JPH08307163A - 増幅器の熱保護回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 聴感上違和感なく動作する増幅器の熱保護回
路を提供する。 【構成】 大出力時、温度検出回路１２において、パワ
ーアンプ１７の周囲温度を検出して、前記周囲温度が所
定温度以上になると出力信号を発生する。、第１及び第
２制御回路１３及び１４が制御動作を開始する。第１制
御回路１３は、入力段増幅器５の動作電流を低下するこ
とにより、パワーアンプ１７の開ループゲインを低下さ
せる。また、第２制御回路１４は、ＦＥＴ１１をオン状
態にし、抵抗９及び１０を並列接続することにより、帰
還量を低下させる。その為、パワーアンプ１７の出力信
号は、方形波信号に略近い波形を有する信号となり、出
力信号の変化により、出力レベルを低下させることな
く、電力損失を抑えることができ、温度上昇を防止でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ信号を増幅
する増幅器の熱保護回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、集積化されたオーディオ用増幅
器において、ＩＣ基板の温度が１５０℃以上となると、
集積回路の配線が融けだしショートしたり、また、熱ス
トレスによりトランジスタが破壊され、さらに、熱暴走
を起こし、ＩＣの劣化や破壊を招くという問題があっ
た。このような問題の原因の一つとして、出力トランジ
スタから発生する熱が挙げられる。前記問題を解決する
手段として、ＩＣに放熱板を取り付け、発生した熱を逃
がす手段があった。しかし、カーステレオ等のオーディ
オ信号用増幅器においては、セットのパッケージに制約
があるので、熱を十分に逃がすことのできる大きな放熱
板をＩＣに取り付けることができなかった。その為、従
来、前記増幅器には、熱による悪影響から増幅器を保護
する機能が付加され、ＩＣ基板が１５０℃以上にならな
いようにしていた。そして、このような熱保護機能を有
する図２の如き増幅器が知られている。

【０００３】図２において、入力オーディオ信号は増幅
器（１）において増幅された後、スピーカ（２）に印加
される。ところで、増幅器（１）が増幅動作を行うと、
供給された電力がすべて音に変換されず、電力損失が発
生する。この増幅器（１）における電力損失Ｐｄは、増
幅器（１）に供給される電力をＰｉ、負荷で消費される
電力をＰｏとすると、

【０００４】

【数１】

【０００５】となる。また、増幅器（１）の出力信号が
正弦波信号である場合、スピーカ（２）の抵抗値をＲ
Ｌ、正弦波信号のピーク間電圧をＶｐ−ｐとすると、負
荷で消費される電力Ｐｏ１は、

【０００６】

【数２】

【０００７】となる。よって、式（１）及び（２）よ
り、電力損失Ｐｄと負荷で消費される電力Ｐｏ１との関
係は、図３の（イ）の如くなる。今、増幅器（１）の出
力信号レベルが図３の（ａ）点のレベルとなると、電力
損失Ｐｄは最大になるので、増幅器（１）の発熱量は多
くなる。発熱量の増大によりＩＣ基板温度が増大し、温
度検出回路（３）でＩＣ基板温度が１５０℃以上になっ
たことを検出すると、ドライブ電流制御回路（４）が動
作し、増幅器（１）を構成する出力トランジスタ（図示
せず）のドライブ電流は小となる。その為、増幅器
（１）の出力レベルは、図３の（ａ）点から（ｂ）点に
低下し、図３（イ）の曲線から明らかな如く電力損失Ｐ
ｄは低下する。よって、増幅器（１）の発熱量は低下
し、ＩＣ基板の温度が低下する。そして、ドライブ電流
制御回路（４）の動作は停止し、前記出力トランジスタ
のドライブ電流は通常の大きさに戻り、増幅器（１）は
通常動作を行う。このように、基板温度が所定温度以上
となると、ドライブ電流を低下させ、発熱量を低下させ
ることによって、増幅器（１）の熱破壊を防止してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した如
くカーステレオ等ではセットのパッケージに制約がある
ので、大きい放熱板をＩＣに取り付けることができず、
十分に放熱させることができない。その為、増幅器
（１）の発熱により、温度が上昇しやすくなり、頻繁に
熱保護動作が作用していた。また、熱保護動作すると、
出力レベルが、例えば、約６ｄｂも低下し、また、基板
温度を低下させるようにするため、基板温度の低下によ
り保護動作が終了し、基板温度が再び上昇する。このよ
うな動作を繰り返すと、頻繁に熱保護動作が行われ、聴
感上、違和感があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
み成されたものであり、負帰還路を有する増幅器と、周
囲温度を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の
出力信号に応じて、前記増幅器の開ループゲインを低下
させる第１制御回路と、前記温度検出回路の出力信号に
応じて、前記増幅器の帰還量を低下させる第２制御回路
と、を備えたことを特徴とする。

