JP2542582B2 - Inductance load drive circuit - Google Patents
Inductance load drive circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は駆動回路に関し、特にインダクタンス負荷を
高速駆動した場合の誤動作防止及び出力トランジスタの
破壊防止を達成する駆動回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive circuit, and more particularly to a drive circuit that prevents malfunction and destruction of output transistors when an inductance load is driven at high speed.
一般に、インダクタンス負荷駆動回路は自動車電装の
分野でエンジンコントロールシステムおよびトランスミ
ッション制御システム等においてソレノイドを駆動する
為の回路であり、入力信号により出力トランジスタをス
イッチングさせ、ソレノイドコイルに電流を流す又は電
流を切ることにより、リレー等のインダクタンス負荷を
接断しエンジン及びトランスミッションの制御を行な
う。In general, an inductance load drive circuit is a circuit for driving a solenoid in an engine control system, a transmission control system, etc. in the field of automobile electrical equipment, and switches an output transistor according to an input signal to supply or cut off a current to a solenoid coil. As a result, the inductance load such as a relay is disconnected and the engine and the transmission are controlled.
第2図は従来の駆動回路の例である。このインダクタ
ンス負荷駆動回路において、ドライブ素子2の出力がNP
NトランジスタQ2のベースに接続され、ドライブ素子2
の出力と出力端子4の間に抵抗R1,R2を接続し、エミッ
タを出力端子4にコレクタをNPNトランジスタQ2のベー
スに接続しベースを抵抗R1,R2の交点に接続したNPNトラ
ンジスタQ1を有し、NPNトランジスタQ2のエミッタが出
力端子4にNPNトランジスタQ2のコレクタが電源3に接
続されている。FIG. 2 shows an example of a conventional drive circuit. In this inductance load drive circuit, the output of drive element 2 is NP
It is connected to the base of the N-transistor Q 2, the drive element 2
NPN with resistors R 1 and R 2 connected between the output and the output terminal 4, the emitter connected to the output terminal 4, the collector connected to the base of the NPN transistor Q 2 , and the base connected to the intersection of the resistors R 1 and R 2. includes a transistor Q 1, the collector of the NPN transistor Q 2 emitter of NPN transistor Q 2 is the output terminal 4 is connected to a power source 3.
この駆動回路は入力端子1に印加される信号により出
力トランジスタQ2がドライブされてインダクタンス負荷
5を駆動又は遮断する。なお、抵抗R1,R2およびトラン
ジスタQ1から成る電流制限回路は、出力端子4が接地さ
れた場合、出力端子電流IOの増加によりトランジスタQ2
のベース・エミッタ間順方向電圧降下VBEが広がりトラ
ンジスタQ1のベース電位VBIが大きくなりトランジスタQ
1が導通しトランジスタQ2のドライブ電流の一部をバイ
パスし、出力端子電流IOの極端な増加を抑える作用をす
る。In this drive circuit, the output transistor Q 2 is driven by the signal applied to the input terminal 1 to drive or cut off the inductance load 5. It should be noted that, when the output terminal 4 is grounded, the current limiting circuit composed of the resistors R 1 and R 2 and the transistor Q 1 increases the output terminal current I O and causes the transistor Q 2
The base voltage-emitter forward voltage drop V BE of the transistor Q 1 spreads and the base potential V BI of the transistor Q 1 increases
1 conducts, bypasses a part of the drive current of the transistor Q 2 , and acts to suppress an extreme increase in the output terminal current I O.
