JP2003158429A - Class-d power amplifier - Google Patents

Class-d power amplifier

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JP2003158429A
JP2003158429A JP2001354786A JP2001354786A JP2003158429A JP 2003158429 A JP2003158429 A JP 2003158429A JP 2001354786 A JP2001354786 A JP 2001354786A JP 2001354786 A JP2001354786 A JP 2001354786A JP 2003158429 A JP2003158429 A JP 2003158429A
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JP
Japan
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voltage
output
bipolar transistor
output fet
class
Prior art date
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Application number
JP2001354786A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirosuke Sato
博亮 佐藤
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a class-D power amplifier which is suitable for a super woofer composed of inexpensive discrete components. SOLUTION: The class-D power amplifier 10 is provided with output FET drive circuits 1 and 2 which drive between positive and negative power sources with switching input signals S+/S-, a bootstrap circuit 4, and an output LPF 3 and further provided with an additional circuit 11 composed of a high- dielectric-strength PNP bipolar transistor Q3 which performs voltage-current converting operation for a switching voltage output, generated by passing S+ through a logic circuit Q9, in an invariably active area, a high-speed PNP bipolar transistor Q4, a Zener diode D2 which is connected between its emitter and an output end V0 on the source side of a Q1, a capacitor C1 and a diode D3 which are connected between an emitter of the Q4 and the ground in series, a resistance R5 which is connected between the emitter of the Q4 and the ground in parallel to a capacitor C1 and a diode D3 which are in series, a resistance R5 which is connected to C1 in parallel, and a diode D1 which is connected between the bases of a Q5 and a Q6 of the drive circuit 1 of the D2 and the Q1.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、D級電力増幅器に
関し、特にスーパーウーファー等で使用されるD級電力
増幅器の出力FETドライブ回路に関する。 【0002】 【従来の技術】スーパーウーファー等で使用される従来
のオーディオ用のD級電力増幅器の出力FET(Field
Effect Transistor)ドライブ回路としては、(イ)図
4の回路図のD級電力増幅器20に示されるような、2
つの出力FETをPチャネル出力FETQ0とNチャネ
ル出力FETQ2のコンプリメンタリー構成にして、そ
れぞれプラス側スイッチング入力信号S+、マイナス側
スイッチング入力信号S−を入力とする汎用CMOSロ
ジック回路Q9、Q10の各出力電圧で電流増幅トラン
ジスタのNPNトランジスタQ5及びPNPトランジス
タQ6、NPNトランジスタQ7及びPNPトランジス
タQ8を交互に駆動してPチャネル出力FETQ0とN
チャネル出力FETQ2の各ゲートGの電荷を充放電さ
せてスイッチングする構成や、(ロ)図5の回路図のD
級電力増幅器30に示されるような、プラス側にもNチ
ャネル出力FETQ1を使用し、コンデンサC2とダイ
