JP2011087349A - 電圧安定化装置、リップルフィルタ回路の保護方法および増幅器 - Google Patents

電圧安定化装置、リップルフィルタ回路の保護方法および増幅器 Download PDF

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Abstract

【課題】電力の浪費を抑制しつつリップルを除去する電圧安定化装置を実現する。
【解決手段】電圧安定化装置1は、直流電圧に含まれるリップルおよびノイズを除去するリップルフィルタ回路部12と、電圧安定化装置1から出力される出力電圧♯61を検出する出力電圧検出部10と、トランジスタT1のコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する制御部11と、を備えている。制御部11、検出される出力電圧が所定の閾値に達すると、出力電圧と入力電圧とが略一致するように抵抗値を設定し、検出される出力電圧が所定の閾値に達するまでは、出力電圧と入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に抵抗値を設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、直流電圧に含まれるリップルを除去するリップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置に関し、特には、後段回路において生じている問題に起因して生じるリップルフィルタ回路の損傷を回避するための機構を備えた電圧安定化装置に関する。
交流を整流して直流を出力する電源装置から出力される直流電圧には、一般に、リップル成分、すなわち、電源装置において除去しきれなかった交流成分および他の制御回路から発生するノイズが含まれる。リップル成分および制御ノイズは、直流電圧が供給される機器内におけるノイズの原因となる。例えば、映像信号や音声信号などの各種の信号を処理する機器においては、供給される直流電圧に含まれるリップルおよび制御ノイズが出力信号におけるノイズの原因となる。
電源電圧に含まれるノイズを除去するためには、通常、DC/DCコンバータや、定電圧電源回路などを用いる。例えば、特許文献1には、出力端子の短絡状態を出力端子側の電圧として検出し、その検出に基づいて主制御トランジスタへのベース電流供給を抑制する短絡保護回路を備えた定電圧電源回路が開示されている。
しかし、上記の短絡保護回路は多数の半導体素子を必要とするため高価であり、装置全体のコストが増大することになる。
特開昭61−245222(昭和61年10月31日公開)
特許文献1に開示されているような短絡保護回路を用いることなくノイズ(リップル)を除去するための技術としては、リップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置を用いる技術が知られている。リップルフィルタ回路は、通常、トランジスタ、コンデンサ、および抵抗によって構成されるが、トランジスタの後段の回路に短絡が生じた場合、過電流が流れることによってトランジスタが破壊されてしまうことがある。これを避けるため、リップルフィルタ回路には、保護回路を設けることが一般的である。
しかし、このような保護回路は、トランジスタのエミッタ電流を検出し、トランジスタに過電流が流れないように制御するものであるため、電流を検出するためにある程度の大きさの抵抗値を有する抵抗を用いる必要がある。換言すれば、リップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置では、エミッタ電流を検出するための抵抗によって、後段の回路に供給するための電圧のロスおよび電力の浪費が生じるという問題がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、後段の回路に供給するための電力の浪費を抑制しつつリップルを除去することができる電圧安定化装置を実現することにある。
本発明に係る電圧安定化装置は、上記課題を解決するために、
入力電圧である直流電圧に含まれる交流成分およびノイズを除去するリップルフィルタ回路であって、トランジスタを用いたリップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置であって、
当該電圧安定化装置から出力される出力電圧を検出する検出手段と、
上記トランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する設定手段と、をさらに備えており、
上記設定手段は、検出される出力電圧が所定の閾値に達すると、上記出力電圧が上記入力電圧に略一致するように上記抵抗値を設定し、検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記抵抗値を上記出力電圧と上記入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に設定することを特徴としている。
本発明に係る電圧安定化装置は、トランジスタを用いたリップルフィルタ回路、自装置から出力される出力電圧を検出する検出手段およびトランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する設定手段を備えている。そして、設定手段は、検出される出力電圧が所定の閾値に達すると、抵抗値を出力電圧が自装置に入力される入力電圧に略一致するように設定し、検出される出力電圧が所定の閾値に達するまでは、抵抗値を出力電圧と入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に設定する。
