JP4011435B2 - 過電流検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は過電流検出回路に関し、特にオーディオ機器の出力段増幅器(アンプ)によるスピーカの駆動電流を検出して、この駆動電流が安全レベルを超え出力増幅器等が破壊されるのを防止するのに好適な過電流検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
多くの電子部品、特に例えばスピーカ等は、一般にIC(半導体集積回路)により形成された出力増幅器により駆動されるのが一般的である。例えば何らかの原因により、スピーカ端子が短絡(ショート)されると、この駆動電流が安全動作レベルを超え、出力増幅器を構成するIC、特に電力増幅用のトランジスタが過熱され、破壊される危険がある。従って、斯かる電子部品の駆動電流を検出し、予め設定した安全電流値を超えると、これを検出し、安全回路を作動させる保護回路を設けるのが一般的である。
【0003】
過電流検出回路は、一般に電流検出抵抗を被検出又は被保護回路に直列接続する。そして、この電流検出抵抗による電圧降下が一定値になると、検出回路を作動させるのが一般的である。一般的な検出回路は、トランジスタを含んでいる。上述した電流検出抵抗の両端に、トランジスタのベース・エミッタを接続し、この電流検出抵抗により生じる電圧降下がトランジスタのベース・エミッタバイアス電圧である、例えば0.6Vを超えると、このトランジスタをON(導通状態)とし、過大電流の検出出力を発生すると共に保護回路を作動させる。
【0004】
図3は、典型的なオーディオ機器の出力部の過電流検出回路の回路図である。この特定例における過電流検出回路10は、入力端子11に入力されるオーディオ信号を増幅する出力増幅器12とスピーカ出力端子13−14間に直列接続されている。この出力増幅器12は、例えばICにより形成された市販の出力(又は電力)増幅器であり、正電源(+Vcc)および負電源(−Vcc)により駆動される。後述する如く、過電流検出回路10は、出力増幅器12の出力電流の過電流を監視し、過電流を検出すると、オーディオ機器が内蔵するマイコン(マイクロコンピュータ)を作動させて、例えば出力増幅器12の駆動電源等を遮断するように構成されている。
【0005】
過電流検出回路10は、出力増幅器12の出力端子およびスピーカ端子13間に直列接続された電流検出抵抗R1を含んでいる。この電流検出抵抗R1の一端にはベース抵抗R2を解してトランジスタQ1のベースに接続され、他端にはトランジスタQ1のエミッタが接続されている。トランジスタQ1のコレクタは、逆流防止ダイオードD1、抵抗R3および抵抗R4とコンデンサC1の並列回路を介して正電源(+Vcc)に接続されている。抵抗R4の両端には、保護(プロテクション)トランジスタQ2のエミッタ・ベースが接続される。このトランジスタQ2のコレクタは、抵抗R5およびゼナーダイオードD3とコンデンサC2の並列回路を介してマイコンの接地(GND)端子に接続されている。
【0006】
尚、以上の構成は、1個のスピーカの過電流を検出し、回路素子(出力増幅器のデバイス)を保護する過電流検出回路である。しかし、オーディオ機器は、左右1対のチャンネルを有するステレオ再生から、前後、左右に複数のチャンネルを有するマルチチャンネル再生まである。その場合には、上述した逆流防止ダイオードD1と抵抗R3との間に別の逆流防止ダイオードD2を接続した、他チャンネルの上述したトランジスタQ1と同様の過電流検出トランジスタのコレクタに接続する。
【0007】
次に、図3に示す過電流検出回路10の動作を説明する。出力増幅器12からスピーカ端子13−14間に接続されたスピーカへの駆動電流が安全レベル以下である通常状態では、電流検出抵抗R1の両端に生じる電圧降下は、過電流検出トランジスタQ1を導通(ON)状態にするベース・エミッタ間バイアス電圧(例えば、0.6V)以下である。そこで、過電流検出トランジスタQ1は、非導通(OFF)状態であり、保護トランジスタQ2も非導通状態である。従って、この過電流検出回路10は、オーディオ機器の出力増幅器12およびスピーカの動作には全く影響を与えない。
【0008】
しかし、スピーカ端子13−14間の短絡等により、電流検出抵抗R1に過大電流が流れると、この電流検出抵抗R1の両端に生じる電圧降下により過電流検出トランジスタQ1が導通(ON)状態になる。そこで、+Vccから、抵抗R4、抵抗R3および逆流防止ダイオードD1を介してトランジスタQ1に電流が流れる。その結果、抵抗R4の電圧降下により保護トランジスタQ2も導通し、ゼナーダイオードD3の上端の端子15に生じる正電圧をマイコンのプロテクションポートへ印加する。これにより、上述の如くマイコンが作動し、例えば出力増幅器12の電源(+Vcc/−Vcc)を遮断する。しかし、出力増幅器12の出力電流である電流検出抵抗R1を流れる電流が減少し、過大電流状態でなくなれば、過大電流検出トランジスタQ1は非導通状態となり、保護トランジスタQ2も非導通状態となり、通常動作状態へ復帰する。
