(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースとエミッタが出力トランジスタのベースとエミッタに接続されるとともに、出力トランジスタの出力電流の１／n（ただし、n＞１）の電流が流れるモニタートランジスタと、
前記モニタートランジスタを流れる電流を検出する検出手段と、
前記モニタートランジスタを流れる電流が所定値以上になると、前記出力トランジスタとモニタートランジスタの導通バイアスを減少させる第１手段と、
前記出力トランジスタの出力側の電圧を監視する電圧監視手段と、
前記出力側の電圧が低くなるに従って前記導通バイアスを更に減少させ前記出力トランジスタの出力電圧と出力電流を零になす第２手段と、
から成る出力トランジスタの保護回路。
【請求項２】
ベースとエミッタが出力トランジスタのベースとエミッタに対応接続されるとともに、出力トランジスタの出力電流の１／ｎ（ただし、ｎ＞１）の電流が流れるモニタートランジスタと、
前記出力トランジスタの出力電極と基準電位点との間に接続された複数の抵抗より成る第１抵抗回路と、
前記出力トランジスタの出力電極に接続された出力端子と、
前記モニタートランジスタの出力電極と前記基準電位点との間に接続された複数の抵抗より成る第２抵抗回路と、
前記第２抵抗回路における所定の点に生じる電圧が所定レベル以上になると、前記出力トランジスタとモニタートランジスタの導通バイアスを減少させる第１手段と、
モニタートランジスタの出力側の電圧に対し前記第１抵抗回路の所定点の電圧が低くなると、その電位差に応じて前記導通バイアスを更に減少させ前記出力トランジスタの出力電圧と出力電流を零になす第２手段と、
から成る出力トランジスタの保護回路。
【請求項３】
第１手段は前記所定の点に生じる電圧が前記所定レベル以上になると作動して前記出力トランジスタとモニタートランジスタのベース電流を減少させるトランジスタを含んでおり、一方第２手段は前記モニタートランジスタの出力電極の電圧と第１抵抗回路の所定点の電圧とを比較するコンパレータを有していることを特徴とする請求項２に記載の出力トランジスタの保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源回路やオーディオパワーアンプ等において用いられる出力トランジスタの保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５に示す従来の保護回路において、Ｔ１０は出力トランジスタであり、そのコレクタは出力端子３０に接続されるとともに抵抗Ｒ１１、Ｒ１２を介してグランドに接続されている。それらの抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の接続中点ａはトランジスタＴ６のベースに接続されている。
【０００３】
ここで、トランジスタＴ１〜Ｔ８はコンパレータ３１を構成しており、トランジスタＴ１のベースに印加されている基準電圧Ｖrefと、ａ点の電圧Ｖaを比較し、その出力電流Ｉ1はトランジスタＴ７、Ｔ８を通して出力トランジスタのベース側へ負帰還される。従って、ａ点の電圧はＶrefと等しくなるようにコントロールされる。３２は定電流源である。
【０００４】
Ｔ１１はベースとエミッタがそれぞれ出力トランジスタＴ１０のベースとエミッタに接続されたモニタートランジスタであり、出力トランジスタＴ１０を流れる電流Ｉの1/nの電流（Ｉ／ｎ）が流れるように形成されている。このモニタートランジスタＴ１１のコレクタは抵抗Ｒ１３を介してグランドに接続されているとともに、ＮＰＮトランジスタＴ９のベースにも接続されている。
【０００５】
今、出力端子３０から負荷（図示せず）に流れる出力電流Ｉoが多くなった場合を考えると、電流Ｉも増加し、それに従ってトランジスタＴ１１から抵抗Ｒ１３を流れる電流Ｉ／ｎも増大する。そのため、抵抗Ｒ１３に生じる電圧ＶｂがトランジスタＴ９の閾値以上となり、トランジスタＴ９がＯＮする。
【０００６】
