JPH0474883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、過負荷保護装置に関するものであ
り、より詳細には、容量性負荷が短絡した場合に
おける許容量を超える電流によつてひき起こされ
る損害から、容量性負荷を駆動するための出力増
幅器を保護する過負荷保護装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 出力増幅器は、容量性負荷、例えば、セラミツ
ク等で構成されるピエゾ磁気ヘツドアームを駆動
するために広く利用されている。出力増幅器は、
駆動入力信号を増幅してピエゾ磁気ヘツドアーム
を駆動するために交流信号の電力増幅を行う。

この増幅器は大きい電圧又は電流レベルを有す
る出力信号を扱うために、負荷に短絡が生じた場
合は、多くの重大な結果をひき起こす。

負荷に短絡が生じると、出力信号を発生させる
ための各種の要素に過度の電流や電圧が流れる。
このため、この装置内で過度の熱の発生、または
内部の損傷といつた要因により、各種の要素の損
傷や極端な場合には破壊へとつながる。個々の要
素の破壊に加えて、このような短絡によつて装置
全体に対しても同じような性質の破壊をひき起こ
す。

短絡が出力増幅回路を有する各種の要素に及ぼ
す望ましくない結果に加えて、他の原因で予期せ
ぬ影響を負荷に及ぼすこともある。この一例は、
人による不注意な動作によるものがある。すなわ
ち、要素を調整中にねじ回しでむき出しの導線に
触れるようなことによつて、人間が図らずも、出
力増幅器が実質負荷の一部となつてしまつて、深
刻なシヨツクの危険をひき起こす可能性もある得
る。

上述の理由により、出力増幅器の出力を過負荷
から保護し、これらの障害を防止するためにさま
ざまな保護装置が利用されて来た。これらの装置
は、通常、二つの種類のうちのどちらかに属す
る。

すなわち、供給される電流または電圧を制限す
るもの、あるいは、出力増幅器の動作を完全に停
止させるものである。

出力信号に存在する電圧や電流を制限する装置
においては、通常、制限装置が電圧や電流をある
特定の値に制限するように動作する。この特定レ
ベルは、通常、出力増幅器が正常な条件の下で動
作する出力可能な最大レベルである。最大負荷レ
ベルより低いレベルで動作するように出力増幅器
の制限回路を設計すると、制限回路は、その設定
レベル以上の負荷を出力増幅器に与えないように
動作する。従つて、通常、出力増幅器の制限回路
は、電圧や電流を、出力増幅器の最大レベルに制
限するように設定されることにより、負荷に短絡
が生じても出力増幅器を保護することができる。

もう一つの方法としては、出力増幅器を完全に
停止させることによつて不当な動作を終わらせて
しまうやり方である。このような構成において
は、ヒユーズまたは同様の電気機械的保護装置が
しばしば利用される。かかる装置は、しばしば、
電源および出力増幅器と直列で構成される。従つ
て、負荷の短絡によつて出力増幅器の動作は完全
にしや断される。

第１図は供給電流を制限する従来の一回路構成
例を示す。第１図において、抵抗器１０および１
２、ダイオード１４および１６、さらにトランジ
スタ１８は、一体となつて定電流源を構成してい
る。抵抗器１２は、ダイオード１４と１６を順方
向にバイアスし、トランジスタ１８のベースを本
質的に一定の電位に保つ働きをする。従つて、ト
ランジスタ１８のベース／エミツタ・ジヤンクシ
ヨンは、順方向にバイアスされ、抵抗器１０の値
によつて決定される電流２０は、前記の定電流源
によつて供給される。

トランジスタ２２は、入力端子２５に与えられ
た入力信号２４に応答して、前記の定電流源によ
より供給された電流から、トランジスタ２６およ
び２８を駆動させるために必要な電流量を調節す
る。すなわち、トランジスタ２２は入力信号２４
のレベルが小さくなると、トランジスタ２６およ
び２８を駆動させる電流２０を減ずるように動作
する。

トランジスタ２６および２８は、相補対称で動
作して、電源電圧３２とアースとの間の最大せん
頭値を有する出力信号３０を発生する。

トランジスタ３４および３６は、トランジスタ
２６および２８をそれぞれ通過する電流を制限す
るように動作する。抵抗器３８は、トランジスタ
２６を流れる最大電流が、抵抗器３８にかかるト
ランジスタ３４のベース／エミツタ・ジヤンクシ
ヨンに、順方向のバイアスを与えるには不十分な
電圧降下を発生するように選択される。