オードD4で構成されたブートストラップ回路4により
プラス電源+VDDよりさらに高い電圧を作り、この電
圧で高耐圧高速スイッチング素子Qxをプラス側スイッ
チング入力信号S+を入力とする汎用CMOSロジック
回路Q9の出力電圧でON/OFFさせ、プラス側出力
FETのNチャネルFETQ1のゲートG1側のNPN
トランジスタQ5とPNPトランジスタQ6を駆動させ
てQ1のゲートG1を充放電させてスイッチングする構
成が採用されていた。 【0003】なお、符号3は出力ローパスフィルタ(出
力LPF)であり、Vはロジック回路Q9、Q10用
電源であり、Vはブートストラップ回路4用の電源で
ある。 【0004】図5における出力FETQ1、Q2の出力
端電圧(+側出力FETQ1のソース電圧)の電圧振幅
は±数十ボルト(規模の大きなスーパーウーファーでは
±50Vに至る。)になり、Qxには−VSSから+V
DD+Vまで非常に大きな電圧を高速でスイングしな
ければならないので高耐圧高速スイッチング素子とする
必要性があるのである。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記(イ)のD級電力
増幅器20の出力FETドライブ回路の問題点は、PO
WER MOS FETのNチャネル/Pチャネルを比
較した場合、一般的にPチャネルの方がON抵抗、スイ
ッチングスピード、電極間容量などの性能を上げづら
く、また非常に高価(電流容量が同程度のNチャネルM
OS FETと比較して2倍〜3倍の価格)である。し
たがって、出力FETをコンプリメンタリー構成にする
と出力FETドライブ回路を簡単化できる反面、全体と
しては高コストな構成となる。 【0006】また、上記(ロ)のD級電力増幅器30の
出力FETドライブ回路1、2の問題点は、プラス側出
力FETQ1にNチャネルを使用しているので、全体の
コストを押さえられる反面、出力端電圧(プラス側出力
FETQ1のソース電圧)を+VDD電圧(プラス側F
ETQ1のドレイン電圧)に飽和させるために+V
よりさらに高い電圧をプラス側出力FETQ1のゲート
G1に発生させる必要があり、ブートストラップ回路4
の追加等により回路構成は複雑になる。この点、図5の
Qxを含めた出力FETドライブ回路は現在IC化され
ていて非常に高価であり、オーディオ用のD級電力増幅
器として提供されている訳でもないので不必要な回路も
付加されてスーパーウーファーのD級電力増幅器として
利用するには余り適さない。一方、図5のドライブ回路
をディスクリート部品で構成すると、一般的に高耐圧高
速素子Qxはバイポーラトランジスタでは製造が難し
く、結果的に回路が複雑化したり、高価な素子を使用す
ることになって安定性やコスト面で好ましくない。 【0007】本発明はスーパーウーファー等で使用され
るD級電力増幅器の出力FETドライブ回路の上記問題
点に鑑みてなされたものであり、高耐圧高速素子Qxを
使用しないで低コストなディスクリート電子部品による
出力FETドライブ回路を提供するものである。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明は、+電源+V
DDにドレインが接続されたプラス側Nチャネル出力F
ETQ1と、−電源−VSSにソースが接続されたマイ
ナス側Nチャネル出力FETQ2と、前記プラス側Nチ
ャネル出力FETQ1及びマイナス側Nチャネル出力F
ETQ2の各ゲートG1、G2をプラス側スイッチング
入力信号S+またはマイナス側スイッチング入力信号S
−によってそれぞれドライブするNPN/PNPバイポ
ーラトランジスタQ5、Q6を備えるプラス側の出力F
ETドライブ回路1及びマイナス側の出力FETドライ
ブ回路2と、を備えるD級電力増幅器において、前記プ
ラス側の出力FETドライブ回路1に、プラス側スイッ
チング入力信号S+をロジック回路Q9に通したスイッ
チング電圧出力を常時能動領域で電圧電流変換動作する
高耐圧PNPバイポーラトランジスタQ3と、前記高耐
圧PNPバイポーラトランジスタQ3のコレクタにベー
スが接続されてバイアス抵抗R4によりバイアス電圧が
与えられる高速NPNバイポーラトランジスタQ4と、
前記高速NPNバイポーラトランジスタQ4のエミッタ
と前記プラス側Nチャネル出力FETQ1のソース側の
出力端間に接続されたツェナーダイオードD2と、前記
高速NPNバイポーラトランジスタQ4のエミッタと接
地間に直列接続されたコンデンサC1及びダイオードD
3と、前記コンデンサC1と並列接続された抵抗R5
と、前記ツェナーダイオードD2と前記NPN/PNP
バイポーラトランジスタQ5、Q6のベース間に接続さ
れたダイオードD1と、を設けたことを特徴とするD級
電力増幅器10を提供することにより、上記課題を達成
する。 【0009】 【発明の実施の形態】本発明に係るD級電力増幅器の実
施の形態について図面に基づいて説明する。 【0010】図1は本発明に係るD級電力増幅器の回路
図例である。 【0011】図2は上記D級電力増幅器のプラス側出力
NチャネルFETQ1がONからOFFする瞬間の電流
の流れを示す回路図である。 【0012】図3は上記D級電力増幅器のプラス側Nチ
ャネル出力FETQ1がOFFでマイナス側Nチャネル
出力FETQ2がONの状態継続時の電流の流れを示す
回路図である。 【0013】先ず、本発明は前提として、前述の図5の
D級電力増幅器30が基になっており、プラス側Nチャ
ネル出力FETQ1のドライブ回路用にもう一つ付加電
源を作り、汎用の高耐圧PNPバイポーラトランジスタ
Q3と(低耐圧の)汎用の高速NPNバイポーラトラン
ジスタQ4を組み合わせることで、Q1のゲートドライ
