(57)【要約】【課題】出力短絡時にスイッチング素子が破壊することのないＤ級増幅器を提供する。【解決手段】検出抵抗Ｒ１及び増幅器８がスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ４）に供給される電流を検出し、前記電流の値に応じた信号を比較器１０に出力する。比較器１０はスイッチング素子に供給される電流が過電流であるか否かを判定する。比較器１０の判定結果に応じてスイッチング制御信号生成回路２の動作が制御される。マイコン９が過電流の判定を行わないので、過電流の判定を速やかに行うことができ、出力短絡時にスイッチング素子が破壊することを防止できる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力するアナログ信号に応じてスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成器と、前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わるとともに出力する信号を前記スイッチング制御信号生成器に負帰還するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力信号を入力するローパスフィルタと、前記スイッチング素子に供給される電流を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号が所定値以上であれば前記スイッチング制御信号生成器の動作を停止させる過電流保護手段と、を備えたＤ級増幅器において、
前記過電流保護手段がアナログ信号及び／又は１ビットのディジタル信号のみを用いて前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断することを特徴とするＤ級増幅器。
【請求項２】
前記過電流保護手段が前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断する比較器を備え、前記比較器がＣＭＯＳトランジスタによって構成される請求項１に記載のＤ級増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は出力短絡時の保護回路を有するＤ級増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＤ級増幅器の一構成例を図２に示す。アナログ信号であるオーディオ信号Ｓｉｎが入力端子１を介してスイッチング制御信号生成回路２に入力される。スイッチング制御信号生成回路２はオーディオ信号Ｓｉｎを１ビットのディジタル信号に変換する。このときの変換方式としては、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）やＰＤＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等が挙げられる。また、Ｄ級増幅器の特性向上のために、スイッチング制御信号生成回路２に後述するｎ形チャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４の出力信号が負帰還される。
【０００３】
スイッチング制御信号生成回路２の出力信号であるスイッチング制御信号がドライバ回路３で増幅され、ＭＯＳＦＥＴ４のゲートに供給される。また、電源回路７から検出抵抗Ｒ１を介してＭＯＳＦＥＴ４のドレインに電力が供給される。従って、ＭＯＳＦＥＴ４はスイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わり、ドライバ回路３の出力信号が電力増幅されてＭＯＳＦＥＴ４のソースから出力される。ダイオードＤ１のアノードがＭＯＳＦＥＴ４のソースに接続され、ダイオードＤ１のカソードがＭＯＳＦＥＴ４のドレインに接続される。ダイオードＤ１は、インダクタＬ１の逆起の防止をする。
【０００４】
ＭＯＳＦＥＴ４の出力信号は、ローパスフィルタ５に供給されるとともに、スイッチング制御信号生成回路２に負帰還される。ローパスフィルタ５はインダクタＬ１とコンデンサＣ１とから成り、インダクタＬ１の一端がＭＯＳＦＥＴ４のソースに接続され、インダクタＬ１の他端がコンデンサＣ１の一端及び出力端子６に接続される。コンデンサＣ１の他端は接地される。ローパスフィルタ５は、１ビットのディジタル信号であるＭＯＳＦＥＴ４の出力信号を音声アナログ信号に変換して出力端子６に送出する。出力端子６にはスピーカー（図示せず）が接続される。
【０００５】
また、増幅器８が検出抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅し、その増幅信号をマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）９に送出する。マイコン９は、増幅器８の出力信号に基づいて電源回路７からＭＯＳＦＥＴ４に供給される電流が過電流であるか否かを判定する。マイコン９は、判定結果に基づき電源回路７の動作を制御する。電源回路７は、ＭＯＳＦＥＴ４の他に、スイッチング制御信号生成回路２、ドライバ回路３、増幅器８、及びマイコン９にもそれぞれ電力を供給している。判定の結果過電流であれば、マイコン９は、電源回路７から各回路への電力供給を停止させる。これにより、スイッチング制御信号生成回路２の動作が停止することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記過電流保護においては、マイコン９が電源回路７からＭＯＳＦＥＴに供給される電流が過電流であるか否かを判定するため、その判定に時間がかかってしまう。