しかし、大きな負荷がかかると、抵抗器３８に
多量の電流が流れ、抵抗器３８の電圧降下は、ト
ランジスタ３４のベース／エミツタ・ジヤンクシ
ヨンに、順方向のバイアスをかけるのに充分な大
きさになり、トランジスタ３４を導通状態にす
る。トランジスタ３４が導通状態になると、電流
の一部はトランジスタ２６のベースから除去さ
れ、それによつてトランジスタ２６の電流は減じ
る。ダイオード４０は、トランジスタ３４が導通
状態にある場合、トランジスタ２６のベース／エ
ミツタ電位が、トランジスタ２６を導通状態に維
持するように動作し、それによつて、過負荷の場
合、発振を妨げるように保証する。

同じように、抵抗器４２は、トランジスタ２８
による最大電流が、トランジスタ３６のベース／
エミツタ・ジヤンクシヨンに順方向のバイアスを
与えるには不十分な電圧降下を発生するように選
択される。しかし、大きな負荷がかかると、抵抗
器４２に多量の電流が流れ、この結果抵抗器４２
の電圧降下は、トランジスタ３６のベース／エミ
ツタ・ジヤンクシヨンに順方向のバイアスをかけ
るのに十分な大きさとなり、トランジスタ３６を
導通にする。トランジスタ３６が導通状態になる
と、電流の一部がトランジスタ２８のベースから
除去され、それによつてトランジスタ２８の電流
は減少する。ダイオード４４は、トランジスタ３
６が導通状態にある場合、トランジスタ２８のベ
ース／エミツタ電位が、トランジスタ２８を導通
状態に維持するように動作し、それによつて過負
荷の場合、発振を妨げるよう保証する。

正常動作では、第１図の過負荷保護装置は入力
端子２５に与えられた交流入力信号２４を増幅す
るのに利用される。従つて、アースと電源電圧３
２とのほぼ中間点に、出力信号３０に対する直流
バイアス電圧を設定する。出力交流信号はこのバ
イアス電圧に重畳して出力される。演算増幅器４
６は、通常の反転加算入力増幅器として構成され
る。抵抗器４８は帰還抵抗器であり、入力抵抗器
５０および５２と共に演算増幅器４６の利得が二
つの入力信号に対して適切になるようにセツトさ
れる。

入力信号２４は、入力端子２５に供給され、抵
抗器５２を介して演算増幅器４６の一つの入力に
与えられ、出力増幅器４６に交流信号を供給す
る。

抵抗器５０を介して与えられた演算増幅器４６
への第二の入力は、出力増幅器の直流動作点が電
源電圧３２とアースとの間の値になるように、出
力増幅器の出力信号３０にバイアスを与えてい
る。これは、抵抗器５４および５６からなる抵抗
分圧器で得た電源電圧３２の一部分を、入力抵抗
器５０を介して演算増幅器４６の加算入力に与え
ることによつて達成される。

ダイオード４０、抵抗器３８と５８、トランジ
スタ３４およびダイオード４４、抵抗器４２と６
０、トランジスタ３６によつて行われる電流制限
は、負荷が短絡した場合でも、トランジスタ２６
あるいはトランジスタ２８を完全にオフすること
はない。一方、負荷電流が許容電流値を越えた場
合でも平衡状態が得られる。トランジスタ２６、
ダイオード４０、抵抗器３８と５８、それにトラ
ンジスタ３４から成る電流制限回路を考えると、
負荷がオーバロードになつた場合、抵抗器３８の
電圧降下の増大に伴う電流が導通状態のトランジ
スタ３４を流れ、それによつて、トランジスタ２
６のベース電流を減少させ、トランジスタ２６の
ベース電流を減少させる。しかし、この場合でも
トランジスタ２６はオフしないのである。トラン
ジスタ２６がオフするような場合は、トランジス
タ２６を通る電流は零となり、抵抗器３８にかか
る電圧降下もまた零となり、その結果トランジス
タ３４もまたオフしてしまうであろう。このよう
に、トランジスタ２６を通る電流は、抵抗器３８
にかかる所定の電圧降下によつて出力増幅器の最
大駆動電流以下に制限される。この結果、トラン
ジスタ２６および２８は、正常動作以上の電流で
はあるが許容値以下の電流が流れ、その電流は熱
として消費される。出力信号３０にこのような過
負荷状態が継続する限り、この過電流は持続す
る。

過電流によつて出力トランジスタ２６および２
８に生じる不利な動作に加えて、このような条件
下では、電源にもさらに持続的な負担をかける。

短絡によつて生ずるような過電流が出力信号３
０に存在することによつて、第１図の過負荷保護
装置は持続的な静的電流だけでなく、交流入力信
号２４による動的電流をも供給する。いずれにし
ても、この回路によつて行われる補正動作は、過
電流のために抵抗器３８および４２に発生された
それぞれの電圧によつて決まる最大持続電流を制
限する。従つて、第１図の回路は、負荷がシヨー
トしたとき、この回路が供給し得る最大電流にほ
ぼ等しい値に制限された持続電流を与えることに
なる。