ブ回路を高耐圧高速素子Qxを使用しないで構成する。 【0014】詳細には、図1に示されるように、本発明
に係るD級電力増幅器10は、図5のD級電力増幅器3
0と同様に、+電源+VDDにドレインが接続されたプ
ラス側Nチャネル出力FETQ1と、−電源−VSS
ソースが接続されたマイナス側Nチャネル出力FETQ
2と、前記プラス側Nチャネル出力FETQ1及びマイ
ナス側Nチャネル出力FETQ2の各ゲートG1、G2
をプラス側スイッチング入力信号S+またはマイナス側
スイッチング入力信号S−によってそれぞれドライブす
る電流増幅トランジスタのNPN/PNPバイポーラト
ランジスタQ5、Q6を備えるプラス側の出力FETド
ライブ回路1及びNPN/PNPバイポーラトランジス
タQ7、Q8を備えるマイナス側の出力FETドライブ
回路2と、ブートストラップ回路4と、出力LPF3
と、を備えており、且つ上記に加えて、破線で囲まれた
付加回路11、即ち、プラス側の出力FETドライブ回
路1に、プラス側スイッチング入力信号S+をCMOS
ロジック回路Q9に通したスイッチング電圧出力を抵抗
R1、R2で分圧してベースに入力する手段とエミッタ
に挿入された抵抗R3により常時能動領域で電圧電流変
換動作する汎用の高耐圧PNPバイポーラトランジスタ
Q3と、前記高耐圧PNPバイポーラトランジスタQ3
のコレクタにベースが接続されてバイアス抵抗R4によ
りバイアス電圧が与えられる(低耐圧の)汎用の高速N
PNバイポーラトランジスタQ4と、前記高速NPNバ
イポーラトランジスタQ4のエミッタと前記プラス側N
チャネル出力FETQ1のソース側の出力端V間に接
続された補助電圧発生のためのツェナーダイオードD2
と、前記高速NPNバイポーラトランジスタQ4のエミ
ッタと接地間に直列接続された補助電源のコンデンサC
1及び補助電圧放電防止のためのダイオードD3と、前
記コンデンサC1と並列接続された抵抗R5と、前記ツ
ェナーダイオードD2と前記NPN/PNPバイポーラ
トランジスタQ5、Q6のベース間に接続されたQ6飽
和防止のためのダイオードD1と、で構成された付加回
路11が設けられている。 【0015】以下、本回路の動作を説明すると、前提と
して、プラス側スイッチング入力信号S+とマイナス側
スイッチング入力信号S−は予めそれぞれのMOSロジ
ック回路Q9、Q10に適した電圧にレベルシフトされ
て入力される。図1の回路では、S+、S−それぞれが
逆位相のパルス入力で正規の出力が得られる。入力信号
S+、S−のスイッチングパルスはQl、Q2の同時O
Nが起こらない様に予め設定されたタイミングの違いを
設けられている。 【0016】マイナス側Nチャネル出力FETQ2のス
イッチングは従来回路と同様にCMOSロジック回路Q
10の電圧出力によってドライブ回路2の電流増幅トラ
ンジスタQ7、Q8を交互にON/OFFして行われ
る。 【0017】一方、プラス側Nチャネル出力FETQ1
のスイッチングの動作は、先ず、ロジック回路Q9の出
力パルス電圧をQ3によって電流パルスに変換する。こ
の電流パルスはR4によってQ4のエミッタ電圧を基準
とした電圧にレベルシフトされ、Q4をON/OFFさ
せる。また、R1、R2、R3はQ9の出力電圧がH/
Lいずれの値を取ってもQ3が能動領域で動作する様
に、具体的にはQ9の出力がLでQ3のコレクタ電流が
最大の時、Q3のエミッタ−コレクタ間電圧が十分開い
ており、またQ9の出力がHの時でもQ3のコレクタ電
流が0になっていない状態に設定する(設定例:Q9の
出力HのときQ3コレクタ電流が0.lmA、Q9の出
力LのときQ3コレクタ電流が2.0mAに設定する。
R4を1KΩに設定しておけばQ9の出力がLの時Q3
エミッタ−ベース電圧は、2.0mA×lKΩ≧0.6
Vとなり、したがってQ4はQ9出力によってON/O
FFできる。)。上記Q3を能動領域で動作させる理由
は、Q3はスイッチング速度の低速な高耐圧トランジス
タを使用する必要があるが、一般的なトランジスタはス
イッチング速度が遅いものでも能動領域で動作させると
早い反応速度を十分確保できるからである。 【0018】ちなみに、Q4には飽和させてもスピード
が落ちない低耐圧の高速スイッチングトランジスタを使
用する。そして低耐圧トランジスタであればこのような
物が比較的安価に入手できるのである。 【0019】なお、同様の手法で低速度のNPN高耐圧
トランジスタを能動領域で使い、図5の従来回路30に
使用することが考えられるが、この手法ではON状態で
は必ずコレクタ−エミッタ電圧を残す必要があるため、
プラス側Nチャネル出力FETQ1のゲートG1電圧を
十分下げられないことと、定電流動作のためドライブ力
が弱くスピードが上がらない理由のため現実的でない。 【0020】次に、図2において、Q4のエミッタ電圧
はQlをONからOFFさせる時、Qlのソース電圧
(この時は+VDDとなっている)より十分低い電圧に
する必要がある。これはロジック回路Q9及びQ3によ
る電流変換回路が、+VDDを上位電圧とした回路であ
ること、およびスイッチングスピードを確保するためQ
3を飽和させないためである。このQ4のエミッタ電圧
はQ1、Q2による出力端電圧VからD2、Cl、R
5、D3によって作られる。Q1がON時にはQ1ソー
スからツェナーダイオードD2、R5、D3へと電流が
流れ、R5の両端の電圧(Qlのソース電圧=+VDD
からD2のツェナー電圧VZ約15Vを引いた電圧)が
Cl(例えば0.01μF)にチャージされる。 【0021】今、CMOSロジック回路Q9がHからL
になり、Q3のコレクタ電流が増加すると、矢印Y1の
ようにQ4のベースからエミッタ、C1へと電流が流れ
