JP2009267615A - Amplifier for audio - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オーディオ信号を増幅して伝送線路に供給するオーディオ用増幅装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement of an audio amplifying apparatus that amplifies an audio signal and supplies it to a transmission line.
拡声システムは、オーディオ用増幅装置及びスピーカが伝送線路を介して接続されて構成される音声放送システムである。このような拡声システムが、空港、学校、ショッピングセンターなどの大規模施設などに適用される場合、伝送線路の長さが数kmに達することもある。このため、この様な拡声システムでは、伝送効率の良いハイインピーダンス伝送が採用されている。 The loudspeaker system is an audio broadcasting system configured by connecting an audio amplifying device and a speaker via a transmission line. When such a loudspeaker system is applied to a large-scale facility such as an airport, a school, or a shopping center, the length of the transmission line may reach several kilometers. For this reason, such a loudspeaker system employs high-impedance transmission with good transmission efficiency.
ハイインピーダンス伝送は、伝送効率がよい反面、ローインピーダンスの負荷が接続された場合に過電流が流れてしまうという欠点がある。このため、ハイインピーダンス伝送の伝送線路を短絡させたり、あるいは、ローインピーダンスの負荷を誤って接続したりしないように留意する必要がある。ところが、ハイインピーダンス伝送を採用している拡声システムでは、ユーザが一般的なローインピーダンスのスピーカを誤って接続してしまう場合があり、この様な場合に過電流が流れ、オーディオ用増幅装置を破損してしまうという問題があった。 High-impedance transmission has good transmission efficiency, but has a drawback that an overcurrent flows when a low-impedance load is connected. Therefore, care must be taken not to short-circuit the transmission line for high-impedance transmission or to connect a low-impedance load by mistake. However, in a loudspeaker system that uses high-impedance transmission, the user may mistakenly connect a general low-impedance speaker. In such a case, overcurrent flows and damages the audio amplifier. There was a problem of doing.
そこで、本願出願人は、先の出願(特許文献1)において、簡単な回路構成により、過電流の発生を防止するオーディオ用増幅装置を提案した。このオーディオ用増幅装置は、オーディオ用増幅装置から出力されるオーディオ増幅信号の電流及び電圧を検出し、これらの差分に基づいてオーディオ信号の増幅率を制御している。この様な構成により、負荷のインピーダンスが低下することによる電流の増大及び電圧の低下を検出し、過電流の発生を防止することができる。 Therefore, in the previous application (Patent Document 1), the applicant of the present application has proposed an audio amplifying device that prevents the occurrence of overcurrent with a simple circuit configuration. This audio amplifying device detects the current and voltage of an audio amplified signal output from the audio amplifying device, and controls the amplification factor of the audio signal based on the difference therebetween. With such a configuration, it is possible to detect an increase in current and a decrease in voltage due to a decrease in load impedance, and to prevent the occurrence of overcurrent.
図6は、特許文献1において提案したオーディオ用増幅装置2cの一構成例を示した図である。このオーディオ用増幅装置2cは、入力端子10、電圧制御増幅器11、デジタルアンプ12、電流検出器13、電圧検出器14、過電流保護回路15c及び出力端子16を備えている。音源装置1で生成されたオーディオ信号は、入力端子10を介して入力され、電圧制御増幅器11及びデジタルアンプ12によって増幅された後、オーディオ増幅信号として出力端子16から出力される。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of the audio amplifying device 2c proposed in Patent Document 1. In FIG. The audio amplifying device 2c includes an
電流検出器13は、オーディオ増幅信号の電流を検出して、電流検出信号Diを生成している。同様にして、電圧検出器14は、オーディオ増幅信号の電圧を検出して、電圧検出信号Dvを生成している。過電流保護回路15cは、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvに基づいて、増幅率制御信号Gを生成し、電圧制御増幅器11の増幅率を制御している。すなわち、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvを全波整流した後に差分を求め、この差分信号に基づいて負荷状態を監視している。そして、負荷のインピーダンスが低下した場合には、電圧制御増幅器11の増幅率も低下させて、過電流が流れるのを防止している。
特許文献1に記載されたオーディオ用増幅装置2cを用いて、ハイインピーダンス伝送を行うためには、当該オーディオ用増幅装置2cの出力端子に出力トランスを接続し、当該出力トランスを介して伝送線路に接続する必要がある。ところが、オーディオ用増幅装置2cに出力トランスを接続した場合、伝送線路で短絡が生じておらず、かつ、伝送線路上に規定以下の負荷が接続されていないにもかかわらず、負荷インピーダンスの低下を誤検出する可能性があることがわかった。 In order to perform high impedance transmission using the audio amplifying device 2c described in Patent Document 1, an output transformer is connected to the output terminal of the audio amplifying device 2c, and the transmission line is connected to the output line via the output transformer. Need to connect. However, when an output transformer is connected to the audio amplifying device 2c, a short circuit does not occur in the transmission line, and the load below the specified level is not connected to the transmission line, but the load impedance is reduced. It was found that there is a possibility of false detection.
