JP3545228B2

JP3545228B2 - 電力増幅回路の異常検出回路

Info

Publication number: JP3545228B2
Application number: JP32383898A
Authority: JP
Inventors: 浩二田谷; 憲一小久保; 隆行平
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: JP2000151297A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力増幅回路の入力端子が接地されたとき負荷への接続状態の異常を検出する異常検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特にカー用オーディオ機器分野において、電力増幅回路の出力端子をスピーカに接続する作業中、電力増幅回路の出力端子を誤って電源ラインや接地ラインに接触することがある（以下、天絡及び地絡という）。このような場合、電力増幅回路の出力段トランジスタに過大電流が流れ、出力段トランジスタが破壊されることがあった。そこで、カー用電力増幅回路には、出力段トランジスタを天絡及び地絡から保護する保護回路が内蔵されている。図２はそのような天絡や地絡から出力トランジスタを保護する保護回路を示している。
【０００３】
図２において、出力増幅回路は出力トランジスタ１乃至４がＢＴＬ接続されて成る。ここで出力端子５が天絡されると、出力端子５の電圧は電源電圧Ｖｃｃになり、出力トランジスタ２に過大電流が流れる。前記過大電流により出力トランジスタ２のベース−エミッタ間電圧が増大すると、抵抗６及び７の接続中点が高くなるので、トランジスタ８がオンする。ここで出力端子５が電源電圧Ｖｃｃになっているので、ツェナーダイオード９のカソード及びダイオード１０ａのカソード間の電位差が電源電圧Ｖｃｃと略等しい電圧になり、ダイオード９、１０ａ及び１０ｂはオンする。その為、トランジスタ１１のベース−エミッタ間電圧はダイオードのオン電圧の２個分となり、検出トランジスタ１１がオンする。すると、検出トランジスタ１１からコレクタ電流が発生し、コレクタ電流により検出回路１２で天絡が検出され、停止信号ＳＳが発生する。停止信号ＳＳによって、バイアス回路１３からのバイアス電流が停止され、その結果出力段トランジスタ２が不動作になり、破壊から保護される。
【０００４】
また、出力端子５が地絡された場合も、原理的には天絡時と同一の動作を行う。つまり、出力段トランジスタ１に過大電流が流れると、出力段トランジスタ１のベース−エミッタ間電圧が増大し、その結果検出トランジスタ１８がオンする。すると、停止信号ＳＳが発生し、バイアスの供給が停止され、出力段トランジスタ１が保護される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３の如き電力増幅回路において、入力コンデンサーＣｉｎから電流が漏れると、無入力信号時電力増幅回路の入力レベルは略０になり、電力増幅回路からは直流のオフセット信号が発生する。スピーカに直流オフセットが供給されると、スピーカは破壊されたり、最悪の場合には発火する恐れがあった。また、自動車に搭載された場合、エアコンから発生する水滴が電力増幅回路の入力端に付いてショートされても、上記の問題が発生する。
【０００６】
電力増幅回路の入力端がショートされると、出力段トランジスタに流れる電流は大きくなるが、この電流を図２の回路で検出することはできなかった。つまり、前記入力端がショートされても、電力増幅回路からは通常動作時の最大電流が発生したに過ぎず、図２の保護回路では通常動作と見なされる。また、図２の保護回路の検出レベルを下げれば、電力増幅回路の入力端のショートを検出することが可能になるが、反面通常動作時に電力増幅回路の出力電流が大きくなっただけで、図２の保護動作が誤って作動していた。よって、前記検出レベルを不用意に変更することで、前記入力端のショートを検出することはできなかった。
【０００７】
従って、電力増幅回路の入力端がショートされたことを検出するため何らかの対策を講じる必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも入力信号を同一とする２個のＢＴＬ増幅器を備える電力増幅回路の異常検出回路であって、一方のＢＴＬ増幅器を構成する出力段トランジスタの出力電流と、他方のＢＴＬ増幅器を構成する出力段トランジスタの出力電流とを合成し、その電流差を出力する合成回路と、前記電流差を、第1の値及びそれより大きい第２の値と比較し、前記電流差が第１の値より小さくまたは第２の値より大きい場合異常検出信号を発生する比較回路とから成ることを特徴とする。
