(57)【要約】【課題】過電流保護回路が動作する閾値は、制御対象の回路の通常電流より大きく、かつ制御対象回路を保護するように設定されるものであるが、その閾値の電流が長時間流れた場合の制御対象回路への悪影響まで防止するように設定することが難しい。【解決手段】トランジスタＱ1，Ｑ2に流れる電流Ｉ1を検出し、この電流Ｉ1が、基準電流回路１８が引き込む基準電流（Ｉ2＋Ｉ3）を超えた場合に保護制御回路２２を動作させる。保護制御回路２２は動作を始めるとトランジスタＱ14をオンすることにより、基準電流回路１８を構成する２つの電流供給回路のうち一方を停止させ、基準電流をＩ2に引き下げる。保護制御回路２２は、動作開始時の閾値（Ｉ2＋Ｉ3）より低いＩ2に電流を抑制し、過電流が制御対象の回路に与え得る悪影響を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象回路に流れる制御対象電流を検出する電流検出回路と、基準電流を生成する基準電流回路と、前記制御対象電流の電流値が前記基準電流の電流値を超えないように前記対象回路を制御する抑制動作を行う制御回路と、を有し、前記対象回路を過電流から保護する過電流保護回路において、
前記基準電流回路は、前記基準電流として、第１電流値の電流と当該第１電流値より低い第２電流値の電流とのいずれを出力するかを切り替え可能に構成され、
前記制御回路は、前記制御対象電流が前記第１電流値にまで増加すると前記対象回路に対する前記抑制動作を開始すると共に、前記基準電流を前記第１電流値から前記第２電流値へ切り替えること、
を特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
請求項１に記載の過電流保護回路において、
前記制御回路は、前記制御対象電流が前記第２電流値未満となると、前記抑制動作を停止すると共に、前記基準電流を前記第２電流値から前記第１電流値へ切り替えること、
を特徴とする過電流保護回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の過電流保護回路において、
前記基準電流回路は、並列に接続された２つの定電流源を有し、
前記制御回路は、前記抑制動作時に前記定電流源の一つを停止させること、
を特徴とする過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気回路を過電流から保護する過電流保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、低周波増幅器が内蔵された集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）を実装した装置を構成する際に、低周波増幅器の出力端子を電源、接地電位及びその他の端子に誤って短絡してしまう可能性がある。そのような場合、低周波増幅器の出力トランジスタに流れる電流が正常時より過大となり、ＩＣが破壊されるといった不都合が生じ得る。そこで、ＩＣに過電流保護回路を内蔵することが行われている。
【０００３】
図３は、従来の過電流保護回路を備えた低周波増幅器の回路図である。過電流保護回路は、低周波増幅器の出力トランジスタＱ1，Ｑ2それぞれに流れる電流を、トランジスタＱ5，Ｑ6を用いたカレントミラー回路を利用して検出し、それらの合計電流Ｉ1が所定の閾値電流Ｉ4にまで上昇すると、出力トランジスタＱ1，Ｑ2のバイアス電流を制御して、Ｉ1が更に増加することを防止する。
【０００４】
過電流保護回路は、トランジスタＱ9、保護制御回路２及び基準電流回路４からなる。合計電流Ｉ1はｎｐｎトランジスタＱ9のベースへ向けて流れ込む。基準電流回路４は出力電流Ｉ4の定電流源を入力側に備えたカレントミラー回路であり、当該カレントミラー回路の出力側のトランジスタＱ11のコレクタがＱ9のベースに接続される。Ｑ9は保護制御回路２の動作をオン／オフするスイッチの機能を有し、正常時にはオフ状態にある。正常状態では、電流Ｉ1はＱ11のコレクタに流れ、基準電流回路４のカレントミラー回路の出力側経路に流れる電流となる。電流Ｉ1がＩ4より小さい場合は、基準電流回路４がＩ1の全てを吸収することができるため、Ｑ9はオフ状態に保たれるが、異常接続等によりＩ1が増加してＩ4に達すると、ベース電圧が上昇してＱ9はオン状態となる。
【０００５】
保護制御回路２は、Ｑ9がオンとなると、例えば、低周波増幅器の増幅回路６の動作を制御して、Ｑ1，Ｑ2のバイアス電流を操作し、Ｑ1，Ｑ2に流れる電流の合計値Ｉ1がＩ4を超えないように制御する。
