JP2008005009A - 信号増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力装置に係る電気的短絡の検出を向上させるとともに、当該電気的短絡による信号増幅器の破壊を防止することが可能な信号増幅装置を提供する。
【解決手段】出力装置（スピーカ１７）の抵抗値（インピーダンス）と抵抗器（抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２）の抵抗値とによって定まる分圧比を検出電圧として検出し、この検出電圧に基づいて出力装置に電気的短絡が発生したか否かを判定し、電気的短絡が発生していないと判定した場合にのみ、開閉回路（ＳＰリレー１３）をオフからオンへと切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号増幅装置に係り、特にオーディオ用アンプ等の信号増幅装置に関する。

多くの電子部品（例えばスピーカ等）は、一般にＩＣ（半導体集積回路）により構成された信号増幅器により駆動されるのが一般的である。このような信号増幅装置においては、例えば何らかの原因により、スピーカ端子が短絡（ショート）されると、この駆動電流が安全動作レベルを超え、出力増幅器を構成するＩＣ、特に電力増幅用のトランジスタが過熱され、破壊される虞がある。従って、かかる電子部品の駆動電流を検出し、予め設定した安全電力値を超えると、これを検出し、安全回路を作動させる保護回路を設けるのが一般的となっている。

図３は、従来の信号増幅装置２００の構成を示した図である。図３に示すとおり、信号増幅装置２００は、パワーＳＷ（スイッチ）１１、マイコン１２、ＳＰリレー１３、一次リレー１４、トランス１５、信号増幅器としてのアンプ部１６、出力装置としてのスピーカ１７等から構成されている。

パワーＳＷ１１は、マイコン１２をオン／オフするためのスイッチであって、ユーザからの操作により切り換え可能に構成されている。

マイコン１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置を備え、後述するレベルシフト回路１６１から入力される入力電圧に基づいて、アンプ部１６の電気的短絡（ショート）を検出する。また、マイコン１２は、ＳＰリレー１３及び一次リレー１４のオン／オフ制御を行う。

アンプ部１６は、トランジスタＱ１（Ｎｃｈファイナルトランジスタ）、トランジスタＱ２（Ｐｃｈファイナルトランジスタ）、トランジスタＱ３、エミッタ抵抗器ＲＥ１、エミッタ抵抗器ＲＥ２、抵抗器Ｒ４、抵抗器Ｒ５、レベルシフト回路１６１を有している。

一次リレー１４は、マイコン１２により制御され、オン状態にあるときＡＣ一次電源（図示せず）とトランス１５とを接続するようになっている。トランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタは、トランス１５の給電端に夫々接続されている。トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタ間には、エミッタ抵抗器ＲＥ１、ＲＥ２が直列接続されている。なお、トランジスタＱ１、Ｑ２のバースには、外部信号源（図示せず）からの信号が入力されるようになっている。

エミッタ抵抗器ＲＥ１とエミッタ抵抗器ＲＥ２との間にはＳＰリレー１３の一端が接続されている。このＳＰリレー１３は、マイコン１２により制御され、オン状態にあるときアンプ部１６の出力端とスピーカ１７の入力端とを接続するようになっている。

抵抗器Ｒ４は、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ３のベースとの間に接続されている。このトランジスタＱ３のコレクタは、レベルシフト回路１６１を介してマイコン１２に接続され、トランジスタＱ３のエミッタはトランジスタＱ２のエミッタと接続される。また、抵抗器Ｒ４とトランジスタＱ３のベースとの間には、抵抗器Ｒ５の一端が接続され、他端はトランジスタＱ２とＱ３とのエミッタ間に接続されている。

以下、上記した信号増幅装置２００の動作を説明する。
まず、パワーＳＷ１１がオンとなると、マイコン１２は、所定時間後（例えば、４Ｓｅｃ）にＳＰリレー１３をオンとすするとともに一次リレー１４をオンとする。次いで、一次リレー１４及びトランス１５を介してアンプ部１６に電力が供給されると、マイコン１２は、当該アンプ部１６のレベルシフト回路１６１から入力される電圧値に基づいて、アンプ出力に電気的短絡（ショート）が発生したか否かを判定する。

