JPH0213116A - 誘導負荷用制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導負荷用制御回路に関し、特に、負荷への電
源のしゃ断時にその負荷の端子に現れる魚の過大電圧に
対して保護された回路に関する。

自動車エレクトロニクスにおいて、点火、噴射時間の制
御、ブレーキ回路内圧力の変調のような機能は、電源が
パワートランジスタによって制御される誘導負荷を使用
している。このような誘導負荷の例として、噴射器のコ
イル又は自動車のアンチロック制動系統のブレーキ流体
の圧力を変調するソレノイド弁のコイルを挙げることが
できる。

更に、−次誘導点火回路のコイルを挙げることができる
。

このような負荷への電源を制御するのに使用されるパワ
ートランジスタは、通常ＭＯＳ技術を使用して構成され
ており、このトランジスタのドレイン・ソース回路が負
荷と電源、本例の場合自動車用バッテリとの間で負荷と
直列に置かれる。

周知のとおり、誘導負荷への電源が急に断たれると、直
ちに負荷の端子に負の過大電圧が現れる。

このような負荷への電源の制御の場合においては、その
負の過大電圧がたとえば非導通にされたトランジスタを
導通させることで回路動作を乱してしまうことを予防す
る手段を備えることが適当である。

この問題の周知の解決法は、負荷の電源側に置かれたＮ
チャネルＭＯＳパワートランジスタによって誘導負荷を
制御する場合、パワートランジスタのゲートとソースと
の間に相互接続を成すＭＯＳ　）ランジスタのドレイン
・ソース回路を接続１２、この相互接続トランジスタを
導通させることでパワートランジスタの非導通を維持さ
せるに適当なパワートランジスタのゲート・ソース電圧
を確立することから成る。

しかし、この方法は、パワートランジスタのゲートが残
りの制御回路から更に絶縁された場合にのみ有効である
。このためには、ポリシリコンで作ら・れた絶縁抵抗の
使用が考えられる。あいにく、正確な値を示すそのよう
な抵抗を構成することは周知ではなく、その結果、回路
が受は入れ得る負の電圧も又、不正確であり、再現性に
乏しい。

本発明の目的は、電源の正極側に負荷と直列に置かれた
ＮチャネルＭＯＳ型パワートランジスタを有し、そのゲ
ートとソースとの間には相互接続トランジスタを含み、
誘導負荷の放電中にその相互接続トランジスタを介して
負の電圧がパワートランジスタに印加された時、このパ
ワートランジスタのゲートの絶縁を正確かつ再現性のあ
る方法で行う手段を含むような誘導負荷用制御回路を提
供するにある。

この本発明の目的は、以下に明らかになるように、電圧
＋Ｖｂａｔを供給する直流電圧源の正極端子にドレイン
が接続されたＮチャネルＭＯＳ型のパワトランノスタを
包含し、このトランジスタのソースとアースとの間には
誘導負荷が接続され、そのパワートランジスタのゲート
及びソースの間にＮチャネルＭＯＳ型の相互接続トラン
ジスタのドレイン・ソース回路が接続され、そのトラン
ジスタの導通しきい値をパワートランジスタの導通しき
い値以下にした誘導負荷用制御回路において、Ｐチャネ
ルＭＯＳ型の絶縁トランジスタを包含し、これのドレイ
ン及びゲートはそれぞれパワートランジスタのゲート及
びこの回路のアースに接続され、このトランジスタのソ
ースは＋Ｖｂａｔより小さい又は大きな電圧に選択的に
もたらされてそれぞれパワートランジスタの導通を阻止
又は阻止解除するようにした、誘導負荷用制御回路によ
って達成される。

この回路は、直流電源より給電されて絶縁トランジスタ
のソースへ印加される出力電圧Ｖｓを選択的に供給する
電圧倍率器を包含し、この電圧倍率器は電源の＋Ｖｂａ
Ｌより小さい又は大きな電圧Ｖｓを選択的に供給するよ
う制御されてそれぞれパワートランジスタの非導通又は
導通を制御するようにしている。

この回路は又、第３のＮチャネルＭＯＳ型のトランジス
タを包含し、これのドレインはＰチャネルＭＯＳ型の絶
縁トランジスタのソースに接続されると共にソースはこ
の回路のアースに接続され、このトランジスタのゲート
はＭＯＳ型のパワートランジスタを非導通／導通とする
制御信号源に接続されている。