【０００６】
図４はこの過電流保護回路を備えた低周波増幅器の出力電流の変化を示すグラフである。また、同図には保護制御回路２の動作状態を示すグラフが併記されている。出力端子ＯＵＴの短絡等の異常接続が発生すると出力トランジスタＱ1又はＱ2に流れる電流が増加し、出力端子ＯＵＴに流れる出力電流ＩＯＵＴが増加する。これに対応してＩ1がＩ4に応じた制限値に達する。すると、保護制御回路２が動作して、ＩＯＵＴがＩ4を超えないように制御する抑制動作が開始される（時刻ｔ1）。出力電流ＩＯＵＴがＩ4より小さくなるとＱ9はオフ状態に復帰し、過電流保護回路による抑制動作は解除される（時刻ｔ2）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、低周波増幅器では、通常の使用状態においても、大音量となる瞬間には比較的大きな出力電流が流れ得る。過電流保護回路の電流制限値Ｉ4は、このような正常な使用状態で生じ得る大電流に対して抑制動作をしないように或る程度のマージンを設けて設定される。そのため、電流制限値は比較的大きくなり得る。その電流制限値では、保護対象の回路が直ちに破壊されることは回避され得るが、その状態が長く持続すると、発熱等による回路の破壊や劣化を招く可能性があるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、異常接続等が直ちに解消されない場合などにおいても、回路の破壊や劣化が防止される過電流保護回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る過電流保護回路は、対象回路に流れる制御対象電流を検出する電流検出回路と、基準電流を生成する基準電流回路と、前記制御対象電流の電流値が前記基準電流の電流値を超えないように前記対象回路を制御する抑制動作を行う制御回路と、を有し、前記対象回路を過電流から保護するものであって、前記基準電流回路が、前記基準電流として、第１電流値の電流と当該第１電流値より低い第２電流値の電流とのいずれを出力するかを切り替え可能に構成され、前記制御回路が、前記制御対象電流が前記第１電流値にまで増加すると前記対象回路に対する前記抑制動作を開始すると共に、前記基準電流を前記第１電流値から前記第２電流値へ切り替える。異常接続等が生じている間、制御対象電流には不必要な電流が発生し、抑制動作により制限値いっぱいの状態に保たれる。本発明の構成によれば、抑制動作の開始後、上限を引き下げることにより、不必要な電流が低減される。
【００１０】
上記過電流保護回路においては、前記制御対象電流が前記第２電流値未満となると、前記抑制動作を停止すると共に、前記基準電流を前記第２電流値から前記第１電流値へ切り替えるように前記制御回路を構成することができる。この構成によれば、異常接続等の解消に連動して、過電流保護回路が、第１電流値未満での電流変動を可能とする状態に復帰し、ダイナミックレンジの大きな通常の動作が回復する。
【００１１】
本発明に係る過電流保護回路においては、前記基準電流回路が、並列に接続された２つの定電流源を有し、前記制御回路が、前記抑制動作時に前記定電流源の一つを停止させる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、抑制動作が開始される閾値である第１電流値を大きく設定して、通常動作に対して不必要に抑制動作が開始されないようにマージンを確保することができる。その一方で、抑制動作の開始後は、第１電流値より小さい第２電流値を上限として制御対象電流を制限することで、異常接続等が継続されている間の不必要な電流が低減され、大電流が持続することによる、例えば回路の発熱等に起因する回路の破壊や劣化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施形態である低周波増幅器の概略の回路図である。本回路は、本来の低周波増幅器１０の部分に過電流保護回路１２が付加されたものである。低周波増幅器１０は、正電圧源ＶＣＣと接地電位ＧＮＤとの間に構成される。トランジスタＱ1，Ｑ2は出力パワートランジスタである。Ｑ1はｐｎｐトランジスタで構成され、エミッタをＶＣＣに、またコレクタを出力端子ＯＵＴに接続される。Ｑ2はｎｐｎトランジスタで構成され、エミッタをＧＮＤに、またコレクタを出力端子ＯＵＴに接続される。これらＱ1，Ｑ2はそれぞれベースに供給されるバイアス電流に応じて電流増幅を行い、出力端子ＯＵＴからの出力電流ＩＯＵＴを生成する。
