JP4960734B2 - オーディオ装置の過熱保護回路 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ装置の過熱保護回路に関し、特に、オーディオ信号を電力増幅してスピーカが接続される出力端子から出力させる増幅回路を備えたオーディオ装置において、当該増幅回路の過熱を抑制する、オーディオ装置の過熱保護回路に関する。

この種の過熱保護回路として、従来、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示された従来技術によれば、増幅器の温度が温度検出回路によって検出される。そして、この温度検出回路によって検出された温度が所定値を超えると、当該増幅器へのオーディオ入力信号が間欠的に減衰されまたは遮断される。これによって、音声が完全に遮断されることなく、増幅器の熱保護が実現される、とされている。

また、別の従来技術として、特許文献２に開示されたものがある。この特許文献２に開示された従来技術によれば、オーディオ装置の内部温度が検出され、この検出温度が予め定めた所定温度以上である状態が第１の時間継続したとき、音響信号増幅器の増幅度がゼロよりも大きい所定値まで下げられる。これによって、熱保護状態と当該熱保護の解除状態とが所定温度付近で頻繁に繰り返されてオーディオ装置の動作が不安定になるのが防止される。また、熱保護状態になっても、音響信号増幅器の増幅度はゼロにならないので、スピーカからの音響出力が継続される。さらに、熱保護状態と熱保護解除状態との間での音響出力の変化が少なくなるので、特に熱保護状態から熱保護解除状態に切り替わる際の当該音響出力の変化によってユーザが受けるショックが小さくなる、とされている。

特開平１１−３５５０５９号公報 特開２００１−２７４６３４号公報

このように、特許文献１および２のいずれに開示された従来技術においても、何らかの原因により増幅器が過熱して熱保護状態になったとしても、スピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置本来の機能は維持される。しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、上述の如く増幅器へのオーディオ入力信号が間欠的に減衰されまたは遮断されるため、これに伴い、スピーカの出力音も間欠的に減衰されまたは遮断される。この結果、スピーカの出力音に一種のうねりが生じ、聴取者に対して不快感を与えてしまう、という問題がある。一方、特許文献２に開示された従来技術では、上述の如く熱保護状態から熱保護解除状態に切り替わる際にユーザが受けるショックが小さくなるとしつつも、当該熱保護状態と熱保護解除状態とが切り替わる際にスピーカの出力音量が急激に変化するため、やはり聴取者に対して不快感を与えてしまう。

そこで、本発明は、熱保護状態においてもスピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置本来の機能を維持しつつ、当該熱保護状態と非熱保護状態とが切り替わる際に聴取者に対して不快感を与えることのないオーディオ装置の過熱保護回路を提供することを、目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、オーディオ信号を電力増幅してスピーカが接続される出力端子から出力させる増幅回路を備えたオーディオ装置において、当該オーディオ装置内の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段による検出温度が予め定められた第１基準温度を超えたとき増幅回路に入力されるオーディオ信号の信号レベルをゼロよりも大きい所定レベルにまで制限する制限手段と、を具備する。

即ち、本発明では、オーディオ信号が増幅回路に入力される。この増幅回路によって電力増幅されたオーディオ信号は、出力端子を介して、スピーカに入力される。これにより、スピーカからオーディオ信号に従う音声情報が出力される。併せて、オーディオ装置内の温度が温度検出手段によって検出される。ここで、今、過負荷や設置環境における周囲温度等の何らかの原因によって増幅回路が過熱されて、当該増幅回路を含むオーディオ装置内の温度が上昇し、温度検出手段による検出温度が第１基準温度を超えた、とする。すると、制限手段が、増幅回路に入力されるオーディオ信号の信号レベルを、ゼロよりも大きい所定レベルにまで制限する。これによって、増幅回路の電力消費量が減り、過熱が抑制されて、熱保護状態となる。ただし、熱保護状態となっても、増幅回路にはレベル制限されたオーディオ信号が入力され続けるので、スピーカの出力音量は小さくなるものの、スピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置本来の機能は維持される。

なお、ここで言う第１基準温度は、例えば増幅回路が比較的に余裕を持って正常に動作することのできる上限温度付近に設定される。そして、所定レベルは、これをスピーカの出力音量に換算したときに、当該スピーカの出力音を聴取者が比較的に十分に聞き取ることのできる程度とされる。さらに、制御手段による制限によってオーディオ信号の信号レベルが所定レベルにまで変化するのに掛かる時間は、数秒程度が適当であり、例えば２秒〜３秒程度とされる。