【0009】
尚、図3に示す特定回路では、トランジスタQ2を含むプロテクション(保護)回路は、2チャンネル(例えば右CHおよび左CH)に共通であるので、両チャンネルのうち何れか一方のチャンネルの出力が過電流状態であれば、マイコンのプロテクションポートに出力が現れ、出力増幅器12が保護可能である。
【0010】
図4は、出力増幅器12のトランジスタのVCE(コレクタ・エミッタ間電圧)およびIc(コレクタ電流)を、それぞれ横軸および縦軸とする、トランジスタのASO(Area of Safety Operation:安全動作領域)および過電流検出値を示すグラフである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
図3および図4に示す従来の過電流検出回路では、電流検出抵抗R1を流れる電流が予め決められた過電流検出値を超える場合に動作して出力増幅器等を保護することが可能である。しかし、上述した従来の過電流検出回路は、出力増幅器12の出力電力が小さい増幅器の場合又は出力増幅器が電流リミッタを内蔵する場合には、電流検出抵抗R1に生じる電圧降下が所定値(例えば、0.6V)未満となり、過電流検出トランジスタQ1を導通させることができず、プロテクションを作動させることができない。
【0012】
そこで、電流検出抵抗R1の抵抗を増加すると、パワーロスが増大するので好ましくないのみならず、オーディオ機器のフルパワー前に過電流検出回路が作動する場合があり、また定電流検出であるために出力デバイスのASOをカバーしきれないという課題があった。
【0013】
【発明の目的】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、比較的低出力電力の場合にも適用可能であり、誤動作することなく、しかもデバイスのASOをカバーすることが可能な過電流検出回路を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明の過電流検出回路は、次のような特徴的な構成を採用している。
【0015】
(1)正負電源(+Vccおよび−Vcc)により駆動される出力増幅器の出力端子と負荷間に接続した電流検出抵抗に生じる電圧降下を過電流検出トランジスタにより検出する過電流検出回路において、
前記過電流検出トランジスタのエミッタを前記電流検出抵抗の前記負荷側に接続し、前記過電流検出トランジスタのベースを、前記電流検出抵抗の前記出力増幅器側と正電源(+Vcc)間に接続された抵抗分圧器に接続する過電流検出回路。
【0016】
(2)前記過電流検出トランジスタのベースが接続された前記抵抗分圧器の分圧電圧を、前記過電流検出トランジスタを導通状態にするのに必要なベースバイアス電圧の約1/3〜1/2に設定する上記(1)に記載の過電流検出回路。
【0017】
(3)前記負荷は、オーディオ機器のスピーカである上記(1)又は(2)に記載の過電流検出回路。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による過電流検出回路の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0023】
図1は、本発明による過電流検出回路の好適実施形態の回路図を示す。尚、説明の便宜上、上述した構成素子に対応する素子には同様の参照符号を使用することとする。そして、以下の説明は、主として従来技術との相違点を中心に行うこととする。
【0024】
本発明による過電流検出回路10は、入力端子11に入力されるオーディオ信号を増幅する出力増幅器12の出力端子と負荷であるスピーカ出力端子13−14間に配置されている。この過電流検出回路10は、出力増幅器12の出力端子とスピーカ出力端子13間に直列接続された電流検出抵抗R1を含んでいる。この電流検出抵抗R1のスピーカ出力端子13側に過電流検出トランジスタ(NPN形シリコントランジスタ)Q1のエミッタが接続され、出力増幅器12側は抵抗R2およびR6の直列回路により構成されたベースバイアス抵抗分圧器を介して正電源(+Vcc)に接続される。そして、これらベースバイアス抵抗R2およびR6の接続点を過電流検出トランジスタQ1のベースに接続している。
【0025】
