(57)【要約】【課題】負荷の大きさによらず増幅器を過大入力から適切に保護できる過大入力保護回路を提供する。【解決手段】過大入力保護回路１０において、振幅制限回路１２は、入力信号の振幅を抑圧値に制限する。スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号を第１の値の閾値でスライスして増幅器２０に出力し、スライスした場合、閾値を第１の値より大きい第２の値に変更する。負荷検出回路１６は、増幅器２０で増幅され負荷３０に供給される信号に基づいて、負荷３０の大きさを検出する。制御回路１８は、負荷検出回路１６で検出された負荷３０の大きさが第１のインピーダンスの場合、抑圧値を第１の値より大きい第３の値に制御し、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの場合、抑圧値を第３の値より小さい第４の値に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の振幅を抑圧値に制限する振幅制限回路と、
前記振幅制限回路の出力信号を第１の値の閾値でスライスして増幅器に出力し、スライスした場合、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に変更するスライス回路と、
前記増幅器で増幅され負荷に供給される信号に基づいて、前記負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、
前記負荷検出回路で検出された前記負荷の大きさが第１のインピーダンスの場合、前記抑圧値を前記第１の値より大きい第３の値に制御し、前記負荷の大きさが第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの場合、前記抑圧値を前記第３の値より小さい第４の値に制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする過大入力保護回路。
【請求項２】
入力信号を第１の値の閾値でスライスし、スライスした場合、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に変更するスライス回路と、
前記スライス回路の出力信号の振幅を抑圧値に制限して増幅器に出力する振幅制限回路と、
前記増幅器で増幅され負荷に供給される信号に基づいて、前記負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、
前記負荷検出回路で検出された前記負荷の大きさが第１のインピーダンスの場合、前記抑圧値を前記第１の値より大きい第３の値に制御し、前記負荷の大きさが第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの場合、前記抑圧値を前記第３の値より小さい第４の値に制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする過大入力保護回路。
【請求項３】
前記第２の値は、前記第３の値より大きい、ことを特徴とする請求項１または２に記載の過大入力保護回路。
【請求項４】
前記第１の値は、前記第４の値と等しい、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の過大入力保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力保護技術に関し、特に増幅器を過大入力から保護する過大入力保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅器の前段に接続され、増幅器を過大入力から保護する保護回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。この保護回路は、予め定められた振幅レベル以上の信号が検出された場合、および、増幅器の入出力特性が非直線領域にある場合に、入力信号の振幅を制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−００８５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、増幅器の仕様には、負荷の大きさが２倍になった場合に、定格出力電力が半分にならないものがある。例えば、４Ωの負荷の定格出力電力が１５０Ｗであり、８Ωの負荷の定格出力電力が１００Ｗである仕様がある。増幅器の利得は一定である。この場合、８Ωの負荷の定格出力電力のときの入力信号の振幅を、４Ωの負荷の定格出力電力のときの入力信号の振幅より大きくして、１００Ｗの電力を出力できるようにしている。そのため、８Ωの負荷の定格出力電力のときの入力信号の振幅で４Ωの負荷を駆動すると、過大入力状態となる。