【００１０】また、差動接続されたトランジスタから成
る入力段増幅器と、該入力段増幅器の出力信号に応じて
駆動信号を発生する駆動回路と、該駆動信号に応じて駆
動される出力段増幅器とを備え、前記出力段増幅器の出
力信号は、負帰還路を介して、前記入力段増幅器の一方
の入力端に帰還される増幅器の熱保護回路であって、周
囲温度を検出する温度検出回路と、該温度検出回路の出
力信号に応じて、前記差動接続されたトランジスタの動
作電流が小になるように前記入力段増幅器を制御する第
１制御回路と、前記温度検出回路の出力信号に応じて、
前記出力段増幅器の出力信号の負帰還量が小になるよう
に制御する第２制御回路と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１１】さらに、前記負帰還路は、前記出力増幅段
の出力端と、前記入力増幅器の一方の入力端との間に接
続された第１抵抗と、前記入力増幅段の一方の入力端
と、直流電圧源との間に接続された第２抵抗と、該第２
抵抗に並列接続され、直列接続された第３抵抗及びスイ
ッチ手段とから成り、前記スイッチ手段は前記第２制御
回路の出力信号に応じて開閉されることを特徴とする。

【００１２】またさらに、前記スイッチ手段は、ゲート
に前記第２制御回路の出力信号が印加されるＦＥＴから
成ることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によれば、温度検出回路において、増幅
器の周囲温度を検出し、温度検出回路の出力信号に応じ
て第１及び第２制御回路は動作を開始する。第１制御回
路は、前記増幅器の入力段増幅器の動作電流を低下させ
ることにより、開ループゲインを低下させる。また、第
２制御回路は、前記増幅器の出力信号の帰還量を低下さ
せる。その為、増幅器の出力信号は、方形波信号に略近
い波形を有する信号に変化する。よって、出力レベルを
低下させることなく、電力損失を抑えることができ、温
度上昇を防止できる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示す図であり、
（５）は差動接続されたトランジスタ（５ａ）及び（５
ｂ）と、トランジスタ（５ａ）及び（５ｂ）の共通エミ
ッタに接続される可変電流源（５ｃ）を有する入力段増
幅器、（６）は入力段増幅器（５）の出力信号に応じて
ドライブ（駆動）信号を発生するドライブ回路、（７）
はＳＥＰＰ（シングルエンデットプッシュプル）接続さ
れるとともに、ベースに前記ドライブ信号が印加される
出力トランジスタ（７ａ）及び（７ｂ）から成る出力段
増幅器、（８）及び（９）は出力段増幅器（７）の出力
端からトランジスタ（５ｂ）のベースへの帰還路を形成
する抵抗、（１０）及び（１１）は抵抗（９）に並列接
続され、直列接続された抵抗及びＦＥＴ、（１２）は出
力段増幅器（７）の周囲温度を検出する温度検出回路、
（１３）は温度検出回路（１２）の出力信号に応じて可
変電流源（５ｃ）を可変する第１制御回路、（１４）は
温度検出回路（１２）の出力信号に応じてＦＥＴ（１
１）をオン・オフ制御する第２制御回路、（１５）は出
力コンデンサー、（１６）はスピーカである。尚、入力
段増幅器（５）と、ドライブ回路（６）と、出力段増幅
器（７）とにより構成されるパワーアンプ（１７）を構
成し、また、出力コンデンサー（１５）及びスピーカ
（１６）以外の回路は、同一基板上に集積化されてい
る。

【００１５】図１において、通常動作中、入力信号は、
差動増幅器の正入力端子となるトランジスタ（５ａ）の
ベースに印加され、入力段増幅器（５）で差動増幅され
る。入力段増幅器（５）の出力信号は、ドライブ回路
（６）に印加され、入力信号の位相に対して同相及び逆
相のドライブ信号がドライブ回路（６）から発生する。
前記ドライブ信号は出力トランジスタ（７ａ）及び（７
ｂ）のベースに印加され、前記ドライブ信号に応じて出
力トランジスタ（７ａ）及び（７ｂ）はプッシュプル動
作する。そして、出力段増幅器（７）の出力信号は、出
力コンデンサー（１６）を介して、スピーカ（１８）に
印加される。