［発明が解決しようとする課題］ 最初の方法は制限作用を行なう要素に熱上昇や
その他の好ましくない条件を起こす原因となる。

しかし、これらの要素は、出力増幅器回路だけ
に必ずしも限られているわけではない。反対に、
これらの要素は、電源にまで同様に及ぶこともあ
る。さらに、このようなレベルの制限は必ずしも
シヨツクの危険の諸問題の保護にはならない。

他の方法は一つの解決策ではあるけれども、正
常動作に戻るまで一定の時間を必要とするという
ことも含めて、多くの不利な点を有している。こ
の方法で恐らくもつとも厄介な面は、しや断器を
リセツトするにしても、ヒユーズの交換を物理的
に実行するにしても、オペレーターの介入を必要
とすることである。実際的な観点からすると、さ
らに厄介なことに、しばしば、ヒユーズのある場
所に近づけないことであるとか、ヒユーズの交換
が直ちに行なわれないことなどの問題が起きる。

上述した諸問題についての一例を次に示す。ら
せん走査ビデオレコーダにおいて、走査装置とし
て知られている、位置決め可能な磁気ヘツドは、
回転体の内部に置かれていて、数百ボルトを超え
る駆動電位を必要とする。限られたスペースのた
めに、位置ぎめ可能な磁気ヘツド装置には幾分ア
クセスしにくい。従つて、オペレーターが破損部
品およびヒユーズの交換を行う場合、オペレータ
ーは高電位にさらされ、しばしばシヨツクを受け
ることがある。このようなことは、通常、工具に
よる不注意なシヨートやオペレーター自身が出力
増幅器の出力に接触することに原因がある。かか
る状態においては、危険を防止するための過負荷
保護装置が明らかに求められている。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、電流制限回路を設け負荷が短絡した
場合においても増幅器の出力が許容電力を越さな
いように構成される。さらに、増幅器の出力はバ
イパスコンデンサを介して容量性負荷に結合さ
れ、このバイパスコンデンサの両端に接続された
抵抗を流れる直流電流の存在が検出され、それに
よつて、増幅器に入力する交流入力信号をカツト
し増幅器の電流がさらに増加するのを防止する。

また、出力増幅器の設計においてヒユーズの必
要性を除去することも、本発明は目的としてい
る。

さらにまた、出力増幅器の出力によつて起こる
電圧シヨツクの危険をなくそうとすることも本発
明は意図している。

このような目的を達成するために、本発明は、
定電流を供給するための定電流源と、入力信号に
応じて定電流源からの定電流を制御する電流制御
回路と、相補形をなす第１及び第２の２つののト
ランジスタと、電流制御回路によつて制御される
定電流に応じてこれらのトランジスタの中点から
容量性負荷に交流出力信号を供給する出力増幅器
と、第１のトランジスタの電流を制限する第１の
電流制限回路と、第２のトランジスタの電流を制
限する第２の電流制限回路とから構成される過負
荷保護装置において、出力増幅器の第１のトラン
ジスタ及び第２のトランジスタの中点と容量性負
荷との間に接続されたバイパスコンデンサと、バ
イパスコンデンサの両端に接続された抵抗分圧器
と、抵抗分圧器によつて分圧された直流電圧に応
じてオン・オフ制御される第１のスイツチング回
路と、抵抗とコンデンサとから構成されるローパ
スフイルタと、第１のスイツチング回路がオンに
なるとそれに従つてオンになる第２のスイツチン
グ回路とを備えた構成である。

［作用］ 本発明は、容量性負荷が短絡したときに抵抗分
圧器に流れる直流短絡電流によつて第１のスイツ
チング回路がオンになり、それに応じて第２スイ
ツチング回路がオンになり、交流信号入力端子を
アースするように動作する。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第２図は、第１図の出力増幅器に接続して利用
される本発明の実施例を、同じ参照番号を与えて
図示したものである。

第２図で、６４は容量性負荷を表わしている。
出力増幅器の出力は、バイパスコンデンサ６６を
介して容量性負荷６４に結合される。バイパスコ
ンデンサ６６の容量値は、そのインピーダンス
が、動作周波数で、容量性負荷６４のインピーダ
ンスに比較して無視できる程度のものであるよう
に選択される。従つて、正常の動作において、バ
イパスコンデンサ６６の両端の電位差は負荷に印
加される電圧に比べて無視できる程度のものであ
る。

動作周波数において負荷が短絡すると、交流電
流は出力増幅器からバイパスコンデンサ６６を介
して負荷に流れ、直流電圧は抵抗器６８および７
０から成る分圧器を介して負荷に流れる。抵抗器
６８の電圧はトランジスタ７２のベース／エミツ
タ・ジヤンクシヨンに印加される。

