JPS6047771B2 - 増幅器の過負荷保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入力信号をパルス巾変調することによつて増巾
出力を得るようにした増巾器の過負荷保護装置に関する
ものである。

従来よりトランジスタ出力増巾器（以下単に増巾器と称
する）として、入力信号を一旦ＰＷＭ信号（パルス巾変
調信号）に変換し、このＰＷＭ信号によりスイッチング
素子をオンオフし、このスイッチング出力をフィルタで
復調することにより元の入力信号が増巾された出力信号
を得るようにしたＤ級増巾器が知られている。

このような増巾器において、過負荷状態となつた場合、
例えば負荷として接続されるスピーカのインピーダンス
が小さくなつたり、出力端子がショートしたりした場合
には、スイッチング素子を流れる電流が許容値を越える
ため、このスイッチング素子が破壊される。

そこで増巾器が過負荷状態となつたことを検出してスイ
ッチング素子を保護するようにした保護回路が提案され
ている。

従来の断種保護回路ではスイッチング素子を流れる電流
を検出して、その検出電流が所定の大きさを越えたとき
入力信号を減衰させたり或いはＰＷＭ信号を遮断するよ
うにしている。しカルながらこのような保護回路ではス
イッチング素子を流れる電流を直接検出するようにして
いるために、検出電流の大きさを増巾器の正常動作時に
おけるスイッチング素子の最大出力電流より小さくする
ことができない。このために出力端子のショート時には
スイッチング素子を流れる電流は上記最大出力電流と同
じかまたはそれ以上となつてしまい、この間発熱等の大
きな損失が生じる。またスイッチング素子の後段に接続
される復調用のフィルタはインダクタンスとコンＪデン
サとで構成されている。このためこのインダクタンスよ
りスイッチングによる逆起電圧が発生し、これによる逆
電流が流れる。通常はこの逆電流をダイオードを通じて
流すようにしているが、上記検出回路を用いた場合は、
過負荷時において７流れる最大出力電流に応じてこの逆
電流も大きくなり、従つて上記ダイオードに大きな負荷
がかかることになる。このように従来の保護回路はスイ
ッチング素子の保護と云う目的は一応達成することがで
きるものの、上述したような欠点を有している。本発明
は上記の欠点を除去することのできる保護回路を提供す
るもので、スイッチング素子を流れる電流と、フィルタ
の出力信号の電圧とが過負荷時において夫々所定の大き
さとなつたことを検出すると共に、上記電圧に応じて上
記電流を制御するようにしたものである。

以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図において、増巾器１はＰＷＭ変調器２、ドライブ
回路３、スイッチング用のＰＮＰトランジスタ４及びＮ
ＰＮトランジスタ５、フィルタ６、本発明による過負荷
保護回路７、及び入力信号減衰用のＦＥＴ（電界効果ト
ランジスタ）８等で構成されている。トランジスタ４の
エミッタには電源端子９より電源電圧＋Ｖｃｃが抵抗１
０を通じて加えられ、トランジスタ５のエミッタには電
源端子１１より電源電圧−Ｖｃｃが抵抗１２を通じて加
えられるように成されている。フィルタ６はインダクタ
ンスとコンデンサとにより構成されているもので、トラ
ンジスタ４，５のスイッチングによつて上記インダクタ
ンスから発生する逆起電圧をダイオード１３，１４て吸
収するようにしている。尚、１５は入力端子、１６は出
力端子で、この出力端子１６には負荷となるスピーカ１
７が接続されている。過負荷保護回路７は次のように構
成されている。

検出用ＰＮＰトランジスタ１８のエミッタは電源端子９
に接続され、コレクタはＦＥＴ８のゲートに接続されて
いる。

またベースは抵抗１９を介し．て抵抗１０の一端に接続
されると共に抵抗２０の一端に接続され、この抵抗２０
の他端と抵抗１０の他端とが接続されている。上記ベー
スはさらに抵抗２１，２２の直列回路を介して電源端子
１１に接続されている。
ｃ検出用ＮＰＮトランジスタ２３のエミッタは電源端子
１１に接続され、コレクタは抵抗２４を介してトランジ
スタ１８のベースに接続されている。またこのトランジ
スタ２３のベースは抵抗２５を介して抵抗１２の一端に
接続されると共に、４抵抗２６の一端に接続され、この
抵抗２６の他端は抵抗１２の他端に接続されている。上
記ベースはさらに抵抗２７，２８の直列回路を介して電
源端子９に接続されている。ここで抵抗１０，１２の抵
抗値をＲ１、抵抗２０，２６の抵抗値をＲ２、抵抗１９
，２５の抵抗値をＲ３、抵抗２１，２２、２７，２８の
抵抗値をＲ４とすると、これらの抵抗値はＲ１くＲ２及
びＲ３くＲ４の関係となるよう７に選ばれている。これ
らの抵抗値は例えば、Ｒ１＝０．１〜１Ω、Ｒ２＝１Ｋ
Ω、Ｒ３＝５１０Ω、Ｒ４＝６８ＫΩとしてよい。一方
フィルタ６の出力信号の一部がダイオード２９，３０を
通じて取り出されるように成されてθおり、その正の電
圧がダイオード２９から抵抗２１，２２の接続中点（ａ
点）に加えられ、その負の電圧がダイオード３０から抵
抗２７，２８の接続中点（ｂ点）に加えられるように成
されている。