このように、本発明に係る電圧安定化装置では、当該電圧安定化装置から出力される出力電圧(すなわち、トランジスタのエミッタ電圧)に応じて、リップルフィルタ回路に含まれるトランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値の大きさを設定する。
より具体的には、本発明に係る電圧安定化装置では、出力電圧が閾値に達するまでは、リップルフィルタ回路におけるトランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を通常よりも大きくすることにより、トランジスタのベースに供給される電流を制限する。すなわち、出力電圧が閾値に達するまでは、トランジスタに過電流が流れないようにする。なお、通常の抵抗値とは、トランジスタのエミッタ電圧(出力電圧)とコレクタ電圧(入力電圧)とが略一致するような抵抗値である。トランジスタのエミッタ電圧(出力電圧)とコレクタ電圧(入力電圧)とが略一致することにより、例えば、増幅器などのような電圧安定化装置の後段につながる回路に対して十分な電圧および電力を供給することができる。
このように、本発明に係る電圧安定化装置では、トランジスタのエミッタ電流の大きさを計測することなく、トランジスタに過電流が流れることを防止することができる。したがって、電圧安定化装置において生じる電力の浪費を低減することができる効果を奏する。
なお、本発明に係る電圧安定化装置において出力電圧が閾値に達した後にトランジスタのベースに対して供給される電流の強さは、電圧安定化装置の後段の回路が駆動するために十分な電流を供給することができる強さであればよい。
本発明に係る電圧安定化装置での上記リップルフィルタ回路は、トランジスタと、一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が接地されているコンデンサと、一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が上記トランジスタのコレクタに接続されている第1の制御抵抗と、上記第1の制御抵抗に対して並列に接続されており、かつ、当該第1の制御抵抗よりも抵抗値の低い第2の制御抵抗と、を含み、上記設定手段は、検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記第1の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第1の制御信号を供給し、検出される出力電圧が上記閾値に達した後は、上記第2の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第2の制御信号を供給することが好ましい。
上記の構成によれば、検出される出力電圧が閾値に達するまでは、抵抗値の高い第1の制御抵抗に対して電流を流すことにより、トランジスタのベースに供給される電流を制限する。そして、検出される出力電圧が閾値に達した後は、抵抗値の低い第2の制御抵抗に対しても電流を流すことにより、トランジスタのベースに供給される電流の強さを強くする。
すなわち、本発明に係る電圧安定化装置では、出力電圧が閾値に達するまで、すなわち電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じているか否かが判明するまでは、トランジスタのベースに対する電流の供給を抑え、出力電圧が閾値に達した場合、すなわち電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じていないことが判明した時点で、トランジスタのベースに十分な電流を供給する。
これによって、本発明に係る電圧安定化装置では、電圧安定化装置の後段における回路に予め問題が生じている場合に、トランジスタが破壊されることを防止することができる効果を奏する。
なお、トランジスタのベースに対して供給される十分な電流とは、電圧安定化装置の後段の回路が駆動するために十分な電流を供給することができる強さの電流のことを指す。
本発明に係る電圧安定化装置では、さらに、上記リップルフィルタ回路は、トランジスタと、一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が接地されているコンデンサと、一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が上記トランジスタのコレクタに接続されている第3の制御抵抗と、を含み、上記設定手段は、検出される出力電圧が所定の閾値に達するまでは、上記第3の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第3の制御信号の供給を停止し、上記リップルフィルタ回路に対して並列に接続されている第4の制御抵抗に対して電流が流れるようにし、検出される出力電圧が上記閾値に達した後は、上記第3の制御信号を供給することが好ましい。
上記の構成によれば、検出される出力電圧が所定の閾値に達するまでは、リップルフィルタ回路に並列に接続されている第4の制御抵抗に対して電流を流すことにより、トランジスタのベースに電流を供給しないようにする。そして、検出される出力電圧が所定の閾値に達した後は、リップルフィルタ回路に含まれる第3の制御抵抗に対しても電流を流すことにより、トランジスタのベースに電流を供給する。
