JP2004254021A - Method for protecting amplifier, and semiconductor device provided with amplifier - Google Patents

Method for protecting amplifier, and semiconductor device provided with amplifier Download PDF

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JP2004254021A JP2003041419A JP2003041419A JP2004254021A JP 2004254021 A JP2004254021 A JP 2004254021A JP 2003041419 A JP2003041419 A JP 2003041419A JP 2003041419 A JP2003041419 A JP 2003041419A JP 2004254021 A JP2004254021 A JP 2004254021A
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power supply
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Ryosuke Inagaki
亮介 稲垣
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain a suspended state until a short-circuit state is removed by surely detecting the shor-circuit state of an amplifier and stopping (suspending) power supply, in short-circuit protection of the amplifier. <P>SOLUTION: The output potential of the amplifier is compared with a detection potential obtained by biasing a power source potential only by a prescribed value, and when the output potential reaches the detection potential, a comparison output is generated. When the comparison output is generated over a prescribed time or more, the operation power source of the amplifier is stopped. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力増幅器等の増幅器の出力側の短絡故障時の保護方法及び、短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
パソコン、PDA、PDC、携帯電話などの電子機器では、その出力側にスピーカアンプやヘッドホンアンプが設けられている。これらの電子機器の外部或いは内部でその出力端が電源電位点やグランド電位点に短絡した場合には、過電流が流れ、出力用のパワートランジスタなどが過熱し、破壊してしまうことになる。
【0003】
このような短絡故障を検出し、電子装置を保護するために、種々の保護方法がある。例えば、温度検出保護方法は、保護されるべき素子の近傍に温度検出素子を設けて、過電流に伴う温度上昇を検出し、所定値以上の温度に達したときに、その電子装置の電源を切断する等して保護を行う。また、電流検出保護方法は、保護すべき電流経路にフューズのような保護素子(例、ICプロテクタ)を設けて、過電流によりその保護素子を溶断する方法や、電流を検出して、所定値以上の電流が流れたときにその電子装置の電源を切断する等して保護する方法(特許文献1参照)がある。また、電圧検出保護方法は、保護すべき個所の電位を検出し、通常状態では発生しない電位状態を検出して短絡故障と判定し、その電子装置の電源を切断する等して保護する方法(特許文献2参照)がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−333528号公報
【特許文献2】
特開2001−339289号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の温度検出保護方法は、出力トランジスタなどの被保護素子の温度が異常な高温状態になった場合にその電源供給を停止(サスペンド)して保護するものであるから、短絡による過電流が発生してから実際に保護されるまでに時間を要する。この時間内に出力トランジスタが破壊することも少なくない。また、サスペンドが掛かると温度が低下し、サスペンドが解除されると、再び過電流が流れてしまう。このサスペンドとその解除が、異常となった原因が除去されるまで繰り返し行われて、その繰り返しストレスにより被保護素子が最終的には破壊に至るものも発生するようになる。
【0006】
また、電流検出保護方法のうち、ICプロテクタなどの保護素子を使用するものでは、一旦過電流が流れて溶断してしまうと再度使用することができないし、その価格も比較的高価である。一方、特許文献1のような、所定値以上の電流が流れたときにスイッチ手段をオフ状態にしてサスペンドするものでは、保護部品(ICプロテクタなど)を交換することなく何度でも使用することができるが、サスペンドにより過電流がなくなりサスペンドが解除され再び過電流が流れてしまう。このような状態を避けるためには、一旦サスペンドしたときはその状態を維持しておき、別途にサスペンド解除指令を与えて解除するように構成する必要がある。