【００１６】また、出力段増幅器（７）の出力信号は、
抵抗（９）を介して、差動増幅器の負入力端子となるト
ランジスタ（５ｂ）のベースに帰還される。その為、パ
ワーアンプ（１７）の閉ループゲインは抵抗（８）乃至
（１０）の値で決まる。ここで、通常動作時、第２制御
回路（１４）の出力信号レベルは「Ｈ」レベルとしてい
るので、ＦＥＴ（１１）はオフ状態にある。よって、パ
ワーアンプ（１７）の閉ループゲインＧｃは、抵抗
（８）及び（１０）で決まり、その抵抗値をそれぞれＲ
１及びＲ２とすると、

【００１７】

【数３】

【００１８】で表される。通常、閉ループゲインＧｃ
は、大出力時、パワーアンプ（１７）の出力信号がクリ
ップしないように設定されている。さらにまた、パワー
アンプ（８）の開ループゲインＧｏは、入力段増幅器
（５）のゲインをＧ１、出力段増幅器（７）のゲインを
Ｇ２とすると、入力段増幅器（５）及び出力段増幅器
（７）の全体のゲインで決まり、Ｇｏ＝Ｇ１＋Ｇ２とな
る。ここで、入力段増幅器（５）のゲインＧ１は、可変
電流源（５ｃ）の出力電流をＩ１、差動接続されたトラ
ンジスタ（５ａ）及び（５ｂ）の負荷の値及びエミッタ
抵抗を、ＲＬ’またはｒｅとすると、ｒｅ≒２６／Ｉ１
より、

【００１９】

【数４】

【００２０】となる。その為、式（４）より、パワーア
ンプ（１７）の開ループゲインＧｏは、

【００２１】

【数５】

【００２２】となる。ところで、パワーアンプ（１７）
の出力信号レベルが図３の（ａ）点の出力レベルになる
とき、電力損失Ｐｄは最大となり、基板温度が上昇す
る。そして、温度検出回路（１２）において基板温度が
所定の温度、例えば１５０℃、を超えたことを検出する
と、温度検出回路（１２）から出力信号が発生する。
尚、温度検出回路（１２）は、例えば、ツェナーダイオ
ード（１８）を用いた温度検出回路であり、温度上昇に
応じてツェナーダイオード（１８）の両端電圧が上昇す
るという特性を利用し、前記両端電圧が所定電圧以上と
なったとき、出力信号を発生する様な構成である。尚、
前記温度検出回路（１２）は従来技術と同一であるの
で、詳細な説明を省略する。

【００２３】そして、前記温度検出回路（１２）の出力
信号に応じて、第１制御回路（１３）は可変電流源（５
ｃ）をその出力電流が前記出力電流Ｉ１より小さいＩ２
になるように制御する。よって、可変電流源（５ｃ）を
制御することにより変更されたパワーアンプ（１７）の
開ループゲインをＧｏ’、入力段増幅器（５）のゲイン
をＧ１’とすると、

【００２４】

【数６】

【００２５】となり、制御前の前記開ループゲインＧｏ
より小さくなる。また、前記温度検出回路（１３）の出
力信号に応じて、第２制御回路は「Ｌ」レベルの出力信
号を発生し、ＦＥＴ（１１）をオン状態にさせる。その
為、抵抗（９）及び（１０）が並列接続され、パワーア
ンプ（１７）の帰還量はＦＥＴ（１１）がオンする前よ
り小さくなる。

【００２６】ここで、開ループゲインをＧｏ、閉ループ
ゲインをＧｃ及び帰還量をβとすると、

【００２７】

【数７】

【００２８】という関係で表される。熱保護動作が開始
されると、開ループゲインＧｏ及び帰還量βが低下し、
帰還量βの低下量を開ループゲインの低下量より大きく
なるように設定しているので、結果的に閉ループゲイン
Ｇｃは増大する。パワーアンプ（１７）の開ループゲイ
ンＧｏ及び帰還量が低下すると、閉ループゲインＧｃが
増大するので、パワーアンプ（１７）の出力信号のレベ
ルはさらに大きくなり、前記出力信号はクリップする。
また、パワーアンプ（１７）の開ループゲインＧｏの低
下により、信号のピーク部分が緩やかになる。よって、
パワーアンプ（１７）の出力信号波形は、図４（イ）の
如き正弦波信号から図４（ロ）の如き方形波信号に近い
信号に変わる。ここで、パワーアンプ（１９）の出力信
号が方形波信号である場合のスピーカ（１８）で消費さ
れる電力Ｐｏ１’は、ピーク間電圧をＶｐ−ｐ、負荷の
抵抗値をＲＬとすれば、

