數字放大器的製作方法

2023-11-07 17:21:52 2

專利名稱：數字放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字放大器，使輸出級的開關元件進行開關動作，對輸入信號進行D類放大。
背景技術：
數字放大器通過PWM (Pulse Width Modulation :脈衝寬度調製)變換將模擬的輸入信號變換為數字脈衝信號，利用該數字脈衝信號使FET等有源元件(開關元件)進行開關動作，由此進行功率放大(D類放大)。並且，使功率放大後的數字脈衝信號通過LC電路的低通濾波器，由此得到對源信號進行功率放大後的模擬的輸出信號。當在負載側產生了過電流、諧振等情況下，這種數字放大器具有保護輸出級的開關元件等放大電路的功能。例如，在由於負載短路等而成為過電流狀態時，利用在放大器輸出部設置的繼電器等切斷輸出來保護開關元件。並且，在與數字放大器連接的揚聲器較少時等輕負載時(高阻抗時)，在放大器輸出部的低通濾波器產生諧振，放大電路有可能由於該諧振現象而損壞。為了防止基於這種諧振現象的數字放大器的損壞，已經公知有這樣的技術(例如參照專利文獻1)，檢測輕負載時的諧振電流，在過大的諧振電流流過的情況下使輸入信號靜音，由此保護放大電路。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2007 — 258903號公報

發明內容
發明要解決的課題在諸如上述專利文獻I的結構中存在這樣的問題，即如果檢測到輕負載時的諧振電流就馬上使輸入信號靜音，在下一次恢復為正常動作的情況下，由於PWM電路中的動作的初始化，數字放大器的起動需要時間。在這種情況下，將導致輸出(聲音等)由於輸入信號
的靜音而停止。另外，為了保護數字放大器的電路，也可以考慮裝配採用模擬電路的電流限制器的結構，該模擬電路限制放大電路的輸出電流。在這種結構中，存在電流限制器的控制產生相位延遲而來不及進行電流限制動作的情況。並且，如果假設該控制延遲而進行電流限制控制，則電流限制器發揮作用的時間過早而使得頻次增加，產生容易導致輸出切斷的問題。本發明就是鑑於上述情況而提出的，其目的在於提供ー種數字放大器，能夠縮短檢測輸出電流的異常的時間，儘可能地不停止輸出，在異常時能夠保護放大電路。用於解決課題的手段本發明提供一種對輸入信號進行D類放大的數字放大器，該數字放大器具有開關元件，根據基於所述輸入信號的數字脈衝信號的驅動信號進行開關動作；驅動電路，向所述開關元件供給所述驅動信號；輸出濾波器，包括與所述開關元件的輸出部連接的低通濾波器；以及異常狀態檢測部，被設於所述開關元件的輸出部，檢測來自所述開關元件的輸出電流的異常狀態，並輸出異常狀態檢測信號，所述異常狀態檢測部具有使所述異常狀態檢測信號的相位超前的進相功能，在根據所述異常狀態檢測信號檢測到輸出電流的異常狀態的情況下，所述驅動電路停止所述驅動信號，使所述開關元件的開關動作停止。根據上述結構，在檢測到異常狀態時使來自驅動電路的驅動信號停止，使開關元件的開關動作停止，由此能夠進行電流限制動作，而且不需進行停止輸入信號、切斷輸出信號等動作。並且，根據異常狀態檢測部的進相功能，能夠消除或者降低異常狀態檢測信號的相位延遲。因此，能夠縮短檢測輸出電流的異常的時間，儘可能地不停止輸出，在異常時能夠保護放大電路。並且，在本發明的上述數字放大器中，所述異常狀態檢測部包括過電流檢測電路，檢測來自所述開關元件的輸出電流中的預定值以上的過電流，並輸出過電流檢測信號作為所述異常狀態檢測信號；以及進相電路，使所述過電流檢測信號的相位超前。根據上述結構，作為輸出電流的異常狀態，在檢測到來自開關元件的輸出電流中 的預定值以上的過電流的情況下，停止驅動信號，使開關元件的開關動作停止，能夠進行電流限制。在這種情況下，在發生過電流時能夠快速進行電流限制動作，儘可能地不停止輸出，能夠保護包括開關元件的放大電路。並且，在本發明的上述數字放大器中，所述異常狀態檢測部包括諧振電流檢測電路，檢測與在所述輸出濾波器發生諧振時的輸出電流相關的預定值以上的諧振電流，並輸出諧振電流檢測信號作為所述異常狀態檢測信號。