また、本発明において、制限手段は、温度検出手段による検出温度が第１基準温度よりも高い第２基準温度を超えたとき、この検出温度が高くなるに連れてオーディオ信号の信号レベルが次第に低くなるように、当該信号レベルを制限する。このようにすれば、増幅回路が第１基準温度よりも高い第２基準温度を超えるほどにまで過熱されても、この過熱を確実に抑制することができる。なお、第２基準温度は、例えば増幅回路が正常に動作するのを保証し得る温度、いわゆる動作保証温度、の上限付近に設定される。

さらに、本発明においては、温度検出手段による検出温度が第１基準温度よりも高い第３基準温度を超えたとき、増幅回路へのオーディオ信号の入力を遮断する遮断手段を備えている。ここで、第３基準温度は、例えば増幅回路が破壊されることのない上限温度付近に設定される。これによって、増幅回路の異常過熱による破壊を、確実に防止することができる。

本発明は、増幅回路としてＤ級増幅回路（いわゆるディジタルアンプ回路）を採用すると共に、当該増幅回路を冷却する手段としてヒートシンク等の自然空気冷却方式の冷却手段を採用するオーディオ装置に、特に有効である。即ち、Ｄ級増幅回路は、Ａ級やＢ級等の他の増幅回路に比べて発熱量が小さいので、これを自然空気冷却方式で冷却するための冷却手段として比較的に熱容量の小さいもの、つまり熱し易く冷め易いもの、を採用することができる。このように熱容量の小さい自然空気冷却手段を採用するオーディオ装置において、増幅回路の過熱時に、当該増幅回路に入力されるオーディオ信号の信号レベルを制限することで過熱を抑制するという本発明は、極めて有効である。この場合、温度検出手段は、自然空気冷却手段に取り付けられるのが、望ましい。

勿論、本発明は、増幅回路を冷却する手段として冷却ファン等の強制空気冷却方式の冷却手段を採用するオーディオ装置にも、有効である。即ち、冷却ファン等の強制空気冷却手段が故障した場合に、増幅回路が過熱して、スピーカからの出力音が突然停止したり、或いは当該増幅回路を含むオーディオ装置が故障したりする等の不意な事故の発生を、未然に防止することができる。

そして、本発明は、特にパブリックアドレス（Public
Address；以下、ＰＡと言う。）システム用のオーディオ装置に好適である。即ち、構内放送や会議場放送等を目的とするＰＡシステムにおいては、アナウンスとアナウンスとの合間や、発言と発言との合間のように、増幅回路にオーディオ信号が入力されない無音期間が生じる。この無音期間中は、増幅回路は発熱せず、冷却される。このように適宜の冷却期間が生じるＰＡシステム用のオーディオ装置において、増幅回路に入力されるオーディオ信号の信号レベルを制限することで過熱を抑制するという本発明は、極めて好適である。また、上記温度検出手段による検出温度が、上記第２基準温度と上記第３基準温度との間にあって、上記制限手段が上記オーディオ信号の信号レベルの制限を行っているとき、上記温度検出手段による検出温度が上記第１基準温度と上記第２基準温度との間の温度に戻る場合、上記制限手段は、上記オーディオ信号の信号レベルを上記所定レベルまで戻すこともできる。

上述したように、本発明によれば、増幅回路が熱保護状態になっても、当該増幅回路にはレベル制限されたオーディオ信号が入力され続けるので、スピーカの出力音量は小さくなるものの、スピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置本来の機能は維持される。また、スピーカの出力音量が小さくなるとしても、その変化は、上述した従来技術とは異なり、急激ではなく、緩やかであるので、聴取者にとってスムーズに聞こえる。つまり、本発明によれば、熱保護状態においてもスピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置本来の機能を維持しつつ、従来とは異なり、当該熱保護状態と非熱保護状態とが切り替わる際に聴取者に対して不快感を与えることはない。

本発明の一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るオーディオ装置１０は、図示しない音源からオーディオ信号Ｓａが入力される入力増幅回路としてのバッファアンプ回路１２を備えている。そして、このバッファアンプ回路１２による増幅後のオーディオ信号Ｓａは、制限実行手段としてのＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）回路１４および遮断実行手段としてのミュートスイッチ回路１６を介して、出力増幅回路としてのパワーアンプ回路１８に入力される。

パワーアンプ回路１８は、小型化および高効率化を図るべく、Ｄ級増幅回路によって構成されている。即ち、図には示さないが、パワーアンプ回路１８は、ミュートスイッチ回路１６から入力されたオーディオ信号ＳａをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で変調することによって２値のＰＷＭ信号を生成する変調回路と、このＰＷＭ信号に基づいてパワートランジスタをスイッチング制御することによって当該ＰＷＭ信号を電力増幅する電力スイッチ回路と、電力増幅されたＰＷＭ信号を復調することによってオーディオ信号Ｓａと相似の大電力信号を生成する出力フィルタ回路と、を備えている。そして、この大電力のオーディオ信号Ｓａが、パワーアンプ回路１８の出力信号として、ひいてはオーディオ装置１０の出力信号として、出力端子２０を介して、外部に出力される。なお、出力端子２０には、外部に設けられた図示しない１以上のスピーカが、直接、または図示しないスピーカラインを介して、接続される。

