JPH02135510A - トランジスタの保護装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は所定の電流パターン基準信号に基づき出力電
流を制御するトランジスタの保護装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第４図は例えば特開昭６１−２８９４１４号公報に開示
されたこの種従来のトランジスタの制御装置および保護
装置を示すブロック図である０図において、（１）は交
流入力電源、（ａはサイリスタ等を用いた交直変換器、
（３）はＬＣ回路からなるパッシブフィルタ、（４）は
保護の対象であるトランジスタで、コレクターエミッタ
が回路に直列に接続されている。

ｆ５１は誘導性の負荷、（６）はトランジスタ（イ）の
出力電流を検出する電流検出器、（至）は電流パターン
基準信号ｒｐの入力端子、（５）は電流パターン基準信
号１ｐと電流検出器（６）の出力との偏差を演算する電
流コントローラ、（９）はトランジスタ（４）へベース
電流を出力するベース電流出力回路、００１はトランジ
スタ４）のコレクターエミッタ間の電圧即ち、トランジ
スタ（４）の吸収電圧を検出する電圧検出器、（１１）
は交直変換器口の点弧位相制御回路、（１２）は雨検出
器（６）および叫からの出力を基に演算し保護信号Ｐを
発生する演算回路で、第５図にその詳細を示す。

（１３）は演算回路（１２）からの保護信号Ｐによって
動作するトランジスタ保護用の短絡スイッチである。

次に、演算回路（１２）の構成の詳細を第５図について
説明する０図において、（１２１）は電圧検出器ａ〔か
らの出力信号であるトランジスタ（イ）の吸収電圧信号
Ｖｃｅの入力端子、　（１２２）は吸収電圧信号Ｖｃｅ
と過電圧設定器（１２３）からの出力信号とを比較する
比較器、（１２４）は電流検出器（６）からの出力信号
であるトランジスター）の出力電流信号■の入力端子、
（１２５）は出力電流信号Ｉと過電流設定器（１２６）
からの出力信号とを比較する比較器、（１２７）は吸収
電圧信号Ｖｃｅと出力電流信号Ｉとの積を求めてトラン
ジスタ（イ）のコレクタ損失を演算する演算器、（１２
８）は演算器＜１２７）からの出力信号と許容コレクタ
損失設定器（１２９）からの出力信号とを比較する比較
器、（１３０）は各比較器（１２２）　（１２５）　（
１２８）からの信号を入力して端子（１３１）に保護信
号Ｐを出力する論理和回路である。

次に動作について説明する。先ず、電流パターン基準信
号１ｐに基づくトランジスタ（４）の制御動作について
説明する。交流入力電源（１）からの交流入力は交直変
換器（２）で直流に変換されパッシブフィルタ（３）で
その高周波リップル電圧成分が除去されてトランジスタ
ー〕に入力される。トランジスタ（４）の出力電流は電
流検出器（６）で検出され、その出力電流信号■と電流
パターン基準信号１ｐとの偏差が電流コントローラ（５
）で演算される。そして、トランジスタ（４）は上記偏
差が零になるように、ベース電流出力回路（９）により
その出力電流が制御される。

また、トランジスタ圃の吸収電圧が電圧検出器００１に
より検出される。そして、交直変換器（２）は上記吸収
電圧が一定値になるように、点弧位相制御回路（１１）
によりその出力電圧が制御される。

次にトランジスタ（イ）の保護動作について説明する。

今、吸収電圧信号Ｖｃｅが過電圧設定器（１２３）の設
定値Ｖｃｅｍを越えると、出力電流信号Ｉの如何にかか
わらず比較器（＋２２）が動作し、従って論理和回路（
１３０）は保護信号Ｐを出力する。出力電流信号Ｉが過
電流設定器（１２６）の設定値Ｉｎを越えると、吸収電
圧信号Ｖｃｅの如何にかかわらず比較器（１２５）が動
作し、同様に論理和回路（１３０）から保護信号Ｐが出
力される。そして、両比較器（１２２）および（１２５
）が共に動作しない範囲、即ち、吸収電圧信号Ｖｃｅが
設定値Ｖｃｅｍ以下でかつ出力電流信号Ｉが設定置■１
以下の範囲では、両信号の積からコレクタ損失を求め、
この値が設定器（１２９）がらの設定値を越えると比較
器（１２８）が動作し、保護信号Ｐが出力される。

