JP3774385B2 - 増幅器の保護回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は増幅回路にかかり、特に増幅回路の電源としてスイッチング電源を用いた増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の増幅回路の保護回路を示す図である。図において、Ｖｃｃは増幅回路の電源、Ｔｒ１，Ｔｒ２は増幅トランジスタ、Ｒｓ，Ｒｅは電流検出用抵抗、ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４，ｒ５は抵抗、Ｔｒ３，Ｔｒ４は電流検出用トランジスタ、Ｓｗはリレースイッチ、ＲＬはスピーカ等の負荷である。
【０００３】
前記電流検出用トランジスタＴｒ３およびＴｒ４は、回路に流れる電流をそれぞれ抵抗ＲｓおよびＲｅに生じる電圧として検出し、過電流を検出したときには、スピーカ等の負荷につながるリレースイッチＳｗをＯＦＦにして負荷を切り離したり、図示しない電源の一次回路に挿入したリレースイッチをＯＦＦにして電灯線から電源回路を切り離す等して、出力トランジスタのみならず電源回路も含めた装置全体を過電流による破壊から保護している。
【０００４】
図７は、一般に電源回路として用いられる安定化電源回路の電圧−電流特性を示す図である。図に示すように、電源電圧Ｖｃｃは、過電流の程度に応じて低下するので、増幅回路の動作が不安定となる領域まで電源電圧が急激に下がることはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、増幅回路の電源として、効率化の観点からスイッチング電源が利用されるようになった。一般にスイッチング電源は、電源回路を過電流による破壊から保護するために、図２に示すような急峻な垂下特性を持つ過電流保護回路を内蔵している。このような電源回路をオーディオアンプに採用すると次のような問題が生じる。
【０００６】
まず、接続するスピーカのインピーダンスが、８Ω、４Ω、２Ωと小さくした場合、前記過電流保護回路はスピーカに流れる電流を略一定値に制限するため、スピーカ出力が１／２、１／４と減少してしまう。近年、スピーカを低インピーダンス化して、見かけ上の能率を向上して大容量スピーカを得ようとする動きが顕著であるが、このような動きに増幅器が対応できない場合が生じる。特に１Ω、２Ωといった低インピーダンスのスピーカに対しても充分な電流供給能力をもつ電源回路を搭載することはコストの面から無理が生じる。
【０００７】
また、使用中に過電流によりアンプ回路に供給される電源電圧が急激に下がるとアンプ回路の動作点が狂い不安定な動作となることである。
【０００８】
さらに、スイッチング電源搭載のアンプにおいて、不安定な動作となる以前に保護回路が動作するようにすると、スピーカの負荷インピーダンスによっては音楽信号のピークレベルにおいて保護回路が働き、スピーカから出力される音楽が途切れ途切れとなることがある。
【０００９】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、スイッチング電源を利用した増幅器に低インピーダンスの負荷を使用する場合においても、出力の低下が少なく、かつ操作性の良好な増幅器の保護回路を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１１】
入力信号を増幅して負荷に供給する増幅器を保護する増幅器の保護回路において、増幅器の入力信号のピークレベルを圧縮する圧縮手段および入力信号の信号レベルを減衰する減衰手段を備えた入力回路と、増幅器に電力を供給するスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路の出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が過電流を検出したとき、検出した電流に応じて、前記圧縮手段による入力信号のピークレベルの圧縮、前記減衰手段による入力信号の信号レベルの減衰を行う制御回路とを備える。また、さらに、前記制御回路は、前記電源回路の出力側の開放、および前記電源回路の入力側の開放を行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる増幅器の保護回路を示す図である。図において、１は入力デジタルオーディオ信号をＰＷＭ変調するＤＳＰ（Digital signal processor）、２はオーディオアンプ等の増幅器、３は出力フィルタ、４はスピーカ等の負荷である。５は増幅器の保護回路全体を制御する制御回路であり、マイコン等で構成することができる。６は増幅器の保護回路の状態を表示する表示器、７は増幅器用の電源回路９の出力電流を検出する電流検出回路、８は前記制御回路用のスタンバイ電源、９は前記増幅器２に電力を供給する電源回路であり、スイッチング電源で構成する。１０は商用の交流電源である。Ｓ１は電源スイッチ、Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は制御回路５がオンオフ制御するリレースイッチである。
