JPS62111520A - Switching amplifier - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To decrease the loss at a light load by feeding back the collector voltage of an output transistor (TR) in a switching amplifier supplying a switching output to a load having a large fluctuation. CONSTITUTION:The prescribed constant current IX of a signal source 1 is turned on/off according to 0 and 1 of a pulse Pw. A part of the current IX from the signal source 1 is a current I1 and fed to the base of a transistor (TR) Q1, current amplification is applied by TRs Q1, Q2 and a current I0 is supplied to a load R. In this case, even when the load R is heavy while the TR Q2 is not saturated sufficiently, since the collector voltage E0 is high, the base potential of the TR Q4 is high and the emitter current I4 is small. Thus, the base current I1 of the TR Q1 is increased and the base current I2 of the TR Q2 is larger, then the TR Q2 is saturated sufficiently and the load R is driven by a sufficiently larger current I0.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電力用のスイッチングアンプに関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a power switching amplifier.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は、変動の大きい負荷にスイッチング出力を供
給するスイッチングアンプにおいて、そのスイッチング
用トランジスタのコレクタ電圧を入力側に負帰還するこ
とにより、軽負荷時のｔ」失を減少させたものである。The present invention reduces t' loss at light loads by negatively feeding back the collector voltage of the switching transistor to the input side in a switching amplifier that supplies a switching output to a load with large fluctuations.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ブラシレスモーフをドライブするようなスイッチングア
ンプにおいては、例えば第３図に示すように、ＰＷＭパ
ルスＰｗがドライブアンプＡを通じ、さらに出力用のト
ランジスタＱを通じて負荷Ｒに供給される。この場合、
負荷Ｒの大きさが一定のときには、トランジスタＱのコ
レクタ電流Ｉｃも一定であるからそのベース電流Ｉｓは
、トランジスタＱを飽和させるだけの小さな電流でよい
。In a switching amplifier that drives a brushless morph, for example, as shown in FIG. 3, a PWM pulse Pw is supplied to a load R through a drive amplifier A and further through an output transistor Q. in this case,
When the magnitude of the load R is constant, the collector current Ic of the transistor Q is also constant, so the base current Is may be small enough to saturate the transistor Q.

しかし、第３図の回路において負荷Ｒが変化するときに
は、コレクタ電流Ｔｃが大きくなったときでも、トラン
ジスタＱが十分に飽和できるように、ベース電流［８を
大きくしておく必要がある。However, when the load R changes in the circuit of FIG. 3, it is necessary to increase the base current [8 so that the transistor Q can be sufficiently saturated even when the collector current Tc increases.

したがって、この回路では、負荷Ｒが軽くなったときで
も、負荷Ｒが最大のときのコレクタ電流ｒｃに対応する
大きなベース電流ＩＢを流しておくことになり、出力の
割りに損失が大きくなってしまう。Therefore, in this circuit, even when the load R becomes lighter, a large base current IB corresponding to the collector current rc when the load R is at its maximum is kept flowing, resulting in a large loss relative to the output. .

そこで、第４図に示すように、抵抗器ｒにより負荷Ｒに
流れる電流■ｃを検出し、この検出出力をアンプＡに帰
還し、負荷Ｒの大きさの変化に対応してベース電流Ｔａ
を必要最小値に制御することが考えられている。Therefore, as shown in Fig. 4, the current ■c flowing through the load R is detected by the resistor r, and this detection output is fed back to the amplifier A.
The idea is to control this to the required minimum value.