【0007】
また、従来の特許文献2のような電圧検出保護方法は、通常状態では発生しない電位状態を検出して短絡故障と判定するから、電力増幅器等の増幅器のように出力信号が電源電位点やグランド電位点の近傍まで達するものの短絡保護には適用することができない。
【0008】
そこで、本発明は、増幅器の短絡状態を確実に検出して電源供給を停止(サスペンド)し、短絡状態が除去されるまではサスペンド状態を維持する増幅器の短絡保護方法及び、短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の増幅器の短絡保護方法は、増幅器の出力電位を第1電源電位から第1所定値だけ偏らせた第1検出電位及び第2電源電位から第2所定値だけ偏らせた第2検出電位と比較し、前記出力電位が前記第1検出電位或いは前記第2検出電位に達したときに比較出力を発生し、前記比較出力が所定時間以上に亙って発生されるときに、前記増幅器の動作電源を停止させることを特徴とする。
【0010】
請求項2の半導体装置は、動作電源が制御信号に応じて停止される増幅器と、前記増幅器の出力電位と第1電源電位から第1所定値だけ偏らせた第1検出電位及び第2電源電位から第2所定値だけ偏らせた第2検出電位とを比較し、前記出力電位が前記第1検出電位或いは前記第2検出電位に達したときに比較出力を発生する比較手段と、前記比較出力が発生されている間のみ、接続端子を介して外付けコンデンサを充電するための充電手段と、前記接続端子の電位が所定閾値に達した時点で前記制御信号を発生する停止制御手段と、を有することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の増幅器の短絡保護方法及び短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置の実施の形態について、図を参照して説明する。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置10の構成を示す図である。図2(a)、(b)は、本発明の動作を説明する図である。
【0013】
図1において、電力増幅器(以下、パワーアンプ)11は、第1電源電位(以下、単に電源電位)Vccと、第2電源電位(以下、グランド電位)Vgnd間の電圧により動作し、入力信号Vinを増幅して出力信号Voutを出力する。
なお、SPは、スピーカであり、電位Vcc/2を基準として、出力信号Voutにより駆動される。
【0014】
パワーアンプ11の出力部は、電源電位Vccとグランド電位Vgndとの間に直列に接続され、プッシュプルに駆動される2つのトランジスタを有しており、その直列接続点から出力信号Voutが取り出される。したがって、出力信号Voutは、トランジスタのオン抵抗と流れる電流とによる電圧降下はあるが、ほぼ電源電位Vccや、グランド電位Vgndに近い値まで振られる。
【0015】
第1比較器12−1は、出力信号Voutを電源電位Vccから偏位電圧Vthだけ低い第1閾値電位(Vcc−Vth)と比較し、出力信号Voutが第1閾値電圧より高くなると比較出力を発生する。第2比較器12−2は、出力信号Voutをグランド電位Vgndより偏位電圧Vthだけ高い第2閾値電位(Vth+Vgnd)と比較し、出力信号Voutが第2閾値電圧より低くなると比較出力を発生する。偏位電圧Vthは、電源電位Vcc点やグランド電位Vgnd点と出力信号Vout点とが短絡故障した場合(例、図1のF)に、その短絡インピーダンスによる電圧降下を見込んで、その大きさが設定される。
【0016】
統合回路13は、第1比較器12−1或いは第2比較器12−2のいずれかに比較出力が発生されると、充電回路14に起動信号を出力する。充電回路14は、スイッチと電流源を有しており、統合回路13からの起動信号がある間、外付けコンデンサCtを充電する。Rtは、放電抵抗である。なお、充電回路14にコンデンサCtの電荷を速やかに放電するための放電回路を設けてもよく、この場合には抵抗Rtは省略できる。
【0017】
サスペンド制御回路15は、コンデンサCtの充電電位が所定閾値に達すると出力信号を発生して、スイッチ回路16をオフする。スイッチ回路16は、パワーアンプ11を動作させるための動作電源をオン/オフするためのもので、サスペンド制御回路15の出力信号がある間はオフを継続する。定電流源19は、パワーアンプ11の動作上の基準電流源である。
【0018】
サーマルシャットダウン回路17は、パワーアンプ11の出力部の近傍に配置され、パワーアンプ11の出力部の温度を表す検出信号を発生してサスペンド制御回路18に供給する。サスペンド制御回路18は、供給される検出信号が所定閾値に達すると出力信号を発生して、やはりスイッチ回路16をオフする。このサーマルシャットダウン回路17、サスペンド制御回路18は、その検出の動作は電位検出によるものよりも遅いが、バックアップ保護用として設けられている。
【0019】
この図1の短絡保護回路付き増幅回路の動作を、図2(a)、(b)も参照して説明する。
【0020】
図2(a)、(b)は、パワーアンプ11から最大出力振幅で出力信号Voutが出力されている状態を示す図である。同図(a)は、負荷が重いとき、即ち出力電流が大きいときの特性図であり、この場合にはパワーアンプ11のトランジスタのオン抵抗と出力電流との積による電圧降下が大きくなる。したがって、この電圧降下が偏位電圧Vthよりも大きくなるので、第1比較器12−1及び第2比較器12−2からは、比較出力は発生しない。
【0021】
一方、同図(b)は、負荷が軽いとき、即ち出力電流が小さいときの特性図であり、この場合にはパワーアンプ11のトランジスタのオン抵抗と出力電流との積による電圧降下が小さい。したがって、この電圧降下が偏位電圧Vthよりも小さいので、出力信号Voutは第1閾値電位(Vcc−Vth)より高く、第2閾値電位(Vth+Vgnd)より低くなる時間が生じる。これらの時間の間は、第1比較器12−1及び第2比較器12−2から比較出力が発生される。
