JPH09167926A - 増幅器の保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】減電特性のよい増幅回路の保護回路を提供す
る。 【解決手段】入力信号を増幅する入力段増幅器１８と、
入力段増幅器１８の出力信号を反転する反転増幅器１９
と、負荷をＢＴＬ駆動する出力段増幅器２０及び２１
と、出力段増幅回路２０の出力信号レベルを減衰する減
衰回路２２と、入力段増幅器１８の出力信号と減衰回路
２２の出力信号とを比較する比較回路２３と、両信号の
レベル差に応じた比較回路２３の出力信号を第１及び第
２基準電圧と比較するウィンドコンパレータ２４と、ウ
ィンドコンパレータ２４の出力信号に応じてバイアス回
路２６を停止させる停止回路とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、増幅器の保護動作
の誤動作を改善した増幅器の保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カーステレオやミニコンポ等の出
力段パワー増幅器の出力端にスピーカを接続する際に、
出力段パワー増幅器の出力端子を電源またはアースに誤
って接続するという、いわゆる天絡、地絡が起こると、
出力段パワー増幅器を構成する出力トランジスタに過大
電流が流れ、出力トランジスタが破壊されることがあっ
た。その為、天絡及び地絡から出力トランジスタを保護
する保護回路が出力段パワー増幅器に内蔵されていた。
このようなパワー増幅器に内蔵される前記保護回路は図
２の如く構成される。

【０００３】図２において、増幅器の動作について簡単
に説明する。まず、増幅回路の第１入力信号が入力端子
（１）及び（１’）に、また、第１入力信号と逆位相の
第２入力信号が入力端子（２）及び（２’）に印加され
る。入力端子（１）の第１入力信号及び入力端子（２）
の第２入力信号は、バイアス発生回路（３）から発生す
るバイアスに重畳された後、それぞれドライバトランジ
スタ（４ａ）及び（４ａ’）に印加される。また、入力
端子（１’）の第１入力信号及び入力端子（２’）の第
２入力信号は前記バイアスに重畳された後ドライバ回路
（４ｂ）及び（４ｂ’）に印加される。ドライバトラン
ジスタ（４ａ）及び（４ａ’）の出力信号と、ドライバ
回路（４ｂ）及び（４ｂ’）の出力信号により、出力ト
ランジスタ（５ａ）乃至（５ｄ）が駆動し、負荷（６）
をＢＴＬ駆動する。

【０００４】ここで、増幅器の保護動作について説明す
る。出力端子＋ＯＵＴが天絡された場合、出力端子＋Ｏ
ＵＴの出力電圧が電源電圧Ｖｃｃになり出力トランジス
タ（５ｂ）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（５ｂ）のベース−エミッタ間電圧Ｖｂ
ｅが高くなるので、抵抗（７ａ）及び（７ｂ）の接続中
点電圧が高くなり、トランジスタ（８）がオンする。そ
の為、トランジスタ（１１）がオンし、さらに、トラン
ジスタ（１０ａ）及び（１０ｂ）がオンするので、トラ
ンジスタ（１１）のコレクタから出力電流が発生する。
トランジスタ（１１）のコレクタ電流が停止回路（１
２）に印加されることにより、停止回路（１２）からバ
イアス発生回路（３）に停止信号が印加される。前記停
止信号によりバイアス発生回路（３）からのバイアスの
発生がを停止する。その為、出力トランジスタ（５ｂ）
がオフし、出力トランジスタ（５ｂ）の破壊が防止され
る。

【０００５】また、出力端子＋ＯＵＴが地絡されると、
出力端子＋ＯＵＴの出力電圧はアースされ、出力トラン
ジスタ（５ａ）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（５ａ）のベース−エミッタ間電
圧が増大するので、抵抗（１３ａ）及び（１３ｂ）の接
続中点電圧が増加し、トランジスタ（１４）はオンす
る。トランジスタ（１４）のオンにより、ツェナーダイ
オード（１５）及びトランジスタ（１６ａ）及び（１６
ｂ）がオンし、さらに、トランジスタ（１７）がオンす
る。よって、トランジスタ（１７）のコレクタ電流が停
止回路（１２）に印加され、停止信号がバイアス発生回
路（３）に印加される。そして、バイアスの発生が停止
し、出力トランジスタ（５ａ）はオフするので、出力ト
ランジスタ（５ａ）の保護が行われる。