すなわち、本発明に係る電圧安定化装置では、出力電圧が閾値に達するまで、すなわち電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じているか否かが判明するまでは、トランジスタのベースに対して電流を供給せず、出力電圧が閾値に達した場合、すなわち電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じていないことが判明した段階で、トランジスタのベースに対して電流を供給する。
これによって、本発明に係る電圧安定化装置では、電圧安定化装置の後段における回路に予め問題が生じている場合に、トランジスタが破壊されることを防止することができる効果を奏する。
本発明に係る電圧安定化装置では、さらに、上記制御手段は、上記閾値に達した出力電圧が当該閾値未満になった場合、上記リップルフィルタ回路に対する上記第1の制御信号および上記第2の制御信号の供給を停止することが好ましい。
上記の構成によれば、検出される出力電圧が閾値以上から閾値未満になった場合、すなわち、電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じた場合に、トランジスタのベースに対する電流の供給を停止する。
これによって、本発明に係る電圧安定化装置では、電圧安定化装置の起動中に電圧安定化装置の後段における回路に問題が生じた場合であっても、トランジスタが破壊されることを防止することができる効果を奏する。
本発明に係る電圧安定化装置では、さらに、上記制御手段は、上記閾値に達した出力電圧が当該閾値未満になった場合、上記リップルフィルタ回路に対する上記第3の制御信号の供給を停止することが好ましい。
上記の構成によれば、検出される出力電圧が閾値以上から閾値未満になった場合、すなわち、電圧安定化装置の後段における回路において短絡などの問題が生じた場合に、トランジスタのベースに対する電流の供給を停止する。
これによって、本発明に係る電圧安定化装置では、電圧安定化装置の起動中に電圧安定化装置の後段における回路に問題が生じた場合であっても、トランジスタが破壊されることを防止することができる効果を奏する。
本発明に係る電圧安定化装置におけるリップルフィルタ回路の保護方法は、上記課題を解決するために、
入力電圧である直流電圧に含まれる交流成分を除去するリップルフィルタ回路であって、トランジスタを用いたリップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置におけるリップルフィルタ回路の保護方法であって、
当該電圧安定化装置から出力される出力電圧を検出する検出ステップと、
上記検出ステップにおいて検出された出力電圧に応じて、上記トランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する設定ステップと、を含み、
上記設定ステップでは、検出される出力電圧が上記閾値に達すると、上記抵抗値を上記出力電圧が上記入力電圧に略一致するように設定し、検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記抵抗値を上記出力電圧と上記入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に設定することを特徴としている。
上記の構成によれば、本発明に係る電圧安定化装置と同様の作用効果を奏する。
また、本発明に係る電圧安定化装置を備えた増幅器についても本発明の範疇に含まれる。
本発明に係る電圧安定化装置では、出力電圧が閾値に達するまでは、リップルフィルタ回路におけるトランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を通常よりも大きくすることにより、トランジスタのベースに供給される電流の強さを弱くする。すなわち、出力電圧が閾値に達するまでは、トランジスタに過電流が流れないようにすることができる。
このように、本発明に係る電圧安定化装置では、トランジスタのエミッタ電流の大きさを計測することなく、トランジスタに過電流が流れることを防止することができる。したがって、トランジスタの破壊を防ぐ際に電圧安定化装置において生じる電圧のロスおよび電力の浪費を低減することができる効果を奏する。
実施形態1に係る電圧安定化装置を備えたスピーカ装置の構成を示す図である。 実施形態1に係る電圧安定化装置の動作処理を示すフローチャートである。 実施形態1に係る電圧安定化装置を備えたスピーカ装置における電圧および制御信号の立ち上がりを示すタイミングチャートであって、(a)は、出力電圧が基準電圧値Bに達する場合を示しており、(b)は出力電圧が基準電圧値Bに達しない場合を示している。 実施形態2に係る電圧安定化装置を備えたスピーカ装置の構成を示す図である。
〔実施形態1〕
本発明に係る電圧安定化装置の一実施形態について、図1〜3を参照しつつ説明する。本実施形態では、本発明に係る電圧安定化装置をスピーカ装置に備えた場合を例に挙げて説明する。もちろん、本発明に係る電圧安定化装置はスピーカ装置に備えられる場合に限定されるものではない。交流を整流して直流を出力する電源装置を備える装置であれば、本発明に係る電圧安定化装置を備えることができる。スピーカ装置以外の装置としては、例えばテレビを挙げることができる。
(スピーカ装置500の構成)
図1は、本実施形態に係る電圧安定化装置1を備えたスピーカ装置500の構成を示す図である。スピーカ装置500は、図1に示すように、電圧安定化装置1、電源装置50、増幅器51、信号処理部52および出力部53を備えている。
