(57)【要約】【課題】  保護対象回路への電源供給を停止することなく過電流から保護する。【解決手段】  本発明は、保護対象回路を流れる電流を電圧として検出する電流検出部と、電流検出部による検出電圧、又は、検出電圧と保護対象回路への入力電圧との差分を、基準電圧と比較し、比較結果を出力する比較手段と、比較結果が、保護対象回路を流れる電流が過電流を表しているときに、保護対象回路への直接の入力電圧、又は、増幅することにより保護対象回路への入力電圧となる増幅前の電圧をクリップするクリップ手段とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも保護対象回路を過電流から保護する保護回路において、
上記保護対象回路を流れる電流を電圧として検出する電流検出部と、
上記電流検出部による検出電圧、又は、検出電圧と上記保護対象回路への入力電圧との差分を、基準電圧と比較し、比較結果を出力する比較手段と、
上記比較結果が、上記保護対象回路を流れる電流が過電流を表しているときに、上記保護対象回路への直接の入力電圧、又は、増幅することにより上記保護対象回路への入力電圧となる増幅前の電圧をクリップするクリップ手段と
を有することを特徴とする保護回路。
【請求項２】
上記比較手段が、上記検出電圧と上記保護対象回路への入力電圧との差分を基準電圧と比較するものであり、上記保護対象回路の短絡時に、上記基準電圧との比較対象を上記検出電圧とし、上記保護対象回路の短絡時における回路電流及び入力電圧の特性をフの字特性としたことを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は保護回路に関し、例えば、オーディオアンプの過電流保護回路などに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーディオアンプなどの過電流保護回路として、特許文献１に記載のものがある。この特許文献１の記載技術は、スピーカなどの負荷への過電流を検出したときに、負荷への信号を増幅する信号増幅部へ供給している電源を切断することにより、負荷を過電流から保護するものである。
【特許文献１】特開平９−２７０６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の保護回路の場合、負荷への信号を増幅する信号増幅部の電源を落とすため、過電流時には、負荷への信号が皆無となる。例えば、オーディオ信号を負荷に供給する場合であれば、発音出力が遮断され、聴取者に違和感を与えるものであった。
【０００４】
また例えば、交流電源を異なる直流電源に変換するコンバータや、直流電源を交流電源に変換するインバータなどに対して、上述した過電流保護回路を適用した場合にも、負荷への電流が過電流になると、負荷への電源供給が遮断し、負荷（例えば処理回路）がなんらの処理も実行できないということが生じる。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、保護対象への電源供給を停止することなく、過電流などから保護できる保護回路を提供しようとしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、少なくとも保護対象回路を過電流から保護する保護回路において、上記保護対象回路を流れる電流を電圧として検出する電流検出部と、上記電流検出部による検出電圧、又は、検出電圧と上記保護対象回路への入力電圧との差分を、基準電圧と比較し、比較結果を出力する比較手段と、上記比較結果が、上記保護対象回路を流れる電流が過電流を表しているときに、上記保護対象回路への直接の入力電圧、又は、増幅することにより上記保護対象回路への入力電圧となる増幅前の電圧をクリップするクリップ手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の保護回路によれば、保護対象回路に過電流が流れたときには、保護対象回路へ供給するそのときの過電圧をクリップして保護対象回路の電流を制限するようにしたので、過電流時にも、保護対象回路への電源供給を継続でき、保護対象回路での処理を継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による保護回路の第１の実施形態を説明する。第１実施形態の保護回路は、アンプ（例えばデジタルオーディオアンプ）の出力が供給される負荷（例えばスピーカ）を過電流から保護しようとしたものである。
【０００９】
図１は、第１の実施形態の保護回路の構成を示すブロック図である。第１の実施形態の保護回路１０は、入力電圧信号Ｖｉを増幅した電圧信号Ｖｏを負荷（例えばスピーカ）２に供給するアンプ１に関連して設けられている。
【００１０】