【０００６】尚、出力トランジスタ（５ｃ）及び（５
ｄ）にも、同様の天絡検出回路（１８）及び地絡検出回
路（１９）が接続されているので、出力端子−ＯＵＴが
天絡または地絡されても、出力トランジスタ（５ｃ）及
び（５ｄ）の破壊を防止することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
天絡及び地絡を検出する回路は、電源電圧Ｖｃｃの減電
特性が悪いという問題があった。例えば、出力トランジ
スタ（５ａ）側を見ると、地絡時ツェナーダイオード
（１５）とダイオード接続されるトランジスタ（１６
ａ）及び（１６ｂ）とは直列接続されるので、最小電源
電圧Ｖｍｉｎは、ツェナーダイオード（１５）のオン電
圧をＶｚｄとし、トランジスタ（１６ａ）及び（１６
ｂ）のベース−エミッタ間電圧をＶｂｅとすれば、Ｖｍ
ｉｎ＝Ｖｚｄ＋２・Ｖｂｅになる。前記オン電圧Ｖｚｄ
及びベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅをそれぞれ５．６Ｖ
及び０．７とすれば、前記最小電源電圧は、７Ｖとな
る。減電により電源電圧Ｖｃｃが７Ｖよりも低くなる
と、天絡及び地絡を検出できず、この状態にて、天絡ま
たは地絡が発生した場合、出力トランジスタは破壊され
る。

【０００８】また、電源電圧Ｖｃｃの減電による上述の
問題の解決のため、ツェナーダイオード（１５）を取り
除いて前記最小電源電圧Ｖｍｉｎを低くして解決するこ
とができるが、トランジスタ（１６ａ）及び（１６ｂ）
のオンによりトランジスタ（１７）がオンするので、定
常時地絡を誤検出するという問題が新たに発生する。よ
って、実際はツェナーダイオード（１５）を取り除くこ
とはできなかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
み成されたものであり、入力信号を増幅する入力段増幅
器と、負荷に出力信号を発生する出力段増幅器を備える
増幅器の保護回路であって、前記出力段増幅器の出力信
号を減衰する減衰回路と、前記入力増幅器の出力信号と
前記減衰回路の出力信号とを比較し、両信号のレベル差
が所定値以上になったとき、出力信号を発生する比較回
路と、該比較回路の出力信号に応じて、前記増幅器の増
幅動作を停止する停止回路とから成ることを特徴とす
る。

【００１０】また、入力信号を増幅する入力段増幅器、
入力段増幅器の出力信号に応じて負荷をＢＴＬ駆動する
第１及び第２出力段増幅回路を有する増幅器の保護回路
であって、第１出力段増幅器の出力信号を減衰する第１
減衰回路と、第２出力段増幅器の出力信号を反転する反
転回路と、該反転回路の出力信号を減衰する第２減衰回
路と、前記入力段増幅器の出力信号と、前記第１及び第
２減衰回路の出力信号とを比較し、前記入力信号と、前
記第１減衰回路の出力信号または前記第２減衰回路の出
力信号との差が所定値以上になったとき、出力信号を発
生する比較回路と、該比較回路の出力信号に応じて、前
記増幅器の増幅動作を停止する停止回路とから成ること
を特徴とする。

【００１１】

【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、（１８）は電力増幅回路の入力段増幅器、
（１９）は入力段増幅器（１８）の出力信号を反転する
反転増幅器、（２０）及び（２１）は反転増幅器（１
９）の出力信号を増幅する電力増幅回路の第１及び第２
出力段増幅器、（２２）は第１出力段増幅器（２０）の
出力信号を減衰する減衰回路、（２３）は減衰回路（２
２）の出力信号と入力段増幅器（１８）の出力信号とを
比較する比較回路、（２４）は第１比較部（２４ａ）及
び第２比較部（２４ｂ）から成り、比較回路（２３）の
出力信号を第１及び第２基準電圧と比較するウィンドコ
ンパレータ、（２５）はウィンドコンパレータ（２４）
の出力信号に応じて停止信号を発生する停止回路、（２
６）は反転増幅器（１９）にバイアスを発生するバイア
ス発生回路である。

