JP5227257B2

JP5227257B2 - Ｄ級アンプ故障検出装置

Info

Publication number: JP5227257B2
Application number: JP2009120497A
Authority: JP
Inventors: 唯宣中島; 和宏犬塚
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-05-19
Also published as: JP2010272904A

Description

本発明は、Ｄ級アンプ故障検出装置に係り、特に、音声信号が入力されると音声信号によって変調したパルス信号をスピーカに出力し、音声信号が入力されていないときは変調していないパルス信号をスピーカに供給するＤ級アンプの故障を検出するＤ級アンプ故障検出装置に関するものである。

従来、ガス漏れや火災などの異常を検出したときに警報を発生する警報器としては、図６に示すようなものが提案されている。同図に示すように、警報器１は、マイクロコンピュータ２（以下マイコン２）と、ＡＢ級アンプＡｍｐ１と、スピーカＳｐと、を備えている。マイコン２は、警報器１全体の制御を司り、異常を検出するとＤ／Ａ出力Ｔ１からアナログの音声信号をＡＢ級アンプＡｍｐ１に対して出力する。ＡＢ級アンプＡｍｐ１は、マイコン２から出力されたアナログの音声信号を増幅してスピーカＳｐに対して供給する。スピーカＳｐは、ＡＢ級アンプＡｍｐ１から音声信号を入力すると音声信号に応じた音を出力する。

上述した警報器１にとって警報を発生することができないことは致命傷である。そこで、従来では、後述するような方法でＡＢ級アンプＡｍｐ１が正常に動作しているか否かを確認している（例えば特許文献１）。即ち、マイコン２は、人間が聞き取れるかどうかの低周波の点検信号Ｓ１（低周波の三角波など）をＡＢ級アンプＡｍｐ１に入力する。スピーカＳｐには、ＡＢ級アンプＡｍｐ１からスピーカＳｐへ出力されるアンプ出力Ｓ２を検出するための抵抗Ｒ１が直列に接続されている。抵抗Ｒ１の両端電圧は、マイコン２のＡ／Ｄ入力Ｔ２に供給される。

マイコン２は、Ａ／Ｄ入力Ｔ２に供給された抵抗Ｒ１の両端電圧を上記アンプ出力Ｓ２として取り込む。そして、マイコン２は、取り込んだアンプ出力Ｓ２に基づいて増幅された点検信号Ｓ１がＡＢ級アンプＡｍｐ１からスピーカＳｐに出力されているか否かを確認することによって正常にＡＢ級アンプＡｍｐ１が動作しているかを確認している。しかしながら、このように低周波の点検信号Ｓ１を出力した場合、注意して聞いていると“ポッ”と多少音が聞こえてしまう、という問題があった。

また、上述した点検信号Ｓ１によるアンプの動作確認では、Ｄ級アンプの動作は確認することができない、という問題があった。この理由について図７を参照して説明する。図７は、図６のＡＢ級アンプＡｍｐ１の代わりにＤ級アンプＡｍｐ２を用いた警報器１を示すブロック図である。上記Ｄ級アンプＡｍｐ２は、音声信号によって振幅又は位相変調したパルス信号をアンプ出力Ｓ２としてスピーカＳｐに出力するアンプである。Ｄ級アンプＡｍｐ２は、音声信号が出力されていないときは変調されていないパルス信号をアンプ出力Ｓ２としてスピーカＳｐに出力する。

Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図７に示すように、例えば１００ｋＨｚといった高い周波数で常に発振するパルス信号をアンプ出力Ｓ２としてスピーカＳｐに対して出力している。このため、クロックの遅いマイコン２では、正確に上記パルス信号のＨｉｇｈ、Ｌｏｗを検出することができず、Ｄ級アンプＡｍｐ２の動作確認を行うことができない。仮に、Ｄ級アンプＡｍｐ２で点検信号Ｓ１を用いたアンプの確認動作を行いたい場合は、図８に示すように、Ｄ級アンプＡｍｐ２の出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-とスピーカＳｐの入力との間にそれぞれインダクタンスＬ、コンデンサＣ１を使った２つローパスフィルタＦ１１、Ｆ１２を設ける必要がある。このため、コスト的に問題があった。

