JP2009253562A - 電力増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源部の一次側、二次側のいずれのショート等による過大電流も検知して過電流保護を図る。
【解決手段】 パワーアンプユニット３は、一次側の１２Ｖから二次側の±Ｂを形成するＤＣ／ＤＣコンバータ８と、±Ｂの給電を受けてオーディオ信号の電力増幅を行なうパワーアンプ部６を有する。電源オン後、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側からグランドに流れる電流は小抵抗Ｒ０を含むグランド電流検出回路２１で検出され、異常検知回路２２により異常が監視される。基準値ＴＨを越えることなく、電源オン後のミュート期間が終ると、異常監視動作禁止回路２５により異常監視動作が禁止される。ミュート期間中にグランド電流検出信号がＴＨを超えると、異常検知回路２２が異常を検知して異常検知信号を出力し、ラッチ回路２３がラッチして電源停止制御信号をＤＣ／ＤＣコンバータ８に出力して動作を停止させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電力増幅装置に係り、とくに電源オン後、所定の期間だけ音声出力にミュートを掛ける電力増幅装置に関する。

車載用オーディオシステムに用いられる電力増幅装置では、車載バッテリを一次電源としてＤＣ／ＤＣコンバータにより所定の二次直流電源電圧±Ｂを形成し、この±Ｂと、±Ｂから直流安定化電源回路（ＡＶＲ）により形成した±１５Ｖとともに電力増幅部（パワーアンプ）に供給し、オーディオソースから入力したオーディオ信号の電力増幅をさせている。電源オン直後はポップノイズが発生するため、電力増幅部の入力側（または出力側）にミュート部を設け、ミュート制御部により電源オン後、一定期間の間ミュートオン制御信号をミュート部に出力してオーディオ信号にミュートを掛け、ポップノイズが発生しないようにしている。
ところで、スピーカ出力のショート、電力増幅部を構成する素子とグランド間のショートなどで過大電流が流れると、ＤＣ／ＤＣコンバータや電力増幅部を損壊し発煙発火が生じてしまう。このため、従来から電力増幅装置には過電流保護回路が設けられており、何らかの原因による過大電流を検出したとき、ＤＣＤＣコンバータを停止させて、二次直流電源電圧形成動作を停止し、発煙発火を未然に防止するようにしている。

具体的には、直流安定化電源回路（ＡＶＲ）により形成した±１５Ｖの中点電位を検出し、グランド電位からのずれの有無を監視するようにしている。そして＋１５Ｖ側または−１５Ｖ側の片側電圧に過大電流による異常が生じると、中点電位がグランド電位からずれるので、異常発生としてＤＣＤＣコンバータを停止させる。二次直流電源電圧の出力がなくなるので、発煙発火を防止できる。このタイプの先行技術として特開２００６−６０２７８号公報（特許文献１）がある。
けれども、上記した従来の過電流保護回路では、ＤＣＤＣコンバータの二次側で中点電位の検出をするため、ＤＣＤＣコンバータの一次側の素子の不良やグランドとのショート、コントローラの部品不良などの不具合が生じた場合、二次側の中点電位の監視では異常を検出できず、大電流が流れて発煙発火を生じてしまう恐れがある。
また、±１５Ｖを形成する直流安定化電源回路（ＡＶＲ）がトラッキング方式を採用している場合、そもそも中点電位の検出自体ができず、ＤＣＤＣコンバータの二次側のショートであっても保護できない欠点がある。

特開２００６−６０２７８号公報

本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、電源部の一次側、二次側のいずれのショート等の異常による過大電流も検知して、過電流保護を図ることのできる電力増幅装置を提供することを、その目的とする。

本発明の電力増幅装置の１つは、一次電源から所定の二次直流電源電圧を形成する電源部と、二次直流電源電圧の供給を受けてオーディオ信号の電力増幅を行なう電力増幅部と、オーディオ信号に対しミュートを掛けるミュート部と、電源オン後、所定のミュート期間の間、ミュートオン制御信号をミュート部に出力し、オーディオ信号にミュートを掛けさせるミュート制御部と、電源部の一次側からグランドに流れる電流を検出し、異常発生時に電源部に対し以降の二次直流電源電圧の形成動作を停止させる異常監視・電源停止制御部と、ミュート期間以外は異常監視・電源停止制御部の異常監視動作を停止させる異常監視動作停止部と、を備えたことを特徴としている。
本発明の１つの態様では、一次電源はバッテリであることを特徴としている。
本発明の他の１つの態様では、異常監視・電源停止制御部は、電源部の一次側からグランドに流れる電流を検出する電流検出回路と、電流検出部の検出電流が一定以上になると過電流検知信号を発生する過電流検知信号発生回路と、過電流検知信号をラッチして、電源停止制御信号を作成するラッチ回路を含むこと、を特徴としている。