【0022】
これらの第1比較器12−1及び第2比較器12−2からの比較出力の継続時間は、パワーアンプ11で使用される周波数帯域中の最も低い周波数の半周期よりも必ず短い。したがって、コンデンサCtの充電が開始されてから、その充電電位がサスペンド制御回路15の所定閾値に達するまでの時間を、最も低い周波数の半周期、即ち比較出力の継続時間よりも長く設定する。この時間設定を行うことにより、出力信号Voutが最大出力振幅の場合に、第1比較器12−1及び第2比較器12−2からの比較出力が発生しても、サスペンド制御回路15は出力信号を発生することはなく、したがってスイッチ回路16はオフしない。よって、短絡故障と誤って判断することは避けられる。
【0023】
さて、出力信号Vout点が、電源電位Vcc点との間で、図1のFに示されるように、短絡故障が発生した場合を想定する。この場合には、電源電位Vcc点から出力信号Vout点を経由してパワーアンプ11の出力部のトランジスタを介して大きな短絡電流が流れる。
【0024】
偏位電圧Vthは、短絡故障時の短絡インピーダンスによる電圧降下を見込んで、その大きさが設定されている。したがって、出力信号Vout点の電位は、第1閾値電位(Vcc−Vth)よりも高くなる。
【0025】
そして、第1比較器12−1から比較出力が発生され、統合回路13を介して充電回路14が起動される。コンデンサCtが充電されて、その充電電位がサスペンド制御回路15の所定閾値に達すると、スイッチ回路16はオフされ、パワーアンプ11の動作は停止される。これにより、パワーアンプ11の出力部のトランジスタはオフされて、短絡電流は遮断される。したがって、パワーアンプ11の出力部のトランジスタを含めて、回路素子が短絡故障によって破壊することが防止できる。
【0026】
また、本発明では、パワーアンプ11の出力部のトランジスタはオフされて、短絡電流は遮断されても、出力信号Vout点の電位は依然として第1閾値電位(Vcc−Vth)よりも高い値にあるから、スイッチ回路16はオフを継続する。そして、短絡故障を取り除いたときに、自動的に通常の動作状態に復帰する。
【0027】
出力信号Vout点とグランド電位Vgnd点との間で、短絡故障が発生した場合も同様に動作する。
【0028】
このような短絡故障は、ノートパソコンなど折り畳み型電子機器の修理や調整の際などに、スピーカSPなどへの配線をボディケースの折り畳み部分で挟み込むことにより、しばしば発生する。この場合、本発明では、修理中に仮に短絡故障が発生しても適切に保護できるから、致命的な損傷を惹起することがない。したがって、本発明は、そのような折り畳み型電子機器に好適である。
【0029】
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置20の構成を示す図である。この第2の実施の形態では、スピーカSPを2つの反転型増幅器21−1、21−2を用いて、バランスド・タイド・ロード(BTL)駆動するようにしている。
【0030】
この図3では、第1パワーアンプ21−1は、入力信号Vinを反転増幅して第1出力信号Vout1を出力する。第2パワーアンプ21−2は、入力信号として第1出力信号Vout1を入力し反転増幅して第2出力信号Vout2を出力する。したがって、第1出力信号Vout1,第2出力信号Vout2は互いに逆位相の関係にあり、スピーカSPはより大振幅で駆動される。なお、抵抗器R1、R3は入力抵抗であり、抵抗器R2、R4は帰還抵抗である。
【0031】
また、第1出力信号Vout1点の電位を検出するために、第1比較器22−1、第2比較器22−2が設けられており、第2出力信号Vout2点の電位を検出するために、第3比較器22−3、第4比較器22−4が設けられている。
これら第1〜第4比較器22−1〜22−4の比較出力が統合回路23に供給される。
【0032】
この図3の統合回路23、充電回路24、サスペンド制御回路25、スイッチ回路26−1,26−2、サーマルシャットダウン回路27,サスペンド制御回路28、定電流源29−1,29−2は、それぞれ図1の統合回路13、充電回路14、サスペンド制御回路15、スイッチ回路16、サーマルシャットダウン回路17,サスペンド制御回路18、定電流源19に相当し、同様の作用を行う。また、図1におけると同一のものには、同じ記号を付している。
【0033】
この図3の、スピーカSPをBTL駆動する半導体装置20においても、第1出力信号Vout1点、第2出力信号Vout2点での、電源電位Vcc点或いはグランド電位Vgnd点への短絡故障に対して、第1の実施の形態と同様に、適切に保護を行うことができる。
【0034】
図4は、本発明の第3の実施の形態に係る短絡保護回路付き増幅回路を備えた半導体装置30の構成を示す図である。この第3の実施の形態では、2つのスピーカSP1、SP2を、それぞれBTL駆動するようにしている。このために、この図4では、図3と比較して、さらに第3パワーアンプ31−3、第4パワーアンプ31−4を設けている。
【0035】
第3パワーアンプ31−3は、第2入力信号Vin2を反転増幅して第3出力信号Vout3を出力する。第4パワーアンプ31−4は、入力信号として第3出力信号Vout3を入力し反転増幅して第4出力信号Vout4を出力する。したがって、第3出力信号Vout3,第4出力信号Vout4は互いに逆位相の関係にあり、スピーカSPはより大振幅で駆動される。なお、抵抗器R5、R7は入力抵抗であり、抵抗器R6、R8は帰還抵抗である。
【0036】
第1出力信号Vout1点〜第4出力信号Vout4点の電位を検出するために、第1の多入力比較器32−1及び第2の多入力比較器32−2を設けている。
【0037】