第１の実施形態の保護回路１０は、検出抵抗１１、比較部１２、基準電圧部１３及び加算部１４を有する。
【００１１】
検出抵抗１１は、負荷２に流れる電流を電圧（検出電圧）Ｖｓに変換し、比較部１２に入力させるものである。
【００１２】
基準電圧部１３は、比較部１２に基準電圧Ｖｂを与えるものである。この基準電圧Ｖｂは、過電流か否かを弁別できる値に選定されている。
【００１３】
比較部１２は、検出電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｂとを比較し、検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｂより大きいときには、その差電圧Ｖｓ−Ｖｂ、又は、差電圧に対して単調増加関数を適用した電圧である保護用電圧Ｖｒを出力し、検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｂ以下のときには０を出力するものである。
【００１４】
加算部１４は、入力電圧信号Ｖｉから、比較部１２が出力した保護用電圧Ｖｒ又は０を減算し、アンプ１に供給するものである。なお、加算部１４を、アンプ１及び負荷２間に設けるようにしても良い。
【００１５】
負荷２に流れる電流が過電流でないときには、それを電圧変換した検出電圧Ｖｓも基準電圧Ｖｂより小さく、比較部１２は０を出力する。そのため、加算部１４が、入力電圧信号Ｖｉから比較部１２の出力を減算したとしても、加算部１４からの出力は入力電圧信号Ｖｉそのものであり、過電流保護動作を行うことなく、各部が動作する。
【００１６】
これに対して、負荷２に過電流が流れると、負荷電流を電圧に変換した検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｂより大きくなり、比較部１２からは、検出電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｂとの差分に応じた保護用電圧Ｖｒが出力される。そのため、加算部１４は、入力電圧信号Ｖｉから比較部１２の出力電圧Ｖｒを減算し、減算後の電圧信号Ｖｉ−Ｖｒをアンプ１に入力させる。これにより、アンプ１や負荷２を保護する。
【００１７】
ここで、入力電圧信号Ｖｉが大きいほど過電流の度合いも大きく、検出電圧Ｖｓは入力電圧信号Ｖｉにほぼリニアである。また、保護用電圧Ｖｒは、検出電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｂとの差電圧Ｖｓ−Ｖｂ、又は、差電圧Ｖｓ−Ｖｂに対して単調増加関数を適用した電圧である。その結果、過電流保護が機能している際の上述した減算後の電圧信号Ｖｉ−Ｖｒは、ほぼ一定の値をとるものとなる。言い換えると、過電流が生じるような入力電圧信号Ｖｉの過電圧に対して、所定レベル以上の電圧部分をクリップしたものが、減算後の電圧信号Ｖｉ−Ｖｒとなっている。
【００１８】
上記第１の実施形態によれば、入力電圧信号のクリップにより過電流保護を実行でき、しかも、負荷２には継続して電圧信号を供給することができる。
【００１９】
例えば、入力電圧信号がオーディオ信号の場合に過電流が生じても、従来の保護回路のような発音出力が切断されることはなく、上記第１の実施形態によれば、過電流を保護しつつ発音出力を継続させることができる。
【００２０】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による保護回路の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第２の実施形態の保護回路は、第１の実施形態より具体的な構成で示したものである。図２は、第２の実施形態の保護回路の構成を示す回路図である。
【００２１】
第２の実施形態の保護回路１０Ａも、入力電圧信号Ｖｉを増幅した電圧信号Ｖｏを負荷（例えばスピーカ）２に供給するアンプ１に関連して設けられている。なお、図２では、アンプ１を、例えば、オーディオ用のデジタルアンプが該当するアンプ本体ＡＭＰと、その出力段に設けられたローパスフィルタＬＰＦとで示している。
【００２２】
第２の実施形態の保護回路１０Ａは、入力電圧信号Ｖｉが正のときに機能する第１の保護回路と、入力電圧信号Ｖｉが負のときに機能する第２の保護回路とでなっている。図２では、過電流の検出抵抗Ｒｓを除き、第１の保護回路の要素には符号末尾に「Ｐ」を付与し、第２の保護回路の要素には符号末尾に「Ｎ」を付与して示している。第２の保護回路も極性を除けば、第１の保護回路と同様なものである。
【００２３】
図１において、アンプ１からの出力電圧信号Ｖｏが印加される負荷２は、過電流の検出抵抗Ｒｓを介してアースされている。
【００２４】