特開２００２−３４５０９１号公報

そこで、本発明は、点検時に“ポッ”と音が聞こえてしまうことなくＤ級アンプの故障を検出できるＤ級アンプ故障検出装置を安価に提供することを課題とする。

上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、音声信号が入力されると前記音声信号によって変調したパルス信号をスピーカに出力し、前記音声信号が入力されていないときは変調していない前記パルス信号をスピーカに供給するＤ級アンプの故障を検出するＤ級アンプ故障検出装置において、前記Ｄ級アンプから前記スピーカに出力される信号を検出するために前記スピーカに直列接続された抵抗と、前記抵抗の両端電圧に基づいて前記音声信号が入力されていないときに前記Ｄ級アンプから前記スピーカに対して前記変調していないパルス信号が出力されているか否かを判定するパルス判定手段と、前記パルス判定手段によりパルス信号が出力されていないと判定されたときに前記Ｄ級アンプの故障を検出するアンプ故障検出手段と、を備えたことを特徴とするＤ級アンプ故障検出装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記抵抗と並列に接続されたローパスフィルタをさらに備え、前記パルス判定手段が、前記ローパスフィルタの出力に基づいて前記Ｄ級アンプから前記スピーカに対して前記変調していないパルス信号が出力されているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のＤ級アンプ故障検出装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記音声信号が出力されていないときの前記ローパスフィルタの出力が（前記パルス信号の振幅電圧）×（変調していない前記パルス信号のデューティ）でない場合、前記パルス判定手段が、前記パルス信号が出力されていないと判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のＤ級アンプ故障検出装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、音声信号が出力されていないときのＤ級アンプからスピーカに対して供給されているパルス信号の有無によりＤ級アンプの故障を検出することにより、点検時に“ポッ”と音が聞こえてしまうことなくＤ級アンプの故障を検出できるＤ級アンプ故障検出装置を安価に得ることができる。

請求項２及び３記載の発明によれば、抵抗に並列接続されたローパスフィルタを１つ設けるだけで、パルス判定手段として、クロックが遅いマイコンを用いた場合であっても、Ｄ級アンプからスピーカに対してパルス信号が出力されているか否かを判定することがでる。よって、Ｄ級アンプの故障を検出できるＤ級アンプ故障検出装置を安価に得ることができる。

本発明のＤ級アンプ故障検出装置を組み込んだ警報器の一実施形態を示すブロック図である。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、音声信号が出力されていないときのスピーカの出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-、スピーカの両端電圧Ｖｓｐ、スピーカに流れる電流のタイムチャートである。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、正の音声信号が入力されたときのスピーカの出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-、スピーカの両端電圧Ｖｓｐ、スピーカに流れる電流のタイムチャートである。（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、負の音声信号が入力されたときのスピーカの出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-、スピーカの両端電圧Ｖｓｐ、スピーカに流れる電流のタイムチャートである。（Ａ）〜（Ｃ）はＤ級アンプが正常なときのパワーオン信号Ｓｏｎ、アンプ出力Ｓ２、ローパスフィルタの出力のタイムチャートである。従来の警報器の一例を示すブロック図である。図６のＡＢ級アンプの代わりにＤ級アンプを用いた警報器を示すブロック図である。従来の警報器の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明のＤ級アンプ故障検出装置を組み込んだ警報器１は、マイコン２と、Ｄ級アンプＡｍｐ２と、スピーカＳｐと、抵抗Ｒ１と、ローパスフィルタＦ２と、を備えている。マイコン２は、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されていて、警報器１全体の制御を司る。マイコン２は、異常を検出するとＤ／Ａ出力Ｔ１からアナログの音声信号をＤ級アンプＡｍｐ２に対して出力する。また、マイコン２は、Ｄ級アンプＡｍｐ２の電源端子ＰＤＷＮに対してパワーオン信号Ｓｏｎを供給する。

Ｄ級アンプＡｍｐ２は、電源端子ＰＤＷＮにＨレベルのパワーオン信号Ｓｏｎが供給されると電源が投入されて動作を開始する。Ｄ級アンプＡｍｐ２は、マイコン２から音声信号が出力されていない場合、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-から互いに位相が１８０度異なる＋５Ｖ、０Ｖを繰り返すデューティ５０％、周波数１００ｋＨｚのパルス信号をスピーカＳｐの両端に出力する。よって、スピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐは、図２（Ｃ）に示すように、＋５Ｖ、−５Ｖを交互に繰り返すパルス信号となる。そして、図２（Ｄ）に示すように、負荷としてのスピーカＳｐに流れる電流は、三角波となる。