電源装置50は、交流電源を整流して直流電圧を出力する。電源装置50から出力される電圧は、供給路100および供給路102を介して電圧安定化装置1に供給されると共に、電圧安定化装置1および各部への各種電源回路を通して増幅器51および信号処理部52に対しても供給される。
増幅器51は、アンプであり、信号処理部52から入力されるオーディオ信号を増幅し、出力部53に出力する。信号処理部52は、入力されるオーディオ信号の変調などの信号処理をする。出力部53は、増幅器51において増幅されたオーディオ信号を出力する。
電圧安定化装置1は、交流を整流して直流を出力する電源装置から出力される直流電圧に含まれる交流成分および他の制御系からのノイズを除去した直流の電圧および電流を供給する。以下、電圧安定化装置1のより詳細な構成について説明する。
(電圧安定化装置1の構成)
電圧安定化装置1は、図1に示すように、出力電圧検出部10、制御部11およびリップルフィルタ回路部12を備えている。
出力電圧検出部10は、リップルフィルタ回路部12と増幅器51とを繋ぐ供給路101における出力電圧♯61の値を検出する。出力電圧検出部10は、検出した電圧値に応じた制御信号を制御部11に対して出力する。なお、出力電圧検出部10には、供給路102を介して電圧が供給される。
制御部11は、出力電圧検出部10から出力される信号に応じて、リップルフィルタ回路部12におけるスイッチW1およびスイッチW2のオンオフ状態を切り替える。制御部11におけるスイッチの切り替え処理の詳細については、電圧安定化装置1の動作処理として下記に詳述するため、ここではその説明を省略する。なお、制御部11は、供給路102を介して電力の供給を受けてもよいし、他の電源から電力の供給を受けてもよい。
リップルフィルタ回路部12は、供給路100を介して電源装置50から供給される電源電圧#60に含まれるリップル(電源装置50において除去しきれなかった交流成分)および他の制御系からのノイズを除去する。これによって、リップルフィルタ回路部12(すなわち、電圧安定化装置1)からはリップルおよび他の制御系からのノイズが除去された直流電圧(電源電圧♯61)が増幅器51に供給される。
なお、図1に示すように、供給路101には、一端が接地されたコンデンサC2のもう一端が接続されている。これによって、出力電圧#61に残存する微小のリップルを除去することができる。また同時に、経路のインピーダンスを下げることにより、経路の安定度を向上させたり、負荷の変動などに対する安定性を向上させることができる。
(リップルフィルタ回路部12の詳細)
続いて、リップルフィルタ回路部12のより具体的な構成について、図1を参照しつつ以下に説明する。図1に示すように、リップルフィルタ回路部12は、トランジスタT1、コンデンサC1、抵抗R1および抵抗R2、ならびに、スイッチW1およびスイッチW2を備えた回路である。リップルフィルタ回路部12を構成する回路について具体的に説明する。
図1に示すように、トランジスタT1のコレクタには、供給路100が接続されており、トランジスタT1のエミッタには供給路101が接続されている。
抵抗R1および抵抗R2の一端は、いずれも供給路100に接続されている。抵抗R1の他端は、スイッチW1の一端に接続されている。一方、抵抗R2の他端は、スイッチW2の一端に接続されている。抵抗R2は入力電圧(コレクタ電圧)と出力電圧(エミッタ電圧)とを略一致させると共に、電源電圧に含まれるリップルを除去するために適した抵抗値を有する制御抵抗である。抵抗R1は出力電圧#61がGNDとの間でショートしたとしてもトランジスターが破壊されないように電流制限をかけることができるような抵抗値を有する制御抵抗である。
スイッチW1およびスイッチW2の他端は、いずれもトランジスタT1のベースに接続されている。
これによって、リップルフィルタ回路部12では、スイッチW1の状態がオンでスイッチW2の状態がオフのとき、トランジスタT1のベースは、抵抗R1を介して供給路100に接続され、スイッチW1の状態がオフでスイッチW2の状態がオンのとき、トランジスタT1のベースは、抵抗R2を介して供給路100に接続される構成となっている。
また、トランジスタT1のベースには、一端が接地されたコンデンサC1のもう一端が接続されている。コンデンサC1は、電源電圧#60に含まれるリップルを除去する役割を有している。なお、コンデンサC1の容量値は、抵抗R1の抵抗値に応じて、電源電圧に含まれるリップルを除去するのに適した値に設定するようにすればよい。
スイッチW1は、制御信号#64の供給を受けるとオンになり、制御信号#64の供給が停止されるとオフになる。同様に、スイッチW2は、制御信号#65の供給を受けるとオンになり、制御信号#65の供給が停止されるとオフになる。
(電圧安定化装置1の動作の詳細)
次に、電圧安定化装置1の動作の詳細について、図2を参照しつつ以下に説明する。図2は、電圧安定化装置1の動作処理を示すフローチャートである。
電圧安定化装置1の初期状態(電力の供給がない状態)では、スイッチW1およびスイッチW2が共にオフの状態である。
まず、ユーザの操作などにより電源装置50が起動すると、電圧安定化装置1に対して電力の供給が開始される(ステップS1)。同様のタイミングで、制御部11および出力電圧検出部10など他の回路も起動する。
電源装置50が起動すると電源電圧♯60の値が徐々に大きくなる。制御部11は、電源電圧♯60の値が所定の値よりも大きくなると、スイッチW1の状態をオンに切り替えるようにリップルフィルタ回路部12を制御する(ステップS2)。より具体的には、制御部11は、電源電圧#60の値が予め定められた基準電圧値A以上になるか、あるいは所定の時間が経過すると、リップルフィルタ回路部12に対して制御信号#64を出力する。制御信号♯64を受けたリップルフィルタ回路部12は、スイッチW1の状態をオフからオンへと遷移させる。このとき、スイッチW2の状態はオフのままである。
