(57)【要約】【課題】低コストで信頼性が高い、パワーアンプに接続されたスピーカの保護機能を実現する。【解決手段】パワーアンプ１０は、オーディオ信号を増幅してスピーカ３に出力する。電源供給線Ｌｐは、蓄電池２からパワーアンプ１０に電源を供給する。スイッチＳＷ１は、電源供給線Ｌｐに挿入される。マイクロコンピュータ１２は、電源供給線Ｌｐの２点の電圧を検出し、２点の電圧の差と、２点間の配線区間の配線抵抗Ｒｌをもとにパワーアンプ１０の電源端子に流れる電流を算出し、算出した電流が異常な場合、スイッチＳＷ１をターンオフする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を増幅してスピーカに出力するパワーアンプと、
直流電源から前記パワーアンプに電源を供給する電源供給線と、
前記電源供給線に挿入されるスイッチと、
前記電源供給線の２点の電圧を検出し、前記２点の電圧の差と、前記２点間の配線区間の配線抵抗をもとに前記パワーアンプの電源端子に流れる電流を算出し、算出した電流が異常な場合、前記スイッチをターンオフする制御部と、
を備える車載装置。
【請求項２】
前記２点間の配線区間の近傍に設置される温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出値をもとに、前記２点間の配線区間の配線抵抗を補正する請求項１に記載の車載装置。
【請求項３】
前記２点間の配線区間は、プリント基板上の銅箔配線の一部区間である請求項１または２に記載の車載装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ用のパワーアンプを備える車載装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両内には、ディスプレイオーディオやカーナビゲーションシステム等の音声を出力することができる車載機器が搭載される。また車両内において前方の左右に２つ、後方の左右に２つ、合計４つのスピーカを設置した場合、高品質な音響空間を実現できる。
【０００３】
スピーカに出力するオーディオ信号を増幅するためにパワーアンプが用いられる。車載機器のように電源電圧を高くすることが難しい用途では、ＢＴＬ（Balanced Transformer Less)アンプが使用されることが多い。ＢＴＬアンプは、第１アンプの出力をスピーカの一方の端子に接続し、第１アンプと逆位相を出力する第２アンプの出力をスピーカの他方の端子に接続することにより、アンプが１つの場合と比較して、電圧で２倍、電力で４倍の出力を得ることができる。
【０００４】
パワーアンプの不具合により、パワーアンプからスピーカに過電流が流れた場合、スピーカにダメージを与える可能性がある。パワーアンプに接続されたスピーカの保護機能として、パワーアンプＩＣが内蔵するＤＣオフセット検出機能を使用するものが多かった（例えば特許文献１、２参照）。しかしながらこの手法では、パワーアンプＩＣ自体に不具合や故障が発生した場合、スピーカの保護機能が停止する可能性があり、スピーカの保護を全うすることが難しかった。
【０００５】
そこでパワーアンプに接続されたスピーカの保護機能として、パワーアンプの電源端子に流れている電源電流の挙動を外部の検出回路で監視する手法が考えられる。具体的には、パワーアンプの電源端子に接続される電源供給線にセンシング抵抗を挿入し、センシング抵抗の両端電圧を検出する検出回路を設けることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９２０２１号公報
