JP3506489B2 - 逆バッテリ保護回路 - Google Patents

逆バッテリ保護回路

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JP3506489B2 JP15181894A JP15181894A JP3506489B2 JP 3506489 B2 JP3506489 B2 JP 3506489B2 JP 15181894 A JP15181894 A JP 15181894A JP 15181894 A JP15181894 A JP 15181894A JP 3506489 B2 JP3506489 B2 JP 3506489B2
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
    • H02H11/003—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection using a field effect transistor as protecting element in one of the supply lines

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、保護回路に関し、さら
に詳しくは、自動車用途の逆バッテリ保護(reverse bat
tery protection)回路に関するが、それに限定されるも
のではない。
【従来の技術】自動車産業で利用されるさまざまな種類
の電子集積回路（ＩＣ）が現在存在する。一般に、これ
らの回路の電源は、自動車の１２ボルト・バッテリから
生成される。しかし、バッテリに接続された自動車ＩＣ
は、例えば、ＩＣの破壊につながるバッテリに接続され
たＩＣのエピタキシャル層の順方向バイアスを防ぐた
め、バッテリが逆方向に接続されても耐えなければなら
ない。
【０００２】ＩＣ用の逆バッテリ保護を行うために従来
技術が行った試みとして、バッテリと集積回路との間の
直列ダイオードがあり、ここで集積回路がバッテリに逆
方向に接続されると、直列ダイオードが逆方向バイアス
され、電源電圧が集積回路に印加されるのを防ぐ。しか
し、直列ダイオード方法は低電圧性能が良くないので、
ダイオードの形状は供給電流要求の増加に伴い大きくな
る。
【０００３】集積回路用の逆バッテリ保護を行うために
従来技術で行った別の試みとして、バッテリと集積回路
との間で直列に飽和横形ＰＮＰトランジスタを設ける試
みがある。この方法では低電圧性能は悪くないが、横形
ＰＮＰのベース電流要求はワット損を増加し、ＰＮＰト
ランジスタの形状は供給電流要求の増加に伴い大きくな
る。
【０００４】集積回路用の逆バッテリ保護を行うために
従来技術で行った別の試みとして、バッテリと集積回路
との間に、パス・デバイス(pass device) としてチャー
ジ・ポンプ方式の逆ＴＭＯＳトランジスタを設ける試み
があり、ここでＴＭＯＳトランジスタは受動（抵抗性）
ゲート・ソース間終端を有する。しかし、この方法は、
ＴＭＯＳトランジスタを強化するため、チャージ・ポン
プからＤＣ電流を必要とし、ＴＭＯＳトランジスタのタ
ーン・オフ時間は受動ゲート終端の大きさによって制限
される。さらに、チャージ・ポンプは、電源電圧が逆方
向にされるときに高インピーダンスでなければならな
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、低電圧性能が
悪くなく、適度の供給電流を効率的に対処でき、チャー
ジ・ポンプからＤＣ電流を必要とせず、ターン・オフ時
間が高速な集積回路用の改善された逆バッテリ保護回路
が必要とされる。
【０００６】
【実施例】図１において、集積回路（ＩＣ）２６内に作
られ、バッテリ１２と端子２２との間で結合された逆バ
ッテリ保護回路１０を示す。端子２２はさらに追加回路
に結合され、ここでこの追加回路が逆バッテリ接続から
保護されることが期待される。ＩＣ２６は、保護回路１
０およびチャージ・ポンプ１８、ならびに端子２２に結
合された追加回路（図示せず）を含む。端子２４は、Ｉ