本発明によれば、ミュート期間中に電源部の一次側からグランドに流れる電流を検出して、異常発生を監視し、異常発生時には以降、電源部の動作を停止させたので、電源部の二次側の電力増幅部等の素子の不良や素子とグランドとのショート等による過大電流だけでなく、電源部の一次側の素子の不良やグランドとのショート等による過大電流も検知して電源部の動作を停止することで、大電流が流れ続けることによる発煙発火を最小限に抑えることができる。
また、ミュート期間後は電源部からグランドに大きな電流が流れても異常監視が行なわれないので、正常動作時のグランド電流で誤動作することはない。

以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。

図１を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は本発明に係る車載用電力増幅装置の構成を示す回路図である。
図１において、１は直流１２Ｖの車載バッテリ、２はオーディオソース部と電源オン／オフを含む各種操作を行なう操作部を有する車載オーディオシステムのセンターユニット、３はセンターユニット２から入力したオーディオ信号の電力増幅を行なう電力増幅装置としてのパワーアンプユニット、４はスピーカである。車載バッテリ１のマイナス側端子、センターユニットのグランド端子、パワーアンプユニット３のグランド端子ＧＮＤが車両のボディ（図示せず）と接続されており、車載バッテリ１の＋側端子がセンターユニットのプラス端子、パワーアンプユニット３のプラス端子３Ａと接続されている。センターユニット２のパワーコントロール信号（Ｐ−ＣＯＮ）出力端子がパワーアンプユニット３のパワーコントロール信号入力端子３Ｂと接続されている。センターユニット２で電源オン（オフ）操作をすると、パワーコントロール信号がハイ（ロー）となり、パワーアンプユニット３に対する電源オン（オフ）制御を行なう。センターユニット２のオーディオ出力端子ＡＯＵＴ（＋）、ＡＯＵＴ（−）がパワーアンプユニット３のオーディオ入力端子ＡＩＮ（＋）、ＡＩＮ（−）と接続されている。

パワーアンプユニット３の構成を説明すると、ＡＩＮ（＋）、ＡＩＮ（−）がミュート回路５を介して電力増幅を行なうパワーアンプ部６と接続されており、パワーアンプ部６の出力側がスピーカ出力端子ＳＰ（＋）と接続されている。スピーカ出力端子ＳＰ（−）は接地されている。スピーカ出力端子ＳＰ（＋）とＳＰ（−）の間にスピーカ４が接続されている。プラス端子３Ａはヒューズ７を介して電源部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ８と接続されており、一次直流電源電圧＋１２Ｖから両極性の二次直流電源電圧±Ｂが形成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、一次側のスイッチング素子９、１０、コンデンサＣ１、昇圧トランス１１、２次側のダイオードブリッジ１２、コンデンサＣ２、Ｃ３、スイッチング素子９、１０のスイッチング制御を行なうコントローラ１３からなる。一次側には＋１２Ｖがヒューズ７を介して入力されており、また一次側のグランドはグランド電流検出用の小抵抗Ｒ０を介してグランド端子ＧＮＤと接続されている。なお、小抵抗Ｒ０はここではグランドパターンの抵抗分であるが、実部品を用いても良い。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力側には±Ｂから±１５Ｖを形成する直流安定化電源回路（ＡＶＲ）１４、１５が接続されており、±Ｂと±１５Ｖがパワーアンプ部６に供給されている。パワーコントロール信号入力端子３Ｂにはパワーコントロール信号検出回路１６が接続されており、パワーコントロール信号がハイになると、電源オンを検知し、スイッチ回路１７をオン制御して、＋１２Ｖを各部に給電させる。パワーコントロール信号がローになると、電源オフを検知し、スイッチ回路１７をオフ制御して、＋１２Ｖの給電を停止させる。コントローラ１３はスイッチ回路１７から供給される＋１２Ｖが立ち上がると、スイッチング素子９、１０に対するスイッチング制御を開始し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の稼働を開始させて二次側の±Ｂを立ち上げる。反対に＋１２Ｖが立ち下がるか、または外部から電源停止制御信号を入力するとスイッチング素子９、１０に対するスイッチング制御を停止し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の稼働を停止させて二次側の±Ｂを立ち下げる。