これに対して、マイコン２から音声信号が出力されると、Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すパルス信号を音声信号により変調して出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-から出力する。変調の一例を図３及び図４を参照して説明する。まず、正の音声信号が入力されると、Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図３（Ａ）に示すように、出力ＯＵＴ₊から出力するパルス信号のデューティを５０％から増加させる。このデューティの増加量は、音声信号のレベルが大きくなるに従って大きくなる。

また、正の音声信号が入力されると、Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図３（Ｂ）に示すように、出力ＯＵＴ_-から出力するパルス信号を反転させると共にデューティを５０％から減少させる。このデューティの減少量は、音声信号のレベルが大きくなるに従って大きくなる。従って、スピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐは、図３（Ｃ）に示すように、０〜＋５Ｖのパルス信号となる。そして、図３（Ｄ）に示すように、このスピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐのデューティに応じた正電流がスピーカＳｐに流れる。音声信号のレベルが小さい場合、スピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐのデューティも小さくなるので、スピーカＳｐに流れる電流も小さくなる。

また、負の音声信号が入力されると、Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図４（Ａ）に示すように、出力ＯＵＴ₊から出力するパルス信号のデューティを５０％から減少させる。このデューティの減少量は、音声信号のレベルが大きくなるに従って大きくなる。また、Ｄ級アンプＡｍｐ２は、図４（Ｂ）に示すように、出力ＯＵＴ_-から出力するパルス信号を反転させると共にデューティを５０％から増加させる。このデューティの減少量は、音声信号のレベルが大きくなるに従って大きくなる。従って、スピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐは、図４（Ｃ）に示すように、−５Ｖ〜０Ｖのパルス信号となる。そして、図４（Ｄ）に示すように、このスピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐのデューティに応じた負電流がスピーカＳｐに流れる。音声信号のレベルが小さい場合、スピーカＳｐの両端電圧Ｖｓｐのデューティも小さくなるので、スピーカＳｐに流れる電流も小さくなる。

また、図１に示すように、上記スピーカＳｐは、上記Ｄ級アンプＡｍｐ２により増幅された音声信号に応じた音を出力する。上記抵抗Ｒ１は、Ｄ級アンプＡｍｐ２の出力ＯＵＴ_-からスピーカＳｐに出力されるアンプ出力Ｓ２を検出するために、出力ＯＵＴ_-とグランドとの間に設けられ、スピーカＳｐに直列接続されている。

上記ローパスフィルタＦ２は、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２から構成されている。ローパスフィルタＦ２は、上記抵抗Ｒ１と並列に接続されている。ローパスフィルタＦ２は、抵抗Ｒ１の両端に発生するアンプ出力Ｓ２を平滑化して、マイコン２のＡ／Ｄ入力Ｔ２に供給する。

上述した構成の警報器１の動作について図５のタイムチャートを参照して以下説明する。マイコン２は、定期的に例えば５０時間毎にＤ級アンプＡｍｐ２の故障検出処理を行う。故障検出処理において、マイコン２は、まずＨレベルのパワーオン信号ＳｏｎをＤ級アンプＡｍｐ２に対して出力する。このとき、マイコン２は、Ｄ／Ａ出力Ｔ１から音声信号を出力しない。上述したようにパワーオン信号Ｓｏｎを出力すると、Ｄ級アンプＡｍｐ２には電源が投入される。この電源投入に応じてＤ級アンプＡｍｐ２が正常に動作していると、出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-から互いに位相が１８０度異なる＋５Ｖ、０Ｖを繰り返すデューティ５０％、周波数１００ｋＨｚのパルス信号を出力する。

よって、アンプ出力Ｓ２は、図５（Ｂ）に示すように、デューティ５０％、周波数１００ｋＨｚのパルス信号となる。ローパスフィルタＦ２は、このパルス信号を平滑化してＡ／Ｄ入力Ｔ２に供給する。即ち、ローパスフィルタＦ２の出力は、図５（Ｃ）に示すように、Ｄ級アンプＡｍｐ２の出力ＯＵＴ₊、ＯＵＴ_-からのパルス信号の出力に応じて緩やかに立ち上がり、（パルス信号の波高）×（パルス信号のデューティ５０％）＝５Ｖ×０．５＝２．５Ｖまで増加すると一定となる。よって、Ｄ級アンプＡｍｐ２が正常に動作していればローパスフィルタＦ２の出力は２．５Ｖとなり、Ｄ級アンプＡｍｐ２が正常に動作していなければローパスフィルタＦ２の出力は２．５Ｖにならない。