第1の多入力比較器32−1は、第1出力信号Vout1〜第4出力信号Vout4をそれぞれ正入力端子に入力し、第1閾値電圧(Vcc−Vth)を負入力端子に入力している。この第1の多入力比較器32−1は、第1出力信号Vout1〜第4出力信号Vout4のいずれか1つでも第1閾値電圧(Vcc−Vth)を越えたとき、比較出力を発生する。
第2の多入力比較器32−2は、第1出力信号Vout1〜第4出力信号Vout4をそれぞれ負入力端子に入力し、第2閾値電圧(Vth+Vgnd)を正入力端子に入力している。この第2の多入力比較器32−2は、第1出力信号Vout1〜第4出力信号Vout4のいずれか1つでも第2閾値電圧(Vth+Vgnd)を下回ったとき、比較出力を発生する。これら第1、第2の多入力比較器32−1、32−2は、図1、図3における比較器及び結合回路の機能を兼ねている。
【0038】
これら第1、第2の多入力比較器32−1、32−2の比較出力が充電回路34に供給される。
【0039】
この図4の充電回路34、サスペンド制御回路35、それぞれ図3の充電回路24、サスペンド制御回路25に相当し、同様の作用を行う。また、図1におけると同一のものには、同じ記号を付している。
【0040】
また、図4では、第1〜第4パワーアンプ31−1〜31−4をオン/オフ制御するスイッチ回路を具体的に示している。
【0041】
即ち、電源電位Vccとグランド電位Vgndとの間に、定電流源39−4とNPNトランジスタ(以下、NPN)39−2と抵抗器R9とを直列に接続し、またNPN39−3と抵抗器R10を直列接続する。NPN39−2のベースとNPN39−3のエミッタとを接続し、NPN39−2のコレクタとNPN39−3のベースとを接続する。また、NPN39−2のコレクタとグランド電位Vgndとの間にスイッチ用のNPN39−1を接続し、そのNPN39−1のベースにサスペンド制御回路35の出力信号を供給する。
【0042】
また、各パワーアンプ31−1〜31−4をオン/オフ制御するためのNPN36−1〜36−4と抵抗R11〜R14とを直列に各パワーアンプとグランド間に設ける。これらNPN36−1〜36−4のベースに抵抗器R10の電位を供給する。
【0043】
このようにスイッチ回路が構成されるから、NPN36−1〜36−4は、常時はオンしている。短絡故障が発生したときに、NPN36−1〜36−4は全てオフし、全パワーアンプ31−1〜31−4は動作を停止する。
【0044】
したがって、この図4の第3の実施の形態においても、第1、第2のの実施の形態と同様に、適切に短絡故障を保護することができる。また、多数のパワーアンプを備えるものにおいても、その短絡保護を共通して行うことができる。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば、増幅器の短絡故障を、出力電位と時間との併用により上下の電源電位近傍まで振れる出力信号と明確に区別して検出する。したがって、電源電位近傍まで振れる出力信号を発生する増幅器の短絡保護を、従来は困難であった電位検出により、行うことができる。
【0046】
また、短絡故障を出力電位で判別しているから、異常となった原因が除去されるまで、増幅器の動作電源は継続して停止される。したがって、従来のような、停止とその解除が繰り返されることはない。さらに、異常となった原因が除去されれば、増幅器は自動的に動作状態に復帰する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る増幅回路を備えた半導体装置10の構成図。
【図2】本発明の動作を説明する図。
【図3】第2の実施の形態に係る増幅回路を備えた半導体装置20の構成図。
【図4】第3の実施の形態に係る増幅回路を備えた半導体装置30の構成図。
【符号の説明】
10、20、30 増幅回路を備えた半導体装置
11、21−1、21−2、31−1〜31−4 パワーアンプ
12−1、12−2、22−1〜22−4 比較器
32−1、32−2 多入力比較器
13、23 統合回路
14、24、34 充電回路
15、18、25、28、35 サスペンド制御回路
16、26−1、26−2 スイッチ回路
17、27 サーマルシャットダウン回路
SP、SP1、SP2 スピーカ
Ct コンデンサ
Rt 抵抗
Vin、Vin1、Vin2 入力信号
Vout、Vout1〜Vout4 出力信号
Vcc 電源電位
Vgnd グランド電位
Vth 偏位電圧
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a protection method for a short-circuit fault on the output side of an amplifier such as a power amplifier, and a semiconductor device having an amplifier circuit with a short-circuit protection circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an electronic device such as a personal computer, a PDA, a PDC, and a mobile phone, a speaker amplifier and a headphone amplifier are provided on the output side. If the output terminal is short-circuited to a power supply potential point or a ground potential point inside or outside of these electronic devices, an overcurrent flows, and the power transistor for output or the like is overheated and destroyed.