スイッチW1の状態がオンに遷移することによって、リップルフィルタ回路部12は、供給路101を介して出力電圧#61を出力するようになる(ステップS3)。
ここで、抵抗R1の抵抗値は、抵抗R2の抵抗値に比べて十分大きいため、スイッチW1のみがオンである状態では、トランジスタT1のベースには僅かな電流が供給されるのみである。したがって、スイッチW1のみがオン状態である場合には、電圧安定化装置1は増幅器51が駆動するための十分な電流を供給することはできない。したがって、スイッチW1のみがオンである状態では、増幅器51はミュート或いはスタンバイ状態などにしておく。換言すれば、スイッチW1の状態がオンである場合とは、電圧は出力されるが、トランジスターが流すことができる電流が極力制限された状態である。
次に、出力電圧検出部10は、供給路101における出力電圧#61の値の検出を開始する(ステップS4)。出力電圧検出部10は、検出された出力電圧#61の値と予め定められている基準電圧値Bとを比較する(ステップS5)。
出力電圧#61の値が基準電圧値B以上である場合(ステップS5においてYes)、出力電圧検出部10は、制御部11に対して制御信号#62を出力する(ステップS6)。
制御信号♯62の入力を受けた制御部11は、スイッチW2の状態をオンに切り替えるようにリップルフィルタ回路部12を制御する(ステップS7)。より具体的には、制御部11は、リップルフィルタ回路部12に対して制御信号#65を出力する。制御信号♯65を受けたリップルフィルタ回路部12は、スイッチW2の状態をオフからオンへと遷移させる。
ここで、抵抗R2の抵抗値は、出力電圧#61に含まれるリップルを除去するために適した値であると共に、スイッチW2の状態がオンであれば、トランジスタT1のベースに十分な電流が供給される値でもある。これによって、電圧安定化装置1は、供給路101を介して増幅器51が駆動するための十分な電流を供給することができる。トランジスタT1のベースに十分な電流が供給される場合、すなわちスイッチW2の状態がオンである場合とは、トランジスタT1の入力電圧(コレクタ電圧)と出力電圧(エミッタ電圧)とが略一致するようにリップル回路部12の抵抗値が設定されている場合である。
一方、出力電圧#61の値が基準電圧値B未満である場合(ステップS5においてNo)、出力電圧検出部10は、制御部11に対して制御信号#63を出力する(ステップS8)。
制御信号♯63の入力を受けた制御部11は、スイッチW1の状態をオフに切り替えるようにリップルフィルタ回路部12を制御する(ステップS9)。より具体的には、制御部11は、リップルフィルタ回路部12に対して供給している制御信号#64の供給を停止する。これによって、リップルフィルタ回路部12は、スイッチW1の状態をオンからオフへと遷移させる。
これによって、増幅器51に発生した短絡等の異常により、出力電圧#61の電圧値が基準電圧Bに達しない場合、出力電圧#61の出力が停止される。したがって、増幅器51における短絡などに起因した過電流によってトランジスタT1が破壊されることを防止することができる。
なお、スイッチW2の状態がオンに遷移した後も出力電圧検出部10は出力電圧♯61の値が基準電圧値B以上であるか否かを検出し続ける。もし、検出した出力電圧♯61の値が基準電圧値B未満となった場合には、出力電圧検出部10は制御部11に対して、制御信号#62の供給を停止すると共に、制御信号#63を出力する。制御部11は制御信号♯64および制御信号♯65の供給を停止する。スイッチW1およびスイッチW2の状態は、いずれもオフ状態に遷移する。
このように、電圧安定化装置1では、増幅器51が動作中の増幅器51に短絡等の異常が発生し、出力電圧#61の電圧値が基準電圧Bを下回った場合にも、出力電圧#61の出力が停止される。したがって、増幅器51における短絡などに起因した過電流によってトランジスタT1が破壊されることを防止することができる。
(電圧および制御信号の立ち上がり)
次に、上述した電圧および制御信号の立ち上がりのタイミングについて、図3(a)および(b)を参照しつつ以下に説明する。図3(a)および(b)は、電圧および制御信号の立ち上がりを示すタイミングチャートであって、(a)は、出力電圧#61が基準電圧値Bに達する場合を示しており、(b)は出力電圧#61が基準電圧値Bに達しない場合を示している。
(出力電圧#61が基準電圧値Bに達する場合)
まず、出力電圧#61が基準電圧値Bに達する場合の電圧および制御信号の立ち上がりタイミングについて図3(a)を参照して説明する。
電源装置50が起動すると、電源電圧♯60の値が徐々に立ち上がり、予め定められた基準電圧値Aに達した時点で、制御信号♯64が立ち上がる。
制御信号♯64の供給が開示されるとスイッチW1の状態がオンに遷移するため、出力電圧♯61の値が徐々に立ち上がる。
出力電圧検出部10は、所定の時間(図3(a)におけるΔT)が経過した後、出力電圧♯61の値を検出する。図3(a)では、検出した出力電圧♯61の値が基準電圧値B以上であるため、制御信号♯62が立ち上がる。
制御信号♯62が立ち上がってから所定の時間(図3(a)におけるΔT)後、制御信号♯65が立ち上がる。なお、ΔTは、電圧安定化装置1における信号伝達のタイムラグの時間である。
(出力電圧#61が基準電圧値Bに達しない場合)
続いて、出力電圧#61が基準電圧値Bに達しない場合の電圧および制御信号の立ち上がりタイミングについて図3(b)を参照して説明する。