Ｃ２６の接地基準に結合される。
【０００７】保護回路１０は、端子１６に結合されたソ
ース電極を有するパス・トランジスタ１４を含み、トラ
ンジスタ１４のゲート電極は抵抗４２を介してチャージ
・ポンプ１８に結合される。トランジスタ１４のバック
・ゲートは、トランジスタ１４のソース電極に結合さ
れ、トランジスタ１４のドレイン電極は端子２２に結合
される。
【０００８】保護回路１０はさらに、端子１６に結合さ
れたベースと、トランジスタ１４のゲート電極およびト
ランジスタ３２のドレイン電極に結合されたエミッタと
を有するトランジスタ／ツェナ・ダイオード３０を含
む。トランジスタ３０のコレクタは、トランジスタ／ツ
ェナ・ダイオード３４およびトランジスタ／ダイオード
３６のコレクタに結合され、トランジスタ３６のコレク
タはそのベースに結合される。トランジスタ３６のエミ
ッタおよびトランジスタ３４のベースはともに端子１６
に結合される。
【０００９】さらに、トランジスタ３２のソース電極お
よびトランジスタ３２のバック・ゲート電極は、端子１
６に結合される。トランジスタ３４のエミッタは、トラ
ンジスタ３２のゲート電極に結合され、抵抗３８を介し
て接地に戻される。トランジスタ３４のコレクタは、ト
ランジスタ／ダイオード４０のコレクタに結合され、ト
ランジスタ４０は自己のコレクタに結合されたベースを
有する。トランジスタ４０のエミッタは、抵抗４２を介
してトランジスタ１４のゲート電極に結合される。さら
に、トランジスタ４０のエミッタはチャージ・ポンプ１
８に結合される。
【００１０】チャージ・ポンプ１８は、ダイオード２０
を介して結合され、接地基準に戻される。通常動作時
に、トランジスタ１４は、バッテリ１２によって供給さ
れる電圧よりも少なくとも５ボルト高い電圧を生成する
ため、チャージ・ポンプ１８を利用する必要がある。さ
らに、チャージ・ポンプは他の用途にも必要とされる場
合は、ＩＣ２６で一般に利用可能である。
【００１１】適切な接続では、バッテリ１２の正端子は
端子１６に結合され、バッテリ１２の負端子は端子２４
に結合される。その結果、正の電源電圧はトランジスタ
３２，１４のソース電極に印加される。この場合、トラ
ンジスタ１４は動作状態にされ、トランジスタ３２は非
動作状態にされる。その結果、（接地基準に対して）端
子２２に現れる電圧は、トランジスタ１４で生じるＩＲ
降下を差し引いた（接地基準に対して）端子１６に現れ
る電圧に実質的に等しくなる。
【００１２】しかし、バッテリ１２が逆方向に誤って接
続されると、点線５０，５２によって表されるように、
バッテリ１２の正端子は端子２４に結合され、バッテリ
１２の負端子は端子１６に結合される。このことは、
（接地基準に対して）負電圧がトランジスタ１４，３２
のソース電極に印加され、望ましくない。この状態で
は、トランジスタ３２が動作状態にされ、それによりト
ランジスタ１４のゲート電極をそのソース電極に短絡さ
せ、そのためトランジスタ１４を非動作状態にする。そ
の結果、端子１６に現れる電圧は端子２２に伝達され
ず、そのため追加内部ＩＣ回路にも供給されない。さら
に、端子２２に一般に結合されるエピタキシャル層も電
流を流さず、集積回路２６を破損することがない。
【００１３】トランジスタ３０は、過剰電圧がトランジ
スタ１４のゲート電極に現れることを防ぐツェナ・ダイ
オードとして機能する。実質的には、トランジスタ３０
のベースはツェナ・ダイオードの陽極であり、トランジ
スタ３０のエミッタはツェナ・ダイオードの陰極であ
る。さらに、トランジスタ３０のコレクタはツェナ・ダ
イオードの第３端子であり、エピタキシャル領域である
トランジスタ３４のコレクタに結合される。同様に、ト
ランジスタ３４は、過剰電圧がトランジスタ３２のゲー
ト電極に現れることを防ぐツェナ・ダイオードとして機
能し、トランジスタ３４のベースおよびエミッタは、ツ
ェナ・ダイオードの陽極および陰極としてそれぞれ機能
し、トランジスタ３４のコレクタはエピタキシャル領域
に結合される。
【００１４】さらに、抵抗３８は、逆バッテリ状態時に
トランジスタ３２を動作状態にする電荷を与える機能を
