JP2009219015A - 過電流保護回路及びｄ級アンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、Ｄ級アンプの破壊を防止する。
【解決手段】本発明は、電流検出部３２によってＤ級アンプＩＣ５へ流れる電流を検出し、また出力段１２から出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５の電圧を検出することによって、過電流が信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ流れているか否かを検出し、その検出結果に応じてスイッチ３４のオンオフ動作を切り換え、過電流を検出するとバッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ流れる電流を遮断することにより、Ｄ級アンプＩＣ５の破壊を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、過電流保護回路及びＤ級アンプに関し、例えばパルス幅変調（以下、これをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）と呼ぶ。）方式などのＤ級アンプを搭載したカーオーディオ装置に適用して好適なものである。

従来、Ｄ級アンプにおいては、所定の外部機器から供給された音声信号をＰＷＭ方式に変換し、その結果得られたＰＷＭ信号をスイッチング素子により増幅し、その増幅されたＰＷＭ信号をローパスフィルタを介してスピーカへ出力することにより、当該スピーカからＰＷＭ信号に基づく音声を出力するようになされている。

このようなＤ級アンプのなかには、例えばユーザによるスピーカケーブルの誤接続やスピーカの破壊等によりスピーカがショートした場合に発生する過電流からＤ級アンプのスイッチング素子を保護するため、電源からスイッチング素子へ流れる電流と、スピーカに印加される電圧とを検出するようになされたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このＤ級アンプでは、電源からスイッチング素子へ流れる電流が所定の閾値より大きく、かつスピーカに印加される電圧が低い場合、当該スピーカへ過電流が流れているものと判断してスイッチング素子に流れる電流を低減することにより、当該スイッチング素子の破壊を防止することができる。
特開2007-74119公報

ところで上述したＤ級アンプでは、スイッチング素子を介して電源からスピーカへ大きな電流を流すことにより、ＰＷＭ信号を増幅するようになされており、通常スピーカへ供給する電流値より大きな値の閾値が設定されている。

そのためＤ級アンプでは、例えば静電破壊等によって当該Ｄ級アンプ内に設けられたスイッチング素子以外の構成部品へ閾値より小さな過電流が流れた場合、その過電流を検出することができないため、その過電流による当該Ｄ級アンプの破壊を防止することができないという問題があった。

またＤ級アンプは、上述した小さな過電流によって当該Ｄ級アンプの構成部品に対して広範囲に大きなダメージが与えられた場合、その結果として非常に大きな過電流が流れてしまうという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、Ｄ級アンプの破壊を確実に防止し得る過電流保護回路及びＤ級アンプを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の過電流保護回路においては、パルス変調方式に変調されたパルス幅変調信号を生成する信号処理部と、上記パルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子をスイッチング動作させて、上記パルス幅変調信号を所定レベルのパルス幅変調出力信号に増幅して出力する出力段とへ所定の電源から供給される電流を検出する電流検出部と、出力段へ電流が流れていないオフ状態を示すパルス幅変調出力信号が供給されたときに、電流検出部により検出された電流が所定の電流値より大きいことを示す出力信号が供給された場合、信号処理部へ過電流が流れた異常であることを検出する異常検出部と、信号処理部及び出力段と電流検出部との間に設けられ、異常検出部により異常であることが検出されると、電源と信号処理部及び出力段とを電気的に遮断するスイッチ部とを設けるようにした。

これにより、電源から信号処理部へ所定の電流値より大きな過電流が流れ、かつ出力段へ電流が流れていないとき、出力段以外の構成部品に過電流が流れた異常状態であるものとして、Ｄ級アンプに供給される電力を遮断することにより、Ｄ級アンプへ過電流が流れることを防止することができる。

また本発明においては、パルス変調方式に変調されたパルス幅変調信号を生成する信号処理部と、パルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子をスイッチング動作させて、パルス幅変調信号を所定レベルのパルス幅変調出力信号に増幅して出力する出力段とを具えるアンプ部と、所定の電源から信号処理部及び出力段へ供給される電流を検出する電流検出部と、出力段へ電流が流れていないオフ状態を示すパルス幅変調出力信号が供給されたときに、電流検出部により検出された電流が所定の電流値より大きいことを示す出力信号が供給された場合、信号処理部へ過電流が流れた異常であることを検出する異常検出部と、信号処理部及び出力段と電流検出部との間に設けられ、異常検出部により異常であることが検出されると、電源と信号処理部及び出力段とを電気的に遮断するスイッチ部とを具える過電流保護回路とを設けるようにした。

