(57)【要約】【目的】マルチチャンネル・オーディオ・アンプ・システム等のオーディオ機器の定電圧電源装置に好適な出力制限回路を提供する。【構成】出力制限回路１１は、直流電源Ｖ１とＶ２から直流入力電圧Ｖｉと基準電圧Ｖｓが与えられて負荷Ｂに対して基準電圧Ｖｓに基づく一定の出力電圧Ｖｏを出力する定電圧電源装置Ａに対して、前記定電圧電源装置Ａの出力電流Ｉｏを抵抗Ｒ１の電圧として差動増幅器ＸＸ１で検出して増幅器ＸＸ２で増幅し、出力電流ＩｏがコンデンサＣ１，抵抗Ｒ６，Ｒ１３の時定数で決まる所定時間Ｔｏ以上継続して所定電流値Ｉｏｘを超えたときに電流ｉが流れ、出力電流Ｉｏの増加に伴って前記定電圧電源装置Ａに加える基準電圧Ｖｓが抵抗Ｒ１１の電圧降下で下げる制御を行う基準電圧制御手段、を備える構成であり、結果として定電圧電源装置Ａの出力電圧Ｖｏが低下するという動作となり、出力が制限される。【選択図】  図３
2005018511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から直流入力電圧と基準電圧が与えられて負荷に対して前記基準電圧に基づく一定電圧を出力する定電圧供給回路として働く定電圧電源装置に対して、前記定電圧電源装置の出力電流を監視して該出力電流が所定時間以上継続して所定電流値を超えたときに出力電流の増加に伴って前記定電圧電源装置に加える基準電圧を下げる制御を行う基準電圧制御手段、を備えることを特徴とする定電圧電源装置の出力制限回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ・ビジュアル（以下、ＡＶと略称する。）機器の電源装置の技術分野に属し、特に、マルチチャンネルＡＶレシーバやアンプ等に用いられる定電圧電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な定電圧電源装置には、過電流が負荷に流れる過負荷状態のときにＩＣ或いは制御用トランジスタを保護するための過電流保護回路（過負荷保護回路とも称する。）が付設されているものがある。
【０００３】
上記過電流保護回路には、大別して電流制限型と電流遮断型がある。前者の電流制限型には図４のように、出力電圧（Ｖｏ）−出力電流（Ｉｏ）特性がある電流値を超えると、出力電圧Ｖｏが急激に低下して最大電流ＩＯＭ以上流れないとする逆Ｌ字特性のもの、或いは破線のように負特性をもたせて負荷が短絡したときの流れる電流ＩＯＳを少なくして制御用トランジスタの損失をさらに軽減するフの字特性のもの（ホールドバック型保護回路と称する。）などがある。また、後者の電流遮断型は負荷に流れる電流がある一定値を超えると回路を遮断し、戻ると自動復帰或いはスイッチにて復帰するものである。
【０００４】
ところで、オーディオ機器、例えばマルチチャンネルＡＶレシーバやアンプ等に用いられる定電圧電源装置は、常にその最大許容出力電流値以内で使用されるのであれば、上記従来の過電流保護回路を備えた定電圧電源装置でも何ら問題は生じない。
【０００５】
そして、定電圧電源装置を例えば出力１００Ｗ×６ｃｈのオーディオ・アンプ・システムに使用する場合には、単純計算でも６００Ｗ以上の出力の電源が必要となるが、一般的なオーディオ再生において、全ｃｈフルパワー、即ち６００Ｗ連続出力が必要となる場面は皆無と言ってよく、上記６ｃｈの事例では、実用的にはｌ００Ｗ連続２ｃｈステレオ出力（つまり２００Ｗ）が確保できていれば通常の再生では最大許容出力電流値を超えることは殆どない。
【０００６】
然るに、上述の出力１００Ｗ×６ｃｈのオーディオ・アンプ・システムの事例では、最大出力×チャンネル数とする電源は大型化して無駄が多いばかりか莫大なコストアップになるので、出力２００Ｗ程度の定電圧電源装置を用いるのが一般である。換言すれば、マルチチャンネルのオーディオ・アンプ・システム等では、実際には最大出力×チャンネル数の３〜４割程度の供給能力の定電圧電源装置を使用しているのである。
【０００７】
