(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＴＬ電力増幅器の飽和による出力電圧波形のクリップを検出してクリップ検出信号を出力するクリップ検出回路と、前記クリップ検出回路のクリップ検出信号を入力してクリップが所定時間以上連続した場合に出力するタイマー回路と、前記タイマー回路の出力を受けてＢＴＬ電力増幅器の出力をオフするスタンバイ信号を出力する制御回路と、からなることを特徴とするＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に低い電源電圧で大きな出力が要求されるカーオーディオに多用されているＢＴＬ（balanced transfomerless）電力増幅器におけるスピーカー保護回路に関し、詳細には、入力電圧の直流異常電圧を出力電圧波形に現れるクリップによって検出してスピーカーに継続的に過大な直流電流が流れないように自動的にＢＴＬ増幅器の出力をオフしてスピーカーを保護する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカーオーディオを含むオーディオ機器の電力増幅器には、高出力化の目的からＢＴＬ（差動）出力形式（コンプリメンタリＳＥＰＰ回路；complementary single ended push-pull circuitともいう）の電力増幅器が多く採用されている。
【０００３】
即ち、ＳＥＰＰ（single ended push-pull）アンプで電圧利用率を一層高めるために、２組のＳＥＰＰのＯＴＬ回路（output transformerless circuit；電力増幅器において出力トランスを省略して負荷のスピーカーと電力増幅器を直結するかコンデンサを通して出力を加える回路をいう。）を互いに逆位相で動作させ、それぞれの出力点間に負荷（スピーカー）を接続する方式である。この方式では電圧利用率がＳＥＰＰ回路単独で使用するときの２倍となり、低い電源電圧で大きい出力を得ることができる。
【０００４】
図４の上記ＢＴＬ電力増幅器の基本回路図におけるパワー段Ａの±電源（±Ｖcc）を使ったコンプリメンタリＳＥＰＰ回路では、出力ＶOUTの平均直流電位は０Ｖであり、負荷ＺL（スピーカー）のインピーダンスも低いので、コンデンサで直流分を切らずに直結されている。そのため素子の破壊など何らかの要因でバランスが崩れるとパワートランジスタＱ１〜Ｑ４や負荷ＺLのスピーカーに大きな直流電流が流れて破損することになるので、従来より保護対策が必要とされていた。
【０００５】
事故の中で最も多発するのはパワートランジスタの過大電流による破壊であるが、例えば図４の回路図では、保護回路ＢとしてパワートランジスタＱ1〜Ｑ4の過大電流による破壊防止のために、パワートランジスタのコレクタＱ3、Ｑ4電流ＩcによるＲEの両端電圧を抵抗で分割して検出用トランジスタＱ5、Ｑ6のベースに加え、これがＶBEを超すと検出用トランジスタＱ5、Ｑ6がオンしてパワートランジスタＱ1、Ｑ2のベースを抑えて電流制限するといった保護回路や、他に負荷ＺLのスピーカーに過大電流が流れたときに出力ＶOUTを遮断するように速断ヒューズまたはブレーカー回路を出力に直列接続する保護回路等がある。
【０００６】
また、出力ＶOUTの平均直流電位を検出して、これが所定電位の幅を超えたらリレー回路を動作させてスピーカーを切り離す手段も講じられているものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の保護回路は付加回路として特に備えるものなので、予めＢＴＬ電力増幅器のＬＳＩチップに内蔵させるか、リレー回路を外付けする必要があり、コストアップは避けられない。
【０００８】
さらに、ＢＴＬ電力増幅器の入力側には前段とのバイアス電圧が等しくないことから、直流カットコンデンサが接続されるのを通常とするが、この直流カットコンデンサの直流成分漏れによって入力信号ＶINが直流的に＋側または−側に固定された場合（極端には入力天絡、入力地絡した場合）、ＢＴＬ電力増幅器はその動作上、出力電圧が増幅器のゲインに応じ直流増幅され出力されてしまう。この際に、パワートランジスタやスピーカーの過大電流に対する従来の保護回路が動作しない程度の場合では、スピーカーに継続して直流電流が流れてしまいスピーカーのボイスコイルが焼損し、場合によってはスピーカー全体が焼損してしまうことになりかねない。
