JP2016046768A - 保護回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】安全動作領域の範囲内で、トランジスタが、広い動作範囲をとることができる保護回路を提供すること。
【解決手段】トランスリニア回路４は、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生する。検出回路５は、保護対象バイポーラトランジスタに接続された負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランジスタの保護回路に関する。
音声信号等の入力信号を増幅するパワーアンプには、入力信号を増幅するために、トランジスタが設けられている。トランジスタとして、例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等のトランジスタが使用される。トランジスタは、安全動作領域を有しており、この安全動作領域を超えないように、トランジスタが使用される機器は、設計される必要がある。図１１は、バイポーラトランジスタの安全動作領域を例示したグラフである。縦軸は、バイポーラトランジスタのコレクタ電流、横軸は、コレクタ−エミッタ間電圧を示している。「ｐ」で示す直線部、及び、曲線部が安全動作領域である。
特許文献１には、トランジスタを安全動作領域内で動作させるための保護回路が記載されている。図１２は、従来の保護回路等の回路構成を示す図である。バイポーラトランジスタＱ１０１は、ｎｐｎ型、すなわち、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位でオンの状態となるバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１０１は、ベースに、信号が入力される。また、バイポーラトランジスタＱ１０１は、コレクタが、正電源ＶＤＤに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０１は、エミッタが、抵抗Ｒ１０１を介して、スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰに接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１０２は、ｐｎｐ型、すなわち、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位でオンの状態となるバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１０２は、ベースに、信号が入力される。また、バイポーラトランジスタＱ１０２は、コレクタが、負電源ＶＥＥに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０２は、エミッタが、抵抗Ｒ１０２を介して、スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰに接続されている。スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰには、負荷としてのスピーカーＲＬが接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１０１は、ベースに信号が供給され、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となると、オンの状態となる。従って、スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰに、正電源ＶＤＤによって増幅された信号が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１０２は、ベースに信号が供給され、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となると、オンの状態となる。従って、スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰに、負電源ＶＥＥによって増幅された信号が供給される。このように、バイポーラトランジスタＱ１０１、Ｑ１０２は、スピーカー出力端子ＯＵＴＳＰに正電源ＶＤＤ、負電源ＶＥＥによって増幅した信号を供給する。
保護回路１０１は、バイポーラトランジスタＱ１０３、Ｑ１０４、抵抗Ｒ１０３〜Ｒ１０９、コンデンサＣ１０１〜Ｃ１０３、ツェナーダイオードＤ１０１を有する。バイポーラトランジスタＱ１０３は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１０３は、ベースが、抵抗Ｒ１０３を介して、バイポーラトランジスタＱ１０１のエミッタと抵抗Ｒ１０１との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０３は、コレクタが、抵抗Ｒ１０４〜Ｒ１０６を介して、正電源ＶＤＤに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０３は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ１０２のエミッタと抵抗Ｒ１０２との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０３は、ベースとエミッタとの間に、抵抗Ｒ１０７とコンデンサＣ１０１とが接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１０４は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１０４は、ベースが抵抗Ｒ１０４と抵抗Ｒ１０５との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０４は、エミッタが、正電源ＶＤＤに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０４は、コレクタが、抵抗Ｒ１０８を介して、プロテクト端子ＰＲＯに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０４は、ベースとエミッタとの間に、コンデンサＣ１０２が接続されている。プロテクト端子ＰＲＯには、抵抗Ｒ１０９、コンデンサＣ１０３、ツェナーダイオードＤ１０１が接続されている。
保護回路１０１において、バイポーラトランジスタＱ１０１、又は、バイポーラトランジスタＱ１０２に過電流が流れると、抵抗Ｒ１０１、又は、抵抗Ｒ１０２の両端の電圧が上昇する。上昇した電圧により、バイポーラトランジスタＱ１０３のベースの電圧がエミッタの電圧に対して所定電位以上となると、バイポーラトランジスタＱ１０３は、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ１０３がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１０４は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。そうすると、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が、プロテクト端子ＰＲＯに供給される。プロテクト端子ＰＲＯには、図示しないマイクロコンピューター（以下、「マイコン」という。）が接続されている。マイコンは、検出信号が出力されると、例えば、リレースイッチＲＳ１による負荷ＲＬへの出力の切断等により、バイポーラトランジスタＱ１０１、Ｑ１０２の保護を行う。このように、保護回路１０１は、検出信号をマイコンに出力し、マイコンは、バイポーラトランジスタＱ１０１、Ｑ１０２の保護を実行する。なお、ツェナーダイオードＤ１０１は、マイコンに入力される電圧の電位が、マイコンの入力電圧の電位を超えないように設けられている。また、保護回路１０１は、バイポーラトランジスタＱ１０１、Ｑ１０２のエミッタ電流に基づいて、検出信号を出力するが、バイポーラトランジスタにおいて、ベース電流は無視できるため、コレクタ電流とエミッタ電流とは、ほぼ同じ値となる。
図１３は、図１２に示す従来の保護回路１０１により保護される領域を例示したグラフである。保護回路１０１は、エミッタ電流が一定値以上で検出信号を出力する。従って、「ａ」で示す直線より高い電流値の領域が、保護される領域である（図１３において、ハッチングを施し、「ｃ」で示している。）。従って、「ａ」で示す直線よりも低い電流値の領域は、保護されない（図１３において、ハッチングを施し、「ｄ」で示している。）。このように、図１２に示す従来の保護回路１０１では、「ｄ」で示す領域が保護されないという問題がある。
上記した問題を解決するため、図１４に示す保護回路が知られている。保護回路１０２は、図１２に示す保護回路１０１と比べて、バイポーラトランジスタＱ１０３のベースを抵抗Ｒ１１１、ダイオードＤ１０２を介して、接地電位に接続している点が異なる。図１５は、保護回路１０２の一部を示す図である。図示するように、抵抗Ｒ１０１と負荷ＲＬ、抵抗Ｒ１０３と抵抗Ｒ１１１がブリッジ回路を形成している。ここで、負荷ＲＬの値が小さくなると、Ｒ１０１／ＲＬ＞Ｒ１０３／Ｒ１１１となる。そして、バイポーラトランジスタＱ１０３のベース‐エミッタ間電圧の電位差が０．６Ｖになると、バイボーラトランジスタＱ１０３がオンの状態となる。これにより、バイポーラトランジスタＱ１０４がオンの状態となり、検出信号が出力される。
図１６は、図１４に示す従来の保護回路１０３により保護される領域を例示したグラフである。「ｂ」で示す直線よりも低い電流値の領域が、保護される領域である。ここで、「ｂ」で示す直線は、以下の式で求められる。供給される電圧をＶｃｃ、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅ、コレクタ電流をＩｃとすると、
Ｖｃｃ＝Ｖｃｅ＋Ｉｃ＊ＲＬ
従って、
Ｉｃ＝（Ｖｃｃ−Ｖｃｅ）／ＲＬ
で示される方程式が、「ｂ」で示す直線となる。
図１４に示す保護回路１０２では、図１６に示すように、「ｅ」で示す領域に余裕があるにも関わらず、バイポーラトランジスタの保護が実行されてしまう。また、特許文献２には、安全動作領域の曲線部を直線で近似することが開示されているが、直線では、曲線部を正確には近似することはできない。また、特許文献１には、曲線部を演算回路で近似することが開示されているが、具体的な回路は、開示されていない。また、特許文献３には、トランジスタのコレクタ電流、コレクタ−エミッタ間電圧が、安全動作領域内であるか否かをマイコンで判断することが開示されている。しかし、一般のマイコンの処理速度では、トランジスタのコレクタ電流、コレクタ−エミッタ間電圧が、安全動作領域内であるか否かを即座に判断することはできない。
特公平６−１０３８０６号公報 特開平９−２６６４１２号公報 特開２０１１−０６６６５８号公報
このように、従来の保護回路では、安全動作領域の範囲内で、トランジスタが、広い動作範囲をとることができていないという問題があった。
本発明の目的は、安全動作領域の範囲内で、トランジスタが、広い動作範囲をとることができる保護回路を提供することである。
第１の発明の保護回路は、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生するトランスリニア回路と、前記保護対象トランジスタに接続された負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、前記トランスリニア回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する検出回路と、を備えることを特徴とする。
トランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。安全動作領域の曲線部は、トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例している。本発明では、トランスリニア回路は、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生する。これにより、安全動作領域の曲線部を正確に近似することができる。そして、検出回路は、保護対象トランジスタに接続された負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。これにより、保護対象トランジスタの保護を実行することができる。
このように、本発明によれば、安全動作領域の曲線部が正確に近似されるため、安全動作領域の範囲内で、トランジスタが、広い動作範囲をとることができる。