定常状態では、トランジスタＴ２、Ｔ３はバランスがとれていて、一定のベース電流がＴ３からＴ７へ与えられているが、Ｔ９がＯＮすると、その分、Ｔ７のベース電流が減少し、Ｔ８を介して流れる電流Ｉ1が少なくなる。このため、Ｔ１０、Ｔ１１のベース電流も減少し、Ｉ及びＩ／ｎも減少して過電流が抑えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の保護回路では、トランジスタＴ９がＯＮして出力トランジスタＴ１０のドライブ電流（この場合、ベース電流）を絞ることで過電流を制御しているが、トランジスタＴ９がＯＮしても帰還がかかっているためバランスをとってリニアに動作するので、図６に示すような特性となり、瞬間的な過電流（ダッシュ電流）に対して保護回路の反応がにぶいという欠点がある。尚、図６は横軸が出力電流ＩO、縦軸が出力電圧ＶOを示している。
【０００８】
また、出力電圧を図６のＡに示す数Ｖにクランプしたとき、最大の出力電流が流れる。また、トランジスタＴ１０のコレクタ・エミッタ間にかかる電圧はＶcc−ＶOであり、Ａ点でのＶOが小さいときＶcc−ＶOは大きくなる。トランジスタは過電圧に対し弱く、また過電流に対し弱いが、この場合、大きな過電圧と過電流が同時にトランジスタＴ１０に加わるので、トランジスタＴ１０が、より破壊し易くなってしまう。
【０００９】
本発明は瞬間的な異常電流にすばやく反応す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。
【００１０】
本発明の他の目的は負荷回路の異常により出力電圧が低電圧にクランプされた場合でも、負荷電流を大幅に減少させる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にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の出力トランジスタの保護回路は、ベースとエミッタが出力トランジスタのベースとエミッタに接続されるとともに、出力トランジスタの出力電流の１／n（ただし、n＞１）の電流が流れるモニタートランジスタと、前記モニタートランジスタを流れる電流を検出する検出手段と、前記モニタートランジスタを流れる電流が所定値以上になると、前記出力トランジスタとモニタートランジスタの導通バイアスを減少させる第１手段と、前記出力トランジスタの出力側の電圧を監視する電圧監視手段と、前記出力側の電圧が低くなるに従って前記導通バイアスを更に減少させ前記出力トランジスタの出力電圧と出力電流を零になす第２手段とから成っている。
【００１２】
このような構成によると、出力電流が増加すると、出力トランジスタを流れる電流も増加し、モニタートランジスタを流れる電流も大きくなる。そのため、第１手段が働いて、出力トランジスタ及びモニタートランジスタの出力電流が減少する。一方、出力トランジスタの電流減少により第１抵抗回路を流れる電流が出力端子側へ奪われてしまうので、第１抵抗回路の所定点の電圧は低下する。そのため、第２手段によって更に出力トランジスタの電流が減少させられ、更に、第１抵抗回路の所定点の電圧が低下する。この動作を繰り返して出力電流が急速に０Ｖになっていくとともに、出力電流も急速に減少する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において、Ｑ１はＰＮＰ型の出力トランジスタであり、Ｑ２はＰＮＰ型のモニタートランジスタである。出力トランジスタＱ１のコレクタは出力端子３に接続されるとともに、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を介してグランドに接続されている。モニタートランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ５、Ｒ６を介してグランドへ接続されている。
【００１４】
トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタは電源Ｖccに接続されている。モニタートランジスタＱ２は、その出力電流が出力トランジスタＱ１の出力電流Ｉに対し、Ｉ／ｎ（ただしｎ＞１）となるように形成されている。これは、トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタ面積の調整によって実現される。Ｒ４はトランジスタＱ１、Ｑ２のバイアス抵抗である。
