(57)【要約】電源出力を制御するためフィードバック信号を利用するオーディオ電力増幅器に関する。オーディオ電力増幅器（２００）はフィードバック発生器（２１２）とレール電圧（１０６、１１０）に接続されたレール電圧検出回路（２０２、２０４、２０６、２０８）を含む。検出回路（２０２、２０４、２０６、２０８）は過電圧又は不足電圧条件を検出するようにおよびレール電圧（１０６、１１０）を調整するため調整スイッチング電源に対するフィードバック信号（ＦＳ）を制御（２１４）するように適合されている。追加の保護が熱応力検出および出力障害検出を介して提供され、フィードバック信号（ＦＳ）を制御（２１４）し且つオーディオ電力増幅器（２００）を保護する。
2005505964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を増幅するための増幅装置において、
中間電圧に対して正および負レール電圧を発生するための調整スイッチング電源であり、フィードバック信号を受信するため電圧誤差増幅器を使用するピーク電流モード制御システムを含む調整スイッチング電源と；
前記調整スイッチング電源の中間電圧とレール電圧に電気的に接続され、且つ前記オーディオ信号を受信し且つ増幅するオーディオ周波数増幅器と；
少なくとも１つのレールと前記中間電圧間に接続されたフィードバック発生器であり、前記フィードバック信号と基準電圧を発生するため前記中間電圧と前記レール電圧間の電圧を比例的に分割するフィードバック発生器と；
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続されたレール過電圧保護回路であり、前記調整スイッチング電源が少なくとも１つのレール電圧を調整するようにフィードバック信号を制御するため、少なくとも１つのレール電圧の過電圧を検出し、前記フィードバック発生器の基準電圧を調整するためのレール過電圧保護回路と；
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続されたレール不足電圧検出回路をさらに備え、
前記レール不足電圧検出回路は、前記調整スイッチング電源が少なくとも１つのレール電圧を調整するように前記フィードバック信号を調整するため、前記少なくとも１つのレール電圧の不足電圧を検出し、前記フィードバック発生器基準電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電圧発生器に接続された熱障害検出回路をさらに備え、
前記熱障害検出回路が前記増幅器の熱過負荷を検出し、前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するため前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため、前記フィードバックの基準電圧を調整することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記増幅器の直流出力電圧を検出し、前記調整スイッチング電源が前記増幅器を遮断するため前記レール電圧を低下させ、直流を除去し障害から前記負荷を保護するように前記フィードバック信号を制御するため、前記フィードバック基準電圧を調整する障害検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記電源に接続され、且つ前記増幅器に設けられたレール電圧が低インピーダンス負荷条件で減少するように前記電源を電圧源から電流源に遷移させる電源出力電流制限機構をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項６】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された熱障害検出回路をさらに備え、前記熱障害検出回路が前記増幅器の熱過負荷を検出し、前記調整スイッチング電源が前記レール電圧を前記増幅器を保護するように低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路をさらに備え、前記障害検出回路は前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し、且つ、前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため、前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路を備え、且つ前記障害検出回路が前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し、且つ調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため、前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
