(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路と、を備えたパワーアンプの保護回路であって、
前記第１ノードにエミッターが接続された第１保護トランジスターと、
前記第１保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第1ダイオードと、
前記第２ノードにエミッターが接続された第２保護トランジスターと、
前記第２保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第２ダイオードと、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第１抵抗およびサーミスターと、
前記第１ノードと前記第２保護トランジスターのコレクターとの間に接続された第２抵抗および第３抵抗と、を備え、
前記第１抵抗および前記サーミスターによって分圧された電圧が、前記第２保護トランジスターのベースに印加され、
前記第２抵抗および前記第３抵抗によって分圧された電圧が、前記第１保護トランジスターのベースに印加される、
ことを特徴とするパワーアンプの保護回路。
【請求項２】
前記第１保護トランジスターのコレクターと、前記第２保護トランジスターのベースとの間に接続された第４抵抗をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項３】
前記第１抵抗および前記サーミスターの接続ノードと、前記第２保護トランジスターのベースと間に接続された第５抵抗をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項４】
前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えたことを検出すると、前記第２保護トランジスターがオンするように、前記第２保護トランジスターのベースに所定の電圧を印加する電流制御回路を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項５】
前記電流制御回路は、
前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えるとオンとなり、正電源電圧がコレクターに供給される電流検出トランジスターを備えた電流検出回路と、
前記電流検出トランジスターのコレクターと、前記第２保護トランジスターのベースとの間に接続された第３ダイオードおよび第６抵抗とを備える、
ことを特徴とする請求項４に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項６】
前記サーミスターは、一方の端子が前記第２ノードに接続され、他方の端子が前記第１抵抗に接続される正特性サーミスターである、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項７】
前記サーミスターは、一方の端子が前記第１ノードに接続され、他方の端子が前記第１抵抗に接続される負特性サーミスターである、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のパワーアンプの保護回路。
【請求項８】
信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路とを備えたパワーアンプの保護回路であって、
前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えるとオンとなり、正電源電圧がコレクターに供給される電流検出トランジスターを備えた電流検出回路と、
前記第１ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第３保護トランジスターと、
前記電流検出トランジスターのコレクターと前記第３保護トランジスターのベースとの間に接続された、第４ダイオードおよび第７抵抗と、
前記第３保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第８抵抗と、
前記第２ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第４保護トランジスターと、
ベースが電流検出トランジスターのコレクターと接続された第５保護トランジスターと、
前記第５保護トランジスターのコレクターと第４保護トランジスターのベースとの間に接続された第５ダイオードおよび第９抵抗と、
前第４保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第１０抵抗と、
前記正電源電圧が供給される第３ノードと、
負電源電圧が供給される第４ノードと、
前記第３ノードと前記第４ノードとの間に接続されたサーミスターおよび第１１抵抗と、
前記サーミスターおよび第１１抵抗の接続ノードと電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第６ダイオードと、
前記第５保護トランジスターのコレクターと前記電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第１２抵抗と、を備える、
ことを特徴とするパワーアンプの保護回路。
【請求項９】
信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路と、
前記第１ノードにエミッターが接続された第１保護トランジスターと、
前記第１保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第1ダイオードと、
前記第２ノードにエミッターが接続された第２保護トランジスターと、
前記第２保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第２ダイオードと、
前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第１抵抗およびサーミスターと、
前記第１ノードと前記第２保護トランジスターのコレクターとの間に接続された第２抵抗および第３抵抗と、を備え、
前記第１抵抗および前記サーミスターによって分圧された電圧が、前記第２保護トランジスターのベースに印加され、
前記第２抵抗および前記第３抵抗によって分圧された電圧が、前記第１保護トランジスターのベースに印加される、
ことを特徴とするパワーアンプ。
【請求項１０】
信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路と、
前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えるとオンとなり、正電源電圧がコレクターに供給される電流検出トランジスターを備えた電流検出回路と、
前記第１ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第３保護トランジスターと、
前記電流検出トランジスターのコレクターと前記第３保護トランジスターのベースとの間に接続された、第４ダイオードおよび第７抵抗と、
前記第３保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第８抵抗と、
前記第２ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第４保護トランジスターと、
ベースが電流検出トランジスターのコレクターと接続された第５保護トランジスターと、
前記第５保護トランジスターのコレクターと第４保護トランジスターのベースとの間に接続された第５ダイオードおよび第９抵抗と、
前第４保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第１０抵抗と、
前記正電源電圧が供給される第３ノードと、
負電源電圧が供給される第４ノードと、
前記第３ノードと前記第４ノードとの間に接続されたサーミスターおよび第１１抵抗と、
前記サーミスターおよび第１１抵抗の接続ノードと電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第６ダイオードと、
前記第５保護トランジスターのコレクターと前記電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第１２抵抗と、を備える、
ことを特徴とするパワーアンプ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のパワーアンプと、