さらに、オーディオ装置１０は、その内部温度、厳密には上述のパワートランジスタを自然空気冷却方式で冷却するべく当該パワートランジスタに取り付けられた冷却手段としてのヒートシンク２２の温度Ｔ、を検出するための第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６という２つの温度検出手段を備えている。このうち、第１温度検出手段２４による検出結果は、制限実行手段としてのゲイン制御回路２８に与えられる。そして、ゲイン制御回路２８は、第１温度検出手段２４による検出結果に基づいてＶＣＡ回路１４のゲインＧを制御し、厳密にはこの制御を実現するためのゲイン制御信号Ｓｃを生成してＶＣＡ回路１４に与える。一方、第２温度検出手段２６は、第１温度検出手段２４よりも高精度なものであり、この第２温度検出手段２６による検出結果は、遮断制御手段としてのスイッチ制御回路３０に与えられる。そして、スイッチ制御回路３０は、第２温度検出手段２６による検出結果に基づいてミュートスイッチ回路１６のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御し、厳密にはこの制御を実現するためのスイッチ制御信号Ｓｍを生成してミュートスイッチ回路１６に与える。これらゲイン制御回路２８およびスイッチ制御回路３０による具体的な制御要領は、次の通りである。

即ち、本実施形態においては、図２に示すように、Ｔ１，Ｔ２およびＴ３という互いに異なる３つの基準温度（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）が、予め設定される。このうち、最も低い第１基準温度Ｔ１は、オーディオ装置１０の各構成要素、特にパワーアンプ回路１８を構成する上述のパワートランジスタ、が比較的に余裕を持って正常に動作することのできる上限温度付近、例えば５０［℃］〜６０［℃］程度、に設定される。そして、２番目に低い第２基準温度Ｔ２は、当該パワートランジスタの動作保証温度の上限付近、例えば７０［℃］〜８０［℃］程度、に設定される。そして、最も高い第３基準温度は、パワートランジスタが破壊されることのない上限温度付近、例えば９０［℃］〜１００［℃］程度、とされる。

このような前提の下、今、オーディオ装置１０が正常に動作しており、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが第１基準温度Ｔ１以下（Ｔ≦Ｔ１）の状態にある、とする。この場合、ゲイン制御回路２８は、図２に実線Ａで示すように、ＶＣＡ回路１４のゲインＧが或る一定の値、例えば設定可能な最大値Ｇ１、となるように、当該ＶＣＡ回路１４を制御する。一方、スイッチ制御回路３０は、ミュートスイッチ回路１６がＯＮ状態となるように、当該ミュートスイッチ回路１６を制御する。これにより、パワーアンプ回路１８には、ＶＣＡ回路１４の最大ゲインＧ１に応じたレベルのオーディオ信号Ｓａが、ミュートスイッチ回路１６を介して、入力される。この結果、スピーカからは、オーディオ信号Ｓａに従う音声情報が、ＶＣＡ回路１４の最大ゲインＧ１に応じた音量で出力される。

ここで、例えば、過負荷等の何らかの原因によってパワーアンプ回路１８（パワートランジスタ）が過熱されて、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが上昇し、第１基準温度Ｔ１を超える（Ｔ＞Ｔ１）、とする。すると、ゲイン制御回路２８は、ＶＣＡ回路１４のゲインＧが最大ゲインＧ１よりも所定値ΔＧだけ小さい初期制限ゲインＧ２となるように、当該ＶＣＡ回路１４を制御する。一方、スイッチ制御回路３０は、ミュートスイッチ回路１６のＯＮ状態を維持する。これにより、パワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルが、最大ゲインＧ１から初期制限ゲインＧ２に応じたレベルにまで低減される。この結果、パワーアンプ回路１８の電力消費量が減り、過熱が抑制されて、熱保護状態になる。ただし、熱保護状態においても、スピーカの出力音量は小さくなるものの、当該スピーカから音声情報が出力され、つまりオーディオ装置１０本来の機能は維持される。

なお、初期制限ゲインＧ２は、例えばこれを音量に換算したときに、スピーカの出力音を聴取者が十分に聞き取ることのできる程度の値とされる。具体的には、最大ゲインＧ１に比べて、音量換算でΔＧ＝１［ｄＢ］〜６［ｄＢ］ほど小さい値とされ、ヒートシンク２２の放熱特性をも考慮した適切な値に設定される。