【０００５】
しかし、上記従来の保護回路のように、予め定められた振幅レベル以上の信号が検出された場合、および、増幅器の入出力特性が非直線領域にある場合に入力信号の振幅を制限するだけでは、８Ωの負荷のときには増幅器を過大入力から保護できるが、４Ωの負荷のときには適切に保護できない。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷の大きさによらず増幅器を過大入力から適切に保護できる過大入力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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の過大入力保護回路は、入力信号の振幅を抑圧値に制限する振幅制限回路と、振幅制限回路の出力信号を第１の値の閾値でスライスして増幅器に出力し、スライスした場合、閾値を第１の値より大きい第２の値に変更するスライス回路と、増幅器で増幅され負荷に供給される信号に基づいて、負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、負荷検出回路で検出された負荷の大きさが第１のインピーダンスの場合、抑圧値を第１の値より大きい第３の値に制御し、負荷の大きさが第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの場合、抑圧値を第３の値より小さい第４の値に制御する制御回路と、を備える。
【０００８】
本発明の別の態様もまた、過大入力保護回路である。この過大入力保護回路は、入力信号を第１の値の閾値でスライスし、スライスした場合、閾値を第１の値より大きい第２の値に変更するスライス回路と、スライス回路の出力信号の振幅を抑圧値に制限して増幅器に出力する振幅制限回路と、増幅器で増幅され負荷に供給される信号に基づいて、負荷の大きさを検出する負荷検出回路と、負荷検出回路で検出された負荷の大きさが第１のインピーダンスの場合、抑圧値を第１の値より大きい第３の値に制御し、負荷の大きさが第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの場合、抑圧値を第３の値より小さい第４の値に制御する制御回路と、を備える。
【０００９】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、負荷の大きさによらず増幅器を過大入力から適切に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のスライス回路の出力信号の一例を示す波形図である。
【図３】図１の制御回路の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、一実施形態に係る増幅装置１の構成を示すブロック図である。増幅装置１は、過大入力保護回路１０と、増幅器２０とを備える。
【００１３】
過大入力保護回路１０は、増幅器２０を過大入力から保護する。過大入力保護回路１０は、振幅制限回路１２と、スライス回路１４と、負荷検出回路１６と、制御回路１８と、を備える。
【００１４】
振幅制限回路１２は、増幅装置１に入力される入力信号Ｖｉの振幅を抑圧値に制限して、出力信号Ｖ１をスライス回路１４に出力する。入力信号Ｖｉは、音声信号等の交流信号である。抑圧値は、後述するように制御回路１８により制御される。
【００１５】
振幅制限回路１２は、例えば自動利得制御回路を用いて構成でき、入力信号Ｖｉの振幅が抑圧値より大きい場合に、入力信号Ｖｉを減衰させて、入力信号Ｖｉの振幅を抑圧値に抑圧する。つまり、振幅制限回路１２は、入力信号Ｖｉの振幅が抑圧値より大きい場合、出力信号Ｖ１の振幅が抑圧値を維持するよう自身の利得を制御する。振幅制限回路１２は、入力信号Ｖｉの振幅が抑圧値以下の場合、入力信号Ｖｉをそのまま出力信号Ｖ１として出力する。入力信号Ｖｉの振幅によらず、出力信号Ｖ１の波形は、入力信号Ｖｉの波形を維持する。
【００１６】
スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１の絶対値が閾値を超える場合、出力信号Ｖ１を閾値でスライスして、出力信号Ｖ２として増幅器２０に出力する。つまり、スライス回路１４は、出力信号Ｖ１の絶対値が閾値を超える正側の波形と負側の波形を除去する。これにより、出力信号Ｖ１の振幅は、閾値に制限される。増幅装置１の電源が投入されたとき、閾値は第１の値である。スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１を第１の値の閾値でスライスした場合、閾値を第１の値より大きい第２の値に変更する。スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１を第１の値の閾値でスライスするまでは、閾値を第１の値に保持する。スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１の振幅が閾値以下である場合、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１をそのまま出力信号Ｖ２として出力する。
【００１７】
図２は、図１のスライス回路１４の出力信号Ｖ２の一例を示す波形図である。図２では、約６ｄＢμの振幅の正弦波状の信号がスライス回路１４に入力されている。出力信号Ｖ２は、約４．７ｄＢμの第１の値の閾値に対応する正のスライスレベルＳＬ１と負のスライスレベルＳＬ２により、時刻ｔ１付近で正側の波形がスライスされ、時刻ｔ２付近で負側の波形がスライスされている。正側の波形がスライスされた後、閾値が約８ｄＢμの第２の値に変更され、正のスライスレベルＳＬ１が大きくなっているので、これ以降の正側の波形はスライスされていない。負側の波形がスライスされた後、負のスライスレベルＳＬ２が小さくなっているので、これ以降の負側の波形はスライスされていない。
【００１８】
図１に戻り、増幅器２０は、スライス回路１４の出力信号Ｖ２を所定の利得で増幅し、増幅された出力信号Ｖｏを、負荷検出回路１６を介して負荷３０に出力する。負荷３０は、例えば、スピーカなどである。第１のインピーダンスの負荷３０と、第１のインピーダンスより小さい第２のインピーダンスの負荷３０のいずれかが用いられる。
【００１９】
負荷検出回路１６は、増幅器２０で増幅され負荷３０に供給される信号、即ち増幅器２０の出力信号Ｖｏまたは出力電流Ｉｏに基づいて、負荷３０の大きさを検出する。以下では、負荷検出回路１６は、出力電流Ｉｏに基づいて負荷３０の大きさを検出する一例について説明するが、出力信号Ｖｏを用いる場合も同様に検出できる。
【００２０】
負荷検出回路１６は、出力電流Ｉｏが所定の電流閾値未満の場合、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスであることを検出し、出力電流Ｉｏが電流閾値以上の場合、負荷３０の大きさが第２のインピーダンスであることを検出する。電流閾値は、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスである場合に出力電流Ｉｏが到達しない値に、設定される。
【００２１】
制御回路１８は、負荷検出回路１６で検出された負荷３０が小さくなるほど、振幅制限回路１２の抑圧値を小さく制御する。具体的には制御回路１８は、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスの場合、抑圧値を第３の値に制御し、負荷３０の大きさが第２のインピーダンスの場合、抑圧値を第４の値に制御する。増幅装置１の電源が投入されたとき、制御回路１８は、抑圧値を第３の値に制御する。
【００２２】
制御回路１８が抑圧値を第４の値に制御した後、出力電流Ｉｏは電流閾値未満にもなるため、負荷検出回路１６で負荷３０の大きさが第１のインピーダンスであると検出されることもある。しかし、制御回路１８は、一旦、抑圧値を第４の値に制御した後は、増幅装置１の電源が切断されるまで第４の値をラッチしておき、抑圧値を変更しない。
【００２３】
第１の値は、第３の値より小さい。第１の値は、第４の値と実質的に等しくてもよい。第２の値は、第３の値より大きい。第３の値は、第１のインピーダンスの負荷３０で定格出力電力のときの入力信号Ｖｉの振幅に、マージンを加えた値である。第４の値は、第２のインピーダンスの負荷３０で定格出力電力のときの入力信号Ｖｉの振幅に、マージンを加えた値である。
【００２４】
次に、具体的な数値例を挙げて、増幅装置１の動作を説明する。各数値は、理解を容易にするための一例であり、特に限定されない。
【００２５】
第１のインピーダンスを８Ω、第２のインピーダンスを４Ωと想定する。負荷３０が８Ωのときの定格出力電力を１００Ｗ、負荷３０が４Ωのときの定格出力電力を１５０Ｗと想定する。つまり、負荷３０の大きさが２倍になった場合に定格出力電力が半分にならない仕様である。増幅器２０の利得を２６ｄＢと想定する。第１の値を４．７ｄＢμ、第２の値を８ｄＢμ、第３の値を６ｄＢμ、第４の値を４．７ｄＢμと想定する。
