JP2007336731A - Overcurrent protective circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気回路を過電流から保護する過電流保護回路に関する。 The present invention relates to an overcurrent protection circuit that protects an electric circuit from overcurrent.
例えば、低周波増幅器が内蔵された集積回路(IC:Integrated Circuit)を実装した装置を構成する際に、低周波増幅器の出力端子を電源、接地電位及びその他の端子に誤って短絡してしまう可能性がある。そのような場合、低周波増幅器の出力トランジスタに流れる電流が正常時より過大となり、ICが破壊されるといった不都合が生じ得る。そこで、ICに過電流保護回路を内蔵することが行われている。 For example, when configuring a device with an integrated circuit (IC) with a built-in low-frequency amplifier, the output terminal of the low-frequency amplifier can be accidentally shorted to the power supply, ground potential, and other terminals. There is sex. In such a case, the current flowing through the output transistor of the low-frequency amplifier becomes larger than that in the normal state, which may cause a disadvantage that the IC is destroyed. Therefore, an overcurrent protection circuit is built in the IC.
図3は、従来の過電流保護回路を備えた低周波増幅器の回路図である。過電流保護回路は、低周波増幅器の出力トランジスタQ1,Q2それぞれに流れる電流を、トランジスタQ5,Q6を用いたカレントミラー回路を利用して検出し、それらの合計電流I1が所定の閾値電流I4にまで上昇すると、出力トランジスタQ1,Q2のバイアス電流を制御して、I1が更に増加することを防止する。 FIG. 3 is a circuit diagram of a low-frequency amplifier having a conventional overcurrent protection circuit. The overcurrent protection circuit detects the currents flowing through the output transistors Q1 and Q2 of the low frequency amplifier using a current mirror circuit using the transistors Q5 and Q6, and the total current I1 becomes a predetermined threshold current I4. Is increased, the bias currents of the output transistors Q1 and Q2 are controlled to prevent further increase of I1.
過電流保護回路は、トランジスタQ9、保護制御回路2及び基準電流回路4からなる。合計電流I1はnpnトランジスタQ9のベースへ向けて流れ込む。基準電流回路4は出力電流I4の定電流源を入力側に備えたカレントミラー回路であり、当該カレントミラー回路の出力側のトランジスタQ11のコレクタがQ9のベースに接続される。Q9は保護制御回路2の動作をオン/オフするスイッチの機能を有し、正常時にはオフ状態にある。正常状態では、電流I1はQ11のコレクタに流れ、基準電流回路4のカレントミラー回路の出力側経路に流れる電流となる。電流I1がI4より小さい場合は、基準電流回路4がI1の全てを吸収することができるため、Q9はオフ状態に保たれるが、異常接続等によりI1が増加してI4に達すると、ベース電圧が上昇してQ9はオン状態となる。
The overcurrent protection circuit includes a transistor Q9, a
保護制御回路2は、Q9がオンとなると、例えば、低周波増幅器の増幅回路6の動作を制御して、Q1,Q2のバイアス電流を操作し、Q1,Q2に流れる電流の合計値I1がI4を超えないように制御する。
When Q9 is turned on, for example, the
図4はこの過電流保護回路を備えた低周波増幅器の出力電流の変化を示すグラフである。また、同図には保護制御回路2の動作状態を示すグラフが併記されている。出力端子OUTの短絡等の異常接続が発生すると出力トランジスタQ1又はQ2に流れる電流が増加し、出力端子OUTに流れる出力電流IOUTが増加する。これに対応してI1がI4に応じた制限値に達する。すると、保護制御回路2が動作して、IOUTがI4を超えないように制御する抑制動作が開始される(時刻t1)。出力電流IOUTがI4より小さくなるとQ9はオフ状態に復帰し、過電流保護回路による抑制動作は解除される(時刻t2)。
FIG. 4 is a graph showing changes in the output current of the low frequency amplifier provided with this overcurrent protection circuit. In the same figure, a graph showing the operation state of the
例えば、低周波増幅器では、通常の使用状態においても、大音量となる瞬間には比較的大きな出力電流が流れ得る。過電流保護回路の電流制限値I4は、このような正常な使用状態で生じ得る大電流に対して抑制動作をしないように或る程度のマージンを設けて設定される。そのため、電流制限値は比較的大きくなり得る。その電流制限値では、保護対象の回路が直ちに破壊されることは回避され得るが、その状態が長く持続すると、発熱等による回路の破壊や劣化を招く可能性があるという問題があった。 For example, in a low-frequency amplifier, a relatively large output current can flow at the moment when the volume is high even in a normal use state. The current limit value I4 of the overcurrent protection circuit is set with a certain margin so as not to suppress the large current that may occur in such a normal use state. Therefore, the current limit value can be relatively large. With this current limit value, it can be avoided that the circuit to be protected is immediately destroyed, but there is a problem in that if the state continues for a long time, the circuit may be destroyed or deteriorated due to heat generation or the like.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、異常接続等が直ちに解消されない場合などにおいても、回路の破壊や劣化が防止される過電流保護回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an overcurrent protection circuit that prevents the circuit from being destroyed or deteriorated even when an abnormal connection or the like is not immediately resolved. .