【特許文献２】特開２００４−３２０２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら電源供給線を流れる電流を検出するために、センシング抵抗と検出回路を追加すると、回路面積が増大し、コスト高となる。また電源供給線にセンシング抵抗を挿入することにより電圧降下が発生し、パワーアンプの電源電圧が低下すると、音質低下に繋がる可能性がある。またセンシング抵抗や検出回路自体に不具合や故障が発生した場合、上記と同様にスピーカの保護を全うすることが難しくなる。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、低コストで信頼性が高い、パワーアンプに接続されたスピーカの保護機能を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の車載装置は、オーディオ信号を増幅してスピーカに出力するパワーアンプと、直流電源から前記パワーアンプに電源を供給する電源供給線と、前記電源供給線に挿入されるスイッチと、前記電源供給線の２点の電圧を検出し、前記２点の電圧の差と、前記２点間の配線区間の配線抵抗をもとに前記パワーアンプの電源端子に流れる電流を算出し、算出した電流が異常な場合、前記スイッチをターンオフする制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低コストで信頼性が高い、パワーアンプに接続されたスピーカの保護機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る車載装置の構成を説明するための図である。
【図２】図１のパワーアンプの構成例を示す図である。
【図３】図１の第１分圧回路、第２分圧回路、温度センサの構成例を示す図である。
【図４】図３の温度センサに使用するＮＴＣサーミスタの抵抗温度特性の一例を示す図である。
【図５】銅箔の単位面積当たりの抵抗値の温度特性の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る車載装置の、パワーアンプに接続されたスピーカの保護機能を説明するための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、本発明の実施の形態に係る車載装置１の構成を説明するための図である。車載装置１はディスプレイオーディオやカーナビゲーションシステム等のインフォテイメント機器である。車載装置１は、車両に搭載された蓄電池２から電源が供給される。蓄電池２は車両内の補機及びアクセサリ機器に電源を供給するための電池であり、一般的に１２Ｖ出力の鉛電池が使用される。なおＥＶ、ＨＥＶの場合、駆動用電池を降圧して車載装置１の電源電圧を生成することも可能である。
【００１３】
車載装置１はスピーカ３に接続され、スピーカ３にオーディオ信号を供給することにより、スピーカ３から音声を出力することができる。車載装置１は、オーディオ信号を増幅してスピーカに出力するパワーアンプ１０を備える。パワーアンプ１０の電源端子は電源供給線Ｌｐを介して蓄電池２に接続される。図１に示すパワーアンプ１０は１２Ｖ電源で動作するアンプであり、蓄電池２の電圧をそのまま電源電圧として印加することができる。
【００１４】
車載装置１内の電源供給線Ｌｐの入力段に、インダクタＬ１及びコンデンサＣ１により構成されるパワーフィルタが設置される。電源回路１１は、パワーフィルタによりノイズが減衰された蓄電池２の電圧を降圧して、車載装置１内の各種ＩＣ（マイクロコンピュータ１２を含む）の電源電圧を生成する。電源回路１１は蓄電池２の電圧（例えば、１２Ｖ）を降圧して、マイクロコンピュータ１２の電源電圧（例えば、２．０〜５．５Ｖ）を生成する。
【００１５】
なお図１には示していないが車載装置１は、パワーアンプ１０に入力するオーディオ信号を生成するＤＳＰ（Digital Signal Processor）、映像信号を処理する映像ＩＣなどを搭載している。電源回路１１は少なくとも１つのスイッチングレギュレータを含み、各ＩＣの電源電圧を生成し、各ＩＣに電源電圧を供給する。
