JP3893309B2

JP3893309B2 - Audio amplifier, abnormality detection device, and abnormality detection method

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Publication number: JP3893309B2
Application number: JP2002109027A
Authority: JP
Inventors: 未穂佐藤; 亜樹子菅谷; 実生河西; 剛志内藤
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: JP2003304123A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオーディオアンプ及びオーディオアンプの異常検出装置、並びにオーディオアンプの異常検出方法に関し、特に動作中にもオーディオアンプの異常を監視するようにしたオーディオアンプ及びその異常検出装置並びに異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオアンプは主としてプリアンプと該プリアンプの出力を増幅してスピーカに与える電力増幅回路とで構成される。前記プリアンプ及び電力増幅回路はステレオ再生用に通常は２チャンネル分を備えるか、それ以上の多チャンネル分の回路を備える。以下の説明では、説明を容易にするために１チャンネル分の回路について説明する。
前記電力増幅回路の実際の回路構成は多種多様であるが、車両用オーディオ機器のごとき単電源で駆動される電力増幅回路にあってはＢＴＬ（Balanced Transformer Less）方式の回路が多く採用され、その他のホーム用などの両極性電源で駆動される電力増幅回路にあってはＳＥＰＰ回路（Single Ended Push-Pull Circuit）が多く採用されている。
【０００３】
前記ＢＴＬ回路では、プリアンプの出力から同相と逆相の２つの信号を生成し、該２つの信号を２つの電力増幅回路でそれぞれ増幅して、互いに位相が逆極性の2つのオーディオ信号を1チャンネル分のオーディオ出力としてスピーカに与える。オーディオアンプが正常動作をしている場合、前記２つの電力増幅回路から出力されるそれぞれの信号は、動作基準電圧がほぼ電源電圧Ｖｃｃの１／２である。そして、スピーカの２端子間に与えられる電圧の直流成分はほぼゼロであり、オーディオ信号に応じた交流成分のみがスピーカに与えられる。
一方、前記ＳＥＰＰ回路の場合は、プラスマイナス電源の中点がグランド線に接続され、正常動作をしている場合、その出力電圧の平均値（動作基準電圧）はほぼゼロであり、グランドラインの電圧と同じである。そして、出力されるオーディオ信号の直流分はほぼゼロであり、オーディオ信号に応じた交流成分のみがスピーカに与えられる。
【０００４】
しかし、ＢＴＬ回路でもＳＥＰＰ回路でも、オーディオアンプ、特に電力増幅回路に何らかの異常があった場合には、スピーカに大きな直流電圧が印加されたり、過大な交流電圧が印加されて、スピーカが破壊される可能性がある。かかる問題の主たる原因は、電力増幅回路に与えられるオフセット電圧や、トランジスタやＦＥＴなどの出力半導体の短絡などである。
【０００５】
これらの問題を回避する一つの提案が特開２０００−１７４５７１号公報に開示されている。同公報に開示された技術によれば、スピーカを損傷しないようにするために、スピーカを駆動するＢＴＬ構成の２個の電力増幅器を有するＢＴＬ増幅装置において、前記２個の電力増幅器出力の差電圧を検出する検出手段と、前記差電圧検出手段で検出された差電圧が所定値より大か否かを判定する判定手段とにより直流オフセット検出装置を構成し、前記電力増幅器に信号が入力されない期間に前記直流オフセット検出装置を動作させて、前記差電圧が所定値以上である場合には、前記電力増幅回路からスピーカへの信号出力を停止するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記した特開２０００−１７４５７１号公報に開示されている方法では、オーディオアンプの異常を検出するのは、オーディオ信号がアンプに入力されていない無信号状態のときに限定される。このため、オーディオアンプの異常検出処理は、オーディオアンプの電源をＯＮにした時や、信号源を切り替えた時など、再生対象のオーディオ信号が電力増幅回路に入力されていない状態下に限定して行われる。
しかしながら、オーディオアンプの異常状態は電力増幅回路からオーディオ信号を出力しているときに発生することもあり、かかる場合には異常が検出されるのは異常発生から相当時間経過してから後になり、異常発生直後にスピーカを保護することが出来ないという問題があった。
【０００７】
本発明は前記した課題を解決するためになされたもので、その目的の一つは、オーディオアンプの動作異常を有信号状態で、すなわちアンプの動作中に検出する方法及び装置を提供することであり、他の目的は、動作異常が生じたときに早期にそれを検出し、スピーカの破壊を防止するようにしたオーディオアンプ、異常検出装置及び異常検出方法を提供することである。を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、電力増幅回路と、該電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えているか否かを有信号状態において判別する出力信号判別手段と、該出力信号判別手段の出力を用いて、前記電力増幅回路の出力信号の電圧が連続して閾値を超えていた時間長を計測する時間計測手段とを備え、前記時間計測手段で計測した時間が所定の時間長を超えた場合に、前記電力増幅回路の出力を停止するようにしたオーディオアンプである。
【０００９】
第２の発明は、プリアンプと、該プリアンプの出力がコンデンサを介して与えられる電力増幅回路と、前記電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えたか否かを有信号状態において判別する第１判別手段と、前記プリアンプの出力信号の電圧が前記閾値とは異なる所定の閾値を超えたか否かを判別する第２判別手段とを備え、前記第２判別手段の出力が否定で、前記第１判別手段の出力が肯定である場合に、前記電力増幅回路の出力を停止するようにしたオーディオアンプである。
【００１０】
第３の発明は、電力増幅回路と、有信号状態にある前記電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記電力増幅回路の動作基準電圧より所定値だけ高い第１の閾値より高いときに所定振幅の出力信号を出す第１比較手段と、有信号状態にある前記電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記動作基準電圧より前記所定値だけ低い第２の閾値より低いときに前記所定振幅の出力信号を出す第２比較手段とを備え、前記第１比較手段の出力の積分値と前記第２比較手段の出力の積分値との差が所定の範囲内にない場合に、前記電力増幅回路の出力を停止するようにしたオーディオアンプである。
【００１１】
第４の発明は、電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えているか否かを有信号状態において判別する出力信号判別手段と、該出力信号判別手段の出力を用いて、前記電力増幅回路の出力信号の電圧が連続して閾値を超えていた時間長を計測する時間計測手段とを備え、前記時間計測手段で計測した時間が所定の時間長を超えた場合に、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出装置である。
【００１２】
第５の発明は、プリアンプの出力がコンデンサを介して与えられる電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えたか否かを有信号状態において判別する第１判別手段と、前記プリアンプの出力信号の電圧が前記閾値とは異なる所定の閾値を超えたか否かを判別する第２判別手段とを備え、前記第２判別手段の出力が否定で、前記第１判別手段の出力が肯定である場合に、前記プリアンプと前記電力増幅回路とを含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出装置である。
【００１３】
