(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電力を直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、
１次側巻線および２次側巻線が電気的に絶縁されるスイッチングトランスと、
該電源から供給される電力を基に、スイッチングトランスの１次側巻線をスイッチング駆動するスイッチング回路と、
接地端子がアース点に接続され、スイッチングトランスの２次側巻線に発生するスイッチング出力を、接地電位を基準として整流し、平滑して直流電力を出力する整流平滑回路とを備えるスイッチング電源回路と、
信号線を介して負荷と接続される負荷駆動回路であって、
信号源に接続され、該信号源からの信号と、該整流平滑回路から出力される直流電力を基に、該信号に応じ、該信号線を介して該負荷を駆動する負荷駆動回路と、
該スイッチング電源回路の整流平滑回路の接地端子と該アース点との間の接地経路に流れる電流を検知する電流検知素子と、
該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を超えるとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電流を抑制する保護手段とを含むことを特徴とする負荷駆動回路の保護装置。
【請求項２】
前記保護手段は、前記スイッチング電源回路のスイッチング回路の動作を停止させて、前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。
【請求項３】
前記保護手段は、前記負荷駆動回路の出力側と前記負荷との間に設けられるスイッチング素子を有し、該スイッチング素子が該出力側と該負荷との間を遮断して前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。
【請求項４】
前記電流検知素子および前記保護手段は、前記予め定める電流を超えるときに溶断する電流ヒューズであることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。
【請求項５】
前記電流ヒューズは、前記接地経路の一部に、電流容量が小さいヒューズパターンとして形成されることを特徴とする請求項４記載の負荷駆動回路の保護装置。
【請求項６】
前記電流検知素子および前記保護手段は、電流が前記予め定める基準を超えるときに発熱して抵抗値が急激に増大し、冷却すると抵抗値が低い値に復帰する正温度係数サーミスタであることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動回路の保護装置。
【請求項７】
電源から供給され、電力により負荷を駆動する負荷駆動回路の保護装置において、
アース点に接続される接地端子を有し、該アース点からの電位を基準として、直流電力を出力する整流平滑回路と、
信号源に接続され、該信号源からの信号と、該整流平滑回路からの出力を基に、信号線を介して負荷を駆動する負荷駆動回路と、
該整流平滑回路の接地端子とアース点との間の接地経路に流れる電流を検知する電流検知素子と、
該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を超えるとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電流を抑制する保護手段とを設けたことを特徴とする負荷駆動回路の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカ等の負荷を駆動する負荷駆動回路で、天絡や地絡に対して保護を行う保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図６に示すような構成で車載用のオーディオ装置が用いられている。スピーカ１を駆動するパワーアンプ２は、ヘッドユニット３からの信号を、バッテリ４を含む電源から供給される電力を基に増幅する電力増幅器５を有する。ヘッドユニット３は、チューナやＣＤプレーヤなどを含み、再生すべきプログラムソースを発生する。車載用のバッテリ４は、出力電圧がたとえば１２Ｖ程度で比較的低く、電力増幅器５がスピーカ１を大電力で駆動するためには電圧が不足する。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ６が設けられ、バッテリ４の出力電圧を昇圧する。
