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公開番号2021158521
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211007
出願番号2020056756
出願日20200326
発明の名称リミッタ回路
出願人新日本無線株式会社
代理人特許業務法人酒井国際特許事務所
主分類H03F 1/52 20060101AFI20210910BHJP(基本電子回路)
要約
【課題】負荷インピーダンスや出力LCフィルタの時定数によらず、過電流リミッタ動作時においても過度に音質を悪化させることなく再生を可能とするリミッタ回路を提供すること。
【解決手段】一実施形態に係るリミッタ回路は、電力増幅回路に供給される電圧をアッテネートするアッテネータ回路と、電力増幅回路の出力電流が基準電流値に到達した時の出力電流に基づいて第1の基準電圧値を発生し、第1の基準電圧値に基づいてアッテネータ回路を制御するアッテネータ制御回路と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力増幅回路に供給される電圧をアッテネートするアッテネータ回路と、
前記電力増幅回路の出力電流が基準電流値に到達した時の前記出力電流に基づいて第1の基準電圧値を発生し、前記第1の基準電圧値に基づいて前記アッテネータ回路を制御するアッテネータ制御回路と、
を備えたリミッタ回路。
続きを表示(約 560 文字)【請求項2】
前記アッテネータ制御回路は、
前記電力増幅回路の出力電流を電圧に変換し第1の電圧絶対値を出力する第1の絶対値回路と、
前記第1の電圧絶対値と第2の基準電圧値を比較する第1のコンパレータと、
前記電力増幅回路に供給される電圧に基づいて第2の電圧絶対値を出力する第2の絶対値回路と、
前記第1のコンパレータの出力信号に応答して、前記第2の電圧絶対値をラッチして前記第1の基準電圧値を出力する第1の電圧ラッチ回路と、
前記第2の電圧絶対値と、前記第1の電圧ラッチ回路からの前記第1の基準電圧値とを比較する第2のコンパレータを有し、
前記アッテネータ回路は、前記第2のコンパレータの出力信号に応答して、前記電力増幅回路に供給される前記電圧をアッテネートする、
請求項1に記載のリミッタ回路。
【請求項3】
前記第2のコンパレータは、前記第1の電圧絶対値が前記第2の基準電圧値より小さい場合には、前記第2の電圧絶対値と第3の基準電圧値とを比較し、前記第1の電圧絶対値が前記第2の基準電圧値より大きい場合には、前記第2の電圧絶対値と前記第1の電圧ラッチ回路からの前記第1の基準電圧値とを比較する、
請求項2に記載のリミッタ回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書等に開示の実施形態は、リミッタ回路に関する。
続きを表示(約 4,900 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、オーディオ向けパワーアンプICは、スピーカ保護のため過大な出力電圧を抑える出力電圧リミッタ、またIC自身を保護するため過大な出力電流を抑える出力電流リミッタを備えることが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第3562141号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の電流リミッタはアッテネータを使わないため、電流リミッタ動作時のオーディオ信号はクリップした波形となり、オーディオ特性悪化が顕著である。また、電流リミッタ動作時のオーディオ特性を改善するため、アッテネータを有する電圧リミッタを用いる技術がある。しかしながら、従来の電圧リミッタを用いる場合、出力電力が犠牲になる、安定したリミット値を得るのが困難である等の問題がある。
【0005】
本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、上記に鑑みてなされたものであって、負荷インピーダンスや出力LCフィルタの時定数によらず、過電流リミッタ動作時においても過度に音質を悪化させることなく再生を可能とするリミッタ回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の実施形態に係るリミッタ回路は、電力増幅回路に供給される電圧をアッテネートするアッテネータ回路と、前記電力増幅回路の出力電流が基準電流値に到達した時の前記出力電流に基づいて第1の基準電圧値を発生し、前記第1の基準電圧値に基づいて前記アッテネータ回路を制御するアッテネータ制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、負荷インピーダンスや出力LCフィルタの時定数によらず、過電流リミッタ動作時においても過度に音質を悪化させることなく再生を可能とするリミッタ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、第1の実施形態に係るリミッタ回路を有するパワーアンプ回路の構成を示した図である。