第２の発明の保護回路は、第１の発明の保護回路において、ベースとコレクタとに、前記端子間電圧に比例した電流が供給され、エミッタが、接地電位に接続された、ｎｐｎ型の第１バイポーラトランジスタをさらに備え、前記トランスリニア回路は、ベースが、前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、ベースに、前記端子間電圧に比例した電流が供給され、コレクタに、電圧が供給され、エミッタが、接地電位に接続された、ｎｐｎ型の第２バイポーラトランジスタと、ベースとコレクタとが、第１電流源に接続され、エミッタが、第４バイポーラトランジスタのベースとコレクタとに接続された、ｎｐｎ型の第３バイポーラトランジスタと、ベースとコレクタとが、前記第３バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが接地電位に接続された、ｎｐｎ型の前記第４バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第１電流源と前記第３バイポーラトランジスタのベースとに接続され、コレクタが、前記検出回路に接続され、エミッタが、前記第２バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｎｐｎ型の第５バイポーラトランジスタと、を有することを特徴とする。
本発明では、第１バイポーラトランジスタと第２バイポーラトランジスタとによりカレントミラー回路が構成されている。従って、第１バイポーラトランジスタに保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流が流れるため、第２バイポーラトランジスタにも保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流が流れる。
トランスリニア原理により、第２バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流（Ｉｃ（Ｑ２）とする。）と第５バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流（Ｉｃ（Ｑ５）とする。）との積と、第３バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流（Ｉｃ（Ｑ３）とする。）と第４バイポーラトランジスタに流れるコレクタ電流（Ｉｃ（Ｑ４）とする。）との積と、は等しい。すなわち、Ｉｃ（Ｑ２）＊Ｉｃ（Ｑ５）＝Ｉｃ（Ｑ３）＊Ｉｃ（Ｑ４）である。ここで、Ｉｃ（Ｑ３）＝Ｉｃ（Ｑ４）であるため、Ｉｃ（Ｑ２）＊Ｉｃ（Ｑ５）＝Ｉｃ２（Ｑ３）である。従って、Ｉｃ（Ｑ５）＝Ｉｃ２（Ｑ３）／Ｉｃ（Ｑ２）となる。上記したように、第２バイポーラトランジスタには、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流が流れるため、第５バイポーラトランジスタのコレクタ電流は、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流となる。従って、検出回路に保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流が流れる。
このように、本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成のトランスリニア回路により、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生させることができる。
第３の発明の保護回路は、第１又は第２の発明の保護回路において、前記端子間電圧に比例した電流を発生する比例電流回路をさらに備え、前記比例電流回路は、前記端子間電圧が供給され、アノードが、第３抵抗を介して、第８バイポーラトランジスタのベースに接続され、第４抵抗を介して、前記第８バイポーラトランジスタのエミッタに接続された、第１ツェナーダイオードと、前記端子間電圧が供給され、アノードが第５抵抗を介して、前記第８バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、降伏電圧が前記第１ツェナーダイオードよりも高い第２ツェナーダイオードと、ベースが、前記第３抵抗を介して、前記第１ツェナーダイオードのアノードに接続され、コレクタが、前記トランスリニア回路に接続され、エミッタが、前記第４抵抗を介して、前記第１ツェナーダイオードのアノードに接続され、前記第５抵抗を介して、前記第２ツェナーダイオードのアノードに接続された、ｐｎｐ型の前記第８バイポーラトランジスタと、を有することを特徴とする。
本発明では、端子間電圧が、第１ツェナーダイオードの降伏電圧を超えると、第３抵抗、第４抵抗を介して、第８バイポーラトランジスタのエミッタとベースとに、端子間電圧に比例して増加する電流が流れる。端子間電圧が、第２ツェナーダイオードの降伏電圧を超えると、第５抵抗を介して、第８バイポーラトランジスタのエミッタには、第４抵抗と第５抵抗の比の分大きい電流が流れる。これにより、第８バイポーラトランジスタから端子間電圧に比例した電流が流れる。
また、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードを用いて、第８バイポーラトランジスタから流れる電流を変化させることによって、保護対象トランジスタの２次降伏を近似することができる。
第４の発明の保護回路は、第１〜第３の発明のいずれかの保護回路において、前記検出回路は、ベースに、第６抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第７抵抗と第８抵抗とを介して、電圧が供給され、ベースが、前記トランスリニア回路に接続され、エミッタが、前記負荷に接続された、ｎｐｎ型の第９バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第７抵抗と前記第８抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１０バイポーラトランジスタと、前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第９抵抗と、を有することを特徴とする。
本発明では、第９バイポーラトランジスタは、ベースに、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、第９バイポーラトランジスタは、ベースが、トランスリニア回路に接続されている。従って、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、第９バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第９バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第１０バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成の検出回路により、検出信号を発生することができる。
第５の発明の保護回路は、第１の発明の保護回路において、前記トランスリニア回路は、ベースとコレクタとから、前記端子間電圧に比例した電流が流れ、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１１バイポーラトランジスタと、ベースとコレクタとが、第２電流源に接続され、エミッタが、第１３バイポーラトランジスタのベースとコレクタとに接続された、ｐｎｐ型の第１２バイポーラトランジスタと、ベースとコレクタとが、前記第１２バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、エミッタに電圧が供給される、ｐｎｐ型の前記第１３バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第２電流源と前記第１２バイポーラトランジスタのベースとに接続され、コレクタが、前記検出回路に接続され、エミッタが、前記第１１バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｐｎｐ型の第１４バイポーラトランジスタと、を有することを特徴とする。
本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成のトランスリニア回路により、保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生させることができる。
また、ｐｎｐ型の第１１バイポーラトランジスタを用いて、そのコレクタから端子間電圧に比例した電流を流しているため、第２の発明の保護回路と比較して、カレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタが不要となる。
第６の発明の保護回路は、第５の発明の保護回路において、前記端子間電圧に比例した電流を発生する比例電流回路をさらに備え、前記比例電流回路は、前記端子間電圧が供給され、カソードが、第２１抵抗を介して、前記第１１バイポーラトランジスタのコレクタとベースとに接続された、第３ツェナーダイオードと、前記端子間電圧が供給され、カソードが、第２２抵抗を介して、前記第１１バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、降伏電圧が前記第３ツェナーダイオードよりも高い第４ツェナーダイオードと、を有することを特徴とする。
本発明では、端子間電圧が、第３ツェナーダイオードの降伏電圧を超えると、第１１バイポーラトランジスタのコレクタとベースとから、端子間電圧に比例して増加する電流が流れる。端子間電圧が、第４ツェナーダイオードの降伏電圧を超えると、第１１バイポーラトランジスタのコレクタから、端子間電圧に比例した電流が流れる。従って、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードを用いて、第１１バイポーラトランジスタから流れる電流を変化させることによって、保護対象トランジスタの２次降伏を近似することができる。
第７の発明の保護回路は、第１〜第３、第５、第６の発明のいずれかの保護回路において、前記検出回路は、ベースに、第１０抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第１１抵抗と第１２抵抗とを介して、電圧が供給され、エミッタが、前記トランスリニア回路に接続された、ｎｐｎ型の第１５バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第１１抵抗と前記第１２抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１６バイポーラトランジスタと、前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第１３抵抗と、前記負荷と前記第１５バイポーラトランジスタのエミッタとの間に接続された第１４抵抗と、を有することを特徴とする。
本発明では、第１５バイポーラトランジスタは、ベースに、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、第１５バイポーラトランジスタは、エミッタが、トランスリニア回路に接続されている。従って、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、第１５バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第１５バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第１６バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成の検出回路により、検出信号を発生することができる。
