JPS6129574B2

JPS6129574B2 -

Info

Publication number: JPS6129574B2
Application number: JP54151059A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1986-07-08
Also published as: JPS5673908A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はスイツチング増幅器の保護回路に関
し、出力シヨートや過負荷による出力トランジス
タの破壊を防止することを目的とする。

従来のＢ級増幅器などでは、出力シヨートや過
負荷等を検出する方法として、出力に直列に挿入
された抵抗（出力トランジスターのエミツタ抵抗
等）と負荷とを２辺とするブリツジを構成し、そ
れで負荷インピーダンスを検出し、それで所定値
以下であれば保護回路が動作するという方法が一
般に用いられている。

しかし、スイツチング増幅器の場合は、効率の
関係から、出力に抵抗を入れないため、このよう
な検出方法は適用できない。

そのため、スイツチング増幅器用として、電力
損失が増加しない、しかも時間遅れのない効果的
な保護回路が望まれていた。

トランジスタは、電圧と電流が同時に与えられ
た時に破壊する。そこで、この電圧と電粒が同時
に与えられたことを検出し、それでトランジスタ
を遮断状態にすればトランジスタを破壊から保護
することができる。

トランジスタのコレクタ・エミツタ間の電圧を
検出するのは容易である。しかし、コレクタ電流
（又はエミツタ電流）を検出しようとすると、コ
レクタ又はエミツタに検出用の抵抗を入れなけれ
ばならないが、抵抗を入れた場合、それによつて
電力損失が増すため好ましくない。

そこで、スイツチングトランジスタの動作から
コレクタ電流が流れている時には、ベース電流が
供給されており、正常な場合は、その時コレクタ
エミツタ間の電圧は非常に小さくなつており、出
力シヨートや過負荷になつてコレクタ電流が限界
を超えると、コレクタ・エミツタ間の電圧が増加
するという所に注目する。この動作を第１図、第
２図の波形図を用いて説明する。

第１図および第２図において、ｂは出力トラ
ンジスタのベース電流、Vcはコレクタ・エミツ
タ間電圧、ｃはコレクタ電流である。

第１図は正常負荷の状態を示し、第２図は過負
荷の状態を示す。

出力トランジスタの破壊は、第２図のｃがピ
ークになり、Vcが増加する所で起こる。

そこで本発明では、出力トランジスタにベース
電流が供給されており、かつ、コレクタ・エミツ
タ間にある値以上の電圧が現れると、ベース電流
を遮断して、出力トランジスタを保護するように
したスイツチング増幅器の保護回路を提供するも
のである。

しかし、第１図に注目すると、ｂが立上つた
直後しばらくの間、コレクタ・エミツタ間に電圧
が残つているという期間が存在する。そしてこの
期間は、上記に説明したベース電流が供給されて
おり、かつ、コレクタ・エミツタ間にある値以上
の電圧が現れるという状態に相当する。

しかし、この期間はまだコレクタ電流ｃは十
分立上つておらず、しかも時間が非常に短いため
トランジスタは破壊しない。したがつて、この期
間では保護回路は働かないようにしなければなら
ない。

本発明は、以上のような条件をも満足するスイ
ツチング増幅器の保護回路を提供するものであ
る。

第３図に本発明の一実施例を示す。第３図にお
いて、Ａはスイツチング出力段および積分回路に
駆動信号を供給するための駆動手段、Ｂはスイツ
チングトランジスタ等で構成されるスイツチング
出力段、Ｃは積分回路、Ｄはスイツチングトラン
ジスタ等のコレクタ・エミツタ間の電圧が小さく
なつて飽和電圧近くになつた時、上記積分回路Ｃ
をリセツトするためのリセツト回路、Ｅは積分回
路Ｃの電圧が所定電圧に達すると、駆動手段Ａか
らスイツチング出力段Ｂに供給される駆動信号を
遮断するための遮断回路である。

第３図に示す保護回路の動作を、第４図に示す
波形図を用いて説明する。

第４図は、第２図に示す過負荷状態における保
護回路の動作を示すものである。

第４図において、ｂは駆動手段Ａからスイツ
チング出力段Ｂに供給される駆動信号（ベース電
流）、ｓは駆動手段Ａから積分回路Ｃへ供給さ
れる駆動信号、Vcはスイツチング出力段Ｂのト
ランジスタのコレクタ・エミツタ間電圧、Vsは
積分回路Ｃの出力電圧、Vrは遮断回路Ｅが動作
する所定電圧である。

第４図に示すように、ベース電流ｂが立上つ
た直後の期間では、積分回路出力Vsが十分増加
しないうちに、Vcによつてリセツトされるため
所定電圧Vrに達することはなく、この時には遮
断回路は動作しない。

しかし、過負荷によりコレクタ電流ｃが過大
になると、コレクタ・エミツタ間電圧Vcが大き
くなり、それに従つて積分回路出力Vsも大きく
なり、それが所定電圧Vrに達する。そこで遮断
回路Ｅが働くため、ベース電流ｂは遮断され
る。

この時、出力トランジスタは遮断状態に入るに
従つて、さらにコレクタ・エミツタ間電圧は増加
するため遮断回路入力はますます大きくなつて強
く遮断する、というように正帰還が働く。そのた
め、非常に短い時間で出力トランジスタは遮断さ
れて確実に保護される。