一方、過電流検出トランジスタQ1のコレクタは、逆流防止ダイオードD1、抵抗R3および抵抗R4とコンデンサC1の並列回路を介して正電源+Vccに接続している。保護トランジスタ(PNP形シリコントランジスタ)Q2のエミッタおよびベースが、抵抗R4の両端に接続され、そのコレクタが、抵抗R5とゼナーダイオードD3およびコンデンサC2の並列回路を介してマイコンGND(接地)に接続されている。また、ゼナーダイオードD3の上端を端子15として、マイコンのプロテクションポートに接続している。また、逆流防止ダイオードD1と抵抗R3の接続点には、他チャンネルの逆流防止ダイオードD2が接続されている。
【0026】
上述した図3の過電流検出回路と対比すると明らかな如く、本発明の過電流検出回路10は、過電流検出トランジスタQ1のベースと正電源+Vcc間に、バイアス抵抗R6を付加した点を特徴とする。従って、この過電流検出トランジスタQ1は、後述する如く、電流検出抵抗R1の電圧降下と共に、正電源+Vccをバイアス抵抗R2−R6で分圧した電圧との和により制御される。
【0027】
ここで、ベースバイアス抵抗分圧器R2−R6により、約0.2V〜0.3Vの電圧が過電流検出トランジスタQ1のベースに供給される。一方、このバイアス電圧に加えて、電流検出抵抗R1の電圧降下が約0.3V〜0.4Vになると、過電流検出トランジスタQ1は導通(ON)状態になる。従って、過電流検出トランジスタQ1の導通に必要なベースバイアス電圧のうち、約1/3〜1/2をベースバイアス抵抗分圧器R2−R6により得ている。
【0028】
尚、ベースバイアス抵抗分圧器R2−R6は、出力増幅器12の出力端子(この電圧をVoutとする)および正電源(+Vcc)間に接続されている。従って、分圧抵抗R2に印加される電圧(Vb)は、次式で与えられる。
Vb=(Vcc−Vout)×R2/(R2+R6)
ここで、R2およびR6は、それぞれ分圧抵抗R2およびR6の抵抗値である。
【0029】
上式から明らかな如く、分圧抵抗R2に印加される電圧Vbは、出力増幅器12の出力電圧Voutが増加すると、減少する。また、出力増幅器12の最大出力(フルパワー)時には、VoutはVccに近づくので、過電流検出トランジスタQ1のON/OFFは、実質的に電流検出抵抗R1の電圧降下により決まる。従って、図2のグラフに示す如く、過電流検出値は、出力増幅器12のデバイスの安全動作領域ASOに対応して変化する。換言すると、(図4に示す如く一定値ではなく)ASOに近似する特性で過電流検出が可能である。
【0030】
以上、本発明による過電流検出回路の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。例えば、本発明の過電流検出回路は、オーディオ機器のスピーカ駆動回路以外にも同様に適用可能である。
【0031】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、本発明の過電流検出回路によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。第1に、低出力の増幅器にも容易に適用可能である。第2に、最大出力時にも誤動作することがない。第3に、出力デバイスのASOに近い特性で過電流検出が可能である。第4に、電流リミッタ内蔵のICによる出力増幅器にも負荷短絡等の際の過電流が検出可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による過電流検出回路の好適実施形態の回路図である。
【図2】図1に示す過電流検出回路の過電流検出値を示す図である。
【図3】従来の過電流検出回路の回路図である。
【図4】図3に示す過電流検出回路の過電流検出値を示す図である。
【符号の説明】
10 過電流検出回路
11 入力端子
12 出力増幅器(IC)
13、14 負荷(スピーカ)出力端子
15 端子
R1 電流検出抵抗
R2、R6 ベースバイアス抵抗
R3、R4、R5 抵抗
Q1 過電流検出トランジスタ
Q2 保護トランジスタ
D1、D2 逆流防止ダイオード
D3 ゼナーダイオード
C1、C2 コンデンサ
Claims (3)
- 正負電源(+Vccおよび−Vcc)により駆動される出力増幅器の出力端子と負荷間に接続した電流検出抵抗に生じる電圧降下を過電流検出トランジスタにより検出する過電流検出回路において、
前記過電流検出トランジスタのエミッタを前記電流検出抵抗の前記負荷側に接続し、前記過電流検出トランジスタのベースを、前記電流検出抵抗の前記出力増幅器側と正電源(+Vcc)間に接続された抵抗分圧器に接続することを特徴とする過電流検出回路。 - 前記過電流検出トランジスタのベースが接続された前記抵抗分圧器の分圧電圧を、前記過電流検出トランジスタを導通状態にするのに必要なベースバイアス電圧の約1/3〜1/2に設定することを特徴とする請求項1に記載の過電流検出回路。
- 前記負荷は、オーディオ機器のスピーカであることを特徴とする請求項1又は2に記載の過電流検出回路。
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