これにより、電源から信号処理部へ所定の電流値より大きな過電流が流れ、かつ出力段へ電流が流れていないとき、出力段以外の構成部品に過電流が流れた異常状態であるものとして、Ｄ級アンプに供給される電力を遮断することにより、Ｄ級アンプへ過電流が流れることを防止することができる。

本発明によれば、電源から信号処理部へ所定の電流値より大きな過電流が流れ、かつ出力段へ電流が流れていないとき、出力段以外の構成部品に過電流が流れた異常状態であるものとして、Ｄ級アンプに供給される電力を遮断することにより、Ｄ級アンプへ過電流が流れることを防止することができ、かくしてＤ級アンプの破壊を確実に防止し得る過電流保護回路及びＤ級アンプを実現できる。

以下に、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）カーオーディオ装置の構成
図１に示すように、カーオーディオ装置１は、図示しない車両に搭載されたおり、当該車両のバッテリ２から電源電力の供給を受けて動作し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）構成でなるマイクロコンピュータ４が全体を統括制御するようになされている。

カーオーディオ装置１では、ＣＤ（Compact Disc）プレーヤ６によるＣＤメディアの再生や、ラジオチューナ７によるラジオ放送の受信等によって得られた音声信号Ｓ１をＤ級アンプＩＣ（Integrated Circuit）５へ送出する。

Ｄ級アンプＩＣ５では、ＣＤプレーヤ６及びラジオチューナ７から供給された音声信号Ｓ１をＰＷＭ方式に変換した後に増幅し、その結果得られたＰＷＭ出力信号Ｓ５をローパスフィルタ８へ送出する。

そしてカーオーディオ装置１では、ローパスフィルタ８によりＤ級アンプＩＣ５から供給されたＰＷＭ出力信号Ｓ５の高周波成分を除去し、コンデンサ３Ａにより直流成分がカットされた音声信号に基づく音声をスピーカ３から出力する。

このようにしてカーオーディオ装置１は、ＣＤ再生出力、ラジオ放送の受信出力等を行うようになされており、ＣＤやラジオ等の音声をユーザに聴取させ得るようになされている。

（２）Ｄ級アンプＩＣの回路構成
図２に示すように、Ｄ級アンプＩＣ５は、電源入力端子５Ａを介してバッテリ２から電源電力の供給を受けて動作し、ＣＤプレーヤ６及びラジオチューナ７から音声入力端子５Ｆを介して音声信号Ｓ１が供給されると、信号処理部１１により当該音声信号Ｓ１をＰＷＭ方式に変換し、その結果得られたＰＷＭ信号Ｓ４を出力段１２によって増幅し、その増幅されたＰＷＭ出力信号Ｓ５をＰＷＭ出力端子５Ｌを介してローパスフィルタ８へ出力する。

実際上、Ｄ級アンプＩＣ５は、ＣＤプレーヤ６及びラジオチューナ７から音声信号Ｓ１が音声入力端子５Ｆを介して供給されると、当該音声信号Ｓ１を信号処理部１１のプリアンプ２１へ入力する。

プリアンプ２１は、ＣＤプレーヤ６及びラジオチューナ７から供給された音声信号Ｓ１を増幅し、その増幅した音声信号Ｓ２をＰＷＭ生成回路２２へ送出する。

ＰＷＭ生成回路２２は、プリアンプ２１から供給された音声信号Ｓ２と、三角波発生器２３により生成され音声信号Ｓ２よりも十分に周波数の高い例えば１００［ｋＨｚ］の三角波とを比較することによりＰＷＭ信号Ｓ３を生成し、当該ＰＷＭ信号Ｓ３をゲートドライバ２４へ送出する。

ゲートドライバ２４は、ＰＷＭ生成回路２２から供給されたＰＷＭ信号Ｓ３を、出力段１２を動作させるために必要な電圧レベルに増幅し、その増幅したＰＷＭ信号Ｓ４を出力段１２へ送出する。

出力段１２は、スイッチング素子であるＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）２５及びＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６によって構成されている。出力段１２は、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５及びＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がそれぞれ交互にスイッチング動作することにより、ゲートドライバ２４から供給されたＰＷＭ信号Ｓ４を増幅し、その増幅したＰＷＭ出力信号Ｓ５をＰＷＭ出力端子５Ｌからローパスフィルタ８へ出力する。