【００１６】
電源供給線ＬｐにスイッチＳＷ１が挿入される。スイッチＳＷ１は電源供給線Ｌｐにおいて、電源回路１１への分岐ノードとパワーアンプ１０間の配線区間内に挿入される。スイッチＳＷ１には半導体スイッチやリレーを使用することができる。半導体スイッチを使用する場合、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使用することができる。
【００１７】
駆動回路１４は、マイクロコンピュータ１２からの制御信号（例えばオン／オフ信号）をもとにスイッチＳＷ１のオン／オフを制御する。スイッチＳＷ１が半導体スイッチの場合、駆動回路１４は半導体スイッチのゲートをオン／オフするためのゲート電圧を生成する。スイッチＳＷ１がリレーの場合、駆動回路１４はリレーコイルを励磁／消磁するための駆動電流を生成する。
【００１８】
第１分圧回路１３ａは、電源供給線Ｌｐ上のＡ点の電圧を検出してマイクロコンピュータ１２に出力する。第２分圧回路１３ｂは、電源供給線Ｌｐ上のＢ点の電圧を検出してマイクロコンピュータ１２に出力する。電源供給線Ｌｐ上のＡ点−Ｂ点間の配線区間は、プリント基板上の銅箔配線で構成される。Ａ点及びＢ点は電源供給線Ｌｐ上において、スイッチＳＷ１とパワーアンプ１０との間の配線区間に設置される。
【００１９】
Ａ点−Ｂ点間の配線区間の近傍に温度センサＴ１が設置される。温度センサＴ１はＡ点−Ｂ点間の配線区間の温度を検出してマイクロコンピュータ１２に出力する。
【００２０】
マイクロコンピュータ１２は、Ａ点とＢ点の電圧を検出し、Ａ点−Ｂ点間の電圧と、Ａ点−Ｂ点間の配線区間の配線抵抗Ｒｗをもとにパワーアンプ１０の電源端子に流れる電流を算出する。マイクロコンピュータ１２は温度センサＴ１の検出値をもとに、Ａ点−Ｂ点間の配線区間の配線抵抗Ｒｗを補正する。
【００２１】
マイクロコンピュータ１２は、算出した電流が正常な場合はスイッチＳＷ１をオン状態に制御し、異常な場合はスイッチＳＷ１をターンオフする。マイクロコンピュータ１２の具体的な動作例は後述する。
【００２２】
図２は、図１のパワーアンプ１０の構成例を示す図である。図２に示す例は図１のパワーアンプ１０を、４チャンネルのＢＴＬアンプを含むパワーアンプＩＣで構成する例である。第１ＢＴＬアンプは、インバータＩＮ１、第１アンプＡＰ１ａ及び第２アンプＡＰ１ｂを備える。第１アンプＡＰ１ａは、車載装置１の図示しないＤＳＰから入力されるオーディオ信号を所定の増幅率で増幅して出力する。インバータＩＮ１は、当該入力されるオーディオ信号の位相を反転させて第２アンプＡＰ１ｂに入力する。第１アンプＡＰ１ａは、インバータＩＮ１から入力されるオーディオ信号を所定の増幅率で増幅して出力する。
【００２３】
第１アンプＡＰ１ａの出力と第２アンプＡＰ１ｂの出力は、スピーカ３ａの両端に接続される。この構成では、第１アンプＡＰ１ａから出力されるオーディオ信号と、第２アンプＡＰ１ｂから出力される反転されたオーディオ信号が加算されるため、第１アンプＡＰ１ａ単体の場合と比較して出力電圧が２倍になり、出力電力が４倍になる。
【００２４】
他の３チャンネルの第２−第４ＢＴＬアンプの構成も第１ＢＴＬアンプと同様の構成である。車載装置１の図示しないＤＳＰはＣＤ音源、ラジオ音源などの音源データをもとに４チャンネルのオーディオ信号を生成する。具体的にはＤＳＰは、前方右に設置されたスピーカ３ａ用のオーディオ信号（ＦＲ）、前方左に設置されたスピーカ３ｂ用のオーディオ信号（ＦＬ）、後方右に設置されたスピーカ３ｃ用のオーディオ信号（ＲＲ）、及び後方左に設置されたスピーカ３ｄ用のオーディオ信号（ＲＬ）を生成し、各ＢＴＬアンプに出力する。ＤＳＰは各スピーカ３ａ−３ｄの設置位置に応じて、各オーディオ信号（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）のボリュームや周波数特性をチューニングすることができる。
