JPH08321728A

JPH08321728A - 駆動回路

Info

Publication number: JPH08321728A
Application number: JP12684795A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yukita; 昌裕雪田; Yukihiro Makinae; 幸弘蒔苗; Shoichi Hosoda; 正一細田; Masanori Ienaka; 正憲家中
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP3484556B2

Abstract

(57)【要約】【目的】オーディオ・パワーアンプ等の駆動回路にあ
って、外付けのスナバ回路に依存することなく、高出力
を得るために出力電圧を飽和レベルまで目一杯振幅させ
た場合でも、リンギング等の歪を効果的に抑制させる。【構成】駆動回路の出力動作が飽和する直前から動作
して出力端子から一定電流を引き抜く電流引抜回路を設
ける。【効果】出力動作が飽和しても、出力端子から一定電流
を引き抜いて逆起電圧を吸収させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、駆動回路、さらにはプ
ッシュプル方式の出力回路を有する駆動回路に適用して
有効な技術に関するものであって、たとえばオーディオ
・パワーアンプに利用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえばオーディオ・パワーアンプなど
を構成するプッシュプル方式の駆動回路では、スピーカ
等の負荷が接続される出力端子へ電流を押し出すプッシ
ュ動作と、その出力端子から電流を引き込むプル動作と
により、その出力端子に入力電圧に応じた出力電圧が現
れるような出力動作が行われる。これにより、負荷は入
力電圧に応じた出力電圧を与えられて低インピーダンス
駆動される。

【０００３】なお、この種の駆動回路に関しては、たと
えばＣＱ出版社発行「最新リニアＩＣ規格表’８４」８
７ページなどにその回路例が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。

【０００５】すなわち、この種の駆動回路では、スピー
カ等の誘導性負荷が出力端子に接続された場合、その出
力端子での電圧と電流の位相にずれが生じ、出力電圧に
対して逆極性の電流が流れることがある。つまり、出力
端子から負荷へ向けて順電流を送りむような極性の電圧
が出力されるときに、負荷から出力端子に向かう逆電流
が過渡的に生じることがある。

【０００６】このとき、駆動回路の出力動作が飽和して
いなければ、その逆電流は、その駆動回路の出力動作に
より、その出力端子での電圧が入力電圧に応じた所定の
電圧となるべく吸収される。これにより、スピーカ等の
誘導性負荷からの逆起電圧も吸収される。

【０００７】しかし、たとえばカーオーディオ・システ
ムのように、比較的低い電源電圧下で高出力を得ようと
するオーディオ・パワーアンプなどでは、高出力を得る
ために、出力回路をプッシュプル方式で構成するととも
に、プッシュ側およびプル側の各駆動部をそれぞれ出力
動作が飽和するまで目一杯振幅させることが行われる。
つまり、高出力を得るために、出力電圧を電源電圧で制
限される飽和出力レベルまで目一杯振幅させることが行
われる。

【０００８】ここで、出力動作が飽和すると、その出力
動作が正常に機能しなくなることにより、上述した逆電
流の吸収が円滑に行われなくなる。この結果、出力端子
には大きな逆起電圧が現れ、これにより出力には激しい
リンギング歪が生じる。

【０００９】この逆起電圧によるリンギング歪を抑制す
るために、従来においては、比較的大容量の容量素子と
比較的低抵抗値の抵抗素子とを組み合せてなるスナバ回
路あるいはダンピング用のダイオードを出力端子に接続
することが行われていた。しかし、比較的大容量の容量
素子と比較的低抵抗値の抵抗素子とを組み合せてなるス
ナバ回路は半導体集積回路化が困難であるために外付部
品とせざるを得ず、この外付部品の使用により実装コス
トおよび実装面積の増大を余儀なくされていた。

【００１０】本発明の目的は、オーディオ・パワーアン
プ等の駆動回路にあって、スナバ回路等の外付回路に依
存することなく、高出力を得るために出力電圧を飽和レ
ベルまで目一杯振幅させた場合でも、リンギング等の歪
を効果的に抑制できるようにする、という技術を提供す
ることにある。

【００１１】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１３】すなわち、オーディオ・パワーアンプ等の
駆動回路の出力動作が飽和する直前から動作してその駆
動回路の出力端子から一定電流を引き抜く電流引抜回路
を置く、というものである。

【００１４】

【作用】上述した手段によれば、出力動作が飽和してス
ピーカ等の誘導性負荷による逆起電圧を吸収することが
できなくなった場合に、出力端子から一定電流を引き抜
いてその逆起電圧を吸収させることができる。