[0003]
There are various protection methods for detecting such a short-circuit fault and protecting the electronic device. For example, in the temperature detection protection method, a temperature detection element is provided near an element to be protected, a temperature rise due to an overcurrent is detected, and when a temperature equal to or higher than a predetermined value is reached, a power supply of the electronic device is turned on. Protection is provided by cutting. The current detection and protection method includes a method in which a protection element such as a fuse (eg, an IC protector) is provided in a current path to be protected, and the protection element is blown by an overcurrent. There is a method of protecting the electronic device by cutting off the power supply of the electronic device when the above current flows (see Patent Document 1). The voltage detection and protection method detects a potential at a location to be protected, detects a potential state that does not occur in a normal state, determines that a short-circuit has occurred, and turns off the power of the electronic device to protect the electronic device ( See Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-333528 A [Patent Document 2]
JP 2001-339289 A
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional temperature detection protection method, when the temperature of a protected element such as an output transistor becomes abnormally high, the power supply is stopped (suspended) to protect the element. It takes time from the occurrence of the error until it is actually protected. It is not uncommon for the output transistor to break down during this time. Further, when the suspension is applied, the temperature decreases, and when the suspension is released, an overcurrent flows again. The suspension and its release are repeatedly performed until the cause of the abnormality is removed, and the repetitive stress may cause the protected element to eventually break down.
[0006]
Further, among the current detection and protection methods, those using a protection element such as an IC protector cannot be used again once the overcurrent flows and melts, and the price is relatively expensive. On the other hand, in a device such as Patent Document 1 in which the switch means is turned off when a current equal to or more than a predetermined value flows to suspend the device, the protection component (such as an IC protector) can be used many times without replacement. However, the suspension stops the overcurrent and the suspension is released and the overcurrent flows again. In order to avoid such a state, it is necessary to maintain the state once suspended and to cancel the suspension by separately giving a suspend release instruction.
[0007]
Further, in the conventional voltage detection and protection method as disclosed in Patent Literature 2, a short-circuit fault is determined by detecting a potential state that does not occur in a normal state. Although it reaches the vicinity of the potential point, it cannot be applied to short-circuit protection.
[0008]
Accordingly, the present invention provides a short-circuit protection method for an amplifier that reliably detects a short-circuit state of an amplifier, stops power supply (suspend), and maintains the suspended state until the short-circuit state is removed, and an amplifier with a short-circuit protection circuit. It is an object to provide a semiconductor device provided with a circuit.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
2. The method of claim 1, wherein the output potential of the amplifier is deviated from the first power supply potential by a first predetermined value and the second detection is deviated from the second power supply potential by a second predetermined value. A comparison output is generated when the output potential reaches the first detection potential or the second detection potential, and a comparison output is generated when the comparison output is generated for a predetermined time or more. The operation power supply is stopped.
[0010]
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the operation power supply is stopped in response to the control signal, and the output potential of the amplifier and the first detection potential and the second power supply potential deviated from the first power supply potential by a first predetermined value. A comparison means for comparing a second detection potential deviated from the first detection potential by a second predetermined value to generate a comparison output when the output potential reaches the first detection potential or the second detection potential; Only during the occurrence of, the charging means for charging the external capacitor via the connection terminal, and stop control means for generating the control signal when the potential of the connection terminal reaches a predetermined threshold, It is characterized by having.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device including a short-circuit protection method for an amplifier and an amplifier circuit with a short-circuit protection circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device 10 including an amplifier circuit with a short-circuit protection circuit according to a first embodiment of the present invention. 2A and 2B are diagrams for explaining the operation of the present invention.
[0013]
In FIG. 1, a power amplifier (hereinafter, power amplifier) 11 operates with a voltage between a first power supply potential (hereinafter, simply power supply potential) Vcc and a second power supply potential (hereinafter, ground potential) Vgnd, and an input signal Vin. And outputs an output signal Vout.
SP denotes a speaker, which is driven by the output signal Vout with reference to the potential Vcc / 2.
[0014]
The output section of the power amplifier 11 has two transistors connected in series between the power supply potential Vcc and the ground potential Vgnd and driven by push-pull, and an output signal Vout is taken out from the series connection point. . Therefore, although the output signal Vout has a voltage drop due to the on-resistance of the transistor and the flowing current, the output signal Vout swings to a value close to the power supply potential Vcc or the ground potential Vgnd.