また、出力トランスを介さずに伝送線路に接続されるローインピーダンス伝送用の増幅装置であっても、短絡が生じた場合や、規定以下の負荷が接続された場合に生じる過電流を防止するために、同様の過電流検出機能を備えているものがある。ローインピーダンス伝送用の増幅装置は、通常、伝送効率が悪いため、長大な伝送線路を接続して使用されることは稀ではある。しかしながら、長大な伝送線路に用いた場合には、伝送線路の容量負荷及びインダクタンス負荷に起因して、同様の誤検出が生じる可能性がある。 Also, even in the case of a low-impedance transmission amplifying device connected to a transmission line without going through an output transformer, in order to prevent overcurrent that occurs when a short circuit occurs or when a load less than the specified value is connected. Some have a similar overcurrent detection function. An amplifier for low-impedance transmission usually has poor transmission efficiency and is rarely used with a long transmission line connected. However, when used for a long transmission line, the same erroneous detection may occur due to the capacitive load and inductance load of the transmission line.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な回路構成で負荷のインピーダンス低下を精度良く検出し、過電流の発生と誤検出を防止することができるオーディオ用増幅装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is an audio amplifying device capable of accurately detecting a drop in load impedance with a simple circuit configuration and preventing occurrence of overcurrent and erroneous detection. The purpose is to provide.
第1の本発明によるオーディオ用増幅装置は、オーディオ信号を増幅し、伝送線路に供給する信号増幅手段と、上記伝送線路に供給される電流波形を示す電流検出信号を生成する電流検出手段と、上記出力トランスに供給される電圧波形を示す電圧検出信号を生成する電圧検出手段と、上記電流検出信号及び電圧検出信号の差分であって、特定の周波数成分を減衰させた信号に基づいて、上記信号増幅手段の増幅率を制御する過電流保護手段とを備えて構成される。 An audio amplifying device according to a first aspect of the present invention includes an amplifying device for amplifying an audio signal and supplying the signal to a transmission line; a current detecting unit for generating a current detection signal indicating a current waveform supplied to the transmission line; Voltage detection means for generating a voltage detection signal indicating a voltage waveform supplied to the output transformer, and a difference between the current detection signal and the voltage detection signal, based on a signal obtained by attenuating a specific frequency component, And overcurrent protection means for controlling the amplification factor of the signal amplification means.
この様な構成により、電流検出信号及び電圧検出信号の差分に基づいて、負荷のインピーダンス低下を検出することにより、過電流の発生を防止することができる。その際、上記差分として、特定の周波数成分を減衰させた信号を用いることによって、電圧及び電流の位相差が上記差分として検出され、誤って信号増幅手段の増幅率を低下させてしまうのを防止することができる。従って、負荷のインピーダンス低下を検出して過電流の発生を防止するとともに、その誤検出も防止することができる。 With such a configuration, it is possible to prevent the occurrence of overcurrent by detecting a decrease in load impedance based on the difference between the current detection signal and the voltage detection signal. At that time, by using a signal in which a specific frequency component is attenuated as the difference, the phase difference between the voltage and current is detected as the difference and prevents the amplification factor of the signal amplifying means from being lowered by mistake. can do. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of overcurrent by detecting a drop in the impedance of the load, and to prevent the erroneous detection.
第2の本発明によるオーディオ用増幅装置は、上記構成に加えて、上記過電流保護手段が、上記電流検出信号から閾値周波数よりも高い周波数成分を減衰させる第1のローパスフィルタと、上記電圧検出信号から上記閾値周波数よりも高い周波数成分を減衰させる第2のローパスフィルタと、第1のローパスフィルタを通過した上記電流検出信号及び第2のローパスフィルタを通過した電圧検出信号の差分を求める差分演算手段とを有する。従って、簡単な回路構成により、負荷のインピーダンス低下を検出して過電流の発生を防止するとともに、その誤検出も防止することができる。 In the audio amplifying device according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the overcurrent protection means includes a first low-pass filter that attenuates a frequency component higher than a threshold frequency from the current detection signal, and the voltage detection. Difference calculation for obtaining a difference between a second low-pass filter that attenuates a frequency component higher than the threshold frequency from the signal, the current detection signal that has passed through the first low-pass filter, and a voltage detection signal that has passed through the second low-pass filter Means. Therefore, with a simple circuit configuration, it is possible to prevent the occurrence of overcurrent by detecting a drop in the impedance of the load, and to prevent erroneous detection.