負レールを監視するためのレール過電圧検出回路において、
抵抗と、比例基準電圧と前記負レール間に電気的に接続されたトランジスタのコレクターエミッタフローと；
前記トランジスタのベースに電気的に接続され、且つ中間電圧とレール電圧間に接続された分圧器であり、且つ電流フローを増加させるためトランジスタバイアスを増加させ、電圧調整器の前記比例基準電圧を減少させ、それによりフィードバック信号を制御するためフィードバックの基準電圧を調整する分圧器と；
を備えることを特徴とするレール過電圧検出回路。
【請求項１０】
オーディオ信号を増幅するための増幅装置において、
中間電圧に対して正および負レール電圧を発生するための調整スイッチング電源であり、フィードバック信号を受信するため電圧誤差増幅器を使用するピーク電流モード制御システムを含む調整スイッチング電源と；
前記調整スイッチング電源の中間電圧とレール電圧に電気的に接続され、前記オーディオ信号を受信し且つ増幅するオーディオ周波数増幅器と；
少なくとも１つのレールと前記中間電圧間に接続されたフィードバック発生器であり、前記フィードバック信号と基準電圧を発生するため前記中間電圧と前記レール電圧間の電圧を比例的に分割するフィードバック発生器と；
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続されたレール不足電圧検出回路であり、少なくとも１つのレール電圧の不足電圧を検出し、前記調整スイッチング電源が少なくとも１つのレール電圧を調整するようにフィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整するためのレール不足電圧検出回路と；
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された熱障害検出回路をさらに備え、前記熱障害検出回路が前記増幅器の熱過負荷を検出し、且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路をさらに備え、前記障害検出回路が前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し、且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路をさらに備え、前記障害検出回路が前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し、且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１４】
分圧器によりバイアスされたトランジスタをさらに備え、前記トランジスタがレール不足電圧に応答して前記フィードバック信号を減少させることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１５】
オーディオ信号を増幅するための増幅装置において、
中間電圧に対して正および負レール電圧を発生するための調整スイッチング電源であり、フィードバック信号を受信するため電圧誤差増幅器を使用するピーク電流モード制御システムを含む調整スイッチング電源と；
前記調整スイッチング電源の中間電圧とレール電圧に電気的に接続され、前記オーディオ信号を受信し且つ増幅するオーディオ周波数増幅器と；
少なくとも１つのレールと前記中間電圧間に接続されたフィードバック発生器であり、前記フィードバック信号と比例基準電圧を発生するため前記中間電圧と前記レール電圧間の電圧を比例的に分割するフィードバック発生器と；
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された熱障害検出回路であり、前記増幅器の熱過負荷を検出し、且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整する熱障害検出回路と；
