JPH0737369Y2 - 駆動装置の温度補償回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、駆動装置の温度補償回路に関するもので、
特に、負性インピーダンス駆動される負荷の温度変化に
よる駆動状態の変化を防止する等の際、負荷が安全領域
を超えて加熱されることを防止した温度補償回路に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、スピーカ等の電磁変換器、例えば動電形電気音
響変換器は、磁気回路の磁気ギャップ中のコイル（銅線
コイル）に電流ｉを流すことで駆動力を得ている。ここ
で、コイルの導線長をｌとし、磁気ギャップの磁界の強
さをＢとすると、銅線コイルに現われる駆動力は Ｆ＝Ｂ・ｌ・ｉ となる。しかし、銅線等でできたコイルは正の温度係数
を持つので、温度によって抵抗値が変化する。このた
め、定電圧駆動の場合、温度に応じて銅線コイルを流れ
る電流ｉが変化し、駆動力が変化することになる。ま
た、前記のような電磁変換系は一般にモーショナルイン
ピーダンスを有し、銅線コイルの抵抗分はこのモーショ
ナルインピーダンスの制動抵抗となっているため、温度
変化に応じて制動力も変化することになる。

通常の定電圧駆動より大きな駆動力、制動力を得る目的
で、駆動回路側に等価的に負性インピーダンスを生成
し、これを介して負荷を負性インピーダンス駆動するこ
とも提案されている。ここで、等価的に負性インピーダ
ンスを生成するためには負荷に流れる電流を検出するこ
とが必要になり、そのため、負荷に直列に検出素子が接
続される。この負性インピーダンス駆動を行なう方式で
は、等価的に生成される負性インピーダンスによって負
荷のインピーダンスが見掛上で打ち消されるため、高い
駆動力と制動力を同時に実現できる。第４図はその等価
回路図である。同図において、C_MおよびL_Mはそれぞれ電
磁変換器（スピーカ）のモーショナルインピーダンスZ_M
のキャパシタンス分およびインダクタンス分であり、R_V
は負荷であるボイスコイルの内部抵抗である。この内部
抵抗R_Vは、駆動側で等価的に形成される負性抵抗−R_Oに
よって減少化され、見掛上の駆動インピーダンスZ_Oは Z_A＝R_V−R_O となる。但し、Z_Aが負になると回路の動作が不安定にな
るので、R_V≧R_Oとなっている。

しかしながら、従来の負性インピーダンス駆動方式で
は、高い駆動力と制動力が実現されるが、モーショナル
インピーダンスに対する駆動インピーダンスを広い温度
範囲にわたって一定にすることは難しい。例えば、第４
図の回路において等価負性抵抗−R_Oを温度によらず一定
にすると、R_Vの温度変化による抵抗値の変化が駆動イン
ピーダンスZ_Aに及ぼす影響比率は定電圧駆動の場合より
も大きくなる。

本出願人による特願昭63−133389号（以下、先願とい
う）の温度補償回路は、負荷に流れる電流を検出するた
めの検出素子の温度係数を前記負荷の有する負荷インピ
ーダンスと同等またはわずかに大きい値とすることによ
り前記従来例における欠点を解決したものである。

ところで、この先願の温度補償回路を有する負性インピ
ーダンス駆動装置においては、負荷インピーダンスが負
荷の温度上昇に応じて増大していく場合、負性インピー
ダンスの絶対値も増加していくことになる。負性インピ
ーダンス駆動とは、実際のアンプ出力で見れば、負性イ
ンピーダンス分として通常駆動時より大きい駆動電圧す
なわち駆動電力を負荷へ供給しているものであり、絶対
値がより大きな負性インピーダンスの場合ほど負荷消費
電力は大きい。この負荷に供給された電力は基本的に発
熱となる。このため、先願の回路を有する駆動装置は、
入力信号を一定として負荷の温度が上昇し負荷インピー
ダンスが増加する場合を想定すると、負性インピーダン
スが温度補償されてその絶対値が増加し負荷への供給電
力が増加し、負荷の温度がさらに上昇して負荷インピー
ダンスおよび負性インピーダンスがさらに増加するとい
うように、熱的に暴走する可能性があり、熱的保護とい
う点では全く無防備であった。