前述した従来の駆動回路においては、高速のパルスで
駆動した場合、次の様な問題が生じる。つまり、第2図
において第3図の様な入力信号VINを印加した場合、時
刻t1において出力トランジスタQ2が非導通となり、イン
ダクタンス負荷5に流れる電流IOが遮断されると、イン
ダクタンス負荷5の逆起電力により電流IO′がクランプ
用ダイオード6を通して流れる為、出力端子電圧VOはダ
イオード6の順方向電圧降下VF6でクランプされ、地気
に対してVF6だけ低い電圧となる。ここで、ダイオード
6を流れる電流IO′とダイオード6の動作抵抗などの抵
抗成分により順方向電圧降下VF6の絶対値が大きくな
り、VF6がトランジスタQ2のベース・エミッタ間順方向
電圧降下VBE2ケ分、つまりVF6<−1.4Vとなると、トラ
ンジスタQ2のベース電位VB2は、VBE=0.7Vとすると、V
B2=−1.4V+0.7V=−0.7Vとなる為、N形半導体である
トランジスタQ1のコレクタ電位が半導体集積回路の基板
(この場合はP形半導体)の電位より下がることにな
り、寄生NPNトランジスタQNが形成される。たとえば、
第3図の様に入力信号VINの周波数を5kHz,デューティ50
%とした場合、出力トランジスタQ2が非導通である期間
t1〜t2は100μsと短い為、インダクタンス負荷5の逆
起電力は充分に放電しない。したがって、出力端子電圧
VOは−0.7Vのままとなり、寄生トランジスタQNは導通し
続け、電流INでトランジスタQ2をドライブする。In the above-mentioned conventional drive circuit, when driven by high-speed pulses, the following problems occur. That is, when the input signal V IN as shown in FIG. 3 is applied in FIG. 2 , the output transistor Q 2 becomes non-conductive at time t 1 and the current I O flowing through the inductance load 5 is cut off. Since the current I O ′ flows through the clamping diode 6 by the counter electromotive force of 5, the output terminal voltage V O is clamped by the forward voltage drop V F6 of the diode 6 and becomes a voltage lower than the ground by V F6. . Here, the absolute value of the forward voltage drop V F6 increases due to the current I O ′ flowing through the diode 6 and the resistance component such as the operating resistance of the diode 6, and V F6 becomes the forward voltage drop between the base and the emitter of the transistor Q 2. When V BE 2 units, that is, V F6 <−1.4 V, the base potential V B2 of the transistor Q 2 is V BE = 0.7 V
Since B2 = -1.4V + 0.7V = -0.7V, the collector potential of the transistor Q 1 which is an N-type semiconductor will be lower than the potential of the substrate of the semiconductor integrated circuit (P-type semiconductor in this case), and the parasitic NPN A transistor Q N is formed. For example,
As shown in Fig. 3, the frequency of the input signal V IN is 5 kHz and the duty is 50
%, The period during which the output transistor Q 2 is non-conducting
Since t 1 to t 2 are as short as 100 μs, the counter electromotive force of the inductance load 5 is not sufficiently discharged. Therefore, the output terminal voltage
V O will remain -0.7 V, the parasitic transistor Q N continues to conduct, driving the transistor Q 2 with a current I N.
これにより、入力信号VINがロウレベルからハイレベ
ルに変化してもトランジスタQ2は非導通にならない為、
出力端子電流IOは零とならず、電流ΔIO(ΔIO=IN×h
FEQ2;hFEはトランジスタQ2の直流電流増幅率)が流れて
しまい、インダクタンス負荷5を駆動した場合、入力信
号VINがロウレベルからハイレベルに変化してもこの負
荷5の状態が変化しないことがある。また、この時電源
3の電圧VCCが高くなると、出力トランジスタQ2が破壊
する可能性がある。つまり、第3図の時刻t0〜t1の間に
おいては、トランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間電圧
VCEは、トランジスタQ2が飽和状態となる為VCE≒1.2Vで
あり、出力端子電流IO=3AとしてもトランジスタQ2の消
費電力はPD=1.2V×3A=3.6Wであるが、時刻t1〜t2の間
においては、電源電圧VCC=30V、電流ΔIO=0.5Aとする
と、出力端子電圧VO=−1.4Vの為VCE=VCC−VO=30V−
(−1.4V)=31.4Vとなり、PD=31.4V×0.5A=15.7Wと
なる。したがって、過電力となりトランジスタQ2の安全
動作領域(SOA)を越えるためトランジスタQ2の破壊を
招く。As a result, the transistor Q 2 does not become non-conductive even when the input signal V IN changes from low level to high level.
