JP2011066658A - パワーアンプの保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 パワートランジスタの破壊を防ぐことができ、パワートランジスタの動作範囲を広くすることができるパワーアンプの保護回路を提供する。
【解決手段】 パワートランジスタと、パワートランジスタに電源電圧を供給する電源部と、パワートランジスタの周辺温度を検出する温度検出部と、パワートランジスタのコレクタ損失を検出するコレクタ損失検出部と、コレクタ損失検出部が温度検出部の検出温度に応じたコレクタ損失を検出すると、電源部からトランジスタに供給される電源電圧を停止する制御をする制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オーディオ信号を増幅するパワーアンプの保護回路に関する。

オーディオ信号を増幅するパワーアンプでは、増幅回路からの発熱により、増幅回路の周辺温度が上昇すると、増幅回路を構成する素子を破壊する問題がある。例えば、増幅回路を構成する素子であるパワートランジスタは、周辺温度の上昇に伴いコレクタ電流が増加する。そして、周辺温度が上がりすぎると熱暴走が発生し、パワートランジスタが破壊されてしまう。

このような問題を解決する手段として、増幅回路のパワートランジスタの温度および増幅回路の入出力レベルを検出し、検出された入出力レベルが所定値以下であるときに、検出された温度が所定値以上になると、増幅回路への電源供給や増幅回路からの出力信号を制御する保護回路がある。

特開２００８‐５６４３号公報

特許文献１に開示されているような従来技術では、パワートランジスタの安全動作領域（ASO : Area of Safe Operation）について考慮されていない。このため、従来技術では、一定値の入出力レベルを検出することから、所定値以下の入出力レベルが検出されていない状態であっても、パワートランジスタの温度上昇により安全動作領域が変動し、パワートランジスタが安全動作領域を超えた状態で動作する場合がある。このような動作状態では、パワートランジスタが破壊されてしまう恐れがある。また、従来技術では、検出する温度が一定値であるため、パワートランジスタの破壊を防ぐためには、検出温度の所定値を低く設定しなければならず、パワートランジスタの動作範囲を広く取ることができないという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、パワートランジスタの破壊を防ぐことができ、パワートランジスタの動作範囲を広くすることができるパワーアンプの保護回路を提供することを特徴とする。

上記の課題を解決するために、本発明におけるパワーアンプの保護回路は、パワートランジスタと、前記パワートランジスタに電源電圧を供給する電源部と、前記パワートランジスタの周辺温度を検出する温度検出部と、前記パワートランジスタのコレクタ損失を検出するコレクタ損失検出部と、前記コレクタ損失検出部が前記温度検出部の検出温度に応じたコレクタ損失を検出すると、前記電源部から前記トランジスタに供給される電源電圧を停止する制御をする制御部とを備えることを特徴とする。

また、上記のパワーアンプの保護回路において、請求項１に記載のパワーアンプの保護回路において、前記コレクタ損失検出部は、前記パワートランジスタのコレクタ電流を検出する電流検出部と、前記パワートランジスタのコレクタ‐エミッタ間の電圧を検出する電圧検出部と、前記パワートランジスタの安全動作領域データが記憶された記憶部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、パワートランジスタの破壊を防ぐことができ、パワートランジスタの動作範囲を広くすることができるパワーアンプの保護回路を提供することができる。このため、パワーアンプの信頼性を向上させることができる。

図１は本発明の実施例であるパワーアンプの保護回路の構成を示すブロック図。 図２はパワートランジスタの安全動作領域の特性図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例であるパワーアンプの保護回路の構成を示すブロック図である。図２は、パワートランジスタの安全動作領域の特性図の一例を示す。図１に示す本実施例のパワーアンプの保護回路１は、温度検出部１１、コレクタ損失検出部１２、記憶部１３、電圧検出部１４、電流検出部１５、制御部１６、電源部１７、パワートランジスタＴｒ１、パワートランジスタＴｒ２、抵抗ｒ１、抵抗ｒ２を備える。パワーアンプは入力されたオーディオ信号を増幅する装置であり、増幅回路を構成するパワートランジスタを保護するために、本実施例の保護回路１が用いられる。