【００２５】
図３は、図１の第１分圧回路１３ａ、第２分圧回路１３ｂ、温度センサＴ１の構成例を示す図である。第１分圧回路１３ａは第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２が直列接続された抵抗分圧回路で構成することができる。第１抵抗Ｒ１の一端がＡ点に接続され、第２抵抗Ｒ２の一端がマイクロコンピュータ１２のアナロググランドポートＡＶＳＳに接続され、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点がマイクロコンピュータ１２の第１アナログ入力ポートＡＤ１に接続される。第２分圧回路１３ｂも第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４が直列接続された抵抗分圧回路で構成することができる。第３抵抗Ｒ３の一端がＢ点に接続され、第４抵抗Ｒ４の一端がマイクロコンピュータ１２のアナロググランドポートＡＶＳＳに接続され、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４の接続点がマイクロコンピュータ１２の第２アナログ入力ポートＡＤ２に接続される。
【００２６】
図３では温度センサＴ１にＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタを使用する例を示している。温度センサＴ１（ＮＴＣサーミスタ）は第５抵抗Ｒ５と直列に接続される。温度センサＴ１（ＮＴＣサーミスタ）の一端がマイクロコンピュータ１２のアナログ参照電圧ポートＡＶＲｅｆに接続され、第５抵抗Ｒ５の一端がマイクロコンピュータ１２のアナロググランドポートＡＶＳＳに接続され、温度センサＴ１（ＮＴＣサーミスタ）と抵抗Ｒ５の接続点がマイクロコンピュータ１２の第３アナログ入力ポートＡＤ３に接続される。
【００２７】
図４は、図３の温度センサＴ１に使用するＮＴＣサーミスタの抵抗温度特性の一例を示す図である。図４の横軸は温度を、縦軸はＮＴＣサーミスタの抵抗温度特性を示している。抵抗温度特性は、検出時の抵抗値を常温（２５℃）時の抵抗値で割った値で規定される。図４に示すようにＮＴＣサーミスタの抵抗値は、温度が上昇すると指数関数的に減少する関係にある。温度センサＴ１に使用するＮＴＣサーミスタの常温時の抵抗値、及び抵抗温度特性は既知であるため、ＮＴＣサーミスタの抵抗値を検出することにより、ＮＴＣサーミスタの近傍の温度を推定することができる。ＮＴＣサーミスタの抵抗値は、図３のマイクロコンピュータ１２の第３アナログ入力ポートＡＤ３に入力される電圧値をもとに特定することができる。
【００２８】
次に、Ａ点−Ｂ点間の配線抵抗Ｒｗの算出方法について説明する。銅箔配線の配線抵抗Ｒは下記（式１）から算出することができる。
Ｒ＝Ｒｐ・（ｌ／ｗ）・（３５／ｔ）  ・・・（式１）
Ｒｐは銅箔の単位面積当たりの抵抗値［ｍΩ］
ｌは銅箔配線の長さ［ｍｍ］
ｗは銅箔配線の幅［ｍｍ］
ｔは銅箔配線の厚み［μｍ］
【００２９】
図５は、銅箔の単位面積当たりの抵抗値の温度特性の一例を示す図である。図５に示すように銅箔の単位面積当たりの抵抗値は、温度上昇に伴いリニアに増加する関係にある。
【００３０】
Ａ点−Ｂ点間の銅箔配線の長さが２５ｍｍ、幅が３ｍｍ、厚みが３５μｍの例を考える。温度センサＴ１で検出されるＡ点−Ｂ点間の銅箔配線の温度が２５℃のとき、図５に示す温度特性の銅箔では単位面積当たりの抵抗値が０．４９ｍΩとなる。上記（式１）に代入すると、Ａ点−Ｂ点間の銅箔配線の配線抵抗Ｒｗは、０．４９×（２５／３）×（３５／３５）＝４．０８ｍΩとなる。
【００３１】
仮にパワーアンプ１０のＤＣオフセット電流としてパワーアンプ１０の電源端子に５Ａ流れた場合、パワーアンプ１０に５Ａ×４．０８ｍΩ＝２０．４ｍＶのＤＣオフセット電圧が発生する。このＤＣオフセット電圧は、温度が高くなるほど大きくなる。
