(57)【要約】保護回路を有する増幅器内の過剰な電力の浪費およびその故障を引き起こす可能性を低減させる。本発明は、増幅器に対するものであり、その内部の保護回路を出力信号レベルに基づいて再構成可能である。これにより、増幅器は最良の保護レベルを現在の動作条件に適用できる。増幅器を保護するための保護レベル又は閾値は、より低い閾値レベルへ動的に調節され、ある動作においてより感度が高まるようになる。本発明の一の実施形態では、第１電流保護閾値を用いて第１状態で増幅器を動作させる。ある事象が起きる場合、増幅器の保護回路が再構成されて、増幅器は、第２保護閾値を用いて第２状態で動作し続ける。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）電流を検出する電流検出回路と、
ｂ）電圧を検出する電圧検出回路と、
ｃ）前記電圧のレベルに基づいて、電流検出レベルを選択する論理回路と、
ｄ）所定の電流検出レベルを超える場合に増幅器を停止させる制御回路と、
を備えることを特徴とする増幅器回路。
【請求項２】
前記電流検出回路は、供給電流を測定して、前記測定された供給電流を前記動的に可変な基準レベルと比較することを特徴とする請求項１に記載の増幅器回路。
【請求項３】
前記電流検出回路は、前記基準レベルを超える場合に、有効信号を前記制御回路に供給することを特徴とする請求項２に記載の増幅器回路。
【請求項４】
前記電圧検出回路は、出力された電圧のレベルを一又は複数の所定の基準レベルと比較することを特徴とする請求項１に記載の増幅器回路。
【請求項５】
前記電圧検出回路は、可変な電流閾値を選択するために、前記電流検出回路に供給されるべき出力を供給することを特徴とする請求項４に記載の増幅器回路。
【請求項６】
前記制御回路は、前記電流検出回路から信号を受信し、選択された電流閾値に到達する場合に前記増幅器を停止させることを特徴とする請求項１に記載の増幅器回路。
【請求項７】
ａ）電流を検出する電流検出手段と、
ｂ）電圧を検出する電圧検出手段と、
ｃ）前記電圧のレベルに基づいて、電流検出レベルを選択する論理手段と、
ｄ）所定の電流検出レベルを超える場合に増幅器を停止させる制御手段と、
を備えることを特徴とする増幅器システム。
【請求項８】
前記電流検出手段は、供給電流を測定して、前記測定された供給電流を前記動的に可変な基準レベルと比較することを特徴とする請求項７に記載の増幅器システム。
【請求項９】
前記電流検出手段は、前記基準レベルを超える場合に、有効信号を前記制御手段に供給することを特徴とする請求項８に記載の増幅器システム。
【請求項１０】
前記電圧検出手段は、出力された電圧のレベルを一又は複数の所定の基準レベルと比較することを特徴とする請求項７に記載の増幅器システム。
【請求項１１】
前記電圧検出手段は、可変な電流閾値を選択するために、前記電流検出手段に供給されるべき出力を供給することを特徴とする請求項１０に記載の増幅器システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記電流検出手段から信号を受信し、選択された電流閾値に到達する場合に前記増幅器を停止させることを特徴とする請求項７に記載の増幅器システム。
【請求項１３】
電流を検出する電流検出工程と、
電圧を検出する電圧検出工程と、
前記電圧のレベルに基づいて、電流検出レベルを選択する選択工程と、
所定の電流検出レベルを超える場合に増幅器を停止させる停止工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
供給電流を測定する工程と、
前記測定された供給電流を動的に可変な基準レベルと比較する工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記電流検出工程は、前記基準レベルを超える場合に、有効信号を供給する工程を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧検出工程は、出力された電圧のレベルを一又は複数の所定の基準レベルと比較する工程を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記電圧検出工程は、可変な電流閾値を選択するための出力を前記電流検出工程に供給する工程を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記停止工程は、
信号を受信する工程と、
選択された電流閾値に到達する場合に前記増幅器を停止させる工程と、
を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、参照することにより本願に組み込まれる。また、ダイナミック増幅器保護（ＤＡＰ）技術という題名で２００４年１１月１５日に出願された米国仮出願６０／６２８，１９３の利益を主張する。