前記出力端子に接続されたスピーカーと、
を備えるスピーカーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーアンプの保護回路、パワーアンプ、およびスピーカーユニットの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーアンプの保護回路としては、例えば特許文献１のような回路が知られている。この回路は、プッシュプル出力段のエミッター抵抗の両端電圧を検出し、当該両端電圧に応じてインピーダンスが変化するトランジスターを、プッシュプル出力段のトランジスターのベースとアンプ出力との間に設けた回路である。この回路では、負荷に応じてプッシュプル出力段のドライブ能力に制限を掛け、出力端子を流れる電流の振幅を抑えることによって、プッシュプル出力段のトランジスターの発熱を抑える。【０００３】
また、別の保護回路としては、例えば特許文献２のような回路が知られている。この回路では、増幅回路の出力段の電流をマイコンにより検出する。マイコンは、過電流が発生したと判別すると、保護回路を動作させる制御をする。保護回路の動作としては、例えば、ゲート回路をオフにして駆動回路への信号の入力を遮断したり、出力リレーのスイッチをオフにしてスピーカーへのオーディオ信号の出力を遮断したり、電源回路の電源出力の遮断をすること等を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−５８６１９号公報
【特許文献２】特開２００６−９４１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の回路では、温度の検出を行っていないため、例えば放熱ファンが停止したり、放熱孔を塞がれたりした場合に温度上昇を抑えることができない。特許文献２の回路に温度検出部を設け、マイコンにより保護回路を動作させることも考えられるが、マイコンの使用により製造コストが上昇し、回路も複雑になるという問題がある。また、特許文献２のように電源回路の出力を遮断したとしても、遮断するまでの時間や、電源回路のコンデンサーに蓄積されたエネルギーの影響により、パワーアンプの回路における素子に対して大きなダメージを与えることがある。【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、マイコンを用いることなく、過大入力、過負荷、あるいは放熱条件の悪化等の異常を確実に検出し、パワーアンプの回路における素子の破壊を防ぐこのできるパワーアンプの保護回路、パワーアンプ、およびスピーカーユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係るパワーアンプの保護回路は、信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路と、を備えたパワーアンプの保護回路であって、前記第１ノードにエミッターが接続された第１保護トランジスターと、前記第１保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第1ダイオードと、前記第２ノードにエミッターが接続された第２保護トランジスターと、前記第２保護トランジスターのコレクターと前記出力端子との間に接続された第２ダイオードと、前記第１ノードと前記第２ノードとの間に接続された第１抵抗およびサーミスターと、前記第１ノードと前記第２保護トランジスターのコレクターとの間に接続された第２抵抗および第３抵抗と、を備え、前記第１抵抗および前記サーミスターによって分圧された電圧が、前記第２保護トランジスターのベースに印加され、前記第２抵抗および前記第３抵抗によって分圧された電圧が、前記第１保護トランジスターのベースに印加される、ことを特徴とする。【０００８】
本発明の一態様によれば、温度が上昇してサーミスターの抵抗値が変化すると、第２保護トランジスターのベースにベース電流が流れ、第２保護トランジスターが能動状態に移行する。第２保護トランジスターが能動状態に移行すると、コレクター電流が流れ始め、第１ノードと第２ノードの間の電圧が下がり始める。この状態では第２保護トランジスターに負帰還が掛かりアナログ的な動作になるが、さらに温度が上がってサーミスターの抵抗値が上がると第２保護トランジスターは完全にオンする。その結果、第２保護トランジスターのコレクター・エミッター間電圧は約０Ｖとなる。したがって、出力端子と第２ノードとの間の電圧は、第２ダイオードの順電圧と等しくなる。また、出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続されたトランジスターのベース・エミッター間の電圧は、当該ダーリントン接続されたトランジスターをオンさせるために必要な電圧よりも小さくなる。その結果、当該ダーリントン接続されたトランジスターがオフする。それと同時に、第２保護トランジスターのコレクター・エミッター間電圧が約０Ｖになると、第２抵抗と第３抵抗を介して、第１保護トランジスターがオンする。第１保護トランジスターがオンすると、第１保護トランジスターのコレクター・エミッター間電圧は約０Ｖとなる。したがって、出力端子と第１ノードとの間の電圧は、第１ダイオードの順電圧と等しくなる。また、出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターのベース・エミッター間の電圧は、当該ダーリントン接続された複数のトランジスターをオンさせるために必要な電圧よりも小さくなる。その結果、当該ダーリントン接続された複数のトランジスターがオフする。以上のように、本発明によれば、設定温度を超えた場合にサーミスターの抵抗値が変化し、プッシュプル出力回路のダーリントン接続された複数のトランジスターの動作を停止させることができる。したがって、放熱ファンが停止したり、あるいは放熱孔が塞がれた場合等、異常の原因を問わずにプッシュプル出力回路のダーリントン接続された複数のトランジスターを幅広く保護することができる。また、本発明は、設定温度を超えた場合には、プッシュプル出力回路のダーリントン接続された複数のトランジスターを完全に停止させるので、発熱を完全に止めることができる。さらに、マイコン等による高度な信号処理は不要であるため、製造コストを低減することができ、保護回路の適用範囲を広げることができる。【０００９】
前記態様において、前記第１保護トランジスターのコレクターと、前記第２保護トランジスターのベースとの間に接続された第４抵抗をさらに備えてもよい。この態様によれば、第４抵抗が設けられているので、第１保護トランジスターが能動状態に移行し始めると、第４抵抗を介して、第２保護トランジスターのベースにベース電流が流れる。そのため、サーミスターの抵抗値が第２保護トランジスターを完全にオンさせる抵抗値に達していない場合でも、第４抵抗からのベース電流が加わり、第２保護トランジスターを完全にオンさせることができる。また、第４抵抗を設けることにより、第１保護トランジスターと第２保護トランジスターがオンしている時には、第１抵抗と第４抵抗とが並列に接続された場合と同等の状態となる。したがって、第４抵抗の値を適宜に設定することにより、所望の温度まで温度が下がってサーミスターの抵抗値が変化した場合に、第２保護トランジスターおよび第１保護トランジスターをオフさせることができる。このように、この態様によれば、動作にヒステリシスを持たせることで、第２保護トランジスターのオン・オフの状態が不安定になる温度範囲が生じることを防止することができる。さらに、温度の微妙な変化で保護回路のオンとオフが頻繁に繰り返されること等の不都合が解消される。【００１０】
前記態様において、前記第１抵抗および前記サーミスターの接続ノードと、前記第２保護トランジスターのベースと間に接続された第５抵抗をさらに備えてもよい。この態様によれば、第５抵抗を設けることにより、温度が低下してサーミスターの抵抗値が変化した場合でも、第２保護トランジスターをオンにしたままにすることができ、その結果、第１保護トランジスターをオンにしたままにすることができる。したがって、保護回路が一旦オンした後、常温に戻っても保護回路がオンしたままのラッチ動作を実現することができ、第５抵抗を備えていない場合に比べてより安全な動作を実現する。【００１１】