【００３２】
図６は、本発明の実施の形態に係る車載装置１の、パワーアンプ１０に接続されたスピーカ３の保護機能を説明するためのフローチャートである。車載装置１の主電源がオンされると（Ｓ１０のＹ）、車載装置１が起動する。マイクロコンピュータ１２及びパワーアンプ１０も起動する。マイクロコンピュータ１２はＡ点の電圧、Ｂ点の電圧、Ａ点−Ｂ点間の銅箔配線の温度を検出する（Ｓ１１）。マイクロコンピュータ１２はＡ点の電圧とＢ点の電圧の差分を算出してＡ点−Ｂ点間の電圧を算出する（Ｓ１２）。マイクロコンピュータ１２は、温度センサＴ１により検出された温度をもとに銅箔配線の抵抗値を補正する（Ｓ１３）。マイクロコンピュータ１２はＡ点−Ｂ点間の電圧と銅箔配線の抵抗値をもとに、電源供給線Ｌｐを介してパワーアンプ１０に流れている電流値を算出する（Ｓ１４）。
【００３３】
マイクロコンピュータ１２は算出した電流値と第１設定値を比較する（Ｓ１５）。電流値が第１設定値を超えた場合（Ｓ１５のＹ）、マイクロコンピュータ１２は電流超過カウンタをカウントアップする（Ｓ１６）。電流超過カウンタは初期値をゼロとして時間経過に従いカウントアップしていくカウンタである。
【００３４】
マイクロコンピュータ１２は電流超過カウンタの値と第２設定値を比較する（Ｓ１７）。電流超過カウンタの値が第２設定値を超えた場合（Ｓ１７のＹ）、パワーアンプ異常フラグに「１」を設定する（Ｓ１８）。マイクロコンピュータ１２は当該パワーアンプフラグをログ情報として、車載装置１内の図示しない不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ）に記録する。マイクロコンピュータ１２はログ情報の記録とともに、駆動回路１４にオフ信号を出力して駆動回路１４にスイッチＳＷ１をターンオフさせる。これにより、パワーアンプ１０への給電が停止してパワーアンプ１０の動作が停止する（Ｓ１９）。以下、車載装置１のオーディオ出力機能は停止する。
【００３５】
ステップＳ１７において電流超過カウンタの値が第２設定値以下の場合（Ｓ１７のＮ）、ステップＳ２１に遷移する。ステップＳ１５において電流値が第１設定値以下の場合（Ｓ１５のＮ）、マイクロコンピュータ１２は電流超過カウンタの値をリセットする（Ｓ２０）。以上に説明したステップＳ１１からステップＳ２０までの処理が、車載装置１の主電源がオンの間（Ｓ２１のＮ）繰り返し実行される。車載装置１の主電源がオフされると（Ｓ２１のＹ）、車載装置１が動作を停止する。
【００３６】
上述した第１設定値および第２設定値は、スピーカ３の仕様、パワーアンプ１０の仕様、実験やシミュレーションなどの結果をもとに設計者が設定することができる。第１設定値および／または第２設定値が小さく設定されるほどスピーカ３の保護が重視された設計であり、第１設定値および／または第２設定値が大きく設定されるほど誤検出によるオーディオ停止の回避が重視された設計となる。
【００３７】
以上説明したように本実施の形態によれば、低コストで信頼性が高い、パワーアンプ１０に接続されたスピーカ３の保護機能を実現することができる。プリント基板上の配線パターンの抵抗値を利用するため、電源供給線Ｌｐにセンシング用の抵抗素子を挿入する必要がなく、パワーアンプ１０内にＤＣオフセット検出機能を搭載する必要もないためコストを低減することができる。またセンシング用の抵抗素子自体の不具合、パワーアンプ１０内のＤＣオフセット検出機能自体の不具合を考慮する必要がないため信頼性が高い。またパワーアンプ内のパワースタンバイ機能を使用せずに、パワーアンプ１０に電源を供給する電源供給線Ｌｐを遮断することにより、より確実にパワーアンプ１０の動作を停止させることができる。
【００３８】
