JP3042134B2 - パワートランジスタ温度保護回路装置 - Google Patents

パワートランジスタ温度保護回路装置

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JP3042134B2
JP3042134B2 JP4034686A JP3468692A JP3042134B2 JP 3042134 B2 JP3042134 B2 JP 3042134B2 JP 4034686 A JP4034686 A JP 4034686A JP 3468692 A JP3468692 A JP 3468692A JP 3042134 B2 JP3042134 B2 JP 3042134B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ベース領域とエミッタ
領域が二重拡散プロセスで形成されたシリコンパワート
ランジスタの温度を短時間に検出するパワートランジス
タ温度保護回路装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、パワートランジスタ温度保護回路
装置は、電力制御分野で使用されるパワートランジスタ
の重要な保護機能として様々な形で組み入れられてい
る。
【0003】以下図面を参照しながら、上述した従来の
パワートランジスタ温度保護回路装置の一例について説
明する。
【0004】図3(a),(b)は従来の混成集積回路
装置の一例を示すものである。図3(a)において、1
はベース領域とエミッタ領域が二重拡散プロセスで形成
されたシリコンパワートランジスタチップ、6はコレク
タ端に接続した銅ヒートシンク、7はベース端、8はエ
ミッタ端、12は別体のシリコンチップで形成されたI
C集積回路、14は電圧源、18は定電流源、20は温
度検出出力トランジスタ、21は出力端のプルアップ抵
抗、25は電源端、26は出力端、24はグランド端、
27,28はそれぞれ検出温度設定用の抵抗、29は温
度検出トランジスタである。
【0005】また、図3(b)は、図3(a)を使用し
た実装形態の一例を示すもので、図3(a)と同一の番
号は同じものを示している。6は銅材で形成されたコレ
クタ端、30は混成集積回路実装基板、31は集積回路
を配線するボンディングワイヤーである。
【0006】以上のように構成されたパワートランジス
タ温度保護回路装置について、以下その構成について説
明する。
【0007】まず、混成集積回路実装基板30の上に形
成されたシリコンパワートランジスタ1は、電力制御分
野の電力制御部分に使用される。この時発生するコレク
タ損失は発熱として、シリコンパワートランジスタ1か
ら銅材で形成されたコレクタ端6を伝達して放熱する。
この発熱は、混成集積回路実装基板30を介して別体の
シリコン片で形成されたIC集積回路12に伝わり、温
度検出トランジスタ29が所定の温度に到達すると、温
度検出出力端26がオン(L→H)となるような構成に
なっている。一般にシリコンパワートランジスタ1で許
容されるコレクタ損失は、ある有限の値を持っており、
その許容限度を越えて発熱すると熱破壊にいたる。
【0008】また、図4は、ベース領域とエミッタ領域
を二重拡散プロセスで形成したトランジスタの断面図で
ある。図4において、32はエミッタ領域、33はベー
ス領域、34はコレクタ高比抵抗領域、35はコレクタ
高不純物濃度領域、36はコレクタ裏面部である。図4
で示されるようにベース領域とエミッタ領域を二重拡散
プロセスで形成するバイポーラトランジスタでは、個別
素子を電気的に完全分離するための拡散工程がない。特
にコレクタ電極は共通電極として配置するため、複数の
能動素子あるいは受動素子を組み合わせた機能回路を形
成することは不可能で、パワートランジスタチップ上で
の温度保護回路の形成は不可能である。それで、パワー
トランジスタ温度保護回路装置は、パワートランジスタ
チップとは別体の基板上に形成するのが一般的である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来のパワートランジスタ温度保護回路装置の構成
では、温度検出トランジスタ29が別体のシリコン片で
形成されたIC集積回路12上に形成されているため、
熱伝達の遅延時間と、シリコンパワートランジスタ1間
の熱抵抗により、温度勾配が発生する。そのため、極め