ここで、アンプ出力がショートすると、エミッタ抵抗器ＲＥ１、ＲＥ２に電圧が発生することでトランジスタＱ３がオンとなり、マイコン１２はレベルシフト回路１６１を介してショートの発生を検出する。この場合、マイコン１２は、ＳＰリレー１３及び一次リレー１４をオフとすることで、スピーカへの出力及びアンプ部１６への電力供給を停止させ、アンプ部１６（トランジスタＱ１、Ｑ２）の破壊を防止するようになっている。

また、従来オーディオ装置において、ミューティング手段によりパワーアンプ（アンプ部）に入力するオーディオ信号の信号レベルを立ち下げた状態で、パワーアンプにおける差動出力間の直流オフセットを検出し、この検出結果に基づいて、パワーアンプの動作を停止制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−５６５４７号公報

しかしながら、上記の従来技術では、スピーカに電気的短絡が発生している場合であっても、アンプ出力が小さいとＲＥ１及びＲＥ２に発生する電圧も低く、この発生した電圧を異常として検出することができない場合がある。この場合、アンプ部に対する保護機能が働かず、過熱等により破壊されてしまう可能性がある。

本発明の課題は、出力装置に係る電気的短絡の検出を向上させるとともに、当該電気的短絡による信号増幅器の破壊を防止することが可能な信号増幅装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
外部より入力された信号を増幅する信号増幅器と、
前記信号増幅器により増幅された増幅信号を出力する出力装置と、
前記信号増幅器から前記出力装置への出力をオン／オフする開閉回路と、
前記開閉回路と前記出力装置との間に、抵抗器を介して所定の電圧を印加する内部電源と、
前記出力装置の抵抗値と前記抵抗器の抵抗値とによって定まる分圧比を検出電圧として検出する検出手段と、
前記検出された検出電圧に基づいて、前記出力装置に電気的短絡が発生したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により電気的短絡が発生していないと判定された場合に、前記開閉回路をオフからオンへと切り換える制御手段と、
を備えたことを特徴としている。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
時間を計時する計時手段を備え、
前記判定手段は、前記計時手段により所定の時間が計時されるまでの間、前記検出電圧の判定を行うことを特徴としている。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記内部電源からの電圧印加をオン／オフする内部電源開閉回路を備え、
前記制御手段は、前記開閉回路をオンとする前に、前記内部電源開閉回路をオフからオンへと切り換えることを特徴としている。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、
報知手段を備え、
前記制御手段は、前記判定手段により短絡と判定された場合に、前記報知手段を制御して外部に報知させることを特徴としている。

本発明によれば、出力装置の抵抗値に基づいて、出力装置に電気的短絡が発生しているか否かを判定することができるため、出力装置に係る電気的短絡の検出を向上させることができる。また、出力装置に電気的短絡が発生していないと判定した場合にのみ、信号増幅器からの増幅信号を出力装置に出力させるため、出力装置の電気的短絡による信号増幅器の破壊を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されないものとする。

図１は、本発明を適用した信号増幅装置１００の一実施形態を示す機能ブロック図である。なお、前述した図３の構成と共通する要素については同一符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。以下、信号増幅装置１００の構成について説明する。

図１に示すとおり、信号増幅装置１００は、パワーＳＷ（スイッチ）１１、マイコン１２、ＳＰリレー１３、一次リレー１４、トランス１５、アンプ部１６、スピーカ１７、インピーダンス測定用電源１８、抵抗器Ｒ１、インピーダンス測定用リレー１９、抵抗器Ｒ２、抵抗器Ｒ３、報知手段としてのＬＥＤ（Light-Emitting Diode）２０等を備える。なお、アンプ部１６は、前述した図３の構成と同様の構成を備えるものとする。

インピーダンス測定用電源１８は、抵抗器Ｒ１、インピーダンス測定用リレー１９及び抵抗器Ｒ２を介して、ＳＰリレー１３のスピーカ側端子とスピーカ１７との間に所定の電圧を印加する。なお、本実施形態においてインピーダンス測定用電源１８は、トランス１５より分圧された電力を供給する直流電源であるとするが、この態様に限らず、例えば、一次電源からの電力がインピーダンス測定用電源１８に直接給電される態様としてもよいし、交流電源であってもよい。