トランジスタ７２のベース／エミツタ・ジヤン
クシヨンが、順方向にバイアスされると、トラン
ジスタ７２はオン状態となる。トランジスタ７２
が導通状態になると、抵抗器７６および７８を介
してトランジスタ７４のベースを適切な電位に順
方向にバイアスし、これによつてトランジスタ７
４は十分なベース電流が与えられ導通状態にな
る。抵抗７６とコンデンサ８０は、トランジスタ
７４から出力される交流成分を阻止するようにロ
ーパスフイルタとして動作する。

トランジスタ７４は導通状態になると、トラン
ジスタ７４のコレクタはアース電位に近づき、電
界効果トランジスタ８２を導通状態にする。電界
効果トランジスタ８２は入力端子２５とアースと
の間に配置される。電界効果トランジスタ８２が
導通状態になると、過負荷保護装置の入力端子２
５はアース電位になる。この状態は、負荷が短絡
状態である間続き、それによつて交流電流入力は
増幅器の入力端で短絡され、増幅器の出力端に現
れない。

出力側の容量性負荷６４の短絡が消滅すると、
抵抗器６８の電圧は零になる。この結果、トラン
ジスタ７２のベース／エミツタ間の直流電位も同
様になくなり、トランジスタ７２は導通状態から
非導通状態へと切り替わる。トランジスタ７２が
非導通状態になると、トランジスタ７４も非導通
状態に切り替わり、その結果、電界効果トランジ
スタ８２は非導通状態に切り替わる。従つて、過
負荷保護装置の入力側のアースは除去され、再
び、過負荷保護装置の入力端子２５に入力信号２
４が入力するようになる。

本発明はまた過渡電流の影響を受けない。その
理由は出力に結合したバイパスコンデンサが比較
的低いインピーダンスを有するからである。

従つて、本発明は、容量性負荷の短絡時に入力
信号をアースし出力増幅器の入力端子に与えない
ようにすることによつて、出力増幅器から交流電
流が出力されないようにする。また、出力増幅器
から得られる最大の直流電流は、抵抗器６８およ
び７０の直列接続で与えられる全抵抗により制限
される。出力側の短絡条件が取り除かれると、出
力増幅器の動作は自動的に正常な状態に復旧す
る。

また、さらに、ヒユーズ、しや断器、あるいは
その他の回路しや断装置は、バツクアツプ手段と
して本発明の回路と共に使用することができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明は、負荷が短絡した
ときに抵抗分圧器の電圧上昇によつてトランジス
タをオンにし、信号入力端子をアースすることに
よつて増幅器を駆動する入力信号をカツトし、過
大な交流電流によつて出力増幅器が破壊すること
を保護する。本発明は抵抗分圧器によつて短絡電
流を検出しているので過負荷保護装置を小型にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のトランジスタを利用した出力
増幅器の回路図である。第２図は、本発明の一実
施例を示す図である。 図中、６８，７０，７６は抵抗器、７２，７
４，８２はトランジスタ、６４は容量性負荷、６
６はバイパスコンデンサ、８０はコンデンサであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 定電流を供給するための定電流源と、入力信
   号２５に応じて前記定電流源からの定電流を制御
   する電流制御回路２２と、相補形をなす２つのト
   ランジスタ２６及び２８から構成され、前記電流
   制御回路２２によつて制御される定電流２０に応
   じてこれらのトランジスタの中点から容量性負荷
   ６４に交流出力信号を供給する出力増幅器と、前
   記トランジスタ２６の電流を制限する第１の電流
   制限回路と、前記トランジスタ２８の電流を制限
   する第２の電流制限回路とから構成される過負荷
   保護装置において、 前記出力増幅器のトランジスタ２６及び２８の
   中点と容量性負荷６４との間に接続されたバイパ
   スコンデンサ６６と、 前記バイパスコンデンサ６６の両端に接続され
   た抵抗分圧器と、 前記抵抗分圧器によつて分圧された直流電圧に
   応じてオン・オフ制御される第１のスイツチング
   回路７２と、 前記第１のスイツチング回路７２の出力に接続
   される抵抗７６とコンデンサ８０によつて構成さ
   れるローパスフイルタと、 前記第１のスイツチング回路７２がオンになる
   とそれに従つてオンになる第２のスイツチング回
   路７４，８２とを備え、 容量性負荷６４が短絡したときに前記抵抗分圧
   器に流れる直流短絡電流によつて前記第１のスイ
   ツチング回路７２がオンになり、それに応じて第
   ２のスイツチング回路７４，８２がオンになるこ
   とにより，交流信号入力端子２４がアースされる
   ことを特徴とする過負荷保護装置。