【０００３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ６は、バッテリ４の直流出力電圧をより高い電圧に昇圧するため、スイッチング回路７、スイッチングトランス８および整流平滑回路９有する。パワーアンプ２内で、電力増幅器５および整流平滑回路９は、接地配線１０の電位をを基準とする電圧で動作する。スイッチングトランス８には相互に電気的に絶縁される１次巻線１１および２次巻線１２が設けられ、１次巻線１１はスイッチング回路７に、２次巻線１２は整流平滑回路９にそれぞれ接続される。電力増幅器５には、ヘッドユニット３からの信号が信号入力端子１３を介して入力される。接地配線１０は、接地端子１４に接続される。信号入力端子１３に入力される信号は、接地電位を基準とする。このため、ヘッドユニット３にはアース点１５が設けられ、自動車の車体に接地される。車載用のバッテリ４では、正電極または負電極のうちの一方がアース点１６で車体に接地される。車体に対する接地箇所が多くなると、アースループが形成されて、アースループ内に雑音電圧が誘起しやすくなるので、スピーカ１を駆動するための信号を発生するヘッドユニット３の付近のみにアース点１５を設け、信号系では一点接地を行っている。すなわち、パワーアンプ２で、スイッチングトランス８の２次側巻線１２、整流平滑回路９および電力増幅器５は、接地電位から浮いており、接地端子１４を介してアース点１５に電気的に接続を行うことによって、接地電位を基準とする信号の増幅および負荷であるスピーカ１の駆動が行われている。
【０００４】
図６に示すようなスピーカ１等の負荷を駆動する負荷駆動回路で、信号出力端子１７，１８とスピーカ１とを接続する信号コードなどの絶縁性が悪くなると、電源コードもしくは車体アースと接触して天絡や地絡が生じる可能性がある。このような天絡や地絡について、電力増幅器５などの保護を行う考え方は、本件出願人がたとえば特願平８−３４３９８１で提案している。天絡や地絡が生じると、大きな電流が流れて、回路部分が損傷を受けたりするおそれがあるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特願平８−３４３９８１では、ＤＣ−ＤＣコンバータ６で、スイッチングトランス８の１次巻線１１と２次巻線１３とが電気的に接続されている場合に、接続部分に流れる電流に着目し、この電流を検知して保護を行っている。しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータ６でスイッチングトランス８を用いる利点として、１次巻線１１と２次巻線１２との間を電気的に絶縁することができるという利点を有効に利用することができなくなってしまう。１次側巻線１１および２次側巻線１２を電気的に絶縁することができれば、スイッチング回路７としてより電力変換効率の高い回路を用いたり、ノイズの発生などを抑えることも可能になる。しかしながら、１次巻線１１と２次巻線１２との間が電気的に絶縁されていれば、特願平８−３４３９８１を適用することができない。
【０００６】
本発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコンバータを内蔵する車載用パワーアンプなどの負荷駆動回路で、スイッチングトランスの１次巻線と２次巻線との間が電気的に絶縁されている場合でも、地絡電流などから負荷駆動回路を適切に保護することができる負荷駆動回路の保護装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源から供給される電力を直流電力に変換するスイッチング電源回路であって、
１次側巻線および２次側巻線が電気的に絶縁されるスイッチングトランスと、
該電源から供給される電力を基に、スイッチングトランスの１次側巻線をスイッチング駆動するスイッチング回路と、
接地端子がアース点に接続され、スイッチングトランスの２次側巻線に発生するスイッチング出力を、接地電位を基準として整流し、平滑して直流電力を出力する整流平滑回路とを備えるスイッチング電源回路と、
信号線を介して負荷と接続される負荷駆動回路であって、
信号源に接続され、該信号源からの信号と、該整流平滑回路から出力される直流電力を基に、該信号に応じ、該信号線を介して該負荷を駆動する負荷駆動回路と、
該スイッチング電源回路の整流平滑回路の接地端子と該アース点との間の接地経路に流れる電流を検知する電流検知素子と、
該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を超えるとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電流を抑制する保護手段とを含むことを特徴とする負荷駆動回路の保護装置である。
【０００８】
本発明に従えば、電源から供給される電力を基に、スイッチング電源回路のスイッチング回路がスイッチングトランスの１次側巻線をスイッチング駆動する。スイッチングトランスの２次側巻線に発生するスイッチング出力は、接地端子がアース点に接続される整流平滑回路で接地電位を基準として整流して平滑される。負荷は、整流平滑回路が出力する直流電力で、信号源からの信号に応じて負荷駆動回路が駆動する。アース点とスイッチング電源回路の整流平滑回路の接地端子との間の接地経路には電流検知素子が設けられる。負荷駆動回路から負荷を駆動する際に地絡等が生じていなければ、電流検知素子が設けられている接地経路には、小さな電流しか流れない。地絡などが生じると、アース点と地絡位置との間で大きな電流が流れる。この電流は、電流検知素子によって検知され、電流が予め設定される基準値を超えて流れれば、保護手段が動作して出力電流の抑制が行われる。これによって地絡に伴い過大な電流が流れることを防ぎ、負荷駆動回路が損傷を受けないように保護することができる。
