JPS6255725B2

JPS6255725B2 -

Info

Publication number: JPS6255725B2
Application number: JP56010569A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Imanishi; Hajime Mori; Masaru Hashimoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1987-11-20
Also published as: EP0058005A1; JPS57124909A; EP0058005B1; DE3265316D1; US4538198A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、特に異常検出の方法を改善し、保
護範囲をより拡大できるようにした出力トランジ
スタ保護回路に関する。一般に、電子装置等の出力信号を発生する出力
回路に使用される出力トランジスタは、外部回路
あるいは電源等からのノイズ、または短絡等の悪
影響を受けることが多い。そのために、従来から
種々の出力トランジスタ保護回路が考えられてい
る。この保護回路は、通常出力トランジスタのコ
レクタ電流に応じて、電流または電圧を検出し、
この検出された電流または電圧が、異常すなわち
出力トランジスタの定格を越えるものであれば、
例えば出力トランジスタへの電源供給をカツトす
る様な動作がなされる。また、上記の様な異常検
出の方法に、出力トランジスタのコレクタ・エミ
ツタ間電圧の検出結果を加味して、異常検出をす
る方法等もある。このように、出力トランジスタ
の保護回路では、異常検出の方法が重要である
が、従来の異常検出方法では、出力トランジスタ
のASO（Area of safe operation：安全動作領
域）のライン、すなわちコレクタ電圧とコレクタ
電流の最大定格値、および２次降伏現象の起きる
範囲内の、安全動作領域に沿う検出レベルに設定
して検出することは困難である。すなわち、例え
ば出力トランジスタのコレクタ電流に応じた電流
を検出した場合、そのときのコレクタ電圧を加味
しても、検出レベルの設定範囲が狭いため、過電
流または過電圧のいずれか一方のみに、異常検出
の範囲が限定される欠点がある。この発明は上記の様な事情に鑑みなされたもの
で、出力トランジスタの電力レベル、すなわち安
全動作領域に沿う検出レベルを設定できることに
よつて、広範囲な異常検出を行うことのできる出
力トランジスタ保護回路を提供することを目的と
する。以下図面を参照してこの発明の一実施例につい
て説明する。図はその回路の構成を示すものでト
ランジスタ１１，１３は相補型Ｂ級プツシユ・プ
ル増幅器の出力トランジスタである。今、正の半
サイクルの動作を考えると、端子１０に供給され
る電源Vccがコレクタに供給される出力トランジ
スタ１１（この例ではNPN型トランジスタ）の
ベース回路に入力信号が供給され、このトランジ
スタ１１のエミツタ回路は出力端子１２に接続し
て、この端子１２から出力信号が取り出されるよ
うになつている。この出力トランジスタ１１のベ
ース回路に供給される入力信号は、さらにトラン
ジスタ１５のベースに供給され、このトランジス
タ１５のエミツタは抵抗１４、出力コンデンサ２
２を介して出力端子１２と接続される。このトラ
ンジスタ１５のコレクタは、トランジスタ１７の
ベースに接続し、このトランジスタ１７のコレク
タはトランジスタ１５のコレクタに共通接続さ
れ、そのエミツタ回路には電源Vccが抵抗１６を
介して供給される。さらにトランジスタ１７のコ
レクタ電流は、コレクタ回路に電源Vccが供給さ
れるトランジスタ１８のベースに供給され、この
トランジスタ１８のエミツタ電流は抵抗１９、出
力コンデンサ２２を介して出力端子１２へ供給さ
れる。このトランジスタ１８のエミツタは、トラ
ンジスタ２０のベースに接続し、このトランジス
タ２０のエミツタはダイオード接続したトランジ
スタ２１を介して電源端子１０に接続する。そし
てこのトランジスタ２０のコレクタ電流は、例え
ば出力トランジスタ１１のバイアス・カツト回路
等へ供給する保護検出信号として取り出す。ここで、上記の様に構成される回路におけるト
ランジスタ１１，１５，１７，１８，２０，２１
それぞれについて、トランジスタのコレクタ電流をIcn，トランジスタの飽和電流をIsn，トランジスタのエミツタ面積をAen，トランジスタのコレクタ・エミツタ間電圧をＶ
_cEo とする。但しｎはトランジスタの番号を示す。い
ま出力トランジスタ１１にベース電流および電源
Vccが供給されると、ベース・エミツタ間電圧Ｖ
_BE11とコレクタ電流Ic₁₁関係はＶ_BE11＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_１１／Ｉｓ_１１・Ａｅ_１１…
(1) となる。ここでｑ：電子の電荷Ｋ：ボルツマン定数Ｔ：絶対温度 ln：自然対数である。「そして抵抗１４，１６が等しい値であ
れば、電源端子１０とトランジスタ１５のコレク
タ回路のａ点間の電圧Vaは、ほぼ出力トランジ
スタ１１のＶ_BE11と等しくなり、」以下の様な関
係式Ｖ_BE11＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_１５／Ｉｓ_１５・Ａｅ_１５＋
Ic₁₅・R₁₄ ≒ＫＴ／ｑlnＩｃ_１７／Ｉｓ_１７・Ａｅ_１７＋Ic₁₇・R₁₆…(2) が成立する。ここでR₁₄，R₁₆はそれぞれ抵抗１
４，１６の抵抗値である。上記かぎかつこ内の文
章の理由は、Ｖ_BE11＝Ｖ_BE15＋Ｖ_R14 であり、Ｉ_C15＝Ｉ_C17（〓Ｉ_E17）であれば、Ｖ_R14
＝Ｖ_R16、またＶ_BE15〓Ｖ_BE17が成立すればＶ_BE15＋Ｖ_R14＝Ｖ_BE17＋Ｖ_R16 ＝Ｖ_BE11 となるからである。すなわち、出力トランジスタ１１のコレクタ電
流Ic₁₁に応じた電流Ic₁₅がトランジスタ１５およ
び抵抗１４によつて検出されたことになり、また
このトランジスタ１５のコレクタ電流Ic₁₅に応じ
た対数的な電圧をトランジスタ１７および抵抗１
６によつて電源端子１０とａ点間に発生させたこ
とになる。さらに、トランジスタ１８のベース・
エミツタ間電圧Ｖ_BE18はＶ_BE18＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_１８／Ｉｓ_１８・Ａｅ_１８…
(3) となり、またこのＶ_BE18はＶ_BE18≒ＫＴ／ｑlnＶ_ＣＥ１１−２Ｖ_Ｆ／Ｉｓ_１８・
Ａｅ_１８・Ｒ_１９…(4) となる。ここで R₁₉：抵抗１９の抵抗値Ｖ_CE11：出力トランジスタ１１のコレクタ・
エミツタ間電圧Ｖ_F：トランジスタ１７，１８のベース・エ
ミツタ間電圧である。ここで上記(4)式を導く過程を説明してお
く、即ちＩ_C18≒Ｉ_E18（Ｉ_C18はトランジスタ１８
のコレクタ電流、Ｉ_E18はトランジスタ１８のエ
ミツタ電流）であれば、Ｉ_E18＝｛Ｖ_CE11−Ｖ_BE18 −（Ｖ_BE17＋Ｖ_R16）｝／R₁₉ ≒｛Ｖ_CE11−Ｖ_BE18−Ｖ_BE18｝／R₁₉ ここで−Ｖ_BE18−Ｖ_BE11〓−2V_BE＝−2V_F だからＩ_E18＝｛Ｖ_CE11−2V_BE）／R₁₉ を得る。ゆえにとなる。いま仮にトランジスタ１８のエミツタと
トランジスタ２０のベースの共通接続点をｂとす
れば、電源端子１０とｂ点間の電圧Vbは（Va＋
トランジスタ１８のベース・エミツタ間電圧）と
なり、これは上記（式(1)＋式(4)）と同値である。
すなわち、 Vb＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_１１／Ｉｓ_１１・Ａｅ_１１＋ＫＴ／
ｑlnＶ_ＣＥ１１−２Ｖ_Ｆ／Ｉｓ_１８・Ａｅ_１８・Ｒ_１９…(5) となり、さらにこの式(5)を変形して Vb＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_１１（Ｖ_ＣＥ１１−２Ｖ_Ｆ）／Ｉ
ｓ_１１・Ｉｓ_１８・Ａｅ_１１・Ａｅ_１８・Ｒ_１９…(6) となる。即ち上記VbはＩ_C11とＶ_CE11との積に応
じて変化する電圧となつている。またトランジス
タ２０は、ダイオード接続したトランジスタ２１
を介して電源端子１０に接続されているため、電
圧Vbはトランジスタ２０，２１のベース・エミ
ツタ間電圧を加えたものとなる。すなわち、 Vb＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_２０／Ｉｓ_２０・Ａｅ_２０＋ＫＴ
／ｑlnＩｃ_２１／Ｉｓ_２１・Ａｅ_２１…(7) となり、さらに変形して Vb＝ＫＴ／ｑlnＩｃ_２０・Ｉｃ_２１／Ｉｓ_２０・Ｉｓ
_２１・Ａｅ_２０・Ａｅ_２１…(8) となる。ここでIc₂₀＝Ic₂₁と考えられるから上記
式(8)は Vb＝ＫＴ／ｑln（Ｉｃ_２０）^２／Ｉｓ_２０・Ｉｓ_２１・Ａｅ_２０・Ａｅ_２１…(9) となる。そして上記（式(6)＝式(9)）より、（Ic₂₀）²＝Ｉｓ_２０・Ｉｓ_２１・Ａｅ_２０・Ａｅ_２
１／Ｉｓ_１１・Ｉｓ_１８・Ａｅ_１２・Ａｅ_１８・Ｒ_{１９