【００１５】これにより、オーディオ・パワーアンプ等
の駆動回路にあって、スナバ回路等の外付回路に依存す
ることなく、高出力を得るために出力電圧を飽和レベル
まで目一杯振幅させた場合でも、リンギング等の歪を効
果的に抑制できるようにする、という目的が達成され
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。なお、図において、同一符号は同一あ
るいは相当部分を示すものとする。

【００１７】図１は本発明の技術が適用された駆動回路
の一実施例を示す。同図に示す駆動回路はカーオーディ
オ・システム用のオーディオ・パワーアンプとして構成
されたものであって、比較的低い電源電圧（Ｖｃｃ−Ｇ
ＮＤ＝約１２Ｖ）にて高出力を得るために、２つのアン
プ１Ａ，１ＢによるＢＴＬ駆動方式を採用し、さらに各
アンプは１Ａ，１Ｂはそれぞれプッシュプル方式の出力
回路１２を有している。＋Ｖｉ，−Ｖｉは互いに逆相の
入力電圧、２１は出力端子、２２は負荷としてのスピー
カ（ＳＰ）、Ｚｆは負帰還インピーダンス（抵抗）であ
る。

【００１８】上記出力回路１２を駆動する前段回路１３
は、入力電圧Ｖｉを差動増幅するとともに、位相分割お
よびレベルシフトを行って、出力回路１２の一対のパワ
ー・バイポーラ・トランジスタＱ２，Ｑ１をプッシュプ
ル駆動する。トランジスタＱ２とＱ１は電源電位＋Ｖｃ
ｃと基準電位（接地電位）ＧＮＤの間に直列に接続さ
れ、電源電位＋Ｖｃｃ側に接続されたトランジスタＱ２
は出力端子２１へ電流を押し出すプル側駆動部をなし、
基準電位ＧＮＤ側に接続されたトランジスタＱ１は出力
端子２１から電流を吸い込むプル側駆動部をなす。

【００１９】上記出力回路１２の出力端子２１には電流
引抜回路３が接続されている。この電流引抜回路３は、
定電流回路３１、電圧検出回路をなす比較回路３２、こ
の比較回路３２の出力を受けて上記定電流回路３１を動
作させるスイッチ回路３３により構成され、出力端子２
１での出力電圧Ｖｏが所定のしきい値電圧Ｖｔｈを越え
ると、比較回路３２を介してスイッチ回路３３がオン動
作させられ、このスイッチ回路３３のオン動作により定
電流回路３１が動作して、上記出力端子２１から一定電
流Ｉｃを引き抜くようになっている。

【００２０】ここで、上記しきい値電圧Ｖｔｈは比較回
路３２の比較基準電圧をなすが、その電圧値（Ｖｔｈ）
は、駆動回路１Ａ（１Ｂ）の出力動作が飽和する直前の
出力電圧値に設定されている。駆動回路の出力動作は、
出力電圧Ｖｏを電源電圧（Ｖｃｃ−ＧＮＤ）付近まで大
振幅させた場合に飽和するが、この飽和に至る直前から
上記定電流回路３１による出力端子２１からの電流引き
抜きが行われるように、上記しきい値電圧Ｖｔｈが設定
されている。

【００２１】上述した駆動回路は半導体集積回路化され
ている。

【００２２】なお、２３は駆動回路が形成されている半
導体集積回路装置の外部に接続されるスナバ回路である
が、この発明の回路では必ずしも必要としていないの
で、省略することができる。

【００２３】次に、動作について説明する。

【００２４】図２は上述した駆動回路の要部における動
作概略を説明するための図であって、駆動回路１Ａの出
力端子２１にスピーカ等の誘導性負荷２２が接続された
場合、同図（Ａ）に示すように、出力端子２１での出力
電圧Ｖｏと出力電流Ｉｏの位相は必ずしも一致せず、出
力電圧Ｖｏに対して逆方向の電流Ｉｏを生じることがあ
る。

【００２５】ここで、同図（Ｂ）に示すように、出力電
圧Ｖｏに対して逆方向の電流Ｉｏが生じる場合でも、そ
の出力電圧Ｖｏが電源電位Ｖｃｃに対して余裕がある状
態ならば、つまり出力電圧Ｖｏが電源電位Ｖｃｃに対し
てある程度以上低い電位（Ｖｏ＜Ｖｔｈ＜Ｖｃｃ）にあ
るならば、駆動回路１Ａの出力動作は、プッシュ側およ
びプル側のいずれの駆動部（Ｑ２，Ｑ１）も飽和するこ
となく正常に動作することができる。これにより、出力
電圧Ｖｏに対して逆方向の電流Ｉｏが生じても、この逆
方向電流Ｉｏはプル側駆動部（Ｑ１）のプル駆動動作に
よって円滑に吸込むことができる。したがって、この場
合は、出力にリンギング等の激しい歪が生じるのを抑え
ることができる。