このように、第１温度検出回路２４による検出温度Ｔが第１基準温度Ｔ１を超えると、ＶＣＡ回路１４のゲインＧが最大ゲインＧ１から初期制限ゲインＧ２に低減されるが、このとき、当該ＶＣＡ回路１４の制御を担うゲイン制御回路２８は、図２に矢印αで指示されているように、当該ゲインＧが或る一定の時間Ｄを掛けて連続的に変化するように制御する。この時間Ｄは、好ましくはヒートシンク２２の熱時定数と同程度とされ、例えば数秒程度、詳しくは２秒〜３秒程度、とされる。従って、スピーカの出力音量もまた、最大ゲインＧ１に応じた音量から初期制限ゲインＧ２に応じた音量まで同時間Ｄを掛けて緩やかに変化する。ゆえに、このスピーカの音量変化は、聴取者にとってスムーズに聞こえ、特段な不快感を受けることはない。

この熱保護状態において、例えばパワーアンプ回路１８の過熱が十分に抑制されて、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが第１基準温度Ｔ１以下になると、ゲイン制御回路２８は、ＶＣＡ回路１４のゲインＧを初期制限ゲインＧ２から元の最大ゲインＧ１に戻すように制御する。ただし、この場合は、図には示さないが、検出温度Ｔが第１基準温度Ｔ１以下になった時点でＶＣＡ回路１４のゲインＧが初期制限ゲインＧ２から元の最大ゲインＧ１に戻り始めるので、当該ゲインＧが最大ゲインＧ１から初期制限ゲインＧ２に低減される場合とは異なる軌道を示し、つまりヒステリシス特性を示す。なお、スイッチ制御回路３０は、そのままミュートスイッチ回路１６のＯＮ状態を維持する。

一方、このＶＣＡ回路１４のゲインＧが初期制限ゲインＧ２に低減されることによる熱保護状態において、パワーアンプ回路１８の過熱が抑制されず、当該パワーアンプ回路１８がさらに過熱されて、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが第２基準温度Ｔ２を超えると（Ｔ＞Ｔ２）、ゲイン制御回路２６は、ＶＣＡ回路１４のゲインＧを初期制限ゲインＧ２よりもさらに下げるように制御する。具体的には、図２に矢印βで指示されるように、検出温度Ｔが高くなるに連れてＶＣＡ回路１４のゲインＧが連続的に下がるように制御する。なお、この矢印βで指示される部分における温度Ｔの変化に対するゲインＧの変化の傾きは、上述の矢印αで指示される部分における傾きと、略同程度である。一方、スイッチ制御回路３０は、そのままミュートスイッチ回路１６のＯＮ状態を維持する。

このように、パワーアンプ回路１８が第２基準温度Ｔ２を超えるほどにまでさらに過熱されると、これに応じて、ＶＣＡ回路１４のゲインＧがさらに低減され、これに伴い、当該パワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルもさらに低減される。これにより、パワーアンプ回路１８の電力消費量がさらに減り、より強度な熱保護状態となる。そして、この強度な熱保護状態となることによって、スピーカの出力音量はさらに小さくなるものの、当該スピーカから音声情報が出力されるというオーディオ装置１０本来の機能は維持される。また、この強度な熱保護状態においては、スピーカの出力音量は、パワーアンプ回路１８の過熱度合に応じて緩やかに変化するので、この音量変化によって、聴取者が特段な不快感を受けることはない。

この強度な熱保護状態において、例えばパワーアンプ回路１８の過熱が抑制されて、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが第２基準温度Ｔ２以下になると（Ｔ≦Ｔ２）、ゲイン制御回路２８は、ＶＣＡ回路１４のゲインＧを初期制限ゲインＧ２に戻すように制御する。一方、スイッチ制御回路３０は、そのままミュートスイッチ回路１６のＯＮ状態を維持する。これにより、初期制限ゲインＧ２に応じた音量でスピーカから音声情報が出力される、という上述の状態に戻る。

これとは反対に、この強度な熱保護状態においても、パワーアンプ回路１８の過熱が抑制されず、言わば異常過熱状態となって、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６のそれぞれによる検出温度Ｔが第３基準温度Ｔ３を超えると（Ｔ＞Ｔ３）、今度は、スイッチ制御回路３０が、ミュートスイッチ回路１６をＯＦＦするように、当該ミュートスイッチ回路１６を制御する。これにより、図２に破線Ｂで概念的に示すように、パワーアンプ回路１８へのオーディオ信号Ｓａの入力が遮断されて、当該パワーアンプ回路１８は完全な熱保護状態となる。この結果、パワーアンプ回路１８の異常過熱による破壊が、確実に防止される。なお、この異常過熱を正確に捉えるべく、上述したように第２温度検出回路２６は第１温度検出回路２４よりも高精度とされている。また、このようにパワーアンプ回路１８へのオーディオ信号Ｓａの入力が遮断されても、この時点では、当該オーディオ信号Ｓａの信号レベルが十分に小さいので、聴取者にとっては、スピーカの出力音がフェードアウトされたように聞こえ、特段な違和感を受けることはない。