【０００２】
（著作権保護の対象物の通知）
本特許文献内の対象物は、全て、米国及びその他の国々における著作権法の下で著作権保護を受ける。本特許文献の対象物は、一部、米国及びその他の国々における回路配置利用権登録法の下で保護を受ける。著作権及び回路配置利用権の権利者は、米国特許商標局のファイル又は記録に掲載される本特許文献又は本特許の開示のいずれかによる複製には異議がないが、その他の場合には、著作権及び回路配置利用権等の全てを保有する。
【０００３】
本発明は、増幅装置用の保護回路に関する。
【背景技術】
【０００４】
通常、増幅器は一定保護レベル、即ち「閾値」を用いる。閾値を超えると、保護回路が起動される。これにより、増幅器が停止するか、或いは別の方法で永久的な破損から増幅器自体が保護される。保護閾値は、通常使用において意図してしない起動を防ぐために、増幅器の動作の極限外に設けられる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在利用可能な保護技術における問題は、保護閾値を超えない場合でも故障状況が起きてしまうことである。このような場合の一つは、低出力レベルでシステムの短絡が引き起こされる場合である。出力電圧が高い条件下では、増幅器の変調レベルも高い。この場合、システムは効率よく作動する。よって、システムを通じて運ばれる入力電流が大きくても問題ではない。出力電圧が低い条件下では、増幅器の変調レベルも低い。この場合、システムは効率よく作動しない。よって、システムを通じて運ばれる入力電流が大きいと、問題になる。
【０００６】
出力電圧が高い場合に起きる短絡状況（所謂、電気的な短絡状態、又は、電気的なショート状態）は、通常は問題ではない。なぜなら、システムが効率よく作動している場合には、電流の急激な変化に対応できるからであり、停止するからである。この停止は、本条件では、先行技術である電流の保護閾値が増幅器を停止するように設計されているためである。
【０００７】
しかしながら、この短絡状況は、出力電圧が低い場合に起きると問題となる可能性がある。出力電圧が低い場合には、出力変調レベルも低い。これにより、システムが効率よく作動しなくなる。また、この状況では、先行技術の保護閾値に到達するほど電流が十分高くないので、システムは停止しないであろう。後者の短絡状況ではシステムが効率よく作動しておらず、停止しないので、また同時に電流を高めてしまうので、システムの構成要素は過熱され、且つ／あるいは破損する。
【０００８】
これらのうちの多くの場合、増幅器は、その出力部分における過剰な電力の浪費に起因して最終的に破損してしまうであろう。例えば、低出力レベル又は低音量でスピーカ出力が短絡した場合、増幅器は、その保護レベルに到達せず、決して保護回路を起動することがないかもしれない。
【０００９】
従って、増幅器はこの故障状況のまま動作し続けるであろう。これは、保護閾値が適切に設定された保護回路を有しているにもかかわらず、増幅器内の過剰な電力の浪費およびその故障を引き起こす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、増幅器に対するものであり、その内部の保護回路を出力信号レベルに基づいて再構成可能である。これにより、増幅器は最良の保護レベルを現在の動作条件に適用できる。増幅器を保護するための保護レベル又は閾値は、より低い閾値レベルへ動的に調節され、ある動作においてより感度が高まるようになる。
【００１１】
本発明の一の実施形態では、第１電流保護閾値を用いて第１状態で増幅器を動作させる。ある事象が起きる場合、増幅器の保護回路が再構成されて、増幅器は、第２保護閾値を用いて第２状態で動作し続ける。その他の実施形態では、二つよりも多い状態が、二つよりも多い閾値とともに用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、増幅器に対するものであり、その内部の保護回路を出力信号レベルに基づいて再構成可能である。これにより、増幅器は最良の保護レベルを現在の動作条件に適用できる。増幅器を保護するための保護レベル又は「閾値」は、より低い閾値レベルへ動的に調節され、ある動作においてより感度が高まるようになる。
【００１３】
本発明の保護回路構成は、位相関係に係る問題を回避できる。また例えばクラスＤ増幅器との互換性がある。本発明の一の態様では、この回路構成は、出力信号を平均値として測定する。これにより、基準との比較がさらに容易になる。本発明の他の態様では、回路構成の感度は、離散的な（個々の）間隔で変化する。これにより、制御基準を容易に使用できる。本発明の更に他の態様では、低電圧である電流をバッテリ入力ライン上で測定する。
【００１４】