根據上述結構，作為輸出電流的異常狀態，在檢測到與在輸出濾波器發生諧振時的輸出電流相關的預定值以上的諧振電流的情況下，停止驅動信號，使開關元件的開關動作停止，能夠進行電流限制。在這種情況下，當在輸出部發生諧振時能夠快速進行電流限制動作，使影響不波及到可聽範圍內的輸出，能夠保護包括開關元件的放大電路。並且，在本發明的上述數字放大器中，所述數字放大器具有溫度檢測部，檢測所述開關元件或者其周圍的溫度；輸出切斷部，切斷所述開關元件的輸出；輸入信號靜音部，使所述輸入信號成為預定電平以下的無音狀態或者微小狀態；以及聯動控制部，使所述輸出切斷部和所述輸入信號靜音部聯動動作，在由所述溫度檢測部檢測到預定值以上的高溫狀態的情況下，所述聯動控制部使所述輸出切斷部和所述輸入信號靜音部聯動動作。根據上述結構，在開關元件或者其周圍的溫度成為預定值以上的高溫狀態的情況下，通過使輸出切斷部和輸入信號靜音部聯動動作，能夠停止開關元件的輸入及輸出雙方來保護開關元件。在這種情況下，如果切斷開關元件的輸出，則成為無負載狀態，並且成為在輸出濾波器中容易發生諧振的狀態，然而通過進行輸入信號的靜音，能夠防止在輸出濾波器的諧振。並且，在本發明的上述數字放大器中，所述驅動電路通過反覆進行如下控制來進行所述開關元件的電流限制動作，所述控制為根據所述異常狀態檢測信號，在所述輸出電流為預定值以上的情況下停止所述驅動信號，使所述開關元件的開關動作停止，在所述輸出電流小於預定值的情況下反覆進行輸出所述驅動信號，使再次開始所述開關元件的開關動作。根據上述結構，通過反覆進行開關動作的停止/再次開始來進行電流限制動作，能夠保護包括開關元件的放大電路，而且使開關元件的動作儘可能地持續進行而不停止輸出。 並且，在本發明的上述數字放大器中，所述驅動電路在進行所述開關元件的電流限制動作時，在所述數字脈衝信號的基準振蕩頻率的I周期単位或者I周期単位內的任意定時輸出/停止所述驅動信號。根據上述結構，在檢測到過電流的發生或者諧振電流的發生等異常狀態時，能夠根據輸入信號的數字脈衝信號的基準振蕩頻率快速進行實時的電流限制動作，儘可能地不停止輸出，能夠保護包括開關元件的放大電路。並且，在本發明的上述數字放大器中，所述數字放大器具有控制部，該控制部判斷所述諧振電流檢測電路的諧振電流檢測信號被持續輸出預定時間，並且在持續輸出所述預定時間的情況下輸出表示該情況的信號。根據上述結構，能夠檢測擴聲系統的系統振蕩，並且通知擴聲系統的使用者發生了系統振蕩，因而能夠防止混頻器、數字放大器或者揚聲器等的故障。發明效果根據本發明能夠提供ー種數字放大器，能夠縮短檢測輸出電流的異常的時間，儘可能地不停止輸出，在異常時能夠保護放大電路。


圖I是表示本發明的一個實施方式的數字放大器的結構的電路圖。圖2是表示本實施方式的數字放大器的具體結構示例的電路圖。圖3是表示數字放大器與模擬放大器的熱設計基準的比較的輸出特性圖。圖4是表示基於本實施方式的電流限制電路的放大器動作時的波形的動作波形圖。圖5 (A)、(B)是本實施方式的電流限制電路有無進相電路的輸出電流波形的比較圖。圖6是表示數字放大器的基本結構的電路圖。圖7是在放大器輸出部的低通濾波器中發生諧振時的放大電路的増益一頻率特性圖。圖8是表示與本實施方式的數字放大器的電路保護功能相關的第一動作示例的流程圖。圖9是表示與本實施方式的數字放大器的電路保護功能相關的第二動作示例的狀態推移圖。圖10是表示使用了本實施方式的數字放大器的擴聲系統的圖。圖11是表示本發明的另ー個實施方式的數字放大器的結構的電路圖。
具體實施例方式在下面的實施方式中，作為本發明的數字放大器的一例示出了這樣的結構示例，即數字放大器的輸出級的開關元件採用FET，負載與揚聲器連接，該數字放大器進行聲音信號的放大。
