(57)【要約】【課題】アンプ（増幅器）に接続されたスピーカのインピーダンスが小さい場合、スピーカを駆動するアンプが発熱する。【解決手段】  アンプ（増幅器）の出力端子に接続された検出回路において、アンプと、アンプからの出力信号の電流値を検出する電流検出回路と、アンプからの出力信号の電圧値を検出する電圧検出回路と、判定回路と、を有し、判定回路は、電流検出回路と電圧検出回路からの検出結果に応じて、アンプの動作を停止することとする。上記の構成により、接続されるスピーカのインピーダンスが規定より大きい場合には、アンプの動作を停止せず、アンプの能力の上限まで、動作を許可する。逆に接続されるスピーカのインピーダンスが規定より小さい場合には、発熱によるアンプが破損、発火の防止を優先する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する増幅器と前記増幅器により駆動されるスピーカとの間に接続された検出回路において、
前記増幅器からの出力信号の電流値を検出すると共に、第１検出信号を出力する電流検出回路と、
前記増幅器からの出力信号の電圧値を検出すると共に、第２検出信号を出力する電圧検出回路と、
前記第１検出信号及び第２検出信号の結果に応じて、判定信号を出力する判定回路と、を備えることを特徴とする検出回路。
【請求項２】
遮断回路と、を備え、
前記遮断回路は、前記判定回路から出力される判定信号に応じて、前記増幅器に印加される入力信号を遮断する又は前記増幅器に印加される電源電圧を遮断することを特徴とする請求項１記載の検出回路。
【請求項３】
前記電流検出回路及び前記電圧検出回路は内部に、それぞれ第１及び第２トランジスタを有し、前記第１及び第２トランジスタは、検出電流及び検出電圧が増大することによって、状態が切り換わることを特徴とする請求項２記載の検出回路。
【請求項４】
前記判定回路は前記第１検出信号が前記第２検出信号より先に検出された時に、前記スピーカの負荷インピーダンスが規定より小さいと判断し、前記判定信号を変化させることを特徴とした請求項３記載の検出回路。
【請求項５】
前記遮断回路はサイリスタであって、前記サイリスタは、前記判定信号により、一度オンすると、前記サイリスタに供給される電源が切れるまで、オン状態を維持し続けることを特徴とする請求項４記載の検出回路
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンプの出力に接続され、アンプに課題な電流が加わらない様に検出するのに用いられる検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカを駆動するアンプでは、そのアンプの駆動能力に適合したスピーカのインピーダンス（負荷）の値が予め設定されている。しかしながら、適合したスピーカの規格値を知らずに使用する事や、スピーカの規格値を守らずに使用する事で、規格値より低いインピーダンスのスピーカを接続することがある。すると、スピーカはインピーダンスが低いことで、スピーカを駆動するアンプに大電流が流れ、アンプは能力以上の大電流に耐えることが出来ず、発熱による破損や、最悪の場合、発火、火災になるという問題があり、その過電流を検出する電流検出回路を有して、上記を防いでいた。
【０００３】
下記に具体例を示す。図５に示す様に、スピーカ４をアンプ１が駆動しており、アンプ１はＣＤプレーヤ２からの電気信号をアンプし、スピーカ４に出力している。スピーカ４では、アンプ１からの信号に従って、電気信号を音に変換する。ここで、図５（Ａ１）では、アンプ１の駆動能力にあったスピーカ４を接続したケースである。また、図５（Ａ２）は、図５（Ａ１）のアンプを回路図の表記にし、出力信号の波形（電圧値、電流値）との関係を把握し易い様、図示したものを示している。また、アンプ１で消費される電流を振幅で示している。図５（Ａ２）では、定格で定められたインピーダンスのスピーカ４を接続しているので、アンプ１のゲインを高め、ボリュームを最大にしても、最大値を越える電流が流れることは無い。
【０００４】
図５（Ｂ１）は、アンプ１に低インピーダンスのスピーカ４０を接続した場合を示している。この場合、大音量を出すことが出来るが、スピーカ４０は低インピーダンスであり、定められた最大値を越える電流が流れることがある。図５（Ｂ２）に示した様に、アンプのボリュームを高めた場合には、破線の最大値を超え、アンプ１から熱が発せられ、場合によっては破損する事態となる。
【０００５】