ところが、オーディオ・アンプ・システム側では、最大出力電流は定格出力以下に設定できないため、電流制限はできず、６チャンネル同時出力なら、６００Ｗ以上の電力を出せる能力があり、短時間には定電圧電源装置の供給能力（２００Ｗ）を超える出力電流が必要となる場合があるので、従来の過電流保護回路（電流遮断型又は電流制限型）を備えた定電圧電源装置では、出力電流値が所定の値を超えると、定電圧電源装置が遮断（シャットダウン）したり、出力電圧が急激に低下することになってしまい、上記のような単純な出力電流制限動作では、オーディオ再生中に音が途切れたり、ノイズが出るという音質劣化の不具合が発生する。
【０００８】
而して、オーディオ機器に用いる定電圧電源装置には、電流遮断型の電流制限手段は採用不可であり、また、前記電流制限型のように所定電流値以上になると出力電圧が急激に低下する手段も望ましくないのである。
【０００９】
この点、下記［特許文献１］に記載されている主としてコンピュータ用の「過電流保護機能を有する電源装置」の電源ユニットが新たな過電流保護手段が施された定電圧電源装置として挙げられる。
【００１０】
上記電源ユニットは、一定の出力電圧を保つように、出力デバイスを制御する回路（普通の定電圧電源）と、出力電流値が第１の過電流検出ポイントを超えると、一定の低下率で出力電圧を低下させるように、定電圧電源の出力デバイスを制御する第１の過電流検出回路と、第１の過電流検出ポイントを超えてさらに第２の過電流検出ポイントを超えると出力電流を遮断する第２の過電流検出回路を備えており、この２種類の過電流検出回路が第１、第２の過電流検出ポイントを境に切り換わって定電圧電源の出力デバイスを直接制御する構成となっているのが特徴である。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−１１３４７６号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記［特許文献１］に記載された電源ユニットは、出力デバイス（直列制御トランジスタ）を直接に制御するものであり、既存の種々の定電圧電源装置に対しては第１の過電流検出回路及び第２の過電流検出回路を付設することが困難である。また、第２の過電流検出回路によって出力電流を遮断することはオーディオ用としては適用できない構成である。
【００１２】
さらに、前記電源ユニットでは、第１の過電流検出回路による電流検出は瞬時値を検出して制御している。これは対象をコンピュータシステムの電源装置として、その過電流に対する保護を重視するのであれば首肯できるが、電流値の変動が激しいオーディオ機器、例えばマルチチャンネルオーディオ信号再生システムに対しては適切ではない。
【００１３】
オーディオ機器では、電流値の激しい変化に伴って電源電圧が変動するのは歪みの発生につながり音質を害するので好ましくなく、瞬間的なピーク値に対しては電源電圧変化が無いのが望ましいのである。この意味で、オーディオ用の定電圧電源装置としては、瞬間的なピーク値に対して回路保護機能よりもオーディオ機器としての性能重視に傾くことになる。破壊につながるような極端な過負荷の状態では、負荷となるアンプ等の側で遮断する等の保護機能が働くので問題は生じないと言える。
【００１４】
本発明は上記オーディオ機器に用いられる定電圧電源装置の特質に鑑みてなされたものであり、過負荷状態が所定時間継続した場合に、音質を損なわずに（出力を絶えさずに）定電圧電源装置の出力を制限する新たな出力制限機能を有する出力制限回路を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、直流電源Ｖ１とＶ２から直流入力電圧Ｖｉと基準電圧Ｖｓが与えられて負荷Ｂに対して前記基準電圧Ｖｓに基づく一定電圧Ｖｏを出力する定電圧供給回路として働く定電圧電源装置Ａに対して、前記定電圧電源装置Ａの出力電流Ｉｏを監視して該出力電流Ｉｏが所定時間Ｔｏ以上継続して所定電流値Ｉｏｘを超えたときに出力電流Ｉｏの増加に伴って前記定電圧電源装置Ａに加える基準電圧Ｖｓを下げる制御を行う基準電圧制御手段、を備えることを特徴とする定電圧電源装置Ａの出力制限回路１１を提供する。
【００１６】
