(57)【要約】【課題】過大入力や直流異常電圧からスピーカーを保護する安価に実施可能なスピーカー保護装置を提供する。【解決手段】スピーカー保護装置は、オーディオアンプとスピーカー間に直列に接続されるＰＴＣサーミスタとオーディオアンプ出力から直流電圧成分及び超低周波成分を取り出すローパスフィルタと予め定められた電圧値で該ローパスフィルターをバイパスする双方向ツェナーダイオードと接続される制御端を有するスピーカーと並列に接続されるシャント回路を設け、直流または過大電圧の検出時に、該シャント回路を導通させることにより増加した電流によってＰＴＣサーミスタのトリップ時間を加速させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオアンプ出力端子に接続される入力端子とスピーカーに接続する出力端子と、入力端子と出力端子とに接続されるＰＴＣサーミスタを備えたスピーカー保護回路において、予め定められた周波数より低い周波数成分を抽出するローパスフィルタと、抽出された該ローパスフィルタ出力を制御入力とする出力端子に並列に接続されるシャント回路を備えることを特徴とするスピーカー保護回路。
【請求項２】
前記シャント回路にトライアックを使用することを特徴とする請求項１に記載したスピーカー保護回路。
【請求項３】
前記ローパスフィルタと並列接続される双方向ツエナーダイオードを備え、オーディオアンプ出力電圧がツエナー電圧を超えるとき、前記ローパスフィルタを機能させないことを特徴とす請求項１に記載したスピーカー保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオアンプの直流異常電圧出力時にスピーカーのボイスコイルを焼損することを防止するスピーカー保護回路及びスピーカー保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のオーディオアンプでは、半導体技術の向上によりＯＴＬ型(OutputTransfomer less)やＯＣＬ型(Outputcapacitor less)等のアンプ出力段とスピーカーを直接接続することが出来るＤＣ(DirectCoupled)アンプが多く使用されている。
【０００３】
ＤＣアンプ（以下、アンプと称する）は、出力段とスピーカを直接接続できるため高忠実度再生に適しているが、アンプ回路の破損等によりアンプ出力端子に直流異常電圧が出力される。
この時、スピーカーには継続的に直流電流が流れるためボイスコイルが発熱し易く、場合によってはスピーカーを焼損させてしまう。
【０００４】
そのためアンプでは、出力端子の直流電位を検出して所定の電位を超えたらリレー回路によりスピーカーを切り離す保護手段を講じられているものもある。
【０００５】
しかしながら、アンプ内蔵の保護回路は付加回路として備えるものでコストアップの要因でもあり、安価なアンプでは備えていないものもある。
【０００６】
また、前述にあるような保護手段とは別に、アンプとスピーカーとの間にヒューズを直列に挿入してアンプの過大出力からスピーカーのボイスコイルを保護する方法があり、近年では自己復帰型ヒューズとしてＰＴＣサーミスタが使用されている。
【０００７】
特許文献１では、スピーカー保護素子としてＰＴＣサーミスタを使用した保護素子付スピーカ用端子に関する技術が開示されている。
特許文献２では、ハウリングを原因とする過大電流からの保護回路に関する技術が開示されている。
特許文献３では、過大出力からの保護回路についてヒューズとシリコン制御素子を用いた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平8-294196
【特許文献２】特開2007-134828
【特許文献３】特開昭47-037365
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来からＰＴＣサーミスタを使用したスピーカー保護回路があるが、これらは主に過大入力からの保護を目的とされ、特に低電圧時の直流異常電圧に対する保護としては効果を得難い。
【００１０】
スピーカーの構造は紙製のボビンに銅線を巻いたボイスコイルで、紙または薄い樹脂製のコーンを駆動する。ボイスコイルは金属性のヨークとマグネット間の空間である磁気ＧＡＰの中をダンパーで保れ、ボイスコイルに熱的に接続しているものはボビンとコーンとダンパーである。これら素材は紙基材や布基材で構成されているものが多く、比較的熱伝導が悪く熱分布が集中しやすい。
【００１１】
ボイスコイルは定格入力電力値を超え、さらに最大入力電力値を大きく超えた電圧を印可された場合は短時間で溶断するが、ボイスコイルが溶断に至ることなく継続的に直流電圧を印可された場合、ジュール熱によりボビン全体を過熱し、やがてグローワイヤー化したボイスコイルにより焼損するため、紙基材の材料に着火しやすく発煙や発火等の事故に結び付くことがある。