果たす。また、抵抗４２は、トランジスタ１４のゲート
電極をチャージ・ポンプ１８から減結合する機能を果た
す。
【００１５】素子３０，３４，３２，３８は、ＰＮＰト
ランジスタ３６，４０によってバイアスされる１つのエ
ピタキシャル領域内にすべて作られることに留意された
い。本発明は、エピタキシャル領域が端子１６に接続さ
れないことを保証する。その結果、バッテリ１２の接続
が逆になっても、順方向バイアスされるエピタキシャル
領域はない。
【００１６】本発明にはいくつかの利点がある。まず第
１に、ＴＭＯＳトランジスタ１４を強化しターンオンす
ることが望ましいときに、保護回路１０はチャージ・ポ
ンプ１８に追加のＤＣ負荷をかけない。第２に、逆バッ
テリ状態で、チャージ・ポンプ１８は、従来の回路の場
合のように、適正動作のために抵抗性を高くしたり、オ
ープンにする必要がない。従って、チャージ・ポンプ１
８には特別な設計条件がない。第３に、保護回路１０
は、直列ダイオードを用いていないので、低電圧動作の
ために電源上限(head room) を犠牲にせずに逆バッテリ
保護を行う。さらに、本発明は、逆バッテリ状態におい
てトランジスタ１４を高速に非動作状態にする。特に、
トランジスタ１４のゲート電極の放電時定数は、トラン
ジスタ３２のドレイン・ソース間オン抵抗（ＲDSON）
と、トランジスタ１４の入力容量（ＣISS ）との積であ
り、これは受動ゲート終端方式のターン・オフ時間より
もかなり小さい。
【００１７】以上、上記の説明から、逆バッテリ接続か
ら集積回路の内部回路を保護する新規の保護回路が提供
されたことが明らかである。この保護回路は、電源電圧
が集積回路に適切に接続されると動作状態になるパス・
トランジスタを含む。しかし、電源が不適切に接続され
ると、第２トランジスタがアクティブになり、パス・ト
ランジスタを非アクティブにし、逆電源電圧が内部回路
に印加できないようにする。
【００１８】本発明について具体的な実施例で説明して
きたが、多くの変更，修正および変形が当業者に明らか
である。さらに、このような一切の変更，修正および変
形は特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集積回路を保護するための逆バッ
テリ保護回路の詳細図である。
【符号の説明】
１０ 逆バッテリ保護回路 １２ バッテリ １４ パス・トランジスタ １６ 端子 １８ チャージ・ポンプ ２０ ダイオード ２２，２４ 端子 ２６ 集積回路（ＩＣ） ３０ トランジスタ／ツェナ・ダイオード ３２ トランジスタ ３４ トランジスタ／ツェナ・ダイオード ３６ トランジスタ／ツェナ・ダイオード ３８ 抵抗 ４０ トランジスタ／ダイオード ４２ 抵抗
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−65625（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−13115（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開626745（ＥＰ，Ａ ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 11/00 H02J 7/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】逆バッテリ保護回路（１０）であって： バッテリ（１２）の第１端子に結合するようになってい
    る第１端子（１６）； 前記バッテリ（１２）の第２端子に結合するようになっ
    ている第２端子（２４）； 前記バッテリ（１２）の前記第１端子に結合された第１
    電流電極と、制御電極と、出力電圧をもたらす第２電流
    電極とを有する第１トランジスタ（１４）； 前記第１トランジスタ（１４）の前記制御電極に制御電
    圧を供給するための出力端子を有するチャージ・ポンプ
    （１８）であり、当該逆バッテリ保護回路（１０）がバ
    ッテリ（１２）に適切に結合されたときに前記第１トラ