【０００９】
また本発明で前記保護手段は、前記スイッチング電源回路のスイッチング回路の動作を停止させて、前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、保護手段は、地絡などに伴って過大な電流が負荷に流れることを防ぐために、スイッチング回路の動作を停止させて負荷駆動回路から負荷を駆動する際の出力電流の抑制を行う。スイッチング回路を、外部入力に応じてスイッチング出力が停止するように構成しておけば、出力電流の抑制を容易に行うことができる。
【００１１】
また本発明で前記保護手段は、前記負荷駆動回路の出力側と前記負荷との間に設けられるスイッチング素子を有し、該スイッチング素子が該出力側と該負荷との間を遮断して前記出力電流の抑制を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、負荷駆動回路の出力側と負荷との間にスイッチング素子を設けて、スイッチング素子が遮断して出力電流の抑制を行う。負荷駆動回路から負荷を駆動する信号経路を直接スイッチング素子で遮断することができるので、負荷に流れる過大電流を確実に遮断して、有効な保護を与えることができる。
【００１３】
また本発明で前記電流検知素子および前記保護手段は、前記予め定める電流を超えるときに溶断する電流ヒューズであることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、負荷駆動回路の出力側と負荷との間には電流ヒューズが設けられる。電流ヒューズは、過大な電流が流れると発熱し、溶断して負荷を過大な電流から保護することができる。
【００１５】
また本発明で前記電流ヒューズは、前記接地経路の一部に、電流容量が小さくされているヒューズパターンとして形成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、電流ヒューズとして接地経路の一部に電流容量が小さくなるように形成されるヒューズパターンを利用するので、電気回路の一部を直接電流検知用と保護用とに利用することができる。
【００１７】
また本発明で前記電流検知素子および前記保護手段は、電流が前記予め定める基準を超えるときに発熱して抵抗値が急激に増大し、冷却すると抵抗値が低い値に復帰する正温度係数サーミスタであることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、電流検知素子および保護手段として、抵抗値が正温度係数を有するサーミスタを用いる。正温度係数を有するサーミスタに流れる電流が大きくなると、発熱によって抵抗値が増大する。抵抗値が増大すれば、さらに電流によって発熱し、急激に抵抗値が増大して出力電流の抑制が行われる。正温度係数サーミスタは、出力電流が遮断されると冷却され、低い抵抗値に復帰するので、何回でも有効な保護を行うことができる。
さらに本発明は、電力により負荷を駆動する負荷駆動回路の保護装置において、
アース点に接続される接地端子を有し、該アース点からの電位を基準として、直流電力を出力する整流平滑回路と、
信号源に接続され、該信号源からの信号と、該整流平滑回路からの出力を基に、信号線を介して負荷を駆動する負荷駆動回路と、
該整流平滑回路の接地端子とアース点との間の接地経路に流れる電流を検知する電流検知素子と、
該電流検知素子が検知する電流が予め定める基準を超えるとき、該負荷駆動回路が該負荷を駆動する出力電流を抑制する保護手段とを設けたことを特徴とする負荷駆動回路の保護装置である。
本発明に従えば、電力により負荷を駆動する負荷駆動回路の保護装置には、整流平滑回路と、負荷駆動回路と電流検知素子と、保護手段とが設けられる。アース点に接続される接地端子を有する整流平滑回路は、アース点からの電位を基準として直流電力を出力する。負荷駆動回路は信号源からの信号と、整流平滑回路からの出力を基に、信号線を介して負荷を駆動する。整流平滑回路の接地端子とアース点との間の接地経路に流れる電流は、電流検知素子によって検知される。負荷駆動回路から負荷を駆動する際に地絡等が生じていなければ、電流検知素子は小さな電流しか検知しない。地絡などが生じると、アース点と接地端子との間の接地経路には大きな電流が流れる。この電流は、電流検知素子によって検知され、電流が予め定める基準を超えるとき、保護手段によって、負荷駆動回路が負荷を駆動する出力電流を抑制するので、過大な電流が流れることを防ぎ、負荷駆動回路が損傷を受けないように保護することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を示す。本実施形態で、負荷であるスピーカ２１は、パワーアンプ２２がヘッドユニット２３を信号源として増幅する信号に応じて駆動される。車載用のオーディオ装置では、スピーカ２１は車室内で所定の位置に設置され、パワーアンプ２２は床やトランクルームなどに設置され、ヘッドユニット２３は運転席付近のコンソールボックスなどに設置される。ヘッドユニット２３には、ＣＤやＤＶＤ、ＭＤカセットテープなどの記録媒体を再生するプレーヤとしての機能や、ＦＭやＡＭの放送を受信するチューナとしての機能が設けられている。パワーアンプ２２およびヘッドユニット２３は、車載のバッテリ２４を含む電源から電力の供給を受ける。車両では、エンジンが動作中であれば、発電機からも電力の供給が行われる。