第3の本発明によるオーディオ用増幅装置は、上記構成に加えて、上記過電流保護手段が、上記電流検出信号及び電圧検出信号の差分を求める差分演算手段と、差分演算手段の出力信号から閾値周波数よりも高い周波数成分を減衰させる低域通過フィルタとを有する。従って、簡単な回路構成により、負荷のインピーダンス低下を検出して過電流の発生を防止するとともに、その誤検出も防止することができる。 In the audio amplifying device according to the third aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the overcurrent protection unit includes a difference calculation unit for obtaining a difference between the current detection signal and the voltage detection signal, and a threshold value based on an output signal of the difference calculation unit. A low-pass filter that attenuates frequency components higher than the frequency. Therefore, with a simple circuit configuration, it is possible to prevent the occurrence of overcurrent by detecting a drop in the impedance of the load, and to prevent erroneous detection.
第4の本発明によるオーディオ用増幅装置は、上記構成に加えて、上記信号増幅手段が、出力トランスを介して伝送線路にオーディオ信号を供給し、上記特定の周波数成分が、上記出力トランスの通過帯域内の閾値周波数よりも高い周波数成分となるように構成されている。 In the audio amplifying device according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the signal amplifying means supplies an audio signal to the transmission line via an output transformer, and the specific frequency component passes through the output transformer. The frequency component is higher than the threshold frequency in the band.
この様な構成により、出力トランスのカットオフ周波数に近い周波数成分の位相が回転することによって、電流検出信号及び電圧検出信号の差分が検出され、誤って信号増幅手段の増幅率を低下させてしまうのを防止することができる。従って、出力トランスを介して伝送線路に接続されるオーディオ用増幅装置であっても、負荷のインピーダンス低下を検出して過電流の発生を防止するとともに、その誤検出も防止することができる。特に、高域側のカットオフ周波数付近において位相が回転することによる誤検出を防止することができるので、出力トランスの高域側カットオフ周波数が、オーディオ信号の帯域内にある場合であっても、過電流の発生を防止することができる。 With such a configuration, the phase of the frequency component close to the cutoff frequency of the output transformer rotates, so that the difference between the current detection signal and the voltage detection signal is detected, and the amplification factor of the signal amplification means is erroneously reduced. Can be prevented. Therefore, even in an audio amplifying apparatus connected to a transmission line via an output transformer, it is possible to detect a drop in the impedance of the load to prevent the occurrence of overcurrent and to prevent erroneous detection. In particular, it is possible to prevent erroneous detection due to phase rotation in the vicinity of the cutoff frequency on the high frequency side, so even if the high frequency cutoff frequency of the output transformer is within the band of the audio signal. The occurrence of overcurrent can be prevented.
本発明によるオーディオ用増幅装置は、電流検出信号及び電圧検出信号の差分であって、特定の周波数成分を減衰させた信号に基づいて、負荷のインピーダンス低下を検出している。このため、簡単な回路構成でインピーダンスの低下を検出することができるとともに、電流及び電圧の位相差による誤検出を防止することができる。従って、安価で信頼性の高いオーディオ用増幅装置を提供することができる。 The audio amplifying device according to the present invention detects a load impedance decrease based on a signal which is a difference between a current detection signal and a voltage detection signal and attenuates a specific frequency component. For this reason, it is possible to detect a decrease in impedance with a simple circuit configuration and to prevent erroneous detection due to a phase difference between current and voltage. Therefore, an inexpensive and highly reliable audio amplifying apparatus can be provided.
実施の形態1.
<拡声システム>
図1は、本発明の実施の形態1によるオーディオ用増幅装置2aを含む拡声システム100の概略構成例を示した図である。この拡声システムは、音源装置1、オーディオ用増幅装置2a、出力トランス3、伝送線路4及びスピーカ5によって構成される。
Embodiment 1 FIG.