また電源供給線Ｌｐにセンシング用の抵抗素子が挿入されないため、当該抵抗素子による電圧降下が発生せず、より高品質な電源電圧をパワーアンプ１０に供給することができる。従ってスピーカ３の音質低下を防止することができる。
【００３９】
また温度センサＴ１を設置してＡ点−Ｂ点間の銅箔配線の温度を監視して配線抵抗Ｒｗを補正することにより、電源供給線Ｌｐに流れる電流を高精度に検出することができる。車両に搭載される機器は、屋内に設置される機器より温度変動が大きくなる傾向にある。特に搭乗者がいない駐車中の車両は、地域、季節、時間帯、直射日光の有無により温度が大きく変化する。従って温度補正がされない抵抗値を基礎に算出された電流値は、実際の電流値と大きく乖離する可能性がある。本実施の形態では温度補正された抵抗値を基礎に電流値を算出するため検出精度が高い。
【００４０】
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または各処理プロセスの組み合わせに、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。
【００４１】
上記実施の形態ではスピーカ３が外付けの構成を示したが、スピーカ３は車載装置１に内蔵されていてもよい。また上記実施の形態ではＡ点−Ｂ点間の電圧を検出するために第１分圧回路１３ａ及び第２分圧回路１３ｂを使用したが、第１分圧回路１３ａ及び第２分圧回路１３ｂの代わりに差動アンプを使用してもよい。また上記実施の形態では、プリント基板上の配線パターンに銅箔を用いる例を説明したが、銅箔の代わりにアルミ箔、金箔などを使用してもよい。
【００４２】
なお、実施の形態は、以下の項目によって特定されてもよい。
【００４３】
［項目１］
オーディオ信号を増幅してスピーカ（３）に出力するパワーアンプ（１０）と、
直流電源（２）から前記パワーアンプ（１０）に電源を供給する電源供給線（Ｌｐ）と、
前記電源供給線（Ｌｐ）に挿入されるスイッチ（ＳＷ１）と、
前記電源供給線（Ｌｐ）の２点の電圧を検出し、前記２点の電圧の差と、前記２点間の配線区間の配線抵抗をもとに前記パワーアンプ（１０）の電源端子に流れる電流を算出し、算出した電流が異常な場合、前記スイッチ（ＳＷ１）をターンオフする制御部（１２）と、
を備える車載装置（１）。
これによれば、低コストで信頼性が高いスピーカ（３）の保護機能を実現することができる。
［項目２］
前記２点間の配線区間の近傍に設置される温度センサ（Ｔ１）をさらに備え、
前記制御部（１２）は、前記温度センサ（Ｔ１）の検出値をもとに、前記２点間の配線区間の配線抵抗を補正する項目１に記載の車載装置（１）。
これによれば、パワーアンプ（１０）の電源端子に流れる電流を高精度に検出することができる。
［項目３］
前記２点間の配線区間は、プリント基板上の銅箔配線の一部区間である項目１または２に記載の車載装置（１）。
これによれば、部品点数を減らすことができ、低コストでパワーアンプ（１０）の電源端子に流れる電流を検出することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  車載装置、  ２  蓄電池、  ３  スピーカ、  １０  パワーアンプ、  １１  電源回路、  １２  マイクロコンピュータ、  １３ａ  第１分圧回路、  １３ｂ  第２分圧回路、  １４  駆動回路、  ＳＷ１  スイッチ、  Ｌｐ  電源供給線、  Ｌ１  インダクタ、  Ｃ１  コンデンサ、  Ｒｗ  配線抵抗、  ＡＰ１ａ−ＡＰ４ａ  第１アンプ、  ＡＰ１ｂ−ＡＰ４ｂ  第２アンプ、  ＩＮ１−ＩＮ４  インバータ、  Ｔ１  温度センサ、  Ｒ１−Ｒ５  抵抗。
【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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