尚コンデンサ３１，３２は高域除去用のもの夕で、後述
する理由により出力信号の高域に対して保護回路７が動
作しないようにするためのものである。次に上記構成に
よる動作を説明する。

増巾器１の正常動作時においては、入力信号１）５に前
段の前置増巾器から加えられた入力信号がＰＷＭ変調器
２でＰＷＭ信号に変換される。

このＰＷＭ信号がドライブ回路３を通じてトランジスタ
４，５に加えられることにより、これらのトランジスタ
４，５が交互にオンオフされる。この結果トランジスタ
４，５のコレクタ接続点により略電源電圧士Ｖｃｃをピ
ークレベルとする例えは５００ＫＨｚ（７）ＰＷＭ信号
が得られ、このＰＷＭ信号はフィルタ６に加えられて復
調される。フィルタ６からは元の入力信号が増巾された
略電源電圧士■Ｃｃをピークレベルとする出力信号が得
られ、この出力信号はスピーカ１７に加えられる。これ
と共に上記出力信号の一部はダイオード２９，３０を通
じてａ点及びｂ点に加えられる。このときａ点において
は、電源電圧＋■Ｃｃが抵抗１０，１９，２０の回路及
ひ抵抗２１を通じて加えられると共に、電源電圧−Ｖｃ
ｃが抵抗２２を通じて加えられている。抵抗２１，２２
はその抵抗値がＲ４で互いに等しく、また抵抗１０，１
９，２０の各抵抗値Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３くＲ４であるから
、ａ点に出力信号が加えられない状態を考えるとこのａ
点の電圧は略０である。従つてダイオード２９を通じて
出力信号の正の電圧が加えられると、このａ点の電圧は
略０〜＋■Ｃｃの間で出力信号の正の電圧に比例して変
化する。ｂ点についても同様に電源電圧十Ｖｃｃが抵抗
２８を通じて加えられると共に、電源電圧−■Ｃｃが抵
抗１２，２５，２６の回路を通じて加えられており、抵
抗２７，２８はその抵抗値がＲ４て互いに等しくまた抵
抗１２，２５，２６の各抵抗値Ｒｌ，Ｒ２，Ｒ３くＲ４
である。従つてこのｂ点にダイオード３０を通じて出力
信号の負の電圧が加えられることにより、ｂ点の電圧は
略０〜−Ｖｃｃの間で出力信号の負の電圧に比例して変
化する。ａ点及びｂ点における上述の電圧変化に応じて
抵抗２１及ひ抵抗２７には夫々電流１１，１２が流れる
。

この電流１１，１２は出力信号が士■Ｃｃとなつたとき
に略０となり、出力信号がＯとなつたときに ■Ｃｃ
最大値略丁７（゜．゜Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３くＲ４）となり
、これらの間て変化する。

一方電源端子９，１１間に接続されるトランジスタ４，
５には抵抗１０，１２を通じてスイッチング電流Ｌが流
れている。この電流１。は出力信号のレベル、即ち電流
１１，１２の上記最大値〜略０の変化に応じて略０〜最
大出力電流路鼾の間て変化している。上記正常動作状態
において、スピーカ１７のインピーダンスが小さくなる
か或いはスピーカ１７がショートして過負荷状態となつ
たとする。

このとき出力端子１６の電圧は略０となり、従つてａ点
及びｂ点の電圧も略０となつて電流１１，１２が最大値
て流れる。電流１１は抵抗１０，１９，２０の回路を通
じて流れ、この結果過負荷となつたことにより、電流厖
が最大出力電流まて上昇しようとするが、この電流１１
が分流されるため、その分だけ減少される。これによつ
て電流１。の増大を抑えることができる。またこのとき
抵抗１９の両端電圧、即ちトランジスタ１８のベース電
圧ＶＢは、電流Ｌにより発生する電圧（１０Ｒ１×ム）
と、電流１１により発 ■ＣＣＲ２Ｒ３生する電
圧（玉７× ）（゛．゛Ｒ１くＲ２，Ｒ３．゜．抵
Ｒ２＋Ｒ３抗１０，１９，２０の回路は実
質的にＲ２とＲ３との並列回路となる。

）との和、即ち となり、このとき■。

≧■ＢＥ（但し■ＢＥトランジスタ１８のベース・エミ
ッタ間電圧（例えば０．６Ｖ）となる。゛この結果この
トランジスタ１８が導通する。一方電流１２が抵抗１２
，２５，２６の回路を通じて最大値で流れることにより
、電流１。