て短い時間(数十ミリセカンド〜数百ミリセカンド)に
シリコンチップ1の急激な発熱温度を検出することは不
可能であるという問題点を有していた。
【0010】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、シリ
コンパワートランジスタの異常発熱に対して、極めて短
時間のうちにシリコンパワートランジスタのチップ温度
検出を可能にするパワートランジスタ温度保護回路装置
を提供することを目的としてなされたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のパワートランジスタ温度保護回路装置は、ベ
ース領域とエミッタ領域が二重拡散プロセスで形成され
たシリコンパワートランジスタと、前記シリコンパワー
トランジスタと同体のシリコンチップ上に形成され前記
シリコンパワートランジスタとは電気的に絶縁されたあ
る一定の面積のベース領域とエミッタ領域を有しダーリ
ントン接続された第一および第二のトランジスタと、前
記シリコンパワートランジスタとは別体の実装基板上に
形成され前記ダーリントン接続された第一のトランジス
タのベースと第二のトランジスタのエミッタとの間のベ
ース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検出
するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、前記ベース
・エミッタ電圧検出部はベース・エミッタ間電圧の電圧
オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し前記第一の
トランジスタのベースと第二のトランジスタのエミッタ
との間のベース・エミッタ間電圧から前記シリコンパワ
ートランジスタが前記バイアス抵抗で任意に設定する所
定の温度になったことを検出できることを特徴とするも
のである。
【0012】
【作用】本発明は上記した構成によって、シリコンパワ
ートランジスタのチップ温度を同体のシリコン上に形成
されたダーリントントランジスタのベース・エミッタ電
圧の変化で任意に設定する所定の温度になったことを検
出させるものである。ダーリントントランジスタがシリ
コンパワートランジスタと同体のシリコンチップ上にあ
るため、極めて短時間に検出でき、設定温度は外部から
バイアス抵抗で電圧オフセットを調節することで可変す
ることができ、極めて自由度の高いチップ温度検出が可
能となる。
【0013】
【実施例】以下本発明のパワートランジスタ温度保護回
路装置の実施例について、図1〜図2を参照しながら詳
細に説明する。
【0014】図1(a)、(b)は本発明の第一の実施
例におけるパワートランジスタ温度保護回路装置の基本
構成を示すものである。
【0015】図1(a)において、1はベース領域とエ
ミッタ領域が二重拡散プロセスで形成されたNPNタイ
プのシリコンチップ、2はパワートランジスタ部、3は
ダーリントン接続された第一のトランジスタ、4はダー
リントン接続された第二のトランジスタ、5はダーリン
トン接続された第二のトランジスタ4のベース・エミッ
タ間に接続されたリーク抵抗、6はコレクタ端、7はベ
ース端、8はエミッタ端、9はダーリントン接続された
第一のトランジスタ3のベース端、10はダーリントン
接続された第二のトランジスタ4のエミッタ端、11は
電圧オフセット調整用バイアス抵抗、12は別体のシリ
コン片で形成されたIC集積回路部、13,17は、そ
れぞれダーリントン接続されたトランジスタのベース・
エミッタ間電圧を検出するダイオード接続されたトラン
ジスタとトランジスタ、14は電圧源、15,16はそ
れぞれ検出温度設定用の抵抗、18は定電流源、19は
ベース・エミッタ電圧検出部、20は温度検出出力トラ
ンジスタ、21は出力端のプルアップ抵抗、22はダー
リントン接続された第二のトランジスタ4のエミッタ端
10に接続した第一の入力端、23はダーリントン接続
された第一のトランジスタ3のベース端9に接続した第
二の入力端、24は基準グランド端、25は電源端、2
6は出力端である。
【0016】また、図1(b)は、図1(a)を使用し
た実装形態の一例を示すもので、図1(a)と同一の番
号は同じものを示している。6は銅材で形成されたコレ
クタ端、30は混成集積回路実装基板、31は集積回路
と混成集積回路実装基板を接続するボンディングワイヤ
ーである。