第６の発明は、有信号状態にある電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記電力増幅回路の動作基準電圧より所定値だけ高い第１の閾値より高いときに所定振幅の出力信号を出す第１比較手段と、有信号状態にある前記電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記動作基準電圧より前記所定値だけ低い第２の閾値より低いときに前記所定振幅の出力信号を出す第２比較手段とを備え、前記第１比較手段の出力の積分値と第２比較手段の出力の積分値との差が所定の範囲内にない場合に、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出装置である。
【００１４】
第７の発明は、電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えているか否かを有信号状態において判別する出力信号判別ステップと、該出力信号判別ステップでの判別結果を用いて、前記電力増幅回路の出力信号の電圧が連続して閾値を超えていた時間長を計測する時間計測ステップとを有し、前記時間計測ステップで計測した時間が所定の時間長を超えた場合に、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出方法である。
【００１５】
第８の発明は、プリアンプの出力がコンデンサを介して与えられる電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えたか否かを有信号状態において判別する第１判別ステップと、前記プリアンプの出力信号の電圧が前記閾値とは異なる所定の閾値を超えたか否かを判別する第２判別ステップとを有し、前記第２判別ステップでの判別結果が否定で、前記第１判別ステップでの判別結果が肯定である場合に、前記プリアンプと前記電力増幅回路とを含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出方法である。
【００１６】
第９の発明は、電力増幅回路の出力信号の電圧が所定の閾値を超えているか否かを有信号状態において判別する出力信号判別ステップと、該出力信号判別ステップの処理を所定時間おきに繰り返し行う繰り返しステップとを有し、該繰り返しステップにおける判別結果において、肯定が所定回数連続出現した場合、または肯定が所定の率以上である場合に、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出方法である。
【００１７】
第１０の発明は、有信号状態にある電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記電力増幅回路の動作基準電圧より所定値だけ高い第１の閾値より高いときに所定振幅の出力信号Ｓｘを出す第１比較ステップと、有信号状態にある前記電力増幅回路の出力信号の電圧が、前記動作基準電圧より前記所定値だけ低い第２の閾値より低いときに前記所定振幅の出力信号Ｓｙを出す第２比較ステップとを有し、前記出力信号Ｓｘの積分値と前記出力信号Ｓｙの積分値との差が所定の範囲内にない場合に、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別するようにしたオーディオアンプの異常検出方法である。
【００１８】
第１１の発明は、第７の発明は又は第９の発明のオーディオアンプの異常検出方法において、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であると判別した場合に、前記電力増回路への入力信号の振幅を小さくして、前記電力増幅回路を含むオーディオアンプが異常であるか否かを再度判別するようにしたオーディオアンプの異常検出方法である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明のオーディオアンプでは、オーディオ信号が電力増幅回路に入力されている状態で、アンプ動作に異常があるか否かを判別し、異常ありと判別した場合には電力増幅回路の出力をスピーカに与えないように制御する。オーディオ信号は基本的に交流信号であり、電力増幅回路の出力信号は、殆どの場合動作基準電圧を中心とした交流信号であり、その平均値は動作基準電圧とほぼ一致し、動作基準電圧から見てプラス側だけ或いはマイナス側だけに偏ることは無い。
【００２０】
前記オーディオ信号の性質を利用して、本発明におけるオーディオアンプの動作異常判別では、電力増幅回路の出力信号をオーディオ信号が含まれている状態で観察し、前記出力信号の電圧が所定の閾値を超え、かつ連続して前記閾値を超えた時間が所定時間より長い場合に異常であると判別することを基本とする。
なお、以下の記載では、オーディオ信号が電力増幅回路に入力されている状態を、有信号状態とも記す。
【００２１】
以下、本発明の実施例について図と共に説明する。図１は本発明オーディオアンプの第１実施例を示すブロック図である。本発明のオーディオアンプは通常２チャンネル以上のオーディオ信号を扱うが、説明を容易にするために本願明細書及び図面では１チャンネル分だけについて記述する。
図１に示すオーディオアンプ１０において、再生対象のオーディオ信号はコンデンサ１１を介してプリアンプ１３に与えられる。プリアンプ１３はトーンコントロール回路や電子ボリュームを含むが図示は省略されている。プリアンプ１３はコンデンサ１５を介して電力増幅回路１９に与えられる。電力増幅回路１９の入力側にはバイアス電圧ＶＢが抵抗１７を介して与えられる。
【００２２】
電力増幅回路１９は、ＢＴＬ回路を構成する２つの出力回路のうちの一方の電力増幅回路、又は、ＳＥＰＰ回路である。前記したように、ＢＴＬ回路は単電源で駆動され、電力増幅回路１９から出力されるオーディオ信号の平均電圧（動作基準電圧）は電源電圧の略１／２である。また、ＳＥＰＰ回路はプラスマイナス両電源で駆動され、電力増幅回路１９から出力されるオーディオ信号の平均電圧（動作基準電圧）は両電源の中点が接続されているグランド線の電圧とほぼ等しく、ここではグランド線の電圧を０ボルトとする。
【００２３】
電力増幅回路１９の出力はスイッチ２１を介してスピーカ２３に与えられると共に、出力信号判別手段２５に与えられる。判別手段５０は出力信号判別手段２５と時間計測手段２７と比較手段２８とで構成され、電力増幅回路１９の出力信号が異常であるか否かを、プリアンプ１３から電力増幅回路１９にオーディオ信号が入力されている状態（有信号状態）において、常時判別処理を行う。
出力信号判別手段２５は、例えば差動増幅器を用いたコンパレータであり、電力増幅回路１９の出力信号の電圧Ｖ０が、予め定めた上方閾値Ｖ２を超えるか、或いは予め定めた下方閾値Ｖ１よりさらに低くなるとＨレベル信号を出力し、それ以外ではＬレベル信号を出力する。
【００２４】
時間計測手段２７は出力信号判別手段２５からＨが出力された場合に、連続してＨが出力された時間をタイマを用いて計測し、その値Ｔｓｃを比較手段２８に与える。比較手段２８は時間計測手段２７から与えられた時間Ｔｓｃと予め定めた所定の時間長Ｔｔｈと比較し、ＴｓｃがＴｔｈより大きい場合には、オーディオアンプ１０の動作が異常であると判別し、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２９に対してＨレベル信号を出力し、それ以外の場合はオーディオアンプ１０の動作が正常であると判別し、ＭＰＵ２９に対してＬレベル信号を出力する。
【００２５】
ＭＰＵ２９は比較手段２８からＨｉｇｈレベル信号（以下Ｈレベル信号とも記す）が出力された場合に、制御信号をスイッチ２１に与えてスイッチ２１を開き、電力増幅回路１９からスピーカ２３への出力供給を停止する。したがって、グランド線から見た電力増幅回路１９の出力電圧Ｖ０が、前記時間Ｔｔｈより長い時間にわたって、連続して所定の閾値範囲を超えたときに、オーディオアンプは異常であると判別され、スイッチ２１を開くことにより、スピーカ２３が保護される。
【００２６】
図２は本発明における時間計測のタイミング及び閾値を説明する図であり、判別手段５０の動作説明を補助するものである。図２において、Ｖｓは電力増幅回路１９の動作基準電圧でありグランドラインからの電圧である。前記Ｖｓは通常、単電源電圧Ｖｃｃの略１／２であるか、プラスマイナス両電源の場合は略ゼロである。Ｖ２は上方閾値であり、Ｖ１は下方閾値である。通常は（Ｖ２−Ｖｓ）と（Ｖｓ−Ｖ１）は等しく設定される。
【００２７】
出力信号判別手段２５は、電力増幅回路１９の出力電圧Ｖ０がＶ２より高くなった（時刻ｔ１からｔ２まで）か、或いはＶ１より低くなった（時刻ｔ３からｔ４まで）ときに、時間計測手段２７に対してＨを出力する。時間計測手段２７は時間（ｔ２−ｔ１）又は時間（ｔ４−ｔ３）をタイマにより計測し、時間長Ｔｓｃとして比較手段２８に与える。比較手段２８は前記時間長Ｔｓｃを時間閾値Ｔｔｈと比較する。そして、出力電圧Ｖ０が上方閾値Ｖ２と下方閾値Ｖ１の範囲内にない時間Ｔｓｃが時間閾値Ｔｔｈより大きいときに、オーディオアンプが異常であると判別し、ＭＰＵ２９に対してＨレベル信号を出力する。比較手段２８からＨが出力されるまでは、前記した観察が判別手段５０で継続される。