ここに、上記基準電圧制御手段は、定電圧電源装置Ａの出力デバイスを直接制御するのではなく、定電圧電源装置Ａに与える基準電圧Ｖｓを本来直流電源Ｖ２で与えられている基準電圧（Ｖｓ＝Ｖ２）より下げるように制御する。このことによって定電圧電源装置Ａ側がこの下がった基準電圧Ｖｓに従って出力電圧一定となるように通常動作し、結果として出力電圧Ｖｏが低下するという動作となって出力電流値は抑えられて出力が制限されることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る定電圧電源装置の出力制限回路の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明に係る出力制限回路の基本的動作説明のための定電圧電源装置に付設した出力制限回路の回路図である。図２は上記出力制限回路による定電圧電源装置の出力電圧と出力電流の変化を示す図である。図３は定電圧電源装置に付設した本発明に係る好ましい形態の出力制限回路の回路図例である。
【００１９】
図１において、定電圧電源装置の出力制限回路１０は、直流電源Ｖ１から入力端子１に直流入力電圧Ｖｉが与えられるとともに直流電源Ｖ２から入力端子２に基準電圧Ｖｓが与えられ、負荷Ｂとしてのアンプ（例えば、マルチチャンネル（６ｃｈ）オーディオパワーアンプ）に対して前記基準電圧Ｖｓに基づく一定電圧の出力電圧Ｖｏを出力端子３から出力する定電圧供給回路として働く定電圧電源装置Ａを前提とする。
【００２０】
上記定電圧電源装置Ａの出力電圧Ｖｏは、図１に示されるように、出力とグラウンド間に直列接続された抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の抵抗比で予め設定される電圧が比較電圧Ｖｒとして前記定電圧電源装置Ａの入力端子４に入力されており、定電圧電源装置Ａでは、前記比較電圧Ｖｒと前記基準電圧Ｖｓが等しくなるようにフィードバック制御されることにより、一定電圧の出力電圧Ｖｏを出力している。
【００２１】
この出力制限回路１０では、負荷Ｂへの出力電流Ｉｏを出力に直列接続した低抵抗値の抵抗Ｒ１両端の電圧降下として差動増幅器ＸＸ１で検出する。この差動増幅器ＸＸ１の出力は、増幅器ＸＸ２で増幅された後、ダイオードＤ１及びＤ２、抵抗Ｒ１２を介して前記定電圧電源装置Ａの入力端子２の基準電圧Ｖｓを所定電流値Ｉｏｘを超えた出力電流Ｉｏの増加に伴って下がるように制御する。
【００２２】
即ち、出力電流Ｉｏの増加に伴って増幅器ＸＸ２の出力電圧が下がり、ダイオードＤ１、Ｄ２が導通するに至ると（出力電流Ｉｏが所定電流値Ｉｏｘを超えた時に対応する。）、直流電源Ｖ２から抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を通して電流ｉが流れて抵抗Ｒ１１両端の電圧降下が生じ、入力端子２に与えられる基準電圧Ｖｓは直流電源Ｖ２より抵抗Ｒ１１の電圧降下分下がることになる。
【００２３】
但し、この入力端子２に与えられる基準電圧Ｖｓの制御は、出力電流Ｉｏが所定電流値Ｉｏｘを超えて（抵抗Ｒ１の両端電圧が所定値を超えて）、増幅器ＸＸ２の出力電圧が（直流電源Ｖ２−２・Ｖｆ（ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧））未満に下がってダイオードＤ１、Ｄ２が導通するようになるまでは行われず、所定の出力電流の範囲内（Ｉｏ≦Ｉｏｘ）では、定電圧電源装置Ａは、出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｓ（＝Ｖ２）と抵抗Ｒ４、Ｒ５で決まる定電圧電源として通常動作する。
【００２４】
以上の動作の一例を、出力電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの関係で図示すると、図２のようになる。出力電流Ｉｏが所定電流値Ｉｏｘを超えると、超過分に応じて一定の比率で出力電圧Ｖｏが徐々に下がり、出力電圧Ｖｏがある程度下がると、出力電流値Ｉｏの増加は抑えられて出力電圧Ｖｏの減少も抑えられる。そして、出力電流Ｉｏが下がり始めると出力電圧Ｖｏは増加し始め、出力電流Ｉｏが所定電流値Ｉｏｘ以下の正常状態に戻ると、出力電圧Ｖｏは元の一定電圧Ｖｃとなる。
【００２５】