本発明に係る過電流保護回路は、対象回路に流れる制御対象電流を検出する電流検出回路と、基準電流を生成する基準電流回路と、前記制御対象電流の電流値が前記基準電流の電流値を超えないように前記対象回路を制御する抑制動作を行う制御回路と、を有し、前記対象回路を過電流から保護するものであって、前記基準電流回路が、前記基準電流として、第1電流値の電流と当該第1電流値より低い第2電流値の電流とのいずれを出力するかを切り替え可能に構成され、前記制御回路が、前記制御対象電流が前記第1電流値にまで増加すると前記対象回路に対する前記抑制動作を開始すると共に、前記基準電流を前記第1電流値から前記第2電流値へ切り替える。異常接続等が生じている間、制御対象電流には不必要な電流が発生し、抑制動作により制限値いっぱいの状態に保たれる。本発明の構成によれば、抑制動作の開始後、上限を引き下げることにより、不必要な電流が低減される。 An overcurrent protection circuit according to the present invention includes a current detection circuit that detects a control target current flowing in a target circuit, a reference current circuit that generates a reference current, and a current value of the control target current that is a current value of the reference current. A control circuit that performs a suppression operation for controlling the target circuit so as not to exceed the target circuit, and protects the target circuit from overcurrent, wherein the reference current circuit uses the first current as the reference current. Switching between outputting a current having a value and a current having a second current value lower than the first current value, and the control circuit increases the current to be controlled to the first current value. The suppression operation for the target circuit is started, and the reference current is switched from the first current value to the second current value. While an abnormal connection or the like is occurring, an unnecessary current is generated as the current to be controlled, and the control value is kept at the limit value full state. According to the configuration of the present invention, unnecessary current is reduced by lowering the upper limit after the start of the suppression operation.
上記過電流保護回路においては、前記制御対象電流が前記第2電流値未満となると、前記抑制動作を停止すると共に、前記基準電流を前記第2電流値から前記第1電流値へ切り替えるように前記制御回路を構成することができる。この構成によれば、異常接続等の解消に連動して、過電流保護回路が、第1電流値未満での電流変動を可能とする状態に復帰し、ダイナミックレンジの大きな通常の動作が回復する。 In the overcurrent protection circuit, when the control target current becomes less than the second current value, the suppression operation is stopped and the reference current is switched from the second current value to the first current value. A control circuit can be configured. According to this configuration, the overcurrent protection circuit returns to a state in which the current fluctuation below the first current value is enabled in conjunction with the cancellation of the abnormal connection or the like, and normal operation with a large dynamic range is restored. .
本発明に係る過電流保護回路においては、前記基準電流回路が、並列に接続された2つの定電流源を有し、前記制御回路が、前記抑制動作時に前記定電流源の一つを停止させる構成とすることができる。 In the overcurrent protection circuit according to the present invention, the reference current circuit has two constant current sources connected in parallel, and the control circuit stops one of the constant current sources during the suppression operation. It can be configured.