また、図５（Ｃ１）は、接続するスピーカ４の規格は正しくても、１個ではなく、複数個（３個）を接続した場合を示している。スピーカ４を３個、並列に接続すると、スピーカ全体のインピーダンスは１／３になり、結果として、低インピーダンスとなることで、最大値の電流を越える事態となる。図５（Ｃ２）で示した様に、アンプ１からの出力は破線の最大値を越えると、アンプ１から図５（Ｂ２）と同様に、アンプ１から熱が発せられ、場合によっては破損する事態となる。
【０００６】
図６は、従来、上記の破損からアンプ１を守るため、アンプ１の出力に接続された負荷を検出する検出回路を備えた電力アンプの構成図である。電流検出回路７は、負荷電流検出用の抵抗Ｒｓと、この抵抗Ｒｓの両端電圧値（Ｖｒ）を測定する電圧計３０で構成されている。電圧計３０は、この抵抗Ｒｓの両端電圧値を測定しており、電圧計３０で測定された電圧値をＶｒとすると、スピーカ４に流れる電流（Ｉｏｐ）は、次式で、算出することが出来る。Ｉｏｐ＝Ｖｒ／Ｒｓの関係となる。抵抗Ｒｓは、アンプ１とスピーカ４との間に、直列で挿入されおり、Ｒｓを流れる電流を求めることで、アンプ１、スピーカ４を流れる電流を計測することを出来る。
【０００７】
電流検出回路７は、その検出した電流値を保護回路５に伝え、保護回路５では、その検出した電流値Ｉｏｐの大きさに応じて保護動作として、スイッチ６をオフすることで、アンプ１に供給される電源電圧を遮断する。保護回路５の内部構成は省略するが、内部に比較器を有しており、基準電圧値と大小判定した結果に応じ、スイッチ６のオンオフを制御している。スイッチ６をオフにすることで、アンプ１の電源供給を遮断し、アンプ１の発熱による破壊から守ることが出来る。他にも、特許文献１及び２参照などには、過電流を検出する回路構成が掲載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９５００６号公報
【特許文献２】特開２００８−１３６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来技術では、規定された電流値より、少しでも電流値が大きくなると、アンプ１の電源供給が停止される事態となる。つまり、正しい負荷のインピーダンスを持ったスピーカを正しく接続していても、能力の上限値付近の近傍になると、アンプへの供給電源の遮断が起きる事態となる。すると、実際アンプの持つ能力の８割程度しか、使用することが出来ず、スピーカを正しく接続していてもアンプ能力の限界付近までゲインを高めることが出来ないと言った問題があった。
【００１０】
また、逆にアンプ能力の限界近くまでの動作を認めると、低インピーダンスのスピーカを接続した場合、発熱により、アンプ破損、発火の危険性があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、アンプの能力を上限値付近までの動作を可能とし、更に発熱による危険から守る目的を達成するため、本発明は、入力信号を増幅する増幅器と前記増幅器により駆動されるスピーカとの間に接続された検出回路において、前記増幅器からの出力信号の電流値を検出すると共に、第１検出信号を出力する電流検出回路と、前記増幅器からの出力信号の電圧値を検出すると共に、第２検出信号を出力する電圧検出回路と、前記第１検出信号及び第２検出信号の結果に応じて、判定信号を出力する判定回路と、を備えることとする。
【００１２】
また、更に遮断回路と、を備え、前記遮断回路は、前記判定回路から出力される判定信号に応じて、前記増幅器に印加される入力信号を遮断する又は前記増幅器に印加される電源電圧を遮断することを特徴とするとする。
【発明の効果】
【００１３】
本願に依れば、アンプ能力の上限値付近まで動作を可能とし、更に発熱による危険から製品を守ることが出来る。特に、規格より低いインピーダンスのスピーカを接続した際、発熱によって、アンプが破損する前に、いち早く動作を停止することが出来る。また、規格範囲内のスピーカを接続している場合には、アンプ能力の限界付近までゲインを高めることが出来、安心してアンプ能力を使い切ることが出来ると言った効果がある。
【００１４】
また、従来、設定されていた検出電流の基準電流と比較し、低い電流で異常を判定することが出来るので、より高い信頼性を実現し、安全面を強化することが出来ると言った効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である検出回路を備えた電力アンプの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である検出回路における判定回路の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態である検出回路における判定回路のトランジスタレベルでの回路である。
【図４】本発明の動作を説明するための判定回路の判定結果による状態変化を示す図である。