圖I是表示本發明的一個實施方式的數字放大器的結構的電路圖。本實施方式的數字放大器構成為具有PWM電路11、驅動電路12、開關元件Q1、Q2。開關元件Q1、Q2利用N溝道的MOSFET等構成，漏極一源極之間相互串聯連接，從而構成一對開關元件。該開關元件Ql、Q2根據針對柵極的驅動信號的輸入而交替地進行開關動作，並進行輸入信號的功率放大。此時，開關元件Ql的漏極被施加電壓+ VB,開關元件Q2的源極被施加電壓ー VB，開關元件Q1、Q2根據柵極電壓而導通/截止。另外，開關元件不限於FET，也可以是雙極電晶體等能夠進行開關動作的其它元件。PWM電路11進行輸入信號的PWM變換，並輸出具有與輸入信號電平對應的脈衝寬度的數字脈衝信號。驅動電路12根據從PWM電路11輸出的數字脈衝信號驅動開關元件Q1、Q2，向開關元件Q1、Q2的柵極分別輸出驅動信號。開關元件Q1、Q2的輸出部與輸出濾波器15連接，輸出濾波器15包括由線圈13和電容器14構成的低通濾波器。該輸出濾波器15的輸出端與作為輸出切斷部的一例的用於開閉輸出信號路徑的繼電器16連接，並通過繼電器16與作為負載的揚聲器17連接。另外，輸出切斷部往往採用繼電器，但也可以是其它開關単元。 模擬的聲音信號的輸入信號經由PWM電路11被變換為數字脈衝信號,並輸入驅動電路12。根據該數字脈衝信號，從驅動電路12向開關元件Q I、Q2的柵極輸入驅動信號，開關元件Q I、Q2根據驅動信號進行開關動作。從開關元件Q1、Q2的輸出部輸出的功率被放大後的數字脈衝信號經由輸出濾波器15被變換為模擬信號，作為功率被放大後的模擬的聲音信號進行輸出，並提供給揚聲器17。揚聲器17根據該輸出信號進行驅動,並播放出聲音。並且，在放大器輸出部的輸出濾波器15的線圈13串聯連接有檢測電阻器18，設有過電流檢測電路19，根據檢測電阻器18的兩端電壓檢測流向線圈13的電流，並檢測流向負載的過電流。另外，電容器14串聯連接有檢測電阻器20，設有諧振電流檢測電路21，根據檢測電阻器20的兩端電壓檢測流向電容器14的電流，並檢測在輸出濾波器15產生的諧振電流。過電流檢測電路19的輸出端與使過電流檢測信號的相位超前的進相電路22連接，並通過該進相電路22與驅動電路12連接。諧振電流檢測電路21的輸出端也與驅動電路12連接。在過電流檢測值為預定值以上的情況下，過電流檢測電路19輸出高電平的過電流檢測信號作為異常狀態檢測信號。在諧振電流檢測值為預定值以上的情況下，諧振電流檢測電路21輸出高電平的諧振電流檢測信號作為異常狀態檢測信號。另外，過電流檢測電路19和進相電路22當然也可以利用同一電路單元構成，而非不同的電路。在這種情況下，利用未圖示的運算放大器檢測檢測電阻器18的兩端的電壓，在使該檢測波形的相位超前後，由未圖示的比較器與預定值進行比較，由此檢測過電流。並且，諧振電流檢測電路21除進相電路之外的電路結構，能夠利用與上述過電流檢測電路19相同的電路結構實現。驅動電路12在被輸入了來自過電流檢測電路19的過電流檢測信號或者來自諧振電流檢測電路21的諧振電流檢測信號的情況下，停止動作並停止供給到開關元件Q1、Q2的驅動信號。由此，開關元件Q1、Q2的柵極電壓小於預定值，雙方均截止。開關元件Q1、Q2在通常的開關動作時以例如400kHz等的基準振蕩頻率的周期交替地導通/截止。與此相対，在驅動信號停止時雙方截止，在該截止期間不流過輸出電流。由上述過電流檢測電路19、進相電路22、諧振電流檢測電路21、驅動電路12構成本實施方式的進行異常時的開關元件Ql、Q2的電流限制的電流限制電路(電流限制器)。在PWM電路11的輸入側設有輸入信號靜音部23。輸入信號靜音部23具有靜音電路24、旁通電路25、對它們進行切換的開關26、27，根據來自外部的控制信號使靜音電路24或者旁通電路25與輸入信號路徑連接。靜音電路24用於使輸入信號衰減為預定電平以下，具有使輸入信號成為無音狀態或者微小狀態的功能。並且，在開關元件Ql、Q2的附近設有檢測開關元件Ql、Q2或者其周圍的溫度的溫度檢測部28。溫度檢測部28的輸出端與聯動控制部29連接，聯動控制部29對繼電器16及輸入信號靜音部23進行聯動控制。在溫度檢測部28的溫度檢測值為預定值以上的情況下，聯動控制部29向繼電器16及輸入信號靜音部23輸出控制信號,使它們聯動動作並執行繼電器斷開及輸入信號靜音。由此，針對開關兀件Ql、Q2的輸入輸出停止。圖2是表示本實施方式的數字放大器的具體結構示例的電路圖。圖2表示驅動電路及進相電路的具體結構的一例。