【００１５】
Ｑ1，Ｑ2のベースに供給されるバイアス電流は増幅回路１４の差動出力に応じて制御される。増幅回路１４の差動出力端子の一方はトランジスタＱ3のベースに、また他方はトランジスタＱ4のベースに接続される。Ｑ3，Ｑ4はＱ1，Ｑ2それぞれのベース間に、互いのエミッタ-コレクタを直列にして接続される。またＱ1のベースとＶＣＣとの間には抵抗Ｒ1が接続され、Ｑ2のベースとＧＮＤとの間には抵抗Ｒ2が接続される。
【００１６】
過電流保護回路１２は、低周波増幅器１０の出力トランジスタＱ1，Ｑ2に流れる電流を主な制御対象電流とし、これを検出する電流検出回路１６と、基準電流を生成する基準電流回路１８と、Ｑ1，Ｑ2それぞれに流れるエミッタ-コレクタ間電流ＩＣＥ１，ＩＣＥ２の合計が基準電流の電流値を超えないように低周波増幅器１０を制御する抑制動作を行う制御回路２０と、を有する。
【００１７】
電流検出回路１６はトランジスタＱ5〜Ｑ8を用いて構成される。Ｑ5はＱ1とカレントミラー回路を構成し、Ｑ1のエミッタ-コレクタ間電流ＩＣＥ１を検出し、ＩＣＥ１に相当する電流を電流検出回路１６の出力端子に生じる。一方、Ｑ2のエミッタ-コレクタ間電流ＩＣＥ２は、Ｑ2とカレントミラー回路を構成するＱ6により検出される。検出された電流ＩＣＥ２は、Ｑ7及びＱ8からなるカレントミラー回路により折り返され、Ｑ5から出力される電流と向きを同じにして、電流検出回路１６の出力端子へ出力される。これにより、電流検出回路１６の出力端子には、ＩＣＥ１及びＩＣＥ２を足し合わせた電流Ｉ1が出力される。
【００１８】
基準電流回路１８は、２つの電流供給回路が並列に設けられた構成を有する。第１の電流供給回路は、出力電流Ｉ2を有する定電流源Ａ1と、トランジスタＱ10，Ｑ11とを用いて構成される。Ａ1はＱ10のコレクタに接続される。Ｑ10及びＱ11はカレントミラー回路を構成し、その入力側経路のＱ10のエミッタと出力側経路のＱ11のエミッタとに流れる電流が等しくなる。出力側経路のＱ11のコレクタは基準電流回路１８の出力端子となる。Ｑ11は当該出力端子から電流を引き込む。Ｑ11は、Ｉ2に応じた量までの電流をコレクタ電流として引き込むことができる。
【００１９】
第２の電流供給回路は、出力電流Ｉ3を有する定電流源Ａ2と、トランジスタＱ12〜14とを用いて構成される。Ａ2はＱ13のコレクタに接続される。Ｑ13及びＱ12はカレントミラー回路を構成し、その入力側経路のＱ13のエミッタと出力側経路のＱ12のエミッタとに流れる電流が等しくなる。出力側経路のＱ12のコレクタは、第１の電流供給回路のＱ11のコレクタに接続され、基準電流回路１８の出力端子を構成する。Ｑ12は当該出力端子から電流を引き込む。Ｑ12は、Ｉ3に応じた量までの電流をコレクタ電流として引き込むことができる。Ｑ12及びＱ13のベースは、Ｑ14を介してＧＮＤに接地可能に構成される。Ｑ14はベースへの制御信号に応じてオン／オフを制御され、オン状態ではＱ12及びＱ13のベースをＧＮＤに短絡し、Ｑ12及びＱ13をオフ状態とする。
【００２０】
すなわち、基準電流回路１８は、生成する基準電流に応じた電流を出力端子から引き込むことができ、Ｑ14がオフ状態のときは（Ｉ2＋Ｉ3）に応じた電流引き込み能力を有し、一方、Ｑ14がオン状態のときはＩ2に応じた電流引き込み能力を有する。なお、Ｑ14のオン／オフは次に述べる制御回路２０により制御される。
【００２１】
制御回路２０は、トランジスタＱ9及び保護制御回路２２を備える。Ｑ9は保護制御回路２２の動作をオン／オフするスイッチの機能を有する。Ｑ9のベースには、電流検出回路１６の出力端子及び基準電流回路１８の出力端子が接続される。電流検出回路１６から流れ出る電流Ｉ1が、基準電流回路１８の電流引き込み能力以内である場合、電流Ｉ1は基本的に基準電流回路１８に引き込まれ、これによりＱ9はオフ状態に保たれる。一方、電流Ｉ1が基準電流回路１８の電流引き込み能力に達し、これを超えようとする場合、Ｑ9はオン状態となる。
【００２２】
保護制御回路２２は、低周波増幅器１０に対する制御を行い、Ｉ1が基準電流回路１８により設定される制限電流を超えないようにする。例えば、保護制御回路２２は、増幅回路１４の動作を制御して、Ｑ1，Ｑ2のバイアス電流を制御し、Ｑ1，Ｑ2それぞれに流れるエミッタ-コレクタ間電流ＩＣＥ１，ＩＣＥ２を抑制して、それらを合計したＩ1が制限電流を超えないようにする。この保護制御回路２２による電流抑制動作は、Ｑ9がオン状態のときに機能し、一方、Ｑ9がオフ状態のときは停止される。また、保護制御回路２２は、その抑制動作の開始と共に、Ｑ14のベースへ制御信号を出力して、Ｑ14をオン状態とする。
