JP2006197515A - スピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電子機器に使用される出力増幅器に接続したスピーカの出力電流をスイッチグ電流回路に用いる高周波コイルを用いて電流検出可能なスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器を得る。
【解決手段】 スイッチング電源回路18内の高周波コイル14bに出力増幅器3、31〜37からスピーカ6、61〜67間に配した1次巻線14aをカップリングさせたトランス14によって異常電流を検出し、CPU22を介してスピーカ及び出力増幅器のプロテクトを行う。
【選択図】 図1
【解決手段】 スイッチング電源回路18内の高周波コイル14bに出力増幅器3、31〜37からスピーカ6、61〜67間に配した1次巻線14aをカップリングさせたトランス14によって異常電流を検出し、CPU22を介してスピーカ及び出力増幅器のプロテクトを行う。
【選択図】 図1
Description
本発明は、スピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器に係わり、特に、スイッチング電源に用いる電源回路に使用されている電流検出コイルを用いてスピーカの出力に流れる電流を検出し、コンピュータを用いてスピーカをリアルタイムにコントロールするようにしたスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器に関するものである。
従来から、スピーカの負荷電流を検出する抵抗を出力増幅器の出力に接続し、この抵抗の両端に発生する電圧を増幅器で増幅し、出力増幅器の入力に帰還させてスピーカの低インピーダンス化を図った定電流駆動増幅器等が広く利用されているが、この様なスピーカの負荷電流を検出する検出手段として抵抗を用いると接続するスピーカのインピーダンスが低くなるにしたがって抵抗による電力損失の割合が増加し、効率が低下する課題があり、この様な課題を解消するめの構成が特許文献1に記載されている。
上記特許文献1に記載された構成は出力電流検出用の抵抗の代りに超電導コイルを用いるものであり、超電導コイルで検出した検出信号を逆相で出力増幅器に帰還するものである。この様な構成によると、超電導コイルによって、出力増増幅器の出力電流に比例した検出電流が得られるため出力増幅器の出力に接続するスピーカのインピーダンスを低インピーダンスとすることが出来る旨の記載がある。又、超電導コイルの代わりにダイナミックスピーカに流れる電流を検出し、この検出値に応じた電圧を出力増幅器に帰還させるようにしたダイナミックスピーカの駆動回路に於いて、ダイナミックスピーカに流れる電流をトランスで検出する構成が特許文献2に記載されている。更に、特許文献2と同様に1以上、例えば複数台のスピーカが接続されたスピーカラインが正常か否かを判断する為にトランスを検知回路に用いた構成が特許文献3に開示されている。
図6は特許文献4の従来技術に記載された拡声装置のスピーカ出力監視装置を示すものであり、図6に於いて、アンテナ2によって監視装置側からの無線信号を復調して音声信号を発生する受信装置1と、この受信装置1からの音声信号を増幅する出力増幅器3と、この出力増幅器3によって増幅された音声信号をバスライン4上に送出する1次巻線側の1端が接地されたトランス5と、バスライン4に送出された音声信号を放音するスピーカ6と一方のコイル12aがバスライン4に介挿され他端が該トランス5の2次側の一端に接続されたS/Nコイル12と、このS/Nコイル12の他方のコイル12bに得られた信号を増幅するアンプ7と、このアンプ7の出力を整流し音声信号の有無を検出する音声信号検出器8と、この音声信号検出器8の出力に応じた無線信号を発生する送信装置10と、この送信装置10から出力される無線信号を監視装置側に送信するアンテナ9とを備えたものである。
上述の構成に於ける動作は、監視装置から送信された無線信号をスピーカ6に供給して音声を放音させると、バスライン4を介してS/Nコイル12により電流信号を検出し、この電流信号をアンプ7で増幅した後に音声信号検出器8によって、音声信号を検知して検知結果を送信機装置10とアンテナ9を介し監視装置に伝達させている。
上記した特許文献1乃至特許文献3に記載したものは、電流検出回路の検出手段としては超電導コイル又はトランスを用いるものである。又、上記した特許文献4の拡声装置のスピーカ出力監視装置に用いられるS/Nコイルは車載無線機等の電源ラインに挿入されて、電源ラインを介して通信機に混入する車両のイグニッションノイズ、或いは発電機のノイズを除去する為につくられた比較的小インダクタンスで大電流を流し得るトランスである。即ち、上記特許文献1乃至特許文献4に於いては、トランス或いは超電導コイルを用いてスピーカ6をハード的にコントロールするため複雑かつ繊細な各種のコントロールが出来ない課題を有していた、これに対し、本発明のスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器では電源回路用のスイッチングレギュレータの電流検出コイルを利用しコンピュータを用いてプロテクト手段を繊細にコントロールしようとするものである。