第８の発明の保護回路は、第１〜第３、第５、第６の発明のいずれかの保護回路において、前記保護対象トランジスタの端子間電圧が供給されて定電流を発生する定電流回路をさらに備え、前記検出回路は、ベースに、第１５抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第１６抵抗と第１７抵抗とを介して、電圧が供給され、エミッタが、前記定電流回路に接続された、ｎｐｎ型の第１７バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第１６抵抗と前記第１７抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１８バイポーラトランジスタと、前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第１８抵抗と、ベースに、第１９抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタが、前記第１８バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが、前記トランスリニア回路に接続された、ｎｐｎ型の第１９バイポーラトランジスタと、前記第１９バイポーラトランジスタのエミッタと前記負荷との間に接続された、第２０抵抗と、を有することを特徴とする。
トランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。本発明では、定電流回路は、安全動作領域の直線部に対応する定電流を発生する。また、第１７バイポーラトランジスタは、ベースに、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、第１７バイポーラトランジスタは、エミッタが、定電流回路に接続されている。従って、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路が発生した電流、すなわち、安全動作領域の直線部を超えると、第１７バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第１７バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第１８バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
また、第１９バイポーラトランジスタは、ベースに、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、第１９バイポーラトランジスタは、エミッタが、トランスリニア回路に接続されている。従って、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、第１９バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第１９バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第１８バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成の検出回路により、検出信号を発生することができる。
第９の発明の保護回路は、第１〜第７の発明のいずれかの保護回路において、前記保護対象トランジスタの端子間電圧が供給されて定電流を発生する定電流回路をさらに備え、前記検出回路は、さらに、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、前記定電流回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生することを特徴とする。
トランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。本発明では、定電流回路は、安全動作領域の直線部に対応する定電流を発生する。そして、検出回路は、負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。これにより、保護対象トランジスタの保護を実行することができる。
第１０の発明の保護回路は、第９の発明の保護回路において、前記定電流回路は、ベースに、第１抵抗を介して、前記端子間電圧が供給され、コレクタに、前記端子間電圧が供給され、エミッタが、第７バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｎｐｎ型の第６バイポーラトランジスタと、ベースが、前記第６バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが、前記第１抵抗と前記第６バイポーラトランジスタのベースと、に接続され、エミッタとベースとの間に第２抵抗が接続された、ｎｐｎ型の前記第７バイポーラトランジスタと、を有することを特徴とする。
本発明では、端子間電圧が供給されると、第６バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第６バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第２抵抗に電流が流れ、第７バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。第７バイポーラトランジスタがオンの状態となると、第６バイポーラトランジスタは、ベースの電圧がローレベルの電位となり、オフの状態となる。定電流回路は、このような動作を繰り返すことによって、定電流を発生する。
このように、本発明によれば、バイポーラトランジスタを用いた、簡易な回路構成の定電流回路により、定電流を発生することができる。
第１１の発明の保護回路は、第１〜第１０の発明のいずれかの保護回路において、前記保護対象トランジスタは、バイポーラトランジスタであり、前記端子間電圧は、コレクタ−エミッタ間電圧であることを特徴とする。
本発明によれば、バイポーラトランジスタの保護を実行することができる。
本発明によれば、安全動作領域の範囲内で、トランジスタが、広い動作範囲をとることができる。
本発明の第１実施形態に係る保護回路の回路構成を示す図である。 第１実施形態に係る検出回路の原理を示す図である。 バイポーラトランジスタの安全動作領域を例示したグラフである。 バイポーラトランジスタの安全動作領域とバイポーラトランジスタのコレクタ電流とを例示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る保護回路の回路構成を示す図である。 第２実施形態に係る検出回路の原理を示す図である。 （ａ）は、バイポーラトランジスタの安全動作領域と負荷に流れる電流とを例示したグラフである。（ｂ）は、プロテクト端子に出力される検出信号を例示したグラフである。 本発明の第３実施形態に係る保護回路の回路構成を示す図である。 （ａ）は、コレクタ−エミッタ間電圧と出力端子の電圧とを例示したグラフである。（ｂ）は、抵抗に流れる電流を例示したグラフである。 （ａ）は、バイポーラトランジスタのコレクタ電流（トランスリニア回路が発生する電流）を例示したグラフである。（ｂ）は、バイポーラトランジスタの安全動作領域と負荷に流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）とを例示したグラフである。（ｃ）は、プロテクト端子に出力される検出信号を例示したグラフである。 バイポーラトランジスタの安全動作領域を例示したグラフである。 従来の保護回路等の回路構成を示す図である。 従来の保護回路により保護される領域を例示したグラフである。 従来の保護回路等の回路構成を示す図である。 従来の保護回路の一部を示す図である。 従来の保護回路により保護される領域を例示したグラフである。
以下、本発明の実施形態について説明する。
（安全動作領域）
まず、バイポーラトランジスタの安全動作領域について説明する。図１１に示すように、安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。直線部は、バイポーラトランジスタの定格コレクタ電流Ｉｃｍａｘによって決まる。曲線部は、定格コレクタ損失Ｐｃｍａｘと定格接合温度Ｔｊｍａｘとによって決まる。また、曲線部は、定格接合温度Ｔｊｍａｘと定格ケース温度Ｔｃ（２５°）との差をΔＴｊｍａｘ（＝Ｔｊｍａｘ−Ｔｃ（２５°））、供給電圧をＶｃｃ、接合温度・ケース温度間の熱抵抗をθｊｃとすると、Ｐｃｍａｘ＝Ｖｃｃ＊Ｉｃｍａｘ＜ΔＴｊｍａｘ／θｊｃで制限される曲線となる。また、曲線部は、Ｉｃ＝Ｐｃｍａｘ／Ｖｃｃで表されるコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの逆数曲線となる。本発明では、後述する定電流回路２（図１、図５参照）により、安全動作領域の直線部に対応する、定電流を発生させる。また、後述するトランスリニア回路４（図１、図５、図８参照）により、安全動作領域の曲線部に対応する、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流を発生させる。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る保護回路１の回路構成を示す図である。図１に示すように、保護回路１は、定電流回路２、比例電流回路３、トランスリニア回路４、検出回路５等を備える。保護回路１は、保護対象バイポーラトランジスタの保護を実行するため、プロテクト端子ＰＲＯを介して、図示しないマイコンに検出信号を出力する。
（定電流回路）
定電流回路２は、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ（端子間電圧）が供給されて定電流を発生する。図１においては、保護対象バイポーラトランジスタを、信号源として示している。端子Ｖｃｃには、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。なお、以下では、「保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ」を、単に、「コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ」とも記載する。定電流回路２は、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２を有する。バイポーラトランジスタＱ１（第６バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型、すなわち、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位でオンの状態となるバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１は、ベースが、抵抗Ｒ１（第１抵抗）を介して、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１は、ベースに、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１は、コレクタが、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１は、コレクタに、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ２のベースに接続されている。
バイポーラトランジスタＱ２（第７バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ２は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ１のベースと抵抗Ｒ１の他端とに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２は、エミッタとベースとの間に抵抗Ｒ２（第２抵抗）が接続されている。
定電流回路２は、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１を介して、バイポーラトランジスタＱ３のベースとバイポーラトランジスタＱ９のエミッタ（検出回路５）とに接続されている。また、定電流回路２は、抵抗Ｒ４を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに接続されている。このような定電流回路２において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給されると、バイポーラトランジスタＱ１は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ１がオンの状態となると、抵抗Ｒ２に電流が流れ、バイポーラトランジスタＱ２は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ２がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１は、ベースの電圧がローレベルの電位となり、オフの状態となる。定電流回路２は、このような動作を繰り返すことによって、定電流を発生する。定電流回路２が発生する定電流は、安全動作領域の直線部に対応する。
