JP2004112019A

JP2004112019A - 音声電力増幅装置の地絡保護装置

Info

Publication number: JP2004112019A
Application number: JP2002267911A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Naito; 内藤　剛志
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】外付けの地短絡保護用ダイオードが不要で、音声電力増幅回路の特性偏差への充分な対応を可能とした音声電力増幅装置の地絡保護装置を提供する。
【解決手段】バッテリＢの正極出力が、電源端子と平滑用チョークコイルＣＨを介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、同時にバッテリＢのマイナス極出力が、シャシＡ点からシャシを介してシャシＢ点とシャシ端子を介してパワーアンプ部ＩＣに供給される。パワーアンプＩＣの電源入力用接地端子とシャシ端との間にスイッチ回路ＳＷが介挿され、コンデンサＣの両端に制御部ＣＯＮＴが接続される。制御部ＣＯＮＴは、バッテリＢの印加電源電圧とシャシ端子（ユニット接地端子）との間の電圧を検出すると共に、該検出に基づいて適正と判定されたときにスイッチ回路ＳＷをオン制御し、地絡と判定されたときにオフ制御するスイッチ駆動信号を生成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声電力増幅回路ユニットへの電源供給を接地回路を介して行う音声電力増幅装置における地絡保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、接地回路を介して電源供給されるカーオーディオ用の電力増幅回路は、ラインレベルの信号をスピーカ駆動するに充分な出力まで増幅するもので、ＣＤやＭＤ等のディスク再生機器やＡＭ・ＦＭ放送を受信するチューナ機器に内蔵して構成される場合と、独立したメインアンプユニットとして構成される場合が多く、また、当該回路は集積回路化されて用いられる場合が多い。
【０００３】
このような音声電力増幅装置（アンプユニット）は、例えば図６に示すように、入力、出力、電源及びシャシ（ユニット接地端子）という４種類の接続端子を有して構成され、入力端子には、ディスク再生機器やチューナ機器から出力されるラインレベルの音声信号が供給され、出力端子にはスピーカ線を介してスピーカが接続され、電源端子には、車両のシャシＡ点に片端（負極端）が接続されたバッテリＢの他端（正極端）がアクセサリ電源スイッチ等を介した出力が接続され、このシャシＡ点が接地回路を介してシャシＢ点に接続され、該シャシＢ点がアンプユニットのシャシ端子に接続されている。
【０００４】
シャシＡ点とシャシＢ点は、離れた部位に位置され、車両のシャシ構成部材でなる接地回路を介して電気接続されている。
【０００５】
また、電源端子に片端が接続された平滑用チョークコイルＣＨの他端がコンデンサＣを介してシャシ端子に接続され、コンデンサＣの両端に生じる平滑化された電源がパワーアンプ部ＩＣの電源入力端（正負のそれぞれの端）に接続される。パワーアンプ部ＩＣの信号入力端には入力端子が接続され、スピーカ出力端が出力端子に接続され、不図示のスピーカが接続される。
【０００６】
従って、バッテリＢの正極出力が、電源端子と平滑用チョークコイルＣＨを介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、同時にバッテリＢのマイナス極出力が、シャシＡ点からシャシを介してシャシＢ点とシャシ端子を介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、入力端子に供給された音声信号が所定ゲインでスピーカ信号のレベルまで増幅され、出力端子を介してスピーカに供給される。
【０００７】
ここで正規に配線を行った後に、何らかの原因によってパワーアンプ部ＩＣの出力端子に接続されたスピーカ線が誤接続部Ｘを介してシャシＣ点に接続されてしまったり、即ち、車両内のスピーカ配線の引き回しの不具合により配線が車体ボディへ噛み込まれて接地されてしまったり、アンプユニットを取り付けるときに誤って当該の出力端子をシャシに接続してしまったときには、バッテリＢの正極から電流ａ，ｂ，ｃの経路で、電源端子、平滑用チョークコイルＣＨ、コンデンサＣ、シャシ端子を介してシャシＢ点に電流が流れる。