具体的に、出力段１２では、「Ｈｉｇｈ」レベルのＰＷＭ信号Ｓ４がＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５及びＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６に入力されると、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオフし、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオンすることにより、出力段１２の出力側がグランド端子５Ｉを介して接地するため、ＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルになる。

一方、出力段１２では、「Ｌｏｗ」レベルのＰＷＭ信号Ｓ４がＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５及びＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６に入力されると、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオンし、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオフすることにより、バッテリ２から後述する過電流保護回路３１及びＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５を介してローパスフィルタ８へ例えば１０［Ａ］の電流が流れ、ＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｈｉｇｈ」レベルになる。

ところでアンプ制御部１３の自己診断回路２７は、Ｄ級アンプＩＣ５の温度等を検出するようになされており、例えばＤ級アンプＩＣ５が所定温度以上の高温になったことを検出すると、インタフェース２９及び入出力端子５Ｈを介してマイクロコンピュータ４へ温度検出信号を出力すると共に、保護回路２８へ当該温度検出信号を送出する。

保護回路２８は、自己診断回路２７から温度検出信号が供給された場合、或いはマイクロコンピュータ４から制御命令が供給された場合、当該温度検出信号及び制御命令に応じて、信号処理部１１を停止させたり、信号処理部１１のゲインを落とすことにより、Ｄ級アンプＩＣ５の温度上昇を抑制し得るようになされている。

（３）過電流保護回路の構成
かかる構成に加えてＤ級アンプＩＣ５は、過電流保護回路３１を有している。この過電流保護回路３１は、信号処理部１１、出力段１２及びアンプ制御部１３へ供給される電流を電圧として検出するための導線抵抗部４１、抵抗４２、抵抗４３及びコンパレータ４４でなる電流検出部３２と、信号処理部１１及びアンプ制御部１３への過電流を検出するための異常検出部３３と、異常検出部３３により過電流が検出された際、信号処理部１１、出力段１２及びアンプ制御部１３へ流れる電流を遮断するためのスイッチ３４と、過電流の誤検出を防止するためのスパイク防止回路３５とにより構成されている。

実際上、過電流保護回路３１の電流検出部３２は、リードフレームでなる電源入力端子５Ａ、電源入力端子５Ａのリードフレーム及び導線による導線抵抗を利用した導線抵抗部４１（約１０［ｍΩ］）がバッテリ２とスイッチ３４との間に設けられている。

また電流検出部３２では、バッテリ２に対して電源入力端子５Ａと並列接続された電源入力端子５Ｂを介して抵抗４２及び抵抗４３が直列接続されており、抵抗４２及び抵抗４３をそれぞれ抵抗値１０［Ω］及び抵抗値１２［ｋΩ］に設定するようになされている。

これにより電流検出部３２では、バッテリ２の電圧が１２［Ｖ］であるため、電源入力端子５Ｂを介して抵抗４２及び抵抗４３に対して約１［ｍＡ］の電流が流れ、抵抗４２と抵抗４３との接続点Ｐ２に接続されたコンパレータ４４の反転入力端子に対して、過電流を検出するための１１．９９［Ｖ］の基準電圧を印加することになる。

コンパレータ４４は、非反転入力端子が導線抵抗部４１とスイッチ３４との接続点Ｐ１に接続され、反転入力端子が抵抗４２と抵抗４３との接続点Ｐ２に接続されている。

このコンパレータ４４は、接続点Ｐ１の電圧が接続点Ｐ２の電圧（１１．９９［Ｖ］）より大きい場合、すなわち導線抵抗部４１に１［Ａ］未満の電流しか流れておらず、当該導線抵抗部４１の両端に０．０１［Ｖ］より小さい電位差しか生じないとき、出力端子から「Ｈｉｇｈ」レベルの出力信号Ｓ１１を出力する。

またコンパレータ４４は、接続点Ｐ１の電圧が接続点Ｐ２の電圧（１１．９９［Ｖ］）より小さい場合、すなわち導線抵抗部４１に１［Ａ］より大きな電流が流れ、当該導線抵抗部４１の両端に０．０１［Ｖ］より大きな電位差が生じたとき、出力端子から「Ｌｏｗ」レベルの出力信号Ｓ１１を出力する。

異常検出部３３は、コンパレータ４４から出力された出力信号Ｓ１１と、出力段１２から出力されたＰＷＭ出力信号Ｓ５とをそれぞれ反転した後、当該反転した出力信号Ｓ１１とＰＷＭ出力信号Ｓ５との論理積をとり、その結果得られる「Ｌｏｗ」レベル又は「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２をスパイク防止回路３５経由の検出信号Ｓ１３としてスイッチ３４へ出力する。