電源装置50が起動すると、電源電圧♯60の値が徐々に立ち上がり、予め定められた基準電圧値Aに達した時点で、制御信号♯64が立ち上がる。
制御信号♯64の供給が開示されるとスイッチW1の状態がオンに遷移するため、出力電圧♯61の値が徐々に立ち上がる。ここまでは、図3(a)に示す場合と同様である。
出力電圧検出部10は、所定の時間(図3(b)におけるΔT)が経過した後、出力電圧♯61の値を検出する。しかし、図3(b)では、検出した出力電圧♯61の値が基準電圧値B未満であるため、制御信号♯63が立ち上がる。
制御信号♯62が立ち上がってから所定の時間(図3(b)におけるΔT)後、制御信号♯64の供給が停止する。なお、ΔTは、電圧安定化装置1における信号伝達のタイムラグの時間である。
(電圧安定化装置1の利点)
以上説明したように、電圧安定化装置1は、リップルを除去するリップルフィルタ回路部12、供給路101における出力電圧を検出する出力電圧検出部10およびトランジスタT1のコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する制御部11を備えている。そして、制御部11は、出力電圧検出部10において検出される出力電圧が基準電圧値Bに達するまでは、リップルフィルタ回路部12におけるトランジスタT1のコレクタとベースとの間の抵抗値を通常よりも大きくすることにより、トランジスタT1のベースに供給される電流の強さを弱くする。すなわち、出力電圧が閾値に達するまでは、トランジスタT1に過電流が流れないようにする。
このように、電圧安定化装置1では、トランジスタT1のエミッタ電流の大きさを計測することなく、トランジスタT1に過電流が流れることを防止することができる。したがって、電圧安定化装置において生じる電力の浪費を低減することができる。
〔実施形態2〕
本発明に係る電圧安定化装置の他の実施形態について、実施形態2として図4を参照しつつ説明する。本実施形態でも、実施形態1と同様に、本発明に係る電圧安定化装置をスピーカ装置に備えた場合を例に挙げて説明する。
(スピーカ装置500bの構成)
図4は、電圧安定化装置1bを備えたスピーカ装置500bの構成を示す図である。スピーカ装置500bは、図4に示すように、電圧安定化装置1b、電源装置50、増幅器51、信号処理部52および出力部53を備えている。
なお、本実施形態において、実施形態1と同様のものについては、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。したがって、ここでは、電圧安定化装置1bについてのみ以下に説明する。
電圧安定化装置1bは、交流を整流して直流を出力する電源装置から出力される直流電圧に含まれる交流成分を除去し、直流成分のみならかる電流を供給する。以下、電圧安定化装置1bのより詳細な構成について説明する。
(電圧安定化装置1bの構成)
電圧安定化装置1bは、図4に示すように、出力電圧検出部10b、制御部11b、リップルフィルタ回路部12bおよび抵抗R4を備えている。
出力電圧検出部10bは、リップルフィルタ回路部12bと増幅器51とを繋ぐ供給路101における出力電圧♯61の電圧を検出する。そして、出力電圧検出部10bは、検出した電圧が基準電圧値B以上である場合に、制御信号♯66を制御部11bに対して出力する。
制御部11bは、出力電圧検出部10bから出力される制御信号♯66を受けると、リップルフィルタ回路部12に対して制御信号♯67を出力する。これによって、リップルフィルタ回路部12bにおけるスイッチW3のオンおよびオフを切り替える。
リップルフィルタ回路部12bは、供給路100を介して電源装置50から供給される電源電圧#60に含まれるリップル(電源装置50において除去しきれなかった交流成分および他の制御回路によるノイズ)を除去する。これによって、リップルフィルタ回路部12b(すなわち、電圧安定化装置1b)からはリップルの除去された直流電圧(電源電圧♯61)が増幅器51に供給される。
抵抗R4は、リップルフィルタ回路部12bと並列に設けられている。抵抗R4の抵抗値は、トランジスタによるリップル削減に影響を与えずないようにできる限り大きな値とする。
なお、本実施形態では、抵抗R4はリップルフィルタ回路部12bとは独立した回路しているが、もちろんリップルフィルタ回路部12bに含まれる回路としてもよい。
(リップルフィルタ回路部12bの詳細)
続いて、リップルフィルタ回路部12bのより具体的な構成について以下に説明する。図4に示すように、リップルフィルタ回路部12bは、トランジスタT1、コンデンサC1、抵抗R3、スイッチW3を備えた回路である。リップルフィルタ回路部12bを構成する回路について具体的に説明する。
図4に示すように、図1と同様に、トランジスタT1のコレクタには、供給路100が接続されており、トランジスタT1のエミッタには供給路101が接続されている。
抵抗R3の一端は、供給路100に接続されており、他端は、スイッチW3の一端に接続されている。ここで、抵抗R3は電源電圧に含まれるリップルを除去するために適した抵抗値を有する制御抵抗である。また、スイッチW3の他端は、トランジスタT1のベースに接続されている。
これによって、リップルフィルタ回路部12bでは、スイッチW3がオンのとき、トランジスタT1のベースは、抵抗R3を介して供給路100に接続される構成となっている。
また、トランジスタT1のベースには、一端が接地されたコンデンサC1のもう一端が接続されている。コンデンサC1は、電源電圧#60に含まれるリップルを除去する役割を有している。