図１は、本発明の実施例の動作を示している。ステップ１００において、第１電流保護閾値を用いて増幅器を第１状態で動作させる。ステップ１１０において、ある事象が起きたかを判断する。ある事象の一例として、本発明の目的に沿っては、増幅器の出力電流が所定の電流閾値を超える場合を挙げることができる。この事象が起きなかった場合、増幅器は第１状態のまま動作し続け、ステップ１００が繰り返される。この事象が起きる場合、増幅器の保護回路はステップ１２０において再構成される。ステップ１３０において、増幅器は第２保護閾値を用いて第２状態で動作し続ける。
【００１５】
当業者には明らかなように、本発明は、二つの状態に限られず、システム及び増幅器の構造における必要性に応じて、任意の数の状態を用いて動作する。保護回路が通常の動作条件の邪魔をすることを防ぐために、或いは保護マージンを増大させるために、より多数の状態が必要である場合が多い。このような場合、本発明により教示されたのと同じ手順を、付加された多数の状態に対して繰り返すべきである。
【００１６】
図２は、本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路の設定方法を示している。ステップ２００において、テストを実施して故障領域を見つける。ステップ２１０において、再構成可能、又は「動的」な保護回路に対するパラメータを選択する。ステップ２２０において、増幅器を選択したパラメータに手動で制約させつつ、増幅器を再テストする。ステップ２３０において、増幅器が破損したか否かが決定される。破損は、増幅器における意図された機能を麻痺させてしまう原因となる。破損が起きた場合、適切なパラメータが選択されるまでステップ２１０は繰り返される。これは増幅器を破損させることはない。
【００１７】
ステップ２３０において増幅器が破損しなかった場合、ステップ２４０において、増幅器を特定されたパラメータに制約させるように、回路構成が設計される。ステップ２５０において、設計された回路構成は増幅器を選択したパラメータに制約させつつ、増幅器を再テストする。ステップ２６０において、増幅器がテスト中に破損したか否かを判断する。破損した場合は、ステップ２１０は再度繰り返され、新たなパラメータを特定する。そうでなければ、システムは順調に動作され、その工程は完了する。
【００１８】
本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路を用いて故障領域を見つけるために、図２のステップ２００に記載したように、低音量レベルで短絡スピーカまたはスピーカワイヤを駆動している間に起きる故障状況を再生する。一の実施例では、以下の設備を用いて、システムをテストする。即ち、１）短絡した５メートルの１２ＡＷＧスピーカワイヤ、２）短絡した５メートルの１０ＡＷＧスピーカワイヤ、及び３）短絡したスピーカサンプルである。その他の実施例では、テスト下にある増幅器の種類に応じて、より多くの設備、又は異なる複数の設備を用いる。
【００１９】
図３は、本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路を用いた故障領域の発見方法を示す図である。ステップ３００において、再生又は再現された電気的な短絡状況（所謂、電気的なショート状態）に増幅器を接続させる。ステップ３１０において、増幅器の動作バンド幅内の信号周波数を選定する。ステップ３２０において、電流プローブを増幅器の入力端子に装着する。ステップ３３０において、電流プローブを増幅器の出力端子に装着する。ステップ３４０において、電圧プローブを増幅器の出力端子に装着する。ステップ３５０において、入力及び出力電流並びに出力電圧の測定を行う。
【００２０】
１５００ワットのクラスＤ増幅器において実行される、前述の手順における一の具体例を図４に示す。本発明は、特定タイプの増幅器に全く限定されない。全ての増幅器が、本発明によりうまく利用することができる共通の特徴を共有するためである。図４は、例示のみを目的とする。図４は、Ｘ及びＹ軸を有するグラフを示している。出力電圧４００は、Ｙ軸に沿って表され、出力電流４１０は、Ｘ軸に沿って表される。線４２０は、短絡が引き起こされる間の負荷を示す。線４３０は、システムが、通常の動作条件である２オームの負荷を駆動していることを示す。
【００２１】
図４に示したこの特定の１５００ワットのクラスＤ増幅器に対する通常動作条件下において、４アンペアの出力電流４４０を８ボルトの増幅器の浪費レベル４５０に関連付ける。その場合、電流は、４から１０アンペア間の安全領域４６０内にあり、増幅器を破損することはないであろう。しかしながら、線４２０上に示すような（例えば、短絡スピーカを駆動している）、通常ではない動作条件下においては、傾きが小さくなり、増幅器は非保護ゾーン４７０（即ち、故障領域）に突入する。この場合、負荷線４２０上で１８００ワットになるまで、８ボルトの電力の浪費レベル４５０に到達しない。ここで通常は５００ワットで到達する。その結果、この場合、先行技術において常に３４アンペアである既存の電流保護閾値４８０は、適切ではなく、保護されずに増幅器が破損してしまうであろう。