図2は、重負荷に接続された場合のリミッタ回路の動作を説明するための図である。
図3は、比較例に係るリミッタ回路を有するパワーアンプ回路を説明するための図である。
図4は、図3に示したパワーアンプ回路が有する電流リミッタ回路の一例を示した図である。
図5は、重負荷を接続した場合の比較例に係るリミッタ回路の動作を説明するための図である。
図6は、第2の実施形態に係るリミッタ回路を有するパワーアンプ回路の構成を示した図である。
図7は、軽負荷を接続した場合のリミッタ回路7の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照しながら、リミッタ回路の実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものして、重複する説明は適宜省略する。
【0010】
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るリミッタ回路1を有するパワーアンプ回路D1の構成を示した図である。図1に示した様に、パワーアンプ回路D1は、入力ノード3を介して入力電圧源2からの入力信号を入力する。パワーアンプ回路D1は、入力した信号を増幅してフィルタ4に出力する。パワーアンプ回路D1から出力された信号は、LCフィルタ等のフィルタ4、出力ノード5を介して負荷としてのスピーカ6に出力される。
【0011】
パワーアンプ回路D1は、リミッタ回路1、第1の電力増幅回路20を有する。リミッタ回路1は、アッテネータ回路10、電流検出回路21、アッテネータ制御回路30を有する。以下、アッテネータ回路10、第1の電力増幅回路20、電流検出回路21、アッテネータ制御回路30の構成について詳しく説明する。
【0012】
アッテネータ回路10は、第1の電力増幅回路20に供給される電圧を減衰(アッテネート)させる。アッテネータ回路10は、第1の抵抗101、第1のノード102、第1の電圧制御回路103を備える。第1の電圧制御回路103は、電圧に基づいて電圧制御抵抗の抵抗値を制御し、入力電圧信号を減衰させる。第1の電圧制御回路103は、減衰させた入力電圧信号を第1のノード102に出力し、第1のノード102が所定の基準電位より大きくならないように動作する。
【0013】
第1の電力増幅回路20は、入力信号を増幅しフィルタ4へ出力するパワーアンプである。
【0014】
電流検出回路21は、第1の電力増幅回路20の出力電流を検出する。電流検出回路21は、例えば、第1の電力増幅回路20の出力電流の一部を入力とするカレントミラー回路である。電流検出回路21は、検出した出力電流をアッテネータ制御回路30へ出力する。
【0015】
アッテネータ制御回路30は、第1の電力増幅回路20の出力電流が基準電流値に到達した時の出力電流に基づいて第1の基準電圧値を発生し、第1の基準電圧値に基づいてアッテネータ回路10を制御する。アッテネータ制御回路30は、第1の絶対値回路301、第1の基準電圧源303、第2のノード305、第1のコンパレータ306、第3のノード307、第2の絶対値回路310、第4のノード311、電圧ラッチ回路313、第2のコンパレータ315、第5のノード317、キャパシタ319、第6のノード320を備える。
【0016】
第1の絶対値回路301は、電流検出回路21によって検出された電流をI−V変換し、第1の電圧絶対値として第2のノード305を介して第1のコンパレータ306の一方の入力端子へ出力する。
【0017】
第1の基準電圧源303は、基準電圧V1(第2の基準電圧値の一例)を第1のコンパレータ306の他方の入力端子へ供給する。
【0018】
第1のコンパレータ306は、第1の絶対値回路301から出力される第1の電圧絶対値が基準電圧V1より大きくなるとハイレベル信号を出力する。第1のコンパレータ306から出力されたハイレベル信号は、第3のノード307を介して電圧ラッチ回路313へ出力される。
【0019】
なお、第1の基準電圧源303から供給される基準電圧V1は、第1の電力増幅回路20の出力電流(すなわち、電流検出回路21によって検出される出力電流)が目標とする出力電流リミット値に達した時に第3のノード307がハイレベルになるように(第1のコンパレータ306からハイレベル信号が出力されるように)設定される。