驅動電路31構成為具有反轉電路32、光耦合器33、34、驅動器35、36、開關元件37、和NOR電路38。一個光耦合器33的LED直接與PWM電路11的輸出端連接，另ー個光耦合器34的LED通過反轉電路32與連接PWM電路11的輸出端。光耦合器33、34的光敏電晶體分別與驅動器35、36連接。根據這種結構，光耦合器33、34中一方根據從PWM電路11輸出的數字脈衝信號而導通，另一方截止，由此驅動器35、36被交替供給高電平的信號。驅動器35、36根據來自光稱合器33、34的輸入信號,交替地向開關元件Ql、Q2供給驅動信號，由此使開關元件Ql、Q2進行開關動作而交替地導通/截止。另夕卜，在此示出了採用光耦合器和開關元件等的結構示例，但也可以採用利用其它開關単元輸出/停止驅動信號的結構。並且，光耦合器33、34的LED的另一端通過開關元件37被接地。來自經由進相電路41的過電流檢測電路19的過電流檢測信號或者來自諧振電流檢測電路21的諧振電流檢測信號，通過NOR電路38供給到開關元件37的控制輸入端。開關元件37在控制輸入端被輸入高電平時導通並接通，在被輸入低電平時截止並斷開。在這種情況下，在過電流檢測信號和諧振電流檢測信號至少一方成為高電平吋，開關元件37截止，光耦合器33、34雙方的LED截止。因此，在由過電流檢測電路19和諧振電流檢測電路21檢測到預定值以上的過電流或者諧振電流時，能夠使驅動電路31的動作停止,使開關元件Ql、Q2的開關動作停止。進相電路41具有被串聯連接的電容器42和電阻器43，利用通過電阻器44被接地的CR移相電路構成。該進相電路41通過電容器42使過電流檢測信號進相，並供給到驅動電路31。另外，進相電路不限於CR移相電路，也可以採用LC移相電路等其它結構。根據該進相電路41，能夠消除或者降低在檢測輸出電流的過電流並進行反饋的系統中產生的過電流檢測信號的相位延遲。過電流檢測信號的相位延遲主要是起因於輸出濾波器15及過電流檢測電路19的常數、頻率特性等而產生的，例如約為IOii sec。其中，關於進相電路中的相位的進相程度，更優選設為考慮了直至檢測輸出電流的異常狀態並停止驅動信號為止的系統整體的信號延遲的時間量。另外，諧振電流檢測電路21通過輸出濾波器15的電容器14而具有進相功能，因而不需要特別設置進相電路。這樣通過設置具有進相功能的電路，能夠縮短過電流狀態的檢測時間，提高針對過電流的電路保護動作的響應特性。
在此，對數字放大器的熱設計基準進行說明。圖3是表示數字放大器與模擬放大器的熱設計基準的比較的輸出特性圖。在圖3的曲線圖中，橫軸表示輸出，縱軸表示損失。數字放大器與模擬放大器相比在整個輸出範圍中損失較小，但相對於輸出的損失基本上呈線性，隨著輸出増加(輸出電流増大)，損失増大。即，數字放大器的損失為(通常使用吋) (異常吋)。與此相對，模擬放大器的損失為(通常使用吋) (異常吋)，即使異常時的損失增大，與通常使用時相比也不會產生較大的差異。放大器的熱設計基準通常是根據通常使用時的損失進行設定的，井根據該熱設計基準確定散熱器尺寸等。在模擬放大器中，如果在通常使用時進行熱設計，則即使不考慮異常時也不會產生問題。但是，在數字放大器中，如果不充分考慮異常時而進行熱設計，則有時產生導致放大電路的故障等問題。但是，考慮異常時會使散熱器變大型，這在數字放大器的設計中是不期望的，因而在此假設採用設置電流限制電路進行發生過電流時的電流限制控制的結構的情況。在本 實施方式中具有如下的結構，根據過電流檢測及諧振電流檢測使驅動電路停止來進行電流限制控制，還在過電流檢測電路中追加進相電路來補償過電流檢測信號的相位延遲。由此，當在數字放大器的負載中產生過電流或者諧振電流吋，能夠縮短輸出電流的異常檢測的時間，儘可能地不停止輸出，並進行限制異常時的輸出電流的電流限制控制。下面，對發生過電流時的電流限制動作進行詳細說明。圖4是表示基於本實施方式的電流限制電路的放大器動作時的波形的動作波形圖。在圖4中，電流限制值是指基於在過電流檢測電路19中檢測異常狀態的預定值的電流限制用閾值的電流值。在輸出電流值由於負載的異常等而達到該電流限制值以上的情況下，驅動電路12的動作停止，不再流過該電流限制值以上的輸出電流。