[0015]
The first comparator 12-1 compares the output signal Vout with a first threshold potential (Vcc-Vth) lower than the power supply potential Vcc by the offset voltage Vth, and outputs a comparison output when the output signal Vout becomes higher than the first threshold voltage. appear. The second comparator 12-2 compares the output signal Vout with a second threshold potential (Vth + Vgnd) higher than the ground potential Vgnd by the offset voltage Vth, and generates a comparison output when the output signal Vout becomes lower than the second threshold voltage. . When the power supply potential Vcc point or the ground potential Vgnd point and the output signal Vout point are short-circuited (eg, F in FIG. 1), the deviation voltage Vth has a magnitude in consideration of a voltage drop due to the short-circuit impedance. Is set.
[0016]
When a comparison output is generated in either the first comparator 12-1 or the second comparator 12-2, the integration circuit 13 outputs a start signal to the charging circuit 14. The charging circuit 14 has a switch and a current source, and charges the external capacitor Ct while there is a start signal from the integrated circuit 13. Rt is a discharge resistance. The charging circuit 14 may be provided with a discharging circuit for quickly discharging the charge of the capacitor Ct. In this case, the resistor Rt can be omitted.
[0017]
When the charge potential of the capacitor Ct reaches a predetermined threshold, the suspend control circuit 15 generates an output signal and turns off the switch circuit 16. The switch circuit 16 is for turning on / off an operation power supply for operating the power amplifier 11, and is kept off as long as there is an output signal of the suspend control circuit 15. The constant current source 19 is a reference current source for the operation of the power amplifier 11.
[0018]
The thermal shutdown circuit 17 is arranged near the output of the power amplifier 11, generates a detection signal indicating the temperature of the output of the power amplifier 11, and supplies the signal to the suspend control circuit 18. When the supplied detection signal reaches a predetermined threshold, the suspend control circuit 18 generates an output signal, and also turns off the switch circuit 16. The thermal shutdown circuit 17 and the suspend control circuit 18 are provided for backup protection, although their detection operations are slower than those based on potential detection.
[0019]
The operation of the amplifier circuit with a short-circuit protection circuit of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).
[0020]
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a state where the output signal Vout is output from the power amplifier 11 at the maximum output amplitude. FIG. 6A is a characteristic diagram when the load is heavy, that is, when the output current is large. In this case, the voltage drop due to the product of the on-resistance of the transistor of the power amplifier 11 and the output current increases. Therefore, since this voltage drop becomes larger than the deviation voltage Vth, no comparison output is generated from the first comparator 12-1 and the second comparator 12-2.
[0021]
On the other hand, FIG. 6B is a characteristic diagram when the load is light, that is, when the output current is small. In this case, the voltage drop due to the product of the on-resistance of the transistor of the power amplifier 11 and the output current is small. Therefore, since this voltage drop is smaller than the deviation voltage Vth, a time period occurs in which the output signal Vout is higher than the first threshold potential (Vcc-Vth) and lower than the second threshold potential (Vth + Vgnd). During these times, the first comparator 12-1 and the second comparator 12-2 generate comparison outputs.
[0022]
The duration of the comparison output from the first comparator 12-1 and the second comparator 12-2 is always shorter than the half cycle of the lowest frequency in the frequency band used by the power amplifier 11. Therefore, the time from the start of charging of the capacitor Ct until the charging potential reaches the predetermined threshold value of the suspend control circuit 15 is set to be longer than the half cycle of the lowest frequency, that is, the duration of the comparison output. By performing this time setting, when the output signal Vout has the maximum output amplitude, even if the comparison output from the first comparator 12-1 and the second comparator 12-2 occurs, the suspend control circuit 15 outputs No signal is generated, so the switch circuit 16 does not turn off. Therefore, erroneous determination of a short-circuit failure can be avoided.
[0023]
Now, it is assumed that a short-circuit fault occurs between the point of the output signal Vout and the point of the power supply potential Vcc as shown in FIG. 1F. In this case, a large short-circuit current flows from the power supply potential Vcc through the output signal Vout via the transistor at the output of the power amplifier 11.
[0024]
The magnitude of the deviation voltage Vth is set in consideration of a voltage drop due to a short-circuit impedance at the time of a short-circuit failure. Therefore, the potential at the point of the output signal Vout becomes higher than the first threshold potential (Vcc-Vth).
[0025]
Then, a comparison output is generated from the first comparator 12-1, and the charging circuit 14 is activated via the integration circuit 13. When the capacitor Ct is charged and its charged potential reaches a predetermined threshold of the suspend control circuit 15, the switch circuit 16 is turned off and the operation of the power amplifier 11 is stopped. As a result, the transistor at the output of the power amplifier 11 is turned off, and the short-circuit current is cut off. Therefore, it is possible to prevent the circuit elements including the transistor at the output section of the power amplifier 11 from being destroyed due to the short-circuit failure.