パワートランジスタＴｒ１およびパワートランジスタＴｒ２は、ベースから入力された信号を増幅する。パワートランジスタＴｒ１のエミッタとパワートランジスタＴｒ２のエミッタとの間には、抵抗ｒ１および抵抗ｒ２が直列に接続されている。パワートランジスタＴｒ１およびパワートランジスタＴｒ２により増幅された信号は、出力端子から出力される。

温度検出部１１は、パワートランジスタＴｒ１を被装するケース（図示せず）に備え付けられ、このケースの温度（以下、ケース温度）を検出する。検出されたケース温度データは、コレクタ損失検出部１２に出力される。本実施例において、温度検出部１１は、例えばサーミスタ等で構成され、パワートランジスタＴｒ１の周辺温度を検出する。

コレクタ損失検出部１２は、マイクロプロセッサから成り、パワートランジスタＴｒ１のエミッタとコレクタの間に接続され、パワートランジスタＴｒ１におけるコレクタ損失を検出する。本実施例において、コレクタ損失検出部１２は、パワートランジスタＴｒ１のエミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅ及びパワートランジスタＴｒ１に流れるコレクタ電流Ｉｃから、コレクタ損失を検出する。このため、コレクタ損失検出部１２は、パワートランジスタＴｒ１のエミッタ‐コレクタ間の電圧を検出する電圧検出部１４およびパワートランジスタＴｒ１に流れるコレクタ電流を検出する電流検出部１５を備える。また、コレクタ損失検出部１２は、ケース温度データに応じたパワートランジスタＴｒ１の安全動作領域データが記憶された記憶部１３を備える。記憶部１３は、図２に示すようなケース温度に対するパワートランジスタＴｒ１の安全動作領域データが予め記憶されている。例えば、この安全動作領域データとして、各周辺温度に対するエミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅおよびコレクタ電流Ｉｃの定格値が予め記憶されている。

電圧検出部１４は、パワートランジスタＴｒ１のエミッタ‐コレクタ間の電圧をモニターし、エミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅを検出する。電流検出部１５は、パワートランジスタＴｒ１に流れるコレクタ電流をモニターし、コレクタ電流Ｉｃを検出する。

コレクタ損失検出部１２は、温度検出部１１から入力されたケース温度データ、検出されたエミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅおよびコレクタ電流Ｉｃに基づいてパワートランジスタＴｒ１のコレクタ損失を検出する。コレクタ損失は、エミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃの乗算により求められる。本実施例において、コレクタ損失検出部１２は、ケース温度におけるコレクタ損失の定格値と現在のコレクタ損失を検出する。検出した現在のコレクタ損失がコレクタ損失の定格値を超えると、すなわち、図２に示す安全動作領域を超えた状態で動作すると、コレクタ損失検出部１２は制御部１６に検出信号を出力する。

コレクタ損失検出部１２は、コレクタ損失の定格値を検出するために、例えば、ケース温度が２５℃、エミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅが１０Ｖである場合、記憶部１３から１０Ｖのエミッタ‐コレクタ間電圧における２５℃のケース温度に対するコレクタ電流Ｉｃの定格値（３０Ａ）を読み出す。そして、検出されたエミッタ‐コレクタ間電圧１０Ｖと読み出されたコレクタ電流３０Ａを乗算したコレクタ損失の定格値を算出する。したがって、コレクタ損失検出部１２が検出する２５℃のケース温度におけるコレクタ損失の定格値は、１０（Ｖ）×３０（Ａ）＝３００（Ｗ）となる。

また、コレクタ損失検出部１２は、現在のコレクタ損失を検出するために、上述した場合と同様に、ケース温度が２５℃、検出されたエミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅが１０Ｖであり、検出されたコレクタ電流Ｉｃが例えば３５Ａである場合、現在のコレクタ損失は３５０Ｗとなる。ケース温度が２５℃の場合において、検出した現在のコレクタ損失（３５０Ｗ）がコレクタ損失の定格値（３００Ｗ）を超えているため、コレクタ損失検出部１２は制御部１６に検出信号を出力する。上述した場合と異なり、検出した現在のコレクタ損失がコレクタ損失の定格値を超えていない場合、コレクタ損失検出部１２は制御部１６に検出信号を出力しない。