また、駆動装置および負荷の熱的設計条件として最大出
力時を想定すれば、通常ほとんどは、駆動装置や負荷を
熱的破壊に至らしめるというようなことはないが、前記
負性インピーダンス駆動で、かつ温度補償により駆動状
態が変化するという点を考え合せて前記最大出力を想定
すると、これは通常の設計条件に比べてかなり大きな値
となり、従来のごとき熱的安定性判断基準では大抵の場
合過剰品質になりかねないという問題も派生する。

［考案が解決しようとする課題］ この考案の目的は、負荷の温度変化によって負荷のイン
ピーダンスが変化したときでも負荷の駆動状態が変化す
るのを防止することができる駆動装置の温度補償回路に
おいて、負荷が安全領域を超えて加熱されることを防止
し、もって駆動装置や負荷の品質を過剰にすることな
く、これらの駆動装置や負荷の熱的破壊を防止すること
にある。

［課題を解決するための手段］ この考案は、負荷に流れる電流を検出して帰還し前記負
荷を負性インピーダンス駆動する駆動装置に用いられ、
前記負荷の温度上昇に伴う負荷インピーダンスの増大を
補償すべく前記負性インピーダンス駆動状態を制御する
ようにしてなる温度補償回路において、前記負荷の温度
が所定値に達したことを検出する検出手段と、この検出
手段の出力に応じて前記温度補償を停止するかまたはそ
の補償率を低減させる手段とを設けたことを特徴として
いる。

［作用］ この考案の温度補償回路は、負荷の温度が所定値に達す
るまでは、温度上昇に伴なう負性インピーダンスの増大
をほぼ完全に補償すべく負性インピーダンス駆動状態を
制御する。これによって、負性インピーダンス駆動状態
（駆動インピーダンス）はほぼ一定に保たれる。

一方、負荷の温度が前記所定値に達すると、前記温度補
償を停止するかまたはその補償率を低減させる。例え
ば、この所定の温度以上では温度上昇に対する前記負性
インピーダンスの絶対値の増加を緩やかにしたり、停止
させ、あるいはこの負性インピーダンスの絶対値を逆に
低減させる。これにより、負性インピーダンスの絶対値
は、温度が上昇してもほぼ一定のままとなり、あるいは
温度上昇に伴なって減少する。これに対して負荷インピ
ーダンスは温度上昇に伴なって増加する。したがって、
前記増加を停止させた場合、負性インピーダンスは絶対
値が一定であり、駆動電圧の増強はなされないので、負
荷インピーダンスの増加に伴ない負荷の消費電力が相対
的に減少していき、負荷の温度は下がる方向に作用す
る。反面、温度が下がれば負荷インピーダンスが減少し
て消費電力は増加する。この結果、負荷の温度は、ある
均衡点に安定する。この安定点は略々前記所定値近辺と
なる。また、前記負性インピーダンスの絶対値を温度上
昇に伴なって低減させた場合、負荷への供給電力が強制
的に低減される。この結果、負荷の温度は下がる方向に
作用する。

［効果］ したがって、この考案によれば、負荷の温度が所定値以
上になると、駆動装置におけるそれ以上の駆動電圧の増
強が制限され、負荷の消費電力は負荷のインピーダンス
の増加に伴なって自然に低減するか、または負性インピ
ーダンスの絶対値の低減を通じて強制的に低減される。
よって、負荷および駆動装置を過剰品質化することなく
負荷および駆動装置の熱破壊を確実に防止することがで
きる。