【００２６】
８Ωの負荷３０の場合の増幅器２０の入力信号と出力信号Ｖｏなどの関係は、以下の通りである。
【００２７】
増幅器２０の入力信号が５．２５ｄＢμの場合、出力信号Ｖｏは２８．３０Ｖｒｍｓ、出力電流Ｉｏは５．００Ａｐ、出力電力は、定格出力電力の１００．１Ｗである。
【００２８】
増幅器２０の入力信号が６ｄＢμの場合、出力信号Ｖｏは３０．８５Ｖｒｍｓ、出力電流Ｉｏは５．４５Ａｐ、出力電力は、抑圧時の出力電力の１１９．０Ｗである。
【００２９】
４Ωの負荷３０の場合の増幅器２０の入力信号と出力信号Ｖｏなどの関係は、以下の通りである。
【００３０】
増幅器２０の入力信号が４ｄＢμの場合、出力信号Ｖｏは２４．５１Ｖｒｍｓ、出力電流Ｉｏは８．６６Ａｐ、出力電力は、定格出力電力の１５０．２Ｗである。
【００３１】
増幅器２０の入力信号が４．７ｄＢμの場合、出力信号Ｖｏは２６．５６Ｖｒｍｓ、出力電流Ｉｏは９．３９Ａｐ、出力電力は、抑圧時の出力電力の１７６．４Ｗである。
【００３２】
このように、８Ωの負荷３０の場合には５．４５Ａより大きい出力電流Ｉｏは流れず、４Ωの負荷３０の場合には９．３９Ａより大きい出力電流Ｉｏは流れない。そのため、５．４５Ａより大きく、９．３９Ａより小さい出力電流Ｉｏの場合に、４Ωの負荷３０が接続されていることを検出できる。そこで、負荷検出回路１６の電流閾値を、例えば８Ａに設定できる。
【００３３】
８Ωの負荷３０が接続された状態で増幅装置１の電源が投入された場合、振幅制限回路１２の抑圧値は６ｄＢμ（第３の値）である。そのため、振幅制限回路１２は、６ｄＢμ以下の出力信号Ｖ１を出力する。振幅制限回路１２は、入力信号Ｖｉの振幅が抑圧値より大きい場合に、入力信号Ｖｉを減衰させて、入力信号Ｖｉの振幅を抑圧値に抑圧するので、入力信号Ｖｉの振幅によらず、出力信号Ｖ１は入力信号Ｖｉの波形を維持できる。負荷３０への出力電流Ｉｏは、８Ａ（電流閾値）以上にならない。スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１を４．７ｄＢμ（第１の値）の閾値でスライスするが、一旦スライスした場合、閾値を８ｄＢμ（第２の値）に変更する。よって、閾値が８ｄＢμに変更された後は、スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１をスライスせず、出力信号Ｖ１を通過させる。そのため、抑圧値の６ｄＢμを超える過大入力から増幅器２０を保護しつつ、入力信号Ｖｉの振幅によらず、出力信号Ｖｏは入力信号Ｖｉの波形を維持できる。
【００３４】
４Ωの負荷３０が接続された状態で増幅装置１の電源が投入された場合、最初、振幅制限回路１２の抑圧値は６ｄＢμ（第３の値）である。そして、入力信号Ｖｉの振幅に応じて出力電流Ｉｏが８Ａ（電流閾値）以上になった場合、抑圧値は４．７ｄＢμ（第４の値）に制御される。これにより、振幅制限回路１２は、４．７ｄＢμ以下の出力信号Ｖ１を出力する。
【００３５】
抑圧値が４．７ｄＢμに変更された後で４．７ｄＢμを超える過大入力が発生した場合、振幅制限回路１２によって増幅器２０を保護できる。しかし、抑圧値が４．７ｄＢμに変更される前に４．７ｄＢμを超える過大入力が発生すると、振幅制限回路１２は６ｄＢμ以下の出力信号Ｖ１を出力する。このような状況は、増幅装置１の電源が投入された後、出力電流Ｉｏが８Ａ以上になる前に、突然、過大入力が発生した場合に起こり得る。よって、スライス回路１４が設けられていないと仮定した場合には、増幅器２０は、６ｄＢμに対応した２３８Ｗまでの出力電力を出力できる状態となる。そのため、増幅装置１の電源に過電流保護回路が設けられている場合には、過電流保護回路により電源が切断され、増幅器２０の動作が停止する可能性がある。
【００３６】
これに対して本実施形態では、スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１を４．７ｄＢμ（第１の値）の閾値でスライスする。よって、抑圧値が４．７ｄＢμに変更される前に４．７ｄＢμを超える過大入力が発生しても、増幅器２０を過大入力から保護できる。そのため、過電流保護回路が設けられている場合にも、増幅器２０の動作の停止を抑制できる。
【００３７】
そして、スライス回路１４が出力信号Ｖ１をスライスしている期間に、８Ａ以上の出力電流Ｉｏが検出され、抑圧値が４．７ｄＢμに変更される。スライス回路１４は、出力信号Ｖ１を一旦スライスした場合、閾値を８ｄＢμに変更する。よって、閾値が８ｄＢμに変更された後は、スライス回路１４は出力信号Ｖ１をスライスしない。そのため、抑圧値の４．７ｄＢμを超える過大入力から増幅器２０を保護しつつ、入力信号Ｖｉの振幅によらず、出力信号Ｖｏは入力信号Ｖｉの波形を維持できる。