在此，在輸出電流值達到預定值以上的情況下，驅動電路12停止驅動信號，使開關元件Ql、Q2的開關動作停止。其中，在輸出電流值達到預定值以上的狀態下，驅動電路12持續停止動作。然後，在輸出電流值小於預定值的情況下，驅動電路12輸出驅動信號，使開關元件Q1、Q2的開關動作再次開始。因此，在檢測到異常狀態並進行電流限制動作時，作為基於電流限制電路的電流限制控制，以數字放大器的基準振蕩頻率(數字脈衝信號的基準振蕩頻率、開關元件的開閉頻率…例如400kHz)的I周期単位，驅動電路12實時地進行驅動信號的輸出/停止控制。由此，開關元件Q1、Q2反覆開關動作的開始(一方導通)/停止(雙方截止)。此時，如圖4中的放大圖所示，輸出電流以基準振蕩頻率的I周期単位(例如每隔周期T)呈鋸齒狀變動，電流值被限制為小於預定值。因此，不需停止來自開關元件Ql、Q2的輸出，即可儘可能地持續開關動作，並保護包括開關元件的放大電路。另外，驅動信號的輸出/停止控制也可以按照I周期內的任意定時進行輸出/停止控制，而非I周期単位。圖5 (A)、(B)是本實施方式的電流限制電路有無進相電路的輸出電流波形的比較圖，(A)表示不設置進相電路時的動作波形，(B)表示設置進相電路時的動作波形。在圖5(A)所示的不設置進相電路的情況下，將導致電流限制動作的開始由於過電流檢測信號的相位延遲而延遲。開關元件Q1、Q2根據基準振蕩頻率(例如在400kHz時是每隔2. 5usec)進行開關動作，因而在具有過電流檢測信號的相位延遲時不能馬上停止開關動作，不能進行實時的電流限制。在這種情況下，如利用符號a示出的那樣，在發生過電流後的較短期間中，輸出電流超過電流限制值，因而如果異常狀態持續，則將導致放大電路的故障等。如果考慮到該相位延遲而降低電流限制值，則產生輸出較早停止、頻繁進行電流限制動作等問題。與此相對，在圖5 (B)所示的設置進相電路的情況下(本實施方式)，能夠縮短過電流檢測時間，防止電流限制動作的開始相對於開關動作而延遲，實現實時的電流限制。在這種情況下，如利用符號P示出的那樣，自最初發生過電流起輸出電流不會達到電流限制值以上，能夠可靠地實施電流限制。下面，對發生諧振電流時的電流限制動作進行詳細說明。圖6是表示數字放大器的基本結構的電路圖。圖7是在放大器輸出部的低通濾波器中發生諧振時的放大電路的增益ー頻率特性圖。數字放大器的基本結構是具有輸入信號源51、放大電路52、低通濾波器53、揚聲器等負載54。在負載54為輕負載或者沒有負載時(負載電阻RL較小時)，由低通濾波器53的線圈L和電容器C構成的LC諧振電路進行諧振，放大 電路52進行振蕩。通常，發生這種諧振的諧振頻率fR根據低通濾波器53的常數而達到比超過可聽範圍的20kHz高的頻率。在本實施方式中，如果發生諧振電流時的輸出電流值達到預定值以上，則停止驅動電路的動作，並抑制諧振電流。在這種情況下，對於可聽範圍的頻率的過電流，基於過電流檢測的電流限制器進行動作，由此進行電流限制，對於超過可聽範圍的頻率的諧振電流，基於諧振電流檢測的電流限制器進行動作，由此進行諧振電流抑制。其中，發生諧振電流時的電流限制動作與上述發生過電流時的電流限制動作同樣是實時地進行電流限制。因此，其影響不會波及到可聽範圍的輸出，能夠抑制諧振電流。因此，即使是在由於負載的異常而產生諧振的情況下，也能夠儘可能地不停止輸出，並抑制諧振電流。圖8是表示與本實施方式的數字放大器的電路保護功能相關的第一動作示例的流程圖。在第一動作示例中，在數字放大器進行動作吋，由過電流檢測電路19進行輸出級的過電流檢測以及由諧振電流檢測電路21進行輸出級的諧振電流檢測(S11)。在此，根據過電流檢測值或者諧振電流檢測值是否達到預定值以上，切換發生過電流/諧振電流時有無數字放大器的電路保護動作(S12)。在輸出電流沒有異常、未檢測到預定值以上的過電流或者諧振電流的情況下，反覆Sll S12的動作。在過電流檢測值或者諧振電流檢測值達到預定值以上、並檢測到輸出電流的異常狀態的情況下，過電流檢測信號或者諧振電流檢測信號為高電平，驅動電路12的動作停止，開關元件Ql、Q2均截止(S13)。