【図５】本発明の従来技術を説明するための図である。
【図６】本発明の従来技術としての一例を示す検出回路を備えた電力アンプの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態による検出回路は、電流検出回路と電圧検出回路の２つの検出回路を用いて、アンプによって、駆動されるスピーカが規定より小さいインピーダンスの場合、大音量にした時、アンプを発熱から守るものである。先ず、検出回路の全体の基本構成を説明し、その後、詳細な回路の動作を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態に係る検出回路を備えた電力アンプの構成図である。同図には、アンプ１、ＣＤプレーヤ２、スピーカ４、電流検出回路７、電圧検出回路８、判定回路９、機能保持回路１０(サイリスタ１０)、スイッチ１１、遮断回路１２を備えている。従来の構成と比較し、電圧検出回路８、判定回路９を備えている点が異なっている。以下、背景技術で説明した点は省略し、異なっている部分について説明する。
【００１８】
電流検出回路７は、アンプ１からの出力が設定された基準電流より大きくなると、検出結果を信号としてローレベルからハイレベルとして出力する回路である。同様に、電圧検出回路８もアンプ１からの出力が設定された基準電圧より大きくなると、検出結果を信号としてローレベルからハイレベルとして出力する回路である。判定回路９は、電流検出回路７及び電圧検出回路８の双方から検出結果を受け、状況に応じて、判定結果を出力する。この判定結果は、サイリスタ１０に出力される。サイリスタ１０は、ゲート端子に一定の電流が流れるとアノード端子とカソード端子の間が導通（ターンオン）する。一度、導通になった状態を停止（ターンオフ）するためには、アノード端子とカソード端子間の電流を一定値以下にする必要がある。
【００１９】
従って、サイリスタ１０をターンオフするためにスイッチ１１を備えており、スイッチ１１を一端、切ることで、停止することが出来る。上記のサイリスタ１０の特性を利用して、電流検出回路７からの検出結果の方が先にオン状態となった場合のみ、判定回路９は、サイリスタ１０のゲート端子をハイレベルとし、スイッチ１１でオフするまで、この状態を維持する。サイリスタ１０が導通の状態の時、ＣＤプレーヤ２からの入力信号は、遮断回路１２によって、遮断されることになり、アンプ１に入力信号が印加されることは無い。入力信号が無い状態では、アンプ１はスピーカ４を駆動する電流を流さないことで、アンプ１を発熱、発火から守ることが出来る。
【００２０】
ここで、サイリスタ１０を初期状態にするためには、スイッチ１１を一端、オフにする構成であれば良い。この具体的な構成については省略する。
【００２１】
図２は、図１で示した判定回路９の回路構成の一例を示す。判定回路９では、電流検出回路７からの検出結果を示す検出信号をインバータ９１によりインバートした信号と、電圧検出回路８から検出結果を示す検出信号とを、２入力ＮＯＲ９２に、それぞれに印加している。すると、２入力ＮＯＲ９では、電流検出回路７からの出力がハイレベルで、電圧検出回路８からの出力がローレベルの時にだけ、ハイレベルを出力する。上記以外の場合は、ローレベルを維持し、２入力ＮＯＲ９２からの出力がローレベルの時は、アンプ１への電源電圧を供給しアンプ１は動作を継続する。２入力ＮＯＲ９２からの出力がハイレベルの時に、アンプ１への入力信号を遮断する。本実施例では、アンプ１への入力信号を遮断したが、従来技術（図６）で示した様に、アンプ１に供給される電源電圧や出力信号を遮断しても同様の効果がある。
【００２２】
図３は、図２の論理回路をトランジスタレベルの回路図で示したものである。電流検出回路７は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、トランジスタＴＲ１で構成されている。同様に、電圧検出回路８は、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、トランジスタＴＲ２で構成され、インバータ９１は、抵抗Ｒ５、トランジスタＴＲ３で構成され、２入力ＮＯＲ９２は、抵抗Ｒ６、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８、抵抗Ｒ９、トランジスタＴＲ４、トランジスタＴＲ５、トランジスタＴＲ６で構成することが出来る。
【００２３】