【００２０】
パワーアンプ２２内には、スピーカ２１を駆動する負荷駆動回路である電力増幅器２５と、スイッチング電源回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ２６とが含まれる。パワーアンプ２２内では、接地配線３０の電位を基準として信号増幅などを行う。接地配線３０は、スイッチングトランク２８の１次巻線３１と２次巻線３２とが電気的に絶縁されているので、１次巻線３１側のスイッチング回路２７には接続されない。
【００２１】
パワーアンプ２２では、ヘッドユニット２３からの信号を、信号入力端子３３および接地端子３４から受け入れる。接地端子３４には、パワーアンプ２２内の接地配線３０が接続される。ヘッドユニット２３から出力される信号のレベルは小さいので、雑音の混入を防止するため、ヘッドユニット２３にアース点３５を設けて、パワーアンプ２２内の接地配線３０も接地端子３４を介してアース点３５に接続されるようにしておく。ＤＣ−ＤＣコンバータ２６のスイッチング回路２７は、バッテリ２４から出力される電力に基づいてパルス信号を発振するスイッチング動作を行う。バッテリ２４の出力端子の一方、たとえばマイナス側出力端子は、アース点３６で車体に接地されている。パワーアンプ２２の信号出力端子３７，３８にはスピーカ２１が接続され、電力増幅器２５で増幅されたヘッドユニット２３からの信号に従って駆動される。
【００２２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２６では、昇圧して正負の２極性化した直流出力電圧を電力増幅器２５に供給する。電力増幅器２５では、正負の電源電圧に応じて、０Ｖを基準として出力電力を導出し、スピーカ２１を駆動する。すなわち、スピーカ２１は、電力増幅器２５の出力端子と、整流平滑回路２９の接地端子３９との間に接続される。整流平滑回路２９の正出力端子４０からの正出力電圧＋Ｖｃｃと、負出力端子４１からの負出力電圧−Ｖｃｃとは、電力増幅器２５に与えられる。電力増幅器２５の正常な動作状態では、正出力端子４０および負出力端子４１と、接地端子３９との間で流れる電流が、信号入力端子３３を介して与えられる入力信号に応じて変化し、スピーカ２１を駆動して音響出力が得られる。
【００２３】
本実施形態では、パワーアンプ２２内で、入力側の接地端子３４に接続される接地経路となる接地配線３０に、電流検知回路４２を設ける。またスイッチング回路２７は、電流検知回路４２からの制御信号に応じて、スイッチング動作を停止することが可能なように構成しておく。
【００２４】
図２は、図１のパワーアンプ２２の信号出力端子３７，３８に接続される信号線が、自動車の車体などに電気的に接触する地絡が生じているときに、大電流が流れる経路を示す。整流平滑回路２９の正出力端子４０から供給される＋側電流だけを考えると、▲１▼正出力端子４０から電力増幅器２５に流れ、▲２▼電力増幅器２５の出力ラインを流れ、▲３▼信号出力端子３７に接続されるスピーカコードを通って地絡箇所４３に流れ、▲４▼地絡箇所４３からヘッドユニット２３のアース点３５に流れ、▲５▼ヘッドユニット２３内のアース点３５から、信号線ケーブルを通って接地端子３４に流れ、▲６▼パワーアンプ２２内の小信号用ＧＮＤである接地配線３０を経由して、整流平滑回路２９の接地端子３９に戻るというルートが考えられる。
【００２５】
電流検知回路４２が設けられている接地配線３０の部分は、通常は小信号用の接地経路として使用されるので、数ｍＡ〜数十ｍＡ程度の電流しか流れないけれども、天絡や地絡の異常時は、数Ａ〜数十Ａの大電流が流れることになる。したがって、通常時と異常時との電流は大きく異なり、電流検知回路４２は敏感に異常を検出することができる。
【００２６】
図３は、図１の電流検知回路４２に関連する構成を示す。電流検知回路４２は、接地配線３０に挿入している検知抵抗４４の両端に発生する電圧から流れる電流を検知する。検知抵抗としては、１Ω以下の低い抵抗値を用いることができる。たとえば１Ωを用いると、流れる電流の電流値Ａに応じて両端に出力電圧が発生し、過大な電流と判断する基準として、予め閾値を定めておき、閾値を超えたときに保護回路４５がＤＣ−ＤＣコンバータ２６のスイッチング動作を停止させて、保護を行う。保護回路４５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６の発振を停止させないで、発振を弱めるような制御を行うこともできる。また、信号出力端子３７，３８とスピーカ２１との間にリレーなどを保護回路４５として設け、電流検知回路４２が過大な電流を検知するときに、リレーを遮断するように構成することもできる。
【００２７】