【０００９】
特に、前記合成回路は、一方のＢＴＬ増幅器の出力段トランジスタのうち第１及び第２出力段トランジスタに流れる出力電流、及び他方のＢＴＬ増幅器の出力段トランジスタのうち第３及び第４出力段トランジスタに流れる出力電流を合成することを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記合成回路は、前記第１出力段トランジスタに流れる電流を反転する第１反転回路と、前記第３出力段トランジスタに流れる電流を反転する第２反転回路と、前記第２及び第４出力段トランジスタに流れる電流と、前記第１及び第２反転回路の出力電流を加算する加算手段とから成ることを特徴とする。
【００１１】
また、前記合成回路は、一方のＢＴＬ出力増幅器の正側の出力段トランジスタと他方のＢＴＬ出力増幅器の正側の出力段トランジスタとの出力電流を比較する第1比較手段と、一方のＢＴＬ出力増幅器の負側の出力段トランジスタと他方のＢＴＬ出力増幅器の負側の出力段トランジスタとの出力電流を比較する第２比較手段と、前記第１及び第２比較手段の出力信号を合成する合成手段とから成ることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記第１及び第２比較手段の各々は、２つの入力電流のうち一方の入力電流を反転する反転手段を有することを特徴とする。
【００１３】
またさらに、前記第１乃至第４出力段トランジスタは、すべて電源電圧側の出力段トランジスタであるか、またはすべて接地側の出力段トランジスタであることを特徴とする。
【００１４】
さらに、第１乃至第４出力段トランジスタのサイズよりも小さいサイズのトランジスタを設け、このトランジスタで前記第１乃至第４トランジスタに流れる電流を検出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に依れば、ＢＴＬ増幅器の出力に直流オフセットが発生すると、ＢＴＬ増幅器の出力トランジスタに流れる電流の合成電流に差が生じ、この差を検出することで直流オフセットを検出する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を示す図であり、１０１は、負荷Ｒｆに対してＢＴＬ接続された出力段トランジスタ１０２〜１０５と、出力段トランジスタ１０２〜１０５を駆動する駆動回路１０６及び１０７から成る第１ＢＴＬ増幅器、１０８は、負荷Ｒｒに対してＢＴＬ接続された出力段トランジスタ１０９〜１１２と、出力段トランジスタ１０９〜１１２を駆動する駆動回路１１３及び１１４とから成る第２ＢＴＬ増幅器、１１５〜１１８は出力段トランジスタ１０１、１０３、１０９及び１１０に流れる電流を検出する検出トランジスタ、１１９及び１２０は検出トランジスタ１１５及び１１７のコレクタ電流を反転する反転手段としての電流ミラー回路、１２１は電流ミラー回路１２１ａ及び１２１ｂから成り、前記検出トランジスタの合成信号に重畳される基準電圧Ｖｒｅｆを生成する第１基準電圧発生回路、１２２は、３つの抵抗ｒ１〜ｒ３の抵抗分割で第１及び第２の基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２を生成する第２基準電圧発生回路と、前記合成信号及び基準電圧Ｖｒ１を入力とする差動対１２３と、前記合成信号及び基準電圧Ｖｒ２を入力とする差動対１２４とから成るウインドコンパレータ、１２５はウインドコンパレータ１２２の出力に応じて、検出信号を発生する出力回路である。また、図１中の接続点Ａでは検出トランジスタ１１５〜１１８の出力電流が合成されるので、接続点Ａは合成回路の機能を有する。さらに、抵抗Ｒは検出トランジスタ１１５〜１１８の合成信号を抵抗に変換するための抵抗である。
【００１７】
図１において２つのＢＴＬ出力増幅器１０１及び１０８は同一の入力オーディオ信号を増幅するものであって、図１のスピーカＲｆ及びＲｒは、図５のような車載用４スピーカステレオのうちの、左側または右側のスピーカのうちさらに前後のスピーカを示すものである。
【００１８】
まず、図３の如き電力増幅回路において、ＢＴＬ増幅回路１０１の入力端がショートされたときの動作を説明する。ショートされると電力増幅回路の出力にオフセットが常に発生するようになる。ショートによりＢＴＬ増幅回路１０１にはあたかも負の過大入力信号が印加されたような状態となり、ＢＴＬ増幅器１０１で出力電流が（−）出力端子から負荷を介して（＋）出力端子に流れる。よって、ＢＴＬ増幅器１０１において出力電流が出力段トランジスタ１０２、負荷Ｒｆ、出力段トランジスタ１０５の順に流れる。