[0026]
Further, in the present invention, even if the transistor at the output section of the power amplifier 11 is turned off and the short-circuit current is cut off, the potential of the output signal Vout point is still higher than the first threshold potential (Vcc-Vth). Therefore, the switch circuit 16 continues to be turned off. Then, when the short-circuit fault is removed, the normal operation state is automatically restored.
[0027]
The same operation is performed when a short circuit fault occurs between the output signal Vout point and the ground potential Vgnd point.
[0028]
Such a short-circuit failure often occurs when the wiring to the speaker SP or the like is sandwiched between the folded portions of the body case when repairing or adjusting a foldable electronic device such as a notebook computer. In this case, according to the present invention, even if a short-circuit failure occurs during the repair, it can be appropriately protected, so that no fatal damage is caused. Therefore, the present invention is suitable for such a foldable electronic device.
[0029]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device 20 including an amplifier circuit with a short-circuit protection circuit according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the speaker SP is driven by balanced tide load (BTL) using two inverting amplifiers 21-1 and 21-2.
[0030]
In FIG. 3, the first power amplifier 21-1 inverts and amplifies the input signal Vin and outputs a first output signal Vout1. The second power amplifier 21-2 receives the first output signal Vout1 as an input signal, inverts and amplifies the signal, and outputs a second output signal Vout2. Therefore, the first output signal Vout1 and the second output signal Vout2 have an opposite phase relationship, and the speaker SP is driven with a larger amplitude. Note that resistors R1 and R3 are input resistors, and resistors R2 and R4 are feedback resistors.
[0031]
In addition, a first comparator 22-1 and a second comparator 22-2 are provided to detect the potential at the first output signal Vout1 point, and to detect the potential at the second output signal Vout2 point. , A third comparator 22-3, and a fourth comparator 22-4.
The comparison outputs of the first to fourth comparators 22-1 to 22-4 are supplied to the integration circuit 23.
[0032]
The integrated circuit 23, charging circuit 24, suspend control circuit 25, switch circuits 26-1 and 26-2, thermal shutdown circuit 27, suspend control circuit 28, and constant current sources 29-1 and 29-2 in FIG. 1 corresponds to the integrated circuit 13, the charging circuit 14, the suspend control circuit 15, the switch circuit 16, the thermal shutdown circuit 17, the suspend control circuit 18, and the constant current source 19 in FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same symbols.
[0033]
In the semiconductor device 20 of FIG. 3 that drives the speaker SP by the BTL, the first output signal Vout1 and the second output signal Vout2 are short-circuited to the power supply potential Vcc point or the ground potential Vgnd point at the second output signal Vout2 point. As in the first embodiment, appropriate protection can be provided.
[0034]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device 30 including an amplifier circuit with a short-circuit protection circuit according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the two speakers SP1 and SP2 are each driven by BTL. For this purpose, FIG. 4 further includes a third power amplifier 31-3 and a fourth power amplifier 31-4 as compared with FIG.
[0035]
The third power amplifier 31-3 inverts and amplifies the second input signal Vin2 and outputs a third output signal Vout3. The fourth power amplifier 31-4 receives the third output signal Vout3 as an input signal, inverts and amplifies it, and outputs a fourth output signal Vout4. Therefore, the third output signal Vout3 and the fourth output signal Vout4 have an opposite phase relationship, and the speaker SP is driven with a larger amplitude. Note that resistors R5 and R7 are input resistors, and resistors R6 and R8 are feedback resistors.
[0036]
A first multi-input comparator 32-1 and a second multi-input comparator 32-2 are provided to detect potentials at the first output signal Vout1 to the fourth output signal Vout4.
[0037]
The first multi-input comparator 32-1 inputs the first output signal Vout1 to the fourth output signal Vout4 to the positive input terminal, and inputs the first threshold voltage (Vcc-Vth) to the negative input terminal. . The first multi-input comparator 32-1 generates a comparison output when any one of the first output signal Vout1 to the fourth output signal Vout4 exceeds the first threshold voltage (Vcc-Vth).
The second multiple-input comparator 32-2 inputs the first output signal Vout1 to the fourth output signal Vout4 to the negative input terminal, and inputs the second threshold voltage (Vth + Vgnd) to the positive input terminal. The second multi-input comparator 32-2 generates a comparison output when any one of the first output signal Vout1 to the fourth output signal Vout4 falls below the second threshold voltage (Vth + Vgnd). These first and second multi-input comparators 32-1 and 32-2 also have the functions of the comparator and the coupling circuit in FIGS.
[0038]
The comparison outputs of the first and second multi-input comparators 32-1 and 32-2 are supplied to the charging circuit 34.
[0039]
The charging circuit 34 and the suspend control circuit 35 in FIG. 4 correspond to the charging circuit 24 and the suspend control circuit 25 in FIG. 3, respectively, and perform the same operations. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same symbols.
[0040]
FIG. 4 specifically shows a switch circuit that controls on / off of the first to fourth power amplifiers 31-1 to 31-4.