【００１２】
スピーカーの諸元に関する性能表示では、定格入力値または最大入力値の何れか記載することが多い。
最大入力値とはスピーカーに短時間信号を加えた場合に許容される入力の最大値で、JISで定めるプログラム模擬信号を１分間加えて恒久的な損傷を起こさない最大電圧を規定したもので、定格入力値とはスピーカーが熱的及び機械的に損傷なく継続して正常に動作する入力値である。一般的なスピーカーの定格入力値は最大入力値の１/３から１/２になることが多い。
また、瞬時最大入力値では、JISで定めるプログラム模擬信号を１秒間加えて、恒久的な損傷を起こさない入力値を規定している。
【００１３】
これらの規定にあるスピーカーの入力信号は交流信号であり直流信号を想定したものではない、従って、入力信号が直流信号であった場合の各許容値は規定される各入力値より低くなることを想定した方が保護装置の観点からはよい。
【００１４】
従来からあるＰＴＣサーミスタを直列に挿入する保護回路の作用について、具体例を用いて説明する。
定格インピーダンス６Ω、最大入力電力３０Ｗのスピーカーが許容する最大電流は約２．２３Ａになり、許容される印加時間は１分である。
【数１】
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【００１５】
一方、定格入力電力を最大入力電力の１/３と想定した場合、連続して入力出来る電力は１０Ｗで電流値は約１．２９Ａになる。
【数２】
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【００１６】
図３は、一般的に市販されているＰＴＣサーミスタの２０℃時のトリップ（遮断）特性の一例である、各軸と曲線の交点がトリップ（遮断）点で、曲線の左側がホールド(許容)領域で通常通電で使用される領域になる。
【００１７】
最大入力電力３０Ｗ付近の電流２Ａを１分間許容し、且つ、定格入力である１.２９Ａをホールド（許容）電流とするときに、ＰＴＣサーミスタは定格電流１.１Ａタイプが選択できる。
【００１８】
しかし、定格電流１．１ＡタイプのＰＴＣサーミスタでは直流異常電圧出力時に流れる異常電流が定格入力電流値を超える１．５Ａであった場合でもトリップしない。また、異常電流が２．０Ａの場合でもトリップに約２００秒を要し、そのためボイスコイルはトリップする前に焼損する可能性がある。
【００１９】
このように、従来からあるＰＴＣサーミスタを直列に挿入するスピーカー保護装置は、安価な保護装置要件としてはメリットがあるものの、直流異常電圧からのスピーカー保護には効果が得られない。
【００２０】
スピーカーの直流異常電圧に対する理想的な保護手段としては通常の音声信号に於いてはトリップに至ることはないが、直流異常電圧に対しては高速でトリップできる保護手段が望ましい。
【００２１】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、安価に使用できる従来のＰＴＣサーミスタを用いた過大入力時の保護に加え、直流異常電圧からもスピーカー保護を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明では、上記目的を達成するために、アンプとスピーカー間に直列に接続されるＰＴＣサーミスタとアンプ出力から直流電圧成分及び超低周波成分を取り出すローパスフィルタと、予め定められた電圧値で該ローパスフィルターをバイパスする双方向ツェナーダイオードと導通をオンオフする制御端を有するスピーカーと並列に接続されるシャント回路を有し、該シャント回路の制御端に前記ローパスフィルター出力信号を入力し、該シャント回路の導通により増加した電流によってＰＴＣサーミスタのトリップ時間を加速させること特徴とする。
【００２３】
前記シャント回路に双方向素子であるトライアックを使用することで正負何れの直流異常電圧でも使用することが出来るため、ブリッジダイオード等の整流器が不要になる。
また、トライアックは自身を流れるアノード電流によって導通状態を保持するため、外部電源を必要とせずＰＴＣサーミスタを確実にトリップさせることが出来る。
【００２４】
このような構成とすれば、正負いずれの直流異常電圧からスピーカーを保護することが出来る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のスピーカー保護装置は、アンプ本体に依存することなく比較的少ない部品で構成できるため、低コストで直流異常電圧からスピーカーのボイスコイルの焼損を防止できる。