Q4はONになる。 【0022】Q4のコレクタはQ6のベースに接続され
ているので、矢印Y2、Y3のようにQ6はQ1のゲー
トチャージ電荷を急速に放電させるためQlはONから
OFFとなる。 【0023】次に、図3において、D1はQ1の電荷を
Q6が放電させた後、Q6が飽和してしまうのを防止す
る(飽和させない理由は前述と同)目的で挿入されてい
る。このあと(この時間的な遅れは前述したスイッチン
グ入力信号S+、S−の予め設定されたタイミングの違
いによる。)、マイナス側Nチャネル出力FETQ2が
OFFからONとなり、Ql、Q2の出力端電圧V
+VDDから−VSSとなる。この時点でもQ4はON
のままであるが、そのベース電流はD3がOFFとなっ
ているため矢印Y4のようにQ4のエミッタを通りD2
からQ2のドレインさらに−VSSと流れる。つまり、
Clにチャージされた電力は出力をHからLにする瞬間
だけ使用され、一旦出力がLになると電力消費はR5に
よる放電だけになる。 【0024】したがって、ここで消費される電力は極め
てわずかであり、素子の小型化ができる。なお、D3が
無い(ショート)と出力がLになっている間にClに貯
えられた電荷が急激に放電してしまい省電力化の点で好
ましくない。 【0025】Q1をOFFからONにするには、マイナ
ス側スイッチング入力信号S−をLからHに切り替え、
Q2をONからOFFした後、プラス側スイッチング入
力信号S+をHからLに切り替えてQ4がONからOF
Fとなると、ブートストラップ用電源Vからブートス
トラップ回路4を流れた電流が抵抗R10によってQ5
をOFFからONにし、Q1のゲートをチャージするた
めQlはONとなり、Qlのソース電圧は上昇する。こ
のQ1のソース電圧の上昇に伴い、ブートストラップ回
路4の出力電圧が上昇するため、結果的にQ1は飽和し
てソース電圧は+VDDとなる。 【0026】以上から判るように、上記高速NPNバイ
ポーラトランジスタQ4のコレクタ−エミッタ間にはV
+VからV−V(ツェナーダイオードD2のツ
ェナー電圧)の電圧がかかってくるのみなので、V
10V、V=15Vとすると、概ね25V以上の耐圧
があればよいことになり、低耐圧の高速NPNバイポー
ラトランジスタが適用できるのである。そして低耐圧高
速素子は汎用されていて一般的に安価なため、全体とし
て低コストな出力FETドライブ回路をディスクリート
部品で比較的簡単に構成できる。追加されたコンデンサ
C1による電源はプラス側Nチャネル出力FETQ1を
ターンオフさせる瞬間以外はほとんど電力を消費しない
ため、それぞれの素子の電力容量も押さえることがで
き、省電力化、小型化が図れることになる。 【0027】 【発明の効果】本発明に係るD級電力増幅器は、上記の
ように低コストな汎用の高耐圧PNPバイポーラトラン
ジスタと高速NPNバイポーラトランジスタとのディス
クリート素子の組み合わせによってプラス側Nチャネル
出力FETのゲートドライブ回路が構成されているた
め、高耐圧高速素子を使用しない安価なD級電力増幅器
が構成できるという優れた効果を有する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a class D power amplifier, and more particularly to an output FET drive circuit of a class D power amplifier used in a super woofer or the like. 2. Description of the Related Art An output FET (Field) of a conventional audio class D power amplifier used in a super woofer or the like.
Effect Transistor) drive circuits include (A) a 2D power amplifier as shown in the class D power amplifier 20 in the circuit diagram of FIG.
Each output FET has a complementary configuration of a P-channel output FET Q0 and an N-channel output FET Q2, and outputs voltages of general-purpose CMOS logic circuits Q9 and Q10 to which a plus-side switching input signal S + and a minus-side switching input signal S- are respectively input. The NPN transistor Q5 and the PNP transistor Q6 of the current amplifying transistor, the NPN transistor Q7 and the PNP transistor Q8 are alternately driven to drive the P channel output FETs Q0 and N
A configuration for switching by charging and discharging the charge of each gate G of the channel output FET Q2, and (b) D in the circuit diagram of FIG.