【００２６】ところが、同図（Ｃ）に示すように、出力
電圧Ｖｏが電源電位Ｖｃｃ近くまで上昇した場合（Ｖｏ
＞Ｖｔｈ）、あるいは負荷２２の逆起電力によって出力
電圧Ｖｏが電源電位Ｖｃｃを越えるような状態が生じた
場合（Ｖｏ＞Ｖｃｃ）、駆動回路１Ａの出力は飽和して
正常に動作できなくなる。これにより、出力電圧Ｖｏに
対して逆方向の電流Ｉｏが生じても、その逆方向電流Ｉ
ｏを円滑に吸込むプル駆動動作が行われなくなってしま
う。この結果、出力にはリンギング等の激しい歪が生じ
てしまう。

【００２７】しかし、上述した実施例の回路１Ａ（１
Ｂ）では、出力電圧Ｖｏが所定のしきい値電圧Ｖｔｈを
越えると、このときだけ、定電流回路３１による出力端
子２１からの一定電流Ｉｃの引き抜きが行われるように
なる。これにより、駆動回路１Ａの出力動作による電流
吸込動作が正常に行われなくなる飽和状態でも、出力端
子２１にて過渡的な異常電圧が発生するのが防止され、
外付けのスナバ回路に依存しなくても、出力にリンギン
グ等の激しい歪が生じるを抑えることができる。

【００２８】この場合、上記定電流回路３１による一定
電流Ｉｃの引き込み動作は、出力電圧Ｖｏが所定のしき
い値電圧Ｖｔｈを越えたときだけ選択的に行われて、そ
れ以外の正常出力動作時には行われないため、駆動回路
１Ａの正常な出力動作の妨げとはならない。また、上記
定電流回路３１による定電流引き込みは定常的に行われ
るものでないため、それによる消費電流の増大もわずか
で済む。

【００２９】以上のように、オーディオ・パワーアンプ
等の駆動回路の出力動作が飽和する直前から動作してそ
の駆動回路の出力端子から一定電流を引き抜く電流引抜
回路を置くことにより、出力動作が飽和してスピーカ等
の誘導性負荷による逆起電圧を吸収することができなく
なった場合に、出力端子から一定電流を引き抜いてその
逆起電圧を吸収させることができる。

【００３０】これにより、オーディオ・パワーアンプ等
の駆動回路にあって、スナバ回路等の外付回路に依存す
ることなく、高出力を得るために出力電圧を飽和レベル
まで目一杯振幅させた場合でも、リンギング等の歪を効
果的に抑制することができる。

【００３１】図３は上述した電流引抜回路３の詳細な実
施例を示す。同図に示す電流引抜回路３は、ｐｎｐバイ
ポーラ・トランジスタＱ３５、ｎｐｎバイポーラ・トラ
ンジスタＱ３６，Ｑ３７，Ｑ３８、定電圧ダイオードＺ
Ｄ１、抵抗Ｒ４などにより構成されている。

【００３２】ここで、定電圧ダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ
４、トランジスタＱ３７，Ｑ３８は定電流回路３１をな
し、定電圧ダイオードＺＤ１の定電圧値と抵抗Ｒ４の抵
抗値により設定される一定電流を出力端子２１から引き
抜く。トランジスタＱ３７とＱ３８はカレントミラーを
形成している。ｐｎｐバイポーラ・トランジスタＱ３５
は電圧検出回路３２をなす。ｐｎｐバイポーラ・トラン
ジスタＱ３５は、そのエミッタに印加される出力電圧Ｖ
ｏがそのベースに印加される基準電圧Ｖ１よりも、その
トランジスタＱ３５のベース・エミッタ間電圧分以上高
くなったときにオン動作するが、この動作を利用して電
圧検出を行っている。ｐｎｐトランジスタＱ３６は一種
のスイッチ回路３３をなし、トランジスタＱ３５がオン
動作したときにオン動作して抵抗Ｒ４およびトランジス
タＱ３７に電流を通じる。これにより、出力端子２１で
の出力電圧Ｖｏが所定のしきい値電圧Ｖｔｈ（Ｖｔｈ＝
上記基準電圧Ｖ１＋Ｑ３５のベース・エミッタ間電圧）
を越えると、比較回路３２を介してスイッチ回路３３が
オン動作させられ、このスイッチ回路３３のオン動作に
より定電流回路３１が動作して、上記出力端子２１から
一定電流Ｉｃが引き抜かれるようになっている。