<Sound system>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of a loudspeaker system 100 including an audio amplifying
音源装置1は、可聴周波数からなるオーディオ信号を生成する装置、例えば20Hz〜20kHzの周波数成分を含むアナログオーディオ信号を生成するマイクロホンや録音再生装置などである。この音源装置1で生成されたオーディオ信号は、オーディオ用増幅装置2aにおいて電力増幅された後、出力トランス3において昇圧され、伝送線路4へ送出される。伝送線路4には、複数のスピーカ5が並列に接続されており、伝送線路4に送出されたオーディオ信号に基づいて、各スピーカ5から同一音声が出力される。
The sound source device 1 is a device that generates an audio signal having an audible frequency, for example, a microphone or a recording / reproducing device that generates an analog audio signal including a frequency component of 20 Hz to 20 kHz. The audio signal generated by the sound source device 1 is amplified by the audio amplifying
出力トランス3は、1次側にオーディオ用増幅装置2aが接続され、2次側に伝送線路4が接続された昇圧トランスである。オーディオ用増幅装置2aにおいて増幅されたオーディオ増幅信号は、出力トランス3において昇圧され、高電圧のオーディオ伝送信号として伝送線路4へ送出される。例えば、オーディオ伝送信号として実効電圧100Vの信号を用いることができる。なお、本実施の形態では、出力トランス3が、オーディオ増幅装置2aに外付けで接続されているが、予めオーディオ用増幅装置2aと同一の筐体に内蔵されていてもよい。
The output transformer 3 is a step-up transformer in which the audio amplifying
スピーカ5は、マッチングトランスと呼ばれる降圧トランスを内蔵し、一般的なスピーカよりも入力インピーダンスが高くなっている。一般的なスピーカは、入力インピーダンスが4〜8Ω程度であるのに対し、スピーカ5は、例えば、1kΩ以上の入力インピーダンスを有している。
The
この拡声システムでは、オーディオ用増幅装置2aから出力されるオーディオ増幅信号をより高電圧の信号に変換して伝送している。このような伝送方式は、ハイインピーダンス伝送と呼ばれている。ハイインピーダンス伝送では、オーディオ信号をそのまま伝送する場合に比べて、伝送損失を小さくすることができる。例えば、空港、学校、ショッピングセンターなどの大規模施設の構内放送システムの場合、伝送線路4の長さが数kmにも達し、その伝送損失を無視することができない。ハイインピーダンス伝送は、このような大規模施設の拡声システムの伝送方式として好適である。
In this loudspeaker system, the audio amplified signal output from the
また、ハイインピーダンス伝送で用いられるスピーカ5は、その入力インピーダンスが高いため、同一の伝送線路4に多くのスピーカ5を並列接続することができる。また、出力トランス3を設けることによって、伝送線路4から見た音源側の出力インピーダンスが高くなっており、インピーダンスマッチングを考慮することなく、スピーカ5を接続することができる。
Further, since the
さらに、出力トランス3として絶縁トランスを用いれば、オーディオ用増幅装置2a及び伝送線路4を直流的に絶縁することができる。このため、伝送線路4の地落や、伝送線路4への落雷などが発生しても、オーディオ用増幅装置2aはその影響を受けにくく、伝送線路4が屋外に敷設される拡声システムに好適である。
Further, if an insulating transformer is used as the output transformer 3, the
<オーディオ用増幅装置2a>
図2は、図1のオーディオ用増幅装置2aの一構成例を示したブロック図である。このオーディオ用増幅装置2aは、入力端子10、電圧制御増幅器11、デジタルアンプ12、電流検出器13、電圧検出器14、過電流保護回路15a及び出力端子16を備えている。音源装置1で生成されたオーディオ信号は、入力端子10を介して入力され、電圧制御増幅器11及びデジタルアンプ12によって増幅された後、出力端子16から出力トランス3へ出力される。
<
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the
電圧制御増幅器11は、入力端子10からのオーディオ信号を増幅するアナログ増幅回路であり、その増幅率は過電流保護回路15aによって可変制御されている。ここでは、伝送線路4のインピーダンスが低下した場合に、過電流保護回路15aが電圧制御増幅器11の増幅率を低下させることによって、伝送線路4に過電流が流れるのを防止している。なお、増幅率の低下には、増幅率をゼロにして、出力を遮断する場合も含まれる。
The
デジタルアンプ12は、電圧制御増幅器11から供給されるオーディオ信号を更に増幅し、オーディオ増幅信号として出力端子16から出力している。例えば、図示しないパルス幅変調回路、D級増幅器及びローパスフィルタを有し、入力されたオーディオ信号をPWM(Pulse Width Modulation)信号に変換し、このPWM信号をD級増幅した後に、高周波成分を減衰させてアナログ信号に変換している。
The
電流検出器13は、出力端子16から出力されるオーディオ増幅信号の電流を検出し、電流検出信号Diを生成する電流検出手段である。ここでは、一対の出力端子16のいずれか一方と、デジタルアンプ12との間にカレントトランスが接続され、オーディオ増幅信号の電流波形を検出している。電流検出信号Diは、オーディオ増幅信号の電流波形を示す電圧信号であり、この電流検出信号が過電流保護回路15aへ入力される。
The
電圧検出器14は、出力端子16から出力されるオーディオ増幅信号の電圧を検出し、電圧検出信号Dvを生成する電圧検出手段である。ここでは、一対の出力端子16間に分圧抵抗が接続され、オーディオ増幅信号の電圧波形を検出している。電圧検出信号Dvは、オーディオ増幅信号の電圧波形を示す電圧信号であり、この電圧検出信号も過電流保護回路15aへ入力される。
The
<過電流保護回路15a>
過電流保護回路15aは、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvに基づいて、増幅率制御信号Gを生成し、電圧制御増幅器11の増幅率を制御している。すなわち、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvを比較し、この比較結果に基づいて負荷状態を監視している。そして、負荷のインピーダンスが低下したことを検出すれば、電圧制御増幅器11の増幅率を低下させ、過電流の発生を防止している。
<
The
この過電流保護回路15aは、レベル調整器21、全波整流器22i及び22v、ローパスフィルタ23i及び23v、減算器24、ピークホールド回路25並びに係数乗算器26により構成される。