As shown in the class power amplifier 30, an N-channel output FET Q1 is also used on the plus side, and a bootstrap circuit 4 composed of a capacitor C2 and a diode D4 produces a voltage higher than the plus power supply + V DD , and this voltage The high-voltage high-speed switching element Qx is turned on / off by the output voltage of the general-purpose CMOS logic circuit Q9 which receives the plus-side switching input signal S +, and the NPN on the gate G1 side of the N-channel FET Q1 of the plus-side output FET
A configuration has been adopted in which the transistor Q5 and the PNP transistor Q6 are driven to charge and discharge the gate G1 of Q1 to perform switching. [0003] Reference numeral 3 denotes an output low-pass filter (output LPF), V L is the power supply for the logic circuit Q9, Q10, V B is the power of the bootstrap circuit 4. The voltage amplitude of the output terminal voltages of the output FETs Q1 and Q2 in FIG. 5 (the source voltage of the positive side output FET Q1) is ± several tens of volts (up to ± 50 V in a large scale super woofer), and Qx is -V SS to + V
Since DD + V must swing at high speed very large voltage to B it is there is a need to a high-voltage high-speed switching element. [0005] The problem of the output FET drive circuit of the class D power amplifier 20 described in (a) is that the PO
When comparing the N-channel / P-channel of the WER MOS FET, the P-channel is generally more difficult to improve the performance such as the ON resistance, the switching speed, the inter-electrode capacitance, and very expensive (N-channel having the same current capacity). Channel M
(Two to three times the price compared to the OS FET). Therefore, if the output FET is configured to have a complementary configuration, the output FET drive circuit can be simplified, but the overall configuration becomes expensive. The problem of the output FET drive circuits 1 and 2 of the class D power amplifier 30 described in (b) above is that the N-channel is used for the plus side output FET Q1, so that the overall cost can be suppressed. The output terminal voltage (the source voltage of the plus side output FET Q1) is changed to + VDD voltage (the plus side F
In order to saturate the drain voltage) of ETQ1 + V D D
It is necessary to generate an even higher voltage at the gate G1 of the plus side output FET Q1, and the bootstrap circuit 4
The circuit configuration becomes complicated due to the addition of the above. In this regard, the output FET drive circuit including the Qx in FIG. 5 is currently integrated into a IC and is very expensive. Since it is not provided as a class D power amplifier for audio, unnecessary circuits are also added. It is not very suitable for use as a class D power amplifier for super woofers. On the other hand, if the drive circuit of FIG. 5 is composed of discrete components, it is generally difficult to manufacture the high-voltage high-speed element Qx with a bipolar transistor, resulting in a complicated circuit and the use of expensive elements, resulting in a stable operation. It is not preferable in terms of performance and cost. The present invention has been made in view of the above problems of an output FET drive circuit of a class D power amplifier used in a super woofer and the like, and is a low-cost discrete electronic component without using a high withstand voltage high speed element Qx. To provide an output FET drive circuit. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a + power supply + V
Positive N-channel output F with drain connected to DD
And ETQ1, - power supply -V source is connected to the negative side N-channel output FETQ2 the SS, the plus-side N-channel output FETQ1 and negative side N-channel output F
The gates G1 and G2 of the ETQ2 are connected to the positive switching input signal S + or the negative switching input signal S.
-Plus output F comprising NPN / PNP bipolar transistors Q5, Q6 respectively driven by
In a class D power amplifier including an ET drive circuit 1 and a negative output FET drive circuit 2, a switching voltage output that passes a positive switching input signal S + to a logic circuit Q9 is supplied to the positive output FET drive circuit 1. A high-voltage PNP bipolar transistor Q3 which constantly performs a voltage-current conversion operation in an active region; a high-speed NPN bipolar transistor Q4 having a base connected to the collector of the high-voltage PNP bipolar transistor Q3 and supplied with a bias voltage by a bias resistor R4;
A Zener diode D2 connected between the emitter of the high-speed NPN bipolar transistor Q4 and the source-side output terminal of the plus-side N-channel output FET Q1, and a capacitor C1 connected in series between the emitter of the high-speed NPN bipolar transistor Q4 and ground; And diode D
3 and a resistor R5 connected in parallel with the capacitor C1.