本発明によれば、抑制動作が開始される閾値である第1電流値を大きく設定して、通常動作に対して不必要に抑制動作が開始されないようにマージンを確保することができる。その一方で、抑制動作の開始後は、第1電流値より小さい第2電流値を上限として制御対象電流を制限することで、異常接続等が継続されている間の不必要な電流が低減され、大電流が持続することによる、例えば回路の発熱等に起因する回路の破壊や劣化を防ぐことができる。 According to the present invention, the first current value, which is a threshold value at which the suppression operation is started, can be set large, and a margin can be secured so that the suppression operation is not started unnecessarily with respect to the normal operation. On the other hand, after the start of the suppression operation, by limiting the control target current with the second current value smaller than the first current value as an upper limit, unnecessary current while abnormal connection or the like is continued is reduced. Further, it is possible to prevent the circuit from being destroyed or deteriorated due to, for example, the heat generation of the circuit due to the continuous large current.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態である低周波増幅器の概略の回路図である。本回路は、本来の低周波増幅器10の部分に過電流保護回路12が付加されたものである。低周波増幅器10は、正電圧源VCCと接地電位GNDとの間に構成される。トランジスタQ1,Q2は出力パワートランジスタである。Q1はpnpトランジスタで構成され、エミッタをVCCに、またコレクタを出力端子OUTに接続される。Q2はnpnトランジスタで構成され、エミッタをGNDに、またコレクタを出力端子OUTに接続される。これらQ1,Q2はそれぞれベースに供給されるバイアス電流に応じて電流増幅を行い、出力端子OUTからの出力電流IOUTを生成する。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a low frequency amplifier according to an embodiment of the present invention. In this circuit, an
Q1,Q2のベースに供給されるバイアス電流は増幅回路14の差動出力に応じて制御される。増幅回路14の差動出力端子の一方はトランジスタQ3のベースに、また他方はトランジスタQ4のベースに接続される。Q3,Q4はQ1,Q2それぞれのベース間に、互いのエミッタ-コレクタを直列にして接続される。またQ1のベースとVCCとの間には抵抗R1が接続され、Q2のベースとGNDとの間には抵抗R2が接続される。
The bias current supplied to the bases of Q1 and Q2 is controlled according to the differential output of the
過電流保護回路12は、低周波増幅器10の出力トランジスタQ1,Q2に流れる電流を主な制御対象電流とし、これを検出する電流検出回路16と、基準電流を生成する基準電流回路18と、Q1,Q2それぞれに流れるエミッタ-コレクタ間電流ICE1,ICE2の合計が基準電流の電流値を超えないように低周波増幅器10を制御する抑制動作を行う制御回路20と、を有する。
The
電流検出回路16はトランジスタQ5〜Q8を用いて構成される。Q5はQ1とカレントミラー回路を構成し、Q1のエミッタ-コレクタ間電流ICE1を検出し、ICE1に相当する電流を電流検出回路16の出力端子に生じる。一方、Q2のエミッタ-コレクタ間電流ICE2は、Q2とカレントミラー回路を構成するQ6により検出される。検出された電流ICE2は、Q7及びQ8からなるカレントミラー回路により折り返され、Q5から出力される電流と向きを同じにして、電流検出回路16の出力端子へ出力される。これにより、電流検出回路16の出力端子には、ICE1及びICE2を足し合わせた電流I1が出力される。
The
基準電流回路18は、2つの電流供給回路が並列に設けられた構成を有する。第1の電流供給回路は、出力電流I2を有する定電流源A1と、トランジスタQ10,Q11とを用いて構成される。A1はQ10のコレクタに接続される。Q10及びQ11はカレントミラー回路を構成し、その入力側経路のQ10のエミッタと出力側経路のQ11のエミッタとに流れる電流が等しくなる。出力側経路のQ11のコレクタは基準電流回路18の出力端子となる。Q11は当該出力端子から電流を引き込む。Q11は、I2に応じた量までの電流をコレクタ電流として引き込むことができる。
The reference
第2の電流供給回路は、出力電流I3を有する定電流源A2と、トランジスタQ12〜14とを用いて構成される。A2はQ13のコレクタに接続される。Q13及びQ12はカレントミラー回路を構成し、その入力側経路のQ13のエミッタと出力側経路のQ12のエミッタとに流れる電流が等しくなる。出力側経路のQ12のコレクタは、第1の電流供給回路のQ11のコレクタに接続され、基準電流回路18の出力端子を構成する。Q12は当該出力端子から電流を引き込む。Q12は、I3に応じた量までの電流をコレクタ電流として引き込むことができる。Q12及びQ13のベースは、Q14を介してGNDに接地可能に構成される。Q14はベースへの制御信号に応じてオン/オフを制御され、オン状態ではQ12及びQ13のベースをGNDに短絡し、Q12及びQ13をオフ状態とする。
The second current supply circuit includes a constant current source A2 having an output current I3 and transistors Q12 to Q14. A2 is connected to the collector of Q13. Q13 and Q12 constitute a current mirror circuit, and currents flowing through the emitter of Q13 in the input side path and the emitter of Q12 in the output side path become equal. The collector of Q12 on the output side path is connected to the collector of Q11 of the first current supply circuit and constitutes the output terminal of the reference