The output terminal current I O does not become zero, and the current ΔI O (ΔI O = I N × h
FE Q 2 ; h FE flows the DC current amplification factor of transistor Q 2 , and when the inductance load 5 is driven, the state of this load 5 changes even if the input signal V IN changes from low level to high level. There are times when you don't. Further, at this time, if the voltage V CC of the power supply 3 becomes high, the output transistor Q 2 may be destroyed. That is, during the time t 0 to t 1 in FIG. 3, the collector-emitter voltage of the transistor Q 2 is
V CE is a V CE ≒ 1.2V for the transistor Q 2 is saturated, but the power consumption of the transistor Q 2 as an output terminal current I O = 3A is a P D = 1.2V × 3A = 3.6W in between times t 1 ~t 2, when the power supply voltage V CC = 30 V, the current [Delta] I O = 0.5A, since V CE = V CC -V O of the output terminal voltage V O = -1.4V = 30V-
(-1.4V) = 31.4V, P D = 31.4V x 0.5A = 15.7W. Thus, leading to destruction of the transistor Q 2 to cross the safe operating area of the transistor Q 2 becomes overpower (SOA).
本発明のインダクタンス負荷駆動回路は、ベースに入
力信号が供給されコレクタが第1の電源端子に接続され
エミッタが出力端子に接続された第1のトランジスタ
と、上記出力端子と第2の電源端子との間に接続された
インダクタンス負荷と、上記出力端子と第2の電源端子
との間に接続されたダイオードと、上記入力信号のレベ
ルと上記出力端子でのレベルとの差に応じた電圧がベー
スに印加され上記第1のトランジスタのベースとエミッ
タとの間にコレクタ・エミッタ通路が接続された第2の
トランジスタと、上記第1のトランジスタを高速駆動す
るときに上記第1のトランジスタのコレクタと上記第2
のトランジスタのコレクタとの間に形成される寄生トラ
ンジスタが出力する電流を上記第2のトランジスタに与
える第3のトランジスタであって、コレクタが上記第2
のトランジスタのベースに接続されエミッタが上記第2
の電源端子に接続されベースが上記第2のトランジスタ
のコレクタに接続された第3のトランジスタとを備える
ことを特徴とする。The inductance load drive circuit of the present invention includes: a first transistor having a base to which an input signal is supplied, a collector connected to a first power supply terminal, and an emitter connected to an output terminal; and the output terminal and the second power supply terminal. An inductance load connected between the output terminal and a diode connected between the output terminal and the second power supply terminal, and a voltage corresponding to the difference between the level of the input signal and the level at the output terminal. A second transistor having a collector-emitter path connected between the base and the emitter of the first transistor, and a collector of the first transistor and the collector of the first transistor when the first transistor is driven at high speed. Second
A third transistor which provides the second transistor with a current output by a parasitic transistor formed between the collector of the second transistor and the collector of the second transistor.
Is connected to the base of the transistor of
A third transistor whose base is connected to the power supply terminal of the second transistor and whose base is connected to the collector of the second transistor.
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図を参照すると、ドライブ素子2の出力がNPNト
ランジスタQ2のベースに接続され、ドライブ素子2の出
力と出力端子4との間に抵抗R1,R2が接続され、これら
の抵抗R1,R2の交点にNPNトランジスタQ1のベースを接続
し、トランジスタQ1のエミッタが出力端子4に接続さ
れ、トランジスタQ1のコレクタをトランジスタQ2のベー
スに接続している。ここで、抵抗R1,R2およびトランジ
スタQ1は電流制限回路を構成する。さらに、トランジス
タQ2のエミッタは出力端子4にかつコレクタは電源3に
接続されている。また、エミッタを接地し、ベースをト
ランジスタQ1のコレクタへかつコレクタをトランジスタ
Q1のベースに接続したPNPトランジスタQ3を有する。こ
のように構成されるインダクタンス負荷駆動回路は入力
端子1からの入力信号により動作し、出力端子4に接続
されたインダクタンス負荷5も駆動する。なお、符号6
はクランプ用ダイオードである。Referring to FIG. 1, the output of the drive element 2 is connected to the base of the NPN transistor Q 2 , resistors R 1 and R 2 are connected between the output of the drive element 2 and the output terminal 4, and these resistors R 1 and R 2 are connected. The base of the NPN transistor Q 1 is connected to the intersection of 1 and R 2 , the emitter of the transistor Q 1 is connected to the output terminal 4, and the collector of the transistor Q 1 is connected to the base of the transistor Q 2 . Here, the resistors R 1 and R 2 and the transistor Q 1 form a current limiting circuit. Further, the emitter of the transistor Q 2 is connected to the output terminal 4 and the collector is connected to the power supply 3. Also, ground the emitter, base to the collector of transistor Q 1 and collector to the transistor.