【００３３】図４は本発明の駆動回路１Ａ（１Ｂ）のさ
らに詳細な実施例を示す。同図において、駆動回路１Ａ
の前段回路１３は、差動増幅回路１３１、ｐｎｐバイポ
ーラ・トランジスタＱ１１，Ｑ１４、ｎｐｎバイポーラ
・トランジスタＱ１２，Ｑ１３，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２
３、定電流回路Ｉ１，Ｉ２などにより構成されている。
駆動回路１Ａの全体利得は、帰還インピーダンスＺｆを
介して行われている負帰還により１に制御されるように
なっている。

【００３４】トランジスタＱ２１，Ｑ２２と定電流回路
Ｉ２は、出力回路１２のプッシュ側駆動部を動作させる
ためのレベルシフト回路を形成する。トランジスタＱ２
３は、プッシュ側駆動部をなすトランジスタＱ２のベー
ス側にダーリントン接続されている。トランジスタＱ１
１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４と定電流回路Ｉ１は、出力
回路１２のプル側駆動部を動作させるめのローカル負帰
還ループを形成する。このローカル負帰還ループにおい
て、プル側駆動部をなすトランジスタＱ１は、出力端子
２１に現れる出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉに追従するよ
うに負帰還制御される。すなわち、出力端子２１に現れ
る電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉに対して高くなると、トラン
ジスタＱ１の導通動作による出力端子２１からの電流吸
込が行われて、その出力端子２１での出力電圧Ｖｏを入
力電圧Ｖｉに追従させるようなプル駆動が行われる。

【００３５】駆動回路１Ａの出力端子２１に接続されて
いる電流引抜回路３は、基本的には図３に示したものと
同様の回路構成であるが、ここでは電源電圧依存性のあ
る基準電圧Ｖ１を使用し、この基準電圧Ｖ１に基づい
て、出力端子２１での出力電圧Ｖｏが一定範囲を越えた
か否かの検出を行うようにしてある。

【００３６】電源電圧依存性のある基準電圧Ｖ１は、そ
れぞれにダイオード接続されて直列接続されたトランジ
スタＱ３１〜Ｑ３３が形成する定電圧回路、抵抗Ｒ１に
よる電流制限回路、トランジスタＱ３４と抵抗Ｒ２およ
び一定の制御電圧源Ｖｓが形成する定電流回路によって
生成される。この基準電圧Ｖ１は電源電位Ｖｃｃに対し
て常に一定電圧分だけ低くなるよう、その電源電位Ｖｃ
ｃに追従する。このようにして生成される基準電圧Ｖ１
が、抵抗Ｒ３を介して、スイッチ回路３３をなすｐｎｐ
バイポーラ・トランジスタＱ３５のベースに印加され
る。

【００３７】ここで、駆動回路１Ａのプル側駆動部は、
出力端子２１での出力電圧Ｖｏが一定範囲内にあると
き、すなわち電源電位Ｖｃｃよりも一定電圧以上低い場
合、上述したように、出力端子２１での出力電圧Ｖｏを
入力電圧Ｖｉに追従させるべくプル駆動動作を行うが、
出力電圧Ｖｏが上記一定範囲を越えて上昇すると、その
プル側駆動部を形成するローカル負帰還ループが正常に
動作できなくなって、いわゆる飽和状態になってしま
う。この飽和状態になると、出力端子に逆起電圧が生じ
ても、これを吸収することができなくなって、そのまま
では、出力にリンギング等の激しい歪が生じてしまう。

【００３８】しかし、そのときには、上述した電流引抜
回路３の定電流回路３１が選択的に動作し、トランジス
タＱ１によるプル側駆動部に代って、その定電流回路３
１が出力端子２１からの電流引き抜きを行うようにな
る。これにより、駆動回路１Ａの出力電圧Ｖｏが電源電
位Ｖｃｃにより制約される飽和レベルまで目一杯振幅さ
せられる高出力時でも、外付けのスナバ回路に依存する
ことなく、出力にリンギング等の歪が生じるのを抑制す
ることができる。しかも、そのリンギング等の歪を抑制
するための電流引抜動作は、電源依存性のある基準電圧
Ｖ１に基づいて行われることにより、電源電圧Ｖｃｃに
応じて常に必要最小限に最適化される。これにより、少
ない電流消費でもってリンギング等の歪を効率良く抑制
することができる。