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路をさらに備え、前記障害検出回路が前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し、且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前期レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整することを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
サーミスタによりバイアスされたトランジスタをさらに備え、前記トランジスタが前記サーミスタの増加抵抗に応答して前記フィードバック信号を減少させることを特徴とする請求項１５記載の装置。
【請求項１８】
オーディオ信号を増幅するための増幅装置において、
中間電圧に対して正および負レール電圧を発生するための調整スイッチング電源であり、フィードバック信号を受信するため電圧誤差増幅器を使用するピーク電流モード制御システムを含む調整スイッチング電源と；
前記調整スイッチング電源の中間電圧とレール電圧に電気的に接続され、前記オーディオ信号を受信し且つ増幅するオーディオ周波数増幅器と；
少なくとも１つのレールと前記中間電圧間に接続されたフィードバック発生器であり、前記フィードバック信号と比例基準電圧を発生するため前記中間電圧と前記レール電圧間の電圧を比例的に分割するフィードバック発生器と；
前記フィードバック発生器と少なくとも１つのレール電圧に接続された障害検出回路であり、前記増幅器の低インピーダンス負荷を検出し且つ前記調整スイッチング電源が前記増幅器を保護するために前記レール電圧を低下させるように前記フィードバック信号を制御するため前記フィードバック発生器の基準電圧を調整する障害検出回路と；
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
コンデンサと；
前記増幅器出力間に接続され、且つ交流増幅器出力の半サイクル中に前記コンデンサをある電圧に充電する整流器と；
前記増幅器出力の第２の半サイクル中に前記コンデンサを少なくとも部分的に充電する抵抗器と；
前記コンデンサの過電圧に応答して前記フィードバック信号を増加させるトランジスタと；
をさらに備えることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記トランジスタに電気的に接続され、前記トランジスタに流れる電流を制御するため前記コンデンサの過電圧を検出するツエナーダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項１８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的にオーディオ電力増幅器に関し、特に、電源出力を制御するためフィードバック信号を利用しているオーディオ電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、正出力と負出力を有する調整スイッチング電源により給電されるオーディオ電力増幅器を使用することが知られている。低周波数信号を駆動するオーディオ電力増幅器の性質により、正および負出力は順次取り込まれる。スイッチング電源の性質により、ロードされた出力電圧は減少し、又は降下し、負荷で得られる電力を減少させる。この問題のほかに、同時に、負荷を受けない出力電圧は増加し又は浮動し、部品の定格を越えると部品の過電圧状態および障害を生じる。第３の問題は、過大周辺温度によりまたは増幅器の過大負荷により生じるように、電力増幅器の放熱が連続運転のためには大きすぎる場合に生じる。この状態において、非調整の電源はこの状態を修正するために反応せず、典型的な従来技術は再動作のため増幅器が十分に冷却するまで増幅器を遮断しなければならない。本発明はこれらの３つの問題に向けられている。
【０００３】
いくつかの米国特許は増幅器又は電源の設計を論じている。これらは以下の特許を含んでいる。すなわち、「シングル端子、交流レール、デュアルサンプリングトポロジーを有する改良されたクラスＢＤ増幅のための方法および装置」と表題された米国特許第６，０９７，２４９号、「楽器用サステナー」と表題された米国特許第５，９３２，８２７号、「能動減衰フィルタ付オーディオ周波数電力増幅器」と表題された米国特許第５，６０６，２８９号、「デュアルモード電力変換器」と表題された米国特許第５，５６３，７８１号、「能動減衰フィルタ付オーディオ周波数電力増幅器」と表題された米国特許第５，５４３，７５３号、「力率補正整流回路」と表題された米国特許第５，５３２，９１７号、「出力過負荷および熱保護を有する合成ブリッジ増幅器」と表題された米国特許第５，５１０，７５３号、「スイッチモード電源のための保護遮断システム」と