すなわち、基準電流回路18は、生成する基準電流に応じた電流を出力端子から引き込むことができ、Q14がオフ状態のときは(I2+I3)に応じた電流引き込み能力を有し、一方、Q14がオン状態のときはI2に応じた電流引き込み能力を有する。なお、Q14のオン/オフは次に述べる制御回路20により制御される。
That is, the reference
制御回路20は、トランジスタQ9及び保護制御回路22を備える。Q9は保護制御回路22の動作をオン/オフするスイッチの機能を有する。Q9のベースには、電流検出回路16の出力端子及び基準電流回路18の出力端子が接続される。電流検出回路16から流れ出る電流I1が、基準電流回路18の電流引き込み能力以内である場合、電流I1は基本的に基準電流回路18に引き込まれ、これによりQ9はオフ状態に保たれる。一方、電流I1が基準電流回路18の電流引き込み能力に達し、これを超えようとする場合、Q9はオン状態となる。
The
保護制御回路22は、低周波増幅器10に対する制御を行い、I1が基準電流回路18により設定される制限電流を超えないようにする。例えば、保護制御回路22は、増幅回路14の動作を制御して、Q1,Q2のバイアス電流を制御し、Q1,Q2それぞれに流れるエミッタ-コレクタ間電流ICE1,ICE2を抑制して、それらを合計したI1が制限電流を超えないようにする。この保護制御回路22による電流抑制動作は、Q9がオン状態のときに機能し、一方、Q9がオフ状態のときは停止される。また、保護制御回路22は、その抑制動作の開始と共に、Q14のベースへ制御信号を出力して、Q14をオン状態とする。
The
次に、図2を用いて、本低周波増幅器における過電流制御動作を説明する。図2は、過電流保護回路20(又は保護制御回路22)が動作状態(オン状態)と停止状態(オフ状態)とのいずれにあるかの時間変化と、低周波増幅器10の出力端子OUTに流れる出力電流IOUTの時間変化とを示す模式的なグラフである。同図において横軸が時間軸であり、右向きに時間が経過する。
Next, the overcurrent control operation in the present low frequency amplifier will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the time change of whether the overcurrent protection circuit 20 (or the protection control circuit 22) is in the operating state (ON state) or the stopped state (OFF state), and the output terminal OUT of the
初期状態では低周波増幅器10の出力端子OUTは正常な状態にある。この状態では、I1は基本的に基準電流回路18に引き込まれるので、Q9はオフであり、保護制御回路22もオフ状態にある。また、保護制御回路22がオフ状態にあるため、Q14もオフ状態に保たれ、基準電流回路18の第1の電流供給回路及び第2の電流供給回路が共に動作し、基準電流回路18の電流供給能力は(I2+I3)である。
In the initial state, the output terminal OUT of the
この状態にて、端子OUTが他の端子や配線と短絡してしまうと(時刻t0)、IOUTが増加し始め、IOUTに連動してI1も増加する。基準電流回路18が引き込み可能な電流量(I2+I3)に応じた第1の制限値IHにIOUTが達するまでは、Q9はオフ状態である。しかし、IOUTが制限値IHに達すると、Q9はオンし、保護制御回路22が電流抑制動作を開始する(時刻t1)。また、保護制御回路22はQ14をオンし、これにより、基準電流回路18は、その一方の電流供給回路の機能を停止され、電流供給能力がI2に引き下げられる。
In this state, when the terminal OUT is short-circuited with the other terminals and wiring (time t0), I OUT begins to increase, in conjunction with the I OUT I1 also increases. The first limit value I H of the reference
保護制御回路22は、この引き下げられた電流供給能力値I2に応じた第2の制限値ILを目標値としてIOUTの抑制動作を実行する。その結果、IOUTはILまで低下・抑制される(時刻t2)。そして、保護制御回路22は、端子OUTの短絡状態が続き、それにより過大なIOUTが流れようとしている間、オン状態を維持し、IOUTをILに抑制し続ける(期間t2〜t3)。
端子OUTの短絡が解消されると、IOUTはIL未満となり得る(期間t3〜t4)。IOUTがIL未満となるタイミングが生じると、Q9がオフ状態に復帰し、保護制御回路22がオフし、電流抑制動作が解除される。またQ14がオフ状態に復帰し、これにより、過電流保護回路12に設定される電流抑制の制限値は再び第1の制限値IHとなる。このように、短絡が解消され通常の動作状態となることに連動して、制限値も高い状態に戻るので、通常動作状態にてIOUTが低い制限値ILで制限されることが回避され、ダイナミックレンジの大きな好適な低周波増幅動作が実現される。
When the short circuit of the terminal OUT is eliminated, I OUT can be less than I L (period t3 to t4). When the timing when I OUT becomes less than I L occurs, Q 9 returns to the off state, the
本発明の過電流保護回路は、このように、異常接続等に伴う過電流が検出されるまでは、比較的高い電流制限値に設定されるので、制御対象回路の通常動作が不必要に制限されることが回避される。その一方で、過電流が検知された後は、電流制限値を引き下げることで、発熱等による回路の破壊や劣化を防止することができる。 Since the overcurrent protection circuit of the present invention is thus set to a relatively high current limit value until an overcurrent due to abnormal connection or the like is detected, the normal operation of the control target circuit is unnecessarily limited. Is avoided. On the other hand, after the overcurrent is detected, the current limit value is lowered to prevent the circuit from being destroyed or deteriorated due to heat generation or the like.