また、専用電源を使用しないことからオーディオアンプとスピーカーシステムの間に自由に接続できるし、スピーカーシステムに内蔵することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例のブロック図である。
【図２】図１実施例の具体的回路の配線図である。
【図３】一般的なＰＴＣサーミスタのトリップ特性である。図３の点(Ａ)、(Ｂ)はトリップ点である。
【実施例】
【００２７】
図１に示す実施例のブロック図において入力端子１と出力端子６に接続されたＰＴＣサーミスタ２を有し、入力端子１に接続したローパスフィルタ３は入力端子１に入力された音声信号のうちから数Ｈｚ以下程度の低域信号を通過させる機能を有している。また、ローパスフィルタ３は並列に接続された双方向ツエナーダイオード４により、予め設定された電圧を超えた入力信号ではフィルター機能をバイパスする。ローパスフィルタ３の出力はシャント回路５の制御端へ接続されており、シャント回路５では制御端に加わる電圧値により導通をオンしてスピーカー両端を短絡させるものである。
【００２８】
図２に示すものは本発明の具体的な回路の配線図である。
これを説明すると、ローパスフィルタ３は抵抗器とコンデンサからなるＲＣ型ローパスフィルタである。この回路は、抵抗器がインタクタに変わるＬＣ型ローパスフィルタでもよいが、遮断周波数が低い場合インダクタが大型化するので、抵抗器によるＲＣ型を使用している。
シャント回路５は、トライアックとトライアック保護抵抗からなる双方向スイッチ回路である。
ＬＥＤ表示器８はＰＴＣサーミスタ２に並列接続され、ＰＴＣサーミスタ２の両端に発生する電圧によって点灯する。
【００２９】
アンプ出力が双方向ツェナーダイオード４のツエナー電圧Ｖｚより低い場合は、双方向ツェナーダイオード４によるバイパスは機能せず、トライアック５をトリガーするのはＲＣ型ローパスフィルタ３の出力になる。
ＲＣ型ローパスフィルターのカットオフ周波数が数Ｈｚ程度であった場合、通常のアンプから再生される音楽信号ではＲＣ型ローパスフィルタ３の出力電圧は発生せず、トライアック５のゲートをトリガー出来ない。
【００３０】
トライアック６が非導通状態にある時、入力端子１ａと出力端子２ａ間に接続されたＰＴＣサーミスタ２は従来からあるようなアンプの過大出力に対する保護素子として作用する。
【００３１】
入力端子１に直流電圧が入力されるとローパスフィルタ３の出力によりシャント回路は導通状態になる。即ち、トライアック５のアノードＴ１-Ｔ２間は導通状態になりトライアック保護抵抗９を介してスピーカー両端を短絡する。
【００３２】
入力端子１に入力される音声信号で、双方向ツェナーダイオード４のツエナー電圧Ｖｚ（実際にはツエナー電圧Ｖｚとトライアック５のゲート電圧Ｖｇとの和）より大きな信号が入力された場合、ローパスフィルタ３を構成する抵抗器Ｒは双方向ツェナーダイオード４によりバイパスされる。従って、ローパスフィルタの遮断周波数に関わらずシャント回路を制御することが出来る。
【００３３】
ホールド状態のＰＴＣサーミスタ２の抵抗値は０．１Ω程度の低い値であるため、最大出力付近の電流値２Ａの電流に対して発生するＰＴＣサーミスタ５の両端の電圧は０．２Ｖ程度でＬＥＤの点灯電圧に達しない。
【００３４】
一方、トリップ状態のＰＴＣサーミスタ２は高抵抗値になるため、両端電圧はほぼ直流異常電圧が現れることになりＬＥＤ点灯電圧に達する。
【００３５】
一般的にスピーカーのインピーダンスは、適用周波数が低いため直流抵抗値もほぼ同じ値を示す。
従って、スピーカー７のインピーダンスが６Ωであった場合スピーカー７の直流抵抗値は約６Ωと考えてよい。
【００３６】
トライアック保護抵抗９を０．６Ω程度とした場合、トライアック導通状態ではＰＴＣサーミスタ２に流れる電流はスピーカー７の直流抵抗６Ωとトライアック保護抵抗９との合成抵抗は約０．５４Ωであるから、ＰＴＣサーミスタ２を流れる電流は１１倍に増加する。
【００３７】
これを図３のＰＴＣサーミスタのトリップ特性を用いて説明すると、前述の１．１ＡタイプのＰＴＣサーミスタのトリップ時間は、電流２．０Ａ時にＡ点の２００秒であるが、シャント回路導通時のＰＴＣサーミスタ２を流れる電流は１１倍に拡大され約２２ＡとなるためＢ点の０．５秒でトリップする。
【符号の説明】
【００３８】
１        入力端子
２        PTCサーミスタ
３        ローパスフィルター
４        双方向ツェナーダイオード
５        シャント回路
６        出力端子
７        スピーカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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