【0017】以上のように構成されたパワートランジス
タ温度保護回路装置について、以下その動作について説
明する。
【0018】まず、混成集積回路実装基板30の上に形
成されたパワートランジスタ部2は、電力制御回路の制
御部分に使用される。この時発生するコレクタ損失は発
熱として、シリコンチップ1から銅材で形成されたコレ
クタ端6を伝達して放熱する。一方この発熱は同一のシ
リコン片上にあるダーリントン接続されたトランジスタ
にも伝達される。この熱の到達時間は一般的には数十ミ
リセカンド〜数百ミリセカンド以内に伝達される。この
発熱でダーリントン接続されたトランジスタのベース・
エミッタ間電圧(VBE)は、温度に対してほぼ直線的に
変化する(約−4mV/℃)良好な温度センサーとして
の働きをする。検出温度設定用抵抗15、16と外部の
電圧オフセット調整用抵抗11の設定で決まる所定の温
度に到達すると、温度検出出力端26がオン(L→H)
となるような動作をする。
【0019】なお、ダーリントン接続された第二のトラ
ンジスタ4のベース・エミッタ間に接続されたリーク抵
抗5は、所定の温度を高い温度(150℃〜200℃)
に設定するためトランジスタで不可避の逆バイアス時の
リーク電流が高温度で指数関数的に増大するために誤動
作する現象を回避させるために挿入している。
【0020】以上のように本実施例によれば、温度検出
用のダーリントン接続された第一、第二のトランジスタ
3、4をシリコンパワートランジスタ2と同体のシリコ
ンチップ上に形成することにより、シリコンパワートラ
ンジスタ2の発熱を短時間(数十ミリセカンド〜数百ミ
リセカンド以内)に検出できるので、過大な電力印加に
よってシリコンパワートランジスタ2が熱破壊される臨
界温度以下の検出を可能にする優れた温度センサーを提
供することによって、チップ破壊を未然に防止すること
ができるものである。
【0021】図2は本発明の第二の実施例における混成
集積回路装置の基本構成を示すものである。
【0022】図2において、1はベース領域とエミッタ
領域が二重拡散プロセスで形成されたPNPタイプのシ
リコンチップ、2はPNPパワートランジスタ部、3は
ダーリントン接続された第一のトランジスタ、4はダー
リントン接続された第二のトランジスタ、5はダーリン
トン接続された第二のトランジスタ4のベース・エミッ
タ間に接続されたリーク抵抗、6はコレクタ端、7はベ
ース端、8はエミッタ端、9はダーリントン接続された
第一のトランジスタ3のベース端、10はダーリントン
接続された第二のトランジスタ4のエミッタ端、11は
電圧オフセット調整用バイアス抵抗、12は別体のシリ
コン片で形成されたIC集積回路部、13,17は、そ
れぞれダーリントン接続されたトランジスタのベース・
エミッタ間電圧を検出するダイオード接続されたトラン
ジスタとトランジスタ、14は電圧源、15,16はそ
れぞれ検出温度設定用の抵抗、18は定電流源、19は
ベース・エミッタ電圧検出部、20は温度検出出力トラ
ンジスタ、21は出力端のプルアップ抵抗、22はダー
リントン接続された第二のトランジスタ4のエミッタ端
10に接続した第一の入力端、23はダーリントン接続
された第一のトランジスタ3のベース端9に接続した第
二の入力端、24は基準グランド端、25は電源端、2
6は出力端、である。
【0023】この実施例では、シリコンチップ1にPN
Pタイプを用いたもので、全ての能動素子および電源の
極性を逆にして構成することにより、NPNタイプと同
一の機能を果たすことができる。この場合、温度センサ
ーはあくまで、ダーリントン接続のトランジスタのベー
ス・エミッタ電圧であるので、集積回路部のラテラルP
NPなどの特性の影響はなく、NPNと同等の特性を容
易に得ることができる。なお、12は別体のシリコン片
で形成されたIC集積回路部としたが、個別素子(ディ
スクリート素子)で形成した回路部で構成してもよい。
また、30は混成集積回路実装基板としたが、一般的な
プリント基板で構成してもよい。また、1はベース領域
とエミッタ領域が二重拡散プロセスで形成されたNPN
またはPNPタイプのシリコンチップとして混成集積回
路実装基板上に形成したが、NPNまたはPNPタイプ
の個別素子として構成してもよいので、電力制御産業分
野の全般にわたって、広範囲の応用が期待できる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明は、温度検出用のダ