The Zener diode D2 and the NPN / PNP
The object described above is achieved by providing a class D power amplifier 10 comprising a diode D1 connected between the bases of bipolar transistors Q5 and Q6. An embodiment of a class D power amplifier according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an example of a circuit diagram of a class D power amplifier according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing the flow of current at the moment when the plus-side output N-channel FET Q1 of the class D power amplifier changes from ON to OFF. FIG. 3 is a circuit diagram showing a current flow when the plus-side N-channel output FET Q1 of the class D power amplifier is OFF and the minus-side N-channel output FET Q2 is ON. First, the present invention is based on the premise that the class D power amplifier 30 shown in FIG. 5 described above is used, and another additional power supply is made for a drive circuit for the positive side N-channel output FET Q1, and By combining the breakdown voltage PNP bipolar transistor Q3 and the (low breakdown voltage) general-purpose high-speed NPN bipolar transistor Q4, the gate drive circuit of Q1 is configured without using the high breakdown voltage high-speed element Qx. More specifically, as shown in FIG. 1, the class D power amplifier 10 according to the present invention comprises the class D power amplifier 3 shown in FIG.
0 Similarly, the positive side N-channel output FETQ1 having a drain connected to the + power supply + V DD, - power supply -V source connected to SS negative side N-channel output FETQ
2 and the gates G1, G2 of the plus-side N-channel output FET Q1 and the minus-side N-channel output FET Q2.
Output FET drive circuit 1 and NPN / PNP bipolar transistors Q7, Q8, which comprise NPN / PNP bipolar transistors Q5, Q6 of current amplifying transistors, respectively, which are driven by the plus side switching input signal S + or the minus side switching input signal S-. The output FET drive circuit 2 on the negative side, the bootstrap circuit 4, and the output LPF 3
In addition to the above, the additional circuit 11 surrounded by a broken line, that is, the plus side switching input signal S + is supplied to the plus side output FET drive circuit 1 by the CMOS.
Means for dividing the switching voltage output passed through the logic circuit Q9 by the resistors R1 and R2 and inputting the divided voltage to the base, and a general-purpose high-breakdown-voltage PNP bipolar transistor Q3 which always performs a voltage-current conversion operation in the active region by means of the resistor R3 inserted in the emitter; The high voltage PNP bipolar transistor Q3
The collector is connected to the base, and a bias voltage is applied by a bias resistor R4.
A PN bipolar transistor Q4; an emitter of the high-speed NPN bipolar transistor Q4;
Zener diode for connecting auxiliary voltage generated between the output terminal V 0 which source side of channel output FET Q1 D2
And an auxiliary power supply capacitor C connected in series between the emitter of the high-speed NPN bipolar transistor Q4 and ground.
1 and a diode D3 for preventing auxiliary voltage discharge, a resistor R5 connected in parallel with the capacitor C1, and a Q6 for preventing saturation of Q6 connected between the Zener diode D2 and the bases of the NPN / PNP bipolar transistors Q5 and Q6. And an additional circuit 11 composed of a diode D1 for the purpose. The operation of this circuit will be described below. It is premised that the plus side switching input signal S + and the minus side switching input signal S- are level-shifted in advance to voltages suitable for the respective MOS logic circuits Q9 and Q10 and input. Is done. In the circuit of FIG. 1, a normal output is obtained by pulse input of S + and S− having opposite phases. The switching pulses of the input signals S + and S- are simultaneously output of Q1 and Q2.
There is provided a preset timing difference so that N does not occur. The switching of the negative side N-channel output FET Q2 is performed by the CMOS logic circuit Q
The operation is performed by alternately turning on / off the current amplifying transistors Q7 and Q8 of the drive circuit 2 by the voltage output of 10. On the other hand, the positive side N-channel output FET Q1
In the switching operation of (1), first, the output pulse voltage of the logic circuit Q9 is converted into a current pulse by Q3. This current pulse is level-shifted by R4 to a voltage based on the emitter voltage of Q4, and turns ON / OFF Q4. Further, R1, R2, and R3 have the output voltage of Q9 of H /
Regardless of the value of L, Q3 operates in the active region. Specifically, when the output of Q9 is L and the collector current of Q3 is maximum, the voltage between the emitter and collector of Q3 is sufficiently open. In addition, even when the output of Q9 is H, the collector current of Q3 is not set to 0 (setting example: When the output of Q9 is H, the collector current of Q3 is 0.1 mA, and when the output of Q9 is L, the collector current of Q3 is Q3). Is set to 2.0 mA.