【００１９】
検出トランジスタ１１５及び１１６には、出力段トランジスタ１０２及び１０４に印加される駆動信号が分岐されて印加されており、その為出力段トランジスタに流れる電流に相当する電流が検出トランジスタから発生する。検出トランジスタのトランジスタサイズは、出力段トランジスタのトランジスタサイズと比べ、所定の割合で小さくなっている。従って、各々の検出トランジスタからは、出力段トランジスタに流れる電流を所定割合で小さくなった電流が発生する。
【００２０】
この状態では、出力段トランジスタ１０２のみに出力電流が流れているので、検出トランジスタ１１５から検出電流が発生する。検出トランジスタ１１５の出力電流は抵抗Ｒに供給され、接続点Ａで電圧に変換される。
【００２１】
抵抗Ｒの一端には第１基準電圧発生回路１２１からの基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。基準電圧Ｖｒｅｆは、同一の出力電流を発生する電流ミラー回路１２１ａ及び１２１ｂを縦列接続することによって、接続点Ｂに基準電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖｃｃ／２）を発生させる。抵抗Ｒにおいて、電流−電圧変換はこの基準電圧Ｖｒｅｆを基準にして行われる。検出トランジスタ１１５の出力電流が抵抗Ｒに供給されると、その電圧降下により電圧が発生する。出力電流の値をＩａとすると、変換された電圧ＶａはＶａ＝Ｖｒｅｆ＋Ｉａ×Ｒとなる。
【００２２】
変換電圧Ｖａは、差動対１２３及び差動対１２４の一方のトランジスタに印加され、基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２とそれぞれ比較される。基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２は電源電圧Ｖｃｃを抵抗ｒ１〜ｒ３の抵抗分割によって得られ、Ｖｒ１＞Ｖｒ２の関係になる。変換電圧Ｖａが基準電圧Ｖｒ１より高くなると、差動対１２３のうち変換電圧Ｖａが印加されるトランジスタがオンし、差動対１２３の出力電流が出力回路１２５に供給される。出力回路１２５では、トランジスタ１２５ａ及び１２５ｂが順次オンすることにより、出力回路１２５からＨレベル（＝Ｖｂ）の検出信号が発生する。尚、少なくともＶｒ１は、ＢＴＬ増幅回路に過大入力信号が印加されたときに出力回路１２５から出力信号が正確に発生するようにレベルが設定される。
【００２３】
また、ＢＴＬ増幅回路１０８の入力端がショートされたときの動作を説明する。このときの基本動作はＢＴＬ増幅回路１０１の入力端がショートされたときと同様の動作が実行される。ショートにより電力増幅回路に負の過大入力信号が印加された如くなり、ＢＴＬ増幅器１０８において出力電流が出力段トランジスタ１１１、負荷Ｒｒ、出力段トランジスタ１１０の順に流れる。
【００２４】
検出トランジスタ１１７及び１１８には、出力段トランジスタ１０９及び１１１に印加される駆動信号が分岐されて印加されており、その為出力段トランジスタに流れる電流に相当する電流が検出トランジスタから発生する。ＢＴＬ増幅回路１０８もＢＴＬ増幅回路１０１と同様に、検出トランジスタのトランジスタサイズは、出力段トランジスタのトランジスタサイズと比べ、所定の割合で小さくなっている。その為に、各々の検出トランジスタからは、出力段トランジスタに流れる電流を所定割合で小さくなった電流が発生する。
【００２５】
この状態では、出力段トランジスタ１１１に出力電流が流れているので、検出トランジスタ１１８から検出電流が発生する。検出トランジスタ１１８の出力電流は抵抗Ｒで電圧に変換される。具体的に、検出トランジスタ１１８の出力電流Ｉａが抵抗Ｒに供給されると、その電圧降下により電圧が発生し、電圧Ｖａ（＝Ｖｒｅｆ＋Ｉａ×Ｒ）に変換される。
【００２６】
変換電圧Ｖａは、差動対１２３及び差動対１２４の一方のトランジスタに印加され、基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２とそれぞれ比較される。変換電圧Ｖａは基準電圧Ｖｒ１より高くなるので、変換電圧Ｖａが印加されるトランジスタがオンし、差動対１２３の出力電流が出力回路１２５に供給される。出力回路１２５では、トランジスタ１２５ａ及び１２５ｂが順次オンすることにより、出力回路１２５からＨレベル（＝Ｖｂ）の検出信号が発生する。
【００２７】