第６図は以上の保護装置によるトランジスタ４）の保護
特性を対数目盛で図示したものである０図中、実線の折
線はトランジスタ（イ）の安全動作領域を示し、破線の
折線がその領域から必要な安全率を考慮して設定された
保護検出レベルである。即ち、その垂直部分は設定置を
Ｖｃｅｔａとする比較器（＋２２）で検出される部分、
水平部分は設定値をＩｍとする比較器（＋２５＞で検出
される部分、斜線部分が比較器（＋２８＞で検出される
部分である。

そして、以上の保護検出レベルにより論理和回路（１３
０）が保護信号Ｐを出力すると、この信号Ｐが短絡スイ
ッチ（１３）、ベース電流出力回路（９）および点弧位
相制御回路（１１）に送出され、トランジスタ（４１の
コレクターエミッタ間を短絡するとともに、入力電圧、
ベース電流の供給を停止してトランジスタ４）の保護を
図る訳である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のトランジスタの保護装置は以上のように構成され
ているので、第６図の保護検出レベルの内、比較器（１
２８）で検出する部分は、吸収電圧信号Ｖｃｅと出力電
流信号Ｉとの積（コレクタ損失に相当）が所定の設定値
（＋２９）を越えるか否かで判別している。このように
、電圧要素と電流要素とを使って関数を発生させその結
果を一定の設定値と比較する方式は、トランジスタの安
全動作領域が比較的簡単な形態の場合はよいが、この形
態が複雑になるとそれに見合った合理的な保護検出レベ
ルを設定することが困難になるという問題点があった。

即ち、例えばトランジスタのいわゆる二次降伏特性を考
慮した安全動作領域の形態は、後に第３図で詳述するよ
うに、その形態が複雑となり、−Ｆ、記した従来の検出
方式では必要量−Ｆにその保護検出レベルが挟まり、■
・ランジスタの耐量を十分に活用できないことになる。

この発明は以」二のような問題点を解消するためになさ
れたもので、トランジスタの安全動作領域がいかなる形
態のものであっても、これに見合った保護検出レベルが
設定でき、トランジスタの耐量を有効かつ最大に活用す
ることができる１〜ランジスタの保護装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るトランジスタの保護装置は、トランジス
タの吸収電圧と出力電流とを検出する手段と、上記トラ
ンジスタの安全動作領域に基づき電流パターン基準信号
に対応して設定された許容吸収電圧基準信号を予め記憶
する手段と、上記電流パターン基準信号に対応して上記
記憶手段がち読出された許容吸収電圧基準信号を上記出
力電流と電流パターン基準信号との偏差から補正する手
段と、上記検出手段から出力された吸収電圧と上記補正
手段から出力された許容吸収電圧信号とを比較し保護信
号を発生する手段と、上記保護信号により上記トランジ
スタの保護動作を行う手段とを備えたものである。

〔作　　用〕

先ず、トランジスタの安全動作領域に必要な安全率を考
慮して保護検出レベルが設定され、このレベルの電流軸
を電流パターン基準信号、電圧軸を許容吸収電圧基準信
号とみて両方の関係を予め記憶手段に記憶しておく。

電流パターン基準信号が出されると、これに基づいてト
ランジスタの出力電流が制御されると同時に、上記記憶
手段から当該電流パターン基準信号に対応する許容吸収
電圧基準信号が読出される。

当該許容吸収電圧基準信号は補正手段により実際の出力
電流に対応する許容吸収電圧信号に補正され、この値が
実際の吸収電圧と逐一比較され許容値を越えると保護信
号が出力されてトランジスタを′ｓ、Ｍ！を等してその
保護が図られる。

〔実　施　例〕

繰り返し周期の短い高精度のパターン電流を誘導性の負
荷［５）に通電する場合にあっては、一般に交直変換器
（２）による電圧フィードフォワード制御と、トランジ
スタ（２）による電流フィードバック制御との組合せ方
式が用いられる。そして、各種基準信号としては１サイ
クル分の電圧パターン基準信号および電流パターン基準
信号等をメモリしておき、外部トリガおよびクロック信
号に応じてメモリ内容を読出し、Ｄ／Ａ変換して各々の
基準信号として使用する方法が採用される。