【００１２】まず、図１の電力増幅回路のにおいて、信
号源（２７）から発生する入力信号は入力段増幅器（１
８）の正入力端子に印加され、増幅される。入力段増幅
器（１８）の出力信号は、反転増幅器（１９）の正入力
端子に印加され、増幅または反転増幅される。その為、
反転増幅器（１９）の正出力端子から前記入力信号と同
相の出力信号が発生し、また、その負出力端子から前記
入力信号と逆相の出力信号が発生する。反転増幅器（１
９）の正及び負出力端子からの出力信号はそれぞれ第１
及び第２出力段増幅器（２０）及び（２１）で増幅さ
れ、第１及び第２出力段増幅器（２０）及び（２１）の
出力信号は負荷（６）をＢＴＬ駆動する。

【００１３】また、入力段増幅器（１８）の出力信号
は、比較回路（２３）の正入力端子に印加される。第１
出力段増幅器（２０）の出力信号は、減衰回路（２２）
で減衰された後、比較回路（２３）の正入力端子に印加
される。減衰回路（２２）の減衰率は、反転増幅器（１
９）の利得をＧ１とし、第１出力段増幅器（２０）の利
得をＧ２とすれば、１／（Ｇ１＋Ｇ２）に設定される。
比較回路（２３）において、入力段増幅器（１８）の出
力信号と第１出力段増幅器（２０）の出力信号とのレベ
ルが比較され、そのレベル差に応じた出力信号が発生す
る。比較回路（２３）の出力信号は、ウィンドコンパレ
ータ（２４）の第１比較部（２４ａ）の負入力端子に印
加され、その正入力端子の第１基準電圧と比較されると
ともに、第２比較部（２４ｂ）の正入力端子にも印加さ
れ、前記第１基準電圧より高い第２基準電圧と比較され
る。よって、比較回路（２３）の出力信号のレベルが第
１基準電圧と第２基準電圧との間にある場合、ウィンド
コンパレータ（２４）は出力信号を発生しない。また、
比較回路（２３）の出力信号のレベルが第１基準電圧よ
り低く、または、第２基準電圧より高い場合、ウィンド
コンパレータ（２４）から出力信号が発生する。そし
て、停止回路（２５）はウィンドコンパレータ（２４）
の出力信号に応じて停止信号を発生し、停止信号により
バイアス発生回路（２６）はバイアスの発生を停止す
る。バイアスの発生が停止されると、反転増幅器（１
９）と、第１及び第２出力段増幅器（２０）及び（２
１）とは増幅動作を停止する。

【００１４】次に、比較回路（２３）、ウィンドコンパ
レータ（２４）及び停止回路（２５）の動作を、図３に
示される具体回路例を用いて説明する。図３において、
比較回路（２３）は、エミッタが共通接続され、ベース
に入力段増幅器（１８）の出力信号及び減衰回路（２
２）の出力信号がそれぞれ印加されるトランジスタ（２
８）及び（２９）と、トランジスタ（２８）のコレクタ
電流を反転する電流ミラー回路（３０）及び（３１）
と、トランジスタ（２９）のコレクタ電流を反転する電
流ミラー回路（３２）と、電流ミラー回路（３１）及び
（３２）の差電流に応じた電圧を発生する電圧発生回路
（３３）とから成り、ウィンドコンパレータ（２４）の
第１比較部（２４ａ）は、エミッタが共通接続されるト
ランジスタ（３４）及び（３５）から成り、また、第２
比較部（２４ｂ）はエミッタが共通接続されるトランジ
スタ（３６）及び（３７）から成り、さらに、停止回路
（２５）は、トランジスタ（３８）及び（３９）から成
る。