制御部１６は、コレクタ損失検出部１２から検出信号が入力すると、パワートランジスタＴｒ１よびパワートランジスタＴｒ２に供給される電源電圧を停止するように電源部１７を制御する。電源部１７は、制御部１６の制御によりパワートランジスタＴｒ１およびパワートランジスタＴｒ２に供給する電源電圧をオンオフする。

図２に示すパワートランジスタの安全動作領域の特性図において、縦軸はコレクタ電流Ｉｃ（Ａ）であり、横軸はエミッタ‐コレクタ間電圧Ｖｃｅ（Ｖ）である。図２に示す特性図は、パワートランジスタの周辺温度２５℃および１００℃における安全動作領域を示している。図２に示すように、パワートランジスタの安全動作領域は、コレクタ電流とエミッタ‐コレクタ間電圧で定義され、周辺温度の変化によりその領域が変化し、周辺温度が高くなるにしたがって領域が狭くなる。

このように、パワートランジスタの安全動作領域は周辺温度により変化する。このため、本実施例のパワーアンプの保護回路１は、温度検出部１１が検出したパワートランジスタＴｒ１のケース温度に応じたコレクタ損失の定格値を算出し、現在のコレクタ損失を検出し続けることにより、現在のコレクタ損失が定格値を超えたか否かを判別する。したがって、本実施例のパワーアンプの保護回路１は、ケース温度の上昇により安全動作領域が狭い範囲になっても、パワートランジスタＴｒ１が安全動作領域を超えて動作しないようにすることができる。そして、パワートランジスタＴｒ１のコレクタ損失が定格値以上になると、パワートランジスタＴｒ１への電源電圧の供給を停止する。

また、本実施例のパワーアンプの保護回路１は、ケース温度が下がることにより安全動作領域が広がった場合、パワートランジスタＴｒ１がこの安全動作領域を超えない範囲で動作範囲を広げることができる。このように、本実施例のパワーアンプの保護回路１は、ケース温度の変化に対して適正な安全動作領域内でパワートランジスタＴｒ１を動作させることが可能となる。

上述したように本実施例のパワーアンプの保護回路１は、ケース温度の変化に対応した安全動作領域内で、常にパワートランジスタＴｒ１を動作させることができ、ケース温度に応じた広さの動作範囲を取ることができる。このため、本実施例のパワーアンプの保護回路１は、パワートランジスタの定格に対し適正なディレーティングをすることができパワートランジスタＴｒ１およびパワートランジスタＴｒ２の破壊を防ぐことができる。

本発明は、入力されたオーディオ信号を増幅するパワーアンプの保護回路について極めて有用である。

１ パワーアンプの保護回路、１１ 温度検出部、１２ コレクタ損失検出部、
１３ 記憶部、１４ 電圧検出部、１５ 電流検出部、１６ 制御部、１７ 電源部

Claims (2)

1. パワートランジスタと、
   前記パワートランジスタに電源電圧を供給する電源部と、
   前記パワートランジスタの周辺温度を検出する温度検出部と、
   前記パワートランジスタのコレクタ損失を検出するコレクタ損失検出部と、
   前記コレクタ損失検出部が前記温度検出部の検出温度に応じたコレクタ損失を検出すると、前記電源部から前記トランジスタに供給される電源電圧を停止する制御をする制御部とを備えることを特徴とするパワーアンプの保護回路。
2. 請求項１に記載のパワーアンプの保護回路において、
   前記コレクタ損失検出部は、
   前記パワートランジスタのコレクタ電流を検出する電流検出部と、
   前記パワートランジスタのコレクタ‐エミッタ間の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記パワートランジスタの安全動作領域データが記憶された記憶部を備えることを特徴とするパワーアンプの保護回路。

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