第１図は以上のような方式を採用したこの発明の一実施
例におけるトランジスタの制御装置および保護装置を示
すブロック図、第２図はその演算回路（１２）の詳細を
示すブロック図である。

図において、第４図、第５図と同一符号は同一または相
当部分を示し、以下、従来のものの構成と異なる部分を
中心に説明する。

（Ｉｌ＋＞は交直変換器（′２Ｊの電圧コントローラお
よび点弧位相側ｍ回路、（１４）はパッシブフィルタ（
３）の出力側電圧を検出する電圧検出器、（１５）はト
リガおよびクロック信号の入力端子、（１６）は記憶手
段としてのパターンメモリ器で、電圧パターン基準信号
Ｖｐ、電流パターン基準信号Ｉｐ、および第３図で説明
するトランジスタＧ４＋の安全動作領域に基づき電流パ
ターン基準信号１ｐに対応して設定された許容吸収電圧
基準信号Ｖｐｃｅｒが記憶されている。

（１７）は電流パターン基準信号Ｔｐと出力電流信号■
との偏差を演算しその出力信号ＩΔを演算回路（１２）
へ送出する偏差演算回路である。

（＋３２１　（第２図）はパターンメモリ器（１６）か
らの許容吸収電圧基準信号Ｖｐｃｅｒの入力端子、＜１
３３）は偏差演算回路（１７）からの電流偏差信号ＩΔ
の入力端子、（１３４）は電流偏差信号■Δが正の時の
みその値を出力し、信号ＩΔが負の時は出力を零とする
極性判別回路、（１３５）は極性判別回路（＋３４１か
らの出力信号に応じて許容吸収電圧基準信号Ｖｐｃｅｒ
に縮小補正を加える補正手段としての補正回路、（１３
６）は吸収電圧信号Ｖｃｅと補正回路（＋３５）からの
出力信号である許容吸収電圧信号Ｖｃｅｐとを比較し前
者が後者を越えたとき信号を出力する比較器である０次
に、先ず、トランジスタ（２）の制御動作について説明
する。

第１図において、交直変換器（２１は、電圧検出器（１
４）で検出されるパッシブフィルタ（３）の出力電圧が
パターンメモリ器（１６）からの電圧パターン基準信号
Ｖｐに一致するよう電圧コントローラおよび点弧位相制
御回路（ＩＩ＋１によってその位相角が制御される。一
方、トランジスタ（イ）は、パッシブフィルタ（３）の
直流出力電圧を受けて、その出力電流信号■がパターン
メモリ器（１６）からの電流パターン基準信号ｒｐに一
致するよう電流コントローラ（８）およびベース電流出
力回路（９）によってそのベース電流が制御される。

次に保護動作について説明する。先ず、トランジスタ（
４）の安全動作領域と予めパターンメモリ器（１６）に
設定される保護検出レベルを示した第３図について説明
する。

図において、実線が、トランジスタの二次降伏特性を考
慮した安全動作領域で、そのハツチングを施した部分Ａ
がこのトランジスタの二次降伏特性により減少する領域
、即ち、トランジスタのコレクタ損失による熱的な特性
から求まる安全動作領域からの減少分である。この発明
における保護検出レベルは、図に示すように、上記実線
で示した安全動作領域に一定の安全率を考慮して設定さ
れる。従って、パターンメモリ器（１６）には、電流パ
ターン基準信号Ｉｐに対し第３図の上記保護検出レベル
特性に相当する許容吸収電圧基準信号Ｖｐｃｅｒが設定
記憶されている。

この保護検出レベルの内、比較器（＋２２）および（＋
２５）で検出される両端の部分は従来と同一であるので
説明を省略し、比較器（＋３６１で検出される中央の部
分の検出動作を以下に説明する。