【００２９】

【数８】

【００３０】となる。そして、式（１）及び（８）よ
り、パワーアンプ（１９）の出力信号レベルに応じた電
力損失Ｐｄは図３の（ロ）の如き曲線となる。基板温度
が所定温度以上となったことを検出しても、図３より、
ドライブ回路（６）のドライブ電流を何ら制御していな
いので、パワーアンプ（８）の出力信号レベルは変わら
ず、電力損失Ｐｄだけが減少する。その為、基板温度が
減少し、熱による悪影響が防止できる。その後、基板温
度が温度検出回路（１３）の所定温度より低くなると、
第１及び第２制御回路（１４）及び（１５）の制御動作
が停止し、パワーアンプ（１９）の開ループゲイン及び
閉ループゲインが制御前の値に戻る。そして、パワーア
ンプ（１９）は通常動作する。

【００３１】ところで、ＦＥＴ（１２）は、図５に示す
如く、ＩＣ基板上にＭＯＳ構造で集積化され、（２０）
はＮ型のサブストレート、（２１）はＰ型のソース拡散
層、（２２）はドレイン拡散層、（２３）はソース電
極、（２４）はドレイン電極、（２５）はゲート電極で
ある。尚、ＦＥＴ（１２）の動作は従来の動作と同一な
ので、説明を省略する。よって、図１の回路は、すべて
の素子を同一基板上に集積化できるので、ＩＣ化に適し
た回路となる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、周囲
温度が所定温度に達すると、増幅器の出力信号波形を正
弦波から、方形波に近い波形に変更することにより、波
形の面積が増大するので、出力信号レベルを低下させる
ことなく、発熱量を低下させることができ、聴感上違和
感なく増幅器の熱保護動作を行わせることができる。

【００３３】また、増幅器の開ループゲインを変更する
ために差動増幅器で構成されるその入力段増幅器の動作
電流を変更し、帰還量を切り換えるためのスイッチとし
てＦＥＴを用いているので、集積化に好適な増幅器の熱
保護回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】従来例を示すブロック図である。

【図３】本発明を説明するための特性図である。

【図４】本発明を説明するための波形図である。

【図５】本発明を説明するためのＩＣの断面図である。

【符号の説明】

５ 入力段増幅器 ６ ドライブ回路 ７ 出力段増幅器 ８、９、１０ 抵抗 １１ ＦＥＴ １２ 温度検出回路 １３ 第１制御回路 １４ 第２制御回路 １７ パワーアンプ ２０ サブストレート ２１ ソース拡散層 ２２ ドレイン拡散層 ２３ ソース電極 ２４ ドレイン電極 ２５ ゲート電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負帰還路を有する増幅器と、 周囲温度を検出する温度検出回路と、 前記温度検出回路の出力信号に応じて、前記増幅器の開
   ループゲインを低下させる第１制御回路と、 前記温度検出回路の出力信号に応じて、前記増幅器の帰
   還量を低下させる第２制御回路と、 を備えたことを特徴とする増幅器の熱保護回路。
2. 【請求項２】差動接続されたトランジスタから成る入力
   段増幅器と、該入力段増幅器の出力信号に応じて駆動信
   号を発生する駆動回路と、該駆動信号に応じて駆動され
   る出力段増幅器とを備え、前記出力段増幅器の出力信号
   は、負帰還路を介して、前記入力段増幅器の一方の入力
   端に帰還される増幅器の熱保護回路であって、 周囲温度を検出する温度検出回路と、 該温度検出回路の出力信号に応じて、前記差動接続され
   たトランジスタの動作電流が小になるように前記入力段
   増幅器を制御する第１制御回路と、 前記温度検出回路の出力信号に応じて、前記出力段増幅
   器の出力信号の負帰還量が小になるように制御する第２
   制御回路と、 を備えたことを特徴とする増幅器の熱保護回路。
3. 【請求項３】前記負帰還路は、 前記出力増幅段の出力端と、前記入力増幅器の一方の入
   力端との間に接続された第１抵抗と、 前記入力増幅段の一方の入力端と、直流電圧源との間に
   接続された第２抵抗と、 該第２抵抗に並列接続され、直列接続された第３抵抗及
   びスイッチ手段とから成り、前記スイッチ手段は前記第
   ２制御回路の出力信号に応じて開閉されることを特徴と
   する請求項２記載の増幅器の熱保護回路。
4. 【請求項４】前記スイッチ手段は、ゲートに前記第２制
   御回路の出力信号が印加されるＦＥＴから成ることを特
   徴とする請求項３記載の増幅器の熱保護回路。