【０００８】
これと同時に、アンプユニットのＧ点から電流ｄ，ｅ，ｆ，ｇの経路でバッテリＢの負極に電流が流れる。このときの符号ｅは、内部寄生電流であってパワーアンプ部ＩＣの集積回路内部に生じている抵抗、トランジスタ、ダイオード等による内部寄生電流である。
【０００９】
従って、パワーアンプ部ＩＣの有する内部寄生電流ｅに起因する異常な電流が流れるので回路素子が破壊されてしまう可能性がある。
【００１０】
このためにＧ点と出力端子の間に地絡保護用ダイオードＤを設け、アノードをＧ点に接続し、カソードを出力端子に接続することによって、電流ｄ，ｈ，ｉの経路に電流が迂回して流れるようにし、前述の電流ｄ，ｅ，ｆ，ｇの経路による電流を低減させることによって、パワーアンプ部ＩＣの素子破壊を防止している（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７６５９号公報（第３頁、図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の音声電力増幅装置の地絡保護装置に用いられている地絡保護用ダイオードは、パワーアンプ部のスピーカ出力端子を実質的に地絡させたときに流れる大電流に耐える電流容量を要し、これに伴って大型のダイオードが必要とされ、装置の小型化要求に応えることができない。
【００１３】
回路に付加される地絡保護用ダイオードは、パワーアンプ部の内部寄生電流に基づく順方向電圧降下より小さいものが求められるために素子価格が上昇し、音声電力増幅装置の全体価格が上昇する虞がある。
【００１４】
また、地短絡保護用ダイオードの特性は、パワーアンプ部の構成回路部品の特性偏差を加味して決定する必要があるが、１種のダイオードで全てのパワーアンプ部に対応させることは難しく、何種類かの特性を有する地短絡保護用ダイオードを準備し、実際のパワーアンプ部の特性偏差に合わせて選別して用いたりしなければならず製造管理が繁雑化する虞がある。
【００１５】
また、パワーアンプ部の回路構成が、複数チャンネルの音声電力増幅であった場合には、そのチャンネル分の外付けの地絡保護用ダイオードを必要とするため構成が複雑化、特にプリント基板に回路実装する際に基板面積が大きくなったり印刷配線パターンの設計の自由度が低下するという問題もある。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、従来は必要とされている外付けの地短絡保護用ダイオードを用いずに、音声電力増幅回路の特性偏差に充分に対応させることができ、構成が複雑化したり製造管理が繁雑になることのない音声電力増幅装置の地絡保護装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明による音声電力増幅装置の地絡保護装置は、次に記載するような特徴的な構成を採用している。
【００１８】
（１）音声電力増幅回路ユニットへの電源供給を接地回路を介して行う音声電力増幅装置において、
前記音声電力増幅回路ユニットへの電源入力用接地端子と、前記電力増幅回路ユニットのユニット接地端子との間に介挿されたスイッチ回路と、
前記音声電力増幅回路ユニットに印加される前記電源部からの印加電源電圧と前記ユニット接地端子との間の電圧を電圧検出部で検出し、該検出に基づいて適正と判定されたときに前記スイッチ回路をオン制御し、前記電力増幅回路ユニットの回路が接地短絡と判定されたときにオフ制御するスイッチ駆動信号を生成する制御部とを具備する音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００１９】
（２）前記制御部は、前記電圧検出部で検出された判定信号を時定数回路に入力し、該時定数回路の出力を前記スイッチ駆動信号として生成するように構成する上記（１）の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２０】
（３）前記制御部は、前記電圧検出部による判定信号を所定時間毎に複数回に亘って検出し、複数の判定信号が一致したときに前記スイッチ駆動信号を生成するように構成する上記（１）の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２１】
（４）前記制御部は、前記電圧検出部で検出される判定信号を得る際に、正常な判定信号が得られた後に、前記電源部からユニット接地端子に対して電流を強制的に流した状態で前記電圧検出部で再び検出するように構成する上記（１）の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２２】
