JP3006845B2 - 電圧降下の小さい極性反転保護手段を有するブリッジ回路 - Google Patents

電圧降下の小さい極性反転保護手段を有するブリッジ回路

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JP3006845B2
JP3006845B2 JP2069532A JP6953290A JP3006845B2 JP 3006845 B2 JP3006845 B2 JP 3006845B2 JP 2069532 A JP2069532 A JP 2069532A JP 6953290 A JP6953290 A JP 6953290A JP 3006845 B2 JP3006845 B2 JP 3006845B2
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    • H02H9/047Free-wheeling circuits

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Amplifiers (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、外部負荷、特に電気モータをDC駆動するた
め、NPNパワートランジスタを使用しかつサプライ極性
の偶発的な反転に対する保護手段を有する集積回路に関
する。
(従来技術とその問題点) 集積されたパワースイッチによりモータを双方向DC駆
動するため、接合分離技術を使用してモノリシック集積
された全ブリッジ又は半ブリッジ出力駆動段が知られ、
広く使用されている。このような集積パワー段では、N
型トランジスタ(バイポーラNPN又はNチャネルMOSトラ
ンジスタ)がP型トランジスタよりはるかに効果的であ
る。実際に、高レベル電流用のブリッジ又は半ブリッジ
回路は、N型のパワースイッチングトランジスタを使用
することで経済的に集積することができる。
この種の典型的な集積ブリッジ回路が第1図に示され
ている。2個のNPNパワートランジスタTN1及びTN2(ハ
イサイド)によりサプライの正極がスイッチされると、
2個の出力ターミナル1及び2を通して駆動対象のモー
タが接続される。そして、該ブリッジ回路は2個のパワ
ートランジスタTN3及びTN4(ローサイド)を備え、これ
らトランジスタの駆動により、出力ターミナル1及び2
がそれぞれサプライの負極(グランド)に接続される。
2個のハイサイドスイッチTN1及びTN2は、ベースに駆
動シグナルを受ける2個の駆動PNPトランジスタTP5及び
TP6によりそれぞれ駆動するのが一般的な技術である。
集積回路のグランドに接続されたP型基板SとN型コ
レクタCとの間の寄生ダイオード(第1図の回路ダイア
グラム中のD1及びD2)の存在は、第3図に示すように、
NPNトランジスタの接合型分離を使用する集積構造に固
有のものである。第3図に示すNPNトランジスタ集積構
造の断面斜視図で、そのような寄生ダイオードD1(D2)
が概略的に示されている。この断面図のハッチング部分
はP型領域を示し、ハッチングのない部分はN型領域を
示している。
集積NPNトランジスタTN1及びTN2の寄生ダイオードD1
及びD2は、サプライ極性が偶発的に反転すると直接バイ
アスされ、これらのダイオードを通る電流が破壊的なレ
ベルに達する。
この問題を解決するために、第2図に示したような回
路を使用することが従来から知られている。すなわち、
サプライが偶発的に逆極性で加えられたときに逆バイア
スのまま維持されて電流の流れを防止する極性ガードダ
イオードD3が使用されている。
しかし、この既知の解決法にも欠点がある。
実際に第1図の回路を見ると、負荷駆動ブリッジ回路
の全電圧降下(ブリッジの第1の対角)は次の式で与え
られる。
VCESAT(TP5)+VBE(TN1)+VCESAT(TN4) 又第2の対角については次式で与えられる。
VCESAT(TP6)+VBE(TN2)+VCESAT(TN3) 一方、第2図のガードダイオードが設けられた回路の
場合には、回路の全電圧降下は同様に次の式で与えられ
る(第1の対角)。
VF(D3)+VCESAT(TP5)+VBE(TN1)+VCESAT(TN4) 又第2の対角については次式で与えられる。
VF(D3)+VCESAT(TP6)+VBE(TN2)+VCESAT(TN3) サプライの極性反転に対する保護のためダイオードD3
を使用すると、通常の動作条件で約600mV〜1.2Vの付加
的な電圧降下VF(D3)を導入することになり、回路の
電気的な効率を低下させることは明白である。
(発明の目的と構成) 本発明によると、極性ガードダイオードの保護機能は