前記態様において、前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えたことを検出すると、前記第２保護トランジスターがオンするように、前記第２保護トランジスターのベースに所定の電圧を印加する電流制御回路を備えてもよい。この態様によれば、負荷に過大電流が流れた場合は、電流制御回路により第２保護トランジスターのベースに所定の電圧が印加され、第２保護トランジスターがオンする。したがって、保護回路がオンしてプッシュプル出力回路のダーリントン接続された複数のトランジスターの駆動を停止させる。その結果、素子の破壊が生じた場合でも、継続的に正電源電圧から負電源電圧に至る短絡電流が流れなくなり、その後の被害拡大を防止することができる。さらに、この態様によれば、パワーアンプの温度が設定温度以上に上昇した場合でも、第１保護トランジスターと第２保護トランジスターとをオンさせてプッシュプル出力回路のダーリントン接続された複数のトランジスターの駆動を停止させる。したがって、温度上昇に対してもパワーアンプを保護することができる。【００１２】
前記態様において、前記電流制御回路は、前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えるとオンとなり、正電源電圧がコレクターに供給される電流検出トランジスターを備えた電流検出回路と、前記電流検出トランジスターのコレクターと、前記第２保護トランジスターのベースとの間に接続された第３ダイオードおよび第６抵抗とを備えてもよい。この態様によれば、負荷に過大電流が流れた場合は、電流検出トランジスターがオンし、第３ダイオードおよび第６抵抗を介して第２保護トランジスターのベースに所定の電圧が印加され、第２保護トランジスターがオンする。また、第２保護トランジスターがオンすることにより、第１保護トランジスターがオンする。このように、第１保護トランジスターと第２保護トランジスターがオンすることにより、プッシュプル出力回路のダーリントン接続されたトランジスターの駆動を停止させる。その結果、素子の破壊が生じた場合でも、継続的に正電源電圧から負電源電圧に至る短絡電流が流れなくなり、その後の被害拡大を防止することができる。さらに、この態様によれば、パワーアンプの温度が設定温度以上に上昇した場合でも第１保護トランジスターと第２保護トランジスターとをオンさせてプッシュプル出力回路のダーリントン接続されたトランジスターの駆動を停止させる。したがって、温度上昇に対してもパワーアンプを保護することができる。【００１３】
前記態様において、前記サーミスターは、一方の端子が前記第２ノードに接続され、他方の端子が前記第１抵抗に接続される正特性サーミスターであってもよい。この態様によれば、正特性サーミスターは、特定の温度に対して急激に抵抗値が変化する特性となっているため、第１保護トランジスターと第２保護トランジスターとを、負特性サーミスターを用いる場合に比べてよりデジタル的に動作させることができる。したがって、パワーアンプを確実に保護することができる。【００１４】
前記態様において、前記サーミスターは、一方の端子が前記第１ノードに接続され、他方の端子が前記第１抵抗に接続される負特性サーミスターであってもよい。この態様によれば、負特性サーミスターの抵抗値の変化は一般的に正特性サーミスターと比べて急峻では無い。しかし、第４抵抗を設けて第２保護トランジスターに正帰還を掛ける場合には、温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に第１保護トランジスターと第２保護トランジスターとを動作させることができる。【００１５】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係るパワーアンプの保護回路は、信号が供給される第１ノードおよび第２ノードと、前記第１ノードおよび第２ノードにバイアス電圧を印加するバイアス回路と、前記第１ノードとベースが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターと、前記第２ノードとベースが接続され前記出力端子から電流を吸い込むために用いられるダーリントン接続された複数のトランジスターとを有するプッシュプル出力回路とを備えたパワーアンプの保護回路であって、前記出力端子を流れる電流の振幅が所定レベルを超えるとオンとなり、正電源電圧がコレクターに供給される電流検出トランジスターを備えた電流検出回路と、前記第１ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第３保護トランジスターと、前記電流検出トランジスターのコレクターと前記第３保護トランジスターのベースとの間に接続された、第４ダイオードおよび第７抵抗と、前記第３保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第８抵抗と、前記第２ノードにコレクターが接続され、前記出力端子にエミッターが接続された第４保護トランジスターと、ベースが電流検出トランジスターのコレクターと接続された第５保護トランジスターと、前記第５保護トランジスターのコレクターと第４保護トランジスターのベースとの間に接続された第５ダイオードおよび第９抵抗と、前第４保護トランジスターのベースと前記出力端子との間に接続された第１０抵抗と、前記正電源電圧が供給される第３ノードと、負電源電圧が供給される第４ノードと、前記第３ノードと前記第４ノードとの間に接続されたサーミスターおよび第１１抵抗と、前記サーミスターおよび第１１抵抗の接続ノードと電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第６ダイオードと、前記第５保護トランジスターのコレクターと前記電流検出トランジスターのベースとの間に接続された第１２抵抗と、を備える、ことを特徴とする。【００１６】
本発明の一態様によれば、出力端子に過大電流が流れると、電流検出トランジスターがオンし、第４ダイオードと第７抵抗を介して第３保護トランジスターのベースにベース電流が流れ、第３保護トランジスターがオンする。したがって、第１ノードと出力端子とは短絡し、プッシュプル出力回路においては、第１ノードとベースとが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるトランジスターがオフする。それと同時に、電流検出トランジスターがオンすることにより、第５保護トランジスターがオンする。第５保護トランジスターがオンすることより、第５ダイオードと第９抵抗とを介して第４保護トランジスターがオンする。したがって、第２ノードと出力端子とは短絡し、プッシュプル出力回路においては、第２ノードとベースとが接続され出力端子から電流を吸い込むために用いられるトランジスターがオフする。それと同時に、第５保護トランジスターがオンすることにより、第１２抵抗を介して、電流検出トランジスターに正帰還が掛かる。その結果、電流検出トランジスターの検出出力が無くなっても、電流検出トランジスターのオンを保持し続けることができる。また、パワーアンプの温度が上昇して、サーミスターの抵抗値が変化して所定値になった場合には、第６ダイオードを介して電流検出トランジスターがオンする。これ以降は上述したように、プッシュプル出力回路において、第１ノードとベースとが接続され出力端子から電流を出力するために用いられるトランジスターと、第２ノードとベースとが接続され出力端子から電流を吸い込むために用いられるトランジスターがオフする。以上のように、本発明の一態様によれば、負荷に過電流が流れた場合、およびパワーアンプの温度が設定温度以上に上昇した場合に、プッシュプル出力回路のトランジスターをオフさせる。したがって、異常が発生した要因に拘わらず、パワーアンプを保護することができ、保護を継続することができる。【００１７】
本発明は、パワーアンプの保護回路のほか、当該パワーアンプの保護回路を有するパワーアンプ、および当該パワーアンプを有するスピーカーユニットとして概念することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図３】第１実施形態におけるサーミスターによる検出温度と保護回路のオン・オフとの関係を示す図である。
【図４】第２実施形態におけるサーミスターによる検出温度と保護回路のオン・オフとの関係を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図６】第３実施形態におけるサーミスターによる検出温度と保護回路のオン・オフとの関係を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図９】サーミスターの特性を示す図である。