The
レベル調整器21は、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの信号レベルが、所望の負荷状態において一致するように、両者の相対的な信号レベルを調整するレベル調整手段である。ここでは、レベル調整器21が、電圧検出信号Dvのレベル調整を行う増幅器であるものとし、その増幅率は、負荷状態が定格負荷である場合に、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの信号レベルが一致するように予め定められているものとする。
The
全波整流器22iは、電流検出信号Diを整流する整流回路であり、整流後の電流検出信号Driは、ローパスフィルタ23iへ出力される。全波整流器22vは、レベル調整後の電圧検出信号Dvを整流する整流回路であり、整流後の電圧検出信号Drvは、ローパスフィルタ23vへ出力される。なお、これらの全波整流器22i及び22vに代えて半波整流器を用いることもできるが、負荷状態を迅速に検出するためには、全波整流を用いる方が望ましい。
The full-
ローパスフィルタ23iは、整流後の電流検出信号Driの高域周波数成分を遮断し、低域周波数成分を通過させるフィルタ回路である。同様にして、ローパスフィルタ23vは、整流後の電圧検出信号Drvの高域周波数成分を遮断し、低域周波数成分を通過させるフィルタ回路である。これらのローパスフィルタ23i及び23vは、同一の特性を有している。
The
ローパスフィルタ23i及び23vのカットオフ周波数は、出力トランス3のカットオフ周波数よりも低い周波数、つまり、出力トランス3の通過帯域内の周波数に予め定められている。また、このカットオフ周波数は、オーディオ信号の周波数帯域内であることが望ましい。つまり、ローパスフィルタ23i,23vのカットオフ周波数は、出力トランス3の特性に応じて決定されることが望ましく、カットオフ周波数を変更可能な可変フィルタとして構成されるか、あるいは、容易に交換可能であることが望ましい。
The cut-off frequencies of the low-
減算器24は、誤差信号Eとして、ローパスフィルタ通過後の電流検出信号Dfi及び電圧検出信号Dfvの差分を求める差分演算回路である。ここでは、ローパスフィルタ23iの出力からローパスフィルタ23vの出力を引いた値が、誤差信号Eとして出力されるものとする。この誤差信号Eは、負荷インピーダンスが減少すれば増大し、負荷インピーダンスが増大すれば減少する。なお、ローパスフィルタ23vの出力からローパスフィルタ23iの出力を引いた値を誤差信号Eとしてもよい。
The
ピークホールド回路25は、減算器24から出力される誤差信号Eのピーク値Epを保持する回路である。つまり、ピークホールド回路25は、減算器24が過去に出力した誤差信号Eの最大値を保持しており、この最大値をピーク値Epとして出力している。このピークホールド回路25のリセットは、例えば、ユーザによるリセット操作などに基づいて行ってもよいし、図示しないコンデンサの充放電特性を利用して、ある一定時間が経過すると、ピークホールドをリセットするようにしてもよい。
The
係数乗算器26は、誤差信号Eを電圧制御増幅器11の増幅率制御信号Gに変換する変換手段である。ここでは、ピークホールド回路25から出力される誤差信号のピーク値Epと、予め定められた係数との乗算を行うことにより、増幅率制御信号Gを生成している。なお、必要に応じて、定数を加算する定数加算器を更に設けることもできる。
The
<過電流保護回路15aの動作>
次に、過電流保護回路15aの動作について説明する。例えば、伝送線路4が短絡された場合や、伝送線路4にローインピーダンスのスピーカが接続された場合、負荷のインピーダンスが低下する。このとき、オーディオ用増幅装置2aから出力されるオーディオ増幅信号は、電流が増大し、電圧は低下する。つまり、電流検出信号Diのレベルが増大し、電圧検出信号Dvのレベルが低下し、減算器24によって求められる誤差信号Eが大きくなる。係数乗算器26は、この誤差信号Eを増幅率制御信号Gに変換し、電圧制御増幅器11の増幅率を低下させている。このようにして、負荷のインピーダンスが低下した場合に、オーディオ用増幅装置2aの増幅率を自動的に低下させることができる。従って、負荷のインピーダンス低下によって過電流が流れ、オーディオ用増幅装置2aが破壊されるのを防止することができる。しかも、過電流保護回路15aを構成している各回路は、比較的簡単なアナログ回路として実現することができる。このため、過電流保護のための顕著なコスト増大を抑制しつつ、オーディオ用増幅装置2aを過電流から保護することができる。
<Operation of
Next, the operation of the
また、ピークホールド回路25が、誤差信号Eのピーク値Epを保持しているため、負荷のインピーダンスが増減するような不安定な状態であっても、過電流の発生を確実に防止することができる。すなわち、減算器24から出力される誤差信号Eが大きくなれば、オーディオ用増幅装置2aの増幅率を低下させるが、誤差信号Eが一時的に小さくなっても、オーディオ用増幅装置2aの増幅率を再び増大させることはない。従って、過電流の発生を確実に防止することができる。
Further, since the
さらに、出力トランス3の周波数特性に応じたローパスフィルタ23i及び23vを用いて高域周波数を遮断することにより、出力トランス3の周波数特性に起因して誤検出が発生するのを防止している。この誤検出の防止について、以下に詳しく説明する。
Further, the
図3は、図1に示した出力トランス3の周波数特性の一例を示した図であり、横軸に周波数、縦軸に減衰量(dB)をとって示されている。この出力トランス3は、1kHzを含む周波数帯域において概ねフラットな周波数特性を有している。また、減衰量が3dBとなるカットオフ周波数f1,f2は、低域側の周波数f1が20Hz未満であり、オーディオ信号の周波数範囲(20Hz〜20kHz)外であるのに対し、高域側の周波数f2は、18kHzであり、オーディオ信号の周波数範囲(20Hz〜20kHz)内にある。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the output transformer 3 illustrated in FIG. 1, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents attenuation (dB). The output transformer 3 has a substantially flat frequency characteristic in a frequency band including 1 kHz. Further, the cut-off frequencies f1 and f2 at which the attenuation amount is 3 dB are lower than the frequency range (20 Hz to 20 kHz) of the audio signal, while the lower frequency f1 is less than 20 Hz, whereas the higher frequency. f2 is 18 kHz and is within the frequency range (20 Hz to 20 kHz) of the audio signal.