ローパスフィルタＬＰＦと負荷２との接続点Ｂと、負荷２及び検出抵抗Ｒｓとの接続点Ｃとの間、接続点Ｂ側から、抵抗Ｒ１Ｐ、ダイオードＤ１Ｐ（向きはカソードが抵抗Ｒ１Ｐ側）、抵抗Ｒ２Ｐが順次接続されている。ダイオードＤ１Ｐのアノードと抵抗Ｒ２Ｐとの接続点Ｄは、オペアンプＯＰＰの非反転入力端子（＋入力端子）に接続されている。オペアンプＯＰＰの反転入力端子（−入力端子）には基準負電圧−Ｖｂが接続されている。オペアンプＯＰＰの出力端子は、ダイオードＤ２Ｐのカソードに接続されており、このダイオードＤ２Ｐのアノードは、信号源からアンプ本体ＡＭＰの非反転入力端子への経路上の接続点Ａに接続されている。
【００２５】
また、ローパスフィルタＬＰＦと負荷２との接続点Ｂと、負荷２及び検出抵抗Ｒｓとの接続点Ｃとの間、接続点Ｂ側から、抵抗Ｒ１Ｎ、ダイオードＤ１Ｎ（向きはアノードが抵抗Ｒ１Ｎ側）、抵抗Ｒ２Ｎが順次接続されている。ダイオードＤ１Ｎのカソードと抵抗Ｒ２Ｎとの接続点Ｅは、オペアンプＯＰＮの非反転入力端子（＋入力端子）に接続されている。オペアンプＯＰＮの反転入力端子（−入力端子）には基準正電圧Ｖｂが接続されている。オペアンプＯＰＮの出力端子は、ダイオードＤ２Ｎのアノードに接続されており、このダイオードＤ２Ｎのカソードも、信号源からアンプ本体ＡＭＰの非反転入力端子への経路上の接続点Ａに接続されている。
【００２６】
次に、以上の構成を有する、第２の実施形態の保護回路１０Ａにおける動作を、図３の信号波形図を参照しながら説明する。
【００２７】
信号発生源からの図３（Ａ）に示すような入力電圧信号Ｖｉは、アンプ１によって増幅され、図３（Ｂ）に示すような負荷２への出力電圧信号Ｖｏとなる。この出力電圧信号Ｖｏの印加により、負荷２に流れる電流は、検出抵抗Ｒｓにより、図３（Ｃ）に示すような検出電圧信号Ｖｓに変換される。この第２の実施形態は、出力電圧信号Ｖｏに対して負荷２に流れる電流が逆位相の関係になる場合のものであり、そのため、検出電圧信号Ｖｓも、出力電圧信号Ｖｏに対して逆位相の関係になっている。
【００２８】
接続点Ｂが抵抗Ｒ１Ｐ及びダイオードＤ１Ｐを介してオペアンプＯＰＰの非反転入力端子に接続され、接続点Ｃが抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰＰの非反転入力端子に接続されているため、オペアンプＯＰＰの非反転入力端子には、出力電圧信号Ｖｏと検出電圧信号Ｖｓとの加算値Ｖｏ＋Ｖｓが入力される。しかし、上述したように、検出電圧信号Ｖｓが出力電圧信号Ｖｏに対して逆位相の関係になっており、また、過電流が生じるような状況では、｜Ｖｏ｜＜｜Ｖｓ｜の関係になるので、出力電圧信号Ｖｏが正の範囲では、加算値Ｖｏ＋Ｖｓは図３（Ｄ）に示すような｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜の大きさをとり、負の値になる。
【００２９】
オペアンプＯＰＰの反転入力端子には、基準負電圧−Ｖｂが入力されているので、オペアンプＯＰＰの出力電圧は、Ｖｏ＋Ｖｓ−（−Ｖｂ）＝｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜＋Ｖｂとなる。過電流が生じている状況では、この値｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜＋Ｖｂも図３（ＥＰ）に示すように、負の値をとる。なお、過電流が生じていない状況では、この値｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜＋Ｖｂも正の値をとる。
【００３０】
オペアンプＯＰＰからの出力電圧が正のときには、ダイオードＤ２Ｐの存在により、接続点Ａには、オペアンプＯＰＰからの出力電圧は伝達されない。
【００３１】
一方、オペアンプＯＰＰからの負の出力電圧が、接続点Ａにおいて、正の入力電圧信号Ｖｉに重畳されるため、正の入力電圧信号Ｖｉの大きな値はクリップされる。
【００３２】
以上では、入力電圧信号Ｖｉが正のときに機能する第１の保護回路の動作を説明したが、入力電圧信号Ｖｉが負のときに機能する第２の保護回路は、第１の保護回路の動作と対称的な動作を行う。図３（ＥＰ）には、過電流時のオペアンプＯＰＰからの出力｜Ｖｓ｜−｜Ｖｏ｜−Ｖｂを示しており、これが、負の入力電圧信号Ｖｉに重畳されるため、負の入力電圧信号Ｖｉの負に大きな値はクリップされる。
【００３３】
図３（Ｆ）は、過電流を引き起こすような入力電圧信号Ｖｉの正負の大きな値がクリップされた後の入力電圧信号Ｖｉを示しており、このクリップされた入力電圧信号Ｖｉがアンプ１に入力されるため、アンプ１からの出力電圧信号Ｖｏも、図３（Ｇ）に示すように大きな値がクリップされたようなものとなり、負荷２への電流も、図３（Ｈ）に示すように大きな値がクリップされたようなものとなる。すなわち、過電流が抑圧され、負荷２が過電流や印加電圧Ｖｏから保護される。