然後，根據過電流檢測值或者諧振電流檢測值是否達到預定值以上，切換驅動電路12的動作有無再次開始(S14)。在此，在過電流檢測值或者諧振電流檢測值達到預定值以上的情況下，驅動電路12持續停止動作。在過電流檢測值及諧振電流檢測值小於預定值的情況下，過電流檢測信號及諧振電流檢測信號為低電平，驅動電路12的動作再次開始，開關元件Q1、Q2的開關動作再次開始(S15)。並且，在數字放大器進行動作時，根據溫度檢測部28對開關元件Ql、Q2的溫度檢測值是否達到預定值以上，切換異常高溫時的數字放大器的有無電路保護動作(S16)。在開關元件Q1、Q2的溫度檢測值小於預定值、不是異常高溫狀態的情況下，反覆Sll S16的動作。在輸出電流的異常狀態持續等、開關元件Ql、Q2過度發熱而成為異常高溫狀態、溫度檢測值達到預定值以上的情況下，通過聯動控制部29的控制，繼電器16及輸入信號靜音部23聯動動作,執行繼電器斷開及輸入信號靜音(S17)。在繼電器16斷開並切斷了輸出信號路徑時，負載被切離而成為無負載狀態，因而更容易發生諧振。在本實施方式中，在發生諧振時驅動電路12及開關元件Q1、Q2也間歇地進行動作，並進行電流限制，因而如果諧振狀態持續，則開關元件Ql、Q2有可能達到異常高溫而損壞。因此，對繼電器16及輸入信號靜音部23進行聯動控制，使同時進行繼電器斷開及輸入信號靜音，由此使輸入輸出雙方停止，能夠防止諧振。另外，在圖8的流程圖中，將開關元件的溫度檢測(S16)設計在流程的最後，但也可以設計在剛剛起動後。這對於如下情況比較有效，即在開關元件Ql、Q2在初期由於器件不良等而發熱時，能夠迅速停止電路動作，而且不需進行異常電流檢測。圖9是表示與本實施方式的數字放大器的電路保護功能相關的第二動作示例的 狀態推移圖。在第二動作示例中，在數字放大器進行動作吋，由過電流檢測電路19進行輸出級的過電流檢測、由諧振電流檢測電路21進行輸出級的諧振電流檢測(S21)、以及由溫度檢測部28進行開關元件Q1、Q2的溫度檢測(S22)。在過電流檢測值及諧振電流檢測值正常且小於預定值的情況下，反覆S21的過電流檢測及諧振電流檢測。在溫度檢測值正常且小於預定值的情況下，反覆S22的溫度檢測。在過電流檢測值或者諧振電流檢測值達到預定值以上的情況下，過電流檢測信號或者諧振電流檢測信號為高電平,驅動電路12的動作停止,開關元件Q1、Q2截止(S23)。並且，繼續進行過電流檢測及諧振電流檢測(S24 )。在此，在過電流檢測值或者諧振電流檢測值達到預定值以上的情況下，反覆S24的過電流檢測及諧振電流檢測，驅動電路12的動作停止狀態持續。在過電流檢測值及諧振電流檢測值正常且小於預定值的情況下，過電流檢測信號及諧振電流檢測信號為低電平，驅動電路12的動作再次開始(S25)。然後，返回到S21的過電流檢測及諧振電流檢測，反覆進行相同的動作。在溫度檢測值達到預定值以上的情況下，通過聯動控制部29的控制，繼電器16及輸入信號靜音部23聯動動作，執行繼電器斷開及輸入信號靜音(S26 )。並且，繼續進行溫度檢測(S27 )。在此，在溫度檢測值達到預定值以上的情況下，反覆S27的溫度檢測，繼電器斷開及輸入信號靜音的狀態持續。在溫度檢測值正常且小於預定值的情況下，通過聯動控制部29的控制，解除繼電器16及輸入信號靜音部23的聯動動作，執行繼電器接通及靜音解除(S28)。然後，返回到S22的溫度檢測，反覆進行相同的動作。另外，也能夠以如下方式進行動作，即在S25的驅動電路12的動作再次開始後進入到S22的溫度檢測，在溫度檢測值達到預定值以上的情況下，處於S26的繼電器斷開及輸入信號靜音狀態，在溫度檢測值小於預定值的情況下，進入到S21過電流檢測及諧振電流檢測。下面，使用圖10和圖11說明將本實施方式的數字放大器應用於擴聲系統的情況。圖10是表示使用了本實施方式的數字放大器的擴聲系統的圖。擴聲系統將由傳聲器70集音的聲音信號通過線纜傳輸到混頻器71，再從混頻器71傳輸到數字放大器72，再從數字放大器72傳輸到揚聲器73，由此從揚聲器73將聲音信號擴聲到想要擴聲的擴聲空間中。並且，圖11表示本擴聲系統使用的數字放大器的結構。