If R4 is set to 1KΩ, the output of Q9 is L and Q3
The emitter-base voltage is 2.0 mA × 1 KΩ ≧ 0.6
V, so Q4 is ON / O by Q9 output
FF is possible. ). The reason for operating the above-mentioned Q3 in the active region is that it is necessary to use a high breakdown voltage transistor having a low switching speed for the Q3, but a general transistor having a low switching speed has a high reaction speed when operated in the active region. It is because it can secure enough. By the way, a low-voltage high-speed switching transistor which does not decrease in speed even when saturated is used for Q4. Such low-voltage transistors can be obtained relatively inexpensively. It is conceivable to use a low-speed NPN high-breakdown-voltage transistor in the active region by the same method and use it in the conventional circuit 30 shown in FIG. 5, but this method always leaves the collector-emitter voltage in the ON state. Need to
It is not practical because the voltage of the gate G1 of the positive side N-channel output FET Q1 cannot be sufficiently reduced and the driving force is weak due to the constant current operation and the speed cannot be increased. Next, in FIG. 2, the emitter voltage of Q4 needs to be sufficiently lower than the source voltage of Q1 (in this case, + VDD ) when turning off Q1 from ON. This is because the current conversion circuit by the logic circuits Q9 and Q3 is a circuit in which + VDD is a higher voltage, and Q
This is because 3 is not saturated. Emitter voltage of the Q4 from the output terminal voltage V 0 by Q1, Q2 D2, Cl, R
5, made by D3. When Q1 is ON, a current flows from the Q1 source to the Zener diodes D2, R5, and D3, and the voltage across R5 (source voltage of Q1 = + V DD)
(A voltage obtained by subtracting a Zener voltage VZ of about 15 V from D2) to Cl (for example, 0.01 μF). Now, when the CMOS logic circuit Q9 changes from H to L
When the collector current of Q3 increases, a current flows from the base of Q4 to the emitter and C1 as indicated by arrow Y1, and Q4 turns ON. Since the collector of Q4 is connected to the base of Q6, Q6 rapidly discharges the gate charge of Q1 as indicated by arrows Y2 and Y3, so that Q1 changes from ON to OFF. Next, in FIG. 3, D1 is inserted for the purpose of preventing Q6 from saturating after Q6 discharges the charge of Q1 (the reason for not saturating is the same as described above). After this (this time delay is due to the previously set timing difference between the switching input signals S + and S−), the negative-side N-channel output FET Q2 turns from OFF to ON, and the output terminal voltages V1 of Q1 and Q2. 0 is the -V SS from + V DD. Q4 is still ON at this point
However, since D3 is OFF, its base current passes through the emitter of Q4 and D2
Flowing through the drain further -V SS of Q2 from. That is,
The power charged to Cl is used only at the moment when the output is changed from H to L, and once the output becomes L, the power consumption is only discharge by R5. Therefore, the power consumed here is extremely small, and the size of the device can be reduced. If D3 is absent (short), the charge stored in Cl is rapidly discharged while the output is L, which is not preferable in terms of power saving. To switch Q1 from OFF to ON, the minus side switching input signal S- is switched from L to H,
After Q2 is turned off from ON, the plus side switching input signal S + is switched from H to L and Q4 is turned on from OF
If the F, current flowing through the bootstrap circuit 4 from the power source V B for bootstrapping by the resistor R10 Q5
Is turned on from off, and the gate of Q1 is charged, so that Ql is turned on and the source voltage of Ql rises. As the source voltage of Q1 increases, the output voltage of bootstrap circuit 4 increases. As a result, Q1 saturates, and the source voltage becomes + VDD . As can be seen from the above, V is applied between the collector and the emitter of the high-speed NPN bipolar transistor Q4.
Since only the voltage of V 0 −V Z (the zener voltage of the zener diode D2) is applied from 0 + V B , V B =
10V, when the V Z = 15V, generally will be sufficient if more than a breakdown voltage 25V, is the high-speed NPN bipolar transistor of low breakdown voltage can be applied. Since the low-voltage high-speed element is widely used and generally inexpensive, a low-cost output FET drive circuit as a whole can be relatively easily constituted by discrete components. Since the power supply by the added capacitor C1 consumes almost no power except at the moment when the plus-side N-channel output FET Q1 is turned off, the power capacity of each element can be suppressed, and power saving and miniaturization can be achieved. . As described above, the class-D power amplifier according to the present invention has a plus-side N-channel output FET by combining discrete low-cost high-voltage PNP bipolar transistors and high-speed NPN bipolar transistors. Has an excellent effect that an inexpensive class D power amplifier that does not use a high-voltage high-speed element can be configured.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係るD級電力増幅器の回路図例であ
る。 【図2】上記D級電力増幅器のプラス側出力Nチャネル
FETQ1がONからOFFする瞬間の電流の流れを示
す回路図である。 【図3】上記D級電力増幅器のプラス側Nチャネル出力
FETQ1がOFFでマイナス側Nチャネル出力FET
Q2がONの状態継続時の電流の流れを示す回路図であ
る。 【図4】従来のオーディオ用のコンプリメンタリー構成
のD級電力増幅器の回路図である。 【図5】従来のオーディオ用の2つのNチャネル出力F
ETで構成されたD級電力増幅器の回路図である。 【符号の説明】 1、2 出力FETドライブ回路 3 出力LPF 4 ブートストラップ回路 10、20、30 D級電力増幅器 C1 補助電源用コンデンサ Q0 Pチャネル出力FET Q1 プラス側Nチャネル出力FET Q2 マイナス側Nチャネル出力FET Q3 高耐圧PNPトランジスタ Q4 (低耐圧)高速NPNトランジスタ Q5、Q6、 プラス側の電流増幅トランジスタ Q7、Q8 マイナス側の電流増幅トランジスタ Q9、Q10 CMOSロジック回路 Qx 高耐圧高速スイッチング素子 R1〜R10 抵抗 V 出力端電圧 V ブートストラップ回路の電源 V ロジック回路用電源 D1 Q6飽和防止ダイオード D2 ツェナーダイオード D3 補助電圧放電防止ダイオード
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram example of a class D power amplifier according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing a current flow at the moment when a plus-side output N-channel FET Q1 of the class D power amplifier is turned from ON to OFF. FIG. 3 is a diagram showing a case where the plus side N-channel output FET Q1 of the class D power amplifier is OFF and the minus side N-channel output FET
FIG. 10 is a circuit diagram showing a current flow when Q2 is in an ON state. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional class D power amplifier having a complementary configuration for audio. FIG. 5 shows two N-channel outputs F for conventional audio.