【００３４】
図４は、オペアンプＯＰＰのゲインが２０ｄＢの場合と６０ｄＢの場合とにおける、オペアンプＯＰＰからの出力電圧波形｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜＋Ｖｂと、クリップされた入力電圧信号Ｖｉの信号波形図である。この図４から明らかなように、オペアンプＯＰＰのゲインを変化させると、オペアンプＯＰＰからの出力電圧波形｜Ｖｏ｜−｜Ｖｓ｜＋Ｖｂの丸みが変化し、オペアンプＯＰＰへの引き込み量も変化し、クリップ後の入力電圧信号Ｖｉの丸みも変化する。すなわち、オペアンプＯＰＰ（及びＯＰＮ）のゲイン選定によって、クリップ機能を調整することができる。
【００３５】
また、第２の実施形態の保護回路において、負荷２が短絡したときには、オペアンプＯＰＰ の非反転入力端子への入力電圧はＶｓだけに変化するので、短絡電流の小さな値で、クリップ機能が作用し、これにより短絡機能が一段と小さくなり、これによりクリップ機能がより働くという状態が繰り返される。図５は、この負荷短絡時の、負荷への印加電圧Ｖｏと負荷電流Ｉｏとの「フの字特性」を示している。このようなフの字特性とすることにより、最終的な短絡電流をＩ２に抑えることができ、負荷短絡時のアンプ１にかかる負担を軽減することができる。
【００３６】
以上のように、第２の実施形態によっても、負荷への信号入力を継続しつつ、負荷を過電流から保護することができる。
【００３７】
また、第２の実施形態によれば、負荷短絡時における短絡電流を小さく抑え、負荷の前段に設けられているアンプの負担を軽減することができる。
【００３８】
（Ｃ）他の実施形態
本発明の技術思想は、上述した各実施形態の構成のものに限定されず、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。
【００３９】
上記第２の実施形態においては、基準電圧をオペアンプＯＰＰ及びＯＰＮの反転入力端子に入力するものを示したが、図６に示すように、オペアンプＯＰＰ及びＯＰＮの反転入力端子をアースし、第２の実施形態とは正負が逆の基準電圧をオペアンプＯＰＰ及びＯＰＮの非反転入力端子に入力するようにしても良い。
【００４０】
また、上記第２の実施形態は、アンプ１への入力電圧信号Ｖｉ及びアンプ１からの出力電圧信号Ｖｏが同相の場合のものであったが、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、アンプ１への入力電圧信号Ｖｉ及びアンプ１からの出力電圧信号Ｖｏが逆相の場合にも、本発明を適用することができる。図８は、上述した逆相の場合の保護回路の構成例を示しており、オペアンプＯＰＰやＯＰＮへの信号の入力端子が第２の実施形態とは逆になっていると共に、基準電圧の正負も第２の実施形態とは逆になっている。
【００４１】
上記各実施形態は、オーディオアンプからスピーカにオーディオ信号（電圧信号）を与えるシステムに適用することを意図した保護回路を示したが、本発明の保護回路は、電源回路からの電源を負荷に供給する際にも適用することができる。例えば、図２における信号発生源が電源回路であってアンプ１が省略されて負荷２に電源を供給するような場合の保護回路として、本発明の保護回路を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態の保護回路の構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態の保護回路の構成を示す回路図である。
【図３】第２の実施形態の保護回路の各部信号波形図である。
【図４】第２の実施形態の保護回路におけるオペアンプのゲインの影響の説明図である。
【図５】第２の実施形態の保護回路における負荷短絡のフの字特性を示す説明図である。
【図６】第２の実施形態の変形実施形態（その１）を示す回路図である。
【図７】第２の実施形態の変形実施形態（その２）が前提とするアンプの入出力信号の位相関係を示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の変形実施形態（その２）を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…アンプ、２…負荷、１０…保護回路、１１…検出抵抗、１２…比較部、１３…基準電圧部、１４…加算部。
【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】
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【図８】
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