【０００９】
特に車室内のカーオーディオの発煙や発火は重大事故に結び付く可能性が高いため、上記ＢＴＬ電力増幅器の入力信号ＶINの直流異常電圧の対策を講じる必要性が高い。
【００１０】
本発明は上記従来のＢＴＬ電力増幅器の入力信号の直流異常電圧発生時におけるスピーカーの要保護性に鑑みてなされたものであり、該ＢＴＬ電力増幅器の入力信号の直流異常電圧を検知し、自動的にＢＴＬ電力増幅器をオフしてスピーカーを保護するＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、ＢＴＬ電力増幅器の飽和による出力電圧波形ＶｏｕｔのクリップＣＰを検出してクリップ検出信号Ｓcpを出力するクリップ検出回路と、前記クリップ検出回路のクリップ検出信号Ｓcpを入力してクリップが所定時間Ｔｏｆｆ以上連続した場合に出力するタイマー回路と、前記タイマー回路の出力Ｓｔを受けてＢＴＬ電力増幅器の出力Ｖoutをオフするスタンバイ信号Ｓｓｂを出力する制御回路と、からなることを特徴とするＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路を提供する。
【００１２】
なお、付言すれば、図３に示されるように上記ＢＴＬ電力増幅器の出力電圧波形Ｖoutは電源電圧Ｖccにより最大振幅レベルが制限され（飽和レベルＶsまでに制限）、或る一定以上の入力電圧波形ＶinがＢＴＬ電力増幅器に入力されると出力電圧波形Ｖoutの信号波形は飽和してクリップＣＰが現れて歪んだ音になってしまう。そこで現在のＢＴＬ電力増幅器の集積回路チップ（ＬＳＩチップ）の多くは上記クリップ検出回路（出力飽和検出回路とも称する）が内蔵されており、その本来の目的は、過大な入力電圧波形Ｖinにより出力電圧波形Ｖoutが飽和した（即ち、クリップＣＰが発生した）ことを検出して、クリップ検出信号Ｓcpを制御信号として出力し、これによって音質コントロール回路やボリューム制御回路を制御して音質を向上しようとするものである。
【００１３】
本発明は上記クリップ検出信号Ｓcpに着目し、これをスピーカーの直流異常電圧に対する保護回路のセンサーとして利用するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路の構成を説明するためのブロック回路図である。
【００１６】
図２は本発明に係るスピーカー保護回路を備えたＢＴＬ電力増幅器における入力信号波形Ｖinに直流異常電圧が発生した時の入力信号波形Ｖin、出力電圧波形Ｖout、クリップ検出信号Ｓcp、制御信号としてのスタンバイ信号Ｓsbの各波形の対応を示す波形図である。
【００１７】
図１において、本発明に係るＢＴＬ電力増幅器３０におけるスピーカー保護回路は、ＢＴＬ電力増幅器３０の飽和による出力電圧波形Ｖoutの図３に示されるような飽和レベルＶsを超える状態でのクリップＣＰ（飽和）を検出してクリップ検出信号Ｓcp（通常はハイで飽和状態でロー）を出力するクリップ検出回路１と、前記クリップ検出回路１のクリップ検出信号Ｓcpを入力してクリップＣＰが所定時間Ｔoff以上連続した場合に出力するタイマー回路４と、前記タイマー回路４の出力Ｓtを受けてＢＴＬ電力増幅器３０の出力Ｖoutをオフする制御回路５と、からなる（他の回路は省略する）。
【００１８】
具体的には、上記タイマー回路４及び制御回路５は制御用マイクロコンピュータチップ１０に内蔵されており、上記クリップ検出回路１はＬＳＩチップに集積されたＢＴＬ電力増幅器３０に内蔵されている。また、ＢＴＬ電力増幅器３０の出力をオン／オフ制御する手段としては、ＢＴＬ電力増幅器３０のスタンバイ信号Ｓsbをオン／オフ制御することでＢＴＬ電力増幅器３０の出力オン／オフ回路３が制御されることを利用する。
【００１９】