【００２８】
なお、前記比較手段２８において前記時間Ｔｓｃと比較される時間閾値Ｔｔｈは、固定とせずに、プリアンプ１３におけるボリュームの設定値、トーンコントロールの設定状態、信号源機器の種類などに応じて変更するようにしても良く、こうすることにより、より正確にアンプの異常を検出することが出来る。
また、ＭＰＵ２９に接続される表示装置を備えて、アンプの異常検出の進行状態や、異常検出結果を表示するようにすれば操作者にとって便利である。さらに、操作者がプリアンプのボリュームや音質の設定を変更している間は、誤判別を少なくするために、前記した判別手段５０によるアンプ異常の判別を行わないようにしても良い。これらは、以下に述べる第２実施例以降の実施例においても同様である。
【００２９】
図３は本発明オーディオアンプの第２実施例を示すブロック図である。図３と図１とで同一機能、同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３と図１との主たる違いは、図３に示すオーディオアンプ２０では電力増幅回路１９の出力が第１判別手段３１に与えられ、プリアンプ１３の出力が第２判別手段３３に与えられ、さらにインバータ３５、ＡＮＤゲート３７が設けられている点である。第１判別手段３１は電力増幅回路１９の出力信号の電圧Ｖ０と所定の上方閾値Ｖ２及び下方閾値Ｖ１とを比較し、電力増幅回路１９の動作が異常であるか否かを仮に判別し、異常であると仮判別したときにＨレベル信号をＡＮＤゲート３７に与える。なお、第１判別手段３１での仮判別は所定の時間間隔で繰り返し行われ、設定する閾値電圧は図２に示すＶ１及びＶ２と同じである。
【００３０】
第２判別手段３３はプリアンプ１３の出力信号の電圧を観察し、プリアンプ１３の動作が異常であるか否かを仮に判別し、異常であると仮判別したときにＨレベル信号をＡＮＤゲート３７に与える。すなわち、第２判別手段３３はプリアンプ１３の出力信号の電圧と所定の上方閾値Ｖ２ｐ及び下方閾値Ｖ１ｐとを比較し、プリアンプ１３の動作が異常であるか否かを仮に判別し、異常であると仮判別したときにＨをインバータ３５に与える。第２判別手段３３での仮判別は所定の時間間隔で繰り返し行われるが、第１判別手段３１における仮判別と第２判別手段３３における仮判別は同期させて同じタイミングで行われる。
【００３１】
プリアンプ１３の出力信号において、あるべき平均値（動作基準電圧）をＶｓｐ、上方閾値をＶ２ｐ、下方閾値をＶ１ｐとすれば、（Ｖ２ｐ−Ｖｓｐ）は（Ｖ２−Ｖｓ）×Ｍ／Ｇｍに設定される。ここに、Ｇｍは電力増幅回路１９の電圧ゲインであり、例えば２６ｄｂである。また、Ｍは１未満の正の数であり、例えば０．７である。同様に、（Ｖｓｐ−Ｖ１ｐ）は（Ｖｓ−Ｖ１）×Ｍ／Ｇｍに設定される。前記ＭはＧｍのばらつきやオーディオ信号の内容によって、電力増幅回路が異常である、との誤判別をするリスクを軽減するための係数である。
【００３２】
第２判別手段３３の出力はインバータ３５で反転される。ＡＮＤゲート３７には第１判別手段３１の出力とインバータ３５の出力とが印加され、その出力はＭＰＵ２９に与えられる。これにより、第１判別手段３１でアンプが異常であると仮判別され、且つ第２判別手段３３でプリアンプ１３が異常でないと仮判別されたときに、最終的にアンプが異常であると判別され、ＭＰＵ２９に対してＨが出力される。したがって、例えば音量調節用ボリュームを上げすぎた場合に、第１判別手段３１でも第２判別手段３３でも異常であると仮判別される可能性が高いが、その場合には、アンプは異常ではないと最終的に判別され、ＡＮＤゲート３７からはＬｏｗレベル信号（以下、Ｌレベル信号とも記す）が出力される。このようにして、高頻度にスイッチ２１が開かれるのを防止する。
【００３３】
図４は本発明オーディオアンプの第３実施例における異常検出方法を示す図である。図８は本発明オーディオアンプの第３実施例を示すブロック図である。図８と図１とで同一機能、同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８では図１に示す時間計測手段２７、比較手段２８に代えて集計手段６１が設けられ、出力信号判別手段２５と集計手段６１とで判別手段６０が構成されている。図１を用いて説明した第１実施例とこの第３実施例との大きな違いは、アンプが異常であるか否かの仮判別を出力信号判別手段２５で所定時間おきにサンプリングして得、こうして得られた複数回のサンプリング結果を用いて、アンプが異常であるか否かの判別を集計手段６１で行って最終的な判別を行う点である。出力信号判別手段２５による仮判別は例えば５ｍｓ間隔で行い、集計手段６１は例えば１２回のサンプリング値を用いて判別を行う。判別手段６０による動作異常の検出は異常が検出されるまで継続して行われる。
【００３４】
図４には、集計手段６１で最終的な判別を行う前に行う仮判別のサンプリング回数を１２とした場合の例が示されている。図４の（Ａ）は、１２回の前記仮判別で５回以上連続して異常であると仮判別した場合に、最終的に異常であると判別する場合の例を示し、時刻ｔ７でＨレベル信号が出力される。同図の（Ｂ）は、前記した１２回の仮判別において、連続する７回の仮判別のうち６回以上で異常であるとの仮判別が出た場合に、最終的にアンプが異常であると判別する場合の例を示し、時刻ｔ５でＨレベル信号を出力する。
【００３５】
同図の（Ｃ）は前記した１２回の仮判別において、４回以上連続する「異常」の仮判別が２回起きた場合に、最終的にアンプが異常であると判別する場合の例を示し、時刻ｔ６でＨレベル信号を出力する。図４に示す第３実施例によれば、オーディオアンプが異常であるか否かの判別を短時間で実行した場合にも、サンプリングするタイミングやオーディオ信号の内容によって、アンプが異常であるか否かの判別が異なるのを防止することができる。
【００３６】
図５は本発明オーディオアンプの第３実施例における異常検出処理を示す図である。図５において、ステップＳ１１では繰り返し回数Ｒｅｐ＝１とおいて初期化し、ステップＳ１３では、電力増幅回路の出力信号の電圧Ｖ０が、現在、所定の閾値を超えているか、サンプリングして調べ、アンプが異常であるか否かを仮判別してステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、前記仮判別で異常が検出された場合（異常と仮判別された場合）はステップＳ１７へ進み、それ以外はステップＳ２５へ進む。ステップＳ１７では仮判別において、所定回数連続して異常を検出した場合（異常であると仮判別した場合）はステップＳ２１へ進み、それ以外はステップＳ１９へ進む。
【００３７】
ステップＳ１９では、異常発生率（異常と仮判別した割合）が所定値を超えた場合はステップＳ２１へ進み、それ以外はステップＳ２５へ進む。ステップＳ２１ではアンプが異常である、と最終的に判別してステップＳ２３へ進み、ステップＳ２３では電力増幅回路の出力を停止してこのフローを終了する。ステップＳ２５では繰り返し回数Ｒｅｐが１２回を越えたか否かを判別し、越えている場合はステップＳ１１へ進み、超えていない場合はステップＳ２７へ進む。ステップＳ２７では、Ｒｅｐの値をインクリメントしてステップＳ１３へ進み、アンプが異常であるか否かの仮判別を繰り返す処理を行う。
なお、ステップＳ１９の処理では異常発生率（異常と仮判別した割合）が所定値以上か否かを判別してもよく、さらに、ステップＳ１９の処理では、図４の（Ｃ）に示すように、所定回数以上の連続した「異常」仮判別が、所定回数以上あったか否かを判別するようにしても良い。また、ステップＳ１１以降の処理は電力増幅回路からオーディオ信号を出力している間にも、所定時間間隔で実行される。
【００３８】
図６は本発明オーディオアンプの第４実施例を示すブロック図である。図６と図３とで同一機能、同一作用の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６に示すオーディオアンプ３０では、電力増幅回路１９の出力Ｖ０が第１比較手段４１と第２比較手段４３とに与えられ、第１比較手段４１、第２比較手段４３の出力はそれぞれ第１積分回路４５、第２積分回路４７を介して差動アンプ４９に与えられる。
【００３９】
電力増幅回路１９の出力信号の電圧Ｖ０が、前記電力増幅回路の動作基準電圧Ｖｓより所定値だけ高い閾値Ｖ２より高い間は、第１比較手段４１は、所定振幅のＨレベル信号を第１積分回路４５に出力する。前記電力増幅回路１９の出力信号の電圧Ｖ０が、前記動作基準電圧Ｖｓより前記所定値だけ低い閾値Ｖ１より低い間は、第２比較手段４３は、前記所定振幅のＨレベル信号を第２積分回路４７に出力する。前記第１比較手段４１及び第２比較手段４３は例えば差動増幅器を用いたコンパレータで構成する。