第2の閾値ILは、第1の閾値IHと同様、低周波増幅器10の正常動作での端子OUTの出力電流信号の最大値以上に設定することができる。また、第2の閾値ILは、正常動作での出力電流信号が一時的に超えるような値に設定することもできる。このように設定しても、過電流の検出は高い閾値IHに基づいて行われること、及び閾値をILに変更後、出力電流信号がこれを下回る状態に一時的にでも生じれば閾値は再び高い値IHに戻ることから、過電流保護回路12が低周波増幅器10の通常動作時の出力信号を不必要に抑制する可能性が低い。
The second threshold I L may be same as the first threshold value I H, set to at least the maximum value of the output current signal at terminal OUT in the normal operation of the low-
10 低周波増幅器、12 過電流保護回路、14 増幅回路、16 電流検出回路、18 基準電流回路、20 制御回路、22 保護制御回路。 10 Low frequency amplifier, 12 Overcurrent protection circuit, 14 Amplifier circuit, 16 Current detection circuit, 18 Reference current circuit, 20 Control circuit, 22 Protection control circuit.
Claims (3)
前記基準電流回路は、前記基準電流として、第1電流値の電流と当該第1電流値より低い第2電流値の電流とのいずれを出力するかを切り替え可能に構成され、
前記制御回路は、前記制御対象電流が前記第1電流値にまで増加すると前記対象回路に対する前記抑制動作を開始すると共に、前記基準電流を前記第1電流値から前記第2電流値へ切り替えること、
を特徴とする過電流保護回路。 A current detection circuit for detecting a control target current flowing in the target circuit; a reference current circuit for generating a reference current; and controlling the target circuit so that a current value of the control target current does not exceed a current value of the reference current A control circuit that performs a suppression operation, and an overcurrent protection circuit that protects the target circuit from an overcurrent.
The reference current circuit is configured to be capable of switching between outputting a current of a first current value and a current of a second current value lower than the first current value as the reference current,
The control circuit starts the suppression operation for the target circuit when the control target current increases to the first current value, and switches the reference current from the first current value to the second current value;
An overcurrent protection circuit.
前記制御回路は、前記制御対象電流が前記第2電流値未満となると、前記抑制動作を停止すると共に、前記基準電流を前記第2電流値から前記第1電流値へ切り替えること、
を特徴とする過電流保護回路。 The overcurrent protection circuit according to claim 1,
The control circuit stops the suppression operation and switches the reference current from the second current value to the first current value when the control target current becomes less than the second current value.
An overcurrent protection circuit.
前記基準電流回路は、並列に接続された2つの定電流源を有し、
前記制御回路は、前記抑制動作時に前記定電流源の一つを停止させること、
を特徴とする過電流保護回路。
In the overcurrent protection circuit according to claim 1 or 2,
The reference current circuit has two constant current sources connected in parallel,
The control circuit stops one of the constant current sources during the suppression operation;
An overcurrent protection circuit.
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Cited By (1)
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JP2010056910A (en) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | New Japan Radio Co Ltd | Current source control circuit |
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