表題された米国特許第５，４９９，１５４号、「スイッチング電源装置」と表題された米国特許第５，４５０，３０７号、「オーディオ周波数電力増幅器」と表題された米国特許第５，３９６，１９４号、「力率補正直流電源」と表題された米国特許第５，３４５，１６４号、「高力率を有する高電力スイッチング電源」と表題された米国特許第５，２６７，１３２号、「スイッチモードＡＣ−ＤＣ変換器」と表題された米国特許第５，２３３，５０９号、「ａｃ起動回路を含む力率および高調波補正回路」と表題された米国特許第５，２２４，０２９号、「一定又は正弦波入力回路を有するスイッチング電源」と表題された米国特許第５，１６４，６５６号、「一定又は正弦波入力電流および固定又は可変出力電圧を有するスイッチング電源」と表題された米国特許第５，１５５，４３０号、「電子オーディオ信号増幅器およびスピーカシステム」と表題された米国特許第５，１２９，００６号、「合成ブリッジ増幅器」と表題された米国特許第５，０７５，６３４号、「力率補正回路」と表題された米国特許第５，０１２，１６１号、「力率補正回路」と表題された米国特許第５，００６，９７５号、「改善された力率補正を有する電源」と表題された米国特許第５，００３，４５４号、「改善された力率補正回路を有する無停電電源システム」と表題された米国特許第４，９８０，８１２号、「超効率スイッチング電力増幅器」と表題された米国特許第４，９８０，６４９号、「電源用力率補正回路」と表題された米国特許第４，９６１，０４４号、「高効率力率補正回路」と表題された米国特許第４，９４９，２３４号、「高電力スイッチング電源」と表題された米国特許第４，９４７，３０８号、「力率補正器」と表題された米国特許第４，８７６，４９７号、「力率補正回路」と表題された米国特許第４，８５５，８９０号、「２状態、バイラテラル、単極、ダブルスロー、ハーフブリッジ電力スイッチング装置およびこのような電子電力スイッチング装置のための電源手段」と表題された米国特許第４，８４９，６５１号、「改善された入力力率を有する電源システム」と表題された米国特許第４，８３１，５０８号、「軽量、高電力オーディオ増幅器および電源」と表題された米国特許第４，８０８，９４６号、「自動力率補正を有するスイッチング電源」と表題された米国特許第４，６８３，５２９号、「単一力率電源」と表題された米国特許第４，６７７，３６６号、「電流振幅変調を使用する直流電源」と表題された米国特許第４，６７２，３００号、「モジュール電源」と表題された米国特許第４，６５２，７６９号、「オーディオ増幅器システム」と表題された米国特許第４，６５１，１１２号、「高忠実度オーディオ周波数増幅器」と表題された米国特許第４，５５５，６７２号、「オーディオ電力増幅器」と表題された米国特許第４，４６４，６３４号、「高レンジ入力能力を有するスイッチング電源」と表題された米国特許第４，１９５，３３５号、「汎用電力変換機回路」と表題された米国特許第３，４８７，２８９号、「自動力率補正器」と表題された米国特許第３，０１０，０６４号である。これらの特許の各々は参考のためここに掲載されている。
【０００４】
これらの特許のいずれも特にオーディオ電力増幅器に伴う問題に具体的に向けられた本発明の利点を開示又は示唆していない。必要なことはオーディオ電力増幅器のための電源調整／保護回路である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的はオーディオ電力増幅器のための改良された電源調整／保護回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は正および負レール出力を有する電源を有するオーディオ電力増幅器を教示している。この電源は電圧誤差増幅器を使用したピーク電流モード制御システムを介してフィードバック信号により調整される。本発明はフィードバック発生器とレール電圧の１つに接続されたレール電圧検出回路を利用する。検出回路は過電圧又は不足電圧状態を検出し、調整されたスイッチング電源に対するフィードバック信号を制御するので、電源はレール電圧を調整する。追加の保護が熱応力検出と直流出力検出により与えられ、フィードバック信号を制御し電源とオーディオ周波数増幅器を保護する。
【０００７】