【0020】
第2の絶対値回路310は、第1の電力増幅回路20に供給される電圧に基づく第2の電圧絶対値を、第4のノード311を介して第2のコンパレータ315の一方の入力端子に供給する。
【0021】
電圧ラッチ回路313は、第1のコンパレータ306の出力信号に応答して、第2の絶対値回路310が出力する第2の電圧絶対値をラッチする。電圧ラッチ回路313は、ラッチした第2の電圧絶対値を、第1の基準電圧値として第5のノード317を介して第2のコンパレータ315の他方の入力端子に供給する。
【0022】
第2のコンパレータ315は、第2の絶対値回路310からの第2の電圧絶対値と、電圧ラッチ回路313からの第1の基準電圧値とを比較する。第2のコンパレータ315は、第2の絶対値回路310からの第2の電圧絶対値が電圧ラッチ回路313からの第1の基準電圧値より大きくなると、ハイレベル信号を出力する。第2のコンパレータ315から出力されたハイレベル信号は、キャパシタ319による位相制御を受け、第6のノード320を介してアッテネータ回路10の第1の電圧制御回路103に出力される。
【0023】
第1の電圧制御回路103は第2のコンパレータ315から出力されたハイレベル信号に応答して、電圧制御抵抗の抵抗値を制御し、入力電圧信号を減衰させる。すなわち、第2の絶対値回路310から出力される第2の電圧絶対値が電圧ラッチ回路313から出力される第1の基準電圧値よりも大きい場合、第2のコンパレータ315からの制御信号により第1の電圧制御回路103を制御する。第1の電圧制御回路103は、入力電圧信号を減衰させて第1のノード102に出力することで、第2の絶対値回路310から出力される第2の電圧絶対値が電圧ラッチ回路313から出力される第1の基準電圧値よりも大きくならないように制御する。
【0024】
電圧ラッチ回路313から出力される第1の基準電圧値は、第1の電力増幅回路20の出力電流が目標とする出力電流リミット値に達したタイミングにおいて、電圧ラッチ回路313によりラッチされた第2の電圧絶対値である。従って、第1の電力増幅回路20の出力電流を基準とする瞬間値であるため時定数の影響を受けにくいものなっている。
【0025】
次に、第1の実施形態に係るリミッタ回路の動作を説明する。
【0026】
図2は、重い負荷6(例えば2Ω等の低抵抗)に接続された場合のリミッタ回路1の動作を説明するための図である。すなわち、図2(a)は、入力ノード3における電圧波形(入力電圧波形)と、出力ノード5における電圧波形(出力電圧波形)とを、それぞれ実線と破線とで示している。図2(b)は、第1の電力増幅回路20の出力電流Ioutの電流波形を示している。図2(c)は、第1の基準電圧源303の基準電圧V1(第2の基準電圧値)と、第2のノード305における電圧波形(第1の電圧絶対値の波形)とを示している。図2(d)は、第5のノード317における電圧波形(第1の基準電圧)と、第4のノード311における電圧波形(第2の電圧絶対値の波形)とを示している。図2(e)は、第6のノード320における電圧波形(第2のコンパレータ315の出力波形)を示している。
【0027】
図2(b)に示した様に、第1の電力増幅回路20の出力電流が時刻t1において出力電流リミット値ILに到達した場合を想定する。係る場合、図2(d)に示した様に、時刻t1において第2のコンパレータ315からの出力信号により第6のノード320の電圧が上昇する。第1の電圧制御回路103は、この第2のコンパレータ315からの出力信号に応答して動作し入力電圧を減衰させる。
【0028】
第1の電圧制御回路103の動作に連動して、図2(a)に示した様に、出力電圧波形は、時刻t1以降において、入力電圧波形に比して減衰された波形となる。出力電圧波形の減衰に連動し、図2(c)に示した様に、第1の絶対値回路301が出力する第1の電圧絶対値は第1の基準電圧源303の基準電圧V1よりも低くなる。また、第1の電圧絶対値の変化に連動して、時刻t1以降において、第2の絶対値回路310が出力する第2の電圧絶対値は、電圧ラッチ回路313によってラッチされた第2の電圧絶対値よりも低くなる。
【0029】
以上の一連の動作は、第1の電力増幅回路20の出力電流が時刻t1において出力電流リミット値ILに到達する都度実行される。
【0030】
図3は、比較例に係るリミッタ回路8を有するパワーアンプ回路D3を説明するための図である。図4は、図3に示したパワーアンプ回路D3が有する電流リミッタ回路9の一例を示した図である。
(【0031】以降は省略されています)

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