本発明は上記課題を解決するために成されたもので、本発明が解決しようとする課題は、スピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器に於いて、電源回路用スイッチングレギュレータの電流検出コイルを利用してスピーカの出力電流を検出し、コンピュータを介してスピーカ及び出力増幅回路のプロテクト手段の各種コントロールを繊細に行うことを目的とするものである。
第1の本発明は、電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされたスピーカ出力電流検出回路に於いて、スピーカに接続された出力増幅器と、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、この電流検出用コイルで出力増幅器に接続したスピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータが供給されるコンピュータと、このコンピュータの出力によりスピーカを保護するプロテクト手段と、を具備し、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した電圧検出手段によりプロテクト手段をコントロールすることを特徴とするスピーカ出力電流検出回路としたものである。
第2の本発明は、電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされたスピーカ出力電流検出方法に於いて、スピーカに接続された出力増幅器と、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、この電流検出用コイルで出力増幅器に接続したスピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータが供給されるコンピュータと、このコンピュータの出力によりスピーカを保護するプロテクト手段と、を具備し、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した電圧検出手段の電圧をコンピュータ内の記憶テーブルと比較した比較データによりプロテクト手段をコントロールすることを特徴とするスピーカ出力電流検出方法としたものである。
第3の本発明は、電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされた電子装置に於いて、スピーカに接続された出力増幅器と、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、この電流検出用コイルで出力増幅器に接続したスピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータの供給されるコンピュータと、このコンピュータの出力によりスピーカを保護するプロテクト手段と、を具備し、電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した電圧検出手段の電圧をコンピュータ内の記憶テーブルと比較した比較データによりプロテクト手段をコントロールすることを特徴とする電子機器としたものである。
第1乃至第3の本発明のスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器に於いては、電源回路用スイッチングレギュレータの電流検出回路の電流検出コイルを利用してスピーカ或いは出力増幅器の検出電流を検出し、コンピュータを介して、これらスピーカ及び出力増幅回路のプロテクタの各種コントロールを繊細に行うと共にスイッチング電源回路に用いるチョークコイルを電流検出用コイルに兼用可能なスピーカ出力電流検出回路及びスピーカ出力電流検出方法並びに電子機器が得られる効果を生ずる。
以下、本発明のスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器を図1及び図2で説明する、本発明の特徴とするところは、スイッチング電源回路に用いるトランスを利用して、電子機器のスピーカ或いは出力増幅器の電流を減衰又は遮断、又はスピーカの出力インピーダンスの自動切換等のスピーカの各種プロテクトを繊細にコントロールすることが出来ると共にスイッチング電源回路に用いるチョークコイルを用いてスピーカの出力電流を検出可能なスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器を得ようとするものである。
図1及び図2に於いて、図1は本発明の各種電子機器に用いるスピーカ出力電流検出回路及スピーカ出力電流検出方法の原理的回路図、図2は図1の出力に接続する整流回路と積分回路の回路図である。図1及び図2に於いて、図6で説明した回路構成との対応部分には、以下、同一符号を付して説明する。
