンデンサC1とからなるローパスフィルタ８により高周波成分が除去されアナログオーディオ信号に復調される。復調されたアナログオーディオ信号は、出力リレー９を介してスピーカ１０に出力され、スピーカ１０によりオーディオ信号が再生される。

差動アンプ１１は、ローパスフィルタ８が備えるインダクタL1の両端に接続されている。インダクタL1に増幅回路７により増幅されたPWM信号（電流）が流れると、インダクタL1のインピーダンスにより電圧（以下、電流検出信号という）が発生する。差動アンプ１１は、インダクタL1に発生した電流検出信号を検出し増幅する。

インダクタL1のインピーダンスZは、Z＝2πfL1で表すことができるが、様々な要因により、インピーダンスZと周波数fの関係は直線にならない。図２は、インピーダンスZと周波数fの関係を説明する図である。図２に示すように、低い周波数における直線性のずれは、インダクタL1が直流抵抗成分を持つためである。また、高い周波数での直線性のずれは、インダクタL1が容量成分を持つためである。

フィルタ回路１２は、インダクタL1のインピーダンスZの直線性のずれを補償する。図３は、フィルタ回路１２の周波数特性を示す図である。フィルタ回路１２は、図３に示すように、インダクタL1のインピーダンスZの周波数特性を補償する周波数特性を有するため、検波回路１３に平坦な周波数特性の電流検出信号を出力することができる。検波回路１３は、入力された電流検出信号の負極性の電流値を正極性の電圧値としてマイコン１４に出力する。

マイコン１４は、ゲート回路５のオンオフの切り換え及び出力リレー９のスイッチの開閉を制御し、電源回路１５の電源出力（＋Vcc、−Vcc）を遮断する制御をする。また、マイコン１４は、入力されたデジタルオーディオ信号の信号レベルを示す２進数（１６bitや２４bit）の信号レベル情報をデジタルフィルタ３から入力する。

ボリウム調整回路１６は、ロータリーエンコーダ等であり、スピーカ１０から再生されるオーディオ信号の音量を調整する。マイコン１４は、ボリウム調整回路１６により調整されたボリウム値を示すボリウム情報が入力されると、増幅回路７に供給する電源電圧を制御をしてスピーカ１０から再生されるオーディオ信号の音量を調整する。

マイコン１４は、本実施例のデジタルアンプに過電流が発生するか否かを判別するために、検波回路１３から入力された電流検出信号が示す電流値と比較する基準値を算出する。この基準値は、デジタルフィルタ３から入力された信号レベル情報とボリウム調整回路１６から入力されたボリウム（減衰量）情報及びデジタルアンプの増幅率を乗算した値であり、ボリウム調整回路１６により調整された音量における増幅回路７から出力されるPWM信号の電流値を推測した値となる。

ここで、スピーカ１０のインピーダンスは公称４Ω〜１６Ωであるため、一定の信号レベルのオーディオ信号が４Ωのスピーカに入力する場合と１６Ωのスピーカに入力する場合とでは、オームの法則によりスピーカに流れる電流に４倍の差が生じる。このため、電流検出信号が示す電流値と算出した基準値を直接比較すると数倍の差が生じるので、本実施例においてマイコン１４は、電流検出信号が示す電流値と算出した基準値を直接比較せずに、電流検出信号が示す電流値の変化の割合（以下、第１の変化の割合という。）と算出した基準値の変化の割合（第２の変化の割合という。）とを比較する。例えば、第１の変化の割合及び第２の変化の割合は、電流値及び基準値の増減を百分率で示したものである。電流検出信号が示す電流値が0.10mAから0.15mAに増加したとき、第１の変化の割合は、１５０％となる。

マイコン１４は、第１の変化の割合と第２の変化の割合とを比較して、これらの変化の割合の差の絶対値が予め定められたしきい値（例えば、３％）を超えると、本実施例のデジタルアンプに過電流が発生したことを判別する。入力されたデジタルオーディオ信号の信号レベルが一定である場合、マイコン１４が算出する基準値は、ボリウム調整回路１６によりオーディオ信号の音量を大きくする調整を行うと、この調整に対応して大きくなる。また、マイコン１４は、ボリウム調整回路１６から音量を大きくするボリウム情報が入力されるので、このボリウム情報に応じて増幅回路７に供給する電源電圧を上げる制御をする。このとき、本実施例のデジタルアンプが正常に動作していれば、マイコン１４において比較される第１の変化の割合と第２の変化の割合との差の絶対値が予め定められたしきい値を超えないので、マイコン１４は、本実施例のデジタルアンプに過電流が発生していないと判別する。

これに対して、図１に示す出力端O1の短絡やスピーカの故障等が起こると、マイコン１４において比較される第１の変化の割合と第２の変化の割合との差の絶対値が予め定められたしきい値を超えるので、マイコン１４は、本実施例のデジタルアンプに過電流が発生すると判別する。マイコン１４は、過電流が発生すると判別すると、保護回路を動作させる制御をする。マイコン１４が動作させる保護回路としては、例えば、ゲート回路５をオフにして駆動回路６へのPWM信号の入力を遮断したり、出力リレー９のスイッチを開けスピーカ１０へのアナログオーディオ信号の出力を遮断したり、電源回路１５の電源出力の遮断をすること等を挙げることができる。