【００１５】
トランジスタＴ１〜Ｔ８及び定電流源３２は第１コンパレータ１を構成しているが、このコンパレータ１は上述した図５の従来例におけるコンパレータ３１と同一である。抵抗Ｒ２とＲ３の接続中点ｅの電圧Ｖｅはコンパレータ１において、基準電圧Ｖrefと比較される。その比較出力はトランジスタＴ８のコレクタ電流として流れ、トランジスタＱ１、Ｑ２のベースに帰還される。
【００１６】
Ｑ３、Ｑ４はベースが抵抗Ｒ５とＲ６の接続中点ｇに接続された第１、第２のトランジスタであり、それらのコレクタはグランドに接続されている。第１トランジスタＱ３のコレクタは第１コンパレータ１のトランジスタＴ７のベース入力点ｋに接続されている。一方、第２トランジスタＱ４のコレクタはカレントミラー回路４の入力側に接続されている。カレントミラー回路４はエミッタがそれぞれ電源Ｖccに接続された一対のＰＮＰ型トランジスタＱ５、Ｑ６より構成されており、その出力（イ）は第２コンパレータ２の定電流源５に接続される。第２コンパレータ２の第１入力はトランジスタＱ２のコレクタ点ｆの電圧Ｖ1であり、第２入力は抵抗Ｒ１とＲ２の接続中点ｄの電圧Ｖ2である。
【００１７】
次に、動作を説明する。出力電流Ｉoが通常の範囲の定常状態では、ｆ点の電圧Ｖ1に比し、ｄ点の電圧Ｖ2の方が高くなるように抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６により設定されている。
【００１８】
また、Ｉ／ｎは充分小さく、ｇ点に生じる電圧は第１、第２トランジスタＱ３、Ｑ４の閾値より低いためトランジスタＱ３、Ｑ４がオフで、カレントミラー回路４もオフ状態である。このため第２コンパレータ２も不作動状態となっている。この状態では、第１コンパレータを有する帰還ループの動作によってｅ点の電圧Ｖｅが基準電圧Ｖrefになっている。
【００１９】
次に、出力電流Ｉoが増加すると、出力トランジスタＱ１を流れる電流Ｉも増加し、モニタートランジスタＱ２を流れる電流Ｉ／ｎも大きくなる。そのため、ｇ点に生じる電圧がトランジスタＱ３、Ｑ４の閾値以上になり、トランジスタＱ３、Ｑ４がオンする。トランジスタＱ３のオンによって第１コンパレータ１のｋ点から電流Ｉ2がトランジスタＱ３へ流れるので、トランジスタＴ８のコレクタ電流Ｉ1は減少する。電流Ｉ1の減少によりトランジスタＱ１、Ｑ２の導通度が下がり、各電流Ｉ、Ｉ／ｎが減少する。
【００２０】
一方、トランジスタＱ４のオンによりカレントミラー回路４が動作して第２コンパレータ２を動作状態とする。このとき、Ｖ２がＶ１以上であれば、第２コンパレータ２による作用は実質的にないが、Ｖ２がＶ１より低くなって、Ｉoが更に増加してＲ１〜Ｒ３に流れる電流が出力側へ奪われるようになると、Ｖeが低下して、Ｖ１＞Ｖ２という関係が生じる。
【００２１】
このようになると、第２コンパレータ２の出力はローレベルになり、ｋ点から流れるＩ2が増加する。そのため、Ｉ1が更に減少し、Ｉも減少するので、Ｉ3として流れる電流が、出力端子３の方へ流れるようになり、Ｖeが更に下がっていく。この動作を繰り返してＶeが急速に０Ｖになっていく。従って、図２に示す如くＶoもＩoも急速に零になっていく。
【００２２】
このように、本実施形態によると、電流が流れようとしても、そのラッシュ電流が急速に抑えられることになる。また、負荷の異常により出力電圧Ｖoが低電圧にクランプされてＱ１のエミッタ・コレクタ間にかかる電流が大きくなっても電流は非常に小さくなっているので、トランジスタＱ１の破壊は抑えられる。
【００２３】
図３は出力トランジスタＱ１としてＮＰＮ型のトランジスタを使用した第２実施形態を示している。これに伴い、モニタートランジスタＱ２もＮＰＮ型となっている。これらのトランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタは共通に抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗回路に接続されている。
【００２４】
モニタートランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ７を介して電源Ｖccに接続されているとともに、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１１、Ｑ１４のベースにもそれぞれ接続されている。
【００２５】
トランジスタＱ１１のコレクタは抵抗Ｒ８を通してＮＰＮ型のトランジスタＱ１２のコレクタとベースに接続されている。トランジスタＱ１２とＱ１３はカレントミラー回路を構成しており、その出力側のトランジスタＱ１３のコレクタは第１、第２コンパレータ１、２の出力側に接続されている。
【００２６】
図３において、出力電流Ｉoが少ないときは、Ｉ及びＩ／ｎも少なく、抵抗Ｒ７による電圧降下も小さいので、トランジスタＱ１１はオフ状態となる。この状態では、第２コンパレータ２は不作動で、第１コンパレータ１のみが作動する。この状態では、ｅ点の電圧Ｖeは第１コンパレータ１によって基準電圧Ｖrefと比較され、その差電圧に基づく電流Ｉ1によってトランジスタＱ１、Ｑ２のベース電流が制御され、電圧ＶeがＶrefと同一になるように帰還がかかる。
【００２７】
次に、出力電流Ｉoが多くなると、電流Ｉ、Ｉ／ｎがそれぞれ大きくなって、抵抗Ｒ７による電圧降下も大きくなるので、トランジスタＱ１１がオンする。そのため、トランジスタＱ１２、Ｑ１３もオンして電流Ｉ2が流れる。トランジスタＱ１、Ｑ２のベース電流の和は、この電流が流れると、（Ｉ1−Ｉ2）に減少するので、トランジスタＱ１、Ｑ２の導通度が下がって電流Ｉ、Ｉ／ｎが減る。
【００２８】
ラッシュ電流のように、突発的な大電流が出力電流Ｉoとして流れる場合は、上述のルートによるトランジスタＱ１、Ｑ２の制御の他に、ｄ点の電圧Ｖ２が、Ｖ１＞Ｖ２となることによって第２コンパレータ２もオンするので、（Ｉ1−Ｉ2）が一段と小さくなり、トランジスタＱ１、Ｑ２を流れる電流が一層少なくなる。
【００２９】
これによって、トランジスタＱ１、Ｑ２からの電流Ｉ3が少なくなるので、電圧Ｖ２が更に低くなり、第２コンパレータ２に引き込まれる電流が多くなり、トランジスタＱ１、Ｑ２の電流は更に小さくなる。これを繰り返して出力電流Ｉo及び出力電圧Ｖoは急速に０になる。
【００３０】
図４に示す第３の実施形態は上述した第２実施形態と実質的に同じであり、異なる点は図３の抵抗Ｒ７の代わりにトランジスタＱ１１とカレントミラー回路を構成するＰＮＰ型トランジスタＱ１５を設け、また図３のトランジスタＱ１２の代わりに抵抗Ｒ９を設けている点だけである。
【００３１】
図３の場合、トランジスタＱ１１を流れる電流が少ないが、図４の場合はトランジスタＱ１１を流れる電流が多い。従って、回路の低消費電力化の点からいえば、図３の第２実施形態の方が望ましいといえる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の出力トランジスタ保護回路によれば、瞬間的な異常電流を検知し、瞬時に出力電圧と出力電流を零に落とすことができ、また後段回路（負荷回路）の異常により出力を低電圧にクランプされた状態でも負荷電流は小さく抑えられるので、出力トランジスタの保護能力が従来例に比し、格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の保護回路を示す回路図。
【図２】その動作特性図。
【図３】本発明の第２実施形態の保護回路を示す回路図。
【図４】本発明の第３実施形態の保護回路を示す回路図。
【図５】従来例の回路図。
【図６】その特性図。
【符号の説明】
Ｑ１  出力トランジスタ
Ｑ２  モニタートランジスタ
１  第１コンパレータ
２  第２コンパレータ
３  出力端子
Ｉo  出力電流
Ｖo  出力電圧
【図１】
0003659741.tif 000002
【図２】
0003659741.tif 000003
【図３】
0003659741.tif 000004
【図４】
0003659741.tif 000005
【図５】
0003659741.tif 000006
【図６】
0003659741.tif 000007