以上のように、本実施形態によれば、過負荷等の何らかの原因によってパワーアンプ回路１８が過熱されると、まず第１段階として、当該パワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルが初期制限ゲインＧ１に応じたレベルに制限される。これにより、言わば軽度な熱保護状態となる。そして、この軽度な熱保護状態にあっても、スピーカの出力音量は小さくなるものの、当該スピーカから音声情報が継続して出力され、つまりオーディオ装置１０本来の機能は維持される。また、この熱保護状態に切り替わる際の音量変化は緩やかであるため、聴取者に対して特段な不快感を与えることもない。

そして、この軽度な熱保護状態において、パワーアンプ回路１８の過熱が抑制されない場合には、第２段階として、当該パワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルがパワーアンプ回路１８の過熱度合に応じてさらに制限される、という強度な熱保護状態となる。この場合も、パワーアンプ回路１８の過熱度合に応じてスピーカの出力音量は小さくなるものの、当該スピーカから音声情報を出力するというオーディオ装置１０本来の機能は維持される。また、スピーカの音量変化は緩やかであるので、聴取者に対して不快感を与えることはない。

さらに、この強度な熱保護によっても、パワーアンプ回路１８の過熱が抑制されず、異常過熱状態になった場合には、最終段階として、当該パワーアンプ回路１８へのオーディオ信号Ｓａの入力が遮断される。これによって、完全な熱保護状態となり、異常過熱によるパワーアンプ回路１８の破壊が確実に防止される。また、このようにパワーアンプ回路１８へのオーディオ信号Ｓａの入力が遮断されても、聴取者にとっては、スピーカの出力音がフェードアウトされたように聞こえ、特段な違和感を受けることはない。このことは、大規模商業施設や遊園地等で流されているＢＧＭ（BackGround Music）のように聴取者が無意識のうちに聴取するような音声情報を提供する用途において、特に効果的である。

また、本実施形態では、パワーアンプ回路１８が過熱されたときに、このパワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルを制限することで、当該過熱を抑制することとしているが、このような対策は、本実施形態のように、当該パワーアンプ回路１８が自然空気冷却方式のＤ級増幅回路である場合に、特に有効である。即ち、Ｄ級増幅回路によって構成されたパワーアンプ回路１８は、Ａ級やＢ級等の他の増幅回路に比べて発熱量が小さいので、これを冷却するためのヒートシンク２２としては、比較的に熱容量の小さいものを採用することができる。このように熱容量の小さいヒートシンク２２を採用するパワーアンプ回路１８において、過熱時に、当該パワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルを制限することで過熱を抑制するという本実施形態の熱保護対策は、極めて有効である。

さらに、本実施形態は、ＰＡシステム用途に、好適である。即ち、構内放送や会議場放送等を目的とするＰＡシステムにおいては、アナウンスとアナウンスとの合間や、発言と発言との合間のように、増幅回路にオーディオ信号が入力されない無音期間が生じる。この無音期間中は、増幅回路は発熱せず、冷却される。このように適宜の冷却期間が生じるＰＡシステム用途において、上述の如くパワーアンプ回路１８に入力されるオーディオ信号Ｓａの信号レベルを制限することで当該パワーアンプ回路１８の過熱を抑制するという本実施形態は、極めて好適である。

ここで、図３に、第１温度検出回路２４およびゲイン制御回路２８の具体例を示す。同図に示すように、第１温度検出回路２４は、温度検出素子としてのサーミスタ１００を有している。このサーミスタ１００は、上述のヒートシンク２２に取り付けられており、当該ヒートシンク２２の温度Ｔが上昇するに連れて自身の抵抗値が増大するというＰＴＣ（Positive Temperature
Coefficient）タイプのものである。そして、サーミスタ１００の一端は、基準電位としての接地電位に接続されており、他端は、抵抗器１０２を介して、負の安定化電源電圧ライン、例えば−５［Ｖ］ライン、に接続されている。