図１では、ＢＴＬ電力増幅器３０のＬＳＩチップにおけるクリップ検出信号ＳcpはＮＰＮトランジスタＱcpのオープンコレクタ出力（アクティブロー）となっており、出力電圧波形Ｖoutがクリップした場合、ＬＳＩ内部のクリップ検出回路１が働きＮＰＮトランジスタＱcpをオンする（Ｓcpがローになる）ようになっている。このクリップ検出信号Ｓcpは従来と同様に音質コントロール回路やボリューム制御回路７の制御信号としても利用されるが、本発明では新たにスピーカー保護回路のための直流異常電圧の検知手段として利用するのである。
【００２０】
さて、前述したように、ＢＴＬ電力増幅器３０の入力電圧波形Ｖinに天絡、地絡した場合のように直流電圧が重畳された時、出力電圧波形Ｖoutも増幅度倍増幅されて直流異常電圧が出力されてしまう。通常、この状態が継続するとスピーカーＳＰのボイスコイルに過大な直流電流が流れ続け、放置するとボイスコイルが焼損してしまう。
【００２１】
そこで、前記タイマー回路４は図２に示されるように、クリップ検出信号Ｓcpが所定の時間Ｔoff（正常なオーディオ信号との判別及びスピーカーＳＰの許容限界を考慮すれば１〜１０数秒間、例えば５秒程度が適当である。）連続して出力された場合、正常なオーディオ信号がＢＴＬ電力増幅器３０に入力されておらず、直流異常電圧が入力されていると判断する制御信号Ｓtを出力するのである。
【００２２】
次に、前記制御回路５は前記タイマー回路４の出力Ｓtを受けてＢＴＬ電力増幅器３０の出力オン／オフ回路３を作動させる（ＢＴＬ電力増幅器の出力をオフする）制御信号としてＢＴＬ電力増幅器３０にスタンバイ信号Ｓsbを伝送する。
【００２３】
上記スピーカー保護回路の動作によってスピーカーＳＰは直流異常電圧が入力しても過熱する前にＢＴＬ電力増幅器３０の出力が自動的にオフして大事には至らないのである。
【００２４】
また、本発明に係るスピーカー保護回路は、従来のＢＴＬ電力増幅器３０のＬＳＩチップに音質向上の目的で使用されている出力電圧波形Ｖoutのクリップ検出回路１を利用してこれに制御用マイクロコンピュータ１０に内蔵されているタイマー回路４とＢＴＬ増幅器の制御回路５のみを使用するので、従来に比してコスト増は殆どなく、スピーカーＳＰの発煙、発火を未然に回避できる安全本位の有効なスピーカー保護対策となることは毫も疑いない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路は、ＢＴＬ電力増幅器の入力に入った直流異常電圧を検出して出力をオフする構成のため、スピーカーの直流異常電圧の引加による発煙、発火が未然に防止され、厳しい環境耐性が特に要求されるカーオーディオの安全性が向上するという優れた効果がある。
【００２６】
加えて、上記スピーカー保護回路は従来のＢＴＬ電力増幅器のＬＳＩ回路にボリューム制御回路の制御用として使用されているクリップ検出回路を利用してこれに制御用マイクロコンピュータに通常内蔵されているタイマー回路とＢＴＬ電力増幅器の制御回路のみを使用する極めて簡単で低コストに実現できるという設計・製作上の優れた利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＢＴＬ電力増幅器におけるスピーカー保護回路の構成を説明するためのブロック回路図である。
【図２】本発明に係るＢＴＬ電力増幅器における直流異常電圧発生時のＶin、Ｖout、Ｓcp、Ｓsbの波形図である。
【図３】ＢＴＬ電力増幅器におけるＶin、クリップの発生したＶout、クリップ検出信号Ｓcpの波形図である。
【図４】従来のＢＴＬ電力増幅器の基本回路と保護回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
１    クリップ検出回路
３    出力オン／オフ回路
４    タイマー回路
５    制御回路
７    ボリューム制御回路
１０    制御用マイクロコンピュータチップ
３０    ＢＴＬ電力増幅器
ＣＰ    クリップ（飽和）
Ｓcp    クリップ検出信号
Ｓsb    制御信号（スタンバイ信号）
Ｓt     タイマー回路の出力
ＳＰ    スピーカー
Ｔoff   所定時間
Ｖin    入力信号波形
Ｖout   出力電圧波形
Ｖs     飽和レベル
【図１】
0004121200.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004121200.tif 000005