【００３８】
次に、制御回路１８の処理を説明する。図３は、図１の制御回路１８の処理を示すフローチャートである。まず、増幅装置１の電源が投入されると、制御回路１８は、抑圧値を第３の値に制御する（Ｓ１０）。次に、制御回路１８は、負荷検出回路１６で検出された負荷３０を確認し（Ｓ１２）、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスの場合（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１２に戻る。負荷３０の大きさが第２のインピーダンスの場合（Ｓ１４のＹ）、制御回路１８は、抑圧値を第４の値に制御し（Ｓ１６）、処理を終了する。前述のように、制御回路１８は、抑圧値を第４の値に制御した後は、抑圧値を変更しない。
【００３９】
このように本実施形態によれば、負荷検出回路１６で検出された負荷３０の大きさが第１のインピーダンス（８Ω）の場合、抑圧値を第３の値（６ｄＢμ）に制御し、負荷３０の大きさが第２のインピーダンス（４Ω）の場合、抑圧値を第４の値（４．７ｄＢμ）に制御する。これにより、負荷３０の大きさが２倍になった場合に定格出力電力が半分にならない仕様において、負荷３０の大きさによらず増幅器２０を過大入力から保護できる。
【００４０】
また、スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１を第１の値（４．７ｄＢμ）の閾値でスライスするので、抑圧値が第４の値に小さく制御される前に第３の値付近の過大入力が加えられても、増幅器２０には第１の値に振幅が制限された信号が加えられる。よって、抑圧値を小さくする制御が間に合わない場合にも、より確実に増幅器２０を過大入力から保護できる。
また、第１の値は、第４の値と実質的に等しいので、抑圧値を小さくする制御が間に合わない場合にも、増幅器２０には第４の値を超えた信号が加えられない。
【００４１】
さらに、スライス回路１４は、振幅制限回路１２の出力信号Ｖ１をスライスした場合、閾値を第２の値（８ｄＢμ）に変更するので、第３の値以下の入力信号Ｖｉは、スライスされず、そのまま増幅器２０に出力される。そのため、負荷３０の大きさが第１のインピーダンスの場合には、第３の値以下の信号が増幅器２０に供給され、負荷３０の大きさが第２のインピーダンスの場合には、第４の値以下の信号が増幅器２０に供給されるようにできる。また、入力信号Ｖｉの振幅によらず、出力信号Ｖｏは入力信号Ｖｉの波形を維持できるので、出力信号Ｖｏの波形品質の低下を抑制できる。
【００４２】
従って、負荷３０の大きさによらず増幅器２０を過大入力から適切に保護できる。
【００４３】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４４】
例えば、振幅制限回路１２とスライス回路１４を入れ替え、スライス回路１４の後段に振幅制限回路１２が接続され、振幅制限回路１２が制御回路１８により制御されるようにしてもよい。この場合、増幅装置１の入力信号Ｖｉは、スライス回路１４に入力される。スライス回路１４は、入力信号Ｖｉを第１の値の閾値でスライスし、入力信号Ｖｉをスライスした場合、閾値を第２の値に変更する。振幅制限回路１２は、スライス回路１４の出力信号の振幅を抑圧値に制限して増幅器２０に出力する。その他の構成は、上記実施形態と同様である。この変形例では、上記実施形態とは異なる回路配置を行うことができる。
【００４５】
また、負荷検出回路１６は、３種類以上のインピーダンスの負荷３０を検出してもよい。この場合にも、制御回路１８は、負荷３０が小さくなるほど、振幅制限回路１２の抑圧値を小さく制御する。この変形例では、より多くの種類の負荷３０に対応できるので、利便性を向上できる。
【００４６】
また、負荷３０のインピーダンスは、数Ωと数十ｋΩなど、桁数が異なってもよい。つまり、数Ωのローインピーダンスのスピーカに加え、数十ｋΩなどのハイインピーダンスのスピーカにも対応できる。
【符号の説明】
【００４７】
１…増幅装置、１０…過大入力保護回路、１２…振幅制限回路、１４…スライス回路、１６…負荷検出回路、１８…制御回路、２０…増幅器、３０…負荷。
【図１】
2018152761.tif 000003
【図２】
2018152761.tif 000004
【図３】
2018152761.tif 000005