サーミスタ１００と抵抗器１０２との相互接続点Ｐは、オペアンプ１０４のプラス入力端子に接続されている。そして、このオペアンプ１０４のマイナス入力端子は、別の抵抗器１０６を介して、接地電位に接続されると共に、さらに別の抵抗器１０８を介して、当該オペアンプ１０４の出力端子に接続されている。つまり、オペアンプ１０４は、サーミスタ１００と抵抗器１０２との相互接続点Ｐの電圧を入力信号とする非反転増幅回路１１０を構成している。そして、この非反転増幅回路１１０の出力信号（出力電圧）が、第１温度検出回路２４の出力信号として、ゲイン制御回路２８に与えられる。なお、この非反転増幅回路１１０においては、ノイズ除去用のコンデンサ１１２が、抵抗器１０８と並列を成すように接続されている。

ゲイン制御回路２８は、上述した軽度な熱保護状態を形成するための第１制御回路２００と、強度な熱保護状態を形成するための第２制御回路２０２と、を備えている。このうち、第１制御回路２００は、ＰＮＰ型トランジスタ２０４を有しており、このトランジスタ２０４のベース端子は、抵抗器２０６を介して、第１温度検出回路２４のオペアンプ１０４の出力端子に接続されると共に、別の抵抗器２０８を介して、接地電位に接続されている。また、トランジスタ２０４のエミッタ端子も、接地電位に接続されている。そして、トランジスタ２０４のコレクタ端子は、互いに直列に接続された２つの抵抗器２１０および２１２を介して、上述とは別の負の電源電圧ライン、例えば−１５［Ｖ］ライン、に接続されている。

さらに、２つの抵抗器２１０および２１２の相互接続点は、ＮＰＮ型トランジスタ２１４のベース端子に接続されている。このトランジスタ２１４のベース端子はまた、コンデンサ２１６を介して、−１５［Ｖ］ラインに接続されており、当該トランジスタ２１４のエミッタ端子も、−１５［Ｖ］ラインに接続されている。そして、トランジスタ２１４のコレクタ端子は、抵抗器２１８の一端に接続されており、この抵抗器２１８の他端に発生した信号（電圧）が、上述のゲイン制御信号Ｓｃとして、ＶＣＡ回路１４に与えられる。なお、ＶＣＡ回路１４は、このゲイン制御信号Ｓｃの電圧が下がるほど、自身のゲインＧが下がるように、構成されている。

これに対して、第２制御回路２０２もまた、第１制御回路２００と同様に、ＰＮＰ型トランジスタ２２０を有している。そして、このトランジスタ２２０のベース端子は、抵抗器２２２を介して、ツェナダイオード２２４のカソード端子に接続されており、このツェナダイオード２２４のアノード端子は、ダイオード２２６のアノード端子に接続されている。そして、ダイオード２２６のカソード端子は、上述のオペアンプ１０４の出力端子に接続されている。

トランジスタ２２０のベース端子はまた、コンデンサ２２８を介して、接地電位に接続されている。そして、このトランジスタ２２０のエミッタ端子も、接地電位に接続されている。さらに、トランジスタ２２０のコレクタ端子は、互いに直列に接続された２つの抵抗器２３０および２３２を介して、−１５［Ｖ］ラインに接続されている。そして、これら２つの抵抗器２３０および２３２の相互接続点は、ＮＰＮ型トランジスタ２３４のベース端子に接続されている。

トランジスタ２３４のベース端子は、コンデンサ２３６を介して、−１５［Ｖ］ラインにも接続されている。そして、このトランジスタ２３４のエミッタ端子も、−１５［Ｖ］ラインに接続されている。さらに、トランジスタ２３４のベース端子は、別のコンデンサ２３８を介して、当該トランジスタ２３４のコレクタ端子に接続されている。そして、このトランジスタ２３４のコレクタ端子は、抵抗器２４０の一端に接続されており、抵抗器２４０の他端は、上述の抵抗器２１８の他端に接続されている。つまり、抵抗器２４０の他端に発生した信号（電圧）もまた、ゲイン制御信号Ｓｃとして、ＶＣＡ回路１４に与えられる。

このように構成された第１温度検出回路２４およびゲイン制御回路２８によれば、ヒートシンク２２の温度Ｔが上昇すると、第１温度検出回路２４内のサーミスタ１００の抵抗値が増大し、これに伴い、当該サーミスタ１００と抵抗器１０２との相互接続点Ｐの電圧が低下する。そして、この相互接続点Ｐの電圧に応じて、非反転増幅回路１１０の出力電圧が低下し、この出力電圧が、第１温度検出回路２４の出力信号として、ゲイン制御回路２８に与えられる。