スイッチ回路１７の＋１２Ｖはミュート制御回路１８に入力され、電源オンから所定の一定期間の間、ハイレベルとなるミュートオン制御信号が作成されてミュート回路５に出力され、オーディオ信号に対するミュートが掛けられる。これにより、電源オン直後のポップノイズの発生が防止される。電源オンから所定の一定時間経過後は、ミュートオン制御信号がローとなり、ミュート回路５はミュートをオフし、パワーアンプ部６にオーディオ信号を出力して電力増幅を行なわせる。

２０はパワーアンプユニット３に付設された過電流保護回路であり、パワーアンプ部６、直流安定化電源回路１４、１５の素子の損壊、グランドとのショート、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の中の二次側のダイオードブリッジ１２、コンデンサＣ２、Ｃ３、一次側のスイッチング素子９、１０、昇圧トランス１１の損壊、グランドとのショートなどにより、電源オン直後に過大電流が流れるとこれを検知し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の二次電源電圧形成動作を停止させて、±Ｂと±１５Ｖを立ち下げさせ、大電流が流れ続けて発煙発火が生じるのを最小限に抑える機能を有する。
過電流保護回路２０の内、２１は小抵抗Ｒ０を流れるグランド電流を検出するグランド電流検出回路、２２はグランド電流検出回路２１で検出されたグランド電流が一定以上の大きさになると、異常検知信号を出力する過電流検知回路、２３は異常検知信号をラッチし、電源停止制御信号としてＤＣ／ＤＣコンバータ８のコントローラ１３へ出力し、スイッチング制御を停止させるラッチ回路である。グランド電流検出回路２１、過電流検知回路２２、ラッチ回路２３により、異常監視・電源停止制御回路２４が構成されている。２５は電源オン直後のミュート期間中以外は、過電流検知回路２２の入力をグランドに落として、異常監視・電源停止制御回路２４による異常監視動作を停止させる異常監視動作禁止回路である。

図２に過電流保護回路２０の具体的な回路構成を示す。
図２において、まずミュート制御回路１８では、＋１２Ｖとグランド間に接続された抵抗Ｒ１、コンデンサＣ４により、時定数回路１８Ａが構成されており、この時定数回路１８ＡとトランジスタＴｒ１のベース間に抵抗Ｒ２が接続され、Ｔｒ１のエミッタが＋１２Ｖと接続され、Ｔｒ１のエミッタ−ベース間に抵抗Ｒ３が接続されている。Ｔｒ１のコレクタと−１５Ｖの間に抵抗Ｒ４、コンデンサＣ５が並列接続されている。＋１２Ｖが立ち上がると、時定数回路１８Ａの時定数で定まる一定時間の間、Ｔｒ１がオンし、ハイレベルのミュートオン制御信号Ａをミュート回路５、異常監視動作禁止回路２５に出力する。Ｃ５はＴｒ１がオフした後のミュートオン制御信号Ａの立ち下がりを遅らせて、ショックノイズの発生をより確実に抑制するためのものである。

グランド電流検出回路２１では、Ｔｒ２のベース−コレクタ間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側のグランドとパワーアンプユニット３のグランド端子ＧＮＤの間に介そうされた小抵抗Ｒ０、抵抗Ｒ５が接続されており、Ｔｒ２のエミッタと＋１２Ｖの間に抵抗Ｒ６が接続されている。Ｔｒ２は小抵抗Ｒ０に流れる電流の大きさに応じた電流検出信号Ｂをエミッタから出力するようになっている。過電流検知回路２２ではＴｒ３のエミッタとグランド端子ＧＮＤの間に抵抗Ｒ７が接続されており、Ｔｒ３のベースに電流検出信号Ｂが入力されている。Ｔｒ３のコレクタはコンデンサＣ６を介して＋１２Ｖと接続されるとともに、抵抗Ｒ８を介して後段のラッチ回路２３と接続されている。抵抗Ｒ８の一端と＋１２Ｖの間にはコンデンサＣ７、抵抗Ｒ９が接続されている。電流検出信号Ｂの電圧が所定の一定値（図３、図４の符号ＴＨ参照）を越えている間、Ｔｒ３がオンし、抵抗Ｒ８の一端からハイレベルの過電流検出信号Ｃを出力するようになっている。Ｔｒ３がオンする電流値は抵抗Ｒ７の値により調節でき、電源オン直後の正常なインラッシュ電流ではＴｒ３がオンしないように設定されている。ラッチ回路２３は周知の回路なので構成の詳細を略すが、過電流検知信号Ｃがローからハイに立ち上がると、ラッチしてハイレベルの電源停止制御信号ＥをＤＣ／ＤＣコンバータ８のコントローラ１３へ出力する。なお、ラッチ回路２３は一旦ラッチ動作を行なうと、電源オフ操作がされて＋１２Ｖが立ち下がるまでラッチ状態を保持する。過電流検知回路２２のＣ６、Ｃ７は、コントローラ１３などからのパルシブなノイズでラッチ回路２３が誤動作するのを防止するためのものである。

