保護回路の設計

GaN MOSFETアンプの保護回路として、

過電流保護回路(OCP)と直流保護回路(DCP)を設計します。

DCPはこちらを参考にしています。

Class D Audio Power Amplifier Reference Design
Using the IRS2092S Protected Digital Audio Driver

OCPはこちらを参考にしています。

また、コンパレータ回路は

インバーター回路は

をそれぞれ参考にしています。

 

まず、OCPの動作ですが、

アンプの電源レールに挟んだ、

電流検出抵抗(R1,R2)の電圧降下を抵抗分圧(R3,R5, R2,R4)して、

トランジスタ(Q1,Q2)のVceのスレッショルドをスイッチにしています。

また電源ラインのスイッチングノイズのLPF周波数(C1, R3, C2,R6)を設定しています。

コンパレータの基準電圧(RefC+, RefC-)と入力(OCP+,OCP-)は,

ツェナーダイオード(D1,D2,D3,D4)で設定しています。

その他の10kΩは電流制限抵抗です。

また、RefC+, RefC-に対して、OCP+,OCP-を検出する

リミットコンパレータ(U1, U2)を構成しています。

LTspiceによるOCPの回路図はこちらです。

LTspiceによるOCPの過渡分析はこちらです。

 

つぎにDCPの動作ですが、

アンプの出力とグランド間の電圧を抵抗分圧(R15, R16)して、

LPF(C3,R15)で低周波として直流電圧を検出します。

基準電圧は電流制限抵抗(R13,R14)と

ダイオード(D5,D6)の電圧降下で設定します。

こちらも、リミットコンパレータ(U3,U4)を構成しています。

LTspiceによるDCPの回路図はこちらです。

LTspiceによるDCPの過渡分析はこちらです。

リミットコンパレータの出力は+-5Vのアクティブ・ローなので、

ワイアード・オアをとって、抵抗分圧(R17,R18)で+5Vのインバーター(A6)に渡します。

使用しないインバーターは+5Vにプルアップして出力をローに設定しています。

インバーターの出力でLEDと負荷抵抗(D7,R19)をドライブして、

ドライバICのシャットダウン端子をコントロールします。

LTspiceによるインバーターの回路図はこちらです。

LTspiceによるインバーターの過渡分析はこちらです。