    ンジスタ（１４）を導通させるチャージ・ポンプ； 前記第１トランジスタ（１４）の前記制御電極に結合さ
    れた第１電流電極と、前記第２端子に結合された制御電
    極と、前記第１端子に結合された第２電流電極とを有す
    る第２トランジスタ（３２）であり、当該逆バッテリ保
    護回路（１０）がバッテリに不適切に結合されたときに
    当該第２トランジスタが導通して第１トランジスタ（１
    ４）を非導通にする第２トランジスタ（３２）；を備える 保護回路。
  2. 【請求項２】前記第２トランジスタ（３２）の第２電流
    電極と制御電極との間に結合され、その間に現れる電圧
    を制限するための第１ツェナ・ダイオード手段（３
    ４）； 前記第１トランジスタ（１４）の第１電流電極と制御電
    極との間に結合され、その間に現れる電圧を制限するた
    めの第２ツェナ・ダイオード手段（３０）；及び前記第
    １端子（１６）と前記チャージ・ポンプ（１８）とに結
    合され、前記第１トランジスタと前記第１ツェナ・ダイ
    オード手段と前記第２ツェナ・ダイオード手段とが製造
    されるエピタキシャル領域をバイアスするためのバイア
    ス手段（３６、４０）； を更に備える請求項１に記載の保護回路。
  3. 【請求項３】コレクタ、ベース、及びエミッタを有し、
    そのベースが前記第１端子に結合され、そのエミッタが
    前記第２トランジスタの第１電流電極に結合される第３
    トランジスタ（３０）； コレクタ、ベース、及びエミッタを有し、そのベースが
    前記第１端子に結合され、そのエミッタが前記第２トラ
    ンジスタの制御電極に結合され、そのコレクタが前記第
    ３トランジスタのコレクタに結合される第４トランジス
    タ（３４）； コレクタ、ベース、及びエミッタを有し、そのコレクタ
    が前記第４トランジスタのコレクタに結合され、そのベ
    ースが自己のコレクタに結合され、そのエミッタが前記
    第１トランジスタの制御電極に結合される第５トランジ
    スタ（４０）； コレクタ、ベース、及びエミッタを有し、そのコレクタ
    が前記第５トランジスタのコレクタに結合され、そのベ
    ースが自己のコレクタに結合され、そのエミッタが前記
    第１端子に結合される第６トランジスタ（３６）；及び
    前記第２トランジスタの制御電極と前記第２端子との間
    に結合された第１抵抗（３８）； を更に備える請求項１に記載の保護回路。
  4. 【請求項４】バッテリ（１２）に結合させるための第１
    端子（１６）及び第２端子（２４）を有する集積回路
    （２６）の内部回路に対して逆バッテリ保護を与える保
    護方法であって、前記集積回路が前記バッテリに適切に
    結合される場合、チャージ・ポンプ（１８）によって発
    生された電圧をトランジスタ（１４）の制御電極に与え
    ることによって、前記第１端子に現れる電圧を前記トラ
    ンジスタ（１４）を介して前記内部回路に与える保護方
    法において、 前記集積回路が不適切に前記バッテリに結合されると
    き、抵抗（３８）を用いる別のトランジスタ（３２）を
    動作状態にする段階；及び前記集積回路が前記バッテリ
    に不適切に結合される場合、前記トランジスタ（１４）
    の制御電極のバイアス電圧を能動的に変更して、そのト
    ランジスタ（１４）を動作不能にし、それによって前記
    第１端子に現れる電圧を前記内部回路に与えることを阻
    止し、一方前 記別のトランジスタ（３２）が動作状態に
    なるとき、その前記別のトランジスタ（３２）は、前記
    トランジスタ（１４）の電流電極に対するそのトランジ
    スタ（１４）の制御電極を実質的に短絡する段階； を備える保護方法。
JP15181894A 1993-06-14 1994-06-10 逆バッテリ保護回路 Expired - Lifetime JP3506489B2 (ja)

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