本発明の好適な実施例によれば、ＭＯＳ型のパワートラ
ンジスタは制御回路の残りの部分として同一チップ上に
集積されて、スマートパワー回路の形をとっている。

以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例について
詳述する。

第１図に示した回路は誘導負荷への給電を制御するよう
作用する。上述したように、このような誘導具　：ユた
とえば、内燃機関の燃料噴射器において、及び自動車の
アンチロック制動装置のブレーキ流体の圧力を変調する
ソレノイド弁において見られる。このようなアクチュエ
ータの励磁は誘導負荷を構成するコイルに電流を流すこ
とによってトリガされ、パワートランジスタ２のような
電子スイッチは誘導負荷ｌと直列に置かれて電流の通過
を制御している。

本発明の回路に使用したパワートランジスタ２はＮチャ
ネルＭＯＳ　）ランジスタ　（たとえばＤＭＯ８型のも
の）であり、その基板は普通どおりソースに接続されて
いる。トランジスタ２のドレインは電源の正極端子に接
続される。本発明の自動車への適用においては、この電
源は自動車のバッテリによって構成され、たとえば１２
ボルトの電圧＋Ｖｂａｔを出力する。トランジスタ２の
ソースは負荷ｌに接続される。このように、トランジス
タ２は、自動車エレクトロニクスに共通に採用されてい
る構成に従ってバッテリの正極端子の側における回路の
ホット点に接続される。

本発明による回路は又、ＮチャネルＭＯＳ型のトランジ
スタＮｌを含んでおり、そのドレイン及びソースはそれ
ぞれトランジスタ２のゲート及びソースに接続される。

トランジスタＮ１のゲートは回路のアースに接続されて
いる。トランジスタＮ１は以下に見られるように、トラ
ンジスタ２のゲート及びソースの相互接続を制御する。

本”発明による回路の本質的な特徴によれば、Ｐチャネ
ルＭＯＳ型のトランジスタＰ１のドレインはトランジス
タ２のゲートに接続され、一方、ソースは電圧倍率器３
の出力とソースが接地されているＮチャネルＭＯＳ型の
第３のトランジスタＮ２のドレインとに共通な点に接続
されている。これらすべてのトランジスタの基板は普通
どおりソースに接続されている。

パワートランジスタ２のスイッチングを制御する信号は
２つのレベルを有する論理信号である。

この信号は、一方においては電圧倍率器の制御人力５に
、他方ではトランジスタＮ２のゲートに接続されている
、回路の入力ピン４に供給される。

電圧倍率器３は１つの入力６にバッテリによって給電さ
れ、入力５に受けた信号の制御の下で→−Ｖｂａｔより
高い値の電圧Ｖｓを出カフに出力する。この電圧Ｖｓは
、以下に見られるように、誘導負荷１への給電を行うよ
うトランジスタ２を導通状態に切換える役目をする。

回路はダイオード８によって完成され、そのアノードは
電圧＋Ｖｂａｔがもたらされる線に接続され、そのカソ
ードはツェナーダイオード９のカソードに接続される。

このツェナーダイオード９のアノードはそれ自体トラン
ジスタ２のゲートに接続される。

本発明によれば、ツェナーダイオード９の降伏電圧Ｖｚ
は＋Ｖ　ｂ　ａ　ｔより大きくしである。以下に見られ
るように、ダイオード９は負荷１の電流しゃ断時にこの
負荷の端子に現れる負の電圧を制限することを可能にす
る。ダイオード８はこの部分において、以下に示される
ように、トランジスタ２のゲートに＋Ｖｂａｔより大き
な倍率器３の出力電圧Ｖｓがちたらされた時、トランジ
スタ２のゲートを線＋Ｖｂａｔから絶縁するものである
。

ここで、ＭＯＳパワートランジスタによって制御される
誘導負荷の端子に負の電圧が現れた時このトランジスタ
の非導通の維持を可能にさせる本発明による回路の動作
の説明をする。

回路のピン４に与えられた制御信号が低レベルである時
、電圧倍率器３は作動していて＋Ｖｂａｔより大きな電
圧Ｖｓを出力する。その制御信号はＮチャネルＭＯ３型
のトランジスタＮ２のゲートに与えられており、このト
ランジスタを非導通にしている。

この時、ＰチャネルＭＯ８型のトランジスタＰ１のゲー
ト・ソース間電圧は負であり、これがこのトランジスタ
を導通にしている。電圧Ｖｓは次いでパワートランジス
タ２のゲートに与えられ、導通している。この時、トラ
ンジスタ２のソースはトランジスタ２のドレイン・ソー
ス間電圧降下は別にして＋Ｖｂａｔに近い１位にある。