【００１３】
図２は、本実施形態における電源回路として使用するスイッチング電源回路の電圧−電流特性を示す図である。図に示すように、電源電圧Ｅは、定格電流の１２０％程度の過電流で急激に低下する。
【００１４】
オーディオアンプの出力は、通常、負荷インピーダンス８Ωの負荷を接続した状態における出力が標準である。しかし、近年では、接続されるスピーカーのインピーダンスは６Ω、あるいは４Ωと低インピーダンス化が進んでいる。出力Ｐ＝Ｖ^２／Ｒであるから、出力電圧Ｖが一定である場合、すなわち定電圧アンプの場合はスピーカーのインピーダンスが低くなれば最大出力は大きくなる。しかし、これには、電源回路より十分な電流が供給されることが前提である。
【００１５】
一般の安定化電源回路は、前述のように図７のような特性をもつため、現実的にはスピーカのインピーダンスが半分になっても２倍の出力が得られるわけではない。しかし、負荷インピーダンスが８Ωのときよりは４Ωのときの方が出力は大きくなる。
【００１６】
これに対して、前述のように、スイッチング電源では過電流による破壊を防ぐため定格電流の１２０％程度で保護回路が働くように設計する。前記一般の安定化電源回路はヒューズによる過電流保護を行っているため瞬間的な過電流は充分に供給することができるが、スイッチング電源はその構成から保護回路は瞬時に働いて、過電流を制限する。仮に保護回路が働かない場合でも発振周波数の限界、パルスデューティ比の限界、トランスの限界等の理由から過電流時にはその出力は大きく低下する。
【００１７】
したがって、増幅器の電源にスイッチング電源を用いた場合は、その供給電流がほぼ一定となる。この場合、増幅器の出力はＰ＝Ｉ^２Ｒとも表せるのでスピーカーのインピーダンスＲが１／２になると、出力も１／２となり、充分な音量が得られない。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態ではデジタル信号に変換されたオーディオ信号をＰＷＭ変調信号に変換するため、入力回路としてＤＳＰを用いている。デジタル増幅器における最大音量はフルビットの時に得られる。低インピーダンスのスピーカーを使用する場合、負荷インピーダンスが８Ωのときと同じ出力電圧にレベル設定をしても、保護回路により増幅器出力電流が制限されることから、負荷インピーダンスが４Ωであれば、８Ωのときの１／２の電圧で出力電力は制限されることになる。
【００１９】
そこで、本実施形態では電源回路９の出力線（あるいは電源回路内部のトランスの２次巻線等でもよい）に電流検出回路７を設け、この情報を制御回路５に取り込みＤＳＰ１で入力信号のピークレベルを圧縮するピーク圧縮を行う（ＤＳＰを用いたデジタル式圧縮回路）。また、電流検出回路７の情報を再度取り込みさらに圧縮を要するか否かを判断する。このピーク圧縮により、特にクラシック音楽のようにダイナミックレンジの広い音楽では聴感上の音量レベルを下げることなく電流の頭打ちによる歪みまたは保護回路の動作による音切れを防止できる。前記ピーク圧縮を数段階にわけて行った後、未だ過電流が検出される場合には、ＤＳＰ１で入力信号の信号レベルを減衰させるレベル調整を行う。
【００２０】
レベル調整はステップ的に行い、その都度過電流検出回路の情報を参照して、数段階行う。このとき音量は減じられるが音は途切れることはない。この段階までは可能な限り音楽等の再生を続ける。数段階にわたるレベル調整（実質的には−３から−６ｄＢ程度）の後でも過電流検出回路から過電流を示す信号が送られてくる場合は、負荷短絡と判断して負荷（スピーカ）をつなぐリレースイッチＳ４を解放して負荷を遮断する。
【００２１】
負荷が遮断された状態でも電源回路に異常電流が流れている場合は、増幅器の故障が考えられるため、電源回路と増幅器をつなぐ電源供給路のリレースイッチＳ３を解放して増幅器電源供給路を遮断する。電源回路から増幅器を遮断しても異常電流である信号が制御回路５に送られ続けられる場合には、電源回路自体、あるいは保護回路全体の故障が考えられ、通電しておくことは危険であるので、商用電源１０につながる１次側のリレースイッチＳ２を解放して増幅回路全体の動作を止める。表示回路６には、それぞれのステップに応じて、ピーク圧縮、レベル調整、出力ＯＦＦ、増幅器ＯＦＦ、電源ＯＦＦ等の表示を行い、動作状態を使用者に知らせる。
【００２２】