維持したまま、一方で該ガードダイオードにより生じる
付加的な電圧降下を減少させ、ほぼ零にすることを可能
にする。
この目的は、2個のハイサイド出力パワースイッチ
(NPNトランジスタ)を駆動させるために使用される2
個のPNPトランジスタのエミッタを、共通接続してパワ
ーサプライレールに直接接続することにより達成され
る。
本発明の回路の特徴と利点は、好ましい態様を例示し
た以下の詳細な説明を通して明らかになるであろう。
(図面の簡単な説明) 第1図は、接合型分離技術を利用してモノリシック集
積されたN型スイッチを使用する従来技術のブリッジ回
路を示す。
第2図は、従来技術による極性ガードダイオードを備
えた第1図と同じブリッジ回路を示す。
第3図は、NPNトランジスタの接合分離された集積構
造の概略的な断面斜視図である。
第4図は、PNPトランジスタの接合分離された集積構
造の概略的な断面斜視図である。
第5図は、本発明による出力ブリッジ回路である。
第6図は、本発明による出力ブリッジ回路の他の例で
ある。
(好ましい態様の説明) 第3図に示したNPN集積構造につき前述した点に関連
して第4図を見ると容易に理解できるように、PNPトラ
ンジスタTP5及びTP6のようなP型トランジスタの集積構
造は、N型構造とは逆に、エミッタ領域Eが、N型領域
(N型の埋設層とベースエピタキシャル領域Bの両者か
ら構成される)によりP型基板Sから分離されているP
型領域であるため、サプライの極性反転に対して本来的
に保護されている。従って、サプライレールに直接接続
されていても、サプライ電圧の極性にかかわらず電流の
通過を妨害する互いに逆の極性を有する直列接続された
ダイオードがある(回路記号により断面上に概略的に示
されている)。
ブリッジ回路を第5図に示すようにすることにより、
つまり、集積されたNPNパワースイッチTN1及びTN2を駆
動する2個のPNPトランジスタTP5及びTP6のエミッタを
直接、正のサプライレールに接続することにより、極性
ガードダイオードD3による付加的な電圧降下を実質的に
零にすることが可能であることが理解される。
実際に第5図のブリッジ回路の全電圧降下は、次の1
対の式の大きい方の式により与えられる(第1の対
角)。
VCESAT(TP6)+VBE(TN2)+VCESAT(TN3) 又は(他の対角)、 VCESAT(TP6)+VBE(TN2)+VCESAT(TN3) 及び(第1の対角)、 VF(D3)+VCESAT(TN1)+VCESAT(TN4) 又は(他の対角)、 VF(D3)+VCESAT(TN2)+VCESAT(TN3) である。
サプライ極性の偶発的な反転に対する保護はガードダ
イオードD3により確保され、一方、駆動ブリッジ回路の
電圧降下は保護ダイオードD3のない第1図のブリッジ回
路の電圧降下と実質的に近い値のままとなる。
ブリッジ回路を構成する集積デバイスの構造のディメ
ンジョンを適切にすることにより、次の式の条件を容易
に確保することができる。
VF(D3)VBE(TN1)VBE(TN2) (この値は0.6から1.2Vとして示される)及び、 VCESAT(TP5及びTP6)VCESAT(TN1及びTN2) (この値は約0.3から約1.0Vとして示される)。
本発明により提案される解決法は、当業者には明らか
であるように、次のように異なった型の集積デバイスに
適用することができる。
a)駆動回路に加えて、バイポーラNPNパワートランジ
スタTN1、TN2、TN3及びTN4及び2個の駆動PNPトランジ
スタTP5及びTP6を含んで成るモノリシックに集積された
全ブリッジ回路。
b)それぞれがトランジスタTN1、TN3及びTN5とトラン
ジスタTN2、TN4及びTP6とを含んで成る2個のモノリシ
ックに集積された半ブリッジ回路。
c)パワーNPNトランジスタTN1及びTN2と対応する駆動P
NPトランジスタTP5及びTP6とを含んで成る正のサプライ
レールに向かうダブルスイッチ。この回路はモノリシッ
ク又は個別のいずれかの形態の既知の回路とカップリン
グでき、これはバイポーラトランジスタ、MOSトランジ
スタ、SCR又は他の等価のパワーデバイスのいずれかを
利用するグランドに向かうスイッチTN3及びTN4を使用す
る。
これらの集積態様a)、b)及びc)のそれぞれにつ
き、サプライ極性反転に対するガードダイオードD3は、
該集積回路の特定の製造プロセスが許すのであればモノ
リシックに集積することもできるし、あるいは全体設計
の経済性に応じて個別の素子とすることもできる。
保護ダイオードD3は、2個のパワートランジスタTN1
又はTN2の一方のみと同じ電流を流し、該電流の2倍の
電流を流すことがない。これは、集積スイッチTN1及びT
N2の同時通電が駆動回路により排除されているからであ
る。