そこで、マイコン２は、パルス判定手段として働き、Ａ／Ｄ入力Ｔ２からローパスフィルタＦ２の出力を取り込み、ローパスフィルタＦ２の出力が２．５Ｖであれば（即ち、ローパスフィルタＦ２の出力が２．５Ｖ＋ΔＶ〜２．５Ｖ−ΔＶの範囲内であれば）、音声信号が入力されていないときにＤ級アンプＡｍｐ２からスピーカＳｐに対して変調していないパルス信号が出力されていると判定する。

これに対して、マイコン２は、ローパスフィルタＦ２の出力が２．５Ｖでなければ（即ち、ローパスフィルタＦ２の出力が２．５Ｖ＋ΔＶ〜２．５Ｖ−ΔＶの範囲外であれば）、音声信号が入力されていないときにＤ級アンプＡｍｐ２からスピーカＳｐに対して変調していないパルス信号が出力されていないと判定する。そして、マイコン２は、アンプ故障検出手段として働き、パルス信号が出力されていないと判定したときにＤ級アンプＡｍｐ２の故障を検出して、その旨を伝える警報を発生する。

上述した警報器１によれば、音声信号が出力されていないときのＤ級アンプＡｍｐ２からスピーカＳｐに対して供給されているパルス信号の有無によりＤ級アンプＡｍｐ２の故障を検出することにより、点検時に“ポッ”と音が聞こえてしまうことなくＤ級アンプＡｍｐ２の故障を検出できるＤ級アンプ故障検出装置を安価に得ることができる。

また、上述した警報器１によれば、抵抗Ｒ１に並列接続されたローパスフィルタＦ１を１つ設けるだけで、パルス判定手段として、クロックが遅いマイコン２を用いた場合であっても、Ｄ級アンプＡｍｐ２からスピーカＳｐに対してパルス信号が供給されているか否かを判定することができ、Ｄ級アンプＡｍｐ２の故障を検出することができる。よって、Ｄ級アンプＡｍｐ２の故障を検出できるＤ級アンプ故障検出装置を安価に得ることができる。

なお、上述した実施形態によれば、抵抗Ｒ１と並列にローパスフィルタＦ１を設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、クロックが早いマイコン２を用いることができれば、ローパスフィルタＦ１を設けずに直接、抵抗Ｒ１の両端電圧から変調していないデューティ５０％のパルス信号が出力されているか否かを判定するようにしてもよい。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２マイコン（パルス判定手段、アンプ故障検出手段）
Ａｍｐ２Ｄ級アンプ
Ｆ２ローパスフィルタ
Ｒ１抵抗
Ｓｐスピーカ

Claims

音声信号が入力されると前記音声信号によって変調したパルス信号をスピーカに出力し、前記音声信号が入力されていないときは変調していない前記パルス信号をスピーカに供給するＤ級アンプの故障を検出するＤ級アンプ故障検出装置において、
前記Ｄ級アンプから前記スピーカに出力される信号を検出するために前記スピーカに直列接続された抵抗と、
前記抵抗の両端電圧に基づいて前記音声信号が入力されていないときに前記Ｄ級アンプから前記スピーカに対して前記変調していないパルス信号が出力されているか否かを判定するパルス判定手段と、
前記パルス判定手段によりパルス信号が出力されていないと判定されたときに前記Ｄ級アンプの故障を検出するアンプ故障検出手段と、
を備えたことを特徴とするＤ級アンプ故障検出装置。
前記抵抗と並列に接続されたローパスフィルタをさらに備え、
前記パルス判定手段が、前記ローパスフィルタの出力に基づいて前記Ｄ級アンプから前記スピーカに対して前記変調していないパルス信号が出力されているか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のＤ級アンプ故障検出装置。
前記音声信号が出力されていないときの前記ローパスフィルタの出力が（前記パルス信号の振幅電圧）×（変調していない前記パルス信号のデューティ）でない場合、前記パルス判定手段が、前記パルス信号が出力されていないと判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のＤ級アンプ故障検出装置。