スイッチ３４は、異常検出部３３及びスパイク防止回路３５を介して「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１３が供給されていると、過電流等の異常が発生していない正常状態であるものとして、当該スイッチ３４をオンし続け、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と出力段１２とへ電流を流すようになされている。

一方スイッチ３４は、異常検出部３３及びスパイク防止回路３５を介して「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２が供給されると、過電流等が発生した異常状態であるものとして、当該スイッチ３４をオフし、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへの電力供給を遮断するようになされている。

因みにＤ級アンプＩＣ５では、信号処理部１１及びアンプ制御部１３に対して約１［ｍＡ］程度の電流が流れたとき、当該信号処理部１１及びアンプ制御部１３が動作するようになされているが、この電流は無視できるほど小さいため０［Ａ］とみなすことができ、またこの電流による導線抵抗部４１の両端に生じる電位差は無視できるほど小さい１０［μＶ］であるため、０［Ｖ］とみなすことができる。

次に、過電流等の異常が発生していない正常状態における過電流保護回路３１の信号処理について説明する。

電流検出部３２では、図３（Ａ）に示すように、ゲートドライバ２４から出力段１２へ供給されるＰＷＭ信号Ｓ４が「Ｈｉｇｈ」レベルのとき、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオフし、かつＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオンするため、バッテリ２から出力段１２へ電流が流れず、接続点Ｐ１に対してバッテリ２の電圧（１２［Ｖ］）がそのまま印加することになる。

従ってコンパレータ４４は、図３（Ｂ）に示すように、接続点Ｐ１の電圧（１２［Ｖ］）が接続点Ｐ２の基準電圧（１１．９９［Ａ］）より大きくなるので、「Ｈｉｇｈ」レベルの出力信号Ｓ１１を出力することになる。

このとき出力段１２は、図３（Ｃ）に示すように、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオンしたことにより、当該出力段１２の出力側がグランド端子５Ｉを介して接地するので、電圧が０［Ｖ］となる「Ｌｏｗ」レベルのＰＷＭ出力信号Ｓ５を出力する。

そして図４（Ｄ）に示すように、異常検出部３３は、コンパレータ４４から「Ｈｉｇｈ」レベルの出力信号Ｓ１１、及び出力段１２から「Ｌｏｗ」レベルのＰＷＭ出力信号Ｓ５を受け取ると、正常状態であるものとして「Ｌｏｗ」レベルの異常検出信号Ｓ１２を出力する。

続いて電流検出部３２では、ゲートドライバ２４から出力段１２へ供給されるＰＷＭ信号Ｓ４が「Ｌｏｗ」レベルのとき、出力段１２のＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオンし、かつＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオフするため、導線抵抗部４１及びスイッチ３４を介して出力段１２へ１０［Ａ］の電流が流れ、図３（Ａ）に示すように、バッテリ２の電圧（１２［Ｖ］）から導線抵抗部４１の両端に生じる０．１［Ｖ］の電位差分だけ降圧した１１．９［Ｖ］の電圧が接続点Ｐ１に印加することになる。

従ってコンパレータ４４は、接続点Ｐ１の電圧（１１．９［Ｖ］）が接続点Ｐ２の基準電圧（１１．９９［Ａ］）より小さくなるので、「Ｌｏｗ」レベルの出力信号Ｓ１１（図３（Ｂ））を出力することになる。

このとき出力段１２は、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオンしたことにより、バッテリ２から導線抵抗部４１及びスイッチ３４を介して接続点Ｐ１と同じ１１．９［Ｖ］の電圧となる「Ｈｉｇｈ」レベルのＰＷＭ出力信号Ｓ５（図３（Ｃ））を出力する。

そして異常検出部３３は、コンパレータ４４から「Ｌｏｗ」レベルの出力信号Ｓ１１、及び出力段１２から「Ｈｉｇｈ」レベルのＰＷＭ出力信号Ｓ５を受け取ると、正常状態であるものとして「Ｌｏｗ」レベルの異常検出信号Ｓ１２（図３（Ｄ））を出力する。

このように異常検出部３３は、ゲートドライバ２４から出力段１２へ供給されるＰＷＭ信号Ｓ４が「Ｌｏｗ」レベルで、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオンし、バッテリ２から導線抵抗部４１及びスイッチ３４を介して出力段１２へ１０［Ａ］の電流が流れたとき、又はゲートドライバ２４から出力段１２へ供給されるＰＷＭ信号Ｓ４が「Ｈｉｇｈ」レベルで、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオフし、導線抵抗部４１に電流が流れず、かつ出力段１２へ電流が流れていないとき、正常状態であるものとして、常に「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１２を出力する。