電流パターン基準信号１ｐに対応してパターンメモリ器
（１６）から読出された許容吸収電圧基準信号Ｖｐｃｅ
ｒは、極性判別回路（１３４）および補正回路（＋３５
）によって修正される。即ち、出力電流信号Ｉが電流パ
ターン基準信号１ｐより大きい時のみ、例えばこの過大
骨に比例して許容吸収電圧基準信号Ｖｐｃｅｒが縮小さ
れる。ここで、極性判別回路＜１３４１を設けたのは、
保護動作の安全を期したためである。このようにして修
正されて得られた許容吸収電圧信号Ｖｅｅｒと電圧検出
器（１０）からの実際の吸収電圧信号Ｖｃｅとが比較器
（１３６）で比較され、吸収電圧が許容値を越えると論
理和回路（１３０）を経て保護信号Ｐが出力される。

このように、この発明にあっては保護検出レベルがいか
なる形態のものであっても、それに合わせた許容吸収電
圧の設定が可能となる。従って、第３図に併記するよう
に、従来方式における保護検出レベルに比較して、この
発明では図中Ｂで示すハツチング部分の領域分だけトラ
ンジスタの活用できる安全動作領域が拡大できる訳であ
る。

なお、上記実施例ではトランジスタの保護動作の安全を
期すため極性判別回路（１３４）を挿入して出力電流が
電流パターン基準より大きい時のみ吸収電圧の許容値を
補正するようにしたが、安全動作領域の利用率向上の面
からは、出力電流が小さい時にも補正して許容値を拡大
するようにしてもよい。

また、上記実施例では交直変換器（２）の制御方式が従
来のものと異なっているが、従来と同一の方式のものは
勿論、更に他の異なる方式のものとしてもよい。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明では、電流パターン基準信号に
対応して設定された許容吸収電圧基準信号を予め記憶し
ておき、その出力を補正手段で補正して得られた許容吸
収電圧信号と実際の吸収電圧信号とを比較して保護検出
を行うようにしたので、トランジスタの安全動作領域に
基づく任意の形態の保護検出レベルに合わせた許容吸収
電圧の設定が可能となる。従ってｌ・ランジスタの耐量
を有効かつ最大に活用することができ、必要定格に対し
、素子数の低減、装置の小形軽量化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるトランジスタの制
御装置および保護装置を示すブロック図、第２図は第１
図の演算回路の詳細を示すブロック図、第３図はこの発
明におけるトランジスタの安全動作領域と保護検出レベ
ルとを示す特性図、第４図および第５図は従来のトラン
ジスタの制御装置、保護装置を示すブロック図およびそ
の演算回路を示すブロック図、第６図は従来のトランジ
スタの安全動作領域と保護検出レベルとを示す特性図で
ある。 図において、４）はトランジスタ、（６）は電流検出器
、００１は電圧検出器、（１２）は演算回路、（１３）
は保護動作手段としての短絡スイッチ、（１６）は記憶
手段としてのパターンメモリ器、（１３５）は補正手段
としての補正回路、＜１３６１は保護信号発生手段とし
ての比較器、■ρは電流パターン基準信号、■は出力電
流信号、ＩΔは電流ｆｉｉ差信号、Ｖ　ｐ　ｃ　＋！　
ｒは許容吸収電圧基準信号、ＶＣｅｒは許容吸収電圧信
号、Ｖｃｅは吸収電圧信号、Ｐは保護信号である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第３図 第１図 第２図 襖五回り＞ 吸ｔ＋４ｙ三化号 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定の電流パターン基準信号に基づき出力電流を制御
   するトランジスタを保護するものにおいて、上記トラン
   ジスタの吸収電圧と出力電流とを検出する手段、上記ト
   ランジスタの安全動作領域に基づき上記電流パターン基
   準信号に対応して設定された許容吸収電圧基準信号を予
   め記憶する手段、上記電流パターン基準信号に対応して
   上記記憶手段から読出された許容吸収電圧基準信号を上
   記出力電流と電流パターン基準信号との偏差に基づき補
   正する手段、上記検出手段から出力された吸収電圧と上
   記補正手段から出力された許容吸収電圧信号とを比較し
   、上記吸収電圧が許容吸収電圧信号を越えたとき保護信
   号を発生する手段、および上記保護信号により上記トラ
   ンジスタの保護動作を行う手段を備えたことを特徴とす
   るトランジスタの保護装置。