図４は、図３のトランジスタが動作した場合を、具体的に説明した図である。図４（Ａ）は、通常動作時であり、電流検出回路７及び電圧検出回路８は共に、検出結果がオフ（ＯＦＦ）状態の場合を示している。図４（Ａ）の状態では、アンプ１を流れる電流は大きくない。従って、スピーカを駆動する電流も少なく、音量もそれ程大きくない状態となっている。電流検出回路７では、Ｒｓを流れる電流が少なければ、Ｒｓの両端間に発生する電圧は少ない。逆に、Ｒｓを流れる電流が多ければ、Ｒｓの両端間に発生する電圧が高くなる。Ｒｓの両端の電圧が高くなって行くと、ＴＲ１のベースエミッタ間の電位も上がり、ＴＲ１のオン条件を満たす電圧まで、上昇すると、ＴＲ１はオン状態となる。上記の動作を利用して、Ｒｓを流れる電流を検出する電流検出回路７を構成する。
【００２４】
ここで、電圧検出回路８のＴＲ２は、スピーカに出力される信号の電圧をＶｏに応じて、オンとオフが切り換わる。即ち、ＴＲ２のオン条件を満たす電圧をＶｔ２とすると、Ｖｔ２＝Ｖｏ・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）の関係に有る。Ｒ３、Ｒ４は定数なので、Ｖｏに応じて、オンとオフが切り換わる。これを電圧検知として、利用している。
【００２５】
また、電圧検出回路８のＴＲ２は、接続されるスピーカ４のインピーダンス（抵抗成分）が大きければ、ＴＲ２のベース電極は、比較的に高電圧となり、ＴＲ２はオン状態となり易い。これとは逆に接続されるスピーカ４のインピーダンスが規格で定められた値より、小さい値であったとすると、ＴＲ２のベース電極の電位は、スピーカ４を流れる電流とインピーダンスの積の値となるので、電流が比較的にかなり大きくないと高くならず、ＴＲ２はオン状態となり難い。すると、電圧検出回路８からの検出信号がオン状態となる前に、電流検出回路７からの検出信号が先にオン状態となる。この状態を示しているのが図４（Ｂ）である。
【００２６】
図４（Ｂ）では、判定回路９からの出力はローレベルからハイレベルに切り換わる。判定回路９からの出力がハイレベルになると、図１で説明したサイリスタ１０がターンオンし、遮断回路１２によりアンプ１に入力される入力信号を遮断するので、アンプ１に印加される信号はゼロレベルとなり、スピーカ４から音が出なくなる。これにより、アンプ１での消費電力は低下し、発熱せずに済む。
【００２７】
図４（Ｃ）では、図４（Ｂ）とは逆に、接続されるスピーカ４のインピーダンスが規格で定められた値より大きい値であった場合を示している。インピーダンスの高いと当然、Ｒｓとスピーカ４を流れる電流が比較的に少ない状態でも、ＴＲ２はオン状態となり易い。つまり、電流検出回路７がオン状態になるより、先に、電圧検出回路８が先にオン状態となる。
【００２８】
従って、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）の比較から分かる様に、接続されるスピーカ４のインピーダンスの大きさに応じて、電流検出回路７が先にオン状態となるか、電圧検出回路８が先にオン状態となるかが決定する。この動作を利用し、電圧検出回路８が電流検出回路７より先にオンになった時には、接続されるスピーカ４のインピーダンスが規格で定められた値より大きいと判断し、アンプ１を駆動している電源電圧を遮断することなく、動作を継続させる。これはスピーカ４のインピーダンスは正しい値なので、アンプ１の消費電力は所定の範囲を越えることが無いので、アンプ１の能力の限界近傍まで、安心して動作させることが出来る。逆に、電流検出回路７が電圧検出回路８より先にオン状態となった場合には、接続されるスピーカ４のインピーダンスが規格で定められた値より小さいと判断し、アンプ１への入力信号をゼロレベルにする。
【００２９】
図４（Ｄ）は電流検出回路７と電圧検出回路８が同時にオンした場合であって、図４（Ａ）から図４（Ｄ）の状態に直接、変化することもあるが、図４（Ｃ）の電圧検出回路８がオン状態であって、更にボリュームを大きくして行くと、同様にＲｓとスピーカ４を流れる電流も大きくなって行き、それに応じて、Ｒｓの両端に加わる電圧も高くなって行き、いずれＴＲ１はオフ状態からオン状態となることもある。図４（Ｄ）で、共にオン状態となっても、スピーカ４のインピーダンスは高いので、安心して動作を継続することが出来る。
【００３０】
上述した一連の動作について、下記の表１に具体的な数値を示し、より具体的に説明する。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１で、ＲＬはスピーカ４のインピーダンスの大きさを示している。表１の具体例では、アンプ１の特性から、スピーカ４のインピーダンスは、４Ωまでが許容される範囲である。これより、小さい３Ω、２Ωでは、許容の範囲外となる。表１は、スピーカ４のインピーダンスを、８Ω、４Ω、３Ω、２Ωとした時の周辺の電圧、電力の変化を数値で示す。
【００３３】