【００２２】
図５は、図２のステップ２１０に示されたような、再構成可能な増幅器の保護回路に対するパラメータの選択方法を示すために用いられる図である。図５は、簡単のために二つの状態における解法を示しているが、テストされる動作条件に応じて複数の状態が可能である。
【００２３】
図５は、Ｘ及びＹ軸を有するグラフを示している。出力電圧５００はＹ軸に沿って表され、出力電流５１０は、Ｘ軸に沿って表される。線５２０は、短絡が引き起こされる間の負荷を示す。線５３０は、システムが、通常の動作条件である２オームの負荷を駆動していることを示す。線５４０は、電流保護回路が第１状態で動作していることを表す。このような状態では、電流保護回路５４０は、８アンペアを超えないであろう。よって安全である。なぜなら線５３０（通常動作条件）は、このレベルまで到達しないからである。しかしながら、システムが線５２０に示すように動作する場合（短絡を引き起こす場合）、線５４０の右側に届いてしまうであろう。これにより、領域５５０に到達する前にシステムがそれ自体を保護してしまうであろう。これは増幅器を破損させてしまう可能性がある。
【００２４】
通常条件下では、保護回路５４０は、従来の３４アンペア保護領域である線５６０において動的に第２状態に移行されるであろう。このような移行は、ある事象が起きる場合に起こるであろう。この例では、そのような事象は、線５９０に示されるように電圧が１２．９６に達する場合に起きる。本発明を用いて、図５に対して示されたものとは異なり、離散的な状態を持たない連続的に可変な構成を用いることもできる。
【００２５】
図６は、増幅器の出力電圧を検出し、そのデータを用いて増幅器の入力電流閾値を変調するように、例えば図２のステップ２４０に示すように設計された再構成可能な増幅器の保護回路の一の実施例を示す図である。図６は、ＡＣ信号を受信するように意図されている。その一部は、ある時間において正であり、またある時間においては負である。図６の上側の信号経路は、正である場合の時間において信号を処理し、下側の信号経路は、負である場合の時間において信号を処理する。従って、信号は全ての時間において遅延なく処理される。その他の回路の実施容態も、同じ又は類似の結果を達成するように実施されてよい。
【００２６】
オペアンプ１ａ及びオペアンプ１ｂは、増幅器の整流出力６００を閾値と比較する。出力レベル６００が閾値よりも大きい場合、オペアンプ１ａ又はオペアンプ１ｂは、そのときのＡＣ信号の性質に応じて、高信号（即ち、ここで同じ意味で用いられる正信号）を出力する。出力レベル６００が閾値よりも小さい場合、オペアンプ１ａ又はオペアンプ１ｂは、低い（即ち、ここで同じ意味で用いられる負である）。オペアンプ１ａ及び１ｂの高又は低出力信号は、本実施例で用いられる二つの状態を表すが、当然のことながら、任意の数の状態が加えられてもよい。
【００２７】
オペアンプ１ａ又は１ｂがいずれの状態であるかは、保護検出回路６１０に送信され、電流閾値が変調される。整流出力６００と比較される閾値は、抵抗Ｒ３及びＲ４、並びにＲ６及びＲ７により夫々決定される。この例では、閾値の一例を用いると、抵抗Ｒ４及びＲ７は５６キロオームの抵抗であり、Ｒ３及びＲ６は１０キロオームの抵抗である。しかしながら、当然のことながら、異なる複数状態における増幅器を保護するために必要な閾値及び増幅器の性質に応じて、異なる性質を有する抵抗が用いられる。
【００２８】
本発明の一の実施例によれば、ある事象が起きる瞬間の状態が、以下の式で導かれる。これは、図６に示すようなハードウェアの値を用いて、システムがそれ自体を第１状態から第２状態へ再構成すべき瞬間の状態としての、１２．９６ボルトの値に達している。一般に、その事象は式１により決定される。即ち、
【００２９】
【数１】
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但し、ダイオード１ａ及び／又は１ｂに由来して、図６の本例における供給電圧は、（＋又は−）１５．６ボルトであり、降下は０．６５ボルトである。式１は、次のように解かれる。
【００３０】
【数２】
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図７は、本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路の全般的動作を示すブロック図である。増幅器７００は、任意のクラスの音声増幅器を表す。「Ｒ」とラベルされた検出抵抗７１０は、低い抵抗であり、これを用いて、バッテリ線７２５に沿って電源７２０に流れ込むバッテリ電流量を測定する。これは、入力電流レベル線７９５及び７９６に沿って電流検出回路７６０に送られる。