（比例電流回路）
比例電流回路３は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流を発生する。比例電流回路３は、ダイオードＤ１、ツェナーダイオードＤ２、Ｄ３、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、バイポーラトランジスタＱ３を有する。ツェナーダイオードＤ２（第１ツェナーダイオード）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、ツェナーダイオードＤ２は、カソードが、端子Ｖｃｃに接続されている。また、ツェナーダイオードＤ２は、アノードが、抵抗Ｒ３（第３抵抗）、ダイオードＤ１を介して、バイポーラトランジスタＱ３のベースに、また、抵抗Ｒ４（第４抵抗）を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに接続されている。ツェナーダイオードＤ３（第２ツェナーダイオード）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、ツェナーダイオードＤ３は、カソードが、端子Ｖｃｃに接続されている。また、ツェナーダイオードＤ３は、アノードが、抵抗Ｒ５（第５抵抗）を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに接続されている。また、ツェナーダイオードＤ３は、ツェナーダイオードＤ２よりも降伏電圧が高い。
バイポーラトランジスタＱ３（第８バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型、すなわち、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位でオンの状態となるバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ３は、ベースが、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１を介して、定電流回路２とツェナーダイオードＤ２のアノードとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ３は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ４のコレクタとベースとに接続され、バイポーラトランジスタＱ５のべース（トランスリニア回路４）に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ３は、エミッタが、抵抗Ｒ４を介して、定電流回路２とツェナーダイオードＤ２のアノードとに接続され、抵抗Ｒ５を介して、ツェナーダイオードＤ３のアノードに接続されている。
このような比例電流回路３において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ２の降伏電圧を超えるまでは、抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタとベースとに、定電流回路２が発生した定電流が流れる。コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ２の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタとベースとに、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例して増加する電流が流れる。ここで、バイポーラトランジスタＱ３は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ３からコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。また、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ３の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ５を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５との比の分大きい電流が流れる。比例電流回路３は、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードＤ２、Ｄ３を用いて、バイポーラトランジスタＱ３から流れる電流を変化させることによって、保護対象バイポーラトランジスタの２次降伏を近似している。
（トランスリニア回路）
トランスリニア回路４は、バイポーラトランジスタＱ５〜Ｑ８を有する。バイポーラトランジスタＱ５（第２バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ５は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ（比例電流回路３）とバイポーラトランジスタＱ４のベースとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ５は、コレクタが端子Ｖｃｃに接続されており、コレクタに電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ５は、エミッタが、接地電位に接続されている。
バイポーラトランジスタＱ５は、バイポーラトランジスタＱ４とカレントミラー回路を構成している。バイポーラトランジスタＱ４（第１バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ４は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ（比例電流回路３）とバイポーラトランジスタＱ５のベースとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ４は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ３のコレクタ（比例電流回路３）に接続されている。従って、バイポーラトランジスタＱ４は、コレクタとベースとにコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ４は、エミッタが、接地電位に接続されている。
バイポーラトランジスタＱ４、Ｑ５によって構成されるカレントミラー回路において、バイポーラトランジスタＱ３から電流が供給されると、バイポーラトランジスタＱ４、Ｑ５は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。このとき、バイポーラトランジスタＱ４に流れる電流と同じ値の電流が、バイポーラトランジスタＱ５に流れる。
バイポーラトランジスタＱ７（第３バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ７は、ベースが、電流源Ｉ５（第１電流源）とバイポーラトランジスタＱ６のベースとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ７は、コレクタが、電流源Ｉ５とバイポーラトランジスタＱ６のベースとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ７は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ８のコレクタとベースとに接続されている。
バイポーラトランジスタＱ８（第４バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ８は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ７のエミッタに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ８は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ７のエミッタに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ８は、エミッタが、接地電位に接続されている。
バイポーラトランジスタＱ６（第５バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ６は、ベースが、電流源Ｉ５とバイポーラトランジスタＱ７のベースに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ６は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ９のベース（検出回路５）に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ６は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ５のベースに接続されている。
このようなトランスリニア回路４において、以下の関係が成り立つ。Ｉｃ（Ｑ）は、トランジスタＱ５〜Ｑ８のコレクタ電流を示している。
Ｉｃ（Ｑ５）＊Ｉｃ（Ｑ６）＝Ｉｃ（Ｑ７）＊Ｉｃ（Ｑ８）
ここで、Ｉｃ（Ｑ７）＝Ｉｃ（Ｑ８）であるため、
Ｉｃ（Ｑ５）＊Ｉｃ（Ｑ６）=Ｉｃ２（Ｑ７）
Ｉｃ（Ｑ６）＝Ｉｃ２（Ｑ７）／Ｉｃ（Ｑ５）
バイポーラトランジスタＱ５には、カレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタＱ４により、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れるため、上記関係により、バイポーラトランジスタＱ６のコレクタ電流は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流となる。従って、バイポーラトランジスタＱ９のベース（検出回路５）に、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流が流れる。このように、トランスリニア回路４は、安全動作領域の曲線部に対応する、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流を発生する。なお、トランスリニア回路については、ＣＱ出版「トランジスタ技術 ２００４年１０月号」２４１〜２４５ページに詳細に説明されている。
（検出回路）
検出回路５は、保護対象のバイポーラトランジスタに接続された負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。検出回路５は、バイポーラトランジスタＱ９、Ｑ１０、抵抗Ｒ６〜Ｒ１０を有する。バイポーラトランジスタＱ９（第９バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトラジスタＱ９は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ６のコレクタ（トランスリニア回路４）に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースに、抵抗Ｒ６（第６抵抗）を介して、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ９は、コレクタが、抵抗Ｒ７（第７抵抗）、抵抗Ｒ８（第８抵抗）を介して、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ９は、コレクタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ９は、エミッタが、負荷ＲＬに接続され、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ１を介して、定電流回路２に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースとエミッタとの間に、抵抗Ｒ１０が接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１０（第１０バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１０は、ベースが、端子Ｖｃｃに接続された抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１０は、エミッタが、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１０は、エミッタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１０は、コレクタが、抵抗Ｒ４１を介して、プロテクト端子ＰＲＯに接続されている。プロテクト端子ＰＲＯには、接地電位に接続されたツェナーダイオードＤ５、抵抗Ｒ１１が接続されている。抵抗Ｒ９（第９抵抗）は、負荷ＲＬと保護対象バイポーラトランジスタのエミッタとの間に接続されている。