【００４０】
第１比較手段４１は、電力増幅回路１９の出力電圧Ｖ０が図２に示す上方閾値Ｖ２を上側へ越えている間、Ｈレベルを第１積分回路４５へ出力し、第２比較手段４３は、電力増幅回路１９の出力電圧Ｖ０が図２に示す下方閾値Ｖ１を下側へ越えている間、Ｈレベルを第２積分回路４７へ出力する。ただし、この第４実施例では、動作基準電圧Ｖｓと各閾値Ｖ２、Ｖ１との間の電位差（Ｖ２−Ｖｓ）、（Ｖｓ−Ｖ１）は等しくなるように、前記Ｖ２、Ｖ１を設定する。
【００４１】
第１比較手段４１、第２比較手段４３の出力は第１積分回路４５、第２積分回路４７でそれぞれ積分され、この積分結果が差動アンプ４９に与えられる。差動アンプ４９では第１積分回路４５の出力と第２積分回路４７の出力との差分が算出され、差動アンプ５１の同相入力線と差動アンプ５３の逆相入力線とに与えれれる。差動アンプ５１の逆相入力線には＋側閾値Ｖｔｐが印加され、差動アンプ５３の同相入力線には−側閾値Ｖｔｍが印加される。
【００４２】
差動アンプ４９から出力される差分信号が＋側閾値Ｖｔｐより高いときに差動アンプ５１はＨレベルをＯＲゲート５５に出力し、差動アンプ４９から出力される差分信号が−側閾値Ｖｔｍより低いときに差動アンプ５３はＨレベルをＯＲゲート５５に出力する。差動アンプ５１、差動アンプ５３の出力はＯＲゲート５５に印加され、ＯＲゲート５５の出力はＭＰＵ２９に与えられる。
【００４３】
前記したように、差動アンプ４９の出力電圧が所定の範囲内（前記ＶｔｐとＶｔｍの間）にない場合に、ＯＲゲート５５から異常を通知するＨレベル信号がＭＰＵ２９に与えられ、ＭＰＵ２９はスイッチ２１を開いてスピーカ２３を保護する。
オーディオアンプ３０がプラスマイナス両電源で駆動されるアンプである場合は、ＶｔｐとＶｔｍは符号だけが異なる同じ値であり、差動アンプ４９から出力される差分信号の電圧の絶対値がＶｔｐより大なるときに、オーディオアンプ３０が異常であると判別され、ＭＰＵ２９はスイッチ２１を開いてスピーカ２３を保護する。
【００４４】
電力増幅回路１９の出力信号が正常なオーディオ信号であれば、電圧Ｖ０は動作基準電圧Ｖｓの上側にある時間と、下側にある時間とが概略同一であり、また、電圧Ｖ０が上方閾値Ｖ２より高くなる時間と、下方閾値Ｖ１より低くなる時間とが概略同一になる。換言すれば、電圧Ｖ０が上方閾値Ｖ２より高くなる時間と、下方閾値Ｖ１より低くなる時間とが大きく異なる場合は、オーディオアンプ３０の動作が異常である可能性が高く、アンプが異常であるとの判別をしてＨレベル信号をＭＰＵ２９に与える。この第４実施例は、前記した交流信号の性質を利用したものである。
【００４５】
図７は本発明オーディオアンプの第５実施例における異常検出処理を示す図である。この第５実施例は、図１に示す第１実施例又は図８に示す第３実施例において、オーディオアンプの動作が異常であると一旦判別した場合に、プリアンプ１３の音量調節用ボリュームを絞ってプリアンプ１３から電力増幅回路１９へ出力するオーディオ信号の振幅をある程度小さくし、アンプが異常であるか否かの判別を再度行い、この再判別の結果を最終的な判別とすることにより、誤判別によって頻繁にスピーカの音響が途切れるのを防止するようにしたものである。例えば、電力増幅回路１９への入力信号が大きすぎることによって生じる誤判別を防ぐことが出来る。
【００４６】
図７において、ステップＳ３１ではオーディオアンプの異常が検出されたときにステップＳ３３へ進み、ステップＳ３３では、ボリュームを絞り電力増幅回路の入力信号の振幅を小さくしてステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５ではオーディオアンプが異常であるか否かを再判別してステップＳ３７へ進む。ステップＳ３７では、前記再判別において異常が検出された場合はステップＳ３９へ進み、検出されていない場合はステップＳ３１へ進む。ステップＳ３９では、オーディオアンプが異常であると最終的に判別してステップＳ４１へ進み、ステップＳ４１では、電力増幅回路１９の出力を停止してこのフローを終了する。
【００４７】
前記ステップＳ３３の処理では、操作者の設定とは無関係に、音量調節用ボリュームや音質調整器を含むプリアンプ１３のゲインＧｐが次のように設定される。すなわち、Ｓｍａｘをプリアンプ１３に入力される信号の最大振幅（ピーク〜ピーク値）、Ｍを１より小さい正の数、Ｇｖを電力増幅回路１９のゲイン、Ｖｗを電力増幅回路１９の出力信号に対する上方閾値Ｖ２と下方閾値Ｖ１との差（Ｖ２−Ｖ１）とすれば、Ｇｐ＝Ｖｗ×Ｍ／（Ｓｍａｘ×Ｇｖ）と設定する。
前記Ｍの値を１より小さくするのは、電力増幅回路ゲインのばらつきや、オーディオ信号の内容によってアンプ異常が頻繁に検出されるのを防止するためであり、例えば０．７に設定する。
【００４８】
以上詳述したように、本発明を適用した実施の形態によれば、オーディオアンプを動作状態（電力増幅回路にオーディオ信号が入力されている状態）に維持したままで、オーディオアンプの異常を検出するから、オーディオアンプの異常が生じてから、短時間で電力増幅回路の動作を停止するか、スイッチなどにより電力増幅回路からスピーカへの出力を停止することが出来、スピーカを速やかに保護することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明オーディオアンプの第１実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明における時間計測のタイミング及び閾値を説明する図である。
【図３】本発明オーディオアンプの第２実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明オーディオアンプの第３実施例における異常検出方法を示す図である。
【図５】本発明オーディオアンプの第３実施例における異常検出処理を示す図である。
【図６】本発明オーディオアンプの第４実施例を示すブロック図である。
【図７】本発明オーディオアンプの第５実施例における異常検出処理を示す図である。
【図８】本発明オーディオアンプの第３実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１、１５コンデンサ
１３プリアンプ
１９電力増幅回路
２１スイッチ
２３スピーカ
２５出力信号判別手段
２７時間計測手段
２８比較手段
２９マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
３１第１判別手段
３３第２判別手段
３５インバータ
３７ＡＮＤゲート
４１第１比較手段
４３第２比較手段
４５第１積分回路
４７第２積分回路
４９、５１、５３差動アンプ
５０、６０判別手段
６１集計手段
５５ＯＲゲート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to audio amplifiers and audio amplifier abnormality detection. apparatus , And audio amplifier abnormality detection method, particularly an audio amplifier that monitors the abnormality of the audio amplifier during operation And its abnormality detection device, and The present invention relates to an anomaly detection method.
[0002]
[Prior art]
The audio amplifier is mainly composed of a preamplifier and a power amplifier circuit that amplifies the output of the preamplifier and gives it to the speaker. The preamplifier and the power amplifier circuit usually have two channels for stereo reproduction or more multi-channel circuits. In the following description, a circuit for one channel will be described for ease of explanation.