【図１０】変形例１に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図１１】変形例２に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図１２】変形例３に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図１３】変形例４に係るパワーアンプの出力回路と保護回路を示す回路図である。
【図１４】応用例に係るスピーカーユニットを示すブロック図である。
【図１５】応用例に係るスピーカーユニットを示す斜視図である。
【図１６】応用例に係るスピーカーユニットを示す斜視図である。
【図１７】応用例に係るスピーカーユニットを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るパワーアンプの出力回路と当該パワーアンプの保護回路を示す回路図である。図１に示すように、パワーアンプの出力回路には、電圧増幅段１０、バイアス回路２０、およびＳＥＰＰ回路４０が備えられている。
プッシュプル出力回路としてのＳＥＰＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｅｎｄｅｄ  Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ、シングル・エンデッド・プッシュプル）回路４０は、トランジスターＱ１０、Ｑ１１、Ｑ１２、およびＱ１３と、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、およびＲ２２を備えている。
ＮＰＮ型のトランジスターＱ１０とＮＰＮ型のトランジスターＱ１１はダーリントン接続されたトランジスターである。ＮＰＮ型のトランジスターＱ１０のベースは、信号が供給される第１ノード１に接続され、ＮＰＮ型のトランジスターＱ１１とダーリントン接続される。トランジスターＱ１０とトランジスターＱ１１は、出力端子ＯＵＴから電流を出力するために用いられるトランジスターである。トランジスターＱ１０とトランジスターＱ１１のコレクターは、正電源電圧＋Ｂが供給される第３ノード３に接続される。
ＰＮＰ型のトランジスターＱ１２とＰＮＰ型のトランジスターＱ１３はダーリントン接続されたトランジスターである。ＰＮＰ型のトランジスターＱ１２のベースは、信号が供給される第２ノード２に接続され、ＰＮＰ型のトランジスターＱ１３とダーリントン接続される。トランジスターＱ１２とトランジスターＱ１３は、出力端子ＯＵＴから電流を吸い込むために用いられるトランジスターである。トランジスターＱ１２とトランジスターＱ１３のコレクターは、負電源電圧−Ｂが供給される第４ノード４に接続される。
【００２０】
電圧増幅段１０は、第３ノード３および第４ノード４に接続され、入力端子ＩＮから入力信号を所定の電圧に増幅して得た信号を第１ノード１および第２ノード２に供給する。
バイアス回路２０は、第１ノード１および第２ノード２に接続され、第１ノード１および第２ノード２に所定のバイアス電圧を印加する。これにより、ＳＥＰＰ回路４０におけるクロスオーバー歪が減少することになる。
【００２１】
パワーアンプの保護回路としての第１保護回路３０は、ＰＮＰ型の第１保護トランジスターＱ１と、ＮＰＮ型の第２保護トランジスターＱ２とを備える。第１保護トランジスターＱ１のエミッターは、第１ノード１に接続される。第２保護トランジスターＱ２のエミッターは、第２ノード２に接続される。
第１保護トランジスターＱ１のコレクターと、出力端子ＯＵＴとの間には、第１ダイオードＤ１が接続される。第２保護トランジスターＱ２のコレクターと、出力端子ＯＵＴとの間には、第２ダイオードＤ２が接続される。信号がプラス側およびマイナス側に振れて、出力端子に接続された負荷に負荷電流が流れた時、電流に応じて抵抗Ｒ２１や抵抗Ｒ２２の両端に電圧降下が生じるが、その電圧降下による電圧はバイアス回路の電圧を超えることがある。例えばトランジスターＱ１１、抵抗Ｒ２１、および負荷の経路で電流が流れた場合、抵抗Ｒ２１の両端に生じる電圧降下が大きくなり、出力端子ＯＵＴは第２ノード２より低い電位になることがある。このような場合に、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３に電流が流れて第１保護トランジスターＱ１が誤動作することを阻止する必要がある。また、第１保護トランジスターＱ１や第２保護トランジスターＱ２のコレクター・ベースに間に電流が流れて、これらのトランジスターが誤動作することを阻止する必要がある。そこで、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２を、上述したように接続している。なお、これらのダイオードにより、第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２がオンした場合に、第１ノード１と第２ノード２の間の電圧が、約１．２Ｖ程度に保持される。
【００２２】
第１ノード１と第２ノード２との間には、第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１とが直列接続される。第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１との間の接続ノード７は、第２保護トランジスターＱ２のベースに接続され、第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１により分圧された所定の電圧が第２保護トランジスターＱ２のベースに印加される。第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１は、サーミスターＴｈ１により検出されるパワーアンプの温度が所定の温度に達した場合に、第２保護トランジスターＱ２をオンするために用いられる。なお、サーミスターＴｈ１は、温度が高いほど抵抗値が増加する正特性のサーミスターである。
【００２３】
第１ノード１と第２保護トランジスターＱ２のコレクターとの間には、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３が直列接続される。第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の接続ノード８は、第１保護トランジスターＱ１のベースに接続され、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３により分圧された所定の電圧が第１保護トランジスターＱ１のベースに印加される。第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３は、第２保護トランジスターＱ２がオンした場合に、第１保護トランジスターＱ１をオンするために用いられる。
【００２４】
次に、本実施形態における第１保護回路３０の動作について説明する。以下の説明では、トランジスターが能動状態であるとは当該トランジスターが活性領域で動作することを意味する。トランジスターがオンするとは当該トランジスターが飽和領域で動作することを意味する。トランジスターがオフするとは当該トランジスターが遮断領域で動作することを意味する。なお、本実施形態では、一例として、１００℃で第１保護回路３０が動作するように設定されているものとする。また、サーミスターＴｈ１の抵抗値は、１００℃で１０ＫΩであるとする。さらに、バイアス回路２０の両端間の電圧、即ち、第１ノード１と第２ノード２との間の電圧は、ＳＥＰＰ回路４０のトランジスターＱ１１とトランジスターＱ１３が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅのほぼ４個分に設定されているものとする。トランジスターＱ１１とトランジスターＱ１３が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅを約０．６Ｖとすれば、第１ノード１と第２ノード２との間の電圧は、約２．４Ｖとなる。
１００℃で第２保護トランジスターＱ２を能動状態に移行させるには、第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１との分圧による電圧が、約０．６Ｖ以上あればよい。したがって、以下の式が成立する。
【００２５】
０．６［Ｖ］＝２．４［Ｖ］×（サーミスターＴｈ１の抵抗値）／（第１抵抗Ｒ１の抵抗値＋サーミスターＴｈ１の抵抗値）…式１
【００２６】
前記式１を変形すれば、第１抵抗Ｒ１の抵抗値を求める式は以下のようになる。
【００２７】
第１抵抗Ｒ１の抵抗値＝（２．４［Ｖ］×（サーミスターＴｈ１の抵抗値）／０．６［Ｖ］−（サーミスターＴｈ１の抵抗値）…式２