【００１５】通常動作時、入力段増幅器（１８）の出力
信号が図４（イ）の如き波形であると、第１出力段増幅
器（２０）の出力信号の波形は、図４（ロ）の如くな
る。入力段増幅器（１８）と第１出力段増幅器（２０）
の出力信号は、同相であるが、レベルは異なっている。
第１出力段増幅器（２０）の出力信号は、減衰回路（２
２）で減衰され、図４（ハ）の如き出力信号が発生す
る。入力段増幅器（１８）及び減衰回路（２２）の出力
信号はそれぞれトランジスタ（２８）及び（２９）のベ
ースにそれぞれ印加される。減衰回路（２２）の減衰率
は前述の如く１／（Ｇ１＋Ｇ２）に設定されているの
で、減衰回路（２２）の出力信号は、入力段増幅器（１
８）の出力信号と同相及び同レベルになる。その為、ト
ランジスタ（２８）及び（２９）のベース間電圧に差が
生じず、トランジスタ（２８）及び（２９）のコレクタ
電流は同一となる。トランジスタ（２８）のコレクタ電
流は電流ミラー回路（３０）及び（３１）で反転される
とともに、トランジスタ（２９）のコレクタ電流は電流
ミラー回路（３２）で反転される。前記コレクタ電流が
同一なため電流ミラー回路（３１）及び（３２）の出力
電流は同一になる。電圧発生回路（３３）において、抵
抗（３３ａ）に電流が流れないので、トランジスタ（３
３ｄ）及び（３３ｅ）のエミッタ共通接続点は、抵抗
（３３ｂ）及び（３３ｃ）の電圧降下とトランジスタ
（３３ｄ）及び（３３ｅ）のベース−エミッタ間電圧と
により定まり、電源電圧をＶｃｃとすると１／２・Ｖｃ
ｃとなる。

【００１６】従って、トランジスタ（３５）及び（３
６）のベース電圧は１／２・Ｖｃｃになる。また、トラ
ンジスタ（３４）及び（３７）のベースには、抵抗（４
０ｃ）乃至（４０ａ）の各々の接続点から発生する第１
及び第２基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２がそれぞれ
印加されている。抵抗（４０ａ）乃至（４０ｃ）の抵抗
比は、第１及び第２基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２
が、Ｖｒｅｆ１＜１／２・Ｖｃｃ＜Ｖｒｅｆ２になるよ
うに設定される。よって、第１及び第２比較部（２４
ａ）及び（２４ｂ）において、トランジスタ（３５）及
び（３７）がオンするので、トランジスタ（３８）及び
（３９）はオンせず、停止信号は発生しない。

【００１７】ここで、第１出力段増幅器（２０）に地絡
が発生した場合、トランジスタ（２９）のベースは接地
されるので、トランジスタ（２８）が常にオンする。そ
の為、トランジスタ（２８）のコレクタ電流だけが発生
し、電流ミラー回路（３１）の出力電流だけが発生す
る。よって、トランジスタ（３３ｄ）のエミッタ電流が
抵抗（３３ａ）を介して電流ミラー回路（３１）に供給
される。抵抗（３３ａ）の電圧降下により、トランジス
タ（３５）及び（３６）のベース電圧は１／２・Ｖｃｃ
より低くなる。前記ベース電圧は第１基準電圧Ｖｒｅｆ
１より低いので、トランジスタ（３４）及び（３７）が
オンする。トランジスタ（３４）がオンすることによ
り、トランジスタ（３８）及び（３９）がオンし、トラ
ンジスタ（３９）のコレクタに停止信号が発生する。

【００１８】また、第１出力段増幅回路（２０）が天絡
した場合、トランジスタ（２９）のベース電圧は電源電
圧Ｖｃｃに略等しくなるので、トランジスタ（２９）が
常にオンする。その為、トランジスタ（２９）のコレク
タ電流だけが発生するので、電流ミラー回路（３２）の
出力電流が発生する。よって、電流ミラー回路（３２）
から抵抗（３３ａ）を介してトランジスタ（３３ｅ）に
供給される。抵抗（３３ａ）の電圧降下により、トラン
ジスタ（３５）及び（３６）のベース電圧は１／２・Ｖ
ｃｃより高くなる。前記ベース電圧は第２基準電圧Ｖｒ
ｅｆ２より高いので、トランジスタ（３５）及び（３
６）がオンする。トランジスタ（３６）がオンすること
により、トランジスタ（３８）がオンし、トランジスタ
（３９）のコレクタに停止信号が発生する。