ところが、この回路において、抵抗器ｒの値が小さいと
、電流■ｃの検出出力が小さくなり、動作が不安定にな
りやすい。したがって、抵抗器ｒの値を小さくできず、
この抵抗器ｒにより　（Ｉｓ＋　Ｉ　ｃ　）２ｒの損失
を生じてしまう。However, in this circuit, if the value of the resistor r is small, the detection output of the current c becomes small, and the operation tends to become unstable. Therefore, the value of resistor r cannot be made small;
This resistor r causes a loss of (Is+I c )2r.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述の回路において、例えば、負荷Ｒがブラシレスモー
フであるとすると、その立ち上がり時に最大の電流が流
れるが、これは定常時の３〜１０倍になるのが普通であ
る。そこで、−例として負荷（モータ）Ｒの最大電流：
　８００ｍＡ負荷（モータ）Ｒの定常電流二８０ｍＡト
ランジスタＱの電流増幅率Ｈｐε：５０トランジスタＱ
のＶｃａ：　　０．３Ｖ電源電圧Ｖｃｃ：９Ｖ とすると、第３図の回路における定常時のベース電流Ｉ
Ｂによる損失ＰＢおよびコレクタ電流Ｉｃによる損失Ｐ
Ｃは、 Ｐ　Ｂ　＝　８００ｍＡ／　５０Ｘ　９　Ｖ　＝　１４
４ｍＷＰ　Ｃ＝　８０ｍＡＸ　　０．３Ｖ　＝　２４ｍ
Ｗとなる。In the above circuit, for example, if the load R is a brushless morph, the maximum current flows at the time of startup, but this is usually 3 to 10 times as large as the steady state. Therefore, - as an example, the maximum current of the load (motor) R:
Steady current of 800mA load (motor) R Current amplification factor Hpε of 80mA transistor Q: 50 transistor Q
Vca: 0.3V Power supply voltage Vcc: 9V, the base current I in the circuit of Fig. 3 during steady state is
Loss PB due to B and loss P due to collector current Ic
C is P B = 800mA/50X 9 V = 14
4mWP C=80mAX 0.3V=24m
It becomes W.

また、第４図の回路においては、 ｒ＝１Ω とすると、定常時におけるベース電流Ｉｎによる損失Ｐ
Ｂおよび抵抗器ｒによる損失Ｐｒは、Ｐ　Ｂ　＝　８０
ｍＡ／　５０Ｘ　９　Ｖ　＝　１４．４ｍＷＰ　ｒ　　
＝　　（８０ｍＡ１５０＋　８０ｍＡ）２ｘ　１　：　
６．７ｍＷとなる。まして、第４図の回路では、立ち上
がり時における抵抗器ｒによる損失Ｐｒは、Ｐ　　ｒ　
　＝　　（８００ｍＡ／　５０＋　　８００ｍＡ）２　
Ｘ　　１　　’４６６６ｍＷにもなってしまう。In addition, in the circuit of Fig. 4, if r = 1Ω, the loss P due to the base current In during steady state is
The loss Pr due to B and resistor r is P B = 80
mA/50X 9V = 14.4mWP r
= (80mA150+80mA)2x 1:
It becomes 6.7mW. Moreover, in the circuit shown in FIG. 4, the loss Pr caused by the resistor r at the time of rising is P r
= (800mA/ 50+ 800mA)2
X 1' becomes 4666mW.

ちなみに、これらの回路における最大出力Ｐａは、 Ｐ　ｏ　＝　　１／　４　Ｘ　９　Ｖ　Ｘ　　８００ｍ
Ａ＝　　１．８Ｗである。By the way, the maximum output Pa in these circuits is P o = 1/4 x 9 V x 800m
A=1.8W.

このように、上述の回路では、ベース電流ＩＢやコレク
タ電流ＩＣあるいは抵抗器ｒによる損失を無視できない
。Thus, in the above-described circuit, losses due to the base current IB, collector current IC, or resistor r cannot be ignored.