【００２８】
１００℃の際のサーミスターＴｈ１の抵抗値を１０ＫΩとすると、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は以下のようになる。
【００２９】
第１抵抗Ｒ１の抵抗値＝（２．４［Ｖ］×１０［ＫΩ］／０．６［Ｖ］−１０［ＫΩ］＝３０［ＫΩ］…式３
【００３０】
このような値に第１抵抗Ｒ１の抵抗値を設定しておくことにより、常温から１００℃に変化するとサーミスターＴｈ１の抵抗値が変化して、第２保護トランジスターＱ２のベースに電流が流れ始め、第２保護トランジスターＱ２が能動状態に移行する。第２保護トランジスターＱ２が能動状態になり、コレクター電流が流れ始め、第１ノード１と第２ノード２との間の電圧が下がり始める。この状態では第２保護トランジスターＱ２に負帰還が掛かりアナログ的な動作になるが、この状態では第２保護トランジスターＱ２に負帰還が掛かりアナログ的な動作になるが、さらに温度が上がってサーミスターＴｈ１の抵抗値が上がると第２保護トランジスターＱ２は完全にオンする。その結果、第２保護トランジスターＱ２のコレクター・エミッター間電圧Ｖｃｅは約０Ｖとなる。その結果、出力端子ＯＵＴと第２ノード２との間の電圧は、第２ダイオードＤ２の順電圧である約０．６Ｖになる。同様に、第２ノード２に接続されたトランジスターＱ１２のベースと、抵抗Ｒ２２を介して出力端子ＯＵＴに接続されたトランジスターＱ１３のエミッターとの間の電圧も約０．６Ｖになる。この約０．６Ｖという電圧は、トランジスターＱ１２が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅと、トランジスターＱ１３が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅとの合計である約１．２Ｖよりも小さい。したがって、トランジスターＱ１２とトランジスターＱ１３はオフする。
【００３１】
それと同時に、第２保護トランジスターＱ２がオンすることにより、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３を介して、第１保護トランジスターＱ１がオンする。第１保護トランジスターＱ１がオンすると、第１保護トランジスターＱ１のコレクター・エミッター間電圧Ｖｃｅは約０Ｖとなる。その結果、出力端子ＯＵＴと第１ノード１との間の電圧は、第１ダイオードＤ１の順電圧である約０．６Ｖになる。同様に、第１ノード２に接続されたトランジスターＱ１０のベースと、抵抗Ｒ２１を介して出力端子ＯＵＴに接続されたトランジスターＱ１１のエミッターとの間の電圧も約０．６Ｖになる。この約０．６Ｖという電圧は、トランジスターＱ１０が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅと、トランジスターＱ１１が能動状態になる際のベース・エミッター電圧Ｖｂｅとの合計である約１．２Ｖよりも小さい。したがって、トランジスターＱ１０とトランジスターＱ１１はオフする。なお、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の抵抗値はそれぞれ、第１保護トランジスターＱ１をオンすることができ、かつ、他の回路動作に悪影響を与えない範囲で自由に選ぶことができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の第１保護回路３０によれば、パワーアンプの温度が設定温度を超え、サーミスターＴｈ１の抵抗値が変化して所定値になった場合には、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの動作を停止させることができる。したがって、放熱ファンが停止したり、あるいは放熱孔が塞がれた場合等、異常の原因を問わずにＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターを幅広く保護することができる。また、本実施形態の第１保護回路３０によれば、設定温度を超えた場合には、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターを完全に停止させるので、発熱を完全に止めることができる。さらに、マイコン等による高度な信号処理は不要であるため、製造コストを低減することができ、第１保護回路３０の適用範囲を広げることができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
次に、添付図面を参照しつつ、本発明の第２実施形態を説明する。図２は、第２実施形態に係るパワーアンプの第１保護回路３０を示す回路図である。図２に示すように、本実施形態の第１保護回路３０では、第１保護トランジスターＱ１のコレクターと、第２保護トランジスターＱ２のベースとの間には、第４抵抗Ｒ４が接続されている。
第１実施形態の第１保護回路３０において、第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２が完全にオンになった場合には、第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２のコレクター・エミッターとの間の電圧はほぼ０Ｖになる。この時、第１ノード１と第２ノード２との間の電圧は、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２の順電圧に依存し、約１．２Ｖ程度になる。第２保護トランジスターＱ２を能動状態にするには、第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１との分圧による電圧が、約０．６Ｖ以上あれば良い。したがって、以下の式が成立する。
【００３４】
０．６［Ｖ］＝１．２［Ｖ］×（サーミスターＴｈ１の抵抗値）／（第１抵抗Ｒ１の抵抗値＋サーミスターＴｈ１の抵抗値）…式４
【００３５】
前記式４を変形すれば、サーミスターＴｈ１の抵抗値を求める式は以下のようになる。
【００３６】
サーミスターＴｈ１の抵抗値＝（０．６［Ｖ］×（第１抵抗Ｒ１の抵抗値））／０．６…式５
【００３７】
第１実施形態で説明したように、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は３０［ＫΩ］なので、この時のサーミスターＴｈ１の抵抗値は以下のようになる。
【００３８】
サーミスターＴｈ１の抵抗値＝（０．６［Ｖ］×３０［ＫΩ］）／０．６＝３０［ＫΩ］…式６
【００３９】
つまり、サーミスターＴｈ１の抵抗値が３０［ＫΩ］程にならないと、第２保護トランジスターＱ２は完全にオンにならないことになる。サーミスターＴｈ１の抵抗値が３０［ＫΩ］になるのは、図３に示すように１００℃からもう少し高い温度、例えば、１０５℃辺りとなる。したがって、温度が１０５℃に達するまでは、第１実施形態の第１保護回路３０はアナログ的な動作をしていることになる。
【００４０】
しかし、本実施形態では、第４抵抗Ｒ４が設けられているので、第１保護トランジスターＱ１が能動状態に移行し始めると、第４抵抗Ｒ４を介して、第２保護トランジスターＱ２のベースにベース電流が流れる。そのため、第２保護トランジスターＱ２が能動状態になる１００℃付近のサーミスターＴｈ１の抵抗値が１０［ＫΩ］であっても、第４抵抗Ｒ４からのベース電流が加わり、図４に示すように第２保護トランジスターＱ２を完全にオンさせることができる。
【００４１】
第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値を前記式４に当てはめると次式のようになる。
【００４２】
０．６［Ｖ］＝１．２［Ｖ］×（サーミスターＴｈ１の抵抗値）／（第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値＋サーミスターＴｈ１の抵抗値）…式７
【００４３】
前記式７を変形すれば、第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値は次式で求められる。
【００４４】
第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値＝１．２［Ｖ］×（サーミスターＴｈ１の抵抗値）／０．６Ｖ［Ｖ］−（サーミスターＴｈ１の抵抗値）…式８
【００４５】
サーミスターＴｈ１の抵抗値が１０［ＫΩ］であるとすると、第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値は次のようになる。
【００４６】