出力トランス3は、オーディオ信号の周波数帯域(20Hz〜20kHz)の全域においてフラットな周波数特性を有していることが望ましい。しかしながら、高域側のカットオフ周波数f2が20kHzを越えるトランスは極めて高価であり、製造コストを増大させてしまう。一方、廉価なトランスを使用した場合には、高域側のカットオフ周波数f2がオーディオ信号の周波数帯域内に存在することになる。一般に、トランスは、カットオフ周波数に近い周波数成分に対し容量成分が増大し、その位相を回転させる性質がある。このため、このような廉価なトランスを出力トランス3として使用した場合、オーディオ用増幅装置2aから出力されるオーディオ増幅信号のうち、カットオフ周波数f2に近い周波数成分の位相が回転する。その結果、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvは、互いに位相がずれた状態となり、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの信号レベルが同一であったとしても、減算器24から誤差信号Eが出力される。その結果、誤検出が発生する。
The output transformer 3 desirably has a flat frequency characteristic over the entire frequency band (20 Hz to 20 kHz) of the audio signal. However, a transformer having a high-frequency cut-off frequency f2 exceeding 20 kHz is extremely expensive and increases the manufacturing cost. On the other hand, when an inexpensive transformer is used, the cutoff frequency f2 on the high frequency side exists in the frequency band of the audio signal. In general, a transformer has a property in which a capacitance component increases with respect to a frequency component close to a cutoff frequency and rotates its phase. Therefore, when such an inexpensive transformer is used as the output transformer 3, the phase of the frequency component close to the cutoff frequency f2 in the audio amplification signal output from the
図4は、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの位相差によって、負荷状態の誤検出が発生する場合の様子を示した説明図であり、いずれも負荷インピーダンスが正常であり、過電流が流れるおそれがない場合における過電流保護回路15a内の主な信号波形が示されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a situation in which erroneous detection of the load state occurs due to the phase difference between the current detection signal Di and the voltage detection signal Dv, both of which have a normal load impedance and an overcurrent flows. The main signal waveforms in the
図中の(a)〜(c)は、オーディオ増幅信号の周波数が、出力トランス3の周波数特性がフラットな領域内である場合、例えば1kHzである場合の例が示されている。この周波数成分は位相が回転せず、オーディオ増幅信号の電流及び電圧の位相にずれが生じていない。このため、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの波形は一致し(図中の(a))、整流後の電流検出信号Dri及び電圧検出信号Drvも一致している(図中の(b))。従って、差分回路24で求められる誤差信号Eはゼロの一定信号となり、電圧制御増幅器11の増幅率が低下することはない。
(A)-(c) in the figure shows an example in which the frequency of the audio amplification signal is in a region where the frequency characteristic of the output transformer 3 is flat, for example, 1 kHz. The phase of this frequency component does not rotate, and there is no deviation in the phase of the current and voltage of the audio amplification signal. Therefore, the waveforms of the current detection signal Di and the voltage detection signal Dv match ((a) in the figure), and the rectified current detection signal Dri and the voltage detection signal Drv also match ((b) in the figure). ). Therefore, the error signal E obtained by the
一方、図中の(d)〜(f)は、オーディオ増幅信号の周波数が、出力トランス3のカットオフ周波数f2付近の周波数、例えば、18kHzである場合の例が示されている。このオーディオ増幅信号は、出力トランス3の周波数特性、特に容量成分の影響を受けて位相が回転し、電流及び電圧の位相にずれが生じている。このため、電流検出信号Di及び電圧検出信号Dvの波形は位相がずれた波形となり(図中の(d))、整流後の電流検出信号Dri及び電圧検出信号Drvも位相がずれた波形となる(図中の(e))。従って、差分回路24で求められる誤差信号Eはゼロの一定信号とはならない。このとき、ピークホールド回路25が、誤差信号Eのピーク値Epを保持し、このピーク値Epに基づいて、電圧制御増幅器11の増幅率を低下させることになる。