［実施例］ 以下、この考案の実施例を添付の第１〜３図に基づき説
明する。なお、各図面において共通または対応する要素
には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

第１図は、この考案の一実施例に係る温度補償回路を適
用した駆動装置の基本構成を示す。駆動アンプ１の出力
側には負荷２が接続され、負荷２には負荷電流検出素子
３が接続されている。この電流検出素子３は、例えば負
荷２に直列に接続されている。電流検出素子３からの負
荷電流検出信号は帰還回路４を介して駆動アンプ１に正
帰還される。この正帰還により、駆動アンプ１の出力側
に負性抵抗−R_Oが生成され、負荷２の抵抗分が低減ない
し打ち消される。

電流検出素子３は、負荷の発熱等による負荷抵抗の変化
を補償して前記低減ないし打ち消し状態を安定化するた
めの温度補償が施されている。すなわち、この電流検出
素子３は、抵抗の温度係数が負荷２と同程度であり、温
度も負荷２に追随して変化するように取り付けられ、帰
還回路４には負荷２の温度に応じて温度補償された負荷
電流検出出力を供給する。

帰還回路４においては、この温度補償に上限温度規制
（リミッタ）を付加している。このリミッタは、例え
ば、 リミット（上限）温度に達したらそれ以上の負性抵
抗の絶対値R_Oの増加を停止させるもの、あるいは リミット温度に達したら負性抵抗の絶対値R_Oを低下
させるもの等である。

後者の場合、R_Oを低下させても再度リミット温度に達し
た場合はR_Oをさらに一段低下させ、かつR_Oの低下に伴な
い入力信号の周波数特性を補正する。一方、負荷の温度
が所定の復帰温度よりも低下したらR_Oおよび入力信号の
周波数特性を一段前の状態に戻す。

第２図は、第１図における後者方式の具体例を示す。第
２図において、利得Ａの駆動アンプ１の出力側には負荷
２としてスピーカのボイスコイルR_Vが接続され、これに
負荷電流検出素子３としての検出抵抗R_Sが接続されてい
る。負荷２と検出抵抗R_Sの接続点は伝達利得βの帰還回
路４に接続され、加算器５を介して駆動アンプ１に正帰
還されている。ここで、負荷２を負性インピーダンス駆
動するときには、負荷２と検出素子３は同等の温度にな
るものとし、かつ負荷２の有する負荷インピーダンスZ_V
（＝R_V）と検出素子３の検出インピーダンスZ_S（＝R_S）
は同等の温度係数を持つものとする。これらの駆動アン
プ１、負荷２、負荷電流検出素子３、帰還回路４および
加算器５からなる負性抵抗駆動装置部分は、前記先願と
共通のものである。

第２図において、負荷２から駆動アンプ１側を見たイン
ピーダンス（以下、便宜的に駆動アンプ１の出力インピ
ーダンスという）Z_Oは、 Z_O＝R_S（１−Ａβ） となる。従って、Ａβ＜１のときには、駆動アンプ１の
出力インピーダンスZ_Oを負（−R_O）にして負性インピー
ダンス駆動することができる。

ここで、負荷抵抗R_Vの０℃での抵抗値をR_VOとし、負荷
２の材料の温度係数をK_Tとし、負荷２の温度をＴ（℃）
とすると、負荷インピーダンスR_Vは R_V＝（１＋K_T・Ｔ）R_VO となる。

また、検出抵抗R_Sの０℃での値をR_SO、検出素子３の温
度係数を負荷２と同じK_T、検出素子の温度を負荷２と同
じＴ（℃）とすると、検出インピーダンスR_Sは R_S＝（１＋K_T・Ｔ）R_SO となる。従って、負荷２のモーショナルインピーダンス
Z_Mに対する駆動インピーダンスZ_Aは Z_A＝R_V＋R_S（１−Ａβ） ＝（１＋K_T・Ｔ）R_VO ＋（１＋K_T・Ｔ）R_SO（１−Ａβ） ＝（１＋K_T・Ｔ） ・［R_VO＋R_SO（１−Ａβ）］ となる。これによって、検出インピーダンスR_Sに負荷イ
ンピーダンスR_Vと同じ温度係数を持たせることにすれ
ば、負荷２と検出素子３が同等の温度であるときには、
（１−Ａβ）が負の場合でも温度係数の与える影響を定
電圧駆動の場合と同程度に小さくすることができる。