抵抗器Ｒ１と抵抗器Ｒ２との間に接続されたインピーダンス測定用リレー１９は、マイコン１２により制御され、オン状態にあるとき抵抗器Ｒ１の一端と抵抗器Ｒ２の一端とを接続するようになっている。

マイコン１２は、抵抗器Ｒ２とスピーカ１７との間から、スピーカ１７のインピーダンスと抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値とによって定まる分圧比を検出電圧として検出する。

そして、マイコン１２は、検出された検出電圧が所定の閾値（電圧値）以下か否かを判定し、閾値以下であった場合、スピーカ１７にショート（短絡）が発生していると判定する。この場合、マイコン１２は、ＬＥＤ２０を点灯させ外部にショートの発生を報知する。一方、スピーカ１７にショートが発生していないと判定した場合、ＳＰリレー１３をオフからオンへと切り換え、アンプ部１６により増幅された増幅信号をスピーカ１７から出力させる。なお、スピーカ１７のショート検出の指標となる閾値の値は、マイコン１２に内蔵されたＲＯＭ（図示せず）等の記憶手段に予め記憶されているものとする。また閾値として設定する電圧値は任意に設定可能であるものとするが、正常時に検出される検出電圧の値に基づいて設定することが好ましい。

また、マイコン１２は、水晶発振器等の時間を計時する計時手段（図示せず）を有し、この計時手段により所定の時間が計時されるまでの間、上述した検出電圧の判定を行う。ここで、時間経過の指標となる所定の時間は、任意に設定可能であるものとし（例えば、４ｓｅｃ等）、マイコン１２に内蔵されたＲＯＭ（図示せず）等の記憶手段に予め記憶されているものとする。上述したように、所定の時間が計時されるまでの間に検出電圧の判定を行うことにより、ＳＰリレー１３をオンにする前に確実に電圧検出の判定を行うことができる。

ＬＥＤ２０は、その一端が抵抗器Ｒ３を介してマイコン１２に接続されているとともに、他端が接地されており、マイコン１２の制御に応じて点灯／消灯を行う。なお、本実施形態では、報知手段としてＬＥＤを用いることとしたが、これに限らず、例えばブザー等の音声出力装置や外部装置に報知信号を送信可能な通信装置等を用いることとしてもよい。

以下、図２を参照して信号増幅装置１００の動作を説明する。
図２は、信号増幅装置１００の起動時における短絡検査処理の手順を示したフローチャートである。なお、本処理の前提条件として、ＳＰリレー１３、一次リレー１４及びインピーダンス測定用リレー１９は共にオフ状態にあるものとする。

まず、パワーＳＷ１１が操作され、マイコン１２がオン状態となると（ステップＳ１１）、マイコン１２は一次リレー１４をオフからオンに切り換えるとともに（ステップＳ１２）、インピーダンス測定用リレー１９をオフからオンに切り換えることでインピーダンス測定用電源１８からスピーカ１７に所定の電圧を印加させる（ステップＳ１３）。

次いで、マイコン１２は、計時手段による計時を開始するとももに（ステップＳ１４）、スピーカ１７のインピーダンスと抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値とに応じた分圧比を検出電圧として検出し、この検出電圧が所定の閾値以下か否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、検出電圧の値が閾値以下と判定した場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、マイコン１２はスピーカ１７にショートが発生していると判定し、ＬＥＤ２０を点灯させることで外部にショートの発生を報知する（ステップＳ１６）。続いて、マイコン１２は、インピーダンス測定用リレー１９をオフとした後（ステップＳ１７）、一次リレー１４をオフとし（ステップＳ１８）、本処理を終了する。

例えば、インピーダンス測定用電源１８の印加電圧５Ｖ、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値が共に１０Ω、検出電圧の閾値が０．２Ｖの時、ショートの発生したスピーカ１７のインピーダンスが０．２Ωであったとすると、スピーカ１７のインピーダンスと抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗値との分圧比から検出される検出電圧は０．０５Ｖとなるため、スピーカ１７にショートが発生していると判定することになる。