On the other hand, (d) to (f) in the figure show examples in which the frequency of the audio amplification signal is a frequency near the cutoff frequency f2 of the output transformer 3, for example, 18 kHz. The phase of the audio amplification signal is affected by the frequency characteristics of the output transformer 3, particularly the capacitance component, and the current and voltage phases are shifted. Therefore, the waveforms of the current detection signal Di and the voltage detection signal Dv are out of phase ((d) in the figure), and the rectified current detection signal Dri and the voltage detection signal Drv are also out of phase. ((E) in the figure). Therefore, the error signal E obtained by the
このため、本実施の形態によるオーディオ用増幅装置2aでは、ローパスフィルタ23i及び23vを用いて、出力トランス3の高域側カットオフ周波数f2近傍の周波数成分を遮断している。このため、図4の(d)〜(f)に示したような誤検出が生ずるのを防止することができる。
For this reason, in the
負荷インピーダンスの変動を迅速に検出するためには、減算器24に入力される電流検出信号Dfi及び電圧検出信号Dfvには、オーディオ信号の全ての周波数成分が含まれていることが望ましい。しかしながら、上述した通り、出力トランス3によって位相が回転する周波数領域は、ローパスフィルタ23i,23vにおいて遮断しておく必要がある。
In order to quickly detect a change in load impedance, it is desirable that the current detection signal Dfi and the voltage detection signal Dfv input to the
このため、ローパスフィルタ23i,23vのカットオフ周波数fcは、少なくとも出力トランス3の高域側カットオフ周波数f2よりも低い周波数に予め決定しておく必要がある。また、上記カットオフ周波数fcは、オーディオ信号の周波数帯域内であることが望ましい。従って、出力トランス3の通過帯域内、つまり、カットオフ周波数f1、f2間の周波数帯域であることが望ましい。
For this reason, the cut-off frequency fc of the low-
実施の形態2.
上記実施の形態では、減算器24の前段にローパスフィルタ23i,23vが設けられている過電流保護回路15aの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、減算器24の後段にローパスフィルタ23が設けられている過電流保護回路15bについて説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the above embodiment, the example of the
図5は、本発明の実施の形態2によるオーディオ用増幅装置2bの一構成例を示した図である。このオーディオ用増幅装置2bを図2のオーディオ用増幅装置2a(実施の形態1)と比較すれば、ローパスフィルタ23i及び23vに代えて、減算器24及びピークホールド回路25の間にローパスフィルタ23が設けられている点で異なる。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the audio amplifying device 2b according to the second embodiment of the present invention. When this audio amplifying device 2b is compared with the
ローパスフィルタ23には、ローパスフィルタ23i及び23vと同じ特性のフィルタ回路が用いられている。図4の(f)に示した減算器24の出力に含まれる周波数成分は減算器24に入力される電流検出信号Dri及び電圧検出信号Drvの周波数成分と同様であり、減算器24の出力信号に含まれる高域周波成分をローパスフィルタ23によって減衰しても、図2の過電流保護回路15aの場合と全く同様の結果が得られる。
As the low-
なお、上記各実施の形態では、全波整流器22i及び22vよりも後段にローパスフィルタ23,23i,23vを設ける構成について説明したが、本発明は、この様な場合には限定されない。すなわち、ピークホールド回路25に入力される誤差信号に、上記ローパスフィルタのカットオフ周波数fcを越える周波数成分が含まれていなければ、オーディオ増幅信号の位相回転が誤算信号Eに現れ、負荷のインピーダンス低下と誤って検出されることはない。このため、全波整流器22i及び22vよりも前段にローパスフィルタを配置することもできる。例えば、電流検出器13及び電圧検出器14が、上記ローパスフィルタのカットオフ周波数fcを越える周波数成分を出力しない検出回路として構成されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the configuration in which the low-
また、上記実施の形態では、電圧制御増幅器11及びデジタルアンプ12を用いて、オーディオ信号を増幅するオーディオ用増幅装置2aの例について説明したが、本発明は、この様な場合には限定されない。すなわち、オーディオ信号を増幅する信号増幅手段は、過電流保護回路15a,15bからの増幅率制御信号Gに基づいて増幅率を制御可能であればよく、増幅器の具体的構成は問わない。例えば、デジタル方式、アナログ方式などは問わず、また、1の信号増幅器又は3以上の増幅器の組み合わせによって構成されているものであってもよい。
In the above embodiment, the example of the
また、上記の実施の形態では、ハイインピーダンス伝送用のオーディオ用増幅装置の例について説明したが、本発明は、ローインピーダンス伝送用のオーディオ用増幅装置にも適用することができる。すなわち、出力トランス3を内蔵せず、かつ、出力トランス3を介することなく伝送線路4に接続されるオーディオ用増幅装置にも、本発明を適用することができる。この場合には、伝送線路4の容量負荷及びインダクタンス負荷によって生じる電圧及び電流間の位相差をインピーダンスの低下と誤って検出するのを防止できる。
の過電流保護機能にも有効である。
In the above embodiment, an example of an audio amplifying apparatus for high impedance transmission has been described. However, the present invention can also be applied to an audio amplifying apparatus for low impedance transmission. That is, the present invention can also be applied to an audio amplifying apparatus that does not include the output transformer 3 and is connected to the transmission line 4 without the output transformer 3 interposed therebetween. In this case, it is possible to prevent the phase difference between the voltage and current generated by the capacitive load and the inductance load of the transmission line 4 from being erroneously detected as a drop in impedance.