（５）前記制御部は、前記電圧検出部で検出される判定信号を得る際に、正常な判定信号が得られた後に、前記電源部からユニット接地端子に対して負荷を接続した状態で前記電圧検出部で再び検出するように構成する上記（１）の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２３】
（６）前記スイッチ回路は、機械的リレー接点を含んで構成する上記（１）乃至（５）のいずれかの音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２４】
（７）前記スイッチ回路は、半導体スイッチ素子を含んで構成する上記（１）乃至（５）の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。音声電力増幅装置は、図１に示すように音声電力増幅回路ユニット（パワーアンプ部ＩＣ）への電源供給をバッテリＢから接地回路を介して行うものであり、パワーアンプＩＣには、入力、出力、電源及びシャシ（ユニット接地端子）という４種類の接続端子を有して構成される。
【００２６】
入力端子には、ディスク再生機器やチューナ機器から出力されるラインレベルの音声信号が供給され、出力端子にはスピーカ線を介してスピーカが接続され、電源端子には、車両のシャシＡ点に片端（負極端）が接続されたバッテリＢの他端（正極端）がアクセサリ電源スイッチ等を介した出力が接続され、このシャシＡ点が接地回路を介してシャシＢ点に接続され、該シャシＢ点がアンプユニットのシャシ端子に接続されている。
【００２７】
シャシＡ点とシャシＢ点は、離れた部位に位置され、車両のシャシ構成部材でなる接地回路を介して電気接続されている。
【００２８】
また、電源端子に片端が接続された平滑用チョークコイルＣＨの他端がコンデンサＣを介してシャシ端子に接続され、コンデンサＣの両端に生じる平滑化された電源がパワーアンプ部ＩＣの電源入力端（正負のそれぞれの端）に接続される。パワーアンプ部ＩＣの信号入力端には入力端子が接続され、スピーカ出力端が出力端子に接続され、不図示のスピーカが接続される。
【００２９】
従って、バッテリＢの正極出力が、電源端子と平滑用チョークコイルＣＨを介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、同時にバッテリＢのマイナス極出力が、シャシＡ点からシャシを介してシャシＢ点とシャシ端子を介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、入力端子に供給された音声信号が所定ゲインでスピーカ信号のレベルまで増幅され、出力端子を介してスピーカに供給される。
【００３０】
さらに、パワーアンプＩＣの電源入力用接地端子とシャシ端との間にスイッチ回路ＳＷが介挿され、コンデンサＣの両端に制御部ＣＯＮＴが接続されている。
【００３１】
制御部ＣＯＮＴは、アンプユニットに印加されるバッテリＢ（電源部）からの印加電源電圧とシャシ端子（ユニット接地端子）との間の電圧を検出する電圧検出部と、該検出に基づいて適正と判定されたときにスイッチ回路ＳＷをオン制御し、アンプユニットの回路が接地短絡（地絡）と判定されたときにオフ制御するスイッチ駆動信号を生成する回路部を有して構成されている。
【００３２】
従って、バッテリＢの正極出力が、電源端子と平滑用チョークコイルＣＨを介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、同時にバッテリＢの負極出力が、シャシＡ点からシャシを介してシャシＢ点とシャシ端子を介してパワーアンプ部ＩＣに供給され、入力端子に供給された音声信号が所定ゲインでスピーカ信号のレベルまで増幅され、出力端子を介してスピーカに供給される。
【００３３】
ここで正規に配線を行った後に、何らかの原因によって出力端子に接続されたスピーカ線が誤接続部Ｘを介してシャシＣ点に接続されてしまったり、設置取り付けのときに誤って出力端子をシャシに接続してしまったときには、従来の技術によれば、バッテリＢの正極から電流ａ，ｂ，ｃの経路で、電源端子、平滑用チョークコイルＣＨ、コンデンサＣ、シャシ端子を介してシャシＢ点に電流が流れ電流ｊ，ｅ，ｋの経路で異常電流が流れるのであるが、本発明においてはスイッチ回路ＳＷがシャシとパワーアンプＩＣの電源供給端子との間に介在され、しかもこのスイッチ回路がオフ制御されるので異常電流が流れることがない。