本発明の新規な調整構成が、後段の調整器の費用と複雑さを要求することなく、複数の出力の部分電圧調整を可能にする。追加の調整が過負荷と障害保護のために提供される。電源の出力は最低振幅の出力、すなわち、負荷をかけられた出力が制御ループを決定するのを可能にするノンリニア機構で調整される。この動作が各半サイクル中の完全ピーク電力動作を確実にする。この制御はもしより高いレール、すなわち、無負荷のレールが最大限界値を超えなければ可能である。もし最大限界値を超えると、ループは出力電圧の合成を調整し、最大値が超過せずその間可能な限りの大きな電力をオーディオ周波数増幅器に提供するのを保証する。これらの機構のどちらも増幅器出力の直流の存在を検出し、もし継続して流れると負荷に損傷を与える障害を示す追加回路により非直線法で無効にされる。最終的に、追加の制御入力は電力部品の熱限界に接近するにつれてすべての出力部の電圧を減少させる熱保護の形態で設けられる。この方法はリニア増幅器と電源の電力消費を低下させる効果を有するが、増幅器を完全に遮断していない。増幅器が任意の負荷、周辺、およびプログラム条件で可能である最大供給電圧から動作される制御機構の平衡に到達する。
【０００８】
本発明の電圧調整機構は推奨値以下のインピーダンスを駆動するとき増幅器過負荷に対して保護する。増幅器は通常出力電流を制限するが、供給電圧を減少させられず、増幅器は高熱応力状態になる。本発明において、高電力消費により熱フィードバック回路はレール電圧を減少させ、増幅器の発熱を減少させ、増幅器を遮断することなく増幅器を保護する。このように、過負荷に応答して供給電圧を減少させることにより電力消費が減少し、出力段の熱応力を減少させる。
【０００９】
これらの目的および利点は本発明の好ましい実施例の以下の詳細な記述検討することにより理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、ＡＣ電源１０２はオーディオ電力増幅器１１２を介して負荷１１４に電力を供給するためのコンデンサＣ１およびＣ２間に接続されたスイッチモード電源１０４に接続されている。オーディオ電力増幅器１１２は増幅器出力１１６が接地１０８に対して負荷に給電するように負荷１１４に接続される。しかしながら、この明細書において本発明の応用を特定のクラス又は型の増幅器に制限することを意味していない。スイッチモード電源１０４は正レール１０６の電力および負レール１１０の電力をオーディオ電力増幅器１１２に供給する。本発明の改良は電源１０４からオーディオ電力増幅器に電力を供給するための有益なフィードバックを提供するために実施された。
【００１１】
図１を参照すると、オーディオ電力増幅器１００はＡＣ出力１１６を有する。正の出力電圧半サイクル期間中、Ｑ１はＣ１から負荷１１４に電流を流す。Ｑ２がオフになると、Ｃ２から流れる電流は存在しない。これらの条件下で、Ｃ１の電圧は減少傾向になり、Ｃ２の電圧は増加傾向になる。電流がＣ２からＱ２に流れる負の電圧半サイクル期間中に同様な問題が見られる。図３で示されるように、本発明はピーク電流モード制御システム２１４を有するスイッチング電源１０４により使用されるフィードバック信号ＦＳを調整することによりこれらの問題を軽減するように設計される。本実施例に示されるすべての電圧制御ループの改良は通常の電圧誤差増幅器Ｕ１−Ｂの前で実施される。
【００１２】
図２は本発明の構成を示す。正レール１０６、負レール１１０および接地基準中間電圧１０８を含む電源出力は正レール１０６過電圧検出回路２０２、正レール１０６不足電圧検出回路２０６、負レール１１０過電圧検出回路２０４、および負レール１１０不足電圧検出回路２０８に接続され、スイッチモード電源１０４のためのピーク電流モード制御装置２１４に入力されるフィードバック信号ＦＳを調整し電源１０４の動作を調整する。さらに、熱検出回路２１０と障害検出回路２１２はスイッチモード電源１０４のためのピーク電流モード制御装置２１４のためのフィードバック信号ＦＳを調整し、電源１０４の動作を調整する。検出回路２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２の回路設計は図３に示される。
【００１３】
図３に示される好ましい実施例で見られるように、検出回路２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２は、直流９０ボルトの正レール１０６の電圧および直流−９０ボルトの負レール１１０の電圧を与える、スイッチモード電源１０４の正レール１０６と負レール１１０に接続される。スイッチモード電源１０４のピーク電流モード制御装置２１４の部品が本発明の動作を説明するために示される。ピーク電流モード制御装置２１４は基準電圧ＶＲＥＦに等価なＲ４間の電圧を維持するためスイッチモード電源１０４の動作を調整する演算増幅器Ｕ１−Ｂ構成を使用する。この場合、Ｒ４間の電圧は２．５ボルトである。Ｒ４およびＲ３に流れる均一電流のため、これはＲ３／Ｒ２１接合部で（以後、加算ノード基準電圧ＳＮＲＶとして参照される）合計１５ボルトに対してＲ３間に１２．５ボルトあることを意味する。この加算ノードＳＮＲＶの電圧を調整することにより、スイッチモード電源１０４の出力が調整できる。