異常監視動作禁止回路２５ではＴｒ４のエミッタが＋１２Ｖと接続されており、エミッタとベース間に抵抗Ｒ１０が接続されている。Ｔｒ４のベースには抵抗Ｒ１１を介してミュートオン制御信号Ａが入力されている。Ｔｒ４のコレクタには抵抗Ｒ１２を介してＴｒ５のベースが接続されており、Ｔｒ５のベース−エミッタ間には抵抗Ｒ１３が接続されている。Ｔｒ５のエミッタはグランド端子ＧＮＤと接続されている。また、Ｔｒ４のコレクタとグランド端子ＧＮＤの間にコンデンサＣ８が接続されている。ミュート期間中でミュートオン制御信号Ａがハイの間、Ｔｒ４がオフし、Ｔｒ５がオフしているので、グランド電流検出回路２１と過電流検知回路２２のＴｒ２、Ｔｒ３は正常に動作し、グランド電流の検出及び異常検知動作を行なうことができる。ミュート期間が終わりミュートオン制御信号Ａがローになると、Ｔｒ４がオンし、Ｔｒ５がオンするので、異常監視動作禁止回路２５の出力する異常監視動作禁止信号Ｄがローレベルとなり、過電流検知回路２２のＴｒ３のベース入力（すなわち、電流検出信号Ｂ）がグランドに落ちてＴｒ３がオフする。このため、パワーアンプ部６の正常な電力増幅動作で小抵抗Ｒ０に大電流が流れても、誤って過電流が検知されることはない。Ｃ８は、ミュートオフ後の大出力時、＋１２Ｖの瞬減等でミュート制御回路１８の出力するミュートオン制御信号ＡがハイとなってもＴｒ５がすぐにオフしないようにして、異常監視・電源停止制御回路２４が本来の異常監視動作期間（電源オン後のミュート期間）以外に誤って異常監視動作するのを防止するためのものである。

図３と図４は過電流保護回路２０の動作を示すタイムチャートであり、以下これらの図を参照して上記した実施例の動作を説明する。
（１）正常時（図３参照）
センターユニット２で電源オン操作をし、ハイレベルのパワーコントロール信号Ｐ−ＣＯＮが出力されると、パワーコントロール信号検知回路１６で検知され、スイッチ回路１７を制御して＋１２Ｖを出力させる。すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８のコントローラ１３が稼働し、スイッチング素子９、１０のスイッチング駆動を行なって二次側の±Ｂを立ち上げる。±Ｂの立ち上げで±１５Ｖが立ち上がり、ともにパワーアンプ部６に供給される。但し、電源オン操作に連動して＋１２Ｖが立ち上がってから、所定の一定期間の間、ミュート制御回路１８からハイレベルのミュートオン制御信号がミュート回路５に出力されるので、パワーアンプ部６の入力は無信号状態となる。ポップノイズの発生が抑えられる。

ミュート期間中、過電流保護回路２０の異常監視動作禁止回路２５は異常監視動作禁止信号Ｄをハイインピーダンス状態とし、異常監視・電源停止制御回路２４が小抵抗Ｒ０に流れるグランド電流の検出と異常監視を行なう。
ただし、パワーアンプ部６、直流安定化電源回路１４、１５の素子の損壊、グランドとのショート、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の中の二次側のダイオードブリッジ１２、コンデンサＣ２、Ｃ３、一次側のスイッチング素子９、１０、昇圧トランス１１の損壊、グランドとのショートなどの異常が生じていないとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側からグランドに流れる電流はそれほど大きくなく、グランド電流検出回路２１の出力する電流検出信号Ｂは異常検知の基準値ＴＨを下回るので、過電流検知回路２２の出力する過電流検知信号Ｃはローレベルのままである。従って、ラッチ回路２３の出力する電源停止制御信号Ｅもローレベルのままであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ８のコントローラ１３はスイッチング駆動を継続する。
ミュート期間が終ると、異常監視動作禁止回路２５は異常監視動作禁止信号Ｄをローレベルとし、異常監視・電源停止制御回路２４による異常監視動作を禁止する。このため、その後、パワーアンプ部６がオーディオ信号に対する通常の電力増幅動作を行い、小抵抗Ｒ０に大きな電流が流れても、電源停止制御信号Ｅもローレベルのままであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ８のコントローラ１３はスイッチング駆動を継続する。