さらに、どちらの回路もＩＣ化されている場合、そのＩ
Ｃチップの断面は、トランジスタＱの部分が第５図に示
すような構造となり、Ｃ，Ｅ、Ｂがそれぞれコレクタ電
極、エミッタ電極、ベース電極となるが、このとき、破
線で囲った領域によりＰＮＰトランジスタＱｑが寄生さ
れてしまい、この寄生トランジスタＱｑはメインのトラ
ンジスタＱに対して第６図に示すような接続となる。し
たかって、トランジスタＱのベース電位ＶＢが大きくな
ると、トランジスタＱＱがオンとなり、トランジスタＱ
のベース電流１ＢがトランジスタＱｑによりバイパスさ
れ、これも損失となってしまう。Furthermore, if both circuits are integrated circuits, their I
In the cross section of the C chip, the transistor Q part has a structure as shown in Fig. 5, and C, E, and B are the collector electrode, emitter electrode, and base electrode, respectively. The transistor Qq becomes parasitic, and the parasitic transistor Qq is connected to the main transistor Q as shown in FIG. Therefore, when the base potential VB of transistor Q increases, transistor QQ turns on, and transistor Q
The base current 1B of is bypassed by the transistor Qq, which also results in a loss.

また、第４図の回路では、仮りに安定度を確保しつつ抵
抗器ｒの値を小さくできたとしても、値が１Ω以下で、
かつ、比較的大きな電流（Ｉｓ　＋Ｉｃ）を流すことが
できる抵抗器は、入手しにくく、入手できても高価であ
る。Furthermore, in the circuit of Fig. 4, even if the value of the resistor r could be reduced while ensuring stability, the value would be less than 1Ω,
Moreover, resistors that can allow a relatively large current (Is + Ic) to flow are difficult to obtain, and even if they are available, they are expensive.

この発明は、以上のような問題点を一掃しようとするも
のである。This invention attempts to eliminate the above-mentioned problems.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このため、この発明においては、出力用トランジスタの
コレクタ電圧を入力側に負帰還する。Therefore, in the present invention, the collector voltage of the output transistor is negatively fed back to the input side.

〔作用〕[Effect]

出力用トランジスタのコレクタ電圧が入力側に負帰還さ
れることにより、軽負荷時のベース電流が小さくなり、
損失が減少する。The collector voltage of the output transistor is negatively fed back to the input side, which reduces the base current at light loads.
Losses are reduced.

〔実施例〕〔Example〕

第１図において、（１）は定電流信号源を示し、その一
端は電源端子Ｔ１に接続され、その他端は抵抗器Ｒ１を
通じてトランジスタＱ１のベースに接続され、このトラ
ンジスタＱ１のコレクタは端子Ｔ１に接続され、そのエ
ミッタは出力用のトランジスタＱ２のベースに接続され
、さらに、このトランジスタＱ２のコレクタと端子Ｔ１
との間に負荷Ｒが接続され、そのエミッタは接地される
。In FIG. 1, (1) indicates a constant current signal source, one end of which is connected to the power supply terminal T1, the other end is connected to the base of the transistor Q1 through the resistor R1, and the collector of this transistor Q1 is connected to the terminal T1. The emitter is connected to the base of the output transistor Q2, and the collector of this transistor Q2 and the terminal T1 are connected to each other.
A load R is connected between the two and the emitter thereof is grounded.

また、トランジスタＱ２のコレクタが、ダイオード接続
されたトランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ間を通じ
てトランジスタＱ４のベースに接続され、このトランジ
スタＱ４のコレクタが接地され、そのエミッタが信号源
（１）と抵抗器Ｒ１との接続点に接続される。Further, the collector of the transistor Q2 is connected to the base of the transistor Q4 through the collector-emitter of the diode-connected transistor Q3, the collector of the transistor Q4 is grounded, and the emitter is connected to the signal source (1) and the resistor R1. connected to the connection point.

この場合、信号源（１）は、パルスＰｗの“０″。In this case, the signal source (1) is "0" of the pulse Pw.

“１”にしたがって所定の大きさの定電流Ｉｘをオフ、
オンするものである。また各部の電流および電圧（対接
地電位）を図のように定めるとき、Ｉｘ＝Ｉ４＋Ｉｔ　
　　　・・・・・・・・（ｉ）であるが、この電流Ｔｘ
は、最大負荷時に電流■１によりトランジスタＱ１．Ｑ
２が十分に飽和するような大きさに選定される。Turn off constant current Ix of a predetermined magnitude according to "1",
It is something that turns on. Also, when determining the current and voltage (to the ground potential) of each part as shown in the figure, Ix = I4 + It
......(i), but this current Tx
At maximum load, current ■1 causes transistor Q1. Q
2 is selected to be sufficiently saturated.