【００１４】
負レール１１０の不足電圧監視
負レール１１０不足電圧検出回路２０８は適切な負レール１１０の電圧で負レール不足電圧トランジスタＱ９のための入力バイアスを平衡させることにより動作する。Ｒ２およびＲ１８により形成される分圧器は−９０ボルトレール電圧を抵抗器Ｒ２間の−７５．７ボルトと抵抗器Ｒ１８間の−１４．３ボルトに分圧する。すでに注目されたように、演算増幅器Ｕ１−Ｂを有するフィードバック回路はＲ４の電圧を−２．５ボルトに保持する。これはポイントＳＮＲＶの比例電圧が−１５ボルトに保持されることを意味する。回路中のポイントＳＮＲＶの負の基準電圧は−１５ボルトでバランスされるので、０．７ボルトバイアスがトランジスタＱ９に生じる。−９０ボルトはトランジスタＱ９のためのバイアス電圧で回路をバランスさせる。この平衡状態で、負の不足電圧検出回路２０８の動作のための切替電圧として−９０ボルトを与える。以下の説明で理解されるように、（−８５ボルトのような）−９０ボルトレール電圧の減少はトランジスタＱ９の導通の増加になる。
【００１５】
もし負レール１１０と中間電圧１０８間の電圧が−９０ボルト以下に降下すると、Ｒ１８間の電圧は１４．３ボルト以下に降下しようとする。これはトランジスタＱ９間のバイアスを増加させ、トランジスタＱ９のベースでの電流を増加させ、トランジスタＱ９のコレクターエミッタ通路に流れる電流を増加させる。この電流増加は基準電圧ＳＮＲＶを引き下げ、電圧制御ループに与えられたフィードバック信号ＦＳを減少させる。電源はその出力を増加し、フィードバック信号ＦＳの降下を補償するため負レール１１０の電圧を上昇させる。このように、負レール１１０にのみ生じる不足電圧は不足電圧を補償するため増幅器１１２に供給される電力を増加させる電源１０４により検出される。
【００１６】
不足電圧検出回路２０８は過電圧状態に影響を与えない。もし負レール１１０の電圧が−９０ボルト以上（例えば、−９５ボルト）に上昇すると、抵抗器Ｒ１８間の電圧は振幅において増加し、トランジスタＱ９のベースのバイアスを減少させる。一旦このバイアスが減少すると、トランジスタＱ９はその入力を減少させおよび／又は消去し、非導通状態になる。中間電圧と負レール１１０間の差が所望の−９０ボルト以上であるとき、トランジスタＱ９は導通せず、不足電圧検出回路２０８は過電圧検出回路２０４の動作と干渉しない。
【００１７】
負レール１００の過電圧監視
負レール１１０の過電圧検出回路２０４は適切な正レール１０６電圧でその負レール過電圧トランジスタＱ１０の入力バイアスをバランスさせることにより動作する。すでに注目されたように、Ｒ２およびＲ１８により形成された分圧器は−９０ボルトのレール電圧を抵抗器Ｒ１８間の−１４．３ボルトおよび抵抗器Ｒ２間の−７５．７ボルトに分圧する。演算増幅器Ｕ１−Ｂを有するフィードバック回路はＲ４の電圧を−２．５ボルトに保持し、ポイントＳＮＲＶの比例電圧は−１５ボルトに保持される。回路内のＳＮＲＶ点の基準電圧は−１５ボルトにバランスされるので、トランジスタＱ７は０．７ボルトにバイアスされる。このように、−９０ボルトはトランジスタＱ１０に必要なバイアスを与えるための切替電圧である。もし正レール１０６と中間電圧間の電圧が−９０ボルト（例えば、−９５ボルト）以上増加すると、Ｒ２間の電圧は７５．７ボルト以上増加させようとする。この動作によりＱ１０の動作をバイアスさせ、トランジスタＱ１０のコレクターエミッタを介して流れる電流を増加させるトランジスタＱ１０のベースの電流を増加させる。この電流増加は基準電圧ＳＮＲＶをプルアップさせ、電圧制御ループに与えられるフィードバック信号ＦＳを増加させる。このように、電源１０４は負レール１１０の電圧を下げるためその出力を減少させ、フィードバック信号ＦＳの増加を補償する。負レール過電圧検出回路２０４は負レール１１０の電圧がトランジスタＱ１０に与えられた減少バイアスのため９０ボルト以下であるとき動作しない。トランジスタＱ９は中間電圧と負レール１１０間の差が所望の−９０ボルト以下であるとき導通せず、負レール過電圧検出回路２０４は負レール不足電圧検出回路２０８の動作と干渉しない。
【００１８】
正レール１０６の不足電圧監視