The actual circuit configuration of the power amplifier circuit is diverse, but BTL (Balanced Transformer Less) system circuits are often used in power amplifier circuits driven by a single power source such as audio equipment for vehicles. In a power amplifier circuit driven by a bipolar power source for home use, a SEPP circuit (Single Ended Push-Pull Circuit) is often used.
[0003]
The BTL circuit generates two signals of the same phase and opposite phases from the output of the preamplifier, amplifies the two signals by two power amplifier circuits, and outputs two audio signals having opposite phases to each other in one channel. Give audio to the speaker as audio output in minutes. When the audio amplifier is operating normally, the operation reference voltage of each of the signals output from the two power amplifier circuits is approximately ½ of the power supply voltage Vcc. The DC component of the voltage applied between the two terminals of the speaker is almost zero, and only the AC component corresponding to the audio signal is applied to the speaker.
On the other hand, in the case of the SEPP circuit, when the midpoint of the plus / minus power supply is connected to the ground line and operates normally, the average value of the output voltage (operation reference voltage) is almost zero, and the ground line Same as voltage. The direct current component of the output audio signal is almost zero, and only the alternating current component corresponding to the audio signal is given to the speaker.
[0004]
However, if there is any abnormality in the audio amplifier, particularly the power amplifier circuit, in both the BTL circuit and the SEPP circuit, a large DC voltage is applied to the speaker or an excessive AC voltage is applied to destroy the speaker. there is a possibility. The main cause of such a problem is an offset voltage applied to the power amplifier circuit or a short circuit of an output semiconductor such as a transistor or FET.
[0005]
One proposal for avoiding these problems is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-174571. According to the technique disclosed in the publication, in order to prevent damage to the speaker, in a BTL amplifying apparatus having two power amplifiers having a BTL configuration for driving the speaker, a difference voltage between the two power amplifier outputs. A DC offset detector comprising a detecting means for detecting the difference voltage and a determining means for determining whether or not the difference voltage detected by the difference voltage detecting means is greater than a predetermined value, and a period during which no signal is input to the power amplifier When the DC offset detector is operated and the differential voltage is equal to or greater than a predetermined value, signal output from the power amplifier circuit to the speaker is stopped.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-174571, the abnormality of the audio amplifier is detected only when the audio signal is not input to the amplifier and is in a no-signal state. For this reason, the audio amplifier abnormality detection process is limited to a state in which the audio signal to be reproduced is not input to the power amplifier circuit, such as when the power of the audio amplifier is turned on or when the signal source is switched. Done.
However, the abnormal state of the audio amplifier may occur when outputting an audio signal from the power amplifier circuit. In such a case, the abnormality is detected after a considerable time has elapsed since the occurrence of the abnormality, There was a problem that the speaker could not be protected immediately after the abnormality occurred.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and one of its purposes is to provide a method and apparatus for detecting an abnormal operation of an audio amplifier in a signaled state, that is, during the operation of the amplifier. The other purpose is an audio amplifier that detects the abnormal operation at an early stage and prevents the destruction of the speaker. , Abnormality detection device and abnormality detection method Is to provide. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and the first invention discriminates in a signaled state whether or not the voltage of an output signal of the power amplifier circuit and the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value. Output signal determining means, and using the output of the output signal determining means, time measuring means for measuring the length of time that the voltage of the output signal of the power amplifier circuit has continuously exceeded the threshold, and the time The audio amplifier is configured to stop the output of the power amplifier circuit when the time measured by the measuring means exceeds a predetermined time length.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, a preamplifier, a power amplifier circuit to which an output of the preamplifier is applied via a capacitor, and whether or not a voltage of an output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold are determined in a signaled state. First discriminating means and second discriminating means for discriminating whether or not the voltage of the output signal of the preamplifier exceeds a predetermined threshold different from the threshold, wherein the output of the second discriminating means is negative, The audio amplifier is configured to stop the output of the power amplifier circuit when the output of the first determination means is affirmative.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit and the power amplifier circuit in a signaled state is higher than a first threshold value that is higher than the operation reference voltage of the power amplifier circuit by a predetermined value, the predetermined amplitude Output of the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the presence of signal is lower than a second threshold value that is lower than the operation reference voltage by the predetermined value. Second comparing means for outputting a signal, and when the difference between the integrated value of the output of the first comparing means and the integrated value of the output of the second comparing means is not within a predetermined range, the power amplifying circuit This is an audio amplifier that stops output.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an output signal discriminating unit that discriminates in a signal state whether or not a voltage of an output signal of the power amplifying circuit exceeds a predetermined threshold, and using the output of the output signal discriminating unit, A time measuring means for measuring a time length during which the voltage of the output signal of the amplifier circuit has continuously exceeded the threshold, and the power amplification when the time measured by the time measuring means exceeds a predetermined time length This is an audio amplifier abnormality detection device for determining that an audio amplifier including a circuit is abnormal.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided first determination means for determining, in a signaled state, whether or not a voltage of an output signal of a power amplifier circuit to which an output of a preamplifier is given via a capacitor exceeds a predetermined threshold, and an output of the preamplifier Second discriminating means for discriminating whether or not the voltage of the signal exceeds a predetermined threshold different from the threshold, wherein the output of the second discriminating means is negative and the output of the first discriminating means is positive. In this case, the audio amplifier abnormality detection device is configured to determine that an audio amplifier including the preamplifier and the power amplifier circuit is abnormal.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, an output signal having a predetermined amplitude is output when a voltage of an output signal of a power amplifier circuit in a signaled state is higher than a first threshold value that is higher by a predetermined value than an operation reference voltage of the power amplifier circuit. And a second comparison that outputs the output signal having the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the signal-connected state is lower than a second threshold value that is lower than the operation reference voltage by the predetermined value. Means and The output of the first comparing means; Integral value and Of the output of the second comparison means The audio amplifier abnormality detection device is configured to determine that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal when a difference from the integrated value is not within a predetermined range.
[0014]
The seventh invention uses an output signal determination step for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value in a signaled state, and a determination result in the output signal determination step, A time measurement step of measuring a time length during which the voltage of the output signal of the power amplifier circuit has continuously exceeded the threshold, and when the time measured in the time measurement step exceeds a predetermined time length, An audio amplifier abnormality detection method for determining that an audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a first determination step for determining, in a signaled state, whether or not a voltage of an output signal of a power amplifier circuit to which an output of a preamplifier is given via a capacitor exceeds a predetermined threshold, and an output of the preamplifier A second determination step for determining whether or not the voltage of the signal exceeds a predetermined threshold value different from the threshold value, wherein the determination result in the second determination step is negative and the determination in the first determination step When the result is affirmative, the audio amplifier abnormality detection method is configured to determine that the audio amplifier including the preamplifier and the power amplifier circuit is abnormal.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, an output signal determining step for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value in a signaled state, and the processing of the output signal determining step are repeated every predetermined time A repeat step to be performed, and in the determination result in the repeat step, if affirmation appears continuously a predetermined number of times, or if affirmation is greater than or equal to a predetermined rate, the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal This is a method of detecting an abnormality of an audio amplifier that is determined.
[0017]
The tenth aspect of the invention outputs an output signal Sx having a predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the signal-provided state is higher than a first threshold value that is higher than the operation reference voltage of the power amplifier circuit by a predetermined value. A first comparison step; a first output step for outputting the output signal Sy having the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the presence of a signal is lower than a second threshold value that is lower than the operation reference voltage by the predetermined value. And determining whether the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal when the difference between the integrated value of the output signal Sx and the integrated value of the output signal Sy is not within a predetermined range. This is a method for detecting an abnormality in an audio amplifier.