以上の原理を具体化した保護回路の例を第５図
および第６図に示す。第５図は出力段がコレクタ
出力である場合、第６図はエミツタ出力である場
合の例である。

第５図、第６図において、１は前段、２はエミ
ツタ接地のトランジスタ、３は出力段のベース電
流を供給する抵抗、４は出力段のスイツチングト
ランジスタ、５は逆起電力吸収用ダイオード、
６，７はローパスフイルタを構成するコイルおよ
びコンデンサ、８は積分用コンデンサに電流を供
給するための抵抗、９は積分用コンデンサ、１０
は積分用コンデンサの電圧を出力段トランジスタ
のコレクタ電圧でリセツトするためのリセツト用
ダイオード、１１，１２は電圧シフト用ダイオー
ドおよび抵抗、１３は積分用コンデンサの電圧が
所定の電圧に達するとベースに電流が供給され、
導通状態になつて出力トランジスタのベース・エ
ミツタ間をシヨートするための遮断用トランジス
タである。

第５図および第６図において、抵抗３，８は第
３図の駆動手段Ａに対応し、スイツチングトラン
ジスタ４はスイツチング出力段Ｂに、積分用コン
デンサ９は積分回路Ｃに、リセツト用ダイオード
１０はリセツト回路Ｄに、遮断用トランジスタ１
３は遮断回路Ｅにそれぞれ対応しており、それら
の動作は、第４図を用いて説明した第３図の動作
と同様である。

第４図を用いて、第５図の動作を説明する。第
４図はおいては、ｂは第５図のトランジスタ４
のベース電流、ｓは抵抗８に流れる電流、Vc
はトランジスタ４のコレクタ・エミツタ間電圧、
Vsはトランジスタ１３のベース・エミツタ間電
圧、Vrはトランジスタ１３のＶ_BE、Icはトラン
ジスタ４のコレクタ電流である。

まず、トランジスタ２が導通状態になると、
ｂおよびｓが立上る。そして、コンデンサ９が
ｓによつて充電されるに従つてVsが増加する
が、同時にｂによつてトランジスタ４が導通状
態になるためVcが小さくなり、飽和電圧近くに
なると間もなくダイオード１０が導通し、Isを吸
取るため、Vsの増加は止まる。つぎにｃが過
大になるに従つてVcが大きくなつて行き、それ
に従つてダイオード１０を介してコンデンサ９の
電圧は大きくなつて行き、Vsが増大して行く。
そして、VsがVrを越えるとトランジスタ１３が
導通し、その結果ｂが遮断され、トランジスタ
４は遮断される。トランジスタ４が遮断に入るに
従つてさらにVcは増加するためVsはますます大
きくなり、強く遮断するというように正帰還が働
く。そのために、非常に短い時間でトランジスタ
４は遮断され、確実に保護される。

なお、第４図で、ｂが遮断された後、遅れて
ｓが立下つているが、このｓの立下りは、こ
のタイミングでトランジスタ２が遮断状態になる
ためである。

また、第６図の動作は、第５図の電圧と電流の
極性を逆にし、増幅器１の出力電圧が正になる時
が、第５図のトランジスタ２が導通する時に対応
させれば、全く同様になる。

なお、電圧シフト回路１１，１２は、積分用コ
ンデンサ９の電圧が、ダイオード１０でリセツト
された時、トランジスタ１３が遮断状態になるよ
うに挿入している。

また、出力トランジスタ４がダーリントン構成
になつている場合についても、本発明は有効であ
る。

以上のように本発明によれば、スイツチング増
幅器において、電力損失を増加させることなく、
危険状態の検出を行うことができ、しかも動作が
非常に速いため、確実に出力トランジスタを保護
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はスイツチング増幅器の出力段
の波形図、第３図は本発明の一実施例のブロツク
図、第４図は本発明の動作波形図、第５図、第６
図は本発明の具体的実施例の回路図である。Ａ……駆動手段、Ｂ……スイツチング出力段、
Ｃ……積分回路、Ｄ……リセツト回路、Ｅ……遮
断回路、４……第１のトランジスタ、９……コン
デンサ、１０……ダイオード、１１，１２……電
圧シフト回路、３……第１の抵抗、８……第２の
抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】１制御電極および２つの主電極を持つスイツチ
ング出力段と、積分回路と、上記スイツチング出
力段の制御電極および上記積分回路の入力に駆動
信号を供給するための駆動手段と、上記スイツチ
ング出力段の両主電極間の電圧が飽和電圧近くに
なつた時、上記積分回路をリセツトするためのリ
セツト回路と、上記積分回路の出力電圧が所定電
圧に達すると、上記駆動手段から上記スイツチン
グ出力段の制御電極への駆動信号を遮断するため
の遮断回路とで構成されたスイツチング増幅器の
保護回路。２特許請求の範囲第１項において、スイツチン
グ出力段が第１のトランジスタで構成され、積分
回路がコンデンサで構成され、リセツト回路が上
記第１のトランジスタのコレクタと上記コンデン
サとの間に接続されたダイオードで構成され、遮
断回路が、ベースが上記コンデンサに接続され、
エミツタが第１のトランジスタのエミツタに接続
され、コレクタが第１のトランジスタのベースに
接続された第２のトランジスタで構成されたこと
を特徴とするスイツチング増幅器の保護回路。３特許請求の範囲第２項において、コンデンサ
と第２のトランジスタのベースとの間に、電圧シ
フト回路を挿入したことを特徴とするスイツチン
グ増幅器の保護回路。４特許請求の範囲第２項において、駆動信号
が、第１のトランジスタのベースおよびコンデン
サに、それぞれ第１および第２の抵抗を介して供
給されることを特徴とするスイツチング増幅器の
保護回路。５特許請求の範囲第２項において、第１のトラ
ンジスタがダーリントン構成になつていることを
特徴とするスイツチング増幅器の保護回路。