第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値＝（１．２［Ｖ］×１０［ＫΩ］／０．６Ｖ［Ｖ］）−１０［ＫΩ］＝１０［ＫΩ］…式９
【００４７】
第１抵抗Ｒ１は３０［ＫΩ］なので、第４抵抗Ｒ４は１５［ＫΩ］となる。したがって、第４抵抗Ｒ４として１５［ＫΩ］以下の抵抗を用いることにより、第１保護トランジスターＱ１が能動状態に移行し始めた時点の温度で、完全に第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２とをオンさせることができる。
【００４８】
また、第４抵抗Ｒ４が無い場合は、温度が下がっていった時、上述のオンの時と同様のアナログ的な動作が行われることにより１０５℃〜１００℃辺りで第２保護トランジスターＱ２のベース電流が流れなくなる。その結果、第１保護回路３０の第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２がオフする。しかし、第４抵抗Ｒ４があることで、第１保護トランジスターＱ１がオンしている時には、第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４とが並列に接続された場合と同等となっている。したがって、１０５℃〜１００℃辺りの温度よりもさらに低い温度にならないと第１保護回路３０の第２保護トランジスターＱ２はオフしない。例えば、サーミスターＴｈ１が１ＫΩ以下になった時に第１保護回路３０の第２保護トランジスターＱ２をオフさせたい場合には、第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値は以下のようになる。前記式２のサーミスターＴｈ１の抵抗値を１ＫΩとし、また前記式２における「第１抵抗Ｒ１の抵抗値」を「第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値」に置き換える。
【００４９】
第１抵抗Ｒ１と第４抵抗Ｒ４の並列の抵抗値＝（２．４［Ｖ］×１［ＫΩ］／０．６Ｖ［Ｖ］）−１［ＫΩ］＝３［ＫΩ］…式１０
【００５０】
したがって、第１抵抗Ｒ１は３０［ＫΩ］なので、第４抵抗Ｒ４は３．３［ＫΩ］となる。第４抵抗Ｒ４を３．３［ＫΩ］にすることにより、図４に示すように、１００℃よりも低い温度に下がった時に第１保護回路３０の第２保護トランジスターＱ２をオフさせることができる。このように、本実施形態においては、動作にヒステリシスを持たせることで、第２保護トランジスターＱ２のオン・オフの状態が不安定になる温度範囲が生じることを防止することができる。また、その範囲で第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２が同時にオン・オフせずに、プラス側とマイナス側で温度に対する第１保護回路３０の動作が違ってくることを防止することができる。さらに、温度の微妙な変化で第１保護回路３０の第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２とのオンとオフが頻繁に繰り返されること等の不都合が解消される。
【００５１】
＜第３実施形態＞
次に、添付図面を参照しつつ、本発明の第３実施形態を説明する。図５は、第３実施形態に係るパワーアンプの第１保護回路３０を示す回路図である。図５に示すように、本実施形態においては、第１抵抗Ｒ１およびサーミスターＴｈ１との間の接続ノード７と、第２保護トランジスターＱ２のベースとの間に接続された第５抵抗Ｒ５をさらに備える。
第２実施形態では、第４抵抗Ｒ４を加えて、第１保護回路３０のオンとオフの間にヒステリシス動作を付加した。本実施形態では、図５のように第５抵抗Ｒ５を加えることで、第１保護回路３０が一旦オンした後、常温に戻っても第１保護回路３０がオンしたままのラッチ動作にすることができる。
【００５２】
前記式３で計算したように、第１抵抗Ｒ１を３０［ＫΩ］として、第１保護回路３０の動作開始温度を１００℃辺りと想定する。第１保護トランジスターＱ１および第２保護トランジスターＱ２がオンした後、温度が低下しサーミスターＴｈ１の抵抗値がほぼ０Ωに近づいた時にも、第１保護トランジスターＱ１および第２保護トランジスターＱ２がオンし続けるように第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５の抵抗値を設定する。
第１保護トランジスターＱ１のコネクター・エミッター電圧を０Ｖとして、サーミスターＴｈ１を０Ωと仮定すれば、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５の関係は、第２実施形態で説明した第１抵抗Ｒ１とサーミスターＴｈ１の関係と同じである。また、第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２がオンした状態の想定なので、第１ノード１と第２ノード２との間の電圧は約１．２Ｖとなる。
【００５３】
０．６［Ｖ］＝１．２［Ｖ］×（第５抵抗Ｒ５の抵抗値）／（第４抵抗Ｒ４の抵抗値＋第５抵抗Ｒ５の抵抗値）…式１１
【００５４】
ここで、第４抵抗Ｒ４の抵抗値を、第２実施形態で説明したように３．３ＫΩとする。
【００５５】
０．６［Ｖ］＝１．２［Ｖ］×（第５抵抗Ｒ５の抵抗値）／（３．３［ＫΩ］＋第５抵抗Ｒ５）…式１２
【００５６】
前記式１２を変形すれば、第５抵抗Ｒ５の抵抗値は次式で求められる。
【００５７】
（第５抵抗Ｒ５の抵抗値）＝（３．３［ＫΩ］×０．６［Ｖ］）／０．６［Ｖ］＝３．３［ＫΩ］…式１３
【００５８】
したがって、第５抵抗Ｒ５の抵抗値を３．３ＫΩ以上にしておけば、図６に示すように、例え温度が下がってサーミスターＴｈ１が低い抵抗値になっても、第１保護回路３０の第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２はオンし続ける。その結果、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの保護の状態は保持されることになる。なお、第１保護回路３０の第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２をオフするには、例えば電源を一旦切断すればよい。
本実施形態によれば、第５抵抗Ｒ５を加えることで、第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２が一旦オンした後、常温に戻っても第１保護トランジスターＱ１と第２保護トランジスターＱ２とがオンしたままのラッチ動作を実現することができる。その結果、第１保護回路３０によるＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの保護動作は使用者が電源を切断するまで継続され、第２実施形態に比べてより安全な動作を実現する。
【００５９】
＜第４実施形態＞
次に、添付図面を参照しつつ、本発明の第４実施形態を説明する。図７は、第４実施形態に係るパワーアンプの保護回路を示す回路図である。本実施形態のパワーアンプの保護回路は、図７に示すように、第１保護回路３０と電流制御回路５とを備えている。また、本実施形態においては、出力端子ＯＵＴの後段にリレーＲＬ１が設けられており、電流制御回路５の動作によってリレーＲＬ１がオフになるように構成されている。
上述した実施形態では、温度を検出してパワーアンプを保護する機能を実現した。したがって、例えば過大入力等で電流が増え、温度が上昇する場合には、第１保護回路３０による保護動作を行うことができる。しかし、負荷が短絡する等して一瞬にして出力段のトランジスターの破壊にまで至る場合には、温度検出による保護動作だけでは対応できない。そこで、本実施形態においては、電流制御回路５を第３実施形態の回路に取り込んで、パワーアンプの保護動作を行う。
【００６０】
本実施形態の電流制御回路５は、出力端子ＯＵＴを流れる電流の振幅が所定レベルを超えたことを検出すると、第２保護トランジスターＱ２がオンするように、第２保護トランジスターＱ２のベースに所定の電圧を印加する回路である。
本実施形態の電流制御回路５は、電流検出回路６と、第３ダイオードＤ３および第６抵抗Ｒ６とを備える。電流検出回路６は、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２７、およびＲ２８と、ダイオードＤ１０、Ｄ１１、およびＤ１２と、第１電流検出トランジスターＱ１４と、第２電流検出トランジスターＱ１５とを備える。