図４は、本発明の他の実施例のデジタルアンプの構成を示すブロック図である。図４に示すデジタルアンプは、増幅回路をフルブリッジ回路の構成としている。図４に示す右側の回路（以下、図４に示すスピーカ１０を中心として右側の回路を右辺、左側の回路を左辺という。）は、フルブリッジ回路を構成するために追加した回路であり、図１においてハーフブリッジ回路の構成と対称的な構成である。

図４において、６'，７'，８'，９'は、それぞれフルブリッジ回路の右辺を構成する駆動回路、増幅回路、ローパスフィルタ、出力リレーを示す。また、ローパスフィルタ８'は、インダクタL1'及びコンデンサC1'を備える。１７はNOT回路であり、左辺側を駆動する駆動回路６の入力信号を反転して、右辺側の駆動回路６'に供給する。１１'，１２'，１３'は、それぞれフルブリッジ回路の右辺側のローパスフィルタ８'を構成するインダクタL1'に発生した電流検出信号を増幅する差動アンプ、フィルタ回路及び検波回路を示す。
マイコン１４は、検波回路１３及び検波回路１３'から入力される各々電流検出信号が示す第１の変化の割合と第２の変化の割合とを比較して、本実施例のデジタルアンプに過電流が発生すると判別する。

図４に示す出力端O1及び出力端O2から出力されるアナログオーディオ信号は、逆位相であるため、出力端O1及び出力端O2間に短絡が起こると、インダクタL１及びL1'に短絡電流（過電流）が発生する。また、出力端O1又は出力端O2とシャーシ（グランド）が短絡した場合は、直流の短絡電流（過電流）が発生する。このように、短絡電流が発生すると電流検出信号が示す電流値の第１の変化の割合は、マイコン１４が算出した第２の変化の割合より大きな値となる。したがって、第１の変化の割合と第２の変化の割合との差が予め定められたしきい値を超えるので、マイコン１４は、短絡電流が発生することを判別することができる。

上述した本実施例のデジタルアンプは、ローパスフィルタ８に備えられたインダクタＬ1に印加される電圧（電流検出信号）を検出し、検出した電流検出信号が示す電流値の第１の変化の割合と算出した基準値の第２の変化の割合とを比較し、これらの変化の割合の差の絶対値が予め定められたしきい値を超えると、過電流が発生することを判別する。このため、本実施例のデジタルアンプは、過電流が発生し増幅回路等のデジタルアンプの構成部品やスピーカに流れる前に、保護回路を動作させることができるので、デジタルアンプの構成部品やスピーカの破損を防ぐことができる。

本発明の一実施例であるデジタルアンプの構成を示すブロック図。インピーダンスZと周波数fの関係を説明する図。フィルタ回路１２の周波数特性を示す図。他の実施例のデジタルアンプの構成を示すブロック図。従来のデジタルアンプの構成を示すブロック図。

符号の説明

１…DIR、２…A/Dコンバータ、３…デジタルフィルタ、４…信号処理回路、５…ゲート回路、６…駆動回路、７…増幅回路、８…ローパスフィルタ、９…出力リレー、１０…スピーカ、１１…差動アンプ、１２…フィルタ回路、１３…検波回路、１４…マイコン、１５…電源回路、１６…ボリウム調整回路、１７…NOT回路、２１…入力部、２２…デジタルフィルタ、２３…信号処理部、２４…駆動部、２５…増幅部、２６…ローパスフィルタ、２７…出力部

Claims

オーディオ信号を入力する入力手段と、前記入力手段から入力されたオーディオ信号をパルス信号に変換する信号処理手段と、前記信号処理手段が変換したパルス信号をスイッチング増幅する増幅手段と、インダクタ及びコンデンサを備え前記増幅手段により増幅されたパルス信号から高周波成分を除去するローパスフィルタとを備えたデジタルアンプにおいて、
オーディオ信号のボリウムを調整するボリウム調整手段と、
前記ローパスフィルタが備えるインダクタに流れる電流値を検出する検出手段と、
前記入力手段から入力されたオーディオ信号の信号レベルと前記ボリウム調整手段により調整されたボリウム及び前記検出手段により検出された電流値から過電流が発生するか否か判別する判別手段と、
前記判別手段が過電流が発生することを判別すると、前記判別手段の制御によりデジタルアンプを過電流から保護する保護手段とを備えることを特徴とするデジタルアンプ。
請求項１に記載のデジタルアンプにおいて、
前記判別手段は、前記検出手段により検出された電流値の第１の変化の割合と前記入力手段から入力されたオーディオ信号の信号レベルと前記ボリウム調整手段により調整されたボリウム及びデジタルアンプの増幅率から算出した電流値の第２の変化の割合とを比較し、前記第１の変化の割合と前記第２の変化の割合との差の絶対値が予め定められたしきい値を超えると、過電流が発生すると判別することを特徴とするデジタルアンプ。