過電圧／不足電圧正レール１０６検出回路２０２、２０６はトランジスタＱ４およびＱ５のバイアスをバランスさせる。正レール１０６不足電圧回路２０６は正レール不足電圧トランジスタＱ４のバイアスをバランスさせ、正レール１０６過電圧回路２０２は正レール過電圧トランジスタＱ５のバイアスをバランスさせる。トランジスタＱ３は過電圧／不足電圧正レール１０６検出回路２０２、２０４のための負加算ノードＳＮＲＶと共に使用するための正レール１０６変換を提供する。抵抗器Ｒ６はトランジスタＱ３のコレクターで８９．３ボルトの平衡電圧を提供する。この電流は抵抗器Ｒ７間の１４．３ボルトの電圧になる。
【００１９】
もし正レール１０６の電圧が９０ボルト以下に減少すると、抵抗器Ｒ６間の電圧は降下し、トランジスタＱ３のバイアスは減少する。トランジスタのバイアスの減少はＲ６、Ｑ３、Ｒ７に流れる電流を減少させ、Ｒ７間の電圧を減少させる。Ｒ７電圧の減少はトランジスタＱ４間のバイアスを増加させ、Ｒ１７に流れる電流を増加させ、基準電圧ＳＮＲＶをプルダウンさせる。これはフィードバック信号ＦＳを減少させ、電源１０４は補償のため正レール１０６電圧のその出力を増加させる。Ｒ７間のこの減少電圧はＱ５のバイアスを減少させ、正レール１０６過電圧検出回路２０２の降下を減少させかつ無効にする。
【００２０】
正レール１０６の過電圧監視
もし正レール１０６の電圧が増加すると、これはトランジスタＱ３のバイアスを増加させるためＲ６／Ｑ３／Ｒ７接続に流れる電流を増加させようとする。このように、トランジスタＱ３はＲ６／Ｑ３／Ｒ７接続に流れる電流を増加させるためより導電的になる。この増加電流はＲ７の電圧およびＱ５の得られたバイアスを増加させ、Ｒ１６に流れる電流を増加させ、基準電圧ＳＮＲＶをプルアップする。この動作により正レール１０６電圧を減少させるため電源により解読される増加フィードバック信号ＦＳになる。Ｒ７のこの増加電流はＱ４のバイアスを減少させ、基準電圧ＳＮＲＶの正レール１０６不足電圧保護回路２０６の効果を減少させおよび／又は停止させる。
【００２１】
この方法で、負レール１１０および正レール１０６は過電圧および不足電圧状態を監視される。過電圧および不足電圧回路２０２、２０４、２０６、２０８は共に動作し、加算ノード基準ＳＮＲＶ電圧を平衡させ、オーディオ周波数増幅器１１２の最良可能動作のために電源１０４を制御する。
【００２２】
本発明は熱フィードバック回路２１０、直流出力検出回路２１２、およびツエナーダイオードＤ１により示される電源出力電流制限器を備えている。高電力消費は熱フィードバック回路２１０にレール１０６、１１０の電圧を減少させ、次に増幅器１１２の電力消費を減少させ、それにより増幅器１１２を遮断させることなく増幅器１１２を保護する。増幅器１１２の出力に現れる直流電圧は増幅器１１２が故障したことおよびもし状態が訂正されないと直流が負荷１１４を破壊することを示す。直流検出器２１２は必然的に電源１０４の出力を遮断し、ゼロに低下させ、それにより、増幅器１１２と負荷１１４から直流を除去する。この動作は増幅器１１２がすでに機能しなくなった後の負荷１１４を保護する。低インピーダンス負荷保護はツエナーダイオードＤ１として示されるリミッタを有するスイッチング電源１０４の電流制限出力により実現される。ツエナーダイオードＤ１は電源１０４の最大電流出力を制限する。
【００２３】
増幅器熱応力監視
熱フィードバック保護回路２１０は温度検出サーミスタＲＴＣにしたがって加算ノードをプルアップすることにより実施される。温度フィードバック保護回路２１０はオーディオ電力増幅器１１２の温度を監視するため正温度係数サーミスタＰＴＣを使用する。この場合、サーミスタＰＴＣは冷状態の２０００オームから熱状態の４０００オームに変化し、可変電圧をＤ２、Ｒ９、Ｑ６ストリングを形成する。サーミスタＰＴＣが冷状態であるとき、サーミスタＰＴＣは約２キロオームの抵抗を有する。これは熱検出トランジスタＱ６を有効にするためＤ２間を導通させるために必要なバイアスに対抗できない電圧になる。したがって、サーミスタＰＴＣが温度を上昇させるにつれて、その抵抗はＤ２のバイアス電圧に打勝ち且つ熱検出トランジスタＱ６を導電状態にバイアスするレベルまで上昇する。Ｄ５により規定される閾値電圧を超えるまで、この回路は増幅器に対する出力電圧を調整するためのフィードバック信号ＦＳに影響を与えない。
【００２４】
以下の説明で注目されるように、一旦熱検出トランジスタＱ６が導通し始めると、フィードバック信号ＦＳでプルアップし、電源１０４の電力出力を減少させる。サーミスタ抵抗が約３０００オームまで増加すると、電流がＱ６のコレクターに流れ始め、調整された電源出力電圧を低下させる。これにより、より大きい熱量が増幅器１１２によりサーミスタＰＴＣに与えられると共に、電源１０４は増幅器１１２に供給される電力を減少させる。この動作により平衡状態が確立され、電源１０４を制限する上昇温度での制御された増幅器１１２の動作がオーディオ電力増幅器１１２の熱破壊を回避する。もしサーミスタＰＴＣが４０００オームになると、熱限界に達し、電源１０４の電圧出力は閉鎖状態の増幅器１１２以下になり、有効に強制遮断する。電源出力電圧が減少すると、増幅器利得は過剰なクリップ又は圧縮を回避するため既知の手段により減少する。