図1に於いて、13は各種電子機器の出力増幅部を示すもので、出力増幅器3の出力端は、スイッチング電源回路に通常使用されている高周波チョークコイル(電流検出コイル)14bにカップリングするよう様に巻回した1ターン程度の1次巻線14aを介してスピーカ端子6aの+端子に接続され、スピーカ6の−端子は接地電位に接続されている。従って、1次巻線14aと2次巻線14bによりトランス14が構成される。このトランス14の2次巻線14bの両端には電圧検出用抵抗R1が接続され、この抵抗R1の一端は演算増幅器15の非反転入力端子(+)に接続されると共に抵抗R1の他端は接地電位に接続されている。演算増幅器15の反転入力端子(−)と演算増幅器15の出力端間には帰還抵抗R2が接続され、演算増幅器15の反転入力端子(−)と帰還抵抗R2との接続点と接地間には抵抗R3を接続する。
スイッチング用電源回路に用いる電流検出コイル14b、即ち、高周波チョークコイルは巻線が200ターンと多いため、使用する周波数(略100KHzを想定)が異なるため、トランス14としては巻線比P:S=1:200程度のトランス14とし、オーディオ帯域で充分な電圧振幅を得るために上記した演算増幅器15を挿入する。この演算増幅器15の出力Aを図2に示す整流回路及16及び積分回路17に出力する。上述の構成ではトランス14の1次コイル14aは出力増幅器3とスピーカ61に1ターン程度のジャンパ線として挿入されるだけなので音質に影響を与えることは無い。
図2に於いて、演算増幅器15からの出力電圧Aは整流回路16を構成するダイオードD1及び他端が接地されたダイオードD2のアノード及びカソードに供給される。ダイオードD1のカソードは他端が接地されたコンデンサC1の一端に接続され、ダイオードD2はコンデンサC1と並列的に接続される。又、コンデンサC1と他端が接地された抵抗R4が並列に接続されて積分回路17を構成する。積分回路17の後段には、コンピュータのアナログーデジタルポート(以下A/Dポートと記す)の検出値を超えないようにツェナーダイオードZDを抵抗R4に並列に接続し、このツェナーダイオードZDからのDC出力電圧をコンピュータのA/Dポートに供給する。
コンピュータ内のA/DポートではDC出力電圧をデジタルデータに変換し、コンピュータ内の記憶手段内に格納された限界閾値テーブルとの比較が行なわれて電流検出コイル14bが閾値以上の電流を検出した場合にはスピーカ6或いは出力増幅器3をプロテクトするようにコンピュータがコントロールする。
以下、図3及び図4により本発明の1形態例を詳記する。図3は記録再生装置等の電子機器の多チャンネル出力増幅回路内の1回路のスピーカ出力電流検出回路を示す系統図、図4は動作説明用のフローチャートである。
図3に用いる電子機器13としては磁気テープ或いは磁気ディスクの記録又は/及び再生装置、光ディスク記録又は/及び再生装置、デジタルカメラ、携帯用電話機、PDA等の出力増幅回路に接続されたスピーカに適用可能である。
以下、図3及び図4によって、7チャンネル構成のスピーカ出力電流検出回路について説明する。T1乃至T7は出力増幅器31、32・・37の前段回路からの信号が供給される入力端子であり、例えば、1乃至7チャンネルの音声信号が各チャンネルの出力増幅器31、32・・37に供給される。ここで、チャンネル2乃至チャンネル7の出力増幅器32〜37の出力は夫々のチャンネル用スピーカ62〜67に出力されて夫々のスピーカ62〜67から所定の音声信号を放音させる。これら各チャンネルに接続されるスピーカ62〜67の電流検出回路の構成は1チャンネル用の出力増幅器31の構成と同様なので以下、出力増幅器31の接続構成のみを説明する。
出力増幅器31にはスイッチング電源回路18から出力端子T11を介して直流電圧B1が供給され、出力増幅器31の出力は、電子機器13のスイッチング電源回路18内の電流検出コイル14bと電磁誘導に依り磁気的にカップリングする1ターン程度の1次巻線14aを配設した巻線比P:S=1:200のトランス14を構成し、該トランス14の1次コイル14aはスピーカ31の出力を制御する制御リレーRLを介しスピーカ61の+端子に接続され、スピーカ61の−端子は接地されている。
上述のスイッチング電源回路18としては種々の回路構成が知られているが本例では、スイッチング電源回路18のAC用の電源端子T8及びT9より商用の交流電圧V1を入力し、電源端子T8及びT9間に電源トランスTRSの1次巻線をスイッチング用のトランジスタTrを介して接続する。30は電源端子T8,T9間に配した交流電圧V1を直流にするブリッジ構成の整流回路であり、C3は平滑用のコンデンサである。スイッチング用のトランジスタTrのコレクタは電源トランスTRSの1次巻線の巻き終わり点に接続され、エミッタは接地電位に落とされている。又ベースにはPWC(パルス幅制御回路)20からの電圧が供給される。
PWC20は帰還増幅器21からホトカプラPCで絶縁された帰還信号が供給される。帰還増幅器21の非反転入力端子(+)には安定化された直流電圧B1が供給され、反転入力端子(−)には基準電圧源Erからの基準電圧が供給されている。電源トランスTRSの2次巻線の巻始点及び巻終点は整流回路を構成するダイオードD3及びD4のアノードに接続され、カソード同士は直列接続されている。