【００２３】
次に、図２を用いて、本低周波増幅器における過電流制御動作を説明する。図２は、過電流保護回路２０（又は保護制御回路２２）が動作状態（オン状態）と停止状態（オフ状態）とのいずれにあるかの時間変化と、低周波増幅器１０の出力端子ＯＵＴに流れる出力電流ＩＯＵＴの時間変化とを示す模式的なグラフである。同図において横軸が時間軸であり、右向きに時間が経過する。
【００２４】
初期状態では低周波増幅器１０の出力端子ＯＵＴは正常な状態にある。この状態では、Ｉ1は基本的に基準電流回路１８に引き込まれるので、Ｑ9はオフであり、保護制御回路２２もオフ状態にある。また、保護制御回路２２がオフ状態にあるため、Ｑ14もオフ状態に保たれ、基準電流回路１８の第１の電流供給回路及び第２の電流供給回路が共に動作し、基準電流回路１８の電流供給能力は（Ｉ2＋Ｉ3）である。
【００２５】
この状態にて、端子ＯＵＴが他の端子や配線と短絡してしまうと（時刻ｔ0）、ＩＯＵＴが増加し始め、ＩＯＵＴに連動してＩ1も増加する。基準電流回路１８が引き込み可能な電流量（Ｉ2＋Ｉ3）に応じた第１の制限値ＩＨにＩＯＵＴが達するまでは、Ｑ9はオフ状態である。しかし、ＩＯＵＴが制限値ＩＨに達すると、Ｑ9はオンし、保護制御回路２２が電流抑制動作を開始する（時刻ｔ1）。また、保護制御回路２２はＱ14をオンし、これにより、基準電流回路１８は、その一方の電流供給回路の機能を停止され、電流供給能力がＩ2に引き下げられる。
【００２６】
保護制御回路２２は、この引き下げられた電流供給能力値Ｉ2に応じた第２の制限値ＩＬを目標値としてＩＯＵＴの抑制動作を実行する。その結果、ＩＯＵＴはＩＬまで低下・抑制される（時刻ｔ2）。そして、保護制御回路２２は、端子ＯＵＴの短絡状態が続き、それにより過大なＩＯＵＴが流れようとしている間、オン状態を維持し、ＩＯＵＴをＩＬに抑制し続ける（期間ｔ2〜ｔ3）。
【００２７】
端子ＯＵＴの短絡が解消されると、ＩＯＵＴはＩＬ未満となり得る（期間ｔ3〜ｔ4）。ＩＯＵＴがＩＬ未満となるタイミングが生じると、Ｑ9がオフ状態に復帰し、保護制御回路２２がオフし、電流抑制動作が解除される。またＱ14がオフ状態に復帰し、これにより、過電流保護回路１２に設定される電流抑制の制限値は再び第１の制限値ＩＨとなる。このように、短絡が解消され通常の動作状態となることに連動して、制限値も高い状態に戻るので、通常動作状態にてＩＯＵＴが低い制限値ＩＬで制限されることが回避され、ダイナミックレンジの大きな好適な低周波増幅動作が実現される。
【００２８】
本発明の過電流保護回路は、このように、異常接続等に伴う過電流が検出されるまでは、比較的高い電流制限値に設定されるので、制御対象回路の通常動作が不必要に制限されることが回避される。その一方で、過電流が検知された後は、電流制限値を引き下げることで、発熱等による回路の破壊や劣化を防止することができる。
【００２９】
第２の閾値ＩＬは、第１の閾値ＩＨと同様、低周波増幅器１０の正常動作での端子ＯＵＴの出力電流信号の最大値以上に設定することができる。また、第２の閾値ＩＬは、正常動作での出力電流信号が一時的に超えるような値に設定することもできる。このように設定しても、過電流の検出は高い閾値ＩＨに基づいて行われること、及び閾値をＩＬに変更後、出力電流信号がこれを下回る状態に一時的にでも生じれば閾値は再び高い値ＩＨに戻ることから、過電流保護回路１２が低周波増幅器１０の通常動作時の出力信号を不必要に抑制する可能性が低い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態である低周波増幅器の概略の回路図である。
【図２】本発明の実施形態である低周波増幅器における過電流保護回路の動作を説明するグラフである。
【図３】従来の過電流保護回路を備えた低周波増幅器の回路図である。
【図４】従来の過電流保護回路を備えた低周波増幅器の動作を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  低周波増幅器、１２  過電流保護回路、１４  増幅回路、１６  電流検出回路、１８  基準電流回路、２０  制御回路、２２  保護制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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