一方、ステップＳ１５において、検出電圧が閾値を上回ると判定した場合（ステップＳ１５；Ｎｏ）、マイコン１２は、計時手段により計時された時間が所定時間を経過したか否かを判定し、所定時間を経過していないと判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１５へと再び戻る。

ステップＳ１９において、所定時間を経過したと判定した場合には（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、インピーダンス測定用リレー１９をオフとした後（ステップＳ２０）、ＳＰリレー１３をオフからオンに切り換えることで、アンプ部１６により増幅された増幅信号をスピーカ１７により出力させ（ステップＳ２１）、本処理を終了する。

なお、上記処理後の動作において、マイコン１２は、アンプ部１６のレベルシフト回路１６１から入力される電圧値に基づいて、アンプ出力にショートが発生したか否かを判定し、ショートが発生したと判定した場合、ＳＰリレー１３及び一次リレー１４をオフとすることで、スピーカへの出力及びアンプ部１６への電力供給を停止させる。

以上のように、本実施形態の信号増幅装置１００によれば、スピーカ１７のインピーダンス（抵抗値）に基づいて、スピーカ１７に電気的短絡が発生しているか否かを判定するため、スピーカ１７に係る電気的短絡の検出を向上させることができる。また、スピーカ１７に電気的短絡が発生していないと判定した場合にのみ、アンプ部１６からの増幅信号をスピーカ１７に出力させるため、スピーカ１７の電気的短絡によるアンプ部１６の破壊を防止することができる。

上記実施形態における信号増幅装置１００の細部構成および詳細動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では所定時間の間、マイコン１２により検出信号の判定を行う態様としたが、これに限らず、スピーカ１７のショートが確認されない場合には、直ちにインピーダンス測定用リレー１９をオフとし、ＳＰリレー１３をオンとする態様としてもよい。

本発明を適用した信号増幅装置の構成を示した図である。 本発明を適用した信号増幅装置の起動時における短絡検査処理の手順を示したフローチャートである。 従来の信号増幅装置の構成を示した図である。

符号の説明

１００ 信号増幅装置
１１ パワーＳＷ
１２ マイコン
１３ ＳＰリレー
１４ 一次リレー
１５ トランス
１６ アンプ部
Ｑ１ トランジスタ
Ｑ２ トランジスタ
Ｑ３ トランジスタ
ＲＥ１ エミッタ抵抗
ＲＥ２ エミッタ抵抗
Ｒ４ 抵抗器
Ｒ５ 抵抗器
１６１ レベルシフト回路
１７ スピーカ
１８ インピーダンス測定用電源
１９ インピーダンス測定用リレー
２０ ＬＥＤ
Ｒ１ 抵抗器
Ｒ２ 抵抗器
Ｒ３ 抵抗器
２００ 信号増幅装置

Claims (4)

1. 外部より入力された信号を増幅する信号増幅器と、
   前記信号増幅器により増幅された増幅信号を出力する出力装置と、
   前記信号増幅器から前記出力装置への出力をオン／オフする開閉回路と、
   前記開閉回路と前記出力装置との間に、抵抗器を介して所定の電圧を印加する内部電源と、
   前記出力装置の抵抗値と前記抵抗器の抵抗値とによって定まる分圧比を検出電圧として検出する検出手段と、
   前記検出された検出電圧に基づいて、前記出力装置に電気的短絡が発生したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により電気的短絡が発生していないと判定された場合に、前記開閉回路をオフからオンへと切り換える制御手段と、
   を備えたことを特徴とする信号増幅装置。
2. 時間を計時する計時手段を備え、
   前記判定手段は、前記計時手段により所定の時間が計時されるまでの間、前記検出電圧の判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の信号増幅装置。
3. 前記内部電源からの電圧印加をオン／オフする内部電源開閉回路を備え、
   前記制御手段は、前記開閉回路をオンとする前に、前記内部電源開閉回路をオフからオンへと切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の信号増幅装置。
4. 報知手段を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段により短絡と判定された場合に、前記報知手段を制御して外部に報知させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の信号増幅装置。

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