図２は、第１実施形態に係る検出回路５の原理を示す図である。バイポーラトランジスタＱ２０１は、保護対象バイポーラトランジスタを示している。バイポーラトランジスタＱ２０１は、ベースに、信号が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２０１は、コレクタが、正電源ＶＤＤに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２０１は、エミッタが、抵抗Ｒ９を介して、バイポーラトランジスタＱ９のエミッタと、抵抗Ｒ６を介して、バイポーラトランジスタＱ９のベースと、に接続されている。電流源Ｉ２は、トランスリニア回路４による電流を発生するとする。また、電流源Ｉ１は、負荷に接続され、保護対象バイポーラトランジスタＱ２０１の安全動作領域と同等な出力を出すとする。詳細は後述するが、バイポーラトランジスタＱ９がオンの状態となると、検出回路５は、プロテクト端子ＰＲＯに検出信号を出力する。ここで、Ｒ９／Ｒ６＝Ｉ１／Ｉ２であれば、バランスが取れた状態であり、バイポーラトランジスタＱ９は、オフの状態である。電流源Ｉ１からの電流（負荷ＲＬに流れる電流）が、安全動作領域を超えようとすると、すなわち、Ｉ１＞Ｉ２となると、バランスが崩れ、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。従って、検出回路５は、検出信号を出力する。
検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ９がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１０は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子ＰＲＯに、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。このように、検出回路５は、保護対象のバイポーラトランジスタに接続された負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。
また、検出回路５は、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路２が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ９は、エミッタが、定電流回路２に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路２が発生する電流を超えると、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。上記のように、バイポーラトランジスタＱ９がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１０がオンの状態となり、検出信号が発生される。このように、検出回路５は、安全動作領域の直線部に対応する、定電流回路２が発生した定電流に基づいて、検出信号を発生する。また、上記のように、検出回路５は、安全動作領域の曲線部に対応する、トランスリニア回路４が発生したコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流に基づいて、検出信号を発生する。
図３は、バイポーラトランジスタの安全動作領域を例示したグラフである。縦軸は、電流［Ａ］、横軸は、電圧［Ｖ］を示している。「Ｉｓｏａ（１ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（３ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（１０ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（１００ｍｓｅｃ）」は、それぞれ、単発パルス信号における安全動作領域を示している。また、「Ｉｓｏａ（ｃｏｎｓｔ）」は、連続信号における安全動作領域を示している。
図４は、バイポーラトランジスタの安全動作領域とバイポーラトランジスタＱ６のコレクタ電流とを例示したグラフである。縦軸は、電流［μＡ］、横軸は、電圧［Ｖ］を示している。「Ｉｓｏａ／１７００００」は、連続信号における安全動作領域を、１７００００で割った値を示している。Ｉｃ（Ｑ６）は、バイポーラトランジスタＱ６のコレクタ電流を示している。図示するように、バイポーラトランジスタＱ６のコレクタ電流は、安全動作領域に比例している。
以上説明したように、バイポーラトランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。安全動作領域の曲線部は、バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例している。本実施形態では、トンランスリニア回路４は、保護対象バイポーラトランジスタの、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流を発生する。これにより、安全動作領域の曲線部を正確に近似することができる。そして、検出回路５は、保護対象バイポーラトランジスタに接続された負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。これにより、保護対象バイポーラトランジスタの保護を実行することができる。
このように、本実施形態によれば、安全動作領域の曲線部が正確に近似されるため、安全動作領域の範囲内で、バイポーラトランジスタが、広い動作範囲をとることができる。
また、本実施形態では、バイポーラトランジスタＱ４とバイポーラトランジスタＱ５とによりカレントミラー回路が構成されている。従って、バイポーラトランジスタＱ４に保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れるため、バイポーラトランジスタＱ５にも保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。
また、トランスリニア回路４において、トランスリニア原理により、バイポーラトランジスタＱ６のコレクタ電流は、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流となる。従って、検出回路５に保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流が流れる。
このように、本実施形態によれば、バイポーラトランジスタＱ５〜Ｑ８を用いた、簡易な回路構成のトランスリニア回路４により、保護対象バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流を発生させることができる。
また、本実施形態では、比例電流回路３において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ２の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタとベースとに、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例して増加する電流が流れる。コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ３の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ５を介して、バイポーラトランジスタＱ３のエミッタに、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の比の分大きい電流が流れる。これにより、バイポーラトランジスタＱ３からコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。
また、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードＤ２、Ｄ３を用いて、バイポーラトランジスタＱ３から流れる電流を変化させることによって、保護対象バイポーラトランジスタの２次降伏を近似することができる。
また、本実施形態では、検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースが、トランスリニア回路４に接続されている。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、バイポーラトランジスタＱ９は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ９がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１０は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子ＰＲＯに、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本実施形態によれば、バイポーラトランジスタＱ９、Ｑ１０を用いた、簡易な回路構成の検出回路５により、検出信号を発生することができる。
上記のように、バイポーラトランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。本実施形態では、定電流回路２は、安全動作領域の直線部に対応する定電流を発生する。そして、検出回路５は、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路２が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する。これにより、保護対象バイポーラトランジスタの保護を実行することができる。
また、本実施形態では、定電流回路２において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給されると、バイポーラトランジスタＱ１は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ１がオンの状態となると、抵抗Ｒ２に電流が流れ、バイポーラトランジスタＱ２は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ２がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１は、ベースの電圧がローレベルの電位となり、オフの状態となる。定電流回路２は、このような動作を繰り返すことによって、定電流を発生する。
このように、本実施形態によれば、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２を用いた、簡易な回路構成の定電流回路２により、定電流を発生することができる。
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る保護回路１の回路構成を示す図である。
（定電流回路）
定電流回路２は、バイポーラトランジスタＱ１１、Ｑ１２、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３を有する。バイポーラトランジスタＱ１１（第６バイポートランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１１は、ベースが、抵抗Ｒ１２（第１抵抗）、抵抗Ｒ１５を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１１は、ベースに、抵抗Ｒ１２を介して、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１１は、コレクタが、抵抗Ｒ１５を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１１は、コレクタに、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１１は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ１２のベースに接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１２（第７バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１２は、ベースが、バイポーラトランジスタＱ１１のエミッタに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１２は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ１１のベースと抵抗Ｒ１２の他端とに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１２は、エミッタとベースとの間に抵抗Ｒ１３（第２抵抗）が接続されている。