トランジスタ２のゲート・ソース間電圧はこの時（Ｖｓ
　−Ｖｂａｔ）程度である。トランジスタ２の自由な切
換えをなすため、電圧倍率器は＋Ｖｂａｔより約ＩＯボ
ルト高い電圧Ｖｓを供給するよう設計されている。この
条件の下で、誘導負荷は線十Ｖｂａｔより供給される電
流によって給電される。第１図には、トランジスタ２の
ゲート・ドレイン間容量に相当する破線で示したコンデ
ンサ１０があって、このコンデンサが電圧ＶｓＶｂａｔ
に充電されていることに注目されたい。

瞬間ｔＯ（第２図参照）において、ピン４に印加された
制御信号が高レベルになったとすれば、電圧倍率器は不
作動にされ、その出カフはゼロの電圧レベルになる。こ
れによりトランジスタ２が非導通となる一方、トランジ
スタＮ２が導通される。この時、まず、トランジスタＰ
１が本来備わっている内部ダイオード（第１図に破線で
示す）及びトランジスタＮ２を介してコンデンサｌＯの
放電が観測される。この放電は、誘導負荷ｌの端子にお
ける電圧Ｖｓｌが負になってトランジスタ２が非導通に
なる瞬間ｔｌ（第２図）まで続く。目立った特徴は第２
図の瞬間１０に続く曲線部分が急峻であり、この急峻さ
が誘導負荷の放電の特徴である。

瞬間ｔｌから、トランジスタ２のソース電圧はそのゲー
ト電圧がゼロである限り負であり、トランジスタ２が導
通に戻る条件は満足される。このような導通への復帰は
誘導負荷の放電を早めに中断することになる。これを避
けるため、本発明によれば、トランジスタ２のゲートは
トランジスタＰ１を非導通にすることによって絶縁され
、一方、トランジスタＮ１の導通への復帰がトランジス
タ２のゲー・ト・ソース間電圧をゼロにして、導通への
復帰を防止している。これをなすため、トランジスタＮ
ｌはパワートランジスタ２よりも低いしきい値電圧を示
すようなものが選択される。事実、トランジスタＰ１の
非導通によるトランジスタ２のゲートの絶縁がなければ
、トランジスタＮ２の内部ダイオード（破線で示したも
の）を介しての放電があるので、ゲート電圧を負の電圧
に維持することが不可能であることが観測されている。

トランジスタＰ１が非導通、トランジスタＮ１が導通し
ていると、コンデンサ１０は瞬間ｔ１の後トランジスタ
Ｎｌのドレイン・ソース回路を通じて放電を終える。負
荷の端子に現れていている負の電圧が大きくなり続けて
いれば、この電圧増加を回路が許容できる値に制限する
必要がある、本発明による回路では、この制限は、＋　
Ｖｂａｔよりも絶対値で大きな降伏電圧Ｖｚを示すツェ
ナーダイオード９によって得られている。トランジスタ
２のゲートと＋　Ｖｂａｔの線との間の電圧が電圧Ｖｚ
を越えるとすぐ（瞬間ｔ２、第２図）、ダイオード９は
導通する。このとき、電流はトランジスタＮｌのドレイ
ン・ソース回路の等価抵抗Ｒｄｓｏｎを流れる。トラン
ジスタ２にはパワートランジスタ２の導通を再開させる
ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓｏｎが確立される（第２図
の曲線のＣの部分）。この導通への復帰によって電流が
漸減する。この電流がゼロの時、その電圧は、第２図の
曲線の形によって示されるように誘導負荷が磁心と関連
されている場合には、フーコー電流のために漸減する。

誘導負荷が純粋であれば（空気中での自己誘導器）、電
圧降下は急である。

本発明による回路はこのようにして、誘導負荷に蓄えら
れたエネルギの急速放電の途中に現れる負の高い電圧を
許容することができる。ＰチャネルＭＯＳ型のトランジ
スタＰ１によって得られる絶縁は完全無欠であり、従来
の回路に見られる再現性の欠如を招くことはない。

もちろん、本発明は単に例示したにすぎない上述の実施
例に限定されるものではない。特に、誘導負荷用制御回
路の本発明による保護はアクチュエータ又は自動車以外
で使用される他の要素の制御に適用することができる。