ゲイン制御回路２８においては、第１温度検出回路２４から与えられる信号の電圧が比較的に高い（接地電位に近い）うち、つまりヒートシンク２２の温度Ｔが上述の第１基準温度Ｔ１以下であるうちは、第１制御回路２００内のＰＮＰ型トランジスタ２０４および第２制御回路２０２内のＰＮＰ型トランジスタ２２０は、いずれもＯＦＦ状態にある。そして、ヒートシンク２２の温度Ｔが第１基準温度Ｔ１を超えて、これに伴い、第１温度検出回路２４からの信号の電圧が或る一定値を超えると、まず、第１制御回路２００内のトランジスタ２０４がＯＮする。すると、ＮＰＮ型トランジスタ２１４がＯＮして、ゲイン制御信号Ｓｃの電圧が抵抗器２１８の抵抗値によって決まる或る一定値まで下がる。これにより、ＶＣＡ回路１４のゲインＧが初期制限ゲインＧ２に低減される。なお、このとき、当該ゲインＧが初期制限ゲインＧ２に低減されるまでに、コンデンサ２１６の容量に応じた上述の時間Ｄが掛かる。

そして、ヒートシンク２２の温度Ｔがさらに上昇して、第２基準温度Ｔ２を超えると、ツェナダイオード２２４の両端間の電位差が、当該ツェナダイオード２２４のツェナ電圧Ｖｚを超える。すると、ツェナダイオード２２４がＯＮし、これに伴い、第２制御回路２０２内のＰＮＰトランジスタ２２０がＯＮする。そして、ＮＰＮ型トランジスタ２３４がＯＮし、この結果、ゲイン制御信号Ｓｃの電圧がさらに低下する。これにより、ＶＣＡ回路１４のゲインＧがさらに低減される。なお、このとき、当該ゲインＧは、コンデンサ２３６および２３８のそれぞれの容量に応じて緩やかに低減する。

本実施形態においては、非熱保護状態から軽度な熱保護状態に遷移する際に、上述の図２に矢印αで指示されているように、ＶＣＡ回路１４のゲインＧが最大ゲインＧ１から初期制限ゲインＧ２まで略直線的に低減されるようにしたが、これに限らない。例えば、図４に矢印γで指示されているように、当該ゲインＧが非直線的（例えば指数的）に低減されるようにしてもよい。このことは、軽度な熱保護状態から強度な熱保護状態に遷移する際も、同様である。

また、強度な熱保護状態において、ヒートシンク２２の温度Ｔが上昇するに連れてＶＣＡ回路１４のゲインＧが連続的に低減されるようにしたが、これに限らない。例えば、図５に示すように、ゲインＧが段階的に低減されるようにしてもよい。ただし、この場合も、少なくとも各段階が切り替わる際に、ゲインＧが連続的に変化するようにするのが、望ましい。また、各段階間のゲイン差ΔＧ，ΔＧ’，ΔＧ”，…は、互いに同一であっても異なっていてもよいし、段階の数（つまり新たに設けられるＴ４を含む基準温度の数）も任意でよい。

そして、第１温度検出回路２４および第２温度検出回路２６という２つの温度検出手段を設けたが、これを１つに纏めてもよい。ただし、上述の如く、異常過熱時にパワーアンプ回路１８を適確に保護するために、当該異常過熱を正確に捉える手段として、第１温度検出回路２８とは別に、これよりも高精度な第２温度検出回路２６を設けるのが、望ましい。

さらに、本実施形態では、オーディオ信号Ｓａの信号レベルを制限するための制限実行手段として、ＶＣＡ回路１４を採用したが、これ以外のもの、例えば減衰率可変の減衰回路（アッテネータ）を採用してもよい。また、一般に知られているリミッタ回路を用いてオーディオ信号Ｓａのピーク部分をカットすることで、当該オーディオ信号Ｓａの信号レベルを制限してもよい。

即ち、制限実行手段としてＶＣＡ回路１４や減衰回路が採用された場合には、図６に示すように、元のオーディオ信号Ｓａ（実線波形Ｘ）と、レベル制限後のオーディオ信号Ｓａ（破線波形Ｙ）とは、互いに相似になる。つまり、オーディオ信号Ｓａの波形は崩れずに、振幅のみがＶｐｐからこれよりも小さいＶｐｐ’に制限される。これに対して、制限実行手段としてリミッタ回路が採用された場合には、図７に示すように、元のオーディオ信号Ｓａ（実線波形Ｘ）と、レベル制限後のオーディオ信号Ｓａ（破線波形Ｚ）とは、互いに相似にはならず、当該レベル制限後のオーディオ信号Ｓａは一種変形された信号となる。ただし、このようにオーディオ信号Ｓａが変形されても、スピーカの出力音の音質は多少変わるが、例えば上述のＰＡシステム用途としては十分な成果が得られる。