定電流回路２は、抵抗Ｒ２０を介して、バイポーラトランジスタＱ１７のエミッタ（検出回路５）に接続されている。第２実施形態に係る定電流回路２の動作は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
（比例電流回路）
比例電流回路３は、ツェナーダイオードＤ６、Ｄ７、抵抗Ｒ１４、Ｒ１５を有する。ツェナーダイオードＤ６（第３ツェナーダイオード）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、ツェナーダイオードＤ６は、カソードが、抵抗Ｒ１４（第２１抵抗）を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタとベースとに接続されている。ツェナーダイオードＤ７（第４ツェナーダイオード）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、ツェナーダイオードＤ７は、カソードが、抵抗Ｒ１５（第２２抵抗）を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタに接続されている。また、ツェナーダイオードＤ７は、ツェナーダイオードＤ６よりも降伏電圧が高い。
このような比例電流回路３において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ６の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ１４を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタとベースとから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例して増加する電流が流れる。また、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ７の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ１５を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。比例電流回路３は、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードＤ６、Ｄ７を用いて、バイポーラトランジスタＱ１３から流れる電流を変化させることによって、保護対象のバイポーラトランジスタの２次降伏を近似している。
（トランスリニア回路）
トランスリニア回路４は、バイポーラトランジスタＱ１３〜Ｑ１６を有する。バイポーラトランジスタＱ１３（第１１バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１３は、ベースが、抵抗Ｒ１４を介して、ツェナーダイオードＤ６のカソードに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１４は、コレクタが、抵抗Ｒ１４を介して、ツェナーダイオードＤ６のカソードに接続され、抵抗Ｒ１５を介して、ツェナーダイオードＤ７のカソードに接続されている。従って、バイポーラトランジスタＱ１３は、ベースとコレクタとから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。また、バイポーラトランジスタＱ１３は、エミッタが、端子Ｖｃｃに接続され、電圧が供給される。
バイポーラトランジスタＱ１５（第１２バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１５は、ベースとコレクタとが、電流源Ｉ６（第２電流源）に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１５は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ１６のベースに接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１６（第１３バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１６は、ベースとコレクタとが、バイポーラトランジスタＱ１５のエミッタに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１６は、エミッタが、端子Ｖｃｃに接続され、電圧が供給される。
バイポーラトランジスタＱ１４（第１４バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１４は、ベースが、電流源Ｉ６とバイポーラトランジスタＱ１５のベースとに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１４は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ１７のエミッタ（検出回路５）に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１４は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ１３のベースに接続されている。
このようなトランスリニア回路４において、第１実施形態同様、以下の関係が成り立つ。Ｉｃ（Ｑ）は、バイポーラトランジスタＱ１３〜Ｑ１６のコレクタ電流を示している。
Ｉｃ（Ｑ１３）＊Ｉｃ（Ｑ１４）＝Ｉｃ（Ｑ１５）＊Ｉｃ（Ｑ１６）
ここで、Ｉｃ（Ｑ１５）＝Ｉｃ（Ｑ１６）であるため、
Ｉｃ（Ｑ１３）＊Ｉｃ（Ｑ１４）=Ｉｃ２（Ｑ１５）
Ｉｃ（Ｑ１４）＝Ｉｃ２（Ｑ１５）／Ｉｃ（Ｑ１３）
バイポーラトランジスタＱ１３からは、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れるため、上記関係により、バイポーラトランジスタＱ１４のコレクタ電流は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流となる。従って、バイポーラトランジスタＱ１７のエミッタ（検出回路５）に、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流の逆数に比例した電流が流れる。
（検出回路）
検出回路５は、バイポーラトランジスタＱ１７、Ｑ１８、抵抗Ｒ１６〜Ｒ２０を有する。バイポーラトランジスタＱ１７（第１５バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトラジスタＱ１７は、ベースに、抵抗Ｒ１６（第１０抵抗）を介して、負荷ＲＬに流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１７は、コレクタが、抵抗Ｒ１７（第１１抵抗）と抵抗Ｒ１８（第１２抵抗）を介して、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１７は、コレクタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタ１７は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ１４のコレクタ（トランスリニア回路４）に接続され、抵抗Ｒ２０を介して、定電流回路２に接続されている。
バイポーラトランジスタＱ１８（第１６バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ１８は、ベースが、端子Ｖｃｃに接続された抵抗Ｒ１７と抵抗Ｒ１８との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１８は、エミッタが、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１８は、エミッタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１８は、コレクタが、抵抗Ｒ２１を介して、プロテクト端子ＰＲＯに接続されている。プロテクト端子ＰＲＯには、接地電位に接続されたツェナーダイオードＤ９、抵抗Ｒ４０が接続されている。
抵抗Ｒ１９（第１３抵抗）は、負荷ＲＬと保護対象バイポーラトランジスタのエミッタとの間に接続されている。抵抗Ｒ２０（第１４抵抗）は、負荷ＲＬとバイポーラトランジスタＱ１７のエミッタとの間に接続されている。
図６は、第２実施形態に係る検出回路５の原理を示す図である。電流源Ｉ３は、保護対象バイポーラトランジスタＱ２０１に流れる電流を発生するとする。電流源Ｉ４は、トランスリニア回路４による電流を発生するとする。ここで、Ｒ１９／Ｒ２０＝Ｉ３／Ｉ４であれば、バランスが取れた状態であり、バイポーラトランジスタＱ１７は、オフの状態である。電流源Ｉ３からの電流（負荷ＲＬに流れる電流）が、安全動作領域を超えようとすると、すなわち、Ｉ３＞Ｉ４となると、バランスが崩れ、バイポーラトランジスタＱ１７は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ１７がオンの状態となると、第１実施形態同様、バイポーラトランジスタＱ１８がオンの状態となり、検出信号が発生される。
また、検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ１７は、エミッタが、抵抗Ｒ２０を介して、定電流回路２に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ１７は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路２が発生する電流を超えると、バイポーラトランジスタＱ１７は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。上記のように、バイポーラトランジスタＱ１７がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１８がオンの状態となり、検出信号が発生される。
図７（ａ）は、バイポーラトランジスタの安全動作領域と負荷ＲＬに流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）とを例示したグラフである。縦軸は、電流［Ａ］、横軸は、電圧［Ｖ］を示している。「Ｉｓｏａ（１ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（２ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（３ｍｓｅｃ）」、「Ｉｓｏａ（４ｍｓｅｃ）」は、それぞれ、単発パルス信号における安全動作領域を示している。また、「Ｉｓｏａ（ｃｏｎｓｔ）」は、連続信号における安全動作領域を示している。また、「Ｉ（Ｅ）」は、負荷ＲＬに流れる電流を示している。図７（ｂ）は、プロテクト端子ＰＲＯに出力される検出信号を例示したグラフである。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、負荷ＲＬに流れる電流が、安全動作領域Ｉｓｏａ（ｃｏｎｓｔ）を超えた場合に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力されている。
以上説明したように、本実施形態では、トランスリニア回路４において、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタＱ１３を用いて、そのコレクタからコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流を流しているため、第１実施形態と比較して、カレントミラー回路を構成するバイポーラトランジスタが不要となる。