FIG. 3 is a circuit diagram of a class D power amplifier constituted by ET. [Description of Signs] 1, 2 Output FET drive circuit 3 Output LPF 4 Bootstrap circuit 10, 20, 30 Class D power amplifier C1 Auxiliary power supply capacitor Q0 P-channel output FET Q1 Positive N-channel output FET Q2 Negative N-channel Output FET Q3 High voltage PNP transistor Q4 (Low voltage) High speed NPN transistor Q5, Q6, plus current amplifier transistor Q7, Q8 Negative current amplifier transistor Q9, Q10 CMOS logic circuit Qx High voltage high speed switching element R1-R10 Resistance V 0 output voltage V B bootstrap circuit of the power supply V L logic circuit power source D1 Q6 saturated preventing diode D2 zener diode D3 auxiliary voltage discharge preventing diode

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Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 +電源にドレインが接続されたプラス側
Nチャネル出力FETと、−電源にソースが接続された
マイナス側Nチャネル出力FETと、前記プラス側Nチ
ャネル出力FET及びマイナス側Nチャネル出力FET
の各ゲートをプラス側スイッチング入力信号またはマイ
ナス側スイッチング入力信号によってそれぞれドライブ
するNPN/PNPバイポーラトランジスタを備えるプ
ラス側の出力FETドライブ回路及びマイナス側の出力
FETドライブ回路と、を備えるD級電力増幅器におい
て、前記プラス側の出力FETドライブ回路に、プラス
側スイッチング入力信号をロジック回路に通したスイッ
チング電圧出力を常時能動領域で電圧電流変換動作する
高耐圧PNPバイポーラトランジスタと、前記高耐圧P
NPバイポーラトランジスタのコレクタにベースが接続
されてバイアス抵抗によりバイアス電圧が与えられる高
速NPNバイポーラトランジスタと、前記高速NPNバ
イポーラトランジスタのエミッタと前記プラス側Nチャ
ネル出力FETのソース側の出力端間に接続されたツェ
ナーダイオードと、前記高速NPNバイポーラトランジ
スタのエミッタと接地間に直列接続されたコンデンサ及
びダイオードと、前記コンデンサと並列接続された抵抗
と、前記ツェナーダイオードと前記NPN/PNPバイ
ポーラトランジスタのベース間に接続されたダイオード
と、を設けたことを特徴とするD級電力増幅器。
Claims: 1. A positive N-channel output FET having a drain connected to a positive power supply, a negative N-channel output FET having a source connected to a negative power supply, and the positive N-channel output FET. And negative side N-channel output FET
A class D power amplifier comprising: a plus side output FET drive circuit and a minus side output FET drive circuit including NPN / PNP bipolar transistors for driving each of the gates by a plus side switching input signal or a minus side switching input signal, respectively. A high withstand voltage PNP bipolar transistor which always performs a voltage-current conversion operation in a positive active region on a switching voltage output obtained by passing a plus side switching input signal through a logic circuit to the plus side output FET drive circuit;
A high-speed NPN bipolar transistor having a base connected to the collector of the NP bipolar transistor and supplied with a bias voltage by a bias resistor, and connected between an emitter of the high-speed NPN bipolar transistor and a source-side output terminal of the plus-side N-channel output FET; A Zener diode, a capacitor and a diode connected in series between the emitter of the high-speed NPN bipolar transistor and ground, a resistor connected in parallel with the capacitor, and a connection between the Zener diode and the base of the NPN / PNP bipolar transistor. A class D power amplifier comprising: a diode;
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006319711A (en) * 2005-05-13 2006-11-24 Kyosan Electric Mfg Co Ltd Gate drive circuit

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