【０００７】
一方、出力端子６に接続されるスピーカーに短絡が生じると、ＭＯＳＦＥＴ４からスイッチング制御信号生成回路２への負帰還がなくなる。このため、スイッチング制御信号生成回路２が異常なスイッチング制御信号を生成してしまい、ＭＯＳＦＥＴ４が異常なスイッチング動作を開始する。この異常なスイッチング動作をすぐに停止しない場合、異常なスイッチング動作のなかでＭＯＳＦＥＴ４が破壊する設定になる時があり、その時にＭＯＳＦＥＴ４が破壊する。ＭＯＳＦＥＴ４が破壊すると、ローパスフィルタ５及びドライバ回路３に過電流が流れることになり、ドライバ回路３が破壊する。この出力端子６に接続されるスピーカーに短絡が生じてからドライバ回路３が破壊する迄の動作はｎｓｅｃ単位の短時間で起こる。
【０００８】
したがって、マイコン９の判定によってスイッチング制御信号生成回路２の動作を停止させる図２のＤ級増幅器においては、出力短絡時のドライバ回路３の破壊を免れることができなかった。
【０００９】
なお、過電流であるか否かの判定をマイコンが行わないＤ級増幅器として、例えば特開平５−１６０６４９号公報に開示されているオーディオ出力保護回路が挙げられる。特開平５−１６０６４９号公報に開示されているオーディオ出力保護回路は、ローパスフィルタの入力電流を検出することで過電流を検出している。ところがローパスフィルタの入力電流が過電流になるのは異常なスイッチング動作によってスイッチング素子が破壊した後であるため、出力短絡時のスイッチング素子及びドライバ回路の破壊を防ぐことはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑み、出力短絡時にスイッチング素子が破壊することのないＤ級増幅器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＤ級増幅器においては、入力するアナログ信号に応じてスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成器と、前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わるとともに出力する信号を前記スイッチング制御信号生成器に負帰還するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力信号を入力するローパスフィルタと、前記スイッチング素子に供給される電流を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号が所定値以上であれば前記スイッチング制御信号生成器の動作を停止させる過電流保護手段と、を備え、前記過電流保護手段がアナログ信号及び／又は１ビットのディジタル信号のみを用いて前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断する構成とする。
【００１２】
また、前記過電流保護手段が前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断する比較器を備え、前記比較器をＣＭＯＳトランジスタによって構成してもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本発明に係るＤ級増幅器の構成を図１に示す。なお、図１において、図２と同一の部分には同一の符号を付す。
【００１４】
図２のＤ級増幅器と同一の動作については説明を省略し、本発明の特徴部分である過電流保護について説明する。
【００１５】
まず、過電流保護を行う回路の構成について説明する。検出抵抗Ｒ１の両端が増幅器８の差動入力端子に接続される。増幅器８の出力端子が比較器１０の非反転入力端子に接続される。マイコン９が抵抗Ｒ２の一端及び比較器１０の反転入力端子に接続される。抵抗Ｒ２の他端はスイッチング制御信号生成回路２の動作制御端子２ａに接続される。比較器１０の出力端子は抵抗Ｒ３を介してＮＰＮ型トランジスタ１１のベースに接続される。トランジスタ１１のコレクタは抵抗Ｒ２とスイッチング制御信号生成回路２の動作制御端子２ａとの接続ノードに接続され、トランジスタ１１のエミッタは接地される。
【００１６】
このような構成の過電流保護を行う回路の動作について説明する。増幅器８が検出抵抗Ｒ１の両端電圧を増幅し、その増幅信号を比較器１０の非反転入力端子に送出する。マイコン９は常時Ｈｉｇｈレベル（所定値）の信号を抵抗Ｒ２及び比較器１０の反転入力端子に送出する。
【００１７】
出力端子６に接続されるスピーカー（図示せず）が短絡していないときは、増幅器８の出力信号レベルがマイコン９の出力信号レベルよりも小さくなるので、比較器１０はＬｏｗレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ１１はオフ状態になり、スイッチング制御信号生成回路２の動作制御端子２ａにマイコン９から出力されるＨｉｇｈレベルの信号が印加される。