また、本実施形態では、比例電流回路３において、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ６の降伏電圧を超えると、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタとベースとから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例して増加する電流が流れる。コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ７の降伏電圧を超えると、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例した電流が流れる。従って、降伏電圧が異なる２つのツェナーダイオードＤ６、Ｄ７を用いて、バイポーラトランジスタＱ１３から流れる電流を変化させることによって、保護対象バイポーラトランジスタの２次降伏を近似することができる。
また、本実施形態では、検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ１７は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ１７は、エミッタが、トランスリニア回路４に接続されている。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、バイポーラトランジスタＱ１７は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ１７がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ１８は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子ＰＲＯに、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本実施形態によれば、バイポーラトランジスタＱ１７、Ｑ１８を用いた、簡易な回路構成の検出回路５により、検出信号を発生することができる。
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る保護回路１の回路構成を示す図である。第３実施形態に係る検出回路５は、定電流回路２（図８では不図示）が発生する電流、すなわち、安全動作領域の直線部に基づいて検出信号を発生するためのバイポーラトランジスタＱ２３と、トランスリニア回路４が発生する電流、すなわち、安全動作領域の曲線部に基づいて検出信号を発生するためのバイポーラトランジスタＱ２５と、を有する点が、第２実施形態と主に異なる。
（比例電流回路）
比例電流回路３は、ツェナーダイオードＤ１０、抵抗Ｒ２９を有する。ツェナーダイオードＤ１０は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが供給される。また、ツェナーダイオードＤ１０は、カソードが、抵抗Ｒ２９を介して、バイポーラトランジスタＱ１９のコレクタとベースとに接続されている。コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが、ツェナーダイオードＤ１０の降伏電圧を超えると、抵抗Ｒ２９を介して、バイポーラトランジスタＱ１３のコレクタとベースとから、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例して増加する電流が流れる。
（トランスリニア回路）
トランスリニア回路４は、バイポーラトランジスタＱ１９〜Ｑ２２を有する。バイポーラトランジスタＱ１９（第１１バイポーラトランジスタ）は、第２実施形態のバイポーラトランジスタＱ１３に相当する。バイポーラトランジスタＱ２１（第１２バイポーラトランジスタ）は、第２実施形態のバイポーラトランジスタＱ１５に相当する。バイポーラトランジスタＱ２２（第１３バイポーラトランジスタ）は、第２実施形態のバイポーラトランジスタＱ１６に相当する。バイポーラトランジスタＱ２０（第１４バイポーラトランジスタ）は、第２実施形態のバイポーラトランジスタＱ１４に相当する。電流源Ｉ７（第２電流源）は、電流源Ｉ６に相当する。第３実施形態に係るトランスリニア回路４は、第２実施形態に係るトランスリニア回路４と、構成及び動作ともに同様であるため、説明を省略する。
（検出回路）
検出回路５は、バイポーラトランジスタＱ２３〜Ｑ２５、抵抗Ｒ２２〜Ｒ２８を有する。バイポーラトランジスタＱ２３（第１７バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトラジスタＱ２３は、ベースに、抵抗Ｒ２２（第１５抵抗）を介して、負荷ＲＬに流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２３は、コレクタが、抵抗Ｒ２３（第１６抵抗）と抵抗Ｒ２４（第１７抵抗）とを介して、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ１７は、コレクタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２３は、エミッタが、図示しない定電流回路２に接続されている。
バイポーラトランジスタＱ２４（第１８バイポーラトランジスタ）は、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ２４は、ベースが、端子Ｖｃｃに接続された抵抗Ｒ２３と抵抗Ｒ２４との間に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２４は、エミッタが、端子Ｖｃｃに接続されている。バイポーラトランジスタＱ２４は、エミッタに、電圧が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２４は、コレクタが、抵抗Ｒ３０を介して、プロテクト端子ＰＲＯに接続されている。プロテクト端子ＰＲＯには、接地電位に接続されたツェナーダイオードＤ１２、抵抗Ｒ３１が接続されている。
バイポーラトランジスタＱ２５（第１９バイポーラトランジスタ）は、ｎｐｎ型のバイポーラトランジスタである。バイポーラトランジスタＱ２５は、ベースに、抵抗Ｒ２７（第１９抵抗）を介して、負荷ＲＬに流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２５は、コレクタが、バイポーラトランジスタＱ２４のベースに接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２５は、エミッタが、バイポーラトランジスタＱ２０のコレクタ（トランスリニア回路４）に接続されている。抵抗Ｒ２５（第１８抵抗）は、負荷ＲＬと保護対象バイポーラトランジスタのエミッタとの間に接続されている。抵抗Ｒ２８（第２０抵抗）は、バイポーラトランジスタＱ２５のエミッタと負荷ＲＬとの間に接続されている。
安全動作領域の曲線部における、検出回路５の原理は、第２実施形態と同様である。従って、負荷ＲＬに流れる電流が、安全動作領域（トランスリニア回路４が発生した電流）を超えようとすると、バイポーラトランジスタＱ２５は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ２５がオンの状態となると、第１及び第２実施形態同様、バイポーラトランジスタＱ２４がオンの状態となり、検出信号が発生される。
また、検出回路５において、バイポーラトランジスタＱ２３は、エミッタが、抵抗Ｒ２５に接続されている。また、バイポーラトランジスタＱ２３は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、安全動作領域の直線部の電流を超えると、バイポーラトランジスタＱ２３は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。上記のように、バイポーラトランジスタＱ２３がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ２４がオンの状態となり、検出信号が発生される。
図９（ａ）は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅと出力端子ｏｕｔの電圧Ｖｏｕｔを例示したグラフである。横軸は、時間［ｓ］、縦軸は、電圧［Ｖ］を示している。コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを減少させた後、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを増加させた例を示している。図９（ｂ）は、この時の抵抗Ｒ２９に流れる電流Ｉ（Ｒ２９）を例示したグラフである。図示するように、抵抗Ｒ２９に流れる電流は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅに比例している。図１０（ａ）は、この時のバイポーラトランジスタＱ２０のコレクタ電流Ｉｃ（Ｑ２０）（トランスリニア回路４が発生する電流）を例示したグラフである。図１０（ｂ）は、バイポーラトランジスタの安全動作領域と負荷ＲＬに流れる電流（保護対象バイポーラトランジスタのエミッタ電流）とを例示したグラフである。「Ｉｓｏａ（ｃｏｎｓｔ）」は、連続信号における安全動作領域を示している。また、「Ｉ（Ｅ）」は、負荷ＲＬに流れる電流を示している。図１０（ｃ）は、プロテクト端子ＰＲＯに出力される検出信号を例示したグラフである。図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、負荷ＲＬに流れる電流が、安全動作領域Ｉｓｏａ（ｃｏｎｓｔ）を超えた場合に、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力されている。また、バイポーラトランジスタＱ２０のコレクタ電流は、安全動作領域の曲線部に比例していることがわかる。
以上説明したように、トランジスタの安全動作領域は、直線部と曲線部とを有する。本実施形態では、定電流回路２は、安全動作領域の直線部に対応する定電流を発生する。また、バイポーラトランジスタＱ２３は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２３は、エミッタが、定電流回路２に接続されている。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、定電流回路２が発生した電流、すなわち、安全動作領域の直線部を超えると、バイポーラトランジスタＱ２３は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ２３がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ２４は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子ＰＲＯに、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
また、バイポーラトランジスタＱ２５は、ベースに、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給される。また、バイポーラトランジスタＱ２５は、エミッタが、トランスリニア回路４に接続されている。従って、負荷ＲＬに流れる電流を一定の割合で分流した電流が、トランスリニア回路４から供給される電流、すなわち、安全動作領域の曲線部を超えると、バイポーラトランジスタＱ２５は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してハイレベルの電位となり、オンの状態となる。バイポーラトランジスタＱ２５がオンの状態となると、バイポーラトランジスタＱ２４は、ベースの電圧がエミッタの電圧に対してローレベルの電位となり、オンの状態となる。これにより、プロテクト端子ＰＲＯに、検出信号として、電位がハイレベルの電圧が出力される。
このように、本実施形態によれば、バイポーラトランジスタＱ２３〜Ｑ２５を用いた、簡易な回路構成の検出回路５により、検出信号を発生することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
上述の実施形態においては、保護対象トランジスタとして、バイポーラトランジスタを例示した。これに限らず、保護回路１は、例えば、ＭＯＳトランジスタにも利用可能である。ＭＯＳトランジスタの場合、端子間電圧は、ドレイン−ソース間電圧となる。
本発明は、トランジスタの保護回路に好適に採用され得る。
１ 保護回路
２ 定電流回路
３ 比例電流回路
４ トランスリニア回路
５ 検出回路