出力端子ＯＵＴを流れる電流の振幅が所定レベルを超えると、第１電流検出トランジスターＱ１４がオンとなり、さらに第２電流検出トランジスターＱ１５がオンとなり、正電源電圧＋Ｂが第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターに供給される。
第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターと、第２保護トランジスターＱ２のベースとの間には、第３ダイオードＤ３と第６抵抗Ｒ６が接続される。
【００６１】
本実施形態の回路において、出力端子ＯＵＴに過大電流が流れると、第１電流検出トランジスターＱ１４がオンし、さらに第２電流検出トランジスターＱ１５がオンする。その結果、第３ダイオードＤ３と第６抵抗Ｒ６を介して第２保護トランジスターＱ２のベースにベース電流が流れ、第２保護トランジスターＱ２がオンする。これ以降の動作は上述した実施形態と同様であり、第１保護回路３０によりＳＥＰＰ回路４０の出力段のドライブ能力を持続的に制限することができる。
【００６２】
なお、負荷に過大電流が流れた場合はリレーＲＬ１をオフすることでパワーアンプを保護することができる。しかし、例えばＳＥＰＰ回路４０の出力段の一方側のトランジスター（例えば、Ｑ１１）が短絡して壊れたとすると、リレーＲＬ１をオフしてもスピーカー等の負荷の保護にはなるが、パワーアンプ自身の電源は遮断されない。したがって、ＳＥＰＰ回路４０の出力段の他方側のトランジスター（例えば、Ｑ１３）も破壊され、火災等の危険が増大することがある。
【００６３】
しかしながら、本実施形態においては、ＳＥＰＰ回路４０の出力段の一方側のトランジスターが壊れて過大電流が流れると、リレーＲＬ１をオフするだけでなく、第１保護回路３０がオンしてＳＥＰＰ回路４０の出力段の他方側のトランジスターの駆動を停止させる。したがって、継続的に正電源電圧＋Ｂから負電源電圧−Ｂに至る短絡電流が流れなくなり、その後の被害拡大を防止することができる。なお、出力のＤＣオフセットのズレ等他の要因によって過大な電流が出力端子ＯＵＴを流れた場合でも、同様に第２保護トランジスターＱ２をオンさせて、パワーアンプを保護することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態によれば、パワーアンプの温度が設定温度以上に上昇した場合でも第１保護回路３０をオンさせてＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの駆動を停止させる。したがって、温度上昇に対してもパワーアンプを保護することができる。
【００６５】
＜第５実施形態＞
次に、添付図面を参照しつつ、本発明の第５実施形態を説明する。図８は、第５実施形態に係るパワーアンプの保護回路を示す回路図である。本実施形態の保護回路は、図８に示すように、第２保護回路３１と電流検出回路６とを備えている。電流検出回路６の構成は、第４実施形態で説明した電流検出回路６とほぼ同様である。電流検出回路６は、出力端子ＯＵＴを流れる電流の振幅が所定レベルを超えると、第１電流検出トランジスターＱ１４がオンとなり、さらに、第２電流検出トランジスターＱ１５がオンとなる。その結果、第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターには、正電源電圧＋Ｂが供給される。
【００６６】
第２保護回路３１は、第１ノード１にコレクターが接続され、出力端子ＯＵＴにエミッターが接続された第３保護トランジスターＱ３を備えている。また、第２保護回路３１は、第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターと第３保護トランジスターＱ３のベースとの間に接続された第４ダイオードＤ４および第７抵抗Ｒ７とを備えている。さらに、第２保護回路３１は、第３保護トランジスターＱ３のベースと出力端子ＯＵＴとの間に接続された第８抵抗Ｒ８を備えている。
【００６７】
第２保護回路３１は、第２ノード２にコレクターが接続され、出力端子ＯＵＴにエミッターが接続された第４保護トランジスターＱ４を備えている。また、第２保護回路３１は、ベースが第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターと接続された第５保護トランジスターＱ５を備えている。さらに、第２保護回路３１は、第５保護トランジスターＱ５のコレクターと第４保護トランジスターＱ４のベースとの間に接続された第５ダイオードＤ５および第９抵抗Ｒ９を備えている。第２保護回路３１は、第４保護トランジスターＱ４のベースと出力端子ＯＵＴとの間に接続された第１０抵抗Ｒ１０を備えている。
【００６８】
第２保護回路３１は、正電源電圧＋Ｂが供給される第３ノード３と、負電源電圧−Ｂが供給される第４ノード４とを備えている。また、第２保護回路３１は、第３ノード３と第４ノード４との間に接続されたサーミスターＴｈ１および第１１抵抗Ｒ１１を備える。さらに、第２保護回路３１は、サーミスターＴｈ１および第１１抵抗Ｒ１１の接続ノード９と第２電流検出トランジスターＱ１５のベースとの間に接続された第６ダイオードＤ６を備える。第２保護回路３１は、また、第５保護トランジスターＱ５のコレクターと第２電流検出トランジスターＱ１５のベースとの間に接続された第１２抵抗Ｒ１２を備える。さらに、第２保護回路３１は、第２電流検出トランジスターＱ１５のコレクターと第５保護トランジスターＱ５のベースとの間に接続された第１３抵抗Ｒ１３と、第５保護トランジスターＱ５のベースと第４ノード４との間に接続された第１４抵抗Ｒ１４とを備える。
【００６９】
本実施形態の回路において、出力端子ＯＵＴに過大電流が流れると、第１電流検出トランジスターＱ１４がオンし、さらに第２電流検出トランジスターＱ１５がオンする。その結果、第４ダイオードＤ４と第７抵抗Ｒ７を介して第３保護トランジスターＱ３のベースにベース電流が流れ、第３保護トランジスターＱ３がオンする。その結果、第１ノード１と出力端子ＯＵＴは短絡し、ＳＥＰＰ回路４０におけるプラス側の出力段のトランジスターＱ１０およびＱ１１の駆動を停止させる。それと同時に、第２電流検出トランジスターＱ１５は第１３抵抗Ｒ１３を介して第５保護トランジスターＱ５をオンさせる。
【００７０】
第５保護トランジスターＱ５は、第５ダイオードＤ５と第９抵抗Ｒ９を介して第４保護トランジスターＱ４をオンさせる。その結果、第２ノード２と出力端子ＯＵＴは短絡し、ＳＥＰＰ回路４０におけるマイナス側の出力段のトランジスターＱ１２，Ｑ１３の駆動を停止させる。それと同時に、第５保護トランジスターＱ５は第１２抵抗Ｒ１２を介して、第２電流検出トランジスターＱ１５に正帰還を掛ける。その結果、仮に、第１電流検出トランジスターＱ１４がオフしても、第２電流検出トランジスターＱ１５のオン状態を保持し続けることができる。
【００７１】
なお、温度検出のサーミスターＴｈ１は、一方の端子が第３ノード３に接続され、他方の端子が第１１抵抗Ｒ１１の一方の端子と接続される。また、第１１抵抗Ｒ１１の他方の端子は、第４ノード４に接続される。パワーアンプの温度が上昇して、サーミスターＴｈ１の抵抗値が上昇すると、第６ダイオードＤ６を介して第２電流検出トランジスターＱ１５をオンさせる。これ以降は上述したように、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの駆動を停止させ、保護機能を保持したままにできる。
【００７２】
以上のように、本実施形態によれば、出力端子ＯＵＴに過大電流が流れると、第２保護回路３１がオンし、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のドライブ能力を持続的に制限することができる。特に、第５保護トランジスターＱ５により、電流検出回路６に対するラッチ機能を設けたので、より確実にパワーアンプの保護を行うことができる。
【００７３】
さらに、本実施形態によれば、パワーアンプの温度が設定温度以上に上昇した場合でも第２保護回路３１をオンさせてＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターの駆動を停止させる。したがって、温度上昇に対してもパワーアンプを保護することができる。この場合も同様に、第５保護トランジスターＱ５によって第２電流検出トランジスターＱ１５にに対するラッチ機能が働くので、上述した各実施形態に比べてより確実にパワーアンプの保護を行うことができる。
【００７４】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば次に述べるような各種の変形が可能である。また、次に述べる変形の態様は、任意に選択された一または複数を、適宜に組み合わせることもできる。