This is also effective for the overcurrent protection function.
1 音源装置
2a,2b,2c オーディオ用増幅装置
3 出力トランス
4 伝送線路
5 スピーカ
10 入力端子
11 電圧制御増幅器
12 デジタルアンプ
13 電流検出器
14 電圧検出器
15a,15b,15c 過電流保護回路
16 出力端子
21 レベル調整器
22i,22v 全波整流器
23,23i,23v ローパスフィルタ
24 減算器
25 ピークホールド回路
26 係数乗算器
Dfi フィルタリング後の電流検出信号
Dfv フィルタリング後の電圧検出信号
Di 電流検出信号
Dri 整流後の電流検出信号
Drv 整流後の電圧検出信号
Dv 電圧検出信号
E 誤差信号
Ep 誤差信号のピーク値
f1 低域側
f1,f2 出力トランスのカットオフ周波数
fc ローパスフィルタのカットオフ周波数
G 増幅率制御信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
上記伝送線路に供給される電流波形を示す電流検出信号を生成する電流検出手段と、
上記伝送線路に供給される電圧波形を示す電圧検出信号を生成する電圧検出手段と、
上記電流検出信号及び電圧検出信号の差分であって、特定の周波数成分を減衰させた信号に基づいて、上記信号増幅手段の増幅率を制御する過電流保護手段とを備えたことを特徴とするオーディオ用増幅装置。 Signal amplifying means for amplifying the audio signal and supplying it to the transmission line;
Current detection means for generating a current detection signal indicating a current waveform supplied to the transmission line;
Voltage detection means for generating a voltage detection signal indicating a voltage waveform supplied to the transmission line;
And an overcurrent protection unit that controls the amplification factor of the signal amplification unit based on a signal that is a difference between the current detection signal and the voltage detection signal and attenuates a specific frequency component. Audio amplifier.
上記電圧検出信号から上記閾値周波数よりも高い周波数成分を減衰させる第2のローパスフィルタと、
第1のローパスフィルタを通過した上記電流検出信号及び第2のローパスフィルタを通過した電圧検出信号の差分を求める差分演算手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のオーディオ用増幅装置。 The overcurrent protection means includes a first low-pass filter that attenuates a frequency component higher than a threshold frequency from the current detection signal;
A second low-pass filter that attenuates a frequency component higher than the threshold frequency from the voltage detection signal;
2. The audio amplifying apparatus according to claim 1, further comprising difference calculating means for obtaining a difference between the current detection signal that has passed through the first low-pass filter and a voltage detection signal that has passed through the second low-pass filter.
差分演算手段の出力信号から閾値周波数よりも高い周波数成分を減衰させるローパスフィルタとを有する請求項1に記載のオーディオ用増幅装置。 The overcurrent protection means includes a difference calculation means for obtaining a difference between the current detection signal and the voltage detection signal;
The audio amplifying apparatus according to claim 1, further comprising: a low-pass filter that attenuates a frequency component higher than a threshold frequency from the output signal of the difference calculation means.
上記特定の周波数成分は、上記出力トランスの通過帯域内の閾値周波数よりも高い周波数成分であることを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号用増幅装置。 The signal amplifying means supplies an audio signal to the transmission line via the output transformer,
2. The audio signal amplifying apparatus according to claim 1, wherein the specific frequency component is a frequency component higher than a threshold frequency in a pass band of the output transformer.
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