スイッチ３４は、異常検出部３３及びスパイク防止回路３５を介して「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１３が供給されていると、当該スイッチ３４をオンし続け、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と出力段１２とへ電流を流すようになされている。

ところでＤ級アンプＩＣ５では、出力段１２のＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５のオンオフ動作と、導線抵抗部４１を流れる電流のタイミングとに僅かな時間ずれが生じる場合がある。

このとき図４（Ａ）に示すように、Ｄ級アンプＩＣ５では、電流検出部３２により「Ｌｏｗ」レベルの出力信号Ｓ１１が出力された後、図４（Ｂ）に示すように、僅かな時間だけ遅れてＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｈｉｇｈ」レベルになる。

同様にＤ級アンプＩＣ５では、電流検出部３２により「Ｈｉｇｈ」レベルの出力信号Ｓ１１が出力された後、僅かな時間だけ遅れてＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルになる。

従って図４（Ｃ）に示すように、コンパレータ４４は、出力信号Ｓ１１（図４（Ａ））及びＰＷＭ出力信号Ｓ５（図４（Ｂ））に基づいて、スパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２を出力する。

スイッチ３４は、スパイク防止回路３５が設けられていない場合、異常検出部３３により出力されたスパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２を取得するため、当該「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２に基づいてオフしてしまう。

この場合、Ｄ級アンプＩＣ５では、スイッチ３４がオフしたことによって信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへの電力供給が遮断してしまうことになる。このときカーオーディオ装置１では、異常検出部３３の誤検出に応じてスイッチ３４がオフするため、ＣＤプレーヤ６の再生音声出力やラジオチューナ７の放送音声出力等を完全に停止することになる。

スパイク防止回路３５（図２）は、抵抗５１及びコンデンサ５２によるローパスフィルタとして構成されており、図４（Ｄ）に示すように、ＰＷＭ出力信号Ｓ５と出力信号Ｓ１１とに僅かな時間ずれが生じた場合に発生するスパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２が所定の閾値より小さくなった検出信号Ｓ１３を生成することによって、検出信号Ｓ１３が閾値を下回るのでスイッチ３４をオフしなくて済む。

このように過電流保護回路３１では、スパイク防止回路３５が設けられたことにより、ＰＷＭ出力信号Ｓ５と出力信号Ｓ１１とに僅かな時間ずれが生じた場合に発生するスパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２によるスイッチ３４の誤動作を防止することができる。

（４）過電流検出の様子
図５（Ａ）に示すように、電流検出部３２は、時点ｔ１において例えば信号処理部１１又はアンプ制御部１３に規定の１［ｍＡ］よりも大きな１［Ａ］以上の過電流が流れた場合、導線抵抗部４１を流れる電流が増加するため、当該導線抵抗部４１の両端に生じる電位差が大きくなり、出力段１２へ電流が１０［Ａ］流れているとき、１１．９［Ｖ］と比して一段と接続点Ｐ１の電圧が低くなる。

また電流検出部３２では、ゲートドライバ２４から出力段１２へ入力されるＰＷＭ信号Ｓ４が「Ｈｉｇｈ」レベルであり、出力段１２へ電流が流れていないときでも、接続点Ｐ１の電圧が接続点Ｐ２へ印加する基準電圧（１１．９９［Ｖ］）より確実に低くなる。

従って電流検出部３２では、時点ｔ１以降において接続点Ｐ１の電圧が接続点Ｐ２へ印加する基準電圧（１１．９９［Ｖ］）より常に低くなる。このためコンパレータ４４は、図５（Ｂ）に示すように時点ｔ１以降において常に「Ｌｏｗ」レベルの出力信号Ｓ１１を出力するようになる。

一方、図５（Ｃ）に示すように出力段１２は、時点ｔ１以降においても常時１０［Ａ］の電流の供給を受けているため、ゲートドライバ２４から入力されるＰＷＭ信号Ｓ４に応じて正常状態と同様にＰＷＭ出力信号Ｓ５を出力し続ける。

そのため図５（Ｄ）に示すように、異常検出部３３は、時点ｔ１以降においてＰＷＭ出力信号Ｓ５（図５（Ｃ））が初めて「Ｌｏｗ」レベルになった時点ｔ２の瞬間、すなわちＰＷＭ出力信号Ｓ５及び出力信号Ｓ１１が共に「Ｌｏｗ」レベルになった瞬間に、「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２を出力する。