【００１９】またさらに、負荷ショートが発生した場
合、第１出力段増幅器（２０）の出力電圧は、１／２・
Ｖｃｃとなり、減衰回路（２２）によりトランジスタ
（２９）のベース電圧も１／２・Ｖｃｃに略等しくな
る。トランジスタ（２８）のベースには入力段増幅器
（１８）の出力信号が印加されているので、トランジス
タ（２８）及び（２９）のコレクタ電流は入力段増幅器
（１８）の出力信号に応じて変化する。その為、電流ミ
ラー回路（２８）及び（２９）の出力電流は変化し、ト
ランジスタ（３５）及び（３６）のベース電圧は１／２
・Ｖｃｃを中心として正または負に変化する。トランジ
スタ（３５）及び（３６）のベース電圧が基準電圧Ｖｒ
ｅｆ１より低く、または、基準電圧Ｖｒｅｆ２より高い
とき、トランジスタ（３８）及び（３９）がオンし、停
止信号を発生する。また、それ以外の時、トランジスタ
（３８）及び（３９）はオフする。よって、バイアスは
間欠制御されるが、負荷ショートに対する保護は確実に
行うことができる。ここで、入力増幅器（１８）の出力
信号は、アースと電源電圧との間を十分にダイナミック
レンジを取りながら振幅するので、トランジスタ（３
５）及び（３６）のベース電圧が十分に変化し、正確に
負荷ショートを検出することができる。

【００２０】よって、第１出力段増幅器（２０）の出力
端が地絡、天絡及び負荷ショートした場合、確実にそれ
らを検出することができる。また、図３の天絡、地絡及
び負荷ショートを検出する検出回路の最小電源電圧は、
抵抗（３３ｂ）及び（３３ｃ）の電圧降下による電圧Ｖ
αと、２個のトランジスタのベース・エミッタ間電圧２
・Ｖｂｅとの加算電圧でよい。具体的には、Ｖｂｅ＝
０．７Ｖとすると、最小電源電圧は１．４＋Ｖα（Ｖ）
でよく、例えば、車載用のオーディオとして用いた場
合、減電特性を大幅に改善することができる。

【００２１】尚、図１や図３では、ウィンドコンパレー
タを用いているが、減衰回路（２２）の減衰量によって
は、減衰回路（２２）の出力信号レベルが０に近い値に
なるので、その代わりに１つの基準電圧を用いた単なる
比較回路を用いてもよい。図５は、他の実施例を示す図
であり、（４１）は第２出力段増幅器（２１）の出力信
号を反転する反転回路、（４２）は反転回路（４１）の
出力信号を減衰する減衰回路、（４３）はトランジスタ
（２９）とエミッタ及びコレクタが共通接続され、ベー
スに減衰回路（４２）の出力信号が印加されるトランジ
スタである。但し、電流ミラー回路（３０）のミラー比
は１：２に設定されている。

【００２２】図５において、第２出力段増幅器（２１）
の出力信号は反転回路（４１）に印加され、反転され
る。第１及び第２出力段増幅器（２０）及び（２１）の
出力信号は互いに逆相になっているので、第２出力段増
幅回路（２１）の出力信号が反転回路（４１）で反転さ
れることにより、反転回路（４１）の出力信号は第１出
力段増幅器（２０）の出力信号と同レベル及び同相にな
る。反転回路（４１）の出力信号は減衰回路（４２）で
減衰される。減衰回路（４２）の減衰率は、減衰回路
（２２）と同様、前述される如き１／（Ｇ１＋Ｇ２）と
なる。減衰回路（４２）の出力信号はトランジスタ（４
３）のベースに印加される。