Ｄ２ ツェナーダイオード（第１ツェナーダイオード）
Ｄ３ ツェナーダイオード（第２ツェナーダイオード）
Ｄ６ ツェナーダイオード（第３ツェナーダイオード）
Ｄ７ ツェナーダイオード（第４ツェナーダイオード）
Ｉ５ 電流源（第１電流源）
Ｉ６ 電流源（第２電流源）
Ｉ７ 電流源（第２電流源）
Ｑ１ バイポーラトランジスタ（第６バイポーラトランジスタ）
Ｑ２ バイポーラトランジスタ（第７バイポーラトランジスタ）
Ｑ３ バイポーラトランジスタ（第８バイポーラトランジスタ）
Ｑ４ バイポーラトランジスタ（第１バイポーラトランジスタ）
Ｑ５ バイポーラトランジスタ（第２バイポーラトランジスタ）
Ｑ６ バイポーラトランジスタ（第５バイオーラトランジスタ）
Ｑ７ バイポーラトランジスタ（第３バイポーラトランジスタ）
Ｑ８ バイポーラトランジスタ（第４バイポーラトランジスタ）
Ｑ９ バイポーラトランジスタ（第９バイポーラトランジスタ）
Ｑ１０ バイポーラトランジスタ（第１０バイポーラトランジスタ）
Ｑ１１ バイポーラトランジスタ（第１バイポーラトランジスタ）
Ｑ１２ バイポーラトランジスタ（第２パイポーラトランジスタ）
Ｑ１３ バイポーラトランジスタ（第１１バイポーラトランジスタ）
Ｑ１４ バイポーラトランジスタ（第１４バイポーラトランジスタ）
Ｑ１５ バイポーラトランジスタ（第１２バイポーラトランジスタ）
Ｑ１６ バイポーラトランジスタ（第１３バイポーラトランジスタ）
Ｑ１７ バイポーラトランジスタ（第１５バイポーラトランジスタ）
Ｑ１８ バイポーラトランジスタ（第１６バイポーラトランジスタ）
Ｑ１９ バイポーラトランジスタ（第１１バイポーラトランジスタ）
Ｑ２０ バイポーラトランジスタ（第１４バイポーラトランジスタ）
Ｑ２１ バイポーラトランジスタ（第１２バイポーラトランジスタ）
Ｑ２２ バイポーラトランジスタ（第１３バイポーラトランジスタ）
Ｑ２３ バイポーラトランジスタ（第１７バイポーラトランジスタ）
Ｑ２４ バイポーラトランジスタ（第１８バイポーラトランジスタ）
Ｑ２５ バイポーラトランジスタ（第１９バイポーラトランジスタ）
Ｒ１ 抵抗（第１抵抗）
Ｒ２ 抵抗（第２抵抗）
Ｒ３ 抵抗（第３抵抗）
Ｒ４ 抵抗（第４抵抗）
Ｒ５ 抵抗（第５抵抗）
Ｒ６ 抵抗（第６抵抗）
Ｒ７ 抵抗（第７抵抗）
Ｒ８ 抵抗（第８抵抗）
Ｒ９ 抵抗（第９抵抗）
Ｒ１２ 抵抗（第１抵抗）
Ｒ１３ 抵抗（第２抵抗）
Ｒ１５ 抵抗（第２１抵抗）
Ｒ１６ 抵抗（第１０抵抗）
Ｒ１７ 抵抗（第１１抵抗）
Ｒ１８ 抵抗（第１２抵抗）
Ｒ１９ 抵抗（第１３抵抗）
Ｒ２０ 抵抗（第１４抵抗）
Ｒ２２ 抵抗（第１５抵抗）
Ｒ２３ 抵抗（第１６抵抗）
Ｒ２４ 抵抗（第１７抵抗）
Ｒ２５ 抵抗（第１８抵抗）
Ｒ２７ 抵抗（第１９抵抗）
Ｒ２８ 抵抗（第２０抵抗）
Ｒ２９ 抵抗（第２１抵抗）

Claims (11)

  1. 保護対象トランジスタの端子間電圧に比例した電流の逆数に比例した電流を発生するトランスリニア回路と、
    前記保護対象トランジスタに接続された負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、前記トランスリニア回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生する検出回路と、
    を備えることを特徴とする保護回路。
  2. ベースとコレクタとに、前記端子間電圧に比例した電流が供給され、エミッタが、接地電位に接続された、ｎｐｎ型の第１バイポーラトランジスタをさらに備え、
    前記トランスリニア回路は、
    ベースが、前記第１バイポーラトランジスタのベースに接続され、ベースに、前記端子間電圧に比例した電流が供給され、コレクタに、電圧が供給され、エミッタが、接地電位に接続された、ｎｐｎ型の第２バイポーラトランジスタと、
    ベースとコレクタとが、第１電流源に接続され、エミッタが、第４バイポーラトランジスタのベースとコレクタとに接続された、ｎｐｎ型の第３バイポーラトランジスタと、
    ベースとコレクタとが、前記第３バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが接地電位に接続された、ｎｐｎ型の前記第４バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第１電流源と前記第３バイポーラトランジスタのベースとに接続され、コレクタが、前記検出回路に接続され、エミッタが、前記第２バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｎｐｎ型の第５バイポーラトランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
  3. 前記端子間電圧に比例した電流を発生する比例電流回路をさらに備え、
    前記比例電流回路は、
    前記端子間電圧が供給され、アノードが、第３抵抗を介して、第８バイポーラトランジスタのベースに接続され、第４抵抗を介して、前記第８バイポーラトランジスタのエミッタに接続された、第１ツェナーダイオードと、
    前記端子間電圧が供給され、アノードが第５抵抗を介して、前記第８バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、降伏電圧が前記第１ツェナーダイオードよりも高い第２ツェナーダイオードと、
    ベースが、前記第３抵抗を介して、前記第１ツェナーダイオードのアノードに接続され、コレクタが、前記トランスリニア回路に接続され、エミッタが、前記第４抵抗を介して、前記第１ツェナーダイオードのアノードに接続され、前記第５抵抗を介して、前記第２ツェナーダイオードのアノードに接続された、ｐｎｐ型の前記第８バイポーラトランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の保護回路。
  4. 前記検出回路は、
    ベースに、第６抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第７抵抗と第８抵抗とを介して、電圧が供給され、ベースが、前記トランスリニア回路に接続され、エミッタが、前記負荷に接続された、ｎｐｎ型の第９バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第７抵抗と前記第８抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１０バイポーラトランジスタと、
    前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第９抵抗と、
    を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護回路。
  5. 前記トランスリニア回路は、
    ベースとコレクタとから、前記端子間電圧に比例した電流が流れ、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１１バイポーラトランジスタと、
    ベースとコレクタとが、第２電流源に接続され、エミッタが、第１３バイポーラトランジスタのベースとコレクタとに接続された、ｐｎｐ型の第１２バイポーラトランジスタと、
    ベースとコレクタとが、前記第１２バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、エミッタに電圧が供給される、ｐｎｐ型の前記第１３バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第２電流源と前記第１２バイポーラトランジスタのベースとに接続され、コレクタが、前記検出回路に接続され、エミッタが、前記第１１バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｐｎｐ型の第１４バイポーラトランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
  6. 前記端子間電圧に比例した電流を発生する比例電流回路をさらに備え、
    前記比例電流回路は、
    前記端子間電圧が供給され、カソードが、第２１抵抗を介して、前記第１１バイポーラトランジスタのコレクタとベースとに接続された、第３ツェナーダイオードと、
    前記端子間電圧が供給され、カソードが、第２２抵抗を介して、前記第１１バイポーラトランジスタのコレクタに接続され、降伏電圧が前記第３ツェナーダイオードよりも高い第４ツェナーダイオードと、
    を有することを特徴とする請求項５に記載の保護回路。
  7. 前記検出回路は、
    ベースに、第１０抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第１１抵抗と第１２抵抗とを介して、電圧が供給され、エミッタが、前記トランスリニア回路に接続された、ｎｐｎ型の第１５バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第１１抵抗と前記第１２抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１６バイポーラトランジスタと、
    前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第１３抵抗と、
    前記負荷と前記第１５バイポーラトランジスタのエミッタとの間に接続された第１４抵抗と、
    を有することを特徴とする請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の保護回路。
  8. 前記保護対象トランジスタの端子間電圧が供給されて定電流を発生する定電流回路をさらに備え、
    前記検出回路は、
    ベースに、第１５抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタに、第１６抵抗と第１７抵抗とを介して、電圧が供給され、エミッタが、前記定電流回路に接続された、ｎｐｎ型の第１７バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第１６抵抗と前記第１７抵抗との間に接続され、コレクタが、プロテクト端子に接続され、エミッタに、電圧が供給される、ｐｎｐ型の第１８バイポーラトランジスタと、
    前記負荷と前記保護対象トランジスタの一方の端子との間に接続された第１８抵抗と、
    ベースに、第１９抵抗を介して、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が供給され、コレクタが、前記第１８バイポーラトランジスタのベースに接続され、エミッタが、前記トランスリニア回路に接続された、ｎｐｎ型の第１９バイポーラトランジスタと、
    前記第１９バイポーラトランジスタのエミッタと前記負荷との間に接続された、第２０抵抗と、
    を有することを特徴とする請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の保護回路。
  9. 前記保護対象トランジスタの端子間電圧が供給されて定電流を発生する定電流回路をさらに備え、
    前記検出回路は、さらに、前記負荷に流れる電流を一定の割合で分流した電流が、前記定電流回路が発生した電流よりも大きい場合に、検出信号を発生することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護回路。
  10. 前記定電流回路は、
    ベースに、第１抵抗を介して、前記端子間電圧が供給され、コレクタに、前記端子間電圧が供給され、エミッタが、第７バイポーラトランジスタのベースに接続された、ｎｐｎ型の第６バイポーラトランジスタと、
    ベースが、前記第６バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、コレクタが、前記第１抵抗と前記第６バイポーラトランジスタのベースと、に接続され、エミッタとベースとの間に第２抵抗が接続された、ｎｐｎ型の前記第７バイポーラトランジスタと、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の保護回路。
  11. 前記保護対象トランジスタは、バイポーラトランジスタであり、
    前記端子間電圧は、コレクタ−エミッタ間電圧であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護回路。
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