これによりスイッチ３４は、異常検出部３３からスパイク防止回路３５を介して「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１３を受け取った時点で、当該スイッチ３４をオフすることにより、信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とに対するバッテリ２からの電力供給を遮断する。

すなわち図６に示すように、過電流保護回路３１は、コンパレータ４４により出力された出力信号Ｓ１１が「Ｌｏｗ」レベルでかつ出力段１２により出力されたＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｈｉｇｈ」レベルのとき、及び出力信号Ｓ１１が「Ｈｉｇｈ」レベルでかつＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルのとき、正常状態であるものとして、異常検出部３３及びスパイク防止回路３５を介して「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１３をスイッチ３４へ出力し、当該スイッチ３４をオンし続けて、信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ電流を流し続ける。

一方、過電流保護回路３１は、コンパレータ４４により出力された出力信号Ｓ１１が「Ｌｏｗ」レベルでかつ出力段１２により出力されたＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルのとき、すなわち本来１［ｍＡ］しか電流を必要としないところ、何らかの原因で信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ１［Ａ］以上の過電流が流れている異常常態が発生したものとして、異常検出部３３及びスパイク防止回路３５を介して「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１３をスイッチ３４へ出力する。

このときスイッチ３４は、「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１３に基づいてオフすることにより、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへの電力供給を遮断することにより、Ｄ級アンプＩＣ５の破壊を防止することができる。

（５）動作及び効果
以上の構成において、Ｄ級アンプＩＣ５の過電流保護回路３１では、導線抵抗部４１を流れる電流を電圧として検出する電流検出部３２から出力される出力信号Ｓ１１と、出力段１２から出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５とに基づいて、異常検出部３３によって過電流等の異常状態を検出する。

すなわち過電流保護回路３１は、ゲートドライバ２４から出力段１２へ「Ｌｏｗ」レベルのＰＭＷ信号Ｓ４が入力され、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオンし、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオフすることにより、バッテリ２から導線抵抗部４１を介して出力段１２へ１０［Ａ］の電流が流れ、電流検出部３２により出力される出力信号Ｓ１１が「Ｌｏｗ」レベルでかつ出力段１２により出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、異常検出部３３により「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１２を出力する。

また過電流保護回路３１は、ゲートドライバ２４から出力段１２へ「Ｈｉｇｈ」レベルのＰＭＷ信号Ｓ４が入力され、ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２５がオフし、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ２６がオンすることにより、信号処理部１１及びアンプ制御部１３へ導線抵抗部４１を介して１［ｍＡ］の電流だけが流れ、かつ出力段１２へ電流が流れていないとき、電流検出部３２により出力される出力信号Ｓ１１が「Ｈｉｇｈ」レベルでかつ出力段１２により出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルとなり、異常検出部３３により「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１２を出力する。

このように過電流保護回路３１は、異常検出部３３により「Ｌｏｗ」レベルの検出信号Ｓ１２が出力された場合、正常状態であるものとしてスイッチ３４をオンし続け、信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへの電力供給を継続し続ける。

これに対して過電流保護回路３１は、導線抵抗部４１に１［Ａ］より大きな電流が流れ、かつ出力段１２へ電流が流れていないとき、すなわち信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ１［Ａ］より大きな電流が流れているとき、電流検出部３２により出力される出力信号Ｓ１１が「Ｌｏｗ」レベルでかつ出力段１２により出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルとなり、異常検出部３３により「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２が出力されると、異常状態であるものとしてスイッチ３４をオフする。

すなわち過電流保護回路３１は、出力段１２に電流が流れていない状態であるにもかかわらず、接続点Ｐ１の電圧が接続点Ｐ２の電圧より低いとき、異常があるものとする。

このとき過電流保護回路３１は、スイッチ３４をオフすることにより、バッテリ２と、信号処理部１１、出力段１２及びアンプ制御部１３とを電気的に遮断し、当該信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ電流を流さないようにするので、Ｄ級アンプＩＣ５の破壊を防止することができると共に、当該Ｄ級アンプＩＣ５に起因するカーオーディオ装置１の破壊を防止することができる。

また過電流保護回路３１は、ＰＷＭ周期（１０［μｓ］）毎にＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルとなるタイミングがあるため、出力段１２へ電流が供給されていない状態で、当該出力段１２以外の信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ１［Ａ］より大きな過電流が流れたか否かを検出することができるので、ＰＷＭ周期毎に信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ過電流が発生したか否かを検出することができる。