図３は、制御回路の処理を説明する図である。まず、ステップ１において、電流検出回路７が過電流を検出した否かを判定する。過電流を検出した場合はステップ２に進み、ＤＳＰ１を用いてピーク圧縮処理を行う。なお、前記ピーク圧縮処理は数段階にわけて行うことができる。次いでステップ３に進み、電流検出回路７が過電流を検出した否かを判定する。過電流を検出した場合はステップ４に進み、ＤＳＰ１で入力信号の信号レベルを減衰させるレベル調整を行う。なお、前記信号レベルを減衰させるレベル調整は数段階にわけて行うことができる。次いでステップ５に進み、電流検出回路７が過電流を検出した否かを判定する。過電流を検出した場合はステップ６に進み、負荷（スピーカ）をつなぐリレースイッチＳ４を開放して負荷を遮断する。次いでステップ７に進み、電流検出回路７が過電流を検出した否かを判定する。過電流を検出した場合はステップ８に進み、電源供給路のリレースイッチＳ３を開放して増幅器電源供給路を遮断する。次いでステップ９に進み、電流検出回路７が過電流を検出した否かを判定する。過電流を検出した場合はステップ１０に進み、商用電源１０につながる１次側のリレースイッチＳ２を開放して増幅回路全体の動作をとめる。なお、前記ステップ１，３，５，７，９において、過電流を検出しない場合はステップ１に戻る。また、前記ステップ２，４，６，８においては行った処理を表示器６に表示することができる。
【００２３】
図４は、増幅器としてアナログ増幅器を使用した例を示す図である。この例ではピーク圧縮および入力信号の信号レベルの減衰を減衰器１ａおよび圧縮器１ｂで行っている。なお、図において図１に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。この例に示す回路はピーク圧縮と信号レベルの調整をＤＳＰではなくアナログ回路で行うもので、その回路動作や保護回路の動作は前記図１に示す回路と同様である。
【００２４】
図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ前記圧縮器を示す図である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、スイッチング電源を利用した増幅器に低インピーダンスの負荷を使用する場合においても、出力の低下が少なく、かつ操作性の良好な増幅器の保護回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる増幅器の保護回路を示す図である。
【図２】スイッチング電源回路の電圧−電流特性を示す図である。
【図３】制御回路の処理を説明する図である。
【図４】増幅器としてアナログ増幅器を使用した例を示す図である。
【図５】圧縮器を示す図である。
【図６】従来の増幅回路の保護回路を示す図である。
【図７】安定化電源回路の電圧−電流特性を示す図である。
【符号の説明】
１ ＤＳＰ
２ 増幅器
３ 出力フィルタ
４ 負荷（スピーカ）
５ 制御回路
６ 表示器
７ 電流検出回路
８ スタンバイ電源
９ 電源回路
１０ 交流電源
Ｓ１ 電源スイッチ
Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ リレースイッチ

Claims (4)

1. 入力信号を増幅して負荷に供給する増幅器を保護する増幅器の保護回路において、増幅器の入力信号のピークレベルを圧縮する圧縮手段および入力信号の信号レベルを減衰する減衰手段を備えた入力回路と、増幅器に電力を供給するスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路の出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が過電流を検出したとき、検出した電流に応じて、前記圧縮手段による入力信号のピークレベルの圧縮、前記減衰手段による入力信号の信号レベルの減衰を行う制御回路とを備えることを特徴とする増幅器の保護回路。
2. 入力信号を増幅して負荷に供給する増幅器を保護する増幅器の保護回路において、増幅器の入力信号のピークレベルを圧縮する圧縮手段および入力信号の信号レベルを減衰する減衰手段を備えた入力回路と、増幅器に電力を供給するスイッチング電源回路と、該スイッチング電源回路の出力電流を検出する電流検出回路と、前記電流検出回路が過電流を検出したとき、検出した電流に応じて、前記圧縮手段による入力信号のピークレベルの圧縮、前記減衰手段による入力信号レベルの減衰、前記スイッチング電源回路の出力側の開放、および前記スイッチング電源回路の入力側の開放を行う制御回路とを備えることを特徴とする増幅器の保護回路。
3. 請求項１ないし請求項２の何れか１項に記載した増幅器の保護回路において、前記圧縮手段は入力信号のピークレベルを複数の段階に分けて圧縮し、前記減衰手段は入力信号の信号レベルを複数の段階に分けて減衰することを特徴とする増幅器の保護回路。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載した増幅器の保護回路において、前記増幅器はオーディオ増幅器であることを特徴とする増幅器の保護回路。

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