第２図の駆動装置は、さらに、負荷２（スピーカのボイ
スコイル）の温度として検出抵抗R_Sの温度を検出する温
度センサ６、温度センサ６の出力が上限リミット温度相
当電圧V_r1を超えたとき“H"レベル出力を発生する比較
器７、温度センサ６の出力が下限リミット温度相当電圧
V_r2より低くなったとき“H"レベル出力を発生する比較
器８、0,−1,…の計数値に対応する複数の出力端子のう
ち１つの出力端子にのみ択一的に“H"レベル出力を発生
するアップ／ダウンカウンタ９、検出抵抗R_Sに並列にそ
れぞれスイッチ素子SW₁，SW₂，…を介して接続された抵
抗R₁，R₂，…、カウンタ９の出力−1,−2,…に応じてス
イッチ素子SW₁，SW₂，…をオン・オフ駆動するバッファ
BUF₁，BUF₂，…およびこれらのバッファBUF₁，BUF₂，…
の出力を切換制御入力として駆動アンプ１へ加算器５を
介して送出すべき信号の周波数特性を切り換える入力ｆ
特設定回路10等を具備している。ここで、各抵抗R₁，
R₂，…の抵抗値は、 R_SR₁＞R_SR₂＞…となるように、R₁＞R₂＞…に設定さ
れている。

カウンタ９は、電源投入時リセットされて出力端子０に
のみ“H"レベルを出力するとともに、比較器７の“H"レ
ベル出力の立ち上がりでダウンカウントし、比較器８の
“H"レベル出力の立ち上がりでアップカウントする。

次に、第２図の駆動装置における温度補償度合の低減動
作について説明する。

第２図の駆動装置において、負荷２の温度が所定の上限
リミット値より低い間、カウンタ９の出力は、出力端子
０にのみ“H"レベルであり、この場合、駆動アンプ１の
出力インピーダンスZ_O（負性抵抗−R_O）は −R_O＝R_S（１−Ａβ） ＝（１＋K_T・Ｔ）R_SO（１−Ａβ） である。

比較的高レベルの入力ソース信号が継続したり、周囲温
度が上昇する等して負荷２の温度が上昇し、温度センサ
６の出力電圧が前記上限リミット温度相当電圧V_r1を超
えると、比較器７が“H"レベル出力を発生し、カウンタ
９はこの“H"レベルの立ち上がりでダウンカウントす
る。これにより、カウンタ９の出力端子−１が“H"レベ
ルとなり、この“H"レベル出力に応動してバッファBUF₁
がスイッチ素子SW₁をオン（閉路）する。したがって、
抵抗R₁が検出抵抗R_Sに並列に接続されることとなり、合
成された検出抵抗R_S′は R_S′＝R_SR₁となり、駆動アンプ１の出力インピーダン
スZ_O′（負性抵抗−R_O′） は −R_O′＝R_S′（１−Ａβ）となる。

ここで、R_S′＜R_Sであるから ｜−R_O′｜＜｜−R_O｜であり、負性インピーダンス値が
低減される。そして、このように｜−R_O｜が｜−R_O′｜
に低減されることにより負性インピーダンス駆動の程度
が低下して通常駆動（R_O＝０）に近付き、負荷２である
スピーカに供給される電力が実質的に減少する。厳密に
は、入力ソースの平均電力にもよるが、この平均電力が
ほぼ一定と仮定すれば、前記負性インピーダンス駆動の
程度の低下により負荷２における電力消費が減少し負荷
２であるボイスコイルの温度は低下していくことにな
る。