すなわち過電流保護回路３１は、過電流が発生した時点からＰＷＭ周期以内という僅かな時間内に過電流を検出し、信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへの電力供給を遮断することができる。

さらに過電流保護回路３１は、ＡＢ級アンプのように所定レベルの電流を常に出力段へ流している場合、わざわざ出力段への電流供給を停止させてから過電流を検出しなくてはならないが、ＰＷＭ周期毎にＰＷＭ出力信号Ｓ５が「Ｌｏｗ」レベルとなり、出力段１２へ電流が流れていないタイミングがあるため、スピーカ３から音声を出力しながらでも常に過電流を検出することができる。

また過電流保護回路３１は、スパイク防止回路３５が設けられたことにより、コンパレータ４４から出力される出力信号Ｓ１１と、出力段１２から出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５とに僅かな時間ずれが生じた場合に発生するスパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２を所定の閾値以下の検出信号Ｓ１３として生成することができ、当該時間ずれにより発生するスパイク状の「Ｈｉｇｈ」レベルの検出信号Ｓ１２によってスイッチ３４がオフされるという誤動作を防止することができる。

過電流保護回路３１は、抵抗４２及び抵抗４３の抵抗値が適切に設定されたことにより、接続点Ｐ２へ印加する基準電圧が決定されるため、例えば１［Ａ］以上の過電流が信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ流れたことを検出することができ、１［Ａ］の時点で直ちに検出することができるので、信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２との破壊を未然に防止することができる。

従って過電流保護回路３１は、１［Ａ］より大きな過電流が流れることを防止できるので、Ｄ級アンプＩＣ５の構成部品に対してダメージが与えられることなく、１［Ａ］よりも大きな過電流が信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ流れることを防止することができる。

以上の構成によれば、Ｄ級アンプＩＣ５の過電流保護回路３１では、電流検出部３２によってＤ級アンプＩＣ５へ流れる電流を電圧として検出し、また出力段１２から出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ５の電圧を検出することにより、過電流が信号処理部１１又はアンプ制御部１３へ流れているか否かを検出し、その検出結果に応じてスイッチ３４のオンオフ動作を切り換えることができる。これにより過電流保護回路３１は、過電流を検出するとバッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ流れる電流を遮断し、Ｄ級アンプＩＣ５の破壊を未然に防止することができる。

（６）他の実施の形態
なお上述した実施の形態においては、導線抵抗部４１に電源入力端子５Ａ、電源入力端子５Ａのリードフレーム及び導線の導線抵抗を利用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、導線抵抗部４１に例えば約１０［ｍΩ］の抵抗が設けられるようにしても良い。

また上述した実施の形態においては、Ｄ級アンプＩＣ５がＤ級アンプの構成部品を半導体集積回路内に集積するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、Ｄ級アンプの構成部品をそれぞれ個々に設けるようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、異常検出部３３が、コンパレータ４４により出力された出力信号Ｓ１１、及び出力段１２により出力されたＰＷＭ出力信号Ｓ５をそれぞれ反転させた後に論理積をとるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばＮＯＲ回路を用いて、出力信号Ｓ１１及びＰＷＭ出力信号Ｓ５の論理和をとった後、その結果を反転するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、電流検出部３２が、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ供給される電流を電圧として検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、バッテリ２から信号処理部１１及びアンプ制御部１３と、出力段１２とへ供給される電流を電流値として検出するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、バッテリ２の電源電圧を１２［Ｖ］とし、導線抵抗部４１を１０［ｍΩ］、抵抗４２を１０［Ω］、抵抗４３を１２［ｋΩ］とすることにより、コンバータ４４の反転入力端子へ印加される基準電圧を１１．９９［Ｖ］に設定し、１［Ａ］以上の過電流を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、所定の過電流を検出できるように、バッテリ２の電源電圧、導線抵抗部４１、抵抗４２及び抵抗４３の抵抗値を適宜変更するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、電流検出部として電流検出部３２、異常検出部として異常検出部３３、スイッチ部としてスイッチ３４によって本発明の過電流保護回路としての過電流保護回路３１を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成でなる電流検出部、異常検出部、スイッチ部によって過電流保護回路を構成するようにしても良い。

さらに上述した実施の形態においては、信号処理部として信号処理部１１、出力段として出力段１２、電流検出部として電流検出部３２、異常検出部として異常検出部３３、スイッチ部としてスイッチ３４によって本発明のＤ級アンプとしてのＤ級アンプＩＣ５を構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成でなる信号処理部、出力段、電流検出部、異常検出部、スイッチ部によってＤ級アンプを構成するようにしても良い。