【００１８】
一方、出力端子６に接続されるスピーカー（図示せず）が短絡しているときは、検出抵抗Ｒ２に過電流が流れ、増幅器８の出力信号レベルがマイコン９の出力信号レベル以上になるので、比較器１０はＨｉｇｈレベルの信号を出力する。これにより、トランジスタ１１はオン状態になり、スイッチング制御信号生成回路２の動作制御端子２ａは接地され、Ｌｏｗレベルの信号が印加されている状態になる。
【００１９】
スイッチング制御信号生成回路２は動作制御端子２ａに印加される信号がＨｉｇｈレベルのときは動作を行い、動作制御端子２ａに印加される信号がＬｏｗレベルのときは動作を停止する。
【００２０】
図１のＤ級増幅器では、電源回路７からＭＯＳＦＥＴ４に供給される電流が過電流であるか否かの判定をマイコン９ではなく比較器１０が行うので、電源回路７からＭＯＳＦＥＴ４に供給される電流が過電流であるか否かの判定をｎｓｅｃ単位で行うことができる。したがって、出力端子６に接続されるスピーカーに短絡が生じて、ＭＯＳＦＥＴ４からスイッチング制御信号生成回路２への負帰還がなくなり、スイッチング制御信号生成回路２が異常なスイッチング制御信号を生成してしまい、ＭＯＳＦＥＴ４が異常なスイッチング動作を開始した場合でも、異常なスイッチング動作をすぐに停止することででき、ＭＯＳＦＥＴ４及びドライバ回路３の破壊を防止することができる。
【００２１】
なお、比較器１０はＣＭＯＳトランジスタによって構成することが望ましい。比較器１０をＣＭＯＳトランジスタによって構成することで、比較器１０の動作が高速になるので、電源回路７からＭＯＳＦＥＴ４に供給される電流が過電流であるか否かの判定をより短時間で行うことができる。
【００２２】
また、マイコン９が、増幅器８の出力信号に基づいて電源回路７からＭＯＳＦＥＴ４に供給される電流が過電流であるか否かを判定し、その判定結果に基づき電源回路７の動作を制御するようにしてもよい。電源回路７は、ＭＯＳＦＥＴ４の他に、スイッチング制御信号生成回路２、ドライバ回路３、増幅器８、マイコン９、及び比較器１０にもそれぞれ電力を供給している。判定の結果過電流であれば、マイコン９は、電源回路７から各回路への電力供給を停止させる。これにより、動作制御端子２ａに印加される信号がＬｏｗレベルなってスイッチング制御信号生成回路２の動作が停止してから暫くして、スイッチング制御信号生成回路２、ドライバ回路３、ＭＯＳＦＥＴ４、増幅器８、マイコン９、及び比較器１０に電力が供給されなくなる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によると、Ｄ級増幅器が、入力するアナログ信号に応じてスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成器と、前記スイッチング制御信号に応じてオン／オフが切り替わるとともに出力する信号を前記スイッチング制御信号生成器に負帰還するスイッチング素子と、前記スイッチング素子の出力信号を入力するローパスフィルタと、前記スイッチング素子に供給される電流を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号が所定値以上であれば前記スイッチング制御信号生成器の動作を停止させる過電流保護手段と、を備え、前記過電流保護手段がアナログ信号及び／又は１ビットのディジタル信号のみを用いて前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断する即ちマイコンによって前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係が判断されないので、前記スイッチング素子に供給される電流が過電流であるか否かの判定をｎｓｅｃ単位で行うことができる。したがって、出力短絡が生じて前記スイッチング素子から前記スイッチング制御信号生成器への負帰還がなくなり、前記スイッチング制御信号生成器が異常なスイッチング制御信号を生成してしまい、前記スイッチング素子が異常なスイッチング動作を開始した場合でも、異常なスイッチング動作をすぐに停止することででき、前記スイッチング素子の破壊を防止することができる。
【００２４】
また本発明によると、前記過電流保護手段が前記検出手段の出力信号と前記所定値との大小関係を判断する比較器を備え、前記比較器がＣＭＯＳトランジスタによって構成されるので、前記比較器の動作が高速になる。これにより、前記スイッチング素子に供給される電流が過電流であるか否かの判定をさらに短時間で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＤ級増幅器の構成を示す図である。
【図２】従来のＤ級増幅器の構成を示す図である。
【符号の説明】
２　　スイッチング制御信号生成器
２ａ　　動作制御端子
４　　ＭＯＳＦＥＴ
５　　ローパスフィルタ
８　　増幅器
９　　マイクロコンピュータ
１０　　比較器
１１　　トランジスタ
Ｒ１　　検出抵抗
【図１】
2004015416.tif 000003
【図２】
2004015416.tif 000004