Ic₁₁（Ｖ_CE11−2V_F） …(10)
となる関係式が成立する。
ここで
Ｉｓ_２０・Ｉｓ_２１・Ａｅ_２０・Ａｅ_２１／Ｉｓ_１１・Ｉｓ_１８・Ａｅ_１１・Ａｅ_１８・Ｒ_１９
は、変化しない値であるから、仮にＫとすると上
記式(10)は
（Ｉ_C20）^２＝Ｋ・Ｉ_C11（Ｖ_CE11−2V_F） …(11)
となる。すなわちトランジスタ２０のコレクタ電
流Ｉ_C20は出力トランジスタ１１の消費電力に応
じた変化を検出する電流となるものである。
上記の様に、出力トランジスタ１１のコレクタ
電流Ｉ_C11に応じた電流Ｉ_C15が検出され、この電
流Ｉ_C15に応じた電圧Vaが発生する。また出力ト
ランジスタ１１のコレクタ・エミツタ間電圧Ｖ_CE
_１１に応じた電流Ｉ_C18を検出するトランジスタ１８
によつて、このトランジスタ１８のベース・エミ
ツタ間電圧Ｖ_BE18に電圧Vaが加えられた電圧Vb
が発生する。そして、この電圧Vbの変化をコレ
クタ電流Ｉ_C20に変換するトランジスタ２０によ
つて、出力トランジスタ１１の消費電力（Ｖ_CE1
_１・Ｉ_C11）に応じた電流検出を行うことができ
るものである。
なお、上記抵抗１４，１６，１９の設定値を変
化させることにより、出力トランジスタ１１の消
費電力に応じた電流検出レベルを任意に設定する
ことができる。
第２図はこの発明の他の実施例を示すもので、
上記実施例と同様にトランジスタ１１，１３は相
補型Ｂ級プツシユプル増幅器の出力トランジスタ
であるが、出力トランジスタ１１がPNP型トラン
ジスタで負の半サイクルの動作を考えた場合であ
る。従つてトランジスタ１５，１８，２１はPNP
型トランジスタ、またトランジスタ１３，１７，
２０はNPN型トランジスタとなる。この場合の
検出信号は、例えば反転させることによつて、上
記実施例の検出信号が供給される端子と同一の端
子に供給されることによつて上記実施例と同様の
効果を得ることができる。なお、回路の動作説明
は第１図と同様の符号を付して省略する。
第３図はこの発明のさらに他の実施例を示すも
ので、上記第１図に示した回路に定電流源回路３
１を設けたものである。すなわち、この定電流源
回路３１は、電源Vccが抵抗３２を介してコレク
タおよびベースに供給されるトランジスタ３３が
設けられ、このトランジスタ３３のエミツタはダ
イオード３４を介して接地される。さらにトラン
ジスタ２０，２１の両エミツタとコレクタが接続
するトランジスタ３５が設けられ、このトランジ
スタ３５のエミツタは抵抗３６を介して接地さ
れ、またそのベースはトランジスタ３３のベース
と共通接続されている。このような定電流源回路
３１を設け、その値を変えることによつて、出力
トランジスタ１１の消費電力に応じた電流検出レ
ベルの設定値を変えることができるものである。
なお、出力トランジスタ保護回路の構成および効
果は第１図に示した回路と同様であるため、同一
符号を付して動作説明は省略する。
以上詳述したように、この発明によれば、その
第１、第２の手段によつて、出力トランジスタの
エミツタ・コレクタ間電圧を出力トランジスタの
コレクタ電流を容易にこれら両者の積に変換でき
るので、この積つまりトランジスタの電力レベル
すなわち安全動作領域に沿う検出レベルを任意に
設定することができることによつて、広範囲な異
常検出を行うことができる出力トランジスタ保護
回路を提供することができる。}