[0018]
An eleventh aspect of the invention is the audio amplifier abnormality detection method according to the seventh aspect of the invention or the ninth aspect, wherein when the audio amplifier including the power amplifier circuit is determined to be abnormal, the input to the power increase circuit In this audio amplifier abnormality detection method, the amplitude of the signal is reduced to determine again whether or not the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. In the audio amplifier of the present invention, it is determined whether or not the amplifier operation is abnormal while the audio signal is input to the power amplifier circuit. If it is determined that there is an abnormality, the output of the power amplifier circuit is output to the speaker. Control not to give. The audio signal is basically an AC signal, and the output signal of the power amplifier circuit is an AC signal centered on the operation reference voltage in most cases, and the average value is almost the same as the operation reference voltage. There is no bias toward the positive side or the negative side.
[0020]
In the operation abnormality determination of the audio amplifier in the present invention using the property of the audio signal, the output signal of the power amplifier circuit is observed in a state where the audio signal is included, and the voltage of the output signal has a predetermined threshold value. Basically, it is determined that there is an abnormality when the time that exceeds and continuously exceeds the threshold is longer than a predetermined time.
In the following description, the state where the audio signal is input to the power amplifier circuit is also referred to as a signaled state.
[0021]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an audio amplifier according to the present invention. The audio amplifier of the present invention normally handles audio signals of two or more channels, but only one channel is described in this specification and the drawings for easy explanation.
In the audio amplifier 10 shown in FIG. 1, the audio signal to be reproduced is given to the preamplifier 13 via the capacitor 11. The preamplifier 13 includes a tone control circuit and an electronic volume, which are not shown. The preamplifier 13 is supplied to the power amplifier circuit 19 via the capacitor 15. A bias voltage VB is applied to the input side of the power amplifier circuit 19 via a resistor 17.
[0022]
The power amplification circuit 19 is one of the two output circuits constituting the BTL circuit, or a SEPP circuit. As described above, the BTL circuit is driven by a single power supply, and the average voltage (operation reference voltage) of the audio signal output from the power amplifier circuit 19 is approximately ½ of the power supply voltage. The SEPP circuit is driven by both plus and minus power supplies, and the average voltage (operation reference voltage) of the audio signal output from the power amplifier circuit 19 is substantially equal to the voltage of the ground line to which the midpoint of both power supplies is connected. Here, the voltage of the ground line is 0 volts.
[0023]
The output of the power amplifier circuit 19 is given to the speaker 23 via the switch 21 and also to the output signal discrimination means 25. The discriminating means 50 comprises an output signal discriminating means 25, a time measuring means 27, and a comparing means 28. An audio signal is sent from the preamplifier 13 to the power amplifying circuit 19 to determine whether or not the output signal of the power amplifying circuit 19 is abnormal. In the input state (signaled state), the discrimination process is always performed.
The output signal discriminating means 25 is a comparator using, for example, a differential amplifier, and the voltage V0 of the output signal of the power amplifier circuit 19 exceeds a predetermined upper threshold value V2 or lower than a predetermined lower threshold value V1. Then, an H level signal is output, otherwise an L level signal is output.
[0024]
When H is output from the output signal discriminating means 25, the time measuring means 27 measures the time during which H is continuously output using a timer, and gives the value Tsc to the comparing means 28. The comparison means 28 compares the time Tsc given from the time measurement means 27 with a predetermined time length Tth, and if Tsc is greater than Tth, it determines that the operation of the audio amplifier 10 is abnormal, and An H level signal is output to the processor (MPU) 29. Otherwise, it is determined that the operation of the audio amplifier 10 is normal, and an L level signal is output to the MPU 29.
[0025]
When a high level signal (hereinafter also referred to as an H level signal) is output from the comparison unit 28, the MPU 29 provides a control signal to the switch 21 to open the switch 21, and stops supplying power from the power amplifier circuit 19 to the speaker 23. To do. Therefore, the output voltage V0 of the power amplifier circuit 19 viewed from the ground line is longer than the time Tth. In Thus, when the predetermined threshold range is continuously exceeded, it is determined that the audio amplifier is abnormal, and the speaker 23 is protected by opening the switch 21.
[0026]
FIG. 2 is a diagram for explaining the timing and threshold value of time measurement in the present invention, and assists the explanation of the operation of the discriminating means 50. In FIG. 2, Vs is an operation reference voltage of the power amplifier circuit 19 and is a voltage from the ground line. The Vs is normally approximately ½ of the single power supply voltage Vcc, or approximately zero in the case of both positive and negative power supplies. V2 is an upper threshold value and V1 is a lower threshold value. Usually, (V2-Vs) and (Vs-V1) are set equal.
[0027]
The output signal discriminating means 25 is a time measuring means 27 when the output voltage V0 of the power amplifier circuit 19 becomes higher than V2 (from time t1 to t2) or lower than V1 (from time t3 to t4). H is output. The time measuring means 27 measures the time (t2-t1) or the time (t4-t3) with a timer, and gives it to the comparing means 28 as a time length Tsc. The comparison means 28 compares the time length Tsc with the time threshold value Tth. When the time Tsc when the output voltage V0 is not within the range between the upper threshold value V2 and the lower threshold value V1 is greater than the time threshold value Tth, it is determined that the audio amplifier is abnormal, and an H level signal is output to the MPU 29. Until the comparison unit 28 outputs H, the above-described observation is continued by the determination unit 50.
[0028]
The time threshold Tth to be compared with the time Tsc in the comparison means 28 is not fixed, but is changed according to the volume setting value in the preamplifier 13, the tone control setting state, the type of the signal source device, and the like. Anyway, by doing so, it is possible to detect the abnormality of the amplifier more accurately.
In addition, it is convenient for the operator if a display device connected to the MPU 29 is provided to display the progress of the abnormality detection of the amplifier and the abnormality detection result. Further, while the operator is changing the preamplifier volume and sound quality settings, the determination of the amplifier abnormality by the determination means 50 may not be performed in order to reduce erroneous determination. The same applies to the second and subsequent embodiments described below.
[0029]
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the audio amplifier of the present invention. Elements having the same function and action in FIGS. 3 and 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The main difference between FIG. 3 and FIG. 1 is that in the audio amplifier 20 shown in FIG. 3, the output of the power amplifier circuit 19 is given to the first discriminating means 31, the output of the preamplifier 13 is given to the second discriminating means 33, and An inverter 35 and an AND gate 37 are provided. The first determination means 31 compares the voltage V0 of the output signal of the power amplifier circuit 19 with predetermined upper threshold value V2 and lower threshold value V1, and temporarily determines whether or not the operation of the power amplifier circuit 19 is abnormal. When it is tentatively determined that the signal is “H”, an H level signal is supplied to the AND gate 37. The provisional determination by the first determination unit 31 is repeatedly performed at predetermined time intervals, and the threshold voltages to be set are the same as V1 and V2 shown in FIG.
[0030]
The second discriminating means 33 observes the voltage of the output signal of the preamplifier 13 and tentatively discriminates whether or not the operation of the preamplifier 13 is abnormal. When it is tentatively discriminated that it is abnormal, the H level signal is sent to the AND gate 37. give. That is, the second determination means 33 compares the voltage of the output signal of the preamplifier 13 with the predetermined upper threshold value V2p and the lower threshold value V1p, and temporarily determines whether the operation of the preamplifier 13 is abnormal. When temporarily determined, H is given to the inverter 35. Although the temporary determination in the second determination unit 33 is repeatedly performed at predetermined time intervals, the temporary determination in the first determination unit 31 and the temporary determination in the second determination unit 33 are performed at the same timing in synchronization.
[0031]
In the output signal of the preamplifier 13, if Vsp is an average value (operation reference voltage), V2p is an upper threshold value, and V1p is a lower threshold value, (V2p−Vsp) is set to (V2−Vs) × M / Gm. The Here, Gm is a voltage gain of the power amplifying circuit 19, and is 26 db, for example. M is a positive number less than 1, for example 0.7. Similarly, (Vsp−V1p) is set to (Vs−V1) × M / Gm. The M is a coefficient for reducing the risk of misjudging that the power amplifier circuit is abnormal due to variations in Gm and the contents of the audio signal.