整流回路D3,D4の後段は出力増幅器31の電圧供給端子に供給され、高周波チョークコイル14bは図1で説明したと同様のトランス14を構成する1ターン程度の1次巻線14aが出力増幅器31とリレーRL間に配されている。
高周波チョークコイル14bの両端には図1で説明したと同様の電圧検出用の抵抗R1が接続され、抵抗R1からの検出電圧は、図1及び図2で説明した位相反転増幅器15、整流回路16、積分回路17にアナログ直流電圧として供給され、コンピュータ(以下CPUと記す)22のA/Dポート23にてデジタルデータに変換され、中央制御部24に供給される。CPU22内に通常の様に記憶手段としてのワーク用のRAM27、ROM28、LCD等の表示部29、各種操作指示を行なう操作部26等がバス25を介して中央制御部24と接続されている。操作部26にはスピーカ31によってユーザがスピーカインピーダンスを4Ω又は8Ωの何れかを選択するためのスイッチSWを有する。スイッチSWの1端はプルアップ用の抵抗Rpに接続され他端は接地電位に接続されている。リレーRL及びスイッチング電源回路18内のPWC回路20はCPU20の中央制御部24によって制御される。
上述の構成のスピーカ出力電流検出回路の本発明の動作を図4のフローチャートを基に説明する。図3の第Iチャンネルの入力端子T1に入力された音声信号は出力増幅器31で増幅され、スイッチング電源回路18の直流電圧B1はトランス14を構成する1次巻線14aを経てスピーカ61に供給されて放音される。この際に、1次巻線14aを通過する音声信号に比例してトランス14の2次巻線14bの高周波チョークコイルに誘導電流が蓄積される。このコイル14bの両端の電圧は抵抗R1により検出する。
出力端子T12から出力された検出電圧は上記したように使用される高周波チョークコイル14bの周波数が想定値と異なる為バッファ用の位相反転増幅器15を追加してオーディオ帯域で充分な電圧振幅を得るようにしている。位相反転増幅器15の出力のままではCPU22では交流信号のままなので整流回路16と積分回路17によって完全なDC値に変換しCPU22のA/Dポート23に供給する。CPU22のROM28等のレジスタ内にはスピーカ61或いは出力増幅器31の異常状態になる基準の閾値がテーブルとして格納されている。
異常電流がスピーカ31乃至スピ−カ37に流れた場合の異常電流検出方法を図4により説明する。図4に於いて、第1ステップS1では入力端子T1乃至T7に入力される全(7)チャンネルのチェックを行なう。8回目ではレジスタをクリアする。ここで、YESなら第2ステップS2に進み検出チャンネルの初期値に戻してエンドに至る。第1ステップS1がNOの場合は第3ステップS3に進む、第3ステップS3ではチャンネル毎の異常電流を検出(A/D値)する。即ち、レジスタのテーブルに格納した値と設計時に決めた閾値を比較する処理を中央制御部24が行い、例えば、第4ステップS4の様にスピーカ61のインピ−ダンスが4Ωを超えていたら第5ステップS5に進み、プロテクタ処理を行なう。
第4ステップS4がNOならば第6ステップS6に進み、スピーカ61のインピ−ダンスが8Ωを超えているかいなかの判断を行いYESなら第7ステップS7に進み、スピーカ61のインピーダンスを4Ωに切り換える様にCPU22はスピーカ31の前段に配したリレーRLを駆動する。この場合、CPU22の中央制御部24はスイッチング電源回路18のPWC回路20を制御し8Ω/4Ω用電圧に成るような制御を行う。第6ステップS6がNOならば第8ステップS8に進み、検出チャンネルを次のチャンネルに代えてエンドに至る。
上述の説明ではスピーカのインピ−ダンスが上昇した時のプロテクト方法を説明したが、出力増幅器31の電力が上昇した異常状態を検出したとき入力端子T1乃至T7に供給される音声信号を遮断するようにCPU22を制御してもよい。
図5は本発明の他の構成を示す電子機器13のプロテクト方法を説明するための系統図である。図3との対応部分には同一符号を付して重複説明を省略するが、図5に於いては、入力端子T1乃至T7と各出力増幅器31〜37間には可変抵抗器VR1乃至VR7が配設されている。又、電流検出回路31は図3中の回路15乃至17であり、プロテクタ32はCPU22中のソフトウエアを機能的に表したものである。
上述の構成では出力増幅器31の出力過大電流を検出時に可変抵抗器VR1をプロテクタ32がコントロールして音声信号の電流を制限し減衰させるように成したものである。又音量の調整やスピーカの音量が大きくなったとき自動的に音量を安全な値まで下げるようにし、表示部29の表示画面33に音量の上げ過ぎの注意を促す表示を行うことや表示画面33に電源を強制的に切る旨の表示を行うようして、電源を自動的にオフすることも出来る。
本発明のスピーカ出力電流検出回路及びその方法並びに電子機器に依れば、電源回路用スイッチングレギュレータの電流検出回路の電流検出コイルを利用して検出電流を検出し、コンピュータを介してスピーカ及び出力増幅回路のプロテクタの各種コントロールを繊細に行うことができる。