在圖11所示的結構中，與圖2的不同之處在於具有控制部80和LED81，以使諧振電流檢測電路21的輸出也輸入到控制部80，當諧振電流檢測電路21的輸出結果在控制部80中持續了預定時間的情況下，能夠在LED81進行顯示。在這種擴聲系統中，本發明的數字放大器72能夠檢測在揚聲器73的連接數量較少即所謂輕負載等時發生的諧振電流，但檢測的頻率也可以是如圖7所示的20kHz以上的非可聽範圍頻率頻帶。另外，在包括傳聲器70和揚聲器73的擴聲系統中公知來自揚聲器73的擴聲聲音再次經由傳聲器70被集音，由此在可聽範圍頻率頻帶中發生的振蕩頻率成為振鳴。與此相對，在如圖10所示傳聲器70和揚聲器73的線纜相互沿著彼此而布線時等，輸入輸出進行電氣/磁氣耦合而實施正反饋，引發振蕩。該振蕩被稱為系統振蕩，不像振鳴那樣能被人的耳朵聽到，因而被延遲檢測到，並經常成為導致混頻器71、數字放大器72及揚聲器73等的故障的原因。但是，根據本發明的數字放大器的諧振電流檢測電路21，也能夠ー並檢測發生系統振蕩的頻帶，因而在恆定地產生該諧振電流時，能夠判斷為發生了系統振蕩。因此，檢測諧振電流檢測電路21的輸出在控制部80或者未圖示的微處理器等中持續預定時間，在持續了預定時間的情況下使LED81點亮，由此能夠通知擴聲系統的使用者發生了系統振蕩。另外，控制部80也可以構成為在內部具有積分電路，如果該積分值達到預定值以上就使 LED81點亮。由此，使用者能夠得知系統振蕩的發生，並在混頻器71、數字放大器72及揚聲器73等發生故障之前採取適當的對策。另外，作為控制部80，只要能夠判斷檢測到檢測諧振電流檢測電路21的輸出持續預定時間即可，因而也可以採用定時器等。並且，LED81也可以設於數字放大器內，也可以設於擴聲系統中使用者容易看到的位置例如混頻器71，或者還可以在天花板、牆壁等設置LED或者警告燈等単體的發光體、或者液晶或有機EL等単體的顯示體。另外，在將來自各種音頻音源的聲音信號擴聲的情況下，也可以檢測系統振蕩來取代來自傳聲器70的聲音信號。如以上說明的那樣，在本實施方式中，在檢測用於進行電流限制控制的輸出電流的異常狀態的電路中設置檢測信號的進相電路，由此能夠加快異常狀態檢測時的響應，縮短檢測時間，快速且可靠地進行電流限制動作。在這種情況下，不需要進行假設了相位延遲的電流限制控制，因而在發生過電流等異常狀態時，能夠在進行電流限制的同時持續進行輸出，而不需馬上切斷輸出電流。由此，例如在將本實施方式的數字放大器適用於公務播放系統、緊急播放系統、擴聲系統等的情況下，能夠在放大電路完全發生故障之前持續進行動作並持續輸出聲首。並且，設置諧振電流檢測電路，根據流向輸出濾波器的電容器的電流檢測在輕負載時發生的放大器輸出部的輸出濾波器的諧振現象，通過該諧振電流檢測能夠進行電流限制。因此，對基於輸出部的諧振現象的過電流也能夠進行恰當的電流限制動作，並保護放大電路。即，在本實施方式中，能夠應對作為異常狀態的負載短路時等發生過電流時、和負載斷開時或者輕負載時等發生諧振時雙方的負載異常。在本實施方式的電流限制控制中，僅在檢測到異常狀態時停止驅動電路的輸出，其前級的PWM電路等正常進行動作，因而在恢復為正常狀態時再次開始動作不需要時間。因此，在異常狀態被解除時能夠迅速起動數字放大器使開始輸出。並且，設置聯動控制部進行輸出級的開關元件的溫度檢測，在溫度檢測值達到預定值以上的情況下，進行使輸出部的繼電器斷開、並且使輸入信號靜音的輸出停止的聯動控制。由此，在處於異常高溫狀態時停止輸入輸出雙方，能夠防止開關元件損壞。例如，在根據異常狀態檢測進行電流限制動作的狀態下，在負載變動而產生了過電流時等，能夠根據溫度檢測來停止輸出，並保護放大電路。這樣，根據本實施方式，能夠縮短導致輸出級的開關元件損壞的過電流及諧振電流的檢測時間，並且將輸出的停止控制在最小限度，能夠實施更恰當的電流限制動作。另外，關於本發明，在不脫離本發明的宗g及範圍的前提下，本領域技術人員根據說明書的記載及公知技術進行各種變更、應用，均是本發明的可以預測到的事項，且包含在要求保護的範圍之內。並且，也可以在不脫離本發明的宗g的範圍內對上述實施方式的各個構成要素進行任意組合。本發明依據於2010年2月8日提出申請的日本專利申請(日本特願2010 —033362)，其內容通過引用被包含於此。產業上的可利用性