ーリントン接続された第一、第二のトランジスタをシリ
コンパワートランジスタと同体のシリコンチップ上に形
成することにより、シリコンパワートランジスタの発熱
を短時間(数十ミリセカンド〜数百ミリセカンド以内)
に検出できるので、過大な電力印加によってシリコンパ
ワートランジスタが熱破壊される臨界温度以下の検出を
可能にする優れた温度センサーを提供することによっ
て、チップ破壊を未然に防止することを可能にするもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例におけるパワー
トランジスタ温度保護回路装置の基本構成図 (b)は本発明の第1の実施例におけるパワートランジ
スタ温度保護回路装置の基本構造図
【図2】本発明の第2の実施例におけるパワートランジ
スタ温度保護回路装置の基本構成図
【図3】(a)は従来のパワートランジスタ温度保護回
路装置の基本構成図 (b)は従来のパワートランジスタ温度保護回路装置の
基本構造図
【図4】本発明に適用したベース領域とエミッタ領域が
二重拡散プロセスで形成されたシリコンチップの基本構
造図
【符号の説明】
1 ベース領域とエミッタ領域が二重拡散プロセスで形
成されたNPNまたはPNPタイプのシリコンチップ 2 パワートランジスタ部 3 ダーリントン接続された第一のトランジスタ 4 ダーリントン接続された第二のトランジスタ 5 リーク抵抗 6 コレクタ端 7 ベース端 8 エミッタ端 9 ダーリントントランジスタのベース端 10 ダーリントントランジスタのエミッタ端 11 電圧オフセット調整用の抵抗 12 別体のシリコンチップで構成されたIC集積回路
部 13 ダイオード接続されたトランジスタ 14 電圧源 15 抵抗 16 抵抗 17 トランジスタ 18 定電流源 19 ベース・エミッタ電圧検出部 20 温度検出出力トランジスタ 21 プルアップ抵抗 22 ダーリントン接続されたトランジスタのエミッタ
端に接続した第一の入力端 23 ダーリントン接続されたトランジスタのベース端
に接続した第二の入力端 24 基準グランド端 25 電源端 26 出力端 30 混成集積回路実装基板 31 ボンディングワイヤー 32 エミッタ領域 33 ベース領域 34 コレクタ高比抵抗領域 35 コレクタ高不純物濃度領域 36 コレクタ裏面部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベース領域とエミッタ領域が二重拡散プ
    ロセスで形成されたシリコンパワートランジスタと 前記シリコンパワートランジスタと同体のシリコンチッ
    プ上に形成され前記シリコンパワートランジスタとは電
    気的に絶縁されたある一定の面積のベース領域とエミッ
    タ領域を有しダーリントン接続された第一および第二の
    トランジスタと、 前記シリコンパワートランジスタとは別体の実装基板上
    に形成され前記ダーリントン接続された第一のトランジ
    スタのベースと第二のトランジスタのエミッタとの間の
    ベース・エミッタ間電圧が所定の電圧になったことを検
    出するベース・エミッタ電圧検出部とを備え、 前記ベース・エミッタ電圧検出部はベース・エミッタ間
    電圧の電圧オフセットを調整できるバイアス抵抗を有し
    前記第一のトランジスタのベースと第二のトランジスタ
    のエミッタとの間のベース・エミッタ間電圧から前記シ
    リコンパワートランジスタが前記バイアス抵抗で任意に
    設定する所定の温度になったことを検出できる ことを特
    徴とするパワートランジスタ温度保護回路装置。
  2. 【請求項2】 ベース・エミッタ電圧検出部の形成され
    た実装基板が混成集積回路実装基板であることを特徴と
    する請求項1記載のパワートランジスタ温度保護回路装
    置。
  3. 【請求項3】 ベース・エミッタ電圧検出部の形成され
    た実装基板がプリント基板であることを特徴とする請求
    項1記載のパワートランジスタ温度保護回路装置。
  4. 【請求項4】 ーリントン接続された第二のトランジ
    スタのベース・エミッタ間にリーク抵抗を接続したこと
    を特徴とする請求項1記載のパワートランジスタ温度保
    護回路装置。
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