高レベルスパイクや「ダンプ」電圧条件がサプライ上
に生じ易い自動車の装置や、同様の環境で使用される集
積デバイス用として特に好ましい本発明の他の態様が第
6図に示されている。
第6図に示すように、ダイオードD3を等価の第1のツ
ェナーダイオードDZ3と置換し、かつ第2のツェナーダ
イオードZPをグランドレールとツェナーダイオードDZ3
のカソードとの間に接続することにより、トランジスタ
TP5及びTP6を、サプライ上の負及び正の電圧スパイクか
ら効率的に保護することができる。
通常の動作条件では、ツェナーダイオードDZ3が順方
向にバイアスされるので、通常のダイオード(第5図の
D3)と等価である。サプライ上に負のスパイクが存在す
る場合には、電流はZP、TN1及びTN2を順方向に流れ、か
つ逆バイアスされたツェナーダイオードDZ3を流れ、ト
ランジスタTP5及びTP6にかかる電圧をツェナーブレーク
ダウン電圧に制御する。正の電圧スパイクの場合には、
電流はDZ3を順通電条件で流れかつツェナーダイオードZ
Pを流れ、電圧を、ツェナーブレークダウン電圧又はツ
ェナーブレークダウン電圧にツェナーダイオードDZ3に
かかる順方向の電圧降下を加えた値に制限する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、接合型分離技術を利用してモノリシック集積
されたN型スイッチを使用する従来技術のブリッジ回路
を示し、第2図は、従来技術による極性ガードダイオー
ドを備えた第1図と同じブリッジ回路を示し、第3図
は、NPNトランジスタの接合分離された集積構造の概略
的な断面斜視図であり、第4図は、PNPトランジスタの
接合分離された集積構造の概略的な断面斜視図であり、
第5図は、本発明による出力ブリッジ回路であり、第6
図は、本発明による出力ブリッジ回路の他の例である。
フロントページの続き (72)発明者 ブルーノ ムラーリ イタリア国 モンツァ 20052 ビィア アルディゴ 1 (72)発明者 フランコ コンシグリエリ イタリア国 ピアツェンツァ 29100 ビィア エバンゲリスタ 14 (56)参考文献 特開 昭59−22363(JP,A) 特開 昭50−92664(JP,A) 実開 昭56−145860(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の出力ピンに接続されたエミッタを有
    し、該第1の出力ピンを正のサプライレールにスイッチ
    接続する第1のNPNトランジスタと、 第2の出力ピンに接続されたエミッタを有し、該第2の
    出力ピンを正のサプライレールにスイッチ接続する第2
    のNPNトランジスタと、 前記第1のNPNトランジスタのベースに接続されたコレ
    クタを有し、ベースに供給される駆動シグナルに従い前
    記第1のNPNトランジスタを駆動する第1のPNPトランジ
    スタと、 前記第2のNPNトランジスタのベースに接続されたコレ
    クタを有し、ベースに供給される駆動シグナルに従い前
    記第2のNPNトランジスタを駆動する第2のPNPトランジ
    スタと、 前記駆動シグナルにより駆動され、前記2個の出力ピン
    と負のサプライレールとの間に接続されたスイッチ手段
    と、 前記第1及び第2のNPNトランジスタの共通接続された
    コレクタに接続されたカソード及び正のサプライレール
    に接続されたアノードを有するガードダイオードと、 を少なくとも有した接合型分離技術によるモノリシック
    集積回路であり、前記2個の出力ピンを介して接続され
    た負荷を駆動するブリッジ回路において、 前記第1及び第2のPNPトランジスタの各エミッタが、
    前記ガードダイオードのアノードに接続された正のサプ
    ライレールに共通接続されていることを特徴とするブリ
    ッジ回路。
  2. 【請求項2】ガードダイオードが、ブリッジ回路の動作
    条件下で、第1又は第2のNPNトランジスタのベース−
    エミッタ電圧に実質的に等しい電圧降下を生じさせ、 第1及び第2のPNPトランジスタのコレクタ−エミッタ
    飽和電圧が、第1及び第2のNPNトランジスタのコレク
    タ−エミッタ飽和電圧に実質的に等しい請求項1に記載
    のブリッジ回路。
  3. 【請求項3】ガードダイオードがツェナーダイオードで
    あり、該ガードダイオードのカソードと負のサプライレ
    ールとの間に、前記ガードダイオードとは逆方向にして
    第2のツェナーダイオードが接続されている請求項1に
    記載のブリッジ回路。
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