【００７５】
（変形例１）
上述した各実施形態においては、一方の端子が第２ノード２に接続され、他方の端子が第１抵抗Ｒ１に接続される正特性サーミスターを用いた。これは、図９に示すように、正特性サーミスターが、仕様で定まる特定の温度に対して急激に抵抗値が変化する特性となっているため、保護回路がよりデジタル的に動作するという利点からであった。
【００７６】
一方、一般的に用いられているサーミスターは、負特性サーミスターであり、その抵抗値の変化は図９に示すように正特性サーミスターと比べて急峻では無い。このため、第２実施形態のように第４抵抗Ｒ４を設けて第２保護トランジスターＱ２に正帰還を掛ける場合には、温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に回路動作させることができる。
【００７７】
図１０は、図２に示す第２実施形態の回路に対応する回路である。図１０に示す回路では、サーミスターとして、負特性のサーミスターＴｈ２が設けられている。負特性のサーミスターＴｈ２は、一方の端子が第１ノード１に接続され、他方の端子が第１抵抗Ｒ１に接続される。図１０に示す回路では、第４抵抗Ｒ４を設けて第２保護トランジスターＱ２に正帰還を掛けるので、負特性のサーミスターＴｈ２の温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に保護動作を機能させることができる。
【００７８】
（変形例２）
図１１は、図５に示す第３実施形態の回路に対応する回路である。図１１に示す回路では、サーミスターとして、負特性のサーミスターＴｈ２が設けられている。負特性のサーミスターＴｈ２は、一方の端子が第１ノード１に接続され、他方の端子が第１抵抗Ｒ１に接続される。図１１に示す回路では、第４抵抗Ｒ４を設けて第２保護トランジスターＱ２に正帰還を掛けるので、負特性のサーミスターＴｈ２の温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に保護動作を機能させることができる。
【００７９】
（変形例３）
図１２は、図７に示す第４実施形態の回路に対応する回路である。図１２に示す回路では、サーミスターとして、負特性のサーミスターＴｈ２が設けられている。負特性のサーミスターＴｈ２は、一方の端子が第１ノード１に接続され、他方の端子が第１抵抗Ｒ１に接続される。図１２に示す回路では、第４抵抗Ｒ４を設けて第２保護トランジスターＱ２に正帰還を掛けるので、負特性のサーミスターＴｈ２の温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に保護動作を機能させることができる。
【００８０】
（変形例４）
図１３は、図８に示す第４実施形態の回路に対応する回路である。図１３に示す回路では、サーミスターとして、負特性のサーミスターＴｈ２が設けられている。負特性のサーミスターＴｈ２は、一方の端子が第４ノード４に接続され、他方の端子が第１１抵抗Ｒ１１との接続ノード９に接続される。図１３に示す回路では、第１２抵抗Ｒ１２を設けて第２電流検出トランジスターＱ１５に正帰還を掛けるので、負特性のサーミスターＴｈ２の温度に対する抵抗の変化が緩やかでも、ある値を超えればデジタル的に保護動作を機能させることができる。
【００８１】
（変形例５）
上述した各実施形態および各変形例においては、ＳＥＰＰ回路４０の出力段のトランジスターとして、ダーリントン接続された複数のトランジスターを用いた構成について説明した。しかし、本発明はこの構成に限定される訳ではなく、単一のＮＰＮ型トランジスターと単一のＰＮＰ型トランジスターを接続した構成であってもよい。また、上述した各実施形態および各変形例においては、ダーリントン接続された複数のトランジスターとして、２段のダーリントン接続された複数のトランジスターを用いたが、３段のダーリントン接続された複数のトランジスターであってもよい。
【００８２】
＜応用例＞
本発明は、パワーアンプおよび当該パワーアンプを有するスピーカーユニットに利用され得る。図１４図１７は、本発明の適用対象となるパワーアンプおよび当該パワーアンプを有するスピーカーユニットの具体的な形態を例示するものである。
【００８３】
図１４は、スピーカーユニット５０を示すブロック図である。図１４に示すように、スピーカーユニット５０は、バスレフ型のスピーカーユニットであり、キャビネット５１の前面に設けられた穴に、振動板５２および変換器５３からなるスピーカー５４が取り付けられている。変換器５３は、ボイスコイルを備え、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して、振動板５２を振動させる機能を有する。図１４に示すスピーカーユニット５０は、一例として、指向性が比較的に弱い低域の周波数帯の音を出力するサブウーファーである。但し、本発明はこの例に限定されるものではなく、その他の周波数帯の音を出力する様々なスピーカーユニットに適用可能である。
【００８４】
図１４に示すように、スピーカーユニット５０は、キャビネット５１の内部にパワーアンプ６０を備えている。パワーアンプ６０は、上述した各実施形態および各変形例のいずれかの保護回路および出力回路を備えたパワーアンプである。パワーアンプ６０に備えられた前記出力回路の出力端子ＯＵＴは、スピーカー５４の変換器５３と接続される。つまり、スピーカー５４は、上述した各実施形態および各変形例の保護回路および出力回路の回路図に示した負荷である。
【００８５】
図１５は、スピーカーユニット５０の前面、側面、および上面を示す斜視図である。図１５に示すように、スピーカーユニット５０の前面にはフロントグリル５５が取り付けられる。また、スピーカーユニット５０の側面にはバスレフポート５１ａが設けられている。図１６は、図１５に示すスピーカーユニット５０からフロントグリル５５を取り外した状態を示す斜視図である。図１６に示すように、キャビネット５１の前面に設けられた穴にはスピーカー５４が取り付けられている。
【００８６】
図１７は、スピーカーユニット５０の背面、側面、および上面を示す斜視図である。図１７に示すように、スピーカーユニット５０の背面には、パワーアンプ６０のオーディオ信号入力端子５６と、ボリュームノブ５７と、電源スイッチ５８と、電源ケーブル５９が設けられている。オーディオ信号入力端子５６は、パワーアンプ６０に備えられた前記出力回路の入力端子ＩＮと接続される。ボリュームノブ５７は、例えば、パワーアンプ６０に備えられた前記出力回路の入力端子ＩＮと電圧増幅段１０との間にボリュームを設けた場合に、当該ボリュームの操作部に取り付けるノブである。電源スイッチ５８は、パワーアンプ６０に備えられた電源のオンとオフを切り換えるスイッチである。電源ケーブル５９は、パワーアンプ６０に備えられた電源に接続され、例えばＡＣコンセントに挿入される。
【００８７】
本応用例によれば、パワーアンプの温度が設定温度を超えた場合でも確実にパワーアンプ６０の保護を行うことのできる安全なスピーカーユニット５０を提供することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１…第１ノード、２…第２ノード、３…第３ノード、４…第４ノード、５…電流制御回路、６…電流検出回路、７…接続ノード、８…接続ノード、９…接続ノード、１０…電圧増幅段、２０…バイアス回路、３０…第１保護回路、３２…第２保護回路、４０…ＳＥＰＰ回路、５０…スピーカーユニット、５４…スピーカー、６０…パワーアンプ、Ｄ１…第１ダイオード、Ｄ２…第２ダイオード、Ｄ３…第３ダイオード、Ｄ４…第４ダイオード、Ｄ５…第５ダイオード、Ｄ６…第６ダイオード、Ｑ１…第１保護トランジスター、Ｑ２…第２保護トランジスター、Ｑ３…第３保護トランジスター、Ｑ４…第４保護トランジスター、Ｑ５…第５保護トランジスター、Ｑ１４…第１電流検出トランジスター、Ｑ１５…第２電流検出トランジスター、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、Ｒ４…第４抵抗、Ｒ５…第５抵抗、Ｒ６…第６抵抗、Ｒ７…第７抵抗、Ｒ８…第８抵抗、Ｒ９…第９抵抗、Ｒ１０…第１０抵抗、Ｒ１１…第１２抵抗、Ｒ１３…第１３抵抗、Ｒ１４…第１４抵抗、Ｔｈ１…サーミスター、Ｔｈ２…サーミスター。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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