[0032]
The output of the second determination means 33 is inverted by the inverter 35. The output of the first discriminating means 31 and the output of the inverter 35 are applied to the AND gate 37, and the output is given to the MPU 29. As a result, when the first determination unit 31 temporarily determines that the amplifier is abnormal and the second determination unit 33 temporarily determines that the preamplifier 13 is not abnormal, it is finally determined that the amplifier is abnormal. , H is output to the MPU 29. Therefore, for example, if the volume adjustment volume is increased too much, there is a high possibility that the first determination means 31 and the second determination means 33 are tentatively determined to be abnormal, but in that case, the amplifier is not abnormal. The AND gate 37 outputs a low level signal (hereinafter also referred to as an L level signal). In this way, the switch 21 is prevented from being opened frequently.
[0033]
FIG. 4 is a diagram showing an abnormality detection method in the third embodiment of the audio amplifier of the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the audio amplifier of the present invention. In FIG. 8 and FIG. 1, elements having the same function and the same action are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 8, a counting unit 61 is provided in place of the time measuring unit 27 and the comparing unit 28 shown in FIG. 1, and the output signal determining unit 25 and the counting unit 61 constitute a determining unit 60. A major difference between the first embodiment described with reference to FIG. 1 and the third embodiment is obtained by sampling the provisional determination as to whether the amplifier is abnormal or not by the output signal determination means 25 every predetermined time, Using the sampling results obtained a plurality of times in this way, the final determination is made by determining whether or not the amplifier is abnormal by the counting means 61. The provisional determination by the output signal determination unit 25 is performed at intervals of, for example, 5 ms, and the totalization unit 61 performs determination using, for example, 12 sampling values. The operation abnormality detection by the determination unit 60 is continuously performed until an abnormality is detected.
[0034]
FIG. 4 shows an example in which the number of samplings for provisional discrimination performed before the final discrimination by the counting unit 61 is 12. FIG. 4A shows an example of a case where it is finally determined that there is an abnormality when it is temporarily determined that there is an abnormality five times or more in the tentative determination of 12 times, and H at time t7. A level signal is output. (B) in the figure shows that, in the above-mentioned 12 tentative discriminations, if a tentative discrimination of 6 or more out of 7 consecutive tentative discriminations is made, the amplifier is finally abnormal. An example in which it is determined that there is an H level signal is output at time t5.
[0035]
(C) in the figure shows an example in the case where it is finally determined that the amplifier is abnormal when the tentative determination of “abnormality” four times or more occurs twice in the above-described 12 temporary determinations. The H level signal is output at time t6. According to the third embodiment shown in FIG. 4, whether or not the amplifier is abnormal depending on the sampling timing and the content of the audio signal even when the determination as to whether or not the audio amplifier is abnormal is executed in a short time. It is possible to prevent the determination of the difference.
[0036]
FIG. 5 is a diagram showing an abnormality detection process in the third embodiment of the audio amplifier of the present invention. In FIG. 5, initialization is performed by setting the number of repetitions Rep = 1 in step S11, and in step S13, it is sampled to check whether the voltage V0 of the output signal of the power amplifier circuit currently exceeds a predetermined threshold. Is temporarily determined, the process proceeds to step S15. In step S15, if an abnormality is detected in the temporary determination (when it is temporarily determined abnormal), the process proceeds to step S17. Otherwise, the process proceeds to step S25. In step S17, if an abnormality is detected continuously for a predetermined number of times in the temporary determination (when it is temporarily determined that there is an abnormality), the process proceeds to step S21.
[0037]
In step S19, the process proceeds to step S21 if the abnormality occurrence rate (the ratio that is provisionally determined to be abnormal) exceeds a predetermined value, and the process proceeds to step S25 otherwise. In step S21, it is finally determined that the amplifier is abnormal, and the process proceeds to step S23. In step S23, the output of the power amplifier circuit is stopped and this flow is ended. In step S25, it is determined whether or not the number of repetitions Rep has exceeded 12. If the number of repetitions has exceeded, the process proceeds to step S11, and if not, the process proceeds to step S27. In step S27, the value of Rep is incremented, and the process proceeds to step S13, where a process of repeating provisional determination as to whether or not the amplifier is abnormal is performed.
In the process of step S19, it may be determined whether or not the abnormality occurrence rate (the ratio that is temporarily determined as abnormal) is equal to or greater than a predetermined value. Further, in the process of step S19, as shown in FIG. Alternatively, it may be determined whether or not the continuous “abnormal” provisional determination of a predetermined number of times or more has occurred a predetermined number of times or more. Further, the processing after step S11 is executed at predetermined time intervals while the audio signal is being output from the power amplifier circuit.
[0038]
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the audio amplifier according to the present invention. Elements having the same function and the same action in FIG. 6 and FIG. In the audio amplifier 30 shown in FIG. 6, the output V0 of the power amplifying circuit 19 is given to the first comparing means 41 and the second comparing means 43, and the outputs of the first comparing means 41 and the second comparing means 43 are respectively the first comparing means 41 and the second comparing means 43. The signal is supplied to the differential amplifier 49 via the integration circuit 45 and the second integration circuit 47.
[0039]
While the voltage V0 of the output signal of the power amplifier circuit 19 is higher than the threshold value V2 higher than the operation reference voltage Vs of the power amplifier circuit by a predetermined value, the first comparing means 41 performs the first integration on the H level signal having a predetermined amplitude. Output to the circuit 45. While the voltage V0 of the output signal of the power amplifier circuit 19 is lower than the threshold value V1 that is lower than the operation reference voltage Vs by the predetermined value, the second comparing means 43 outputs the H level signal having the predetermined amplitude to the second integrating circuit. Output to 47. The first comparing means 41 and the second comparing means 43 are constituted by a comparator using a differential amplifier, for example.
[0040]
The first comparison means 41 outputs the H level to the first integration circuit 45 while the output voltage V0 of the power amplifier circuit 19 exceeds the upper threshold value V2 shown in FIG. 2, and the second comparison means 43 While the output voltage V0 of the power amplifier circuit 19 exceeds the lower threshold value V1 shown in FIG. 2, the H level is output to the second integrating circuit 47. However, in the fourth embodiment, V2 and V1 are set so that the potential differences (V2−Vs) and (Vs−V1) between the operation reference voltage Vs and the threshold values V2 and V1 are equal.
[0041]
The outputs of the first comparison means 41 and the second comparison means 43 are integrated by the first integration circuit 45 and the second integration circuit 47, respectively, and the integration result is given to the differential amplifier 49. In the differential amplifier 49, the difference between the output of the first integrating circuit 45 and the output of the second integrating circuit 47 is calculated and applied to the in-phase input line of the differential amplifier 51 and the negative-phase input line of the differential amplifier 53. The + side threshold value Vtp is applied to the reverse phase input line of the differential amplifier 51, and the − side threshold value Vtm is applied to the in-phase input line of the differential amplifier 53.
[0042]
When the differential signal output from the differential amplifier 49 is higher than the positive threshold Vtp, the differential amplifier 51 outputs an H level to the OR gate 55, and the differential signal output from the differential amplifier 49 is lower than the negative threshold Vtm. When low, the differential amplifier 53 outputs an H level to the OR gate 55. The outputs of the differential amplifier 51 and the differential amplifier 53 are applied to the OR gate 55, and the output of the OR gate 55 is supplied to the MPU 29.
[0043]
As described above, when the output voltage of the differential amplifier 49 is not within a predetermined range (between the Vtp and Vtm), the H level for notifying the abnormality from the OR gate 55 signal Is supplied to the MPU 29, and the MPU 29 opens the switch 21 to protect the speaker 23.
When the audio amplifier 30 is an amplifier driven by both plus and minus power supplies, Vtp and Vtm have the same value except for the sign, and the absolute value of the voltage of the differential signal output from the differential amplifier 49 is larger than Vtp. When it is determined that the audio amplifier 30 is abnormal, the MPU 29 opens the switch 21 to protect the speaker 23.