【００３１】
電源７２０を用いて、音声増幅器ステージ用のバイポーラ高電圧を作りだす。増幅器７００は、スピーカ出力端子７３０を介してスピーカ負荷に接続される。図６に詳細に記載された電圧検出回路７４０は、出力電圧レベルを測定する。二つの状態の実施例における電流閾値変調制御線７５０は、デジタル式であり、出力レベルが電圧検出回路７４０により決定された所定の閾値を一旦超えると、有効状態に変化する。二つの状態のシステムでは、例えば、線７５０に沿った信号は、電流検出閾値を低から高に変化させる。これにより、保護回路７５１が閾値を変化させる。
【００３２】
電流検出回路７６０は、本発明の二つの状態の実施例において、線７５０を用いて、入力電流に対する二つの異なる閾値を選択する。選択した閾値を超える場合、電流検出回路７６０は信号経路７７０を有効化させる。これが制御部７８０における停止シークエンスのきっかけとなる。停止シークエンスは、電源停止線７９０を用いて電源７２０を切る。また制御部は増幅器制御線７９１も有効化させる。これが増幅器７００を停止させる。よって、この場合、増幅器の動作において異なる複数の場合に関連する二つの閾値を用いて、増幅器のいかなる破損も防止される。
【００３３】
表１は、図７におけるシステムの図に対する真理値表を含む。通常動作条件下では、信号経路７９０及び７９１は無効であり、信号経路７５０は有効である。信号経路７７０は無効のままであり、線７９５及び７９６は高い電流レベルを示す。また音声出力レベルは高い。この場合、増幅器は通常通り機能する。
【００３４】
別の通常動作条件下では、信号経路７９０及び７９１は無効であり、信号経路７５０も無効である。信号経路７７０は無効のままであり、線７９５及び７９６は低い電流レベルを示す。また音声出力レベルは低い。この場合、増幅器は通常通り機能する。
【００３５】
増幅器が短絡を引き起こすような動作条件下では、信号経路７９０及び７９１は有効に移行中の無効であり、信号経路７５０は有効である。信号経路７７０も有効であり、線７９５及び７９６は高い電流レベルを示す。また音声出力レベルは高い。この場合、増幅器は停止状態に移行するであろう。
【００３６】
増幅器が短絡を引き起こすような別の動作条件下では、信号経路７９０及び７９１は有効に移行中の無効であり、信号経路７５０は無効である。信号経路７７０も有効であり、線７９５及び７９６は高い電流レベルを示す。また音声出力レベルは低い。この場合、増幅器は停止状態に移行するであろう。
【００３７】
【表１】
2008521289.tif 000005
上述の説明は、多くの特異性を含むが、これらは本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではなく、本発明の現在好適である実施例のいくつかを単に例示すると解釈されるべきである。従って、本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲、並びにその法的同等物から決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明は、例示のみを目的とする、以下の図面を参照することにより、更に十分に理解されるであろう。
【図１】本発明の実施例の動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路の設計方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路を用いた故障領域の発見方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明をある特定タイプの増幅器に適用した場合に得られる故障データを示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路に対するパラメータの選択方法を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る二つの状態解を用いた電圧検出の回路図である。
【図７】本発明の実施例に係る再構成可能な増幅器の保護回路の全般的動作を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
７００  増幅器
７１０  検出抵抗
７２０  電源
７３０  スピーカ出力端子
７４０  電圧検出回路
７６０  電流検出回路
７８０  制御部
【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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【図７】
2008521289.tif 000012
【国際調査報告】
2008521289.tif 000013
2008521289.tif 000014