【００３４】
即ち、コンデンサＣの両端電圧は、制御部ＣＯＮＴによって常に検出されていて検出電圧が異常（異常電流が流れることによって生じる電圧降下）になったときに生成されるスイッチ駆動信号によってスイッチ回路ＳＷがオフ制御されるので異常電流によって回路素子が破壊されることを防止され、パワーアンプ部ＩＣの有する内部寄生電流ｅに起因する異常な電流が流れず回路素子が破壊されてしまうことがない。
【００３５】
一方、異常電流が流れない正常時には、制御部ＣＯＮＴによる電圧検出に基づくスイッチ駆動信号によってスイッチ回路ＳＷがオン制御されているので通常の音声電力増幅の動作を行わせることができる。
【００３６】
今までの動作原理を図２を用いて詳しく説明すると、スピーカＳＰの一端が何らかの原因で誤接続部Ｘを介してシャシＥ点に接続されてしまった場合、電源とシャシＥ点の間に流れる総電流ｉ０は、電流ｉ１，ｉ９，ｉ４を加算したものとなる。なお、電流ｉ９は、電流ｉ７，ｉ５，ｉ２，ｉ３を加算した電流である。
【００３７】
サブストレート、出力トランジスタＱ１のコレクタの経路でダイオードＤ１にｉ１なる電流が流れ、そのＶＦが大きくなるとトランジスタＱ３のベース電流（電流ｉ２が増加し、同トランジスタＱ３がオン状態にされ、これに伴って出力トランジスタＱ１のベース電流（電流ｉ６）が増加する。
【００３８】
すると、出力トランジスタＱ１がオフ状態からオン状態に変化され、トランジスタＱ２のベース電流（電流ｉ７）が増加し、同トランジスタＱ２がオフ状態からオン状態に変化し、出力トランジスタＱ１とトランジスタＱ２の間にループ状の電流ｉ８が発生する。
【００３９】
ここで、トランジスタＱ３のベース電流（電流ｉ２）が増加してオンされることに伴って出力トランジスタＱ１がオンされることに起因するループ状の電流ｉ８が流れることを防止するには、ダイオードＤ１の特性を低ＶＦとすればよく、このようなダイオードＤ１を外付けで接続構成したものが従来技術における地絡保護装置であるが、この構成によれば前述のような種々の不具合があるので、本発明は当該ダイオードＤ１をスイッチ回路に置き換えて構成すると共に、電源からの印加電源電圧とシャシ端子（ユニット接地端子）との間の電圧を検出し、該検出に基づいて適正と判定されたときにスイッチ回路ＳＷをオン制御し、接地短絡（地絡）と判定されたときにオフ制御することによって種々の問題を解消している。
【００４０】
さて、図１に示す制御部ＣＯＮＴの具体的な構成は、例えば図３に示すように、電圧検出部１で検出された判定信号を抵抗３とコンデンサ４で形成される時定数回路に入力し、該時定数回路の出力電圧を規準電圧源５の出力電圧とを比較器２によって比較し、その出力をスイッチ駆動信号として生成するように構成することによって前述のスイッチ回路ＳＷ（図１参照）を制御、即ち正常時にオンに制御され、異常時にオフ制御される。
【００４１】
また、図４に示すように、電圧検出部６で検出された判定信号、例えば正常時にＨレベルで異常時にＬレベルの信号をシフトレジスタ７の入力端とリセット端に入力し、当該判定信号をアンドゲート９を用いてクロック信号毎にシフトし、シフトレジスタ７の各出力の一致をアンドゲート８によって求めることによってスイッチ駆動信号を生成するように構成することによって、前述のスイッチ回路ＳＷ（図１参照）を制御、即ち正常時にオンに制御し、異常時にオフ制御する動作をより確実に行なわせることができる。
【００４２】
さらに、図１に示す制御部ＣＯＮＴの具体的な構成は、図５に示すように構成してもよい。即ち、電圧検出部１１の出力、例えば正常時にＨレベルで異常時にＬレベルの信号によって単安定マルチ１２をトリガし、その出力でスイッチ回路１３を制御するように構成し、かつ電源１０と接地端の間に負荷抵抗１５とスイッチ回路１３の直列回路を接続し、電圧検出部１１の出力と単安定マルチ１２の出力の一致をアンドゲート１４で取り、同アンドゲート１４の出力をスイッチ駆動信号として、前述のスイッチ回路ＳＷ（図１参照）を制御、即ち正常時にオンに制御し、スイッチ駆動信号を生成するように構成してもよい。
【００４３】
この場合には、電圧検出部１１で検出される判定信号を得る際に、正常な判定信号が得られたときに、電源部からユニット接地端子に対して電流を強制的に流すように、具体例としてスイッチ回路１３をオンすることによって負荷抵抗１５による強制的な電流が流され、この状態で電圧検出部１１による電圧検出が再び行われる。
【００４４】