検出信号が発生すると、スピーカが破壊または焼損されない様に、駆動回路１０６、１０７、１１３及び１１４の動作を停止させる必要がある。その為の回路構成として、検出信号が発生すると、電力増幅回路の内部に構成された保護回路を動作させて、各駆動回路に印加されるバイアス供給を停止させ、その結果出力トランジスタの動作を停止させる構成や、検出信号を一度外部のマイクロコンピュータに印加させ、マイクロコンピュータの指示で駆動回路へのバイアス供給を停止させたり、またはマイクロコンピュータの指示で、音声やカーステレオの表示画面に表示させることにより知らせる構成が考えられる。
【００２８】
次に通常動作時の検出動作について説明する。ＢＴＬ増幅器１０１及び１０８に同一の入力信号が印加されるので、出力段トランジスタ１０２及び１１１に同一量の出力電流が流れ、出力段トランジスタ１０４及び１０９にも同一量の出力電流が流れる。その為、通常動作時、接続点Ａでは検出トランジスタの出力電流が打ち消され、抵抗Ｒに加算電流は供給されなくなる。よって、基準電圧Ｖｒｅｆがそのまま差動対１２３及び１２４に印加される。基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｖｒ１＞Ｖｒｅｆ＞Ｖｒ２となっているので、差動対１２３及び１２４から出力回路１２５に出力電流は供給されない。従って、トランジスタ１２５ａ及び１２５ｂはオンせず、出力回路１２５から検出信号は出力されない。
【００２９】
ところで、一般にカーステレオにおいて、前後のスピーカの音量をバランス調整する為に、フェーダーボリュームが備え付けられている。通常動作時、フェーダーボリュームを回して、前後スピーカからの音量がアンバランスとなった場合、ＢＴＬ増幅器１０１及び１０８の出力の大きさは異なってしまう。その為、接続点Ａにおいては差電流が生じ、差動対１２３及び１２４にはＶｒｅｆ±αの電圧が印加される。ここで、基準電圧は、Ｖｒ１＞（Ｖｒｅｆ±α）＞Ｖｒ２に設定されているので、差動対１２３及び１２４から出力信号は発生せず、検出信号も発生しない。つまり、ウインドコンパレータ１１２を設けることによって、フェーダーボリュームの調整による差電流が生じても検出信号が発生しないように構成されており、図１の異常検出回路は負荷への直流オフセットを確実に検出することができる。尚、基準電圧Ｖｒ１及びＶｒ２は、ＢＴＬ増幅回路にショートによる過大入力が印加されたことを確実に検出することと、さらに上記のようにフェーダーによる音量のアンバランス時に誤動作しないようにすることとを両立できるように設定される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に依れば、ＢＴＬ増幅回路の出力に直流オフセットが生じた場合のみ確実に検出することできるので、入力コンデンサーでの電流リークや水滴によるショートに起因するスピーカの破壊や焼損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来の増幅器の天絡及び地絡保護回路を示す回路図である。
【図３】オーディオ用電力増幅回路の全体構成を示すブロック図である。
【図４】図１に対応するオーディオ用電力増幅回路の全体構成を示すブロック図である。
【図５】自動車内のスピーカの配置を示す配置図である。
【符号の説明】
１０１、１０８ＢＴＬ増幅回路
１２１第１基準電圧発生回路
１２２ウィンドコンパレータ
１２３、１２４差動対
１２５出力回路

Claims

少なくとも入力信号を同一とする２個のＢＴＬ増幅器を備える電力増幅回路の異常検出回路であって、
一方のＢＴＬ増幅器を構成する出力段トランジスタの出力電流と、他方のＢＴＬ増幅器を構成する出力段トランジスタの出力電流とを合成し、その電流差を出力する合成回路と、
前記電流差を、第1の値及びそれより大きい第２の値と比較し、前記電流差が第１の値より小さくまたは第２の値より大きい場合異常検出信号を発生する比較回路とから成り、
前記合成回路は、一方のＢＴＬ出力増幅器の正側の出力段トランジスタと他方のＢＴＬ出力増幅器の正側の出力段トランジスタとの出力電流を比較する第 1 比較手段と、一方のＢＴＬ出力増幅器の負側の出力段トランジスタと他方のＢＴＬ出力増幅器の負側の出力段トランジスタとの出力電流を比較する第２比較手段と、前記第１及び第２比較手段の出力信号を合成する合成手段とから成ることを特徴とする電力増幅回路の異常検出回路。
前記第１及び第２比較手段の各々は、２つの入力電流のうち一方の入力電流を反転する反転手段を有することを特徴とする請求項１記載の電力増幅回路の異常検出回路。