なお、温度センサ６は、一定の時間（ｔ秒）間隔で負荷
２の温度（実際は検出素子３である検出抵抗R_Sの温度）
に応じた電圧信号を発生しており、以上のように｜−R_O
｜を一段階減らしたにもかかわらず、ボイスコイル温度
が低下せずに、ｔ秒後に再び前記上限リミット温度を超
えていれば、比較器７が“H"レベルを出力し、カウンタ
９はさらにダウンカウントされる。これにより、スイッ
チ素子SW₁がオフ（開路）してSW₂がオンし、検出抵抗値
R_S″が R_S″＝R_SR₂（＜R_S′）となる。したがって、出力イン
ピーダンス−R_O″は R_S″＝R_S″（１−Ａβ）となり、 ｜−R_O″｜＜｜−R_O′｜＜｜−R_O｜となって、負荷消費
電力はさらに低減される。このように、負荷温度が上限
リミット値を超えなくなるまで検出抵抗が低減され、出
力インピーダンスの絶対値が低減されていく。

この結果、負荷は、前記上限リミット温度を超えて温度
上昇することを防止され、負荷および駆動装置が熱的破
壊から保護される。

なお、第２図の例においては、負性インピーダンス駆動
の程度を変化することにより生じる周波数のうねりを補
正するための入力ｆ特制御回路10のｆ特切換を前記検出
抵抗切換と同時に行なっている。

前記のように、出力インピーダンスの絶対値を低減した
結果、負荷消費電力が低減して負荷温度が低下し、この
負荷温度が前記下限リミット温度相当電圧V_r2以下にな
ると、比較器８が“H"レベル出力を発生し、カウンタ９
はこの“H"レベルの立ち上がりでアップカウントする。
これにより、カウンタ９は直前の出力端子−ｎ（但し、
ｎは１以上の整数）が“H"レベルの状態から出力端子−
ｎ＋１が“H"レベルの状態へと出力状態（計数値）が１
つ繰り上り、この繰り上った出力端子−ｎ＋１のが“H"
レベルに応動してバッファBUF_n+1がスイッチ素子SW_n+1
をオフし、バッファBUF_nがスイッチ素子SW_nをオンす
る。したがって、検出抵抗値は、R_SR_nとなり、R_SR
_n+1より大きくなって出力インピーダンスの絶対値が増
加する。そして、前記ｔ秒ごとに検出される負荷温度が
この下限リミット温度以上とならない限り、カウンタ９
の計数値が０になるまで、検出抵抗値が増加され、出力
インピーダンスの絶対値が増加されていく。そしてカウ
ンタ９の計数値が０になると、検出抵抗値は平常動作時
のR_Sに戻る。

第３図は、第１図の駆動装置の第２の具体的回路例を示
す。第３図の装置は、負荷２の温度が所定の上限リミッ
ト値を超えるときは、検出素子３の温度をそれ以上増加
させないようにして、温度補償を実質的に停止させ、も
って負荷を通常駆動状態に近づけていくことにより、当
該負荷の温度がそれ以上上昇しないようにしたものであ
る。

同図の装置は、駆動アンプ１、負荷２、負荷電流検出素
子３、帰還回路４および加算器５からなる前記先願と同
様の負性抵抗駆動装置に対し、検出抵抗R_Sの温度を負荷
２の温度として検出する温度センサ６、温度センサ６の
出力が上限リミット温度相当電圧V_r1を超えたときその
差に応じた出力を発生する比較的大利得の差動増幅器
７、この差動増幅器７の出力により駆動され検出素子３
を冷却する冷却素子11を付加したものである。冷却素子
11としては、ペルチェ素子または送風器等を用いること
ができる。