It has a PNP transistor Q 3 connected to the base of Q 1 . The inductance load driving circuit configured as described above operates according to the input signal from the input terminal 1, and also drives the inductance load 5 connected to the output terminal 4. Note that reference numeral 6
Is a diode for clamping.
次に一実施例の動作について述べる。 Next, the operation of one embodiment will be described.
第1図において、第3図の様な入力信号VINを印加し
た場合、従来回路と同様にトランジスタQ2が非導通とな
る時刻t1において出力端子電圧V0は−1.4Vまで下がりト
ランジスタQ2のベース電圧はVB2=−0.7Vとなり寄生ト
ランジスタQNが発生する。この寄生トランジスタQNは電
流INによりトランジスタQ2をドライブしようとするが、
トランジスタQ3が存在するため出力端子電圧V0=−1.4V
となった時点で寄生トランジスタQNが発生すると同時に
トランジスタQ3が導通し、電流IC3によってトランジス
タQ1をドライブする。これにより、トランジスタQ1はオ
ーバードライブされて飽和状態となり、トランジスタQ1
の出力飽和電圧VCE(sac)はトランジスタQ2のベース・
エミッタ間電圧VBEより小さくなり、さらにトランジス
タQNからの電流INも引き込む為、トランジスタQ2は導通
しない。その後、出力端子電圧V0は、クランプ用ダイオ
ード6の順方向電圧降下VF6でクランプされ、地気に対
してVF6だけ低い電圧、例えば−0.6Vでクランプされる
ので、導通していた寄生トランジスタQNをオフさせる。In FIG. 1, when the input signal V IN as shown in FIG. 3 is applied, the output terminal voltage V 0 drops to −1.4 V at time t 1 when the transistor Q 2 becomes non-conductive as in the conventional circuit. second base voltage V B2 = -0.7 V becomes parasitic transistor Q N is generated. This parasitic transistor Q N tries to drive the transistor Q 2 with the current I N ,
Output terminal voltage V 0 = -1.4V because transistor Q 3 exists
At that time, the parasitic transistor Q N is generated, and at the same time, the transistor Q 3 becomes conductive, and the transistor Q 1 is driven by the current I C3 . This causes transistor Q 1 to be overdriven and saturated, and transistor Q 1
Output saturation voltage V CE (sac) of the base of transistor Q 2
Since it becomes smaller than the emitter-to-emitter voltage V BE and also draws the current I N from the transistor Q N , the transistor Q 2 does not conduct. After that, the output terminal voltage V 0 is clamped by the forward voltage drop V F6 of the clamping diode 6, and is clamped at a voltage lower than the ground by V F6 , for example, −0.6 V, so that the parasitic parasitic current that has been conducted. Turn off transistor Q N.
したがって、第3図における時刻t1〜t2の間において
インダクタンス負荷5に流入する電流ΔIOは無視できる
程度になる。第2図に示される従来回路の場合、ΔIOは
ΔIO=IN×hFEQ2で表され、IN=3.3mA、hFEQ2=150とす
ると、ΔIO=0.50Aとなる。一方、上述した実施例の場
合には、ΔIO=ICQ1+IBQ1で表され、ICQ1=IN=3.3mA
であり、IBQ1=ICQ3であり、トランジスタQ1は飽和して
おり飽和状態のhFEは小さくhFE=10とすると、IBQ1=IC
Q3=IN/10=0.33mAとなる。よって、この実施例の場合
には、ΔIOは、ΔIO=3.3mA+0.33mA=3.63mAとなる。
以上の結果、本実施例のΔIOと従来回路のΔIOとを比較
すると、3.63mA(本実施例)《0.50A(従来回路)と本
実施例のΔIOは無視できる値であり、実質的に流れない
といっても差し支えない。また、仮に、3.63mAを考えた
としても、その時の消費電力PDは、PD=31.4V×3.63mA
=0.1Wであり安全動作領域(SOA)を越えることはな
い。Therefore, the current ΔI O flowing into the inductance load 5 between times t 1 and t 2 in FIG. 3 becomes negligible. In the case of the conventional circuit shown in FIG. 2, ΔI O is represented by ΔI O = I N × h FE Q 2 , and if I N = 3.3 mA and h FE Q 2 = 150, then ΔI O = 0.50 A . On the other hand, in the case of the above-mentioned embodiment, ΔI O = I C Q 1 + I B Q 1 , and I C Q 1 = I N = 3.3 mA
And I B Q 1 = I C Q 3 , and assuming that transistor Q 1 is saturated and h FE in the saturated state is small and h FE = 10, I B Q 1 = I C
Q 3 = I N / 10 = 0.33mA. Therefore, in this embodiment, ΔI O is ΔI O = 3.3mA + 0.33mA = 3.63mA.