の最大が抑えられる。これと共に抵抗２５の両端には前
述と同様の動作に基いて上記１式で定められる電圧■８
が発生し、これによつてトランジスタ２３が導通する。
この結果抵抗２４を電流が流れ、この抵抗２４に発生す
る電圧に基いてトランジスタ１８が導通する。尚、電流
１１に基くトランジスタ１８の導通のタイミングと、電
流１２に基くトランジスタ２３の導通によるトランジス
タ１８の導通のタイミングは、スイッチングトランジス
タ４，５のスイッチングのタイミングに応じて異なる。
上述のようにトランジスタ１８が導通する結果、このト
ランジスタ１８を流れる電流がＦＥＴ８のゲートに加え
られてこのＦＥＴ８が導通し、これによつて入力信号の
レベルが減衰される。従つてトランジスタ４，５のスイ
ッチング動作が停止されてこのトランジスタ４，５を保
護することができる。以上によれば、過負荷時にはスイ
ッチング動作に拘らずａ点及びｂ点の電圧が略０となつ
て電流１１，１２が最大となるので、第２図に示すよう
に、従来の検出回路ては過負荷時に最大出力電流で流ｊ
れてい電流１。

を電流１１，１２の分だけ減少させることができる。次
に前述した正常負荷時の動作はトランジスタ４，５のコ
レクタから得られるＰＷＭ信号の位相と出力信号の位相
、即ちａ点及びｂ点の電圧の位門相とが合つている場合
に動作が可能となる。

しかしながら実際にはフィルタ６を構成するインダクタ
ンスとコンデンサとによりＰＷＭ信号の位相と出力信号
の位相との間にすれが生じる。出力信号の周波数が低い
場合はこの位相ずれは小さいためフ前述した所定の正常
動作が行われるが、周波数が高くなると位相ずれが大き
くなる。この結果例えばａ点の電圧が略０となつて電流
１１が最大となつているときにトランジスタ４が導通し
たような場合は、電流１。が殆んど流れずコレクタから
のＰＷＭ信号がクリップされ、これによつて出力信号の
レベルがクリップされてしまうことになる。このように
出力信号の高域において出力レベルがクリップされるこ
とを防ぐために、本実施例ではダイオード２９，３０の
後段に小容量のコンデンサ３１，３２を接続している。
。これによつて出力周波数が所定の値より高くなつた場
合は、これらのコンデンサ３１，３２が充電されるため
、ａ点及びｂ点の電圧がこの充電電圧まで上昇昇する。
従つて電流１１，１２が抑えられ電流Ｌが流れやすい状
態となる。このように高域において保護回路７の感度を
下げることによつて、フィルタ６によるＰＷＭ信号と出
力信号との位相ずれに基く出力レベルのクリップを防ぐ
ことができる。尚、コンデンサ３１，３２の容量は、出
力周波数がフィルタ６のカットオフ周波数より低い所定
の大きさとなつたときにａ点及びｂ点の電圧が所定の大
きさとなるように選ばれる。以上述べたように本発明は
、入力信号をパルス巾変調信号に変換し、このパルス巾
変調信号によ；りスイッチング素子をスイッチングし、
このスイッチング出力をフィルタで復調することによつ
て上記入力信号が増巾された出力信号を得るようにした
増巾器において、上記スイッチング素子を流れる電流を
検出する第１の検出手段１０，１９，２２０，１２，２
５，２６と、上記出力信号の電圧を検出する第２の検出
手段１０，１９，２０，２１，２２，１２，２５，２６
，２７，２８，２９，３０と、上記第１及び第２の検出
手段の検出信号により制御される保護手段１８，２３と
を設け、上記スイッチング素子を流れる電流が所定値以
上になり且つ上記出力信号の電圧が夫々所定値以下にな
つたとき、上記保護手段を動作させることにより、上記
増巾器の動作を実質的に停止させるようにしたことを特
徴とする増巾器の過負荷保・護装置に係るものである。

従つて本発明によれば、スイッチング出力電流と出力信
号電圧とを夫々検出し、この電圧に基いてスイッチング
出力電流を流すようにしているので、過負時にスイッチ
ング素子に最大出力電流が流れることを防ぐことがてき
、発熱等の損失をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は動作を
説明するための負荷特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力信号をパルス巾変調信号に変換し、このパルス
   巾変調信号によりスイッチング素子をスイッチングし、
   このスイッチング出力をフィルタで復調することによつ
   て上記入力信号が増巾された出力信号を得るようにした
   増巾器において、上記スイッチング素子を流れる電流を
   検出する第１の検出手段と、上記出力信号の電圧を検出
   する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段の
   検出信号により制御される保護手段とを設け、上記スイ
   ッチング素子を流れる電流が所定値以上になり且つ上記
   出力信号の電圧が所定値以下になつたとき、上記保護手
   段を動作させることにより、上記増巾器の動作を実質的
   に停止させるようにしたことを特徴とする増巾器の過負
   荷保護装置。