【００３９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４０】たとえば、駆動回路１Ａ，１Ｂはその一部
または全部をＭＯＳトランジスタを用いて構成すること
もできる。

【００４１】以上の説明では主として、本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野であるオー
ディオ・パワーアンプに適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、たとえばモータの
駆動回路など、オーディオ用途以外にも適用できる。

【００４２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

【００４３】すなわち、オーディオ・パワーアンプ等の
駆動回路にあって、スナバ回路等の外付回路に依存する
ことなく、高出力を得るために出力電圧を飽和レベルま
で目一杯振幅させた場合でも、リンギング等の歪を効果
的に抑制させることができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の技術が適用された駆動回路の一実施例
を示す回路図

【図２】図１の駆動回路の要部における動作概略を説明
するための図

【図３】図１の駆動回路に設けられている電流引抜回路
の詳細な回路実施例を示す図

【図４】本発明の技術が適用された駆動回路の詳細な回
路実施例を示す図

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ駆動回路１２出力回路１３前段回路２１出力端子２２負荷としてはスピーカ２３スナバ回路３電流引抜回路３１定電流回路３２電圧検出回路としての比較回路３３スイッチ回路Ｚｆ負帰還インピーダンス（抵抗）Ｖｔｈしきい値電圧Ｖ１基準電圧Ｖｃｃ電源電位ＧＮＤ基準電位（接地電位）＋Ｖｉ，−Ｖｉ入力電圧Ｖｏ出力電圧Ｉｏ出力電流

フロントページの続き (72)発明者細田正一埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地日立東部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者家中正憲埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地日立東部セミコンダクタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動回路の出力動作が飽和する直前から
動作して上記駆動回路の出力端子から一定電流を引き抜
く電流引抜回路を備えたことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】電流引抜回路として、出力端子での出力
電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が一
定範囲を越える電圧を検出したときだけ動作する定電流
回路とを有し、この定電流回路によって上記出力端子か
ら一定電流を引き抜かせるようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】電流引抜回路として、出力端子での出力
電圧を電源電圧依存性のある基準電圧と比較する比較回
路と、この比較回路の出力を受けて上記出力端子から一
定電流を引き抜く定電流回路を備えたことを特徴とする
請求項１または２に記載の駆動回路。
【請求項４】駆動回路は、出力端子へ電流を押し出す
プッシュ側駆動部と、出力端子から電流を引き込むプル
側駆動部とからなるプッシュプル方式の出力回路を有す
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
駆動回路。
【請求項５】プッシュプル方式の出力回路を有し、こ
の出力回路のプル側駆動部が飽和する直前から動作して
出力端子から一定電流を引き抜く電流引抜回路を備えた
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆
動回路。
【請求項６】負荷としてスピーカが接続されるオーデ
ィオ・パワーアンプであって、出力動作が飽和する直前
から動作して上記パワーアンプの出力端子から一定電流
を引き抜く電流引抜回路を備えたことを特徴とするオー
ディオ・パワーアンプ。
【請求項７】電流引抜回路として、出力端子での出力
電圧を検出する電圧検出回路と、この電圧検出回路が一
定範囲を越える電圧を検出したときだけ動作する定電流
回路とを有し、この定電流回路によって上記出力端子か
ら一定電流を引き抜かせるようにしたことを特徴とする
請求項６に記載のオーディオ・パワーアンプ。
【請求項８】電流引抜回路として、出力端子での出力
電圧を電源電圧依存性のある基準電圧と比較する比較回
路と、この比較回路の出力を受けて上記出力端子から一
定電流を引き抜く定電流回路を備えたことを特徴とする
請求項６または７に記載のオーディオ・パワーアンプ。
【請求項９】出力端子へ電流を押し出すプッシュ側駆
動部と、出力端子から電流を引き込むプル側駆動部とか
らなるプッシュプル方式の出力回路を有することを特徴
とする請求項６から８のいずれかに記載のオーディオ・
パワーアンプ。
【請求項１０】プッシュプル方式の出力回路を有し、
この出力回路のプル側駆動部が飽和する直前から動作し
て出力端子から一定電流を引き抜く電流引抜回路を備え
たことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の
オーディオ・パワーアンプ。