スイッチW3は、制御信号#67の供給を受けるとオンになり、制御信号#67の供給が停止されるとオフになる。
(電圧安定化装置1bの動作の詳細)
次に、電圧安定化装置1bの動作の詳細について以下に説明する。実施形態1の場合と同様に、電圧安定化装置1bの初期状態(電力の供給がない状態)では、スイッチW3の状態はオフである。
まず、ユーザの操作などにより電源装置50が起動すると、電圧安定化装置1bに対して電力の供給が開始される。このとき、制御部11bおよび出力電圧検出部10が起動する。ここで、スイッチW3の状態はオフであるため、トランジスタT1のベースには電流が供給されない。すなわち、出力電圧♯61は抵抗R4を備えた供給路103を介して出力される。
出力電圧検出部10bは、供給路101における出力電圧#61の電圧の検出を開始する。出力電圧検出部10bは、検出された出力電圧#61の値と予め定められている基準電圧値Bとを比較する。
出力電圧#61の値が基準電圧値B以上である場合、出力電圧検出部10bは、制御部11に対して制御信号#66を出力する。
制御信号♯66の入力を受けた制御部11bは、スイッチW3の状態をオンに切り替えるようにリップルフィルタ回路部12を制御する。より具体的には、制御部11は、リップルフィルタ回路部12bに対して制御信号#67を出力する。制御信号♯67を受けたリップルフィルタ回路部12は、スイッチW3の状態をオフからオンへと遷移させる。
抵抗R3は、出力電圧#61に含まれるリップルを除去するために適した抵抗値をとるため、スイッチW3の状態がオンであれば、トランジスタT1のベースに十分な電流が供給される。これによって、電圧安定化装置1bは、供給路101を介して増幅器51が駆動するための十分な電流を供給することができる。トランジスタT1のベースに十分な電流が供給される場合、すなわちスイッチW3の状態がオンである場合とは、トランジスタT1の入力電圧(コレクタ電圧)と出力電圧(エミッタ電圧)とが略一致するようにリップル回路部12bの抵抗値が設定されている場合である。
一方、出力電圧#61の値が基準電圧値B未満である場合、出力電圧検出部10bは、制御部11bに対して制御信号を出力しない。これによって、スイッチW3の状態はオンに遷移しないため、トランジスタT1のベースには電流が供給されない。
このため、増幅器51に発生した短絡等の異常により、出力電圧#61の電圧値が基準電圧Bに達しない場合には、リップルフィルタ回路部12bにおけるトランジスタT1のベースには電流が供給されない。したがって、増幅器51における短絡などに起因した過電流によってトランジスタT1が破壊されることを防止することができる。
なお、実施形態1と同様に、スイッチW3がオンとなった後も出力電圧検出部10bは出力電圧♯61における電圧値が基準電圧値B以上であるか否かを検出し続ける。もし、検出した出力電圧♯61の値が基準電圧値B未満となった場合には、出力電圧検出部10bは制御部11に対して、制御信号#62の供給を停止する。これを受けて、制御部11は制御信号♯67の供給を停止する。これによって、スイッチW3の状態は、オフ状態に遷移する。
これによって、増幅器51に発生した短絡等の異常により、出力電圧#61の電圧値が基準電圧Bに達しない場合、出力電圧#61の出力が停止される。したがって、増幅器51における短絡などに起因した過電流によってトランジスタT1が破壊されることを防止することができる。
以上説明したように、電圧安定化装置1bであっても、電圧安定化装置1と同様に、トランジスタT1のエミッタ電流の大きさを計測することなく、トランジスタT1に過電流が流れることを防止することができる。したがって、電圧安定化装置1bであっても、電圧安定化装置1の場合と同様に、電圧安定化装置1bおいて生じる電力の浪費を低減することができる。
なお、電圧安定化装置1bには、抵抗R4に直列に接続されているスイッチが設けられていてもよい。この場合、制御部11bは、電源装置の起動時にそのスイッチの状態をオンに遷移させるように制御する制御信号を供給する。そして、制御部11bは、制御信号♯67をリップルフィルタ回路部12bに供給すると共に、そのスイッチの状態をオンにするように制御する制御信号の供給を停止する。
(電圧安定化装置を備えた増幅器)
実施形態1および2では、電圧安定化装置1(電圧安定化装置1b)を増幅器51と別体の部材として説明しているが、電圧安定化装置1(電圧安定化装置1b)は増幅器51内部に備えられていてもよい。すなわち、電圧安定化装置1(電圧安定化装置1b)を増幅器51とは一体の部材であってもよい。
(付記事項)
本実施形態ではトランジスターが1個の場合を例に挙げて説明いているが、もちろんこれに限定されるものではない。例えば、電流増幅率を増やしたり、駆動制御の関係により複数のトランジスターを使用した場合でも、本実施形態において説明した技術を用いて回路を構成することができる。
信号処理部52は、一定時間以上入力される信号がない場合には、電圧安定化装置1(電圧安定化装置1b)の電源をオフにするような信号を送るようにしてもよい。これにより、増幅器51が駆動していない際に電圧安定化装置1(電圧安定化装置1b)において無駄な電力が消費されることを防ぐことができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明に係る電圧安定化装置は、増幅器に供給される電流における交流成分を除去する電圧安定化装置として好適に用いることができる。
1 電圧安定化装置
1b 電圧安定化装置
10 出力電圧検出部(検出手段)
10b 出力電圧検出部(検出手段)