[0041]
That is, a constant current source 39-4, an NPN transistor (hereinafter, NPN) 39-2 and a resistor R9 are connected in series between the power supply potential Vcc and the ground potential Vgnd, and the NPN 39-3 and the resistor R10 Are connected in series. The base of NPN 39-2 is connected to the emitter of NPN 39-3, and the collector of NPN 39-2 is connected to the base of NPN 39-3. The switch NPN 39-1 is connected between the collector of the NPN 39-2 and the ground potential Vgnd, and the output signal of the suspend control circuit 35 is supplied to the base of the NPN 39-1.
[0042]
Also, NPNs 36-1 to 36-4 for on / off control of the power amplifiers 31-1 to 31-4 and resistors R11 to R14 are provided in series between each power amplifier and the ground. The potential of the resistor R10 is supplied to the bases of the NPNs 36-1 to 36-4.
[0043]
Since the switch circuit is configured as described above, the NPNs 36-1 to 36-4 are always on. When a short-circuit fault occurs, NPNs 36-1 to 36-4 are all turned off, and all power amplifiers 31-1 to 31-4 stop operating.
[0044]
Therefore, also in the third embodiment shown in FIG. 4, short-circuit faults can be appropriately protected as in the first and second embodiments. In addition, short-circuit protection can be performed in common even in a device including a large number of power amplifiers.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, a short-circuit fault of an amplifier is detected by being clearly distinguished from an output signal which swings to near upper and lower power supply potentials by using both the output potential and time. Therefore, short-circuit protection of an amplifier that generates an output signal that swings to the vicinity of the power supply potential can be performed by potential detection, which has been conventionally difficult.
[0046]
Further, since the short-circuit failure is determined by the output potential, the operating power supply of the amplifier is continuously stopped until the cause of the abnormality is removed. Therefore, the stop and its release unlike the related art are not repeated. Further, when the cause of the abnormality is removed, the amplifier automatically returns to the operating state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor device 10 including an amplifier circuit according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a semiconductor device 20 including an amplifier circuit according to a second embodiment.
FIG. 4 is a configuration diagram of a semiconductor device 30 including an amplifier circuit according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30 Semiconductor devices 11, 21-1, 21-2, 31-1 to 31-4 provided with amplifier circuits Power amplifiers 12-1, 12-2, 22-1 to 22-4 Comparator 32- 1, 32-2 Multi-input comparators 13, 23 Integrated circuits 14, 24, 34 Charge circuits 15, 18, 25, 28, 35 Suspend control circuits 16, 26-1, 26-2 Switch circuits 17, 27 Thermal shutdown circuits SP, SP1, SP2 Speaker Ct Capacitor Rt Resistance Vin, Vin1, Vin2 Input signal Vout, Vout1 to Vout4 Output signal Vcc Power supply potential Vgnd Ground potential Vth Deviation voltage

Claims (2)

増幅器の出力電位を、第1電源電位から第1所定値だけ偏らせた第1検出電位及び第2電源電位から第2所定値だけ偏らせた第2検出電位と比較し、
前記出力電位が前記第1検出電位或いは前記第2検出電位に達したときに比較出力を発生し、
前記比較出力が所定時間以上に亙って発生されるときに、前記増幅器の動作電源を停止させることを特徴とする、増幅器の短絡保護方法。
Comparing the output potential of the amplifier with a first detection potential deviated from the first power supply potential by a first predetermined value and a second detection potential deviated from the second power supply potential by a second predetermined value;
Generating a comparison output when the output potential reaches the first detection potential or the second detection potential;
When the comparison output is generated for a predetermined time or more, the operation power supply of the amplifier is stopped, and a short-circuit protection method for the amplifier is provided.
動作電源が制御信号に応じて停止される増幅器と、
前記増幅器の出力電位と、第1電源電位から第1所定値だけ偏らせた第1検出電位及び第2電源電位から第2所定値だけ偏らせた第2検出電位とを比較し、前記出力電位が前記第1検出電位或いは前記第2検出電位に達したときに比較出力を発生する比較手段と、
前記比較出力が発生されている間のみ、接続端子を介して外付けコンデンサを充電するための充電手段と、
前記接続端子の電位が所定閾値に達した時点で前記制御信号を発生する停止制御手段と、を有することを特徴とする、半導体装置。
An amplifier whose operation power supply is stopped according to a control signal;
Comparing the output potential of the amplifier with a first detection potential deviated from a first power supply potential by a first predetermined value and a second detection potential deviated from a second power supply potential by a second predetermined value; Comparing means for generating a comparison output when the first detection potential or the second detection potential is reached;
Charging means for charging an external capacitor via a connection terminal only while the comparison output is being generated;
A stop control unit that generates the control signal when the potential of the connection terminal reaches a predetermined threshold.
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