表１中のＶｏｐは電圧検出回路８での検出電圧の値でありＩｏｐは電流検出回路７での検出電流の値を示している。またＶｏｐ＝√２ＶｏでありＩｏｐ＝√２Ｉｏである。Ｖｏｐ、Ｉｏｐは交流における瞬時最大値を基にしている。Ｖｏはスピーカ４の電圧値（Ｖ）を示しており、Ｖｏ＝Ｉｏ×ＲＬで求められ、Ｉｏはスピーカ４に流れる電流値（Ａ）を示す。また、Ｐｏはスピーカ４の出力電力値（Ｗ）を示しており、Ｐｏ＝Ｖｏ×Ｉｏで求められる。Ｖｃはアンプ１に供給される電圧値（Ｖ）を示しており、アンプ１で消費される電力値（Ｗ）は、Ｐｃ＝Ｖｃ×Ｉｏで求められる。
【００３４】
アンプ１の発熱が問題は、アンプ１での電力値であるＰｃ（Ｗ）と比例関係にあり、Ｐｃの値が大きければ、アンプ１での発熱に注意が必要である。例えば、Ｐｃの値が２００Ｗを越え、長時間使用されると、アンプ１が発熱により破壊される危険がある。従来の構成では、電流値を検出し、その電流値のみによってのみ、管理しており、検出した電流値が１３Ａ以上になると、アンプの動作を停止する構成であった。すると、スピーカ４のインピーダンスが規定より小さい場合（３Ω、２Ω）には、アンプ１の電力が２００Ｗを越える場面があった。表１の点線で示した部分である。ここで、点線で示した部分は、検出した電流値Ｉｏｐが１３Ａ以下であるが、２００Ｗを越えており、この状態が続くと、発熱によりアンプ１が破壊される可能性があった。しかし、電流値として１３Ａを許可しないと、正しいインピーダンスの４Ω、８Ωでも使用できない領域が出てしまうと言ったジレンマがあった。
【００３５】
今回の検出では、電流検出回路７による検出信号がオンとなる基準電流を３．５Ａとし、電圧検出回路８による検出信号がオンとなる基準電圧を１４Ｖとする。従来、基準として設定していた１３Ａと比較して、３．５Ａは、１３Ａの約１／４と非常に低い電流となっている。
【００３６】
表１で示した様に、スピーカ４のインピーダンスが高い、８Ω、４Ωの時は、電流検出回路７より電圧検出回路８の方が早く、検出信号がオン（ハイレベル）することで、判定回路９からの出力信号は、ハイレベルにならずローレベルのままで、アンプ１は動作を継続することが出来る。また、スピーカ４のインピーダンスが８Ω、４Ωの時は、発熱により、保護しなければならない領域は無いことが分かる。
【００３７】
表１で示した様に、スピーカ４のインピーダンスが低い、３Ω、２Ωの時は、電流検出回路７の方が先に検出の基準電流の３．５Ａになっている。すると、判定回路９からの出力信号はハイレベルになる。図４（Ｂ）のケースと同様になる。判定回路９からの出力信号がハイレベルになると、サイリスタ１０はターンオンすることで、遮断回路１２によりアンプ１に印加される入力信号を遮断することで、アンプ１は動作を停止し、発熱から守ることが出来る。
【００３８】
また、３Ωと２Ωの比較では、３Ωの場合より、２Ωの場合の方が、電流検出回路７が検出の基準電流となる３．５Ａになるのが一段と早く、検出の基準電流に達していることが読み取ることが出来る。この傾向は、更に１Ω、０．５Ω、０Ω（ショート）と小さくすればする程、顕著になる。低いインピーダンスのスピーカを接続した際には、いち早く、動作を停止することが可能になっている。
【００３９】
逆に、８Ω、１０Ωとインピーダンスを大きして行くと、今度は、電圧検出回路８の検出の基準電圧１４Ｖになるのが、一段と早くなる。基準電流と基準電圧を検出する関係は、スピーカ４のインピーダンスの規定値となる４Ωの場合を基準に設定すると良い。実施例では、インピーダンスが４Ωの時、同時に検出信号がオンとなる基準電圧３．５Ａと基準電圧１４Ｖをセットにしたが、他の数値で、基準電流４．０Ａと基準電圧１６Ｖ、基準電流４．５Ａと基準電圧１８Ｖなどを基準値のセットとしても良い。この基準値は、小さい基準値を選択すると、低インピーダンス時に直ぐに動作停止になり、大きいと低インピーダンス時の動作範囲を比較的に大きく取ることができる。発熱し易い環境など、使用状況によって、基準値を大きめに設定するか、小さめに設定するか、選択すると、効果的である。
【００４０】
以上発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１  アンプ
２  ＣＤプレーヤ
３  抵抗
４  スピーカ
５  保護回路
６  スイッチ
７  電流検出回路
８  電圧検出回路
９  判定回路
１０  サイリスタ
１１  スイッチ
１２  遮断回路
３０  電圧計
４０  スピーカ
９１  インバータ
９２  ＮＯＲ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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