【００２３】通常動作時、トランジスタ（２８）、（２
９）及び（４３）のベースの入力信号は同レベル及び同
相になる。トランジスタ（２８）とトランジスタ（２
９）及び（４３）とのベース間電圧に差が生じないの
で、電流ミラー回路（３０）及び（３２）の入力電流の
比は１：２になる。よって、電流ミラー回路（３１）及
び（３２）の出力電流は同一になり、抵抗（３３ａ）に
電流は流れない。その為、電流発生回路（３３）の出力
電圧１／２・Ｖｃｃがトランジスタ（３５）及び（３
６）のベースに印加され、トランジスタ（３５）及び
（３７）がオンする。これにより、トランジスタ（３
８）及び（３９）はオンしないので、トランジスタ（３
９）のコレクタから停止信号は発生しない。

【００２４】また、第１出力段増幅器（２０）または第
２出力段増幅器（２１）のいずれか一方の出力端が、地
絡、天絡または負荷ショートされた場合、トランジスタ
（２９）または（４３）のベース電圧が、０Ｖ（地絡
時）、１／２Ｖｃｃ（負荷ショート時）または電源電圧
Ｖｃｃに略等しい値（天絡時）になる。そして、地絡、
天絡または負荷ショートが検出された場合、前述した図
３と同様の動作が行われ、確実に検出し、出力トランジ
スタを保護することができる。

【００２５】図５の如く構成すれば、第１及び第２出力
段増幅器（２０）及び（２１）の出力端のいずれか一方
に異常が発生しても、確実に異常を検出することができ
る。尚、図５では、反転回路（４１）の出力信号を減衰
回路（４２）で減衰しているが、減衰回路（４２）の出
力信号を反転する構成にしても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、増幅回路の入力信号
と、増幅回路の出力信号の減衰信号とを比較することに
よって異常を検出するので、電圧モードで検出し、出力
電圧と出力電流との位相遅れが発生するという問題は一
切発生せず、異常の誤検出を防止することができる。

【００２７】差動型の比較回路で構成したので、減電圧
特性を改善することができ、具体的には、ダイオードの
オン電圧の２倍の電圧で動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。

【図２】従来例を示す回路図である。

【図３】本発明の要部を示す回路図である。

【図４】本発明を説明するための特性図である。

【図５】本発明の他の要部を示す回路図である。

【符号の説明】

１８ 入力段増幅器 １９ 反転増幅器 ２０ 第１出力段増幅器 ２１ 第２出力段増幅器 ２２ 減衰回路 ２３ 比較回路 ２４ ウィンドコンパレータ ２５ 停止回路 ２６ バイアス回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を増幅する入力段増幅器と、負荷
   に出力信号を発生する出力段増幅器を備える増幅器の保
   護回路であって、 前記出力段増幅器の出力信号を減衰する減衰回路と、 前記入力増幅器の出力信号と前記減衰回路の出力信号と
   を比較し、両信号のレベル差が所定値以上になったと
   き、出力信号を発生する比較回路と、 該比較回路の出力信号に応じて、前記増幅器の増幅動作
   を停止する停止回路とから成ることを特徴とする増幅器
   の保護回路。
2. 【請求項２】入力信号を増幅する入力段増幅器、入力段
   増幅器の出力信号に応じて負荷をＢＴＬ駆動する第１及
   び第２出力段増幅回路を有する増幅器の保護回路であっ
   て、 第１出力段増幅器の出力信号を減衰する第１減衰回路
   と、 第２出力段増幅器の出力信号を反転する反転回路と、 該反転回路の出力信号を減衰する第２減衰回路と、 前記入力段増幅器の出力信号と、前記第１及び第２減衰
   回路の出力信号とを比較し、前記入力信号と、前記第１
   減衰回路の出力信号または前記第２減衰回路の出力信号
   との差が所定値以上になったとき、出力信号を発生する
   比較回路と、 該比較回路の出力信号に応じて、前記増幅器の増幅動作
   を停止する停止回路とから成ることを特徴とする増幅器
   の保護回路。