よって、電圧検出部１１の出力信号と単安定マルチ１２の出力信号の一致をアンドゲート１４で取ることによってスイッチ駆動信号を生成することによって、前述のスイッチ回路ＳＷ（図１参照）を制御、即ち正常時にオンに制御され、異常時にオフ制御される動作をより確実に行なわせることができる。
【００４５】
なお、今まで説明したスイッチ回路は、機械的リレー接点を含んで構成したり、半導体スイッチ素子を含んで構成することが考えられるが、いずれであっても、もしくは別形態のスイッチであってもよいことは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来は必要とされていた外付けの地短絡保護用ダイオードを用いずに、音声電力増幅回路の特性偏差に充分に対応させることができ、構成が複雑化したり製造管理が繁雑になることのない音声電力増幅装置の地絡保護装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による音声電力増幅装置の地絡保護装置のブロック回路図である。
【図２】本発明による音声電力増幅装置の地絡保護装置の動作原理を従来技術と比較しながら説明するための回路図である。
【図３】図１中に示される制御部の第１の具体例を示す回路図である。
【図４】図１中に示される制御部の第２の具体例を示す回路図である。
【図５】図１中に示される制御部の第３の具体例を示す回路図である。
【図６】従来の音声電力増幅装置の地絡保護装置の一例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
Ｂ　バッテリ
Ｃ　コンデンサ
Ｄ　地短絡保護用ダイオード
ＣＨ　平滑用チョークコイル
ＩＣ　パワーアンプ部
ＳＷ　スイッチ回路
ＣＯＮＴ　制御部
１　電圧検出部
２　比較器
３　抵抗
４　コンデンサ
５　規準電圧源
６　電圧検出部
７　シフトレジスタ
８　アンドゲート
９　アンドゲート
１０　電源
１１　電圧検出部
１２　単安定マルチ
１３　スイッチ回路
１４　アンドゲート
１５　負荷抵抗

Claims

音声電力増幅回路ユニットへの電源供給を接地回路を介して行う音声電力増幅装置において、
前記音声電力増幅回路ユニットへの電源入力用接地端子と、前記電力増幅回路ユニットのユニット接地端子との間に介挿されたスイッチ回路と、
前記音声電力増幅回路ユニットに印加される前記電源部からの印加電源電圧と前記ユニット接地端子との間の電圧を電圧検出部で検出し、該検出に基づいて適正と判定されたときに前記スイッチ回路をオン制御し、前記電力増幅回路ユニットの回路が接地短絡と判定されたときにオフ制御するスイッチ駆動信号を生成する制御部とを具備することを特徴とする音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記制御部は、前記電圧検出部で検出された判定信号を時定数回路に入力し、該時定数回路の出力を前記スイッチ駆動信号として生成するように構成することを特徴とする請求項１に記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記制御部は、前記電圧検出部による判定信号を所定時間毎に複数回に亘って検出し、複数の判定信号が一致したときに前記スイッチ駆動信号を生成するように構成することを特徴とする請求項１に記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記制御部は、前記電圧検出部で検出される判定信号を得る際に、正常な判定信号が得られた後に、前記電源部からユニット接地端子に対して電流を強制的に流した状態で前記電圧検出部で再び検出するように構成することを特徴とする請求項１に記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記制御部は、前記電圧検出部で検出される判定信号を得る際に、正常な判定信号が得られた後に、前記電源部からユニット接地端子に対して負荷を接続した状態で前記電圧検出部で再び検出するように構成することを特徴とする請求項１に記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記スイッチ回路は、機械的リレー接点を含んで構成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。
前記スイッチ回路は、半導体スイッチ素子を含んで構成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の音声電力増幅装置の地絡保護装置。