本發明具有能夠縮短輸出電流的異常檢測的時間，儘可能地不停止輸出，在異常時保護放大電路的效果，例如能夠用作進行公務播放等中的聲音信號等的放大的數字放大
輿坐-nfr サ o標號說明11 PWM 電路12、31驅動電路13 線圈14電容器15輸出濾波器16繼電器17揚聲器18,20檢測電阻19過電流檢測電路21諧振電流檢測電路22、41進相電路23輸入信號靜音部24靜音電路25旁通電路26、27 開關28溫度檢測部29聯動控制部32反轉電路33、34光稱合器35、36 驅動器37開關元件38 NOR 電路42電容器43、44 電阻器
51輸入信號源52放大電路53低通濾波器
54 負載Q1、Q2開關元件
權利要求
1.一種數字放大器，對輸入信號進行D類放大，其特徵在於，具有 開關元件，根據基於所述輸入信號的數字脈衝信號的驅動信號進行開關動作； 驅動電路，向所述開關元件供給所述驅動信號； 輸出濾波器，包括與所述開關元件的輸出部連接的低通濾波器；以及異常狀態檢測部，被設於所述開關元件的輸出部，檢測來自所述開關元件的輸出電流的異常狀態，並輸出異常狀態檢測信號， 所述異常狀態檢測部具有使所述異常狀態檢測信號的相位超前的進相功能， 在根據所述異常狀態檢測信號檢測到輸出電流的異常狀態的情況下，所述驅動電路停止所述驅動信號，使所述開關元件的開關動作停止。
2.根據權利要求I所述的數字放大器，所述異常狀態檢測部具有過電流檢測電路，檢測來自所述開關元件的輸出電流中的預定值以上的過電流，並輸出過電流檢測信號作為所述異常狀態檢測信號；以及進相電路，使所述過電流檢測信號的相位超前。
3.根據權利要求I所述的數字放大器，所述異常狀態檢測部具有諧振電流檢測電路，檢測與在所述輸出濾波器發生諧振時的輸出電流相關的預定值以上的諧振電流，並輸出諧振電流檢測信號作為所述異常狀態檢測信號。
4.根據權利要求I所述的數字放大器，所述數字放大器具有 溫度檢測部，檢測所述開關元件或者其周圍的溫度； 輸出切斷部，切斷所述開關元件的輸出； 輸入信號靜音部，使所述輸入信號成為預定電平以下的無音狀態或者微小狀態；以及 聯動控制部，使所述輸出切斷部和所述輸入信號靜音部聯動動作， 在由所述溫度檢測部檢測到預定值以上的高溫狀態的情況下，所述聯動控制部使所述輸出切斷部和所述輸入信號靜音部聯動動作。
5.根據權利要求I所述的數字放大器，所述驅動電路通過反覆進行如下控制來進行所述開關元件的電流限制動作，所述控制為根據所述異常狀態檢測信號，在所述輸出電流為預定值以上的情況下停止所述驅動信號，使所述開關元件的開關動作停止，並且在所述輸出電流小於預定值的情況下輸出所述驅動信號，使再次開始所述開關元件的開關動作。
6.根據權利要求5所述的數字放大器，所述驅動電路在進行所述開關元件的電流限制動作時，在所述數字脈衝信號的基準振蕩頻率的I周期單位或者I周期單位內的任意定時輸出/停止所述驅動信號。
7.根據權利要求3所述的數字放大器，所述數字放大器具有控制部，該控制部判斷所述諧振電流檢測電路的諧振電流檢測信號被持續輸出預定時間，並且在持續輸出所述預定時間的情況下輸出表示該情況的信號。
全文摘要
本發明能夠縮短輸出電流的過電流及諧振電流的檢測時間，並且將輸出的停止控制在最小限度，進行更恰當的電流控制動作。數字放大器具有過電流檢測電路(19)，檢測開關元件(Q1、Q2)的輸出部的輸出電流中的預定值以上的過電流；進相電路(22)，使過電流檢測信號的相位超前；諧振電流檢測電路(21)，檢測與在輸出濾波器(15)發生諧振時的輸出電流相關的預定值以上的諧振電流。在根據過電流檢測信號或者諧振電流檢測信號檢測到輸出電流的異常狀態的情況下，驅動電路(12)停止驅動信號，使開關元件(Q1、Q2)的開關動作停止，由此進行電流限制動作。
文檔編號H03F1/52GK102859868SQ20118001021
公開日2013年1月2日 申請日期2011年2月4日 優先權日2010年2月18日
發明者菅原宙, 佐佐木壽幸, 庭山茂樹, 前田佳樹, 高野智臣 申請人:松下電器產業株式會社