次に、第３図の駆動装置の動作を説明する。

第３図の駆動装置も、負荷２の温度が所定の上限リミッ
ト値より低い間は、前記第２図および先願の負性抵抗駆
動装置と同様に安定な駆動インピーダンスZ_A（＝R_V−
R_O）で負荷２を強力に駆動および制動する。

負荷２の温度が所定の上限リミット値T_r1を超え、温度
センサ６の出力電圧V_Sが上限リミット温度相当電圧V_r1
を超えると、差動増幅器７が差電圧V_S−V_r1に応じた出
力を発生して冷却手段11を駆動する。これにより、検出
抵抗値R_Sの温度が前記上限リミット値T_r1近辺に保持さ
れ、負性抵抗−R_O′は −R_O′＝R_S′（１−Ａβ） ＝（１＋K_T・T_r1）R_SO（１−Ａβ） 近辺に保持される。これに対し、負荷２であるボイスコ
イルはさらに温度上昇を続けるため、駆動インピーダン
スZ_A′＝R_V−R_O′は、大きくなって平常時の安定化され
た駆動インピーダンスZ_A＝R_V−R_Oから離れて通常駆動
（定電圧駆動）に近付く。したがって、供給電力（負荷
消費電力）は実質的に減少していく。これにより、負荷
２の温度上昇は停止もしくは低下し、負荷２および駆動
装置は熱的破壊から保護される。

一方、負荷２すなわち検出素子３の温度が前記上限リミ
ット値T_r1より低下すると、差動増幅器７の出力が負と
なり、冷却素子11の駆動はダイオードD₁により阻止され
る。これにより、冷却素子11の動作が停止して検出素子
３の温度が負荷３の温度と同等となり、前記先願と同様
の温度補償による安定な負性インピーダンス駆動状態に
戻る。

なお、この第３図の装置において入力ｆ特補正を施す場
合には、差動増幅器７の出力に応じて入力ｆ特制御回路
のｆ特を調整または切り換えるようにすればよい。

［実施例の変形］ なお、この考案は、前記実施例に限定されることなく適
宜変形して実施することができる。

例えば適宜の温度特性を有する正特性サーミスタ等のサ
ーミスタ、または各種サーミスタと抵抗との直並列回
路、さらにはこれらと能動回路を組み合わせることによ
り形成した適宜の温度特性を有する回路を用いることに
より、１つの回路で前記負荷電流検出、温度検出および
温度補償の３つの機能を実現することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例に係る駆動装置の基本構
成を示すブロック図、 第２図は、第１図の駆動装置の第１の具体例を示す回路
図、そして 第３図は、第１図の駆動装置の第２の具体例を示す回路
図、 第４図は、動電形電気音響変換器の駆動系の等価回路図
である。 1:駆動アンプ、2:負荷（負荷インピーダンスZ_V）、3:負
荷電流検出素子（検出インピーダンスZ_S）、4:帰還回路
（伝達利得β）、5:加算器、6:温度センサ、7:比較器ま
たは差動増幅器、8:比較器、9:アップ／ダウンカウン
タ、10:入力ｆ特制御回路、11:冷却素子、R_S：検出抵抗
（温度補償用）、R₁，R₂：検出抵抗（温度補償低減
用）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷に流れる電流を検出して帰還し前記負
   荷を負性インピーダンス駆動するとともに、前記負荷の
   温度上昇に伴い前記負荷に流れる電流の検出感度を上昇
   させることにより、前記負荷の温度上昇に伴う負荷イン
   ピーダンスの増大に応じ前記負性インピーダンスが増大
   するように、前記負性インピーダンス駆動状態を制御す
   る駆動装置の温度補償回路において、 前記負荷の温度が所定値に達したことを検出する検出手
   段と、 この検出手段の出力に応じて前記温度補償回路の温度補
   償を停止させるかまたは低減させる手段と、 を具備することを特徴とする駆動装置の温度補償回路。