【００２５】
増幅器障害状態下での負荷保護
増幅器障害直流出力検出回路２１２はツエナーＤ５およびＤ６により設定された閾値電圧を有する電流源である２つの追加類似回路により形成される。増幅器障害ＤＣ出力検出器２１２は増幅器１１２の電力出力の直流成分を監視する。増幅器１１２の出力はコンデンサＣ４およびＣ５を充電するためＤ３およびＤ４により整流される。正の直流出力で、Ｃ４は充電される。負のサイクルで、Ｃ４はＲ１０を介して放電する。正サイクル中に印加された充電が負サイクル中に放電される限り、長期充電はＣ４で得られない。しかしながら、もし正サイクル期間中にＣ４に印加された充電が負サイクル期間中に放電されないと、充電は次の正サイクルに対するベース電圧として繰り越される。もし直流出力が持続すると、コンデンサＣ４の電圧がツエナーＤ５、抵抗器Ｒ１４、過負荷出力トランジスタＱ６のシリーズのためのバイアスを超過するまで、コンデンサＣ４は充電を継続する。一旦このバイアスが超過すると、トランジスタＱ６が導通し、フィードバック信号をプルアップし、増幅器に印加される電圧を減少させ、効果的に増幅器を遮断し、負荷から直流出力を除去し、負荷を障害から保護する。類似のシーケンスはコンデンサＣ５をバイアスするための負サイクル間に生じる。
【００２６】
低インピーダンス負荷状態での増幅器保護
低インピーダンス負荷保護はツエナーダイオードＤ１として示されるリミッタを有するスイッチング電源１０４の電流制限出力により実現される。ツエナーダイオードＤ１は電源１０４の最大電流出力を制限する。電流制限ツエナーダイオードＤ１は電圧ループに付随し、ダイオードＤ１間の電流ループクランプ電圧の相対スケーリングにより設定される。電圧ループ出力電圧は電源１０４の電流出力を決定し、Ｄ１によりクランプされる。この限界値での電圧が設定されるので、最小推奨負荷１１４に所望の動作を十分に提供できる。負荷インピーダンスがこの限界値以下に減少すると、基準電圧ＳＮＲＶはＤ１が継承しＵ１−Ｂを介する電源電圧ループが不活性になる点まで増加する。この場合、電源１０４は電流源になり、出力電圧を降下させる。これは負荷を駆動するために得られる電圧を制限し、増幅器１１２と電源１０４を過負荷から保護し、その上、増幅器を、高電力消費リニア領域としてよりも、効率的にクリップ近傍で動作させることにより大幅に増幅器の電力消費を減少させる。
【００２７】
このように、オーディオ電力増幅器用の新規で有益な電源調整／保護回路の本発明の特有な実施例が説明されたが、このような参照が、以下の特許請求の範囲で述べられている限定を除いて、本発明の範囲を限定するものとして解釈されることを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の取り付けのための電圧レールを示す、オーディオ増幅器に接続されたスイッチモード電源のブロック図である。
【図２】図２は電源レール電圧、増幅器熱応力、および増幅器過負荷を監視するための保護回路のブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは検出回路の好ましい実施例の電気概略図の左半分を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは検出回路の好ましい実施例の電気概略図の右半分を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００、１１２      オーディオ電力増幅器
１０２      ＡＣ電源
１０４      スイッチモード電源
１０６      正レール
１０８      接地
１１０      負レール
１１４      負荷
１１６      増幅器出力
２０２、２０４      過電圧検出回路
２０６、２０８      不足電圧検出回路
２１０      熱フィードバック回路
２１２      検出回路
２１４      ピーク電流モード制御システム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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