本発明の過電流保護回路及びＤ級アンプは、例えば据置型のＤ級アンプ等のその他種々に実装されたＤ級アンプに適用することができる。

カーオーディオ装置の構成を示す略線図である。 Ｄ級アンプＩＣの回路構成を示す略線図である。 正常状態の信号波形を示す略線図である。 スパイク防止回路におけるスパイク防止の様子を示す略線図である。 異常状態の信号波形を示す略線図である。 出力信号及びＰＷＭ出力信号に対する状態表を示す略線図である。

符号の説明

１……カーオーディオ装置、２……バッテリ、３……スピーカ、４……マイクロコンピュータ、５……Ｄ級アンプＩＣ、６……ＣＤプレーヤ、７……ラジオチューナ、８……ローパスフィルタ、１１……信号処理部、１２……出力段、１３……アンプ制御部、２１……プリアンプ、２２……ＰＷＭ生成回路、２３……三角波発生器、２４……ゲートドライバ、２５……ＰチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ、２６……ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴ、２７……自己診断回路、２８……保護回路、２９……インタフェース、３１……過電流保護回路、３２……電流検出部、３３……異常検出部、３４……スイッチ、３５……スパイク防止回路、４１……導線抵抗部、４２……抵抗、４３……抵抗、４４……コンパレータ、５１……抵抗、５２……コンデンサ。

Claims (6)

1. パルス変調方式に変調されたパルス幅変調信号を生成する信号処理部と、上記パルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子をスイッチング動作させて、上記パルス幅変調信号を所定レベルのパルス幅変調出力信号に増幅して出力する出力段とへ所定の電源から供給される電流を検出する電流検出部と、
   上記出力段へ電流が流れていないオフ状態を示すパルス幅変調出力信号が供給されたときに、上記電流検出部により検出された上記電流が所定の電流値より大きいことを示す出力信号が供給された場合、上記信号処理部へ過電流が流れた異常であることを検出する異常検出部と、
   上記信号処理部及び上記出力段と上記電流検出部との間に設けられ、上記異常検出部により異常であることが検出されると、上記電源と上記信号処理部及び上記出力段とを電気的に遮断するスイッチ部と
   を有する過電流保護回路。
2. 上記電流検出部は、
   上記電源と上記スイッチとの間に設けられた第１抵抗と、
   上記電源に対して上記第１抵抗と並列接続された第２抵抗と、
   一端が上記第２抵抗と接続され、もう一端が接地された第３抵抗と、
   上記第１抵抗の上記スイッチ側の電圧と、上記第２抵抗と上記第３抵抗との間の電圧とを比較することにより、上記所定の電流値より大きいか否かを検出するコンパレータと
   を有する請求項１に記載の過電流保護回路。
3. 上記過電圧保護回路は、
   上記信号処理部及び上記出力段と共に半導体集積回路の内部に設けられている
   請求項２に記載の過電流保護回路。
4. 上記第１抵抗は、
   上記半導体集積回路の入出力端子の導線抵抗を利用している
   請求項３に記載の過電流保護回路。
5. 上記過電流保護回路は、
   上記電源から上記第１抵抗を介して上記出力段へ電流が流れる際、上記第１抵抗と上記出力段とを流れる電流のタイミングがずれた場合に生じる上記スイッチ部の誤動作を防止するためのスパイク防止回路と
   を有する請求項２に記載の過電流保護回路。
6. パルス変調方式に変調されたパルス幅変調信号を生成する信号処理部と、上記パルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子をスイッチング動作させて、上記パルス幅変調信号を所定レベルのパルス幅変調出力信号に増幅して出力する出力段とを具えるアンプ部と、
   所定の電源から上記信号処理部及び上記出力段へ供給される電流を検出する電流検出部と、上記出力段へ電流が流れていないオフ状態を示すパルス幅変調出力信号が供給されたときに、上記電流検出部により検出された上記電流が所定の電流値より大きいことを示す出力信号が供給された場合、上記信号処理部へ過電流が流れた異常であることを検出する異常検出部と、上記信号処理部及び上記出力段と上記電流検出部との間に設けられ、上記異常検出部により異常であることが検出されると、上記電源と上記信号処理部及び上記出力段とを電気的に遮断するスイッチ部とを具える過電流保護回路と
   を有するＤ級アンプ。

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