本発明はたとえば電動機の回転子又は固定子巻線のよう
なあらゆる誘導負荷の制御に及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導負荷用制御回路の回路図、第
２図は誘導負荷への電源を制御するパワートランジスタ
の非導通時にその負荷の端子に現れる電圧の変化を示す
図である。 １・・誘導負荷、２・・パワートランジスタ、３・・電
圧倍率器、４・・入力ピン、５・・制御入力、８・・ダ
イオード、９・・ツェナーダイオ（ほか１名） ｓ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電圧＋Ｖｂａｔを供給する直流電圧源の正極端子に
   ドレインが接続されたＮチャネルＭＯＳ型のパワートラ
   ンジスタを包含し、このトランジスタのソースとアース
   との間には誘導負荷が接続され、そのパワートランジス
   タのゲート及びソースの間にＮチャネルＭＯＳ型の相互
   接続トランジスタ（Ｎ１）のドレイン・ソース回路が接
   続され、そのトランジスタ（Ｎ１）の導通しきい値をパ
   ワートランジスタの導通しきい値以下にした誘導負荷用
   制御回路において、ＰチャネルＭＯＳ型の絶縁トランジ
   スタ（Ｐ１）を包含し、これのドレイン及びゲートはそ
   れぞれパワートランジスタのゲート及びこの回路のアー
   スに接続され、このトランジスタ（Ｐ１）のソースは＋
   Ｖｂａｔより小さい又は大きな電圧に選択的にもたらさ
   れてそれぞれパワートランジスタの導通を阻止又は阻止
   解除するようにした、誘導負荷用制御回路。 ２　請求項１記載の回路において、直流電源より給電さ
   れて絶縁トランジスタのソースへ印加される出力電圧Ｖ
   ｓを選択的に供給する電圧倍率器を包含し、この電圧倍
   率器は電源の＋Ｖｂａｔより小さい又は大きな電圧Ｖｓ
   を選択的に供給するよう制御されてそれぞれパワートラ
   ンジスタの非導通又は導通を制御するようにした、誘導
   負荷用制御回路。 ３　請求項１又は２記載の回路において、第３のＮチャ
   ネルＭＯＳ型のトランジスタ（Ｎ２）を包含し、これの
   ドレインはＰチャネルＭＯＳ型の絶縁トランジスタ（Ｐ
   １）のソースに接続されると共にソースはこの回路のア
   ースに接続され、このトランジスタのゲートはＭＯＳ型
   のパワートランジスタ・を非導通／導通とする制御信号
   源に接続されている、誘導負荷用制御回路。 ４　請求項１ないし３のいずれか１つに記載の回路にお
   いて、制御信号源は電圧倍率器の制御入力（５）に接続
   されて、制御信号により、電圧＋Ｖｂａｔより大きな出
   力電圧Ｖｓを倍率器で発生させかつ第３のＮチャネルＭ
   ＯＳ型のトランジスタ（Ｎ２）を非導通とするか又は電
   圧＋Ｖｂａｔより小さな出力電圧を倍率器で発生させか
   つ第３のＮチャネルＭＯＳ型のトランジスタ（Ｎ２）を
   導通とするかのいずれかが選択される、誘導負荷用制御
   回路。 ５　請求項４記載の回路において、制御信号は論理信号
   であり、電圧倍率器の出力は論理信号が低であるか高で
   あるかによって＋Ｖｂａｔより大となるか小となる電圧
   Ｖｓになる、誘導負荷用制御回路。 ６　請求項１ないし５のいずれか１つに記載の回路にお
   いて、ＭＯＳ型の相互接続トランジスタ（Ｎ１）のゲー
   トは接地されている、誘導負荷用制御回路。 ７　請求項１ないし６のいずれか１つに記載の回路にお
   いて、電源の正極端子とパワートランジスタのゲートに
   おける絶縁トランジスタ（Ｐ１）のドレインの接続点と
   の間に逆向きに接続のツェナーダイオード（９）を包含
   し、このダイオードは＋Ｖｂａｔより大きな降伏電圧Ｖ
   ２を示して、負荷の端子に現れる負の電圧の振幅を制限
   し、パワートランジスタを非導通にする、誘導負荷用制
   御回路。 ８　請求項７記載の回路において、絶縁ダイオード（８
   ）を電源＋Ｖｂａｔとツェナーダイオードとの間に接続
   し、そのダイオードのアノードは電源＋Ｖｂａｔに接続
   されている、誘導負荷用制御回路。 ９　請求項１ないし８のいずれか１つに記載の回路にお
   いて、回路のＭＯＳトランジスタはすべてソースに接続
   された基板を有している、誘導負荷用制御回路。 １０　請求項１ないし９のいずれか１つに記載の回路に
   おいて、ＭＯＳ型のパワートランジスタは制御回路の残
   りの部分として同一チップ上に集積されて、スマートパ
   ワー回路の形をとっている、誘導負荷用制御回路。