（２）異常時
若し、スピーカ出力のショート、パワーアンプ部６、直流安定化電源回路１４、１５の素子の損壊、グランドとのショート、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の中の二次側のダイオードブリッジ１２、コンデンサＣ２、Ｃ３、一次側のスイッチング素子９、１０、昇圧トランス１１の損壊、グランドとのショートなどの異常が生じていたとき、±Ｂの立ち上がり時点からＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側からグランドに流れる電流が過大となる。すると、ミュート期間中の異常監視・電源停止制御回路２４による小抵抗Ｒ０に流れるグランド電流の異常監視動作において、グランド電流検出回路２１の出力する電流検出信号Ｂが異常検知の基準値ＴＨを上回ったところで、過電流検知回路２２の出力する過電流検知信号Ｃがハイレベルとなり、ラッチ回路２３がラッチしてハイレベルの電源停止制御信号Ｅを出力する。ハイレベルの電源停止制御信号Ｅを入力したコントローラ１３は直ちにＤＣ／ＤＣコンバータ８のスイッチング駆動を停止して、±Ｂ、±１５Ｖを立ち下げさせる。ラッチ回路２３がハイレベルの電源停止制御信号Ｅをラッチしているため、電源オフ操作がされるまで、コントローラ１３はＤＣ／ＤＣコンバータ８の停止状態を維持する。これにより、大電流が流れ続けて発煙発火が生じるのを未然に防止できる。

この実施例によれば、ミュート期間中にＤＣ／ＤＣコンバータ８の一次側からグランドに流れる電流を検出して、異常発生を監視し、異常発生時には以降、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を停止させたので、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の二次側後段でのパワーアンプ部６、直流安定化電源回路１４、１５の素子の損壊、グランドとのショートは勿論のこと、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の中の二次側のダイオードブリッジ１２、コンデンサＣ２、Ｃ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の中の一次側のスイッチング素子９、１０、昇圧トランス１１の損壊、グランドとのショートなどの異常が生じたことによる過大電流も検知してＤＣ／ＤＣコンバータ８の動作を停止することができ、大電流が流れ続けることによる発煙発火を最小限に抑えることができる。
また、ミュート期間後は、装置の正常動作でＤＣ／ＤＣコンバータ８からグランドに大きな電流が流れても異常監視が行なわれないので、正常動作時のグランド電流で誤動作することはない。
また、過電流検知回路２２の抵抗Ｒ７の値を適切に選択し、異常検知の基準値を電源オン直後のインラッシュによる電流値より少し大きくしておくことで、このインラッシュ電流による誤動作も防止できる。

本発明は、車載用、ホーム用、業務用を問わず、ミュート機能を有する各種の電力増幅装置に適用できる。

本発明の一実施例に係る車載用電力増幅装置の構成を示すブロック図である（実施例１）。 過電流保護回路の構成を示す回路図である。 正常時の過電流保護回路の動作を示す線図である。 異常時の過電流保護回路の動作を示す線図である。

符号の説明

８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ コントローラ
１８ ミュート制御回路
２０ 過電流保護回路
２１ グランド電流検出回路
２２ 過電流検知回路
２３ ラッチ回路
２４ 異常監視・電源停止制御回路
２５ 異常監視動作禁止回路
Ｒ０ 小抵抗
ＧＮＤ グランド端子

Claims (3)

1. 一次電源から所定の二次直流電源電圧を形成する電源部と、
   二次直流電源電圧の供給を受けてオーディオ信号の電力増幅を行なう電力増幅部と、
   オーディオ信号に対しミュートを掛けるミュート部と、
   電源オン後、所定のミュート期間の間、ミュートオン制御信号をミュート部に出力し、オーディオ信号にミュートを掛けさせるミュート制御部と、
   電源部の一次側からグランドに流れる電流を検出し、異常発生時に電源部に対し以降の二次直流電源電圧の形成動作を停止させる異常監視・電源停止制御部と、
   ミュート期間以外は異常監視・電源停止制御部の異常監視動作を停止させる異常監視動作停止部と、
   を備えたことを特徴とする電力増幅装置。
2. 一次電源はバッテリであること、
   を特徴とする請求項１記載の電力増幅装置。
3. 異常監視・電源停止制御部は、
   電源部の一次側からグランドに流れる電流を検出する電流検出回路と、
   電流検出部の検出電流が一定以上になると過電流検知信号を発生する過電流検知信号発生回路と、
   過電流検知信号をラッチして、電源停止制御信号を作成するラッチ回路を含むこと、
   を特徴とする請求項１記載の電力増幅装置。

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