図４（ａ）は、本発明の実施の他の形態として、図３の電流検知回路４２と保護回路４５とを合わせて、ヒューズ５０に置き換えている構成を示す。ヒューズ５０は、大電流が流れるときに溶断し、出力電流を抑制して負荷の保護を行うことができる。ヒューズ５０が溶断してしまうと、パワーアンプ２２の電力増幅器２５、整流平滑回路２９などが接地電位から浮いてしまうので、誤動作防止抵抗５１をヒューズ５０と並列に接続しておく。図４（ｂ）は、図４（ａ）のヒューズ５０の代わりに、配線パターン５２に細い部分をヒューズパターン５３として形成している形態を示す。この形態では、配線パターン自体を電流検知と保護とに利用している。
【００２８】
図５は、本発明の実施のさらに他の形態として、図４のヒューズ５０やヒューズパターン５３に代えて、正温度特性サーミスタ６０を用いる構成を示す。小信号用の接地配線３０に大電流が流れると、正温度特性サーミスタ６０が発熱し、抵抗値が増大する。発熱量は、正温度特性サーミスタ６０の抵抗値をＲとし、電流をＩとすると、消費電力であるＲ×Ｉ2に比例する。したがって、電流Ｉが一定であれば、抵抗値Ｒが増大すれば益々発熱量が大きくなり、正帰還的に抵抗値Ｒが増大し、正温度特性サーミスタ６０の抵抗値は非常に大きくなってオープン状態に近くなる。抵抗値Ｒが非常に大きくなると、流れる電流Ｉは抑制され、正温度特性サーミスタ６０の発熱は停止して冷却される。正温度特性サーミスタ６０がオープン状態となっているときの誤動作を避けるために、図４の実施形態と同様に、誤動作防止用抵抗５１を接続する。正温度特性サーミスタ６０は、電流が小さくなって冷却されれば、抵抗値も低い抵抗値に自然復帰するので、何回でも繰返して電流検知と保護とを行うことができる。
【００２９】
図１では、負荷としてスピーカ２１を接続しているけれども、モータや各種アクチュエータなどの負荷の駆動にも本発明を同様に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スイッチングトランスの１次側巻線と２次側巻線との間が電気的に絶縁されていても、地絡などが生じたときの出力電流の増加を確実に検知して、負荷駆動回路および負荷を確実に保護し、回路を構成する部品などの損傷等を防ぐことができる。
【００３１】
また本発明によれば、スイッチング回路の動作が停止するように制御して負荷駆動回路から負荷に出力される電流を抑制するので、地絡などが生じたときの保護を容易に行うことができる。
【００３２】
また本発明によれば、負荷駆動回路からの出力電流をスイッチング素子で遮断して確実に保護を行うことができる。
【００３３】
また本発明によれば、負荷駆動回路の出力側から負荷に流れる出力電流が過大になることを、電流ヒューズ自身が検知して同時に溶断するので、確実に保護を行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、地絡などによって過大な電流が流れる信号伝達経路の一部にヒューズパターンを形成しておくので、ヒューズパターンが溶断して、過大な電流からの保護を確実に行うことができる。
【００３５】
また本発明によれば、信号伝達経路に流れる電流が過大になると、正温度係数サーミスタの抵抗値が急激に大きくなって、電流の抑制を行うことができる。
さらに本発明によれば、地絡などが生じたときに接地経路に流れる電流の増加を確実に検知して、負荷駆動回路および負荷を確実に保護し、回路を構成する部品などの損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の実施形態で、スピーカ２１を駆動するスピーカコードに地絡が発生するときに、大電流が流れる経路を示す部分的なブロック図である。
【図３】図１の電流検知回路４２に関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の他の形態での電流検知と保護とを行う構成を示す部分的な電気回路図および部分的な回路基板パターンを示す図である。
【図５】本発明の実施のさらに他の形態で電流検知と保護とを行う構成を示す部分的な電気回路図である。
【図６】従来からの車載用オーディオ装置の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２１  スピーカ
２２  パワーアンプ
２３  ヘッドユニット
２４  バッテリ
２５  電力増幅器
２６  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２７  スイッチング回路
２８  スイッチングトランス
２９  整流平滑回路
３０  接地配線
３１  １次巻線
３２  ２次巻線
３３  信号入力端子
３４，３９  接地端子
３５，３６  アース点
４０  正出力端子
４１  負出力端子
４２  電流検知回路
４３  地絡箇所
４４  検知抵抗
４５  保護回路
５０  ヒューズ
５３  ヒューズパターン
６０  正温度特性サーミスタ
【図１】
0003761122.tif 000002
【図２】
0003761122.tif 000003
【図３】
0003761122.tif 000004
【図４】
0003761122.tif 000005
【図５】
0003761122.tif 000006
【図６】
0003761122.tif 000007