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る出力トラン
ジスタ保護回路の概略的構成図、第２図はこの発
明の他の実施例に係る出力トランジスタ保護回路
の概略的構成図、第３図はこの発明のさらに他の
実施例に係る出力トランジスタ保護回路の概略的
構成図。１０…電源端子、１１，１３，１５，１７，１
８，２０，２１…トランジスタ、１２…出力端
子、１４，１６，１９…抵抗、２２…出力コンデ
ンサ、３１…定電流源。

Claims

【特許請求の範囲】

１出力トランジスタのコレクタ電流に応じた電
圧を第１のトランジスタのベース・エミツタ間電
圧として取り出す第１の手段と、前記出力トラン
ジスタのコレクタ・エミツタ間電圧に応じた電流
を第２のトランジスタのベース・エミツタ間電圧
として取り出す第２の手段と、前記両ベース・エ
ミツタ間電圧の和をつくり、トランジスタのコレ
クタ電流とベース・エミツタ間電圧の対数特性を
用い前記出力トランジスタのエミツタ・コレクタ
間電圧と前記出力トランジスタのコレクタ電流の
積に比例する値を得る第３の手段とを具備し、こ
の第３の手段の前記値を用いて前記出力トランジ
スタの保護動作を行なわせるようにしたことを特
徴とする出力トランジスタ保護回路。