1…受信装置、 2、9…アンテナ、3、31〜37…出力増幅器、 4…バス、 5、12、14…トランス、 6、61〜67…スピーカ、6a…スピーカ端子、 8…音声信号検出器、 10…送信装置、 13…電子機器、14a…1次巻線、14b…2次巻線 15…演算増幅器、 16…整流回路、17…積分回路、18…スイッチング電源回路、20…PWC、22…CPU、30…電流検出回路、32…プロテクタ
Claims (7)
- 電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされたスピーカ出力電流検出回路に於いて、
前記スピーカに接続された出力増幅器と、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、
前記電流検出用コイルで前記出力増幅器に接続した前記スピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータが供給されるコンピュータと、
前記コンピュータの出力により前記スピーカを保護する前記プロテクト手段と、
を具備し、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる前記電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した前記電圧検出手段により前記プロテクト手段をコントロールすることを特徴とするスピーカ出力電流検出回路。 - 前記電圧検出手段は前記電流検出用コイルから前記スピーカに流れる電流を前記電圧検出手段で電圧変換増幅し、整流積分後のアナログ電圧を前記コンピュータのデジタルポートに供給する様にしたことを特徴とする請求項1記載のスピーカ出力電流検出回路。
- 前記電流検出用コイルは、前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いるチョークコイルであり、該チョークコイルを2次巻線とし、該2次巻線にカップリングするように前記出力増幅器と前記スピーカ間に1次巻線を配設した巻線比1対200のトランスとしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のスピーカ出力電流検出回路。
- 前記プロテクト手段は、前記コンピュータ内の記憶手段内に格納したテーブルデータと前記電圧検出手段からの電圧をデジタル変換した電圧データとを前記コンピュータが比較した比較データが閾値を超えたとき、前記スピーカの出力インピーダンスを低インピーダンス側に自動的に切換えるようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のいずれか1項記載のスピーカ電流検出回路。
- 前記プロテト手段は、前記コンピュータ内の記憶手段内に格納したテーブルデータと前記電圧検出手段からの電圧をデジタル変換した電圧データとを前記コンピュータが比較した比較データが閾値を超えたとき、前記出力増幅器の出力を減衰または遮断して成ることを特徴とする請求項1乃至請求項3記載のいずれか1項記載のスピーカ電流検出回路。
- 電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされたスピーカ出力電流検出方法に於いて、
前記スピーカに接続された出力増幅器と、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、
前記電流検出用コイルで前記出力増幅器に接続した前記スピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータが供給されるコンピュータと、
前記コンピュータの出力により前記スピーカを保護する前記プロテクト手段と、
を具備し、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる前記電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した前記電圧検出手段の電圧を前記コンピュータ内の記憶テーブルと比較した比較データにより前記プロテクト手段をコントロールすることを特徴とするスピーカ出力電流検出方法。 - 電源回路用スイッチングレギュレータで駆動されるスピーカのプロテクト手段をコントロールする様にされた電子機器に於いて、
前記スピーカに接続された出力増幅器と、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる電流検出用コイルと、
前記電流検出用コイルで前記出力増幅器に接続した前記スピーカに流れる電流を電圧変換して検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した検出電圧をデジタル変換したデジタルデータが供給されるコンピュータと、
前記コンピュータの出力により前記スピーカを保護する前記プロテクト手段と、
を具備し、
前記電源回路用スイッチングレギュレータに用いる前記電流検出用コイルに基づき検出した電流を電圧変換した前記電圧検出手段の電圧を前記コンピュータ内の記憶テーブルと比較した比較でデータにより前記プロテクト手段をコントロールすることを特徴とする電子機器。
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