次に、図３に示される本発明の好ましい形態の出力制限回路１１は、前述の出力制限回路１０の増幅器ＸＸ２の−端子入力端子と出力端子との間にコンデンサＣ１が挿入されている構成である。このコンデンサＣ１と抵抗Ｒ８、Ｒ１３との時定数Ｔｏによって、増幅器ＸＸ２の出力の応答性が鈍くなって（換言すれば、瞬間的な電流のピークが見逃されることになり）、出力電流Ｉｏが時定数Ｔｏで決まる所定時間以上継続して所定電流値Ｉｏｘを超えたときにのみ、該出力電流Ｉｏの増加に伴って前記定電圧電源装置Ａに加える基準電圧Ｖｓを下げる制御を行うことになる。
【００２６】
この構成によって、所定電流値Ｉｏｘを超える瞬間的なピーク値に対しては電源電圧変化が無いように制御されて、電源電圧の激しい変動によるノイズ等の問題は回避される。
【００２７】
以上のように、本発明の出力制限回路１１は、オーディオ機器に使用される定電圧電源装置Ａの定電圧供給機能をそのまま利用して、過負荷状態の場合に基準電圧Ｖｓを一時的に下げて、定電圧電源装置Ａの出力電圧Ｖｏを結果として下げるという制御を行うことにより、出力をゼロにするのではなく、ある程度下げるに留め、且つ瞬間的なピーク値に対しては電源電圧変化が無いように制御され、負荷であるアンプ等のオーディオ機器を停止させることなく且つノイズ等の問題を回避しつつ継続して動作させることができるのである。
【００２８】
なお、本発明の出力制限回路１１の対象とする定電圧電源装置Ａは、基準電圧Ｖｓを与えてこの基準電圧Ｖｓに基づく一定電圧を出力する定電圧供給回路として働く定電圧電源装置であればよく、直流制御方式の定電圧出力回路やパルス制御方式のスイッチング型定電圧出力回路が含まれる。
【００２９】
また、本発明の出力制限回路１０、１１は、［従来の技術］で説明した過負荷状態に一時的になる可能性がある５．１ｃｈ、６ｃｈ、７ｃｈ等のマルチ・チャンネル・オーディオ・アンプ・システムに用いる定電圧電源装置に対する低コスト化、小型・軽量化につき特に有効である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る定電圧電源装置の出力制限回路は上記のように構成されているため、
（１）安価で小型・軽量、しかも十分な実用性能を有する電源で、マルチチャンネル・オーディオ・アンプ・システム等のオーディオ機器を構成することができる。
（２）定電圧電源装置の負荷としてのアンプの総合最大出力を電源で制御できるので、電源の能力を超えた状態に陥ることがなく、しかも必要なレベルの再生音が確保できる。
（３）所定の出力電流値を超えても、超過分に応じて電源電圧はあるレベル低下するのみで、再生音がとぎれることはなく、実用上問題のないオーディオ再生ができる。
（４）瞬間的なピーク値に対しては電源電圧変化が無いように制御され、負荷であるアンプ等のオーディオ機器を停止させることなく電源電圧変動によるノイズ等の問題を回避しつつ継続して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る出力制限回路の基本的動作説明のための定電圧電源装置に付設した出力制限回路の回路図である。
【図２】上記出力制限回路による定電圧電源装置の出力電圧と出力電流の変化を示す図である。
【図３】定電圧電源装置に付設した本発明に係る好ましい形態の出力制限回路の回路図例である。
【図４】従来の電流制限型の過電流保護回路のＶ−Ｉ特性図である。
【符号の説明】
１、２、４    入力端子
３    出力端子
Ｖ１、Ｖ２    直流電源
Ｖｉ    直流入力電圧
Ｖｓ    基準電圧
Ｖｒ    比較電圧
Ｖｏ    出力電圧
Ｉｏ    出力電流
ＩＯＭ    最大電流
ＩＯＳ    負荷が短絡したときの流れる電流
Ｉｏｘ    所定電流値
１０、１１      出力制限回路
Ａ      定電圧電源装置
Ｂ      負荷
Ｒ１〜Ｒ１３    抵抗
Ｃ１    コンデンサ
Ｄ１、Ｄ２    ダイオード
ＸＸ１    差動増幅器
ＸＸ２    増幅器
【図１】
2005018511.tif 000003
【図２】
2005018511.tif 000004
【図３】
2005018511.tif 000005
【図４】
2005018511.tif 000006