このような構成によれば、信号源（１）からの信号電流
ｌｘの一部が、電流■１となってトランジスタＱ１のベ
ースに供給され、トランジスタＱ１゜Ｑ２により順に電
流増幅されて負荷Ｒに電流Ｔ。According to such a configuration, a part of the signal current lx from the signal source (1) is supplied to the base of the transistor Q1 as a current 1, and the current is amplified in order by the transistors Q1 and Q2, and is applied to the load R. Current T.

が流れる。flows.

そして、この場合、負荷Ｒが重くなったにもかかられす
、トランジスタＱ２が十分に飽和していないときには、
そのコレクタ電圧Ｖｏが高いので、トランジスタＱ４の
ベース電位も高く、そのエミッタ電流Ｉ４は小さい。し
たがって、（ｉ）式からトランジスタＱ□のベース電ｉ
＋ｔが大きくなり、トランジスタＱ２のベース電流Ｉ２
も大きくなるので、トランジスタＱ２は十分に飽和し、
負荷Ｒは十分に大きな電流１ｏによりドライブされる。In this case, even if the load R becomes heavy, when the transistor Q2 is not fully saturated,
Since its collector voltage Vo is high, the base potential of transistor Q4 is also high and its emitter current I4 is small. Therefore, from equation (i), the base voltage i of transistor Q□
+t increases, and the base current I2 of transistor Q2
also increases, transistor Q2 becomes fully saturated,
The load R is driven by a sufficiently large current 1o.

また、定常時には、電流ｌｘが電流Ｉ４と■１とに分流
するが、もともと、 １１　＝　Ｉｏ　　／Ｈｐｉ２ であって電流■】は小さいので、電流ｌｘも小さくてよ
く、したがって、損失が小さい。In addition, during steady state, the current lx is divided into the current I4 and the current (1), but since 11 = Io /Hpi2 and the current (2) is originally small, the current lx may also be small, and therefore the loss is small.

さらに、各トランジスタＱ１〜Ｑ４のベース・エミッタ
間電圧をＶ、とすると、トランジスタＱ３１Ｑ４につい
て Ｖ４　＝Ｖｏ　＋　２　Ｖｐ　　　　　”・・（ｉｉ）
となり、抵抗器Ｒ１を無視すると、 Ｖ□＝Ｖ　４　　　　　　　　　・・・・・・（ｉｉｉ
　）Ｖ２　＝Ｖｔ　　Ｖｐ　　　　　　””　（ｉｖ）
であるから、（ｉｉ）〜（ｉｖ）式からＶ２　＝Ｖｏ　
＋Ｖｐ　　　　　　”・・（ｖ）となる。したがって、
寄生トランジスタＱｑが形成されても、これはオンしに
くくなり、電流Ｉ２がバイパスされることがない。Furthermore, if the base-emitter voltage of each transistor Q1 to Q4 is V, then for transistors Q31Q4, V4 = Vo + 2 Vp''...(ii)
So, if we ignore the resistor R1, V□=V 4 (iii
) V2 = Vt Vp ”” (iv)
Therefore, from equations (ii) to (iv), V2 = Vo
+Vp”...(v). Therefore,
Even if the parasitic transistor Qq is formed, it is difficult to turn on and the current I2 is not bypassed.

さらに、実際には、抵抗器Ｒ１が接続されているので、 Ｖ２　＝Ｖｏ　＋ＶＰ　　ＲＩ　　Ｉｆとなり、寄生ト
ランジスタＱｑはよりオンしにくくなり、例えばＰＮＰ
　）ランジスタＱ３．Ｑ４とＮＰＮ　トランジスタＱ１
．Ｑ２とでベース・エミッタ間電圧ｖＦに違いがあって
も、寄生トランジスタＱｑのオンすることを防止でき、
電ａＩ２がバイパスされることがない。Furthermore, in reality, since the resistor R1 is connected, V2 = Vo + VP RI If, and the parasitic transistor Qq becomes more difficult to turn on.
) Lan resistor Q3. Q4 and NPN transistor Q1
．． Even if there is a difference in the base-emitter voltage vF between Q2 and Q2, it is possible to prevent the parasitic transistor Qq from turning on.
Electron aI2 is never bypassed.