なお、本実施形態においては、パワーアンプ回路１８を冷却するための冷却手段として、ヒートシンク２２を採用したが、これに代えて、例えばオーディオ装置１０の筺体を当該冷却手段として用いてもよい。

また、ヒートシンク２２のような自然空気冷却手段ではなく、冷却ファン等の強制空気冷却手段を採用してもよい。この場合、当該冷却ファン等の強制空気冷却手段が故障したときに、パワーアンプ回路１８が過熱して、スピーカからの出力音が突然停止したり、或いはパワーアンプ回路１８を含むオーディオ装置１０が故障したりする等の不意な事故の発生を、未然に防ぐことができる。これ以外にも、例えば冷却水を用いた強制水冷方式の冷却手段を採用してもよい。

そして、パワーアンプ回路１８は、Ｄ級増幅回路ではなく、Ａ級やＢ級等の他の増幅回路であってもよい。ただし、本実施形態は、パワーアンプ回路１８がＤ級増幅回路である場合に特に有効であることは、上述した通りである。

さらに、第１温度検出回路２４およびゲイン制御回路２８については、その具体例を図３に示したが、これに限定されない。例えば、第１温度検出回路２４を構成する温度検出素子として、ＰＴＣタイプのサーミスタ１００を用いたが、これとは反対の特性を有するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）タイプのサーミスタを用いてもよい。また、サーミスタ以外の温度検出素子を用いてもよい。さらに、極端に言えば、温度Ｔに応じて電気的特性が比較的に大きく変化するのであれば、温度検出用途以外の素子（例えばツェナダイオード等）を採用してもよい。そして、この温度検出素子を含む第１温度検出回路２４の構成は、図３に示した構成以外でもよい。また、ゲイン制御回路２８についても、図３に示した構成以外でもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を利用してもよい。このことは、具体例を示していない第２温度検出回路２６およびスイッチ制御回路３０についても、同様である。

本発明の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 同実施形態におけるゲイン制御回路およびスイッチ制御回路による制御要領を説明するための図解図である。 同実施形態における第１温度検出回路およびゲイン制御回路の具体的な構成を示す電気回路図である。 図２とは別の例を示す図解図である。 図４とはさらに別の例を示す図解図である。 同実施形態におけるオーディオ信号の制限態様を示す図解図である。 図６とは別の例を示す図解図である。

符号の説明

１０ オーディオ装置
１４ ＶＣＡ回路
１８ パワーアンプ回路
２４ 第１温度検出回路
２８ ゲイン制御回路

Claims (5)

1. オーディオ信号を電力増幅して出力端子から出力する増幅回路を備えたオーディ装置において、
   上記オーディオ装置内の温度を検出する温度検出手段と、
   上記温度検出回路による検出温度に応じて、上記増幅回路に入力される上記オーディオ信号の信号レベルを制限する制限手段と、
   上記温度検出回路による検出温度に応じて、上記増幅回路に入力される上記オーディオ信号の入力を遮断する遮断手段と、
   を具備し、
   上記制限手段は、（Ａ）上記温度検出手段による検出温度が、第１基準温度と、該第１基準温度よりも高い第２基準温度との間にあるとき、上記オーディオ信号の信号レベルを、ゼロより大きい所定レベルにまで下げるよう制限し、（Ｂ）上記温度検出手段による検出温度が、上記第２基準温度と、該第２基準温度よりも高い第３基準温度との間にあるとき、上記所定レベル未満の範囲で、上記検出温度が高くなるに連れて上記オーディオ信号の信号レベルが次第に低くなるように制限し、
   上記遮断手段は、上記温度検出手段による検出温度が、上記第３基準温度をさらに超えたとき、上記増幅回路への上記オーディオ信号の入力を遮断するオーディオ装置の過熱保護回路。
2. 上記増幅回路はＤ級増幅回路であり、
   上記増幅回路を自然空気冷却方式で冷却する自然空気冷却器をさらに備える、請求項１に記載のオーディオ装置の過熱保護回路。
3. 上記増幅回路を強制空気冷却方式で冷却する強制空気冷却器をさらに備える、請求項１に記載のオーディオ装置の過熱保護回路。
4. 上記オーディオ装置はパブリックアドレスシステム用のオーディオ装置である、請求項１に記載のオーディオ装置の過熱保護回路。
5. 上記温度検出手段による検出温度が、上記第２基準温度と上記第３基準温度との間にあって、上記制限手段が上記オーディオ信号の信号レベルの制限を行っているとき、上記温度検出手段による検出温度が上記第１基準温度と上記第２基準温度との間の温度に戻る場合、上記制限手段は、上記オーディオ信号の信号レベルを上記所定レベルまで戻す請求項１に記載のオーディオ装置の過熱保護回路。

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