[0044]
If the output signal of the power amplifier circuit 19 is a normal audio signal, the voltage V0 has approximately the same time as the time above the operation reference voltage Vs and the time below the voltage Vs, and the voltage V0 is the upper threshold value V2. The time when it becomes higher and the time when it becomes lower than the lower threshold value V1 are substantially the same. In other words, when the time when the voltage V0 is higher than the upper threshold V2 and the time when the voltage V0 is lower than the lower threshold V1 are greatly different, it is highly possible that the operation of the audio amplifier 30 is abnormal, and the amplifier is abnormal. And an H level signal is given to the MPU 29. The fourth embodiment utilizes the above-described properties of the AC signal.
[0045]
FIG. 7 is a diagram showing an abnormality detection process in the fifth embodiment of the audio amplifier of the present invention. In the fifth embodiment, when the operation of the audio amplifier is once determined to be abnormal in the first embodiment shown in FIG. 1 or the third embodiment shown in FIG. The amplitude of the audio signal output from the preamplifier 13 to the power amplifier circuit 19 is reduced to some extent, and it is determined again whether or not the amplifier is abnormal. In other words, the sound of the speaker is frequently prevented from being interrupted. For example, it is possible to prevent erroneous determination caused by an input signal to the power amplifier circuit 19 being too large.
[0046]
In FIG. 7, when an abnormality of the audio amplifier is detected in step S31, the process proceeds to step S33. In step S33, the volume is reduced and the amplitude of the input signal of the power amplifier circuit is decreased, and the process proceeds to step S35. In step S35, it is determined again whether or not the audio amplifier is abnormal, and the process proceeds to step S37. In step S37, if an abnormality is detected in the redetermination, the process proceeds to step S39, and if not detected, the process proceeds to step S31. In step S39, it is finally determined that the audio amplifier is abnormal, and the process proceeds to step S41. In step S41, the output of the power amplifier circuit 19 is stopped and this flow is ended.
[0047]
In the process of step S33, the gain Gp of the preamplifier 13 including the volume adjusting volume and the sound quality adjuster is set as follows regardless of the setting of the operator. That is, Smax is the maximum amplitude (peak to peak value) of the signal input to the preamplifier 13, M is a positive number smaller than 1, Gv is the gain of the power amplifier circuit 19, and Vw is above the output signal of the power amplifier circuit 19. If the difference (V2−V1) between the threshold V2 and the lower threshold V1 is set, Gp = Vw × M / (Smax × Gv) is set.
The reason why the value of M is made smaller than 1 is to prevent frequent detection of amplifier abnormalities due to variations in power amplifier circuit gain and the contents of audio signals, and is set to 0.7, for example.
[0048]
As described above in detail, according to the embodiment to which the present invention is applied, the abnormality of the audio amplifier is detected while the audio amplifier is maintained in the operating state (the state where the audio signal is input to the power amplifier circuit). Therefore, it is possible to stop the operation of the power amplifier circuit in a short time after an audio amplifier malfunction, or to stop the output from the power amplifier circuit to the speaker with a switch, etc., and to protect the speaker quickly. I can do it.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an audio amplifier according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining timing and threshold values of time measurement in the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the audio amplifier according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an abnormality detection method in a third embodiment of the audio amplifier of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an abnormality detection process in the third embodiment of the audio amplifier of the present invention;
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the audio amplifier according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing abnormality detection processing in the fifth embodiment of the audio amplifier of the present invention;
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the audio amplifier according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11, 15 Capacitor
13 Preamplifier
19 Power amplifier circuit
21 switch
23 Speaker
25 Output signal discrimination means
27 Time measurement means
28 Comparison means
29 Microprocessor (MPU)
31 First discrimination means
33 Second discrimination means
35 Inverter
37 AND gate
41 First comparison means
43 Second comparison means
45 First integration circuit
47 Second integration circuit
49, 51, 53 Differential amplifier
50, 60 discrimination means
61 Aggregation means
55 OR gate

Claims

A first output signal having a predetermined amplitude when a voltage of an output signal of the power amplifier circuit and the power amplifier circuit in a signaled state is higher than a first threshold value that is higher by a predetermined value than an operation reference voltage of the power amplifier circuit; And a second comparison that outputs the output signal having the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the signal-connected state is lower than a second threshold value that is lower than the operation reference voltage by the predetermined value. Means and
An audio amplifier characterized in that the output of the power amplifier circuit is stopped when a difference between an integrated value of the output of the first comparing means and an integrated value of the output of the second comparing means is not within a predetermined range. .

An output signal determining means for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value in a signaled state, and using the output of the output signal determining means, the output signal of the power amplifier circuit A time measuring means for measuring the length of time that the voltage continuously exceeded the threshold,
When the time measured by the time measuring means exceeds a predetermined time length, it is determined that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal,
An audio amplifier characterized by reducing the amplitude of an input signal to the power increasing circuit and determining again whether or not the audio amplifier including the power amplifying circuit is abnormal when it is determined as abnormal. Anomaly detection device.

An output signal determining means for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold in a signaled state; and a repeating means for repeatedly performing the processing of the output signal determining means at predetermined time intervals. And
In the determination result in the repeating means, when affirmation appears continuously a predetermined number of times, or when affirmation is a predetermined rate or more, it is determined that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal,
An audio amplifier characterized by reducing the amplitude of an input signal to the power increasing circuit and determining again whether or not the audio amplifier including the power amplifying circuit is abnormal when it is determined as abnormal. Anomaly detection device.

4. The audio amplifier abnormality detection device according to claim 2, wherein when an abnormality is detected in the second determination, the output of the power amplifier circuit is stopped.

First comparison means for outputting an output signal having a predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the presence of a signal is higher than a first threshold value that is higher than the operation reference voltage of the power amplifier circuit by a predetermined value; A second comparing means for outputting an output signal having the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in a signal state is lower than a second threshold value lower than the operation reference voltage by the predetermined value;
When the difference between the integrated value of the output of the first comparing means and the integrated value of the output of the second comparing means is not within a predetermined range, it is determined that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal. An abnormality detection device for an audio amplifier, characterized by

A first comparison step of outputting an output signal Sx having a predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the presence of a signal is higher than a first threshold value that is higher than the operation reference voltage of the power amplifier circuit by a predetermined value; A second comparison step for outputting the output signal Sy having the predetermined amplitude when the voltage of the output signal of the power amplifier circuit in the presence of a signal is lower than a second threshold value that is lower than the operation reference voltage by the predetermined value. And
An audio amplifier characterized in that an audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal when a difference between an integrated value of the output signal Sx and an integrated value of the output signal Sy is not within a predetermined range. Anomaly detection method.

An output signal determination step for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplification circuit exceeds a predetermined threshold in a signaled state, and using the determination result in the output signal determination step, the output of the power amplification circuit A time measuring step for measuring a time length during which the voltage of the signal continuously exceeded the threshold, and
When the time measured in the time measurement step exceeds a predetermined time length, it is determined that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal,
An audio amplifier characterized by reducing the amplitude of an input signal to the power increasing circuit and determining again whether or not the audio amplifier including the power amplifying circuit is abnormal when it is determined as abnormal. Anomaly detection method.

An output signal determination step for determining whether or not the voltage of the output signal of the power amplifier circuit exceeds a predetermined threshold value in a signaled state, and a repetition step for repeatedly performing the processing of the output signal determination step every predetermined time. And
In the determination result in the repetition step, when affirmation appears continuously a predetermined number of times, or when affirmation is a predetermined rate or more, it is determined that the audio amplifier including the power amplifier circuit is abnormal,
An audio amplifier characterized by reducing the amplitude of an input signal to the power increasing circuit and determining again whether or not the audio amplifier including the power amplifying circuit is abnormal when it is determined as abnormal. Anomaly detection method.

9. The audio amplifier abnormality detection method according to claim 7, wherein when an abnormality is detected in the second determination, the output of the power amplifier circuit is stopped.