11 制御部(設定手段)
11b 制御部(設定手段)
12 リップルフィルタ回路部(リップルフィルタ回路)
12b リップルフィルタ回路部(リップルフィルタ回路)
50 電源装置
51 増幅器
52 信号処理部
53 出力部
500 スピーカ装置
500b スピーカ装置
R1 抵抗(第1の制御抵抗)
R2 抵抗(第2の制御抵抗)
R3 抵抗(第3の制御抵抗)
R4 抵抗(第4の制御抵抗)
T1 トランジスタ
C1 コンデンサ
C2 コンデンサ
W1 スイッチ
W2 スイッチ
W3 スイッチ

Claims (7)

  1. 入力電圧である直流電圧に含まれる交流成分およびノイズを除去するリップルフィルタ回路であって、トランジスタを用いたリップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置において、
    当該電圧安定化装置から出力される出力電圧を検出する検出手段と、
    上記トランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する設定手段と、をさらに備えており、
    上記設定手段は、検出される出力電圧が所定の閾値に達すると、上記出力電圧が上記入力電圧に略一致するように上記抵抗値を設定し、検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記抵抗値を上記出力電圧と上記入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に設定することを特徴とする電圧安定化装置。
  2. 上記リップルフィルタ回路は、
    トランジスタと、
    一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が接地されているコンデンサと、
    一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が上記トランジスタのコレクタに接続されている第1の制御抵抗と、
    上記第1の制御抵抗に対して並列に接続されており、かつ、当該第1の制御抵抗よりも抵抗値の低い第2の制御抵抗と、を含み、
    上記設定手段は、
    検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記第1の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第1の制御信号を供給し、
    検出される出力電圧が上記閾値に達した後は、上記第2の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第2の制御信号を供給することを特徴とする請求項1に記載の電圧安定化装置。
  3. 上記リップルフィルタ回路は、
    トランジスタと、
    一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が接地されているコンデンサと、
    一端が上記トランジスタのベースに接続されており、他端が上記トランジスタのコレクタに接続されている第3の制御抵抗と、を含み、
    上記設定手段は、
    検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記第3の制御抵抗に対して電流が流れるように上記リップルフィルタ回路を制御する第3の制御信号の供給を停止し、上記リップルフィルタ回路に対して並列に接続されている第4の制御抵抗に対して電流が流れるようにし、
    検出される出力電圧が上記閾値に達した後は、上記第3の制御信号を供給することを特徴とする請求項1に記載の電圧安定化装置。
  4. 上記設定手段は、上記閾値に達した出力電圧が当該閾値未満になった場合、上記第1の制御信号および上記第2の制御信号の供給を停止することを特徴とする請求項2に記載の電圧安定化装置。
  5. 上記設定手段は、上記閾値に達した出力電圧が当該閾値未満になった場合、上記第3の制御信号の供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の電圧安定化装置。
  6. 入力電圧である直流電圧に含まれる交流成分およびノイズを除去するリップルフィルタ回路であって、トランジスタを用いたリップルフィルタ回路を備えた電圧安定化装置におけるリップルフィルタ回路の保護方法であって、
    当該電圧安定化装置から出力される出力電圧を検出する検出ステップと、
    上記検出ステップにおいて検出された出力電圧に応じて、上記トランジスタのコレクタとベースとの間の抵抗値を設定する設定ステップと、を含み、
    上記設定ステップでは、検出される出力電圧が所定の閾値に達すると、上記抵抗値を上記出力電圧が上記入力電圧に略一致するように設定し、検出される出力電圧が上記閾値に達するまでは、上記抵抗値を上記出力電圧と上記入力電圧とを略一致させる抵抗値よりも大きい値に設定することを特徴とするリップルフィルタ回路の保護方法。
  7. 請求項1から5のいずれか1項に記載の電圧安定化装置を備えた増幅器。
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WO2023002744A1 (ja) * 2021-07-20 2023-01-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 電源安定化回路

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