As a result, when comparing the [Delta] I O of [Delta] I O and the conventional circuit of this embodiment, a [Delta] I O is negligible values of the embodiment and 3.63MA (embodiment) "0.50 A (prior art circuit), substantially It doesn't matter if it doesn't flow. Moreover, even if 3.63 mA is considered, the power consumption P D at that time is P D = 31.4 V × 3.63 mA
= 0.1W, which does not exceed the safe operating area (SOA).
以上述べた様に本発明においては、高い周波数の入力
信号によって出力トランジスタを駆動し、インダクタン
ス負荷の逆起電力により寄生トランジスタが発生しても
出力トランジスタは確実に遮断するため、インダクタン
ス負荷を誤駆動することはない。また、電源電圧が高い
場合でも出力トランジスタの破壊を招くことはない。As described above, according to the present invention, the output transistor is driven by the high-frequency input signal, and even if the parasitic transistor is generated due to the back electromotive force of the inductance load, the output transistor is reliably cut off. There is nothing to do. Further, even when the power supply voltage is high, the output transistor is not destroyed.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図は従来
の一例を示す構成図、第3図は第2図に示す駆動回路の
動作を説明する図である。 2……ドライブ素子、3……電源、5……インダクタン
ス負荷、Q1,Q3……トランジスタ、Q2……出力トランジ
スタ、QN……寄生トランジスタ。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a conventional example, and FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the drive circuit shown in FIG. 2 ...... drive element, 3 ...... power, 5 ...... inductive load, Q 1, Q 3 ...... transistor, Q 2 ...... output transistor, Q N ...... parasitic transistor.
Claims (1)
1の電源端子に接続されエミッタが出力端子に接続され
た第1のトランジスタと、前記出力端子と第2の電源端
子との間に接続されたインダクタンス負荷と、前記出力
端子と第2の電源端子との間に接続されたダイオード
と、前記入力信号のレベルと前記出力端子でのレベルと
の差に応じた電圧がベースに印加され前記第1のトラン
ジスタのベースとエミッタとの間にコレクタ・エミッタ
通路が接続された第2のトランジスタと、前記第1のト
ランジスタを高速駆動するときに前記第1のトランジス
タのコレクタと前記第2のトランジスタのコレクタとの
間に形成される寄生トランジスタが出力する電流を前記
第2のトランジスタに与える第3のトランジスタであっ
て、コレクタが前記第2のトランジスタのベースに接続
されエミッタが前記第2の電源端子に接続されベースが
前記第2のトランジスタのコレクタに接続された第3の
トランジスタとを備えることを特徴とするインダクタン
ス負荷駆動回路。1. A first transistor having a base to which an input signal is supplied, a collector connected to a first power supply terminal, and an emitter connected to an output terminal; and a first transistor connected between the output terminal and a second power supply terminal. The inductance load, a diode connected between the output terminal and the second power supply terminal, and a voltage corresponding to the difference between the level of the input signal and the level at the output terminal is applied to the base. A second transistor having a collector-emitter passage connected between the base and the emitter of the first transistor; and a collector of the first transistor and the second transistor when the first transistor is driven at high speed. A third transistor for providing the second transistor with a current output by a parasitic transistor formed between the collector of the third transistor and the collector of Inductive load driving circuit emitter connected to the base of the second transistor is characterized in that it comprises a third transistor having a base connected to said second power supply terminal is connected to the collector of the second transistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61172190A JP2542582B2 (en) | 1986-07-21 | 1986-07-21 | Inductance load drive circuit |
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JPS6328128A JPS6328128A (en) | 1988-02-05 |
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