第２図に示す例においては、定電流信号源（１１を単な
る定電流源とするとともに、パルスＰ−とは逆相のパル
スＰ−によりトランジスタＱ５をオン。In the example shown in FIG. 2, the constant current signal source (11) is simply a constant current source, and the transistor Q5 is turned on by a pulse P- having an opposite phase to the pulse P-.

オフすることにより電流■１をパルス状（信号電流）と
した場合である。This is a case in which the current (1) is made into a pulse form (signal current) by being turned off.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

この発明によれば、出力用トランジスタＱ２のコレクタ
電圧ＶＯを検出し、この検出出力を入力側に帰還してト
ランジスタＱ２のベース電流１２を制御しているので、
最大負荷時でも十分にトランジスタＱ２を飽和させて必
要な大きさの電流Ｉ。According to this invention, the collector voltage VO of the output transistor Q2 is detected and the detected output is fed back to the input side to control the base current 12 of the transistor Q2.
The current I is large enough to saturate the transistor Q2 even at maximum load.

を負荷Ｒに流すことができる。can be passed to the load R.

また、トランジスタＱ１により信号電流１１は十分に小
さくできるので、定常時の損失が少ない。Further, since the signal current 11 can be made sufficiently small by the transistor Q1, the loss during steady state is small.

さらに、最大負荷時でも、抵抗器ｒに相当する抵抗器が
不要なので、やはり損失が小さく、動作が安定であると
ともに、コストアンプとなることがない。Furthermore, even at the maximum load, a resistor corresponding to resistor r is not required, so the loss is still small, the operation is stable, and the amplifier does not become a cost amplifier.

さらに、寄生トランジスタＱｑを生じていても、これに
よる損失を生じることがない。Furthermore, even if a parasitic transistor Qq occurs, no loss is caused by this.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図、第２図はこの発明の一例の接続図、第３図〜第
６図はその説明のための図である。 Ｒは負荷である。 全イ杢の回路図 第１図 全イ杢の回路図 第２図 γ 全体の回′Ｎｒ図 第３図 十ＶＣＣ 全体の回路図 第４７ ９　トランシ゛スタ 要部の断面図 第５図 要部の等価回路回 第６図FIGS. 1 and 2 are connection diagrams of an example of the present invention, and FIGS. 3 to 6 are diagrams for explaining the same. R is the load. Circuit diagram of all the parts Figure 1 Circuit diagram of all the parts Figure 2 γ Total circuit diagram Figure 3 10 VCC Complete circuit diagram No. 47 9 Cross-sectional diagram of the main parts of the transistor Figure 5 Equivalent of the main parts Circuit diagram 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 定電流源が抵抗器を通じて第１のトランジスタのベース
に接続され、 この第１のトランジスタのエミッタが第２のトランジス
タのベースに接続され、 この第２のトランジスタのコレクタに負荷が接続され、 上記第２のトランジスタのコレクタがダイオードを通じ
て第３のトランジスタのベースに接続され、 この第３のトランジスタのエミッタが上記定電流源と上
記抵抗器との接続点に接続され、 上記抵抗器から上記第１のトランジスタのベースに供給
される電流が入力パルスにしたがって制御されて上記負
荷に出力が供給されるスイッチングアンプ。[Claims] A constant current source is connected to the base of the first transistor through a resistor, the emitter of the first transistor is connected to the base of the second transistor, and a load is connected to the collector of the second transistor. is connected, the collector of the second transistor is connected to the base of a third transistor through a diode, the emitter of the third transistor is connected to the connection point between the constant current source and the resistor, and the resistor A switching amplifier in which a current supplied from a device to a base of the first transistor is controlled according to an input pulse, and an output is supplied to the load.