JPH0327575A - 半導体素子駆動回路 - Google Patents

半導体素子駆動回路

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JPH0327575A
JPH0327575A JP1160728A JP16072889A JPH0327575A JP H0327575 A JPH0327575 A JP H0327575A JP 1160728 A JP1160728 A JP 1160728A JP 16072889 A JP16072889 A JP 16072889A JP H0327575 A JPH0327575 A JP H0327575A
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Kazunari Sekikawa
和成 関川
Yuichi Tsujimoto
裕一 辻本
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches

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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】 〔概   要〕 メイン用静電誘導型トランジスタとセンス用h争電誘導
型トランジスタとよりなる半導体素子をオン,オフする
場合、オンの時に抵抗を介してバイアスを加えている。
そして例えば負荷等の不良により過電流が流れた場合、
センス用静電誘導型1・ランジスタに設けられた抵抗の
電圧の上昇を検出して抵抗を電源から切り離し、前記半
導体素子をオフとしている。抵抗でバイアスを加える方
式&j、電源電圧によってバイアス値が変化するため、
電源電圧が低い場合には、負荷が例えばショー1・シて
もそのショー1〜を前述の抵抗で検出できないという問
題を有していた。
本発明は電流源を用いてバイアスを加え電源電圧に依存
しないで、負荷等の不良による電流を的確に検出して前
記半導体素子をオフとする制御回路にある。
本発明によって的確に過電流等を判断して素子をオフと
し素子の破壊を防止することができる。
〔産業上の利用分野〕
本発明は静電誘導型1・ランジスタの駆動回路に係り、
さらに詳し《は、メイン用静電誘導型トランジスタとセ
ンス用静電誘導型1・ランジスタとよりなる半導体素子
をセンス電流によって駆動を制御する半導体素子駆動回
路に関する。
〔従来の技術〕
静電誘導型1・ランジスタが開発され、大電力用のスイ
ッチ素子として特に低電圧での高電流のオン オフ用素
子として用いられている。このような静電誘導型トラン
ジスタ(S I T, Static Inducti
on Transistor)で低電圧、高電流をオン
オフできるが、例えば負荷の不良(ショー1〜)が発生
すると、低電圧、高電流をオン,オフずるSITを破壊
してしまうことがある。このためSITにおいては、メ
イン用SITとセンス用S I T等を1個の半導体素
子として構威し、ドレインを共通接続し、それぞれのゲ
ー1・とそれぞれのソースを端子とした、いわゆる5端
子構造としている。
そして、そのセンス用SITによってその素了に流れる
電流で全電流を求め、特定値以上の電流が流れた場合に
、メイン用SITとセンス用SITをともにオフとし、
SITの破壊を防止する方式が多く用いられている。
第5図は従来回路の構或図である。メイン用SIT,セ
ンス用SITよりなる半導体回路(半導体素子)のそれ
ぞれのゲートには抵抗RG,Rいが接続している。抵抗
Rc ,RGsの他端ばスイッチSWを介して電源VC
Cの十極に接続している。
制御回路10は入力信号源Sからの信号が加わっており
、ハイレヘルとなった時にスイッチSWをオンとし、抵
抗Rc ,Rcsを介してゲー1・に電流Ic,rcs
を流しメイン用SIT, センス用SI3 4 Tをオンとしている。このオンにより負荷Rlに電流I
Dが流れる。この時ずなわちメイン用SIT並びにセン
ス用SITがオンの時には、k:1の電流比でそれぞれ
に電流が流れる。メイン用SITのソースは電源Bの負
電極端子に接続されセンス用SITは抵抗Rsを介して
電源Bの負電極端子に接続されている。ここでメイン用
SITとセンス用SITに流れる電流がk:1であるの
で、センス用SITのソースに接続された抵抗R.の両
端の電圧(Vs)を求めることにより、半導体素子に流
れる全電流を求めることができる。例えば負荷Rlが不
良であってショートしたような場合、電流は増加し抵抗
R.の両端の電圧V.も増加する。この電圧Vsは過電
流保護回路11に加わり、過電流保護回路l1はその電
圧が特定値以上であるかを比較する。特定の値以上であ
った場合は半導体素子の破壊に通じる電流であるので、
この特定値以上の電圧の時には制御回路10にスイッチ
をオフする指示信号を加え、制御回路10はスイッヂを
オフしている。
以上のような動作により、従来回路においては負荷抵抗
等の不良による、スイッチ素子である半導体素子の破壊
を防止している。
しかしながら半導体素子を用いる場合、センス用SIT
とメイン用SITをそれぞれ飽和状態としなくてはなら
ない。なぜならばセンス用SITが飽和状態とならなか
った場合(例えば電源電圧が低下する)負荷がショート
し、メイン用SITに過大電流が流れてもセンスするこ
とはできず、メイン用SITが破壊してしまうからであ
る。またその逆にセンス用SITが飽和状態であって、
メイン用SITが飽和状態でない場合には、ショート状
態において過大電流が流れることはないが、通常使用に
おいてオンとすることができないばかりか、通常使用時
にセンス用SITが破壊してしまうことがあるからであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述したような、従来の半導体素子のセンス用SITを
用いて電流をセンスし、最大定格以上の電流が流れたと
きに素子をオフとして破壊を防止5 6 ずる破壊防止方式においては、抵抗RS,RGsでバイ
アスを加えているので電源Bの電圧値V ccによって
センス用SITのゲートに流れる電流rcsが変化ずる
。このため例えば負荷抵抗R1の不良によるショートが
発生しても、センス用SITに流れる電流が少なく、そ
の結果として抵抗Rsの両端子間電圧VSが小さくなり
、特定電圧を越えない場合が発生する。すなわち電源電
圧が低い場合、負荷が不良であっても過電流を検出する
ことができず、半導体素子を破壊してしまうという問題
を有しでいた。換言するならば、半導体素子を用いた上
述回路では、センス用SITが充分飽和しないとセンス
用SITが完全にオンとならず、負荷R,がショート状
態となってもセンス電圧Vsが小さくて過電流を検出で
きなかった。また、さらに電源電圧が低下することによ
ってrcsも小さくなり、負荷R1のショート時にセン
ス用SITが活1生になり、破壊してしまう問題を有し
ていた。
本発明は、電源電圧に依存せず半導体素子に流れる電流
を的確に判断し、半導体素子の破壊を防止ずる半導体素
子駆動回路にある。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明のブロック図である。本発明はメイン用
静電誘導型トランジスタとセンス用静電誘導型トランジ
スタとよりなる半導体をオン,オフする制1卸回路にお
けるものである。
第1の電流源1は、一端が電源(V)に接続し、他端が
前記メイン用静電誘導型1・ランジスタに接続してオン
時に前記メイン用静電誘導型1・ランジスタにバイアス
を加える。
第2の電流源2は、一端が電源に接続し、他端がセンス
用静電誘導型トランジスタに接続して、オン時に前記セ
ンス用静電誘導型トランジスタにバイアスを加える。
第3の電流源3は、一端が接地(G)し、他端が前記第
1の電流源の他端に接続し、オフ時に前記メイン用静電
誘導型トランジスタのゲートを接地する。
第4の電流源4は、一端が接地し、他端が前記第2の電
流源の他端に接続し、オフ時に前記セン7 8 ス用静電誘導型1・ランジスタのゲートを接地する。
比較制御手段5は前記半導体素子のオン時に、前記第1
,第2の電流源をオンとして前記メイン用静電誘導型ト
ランジスタ並びにセンス用静電誘導型トランジスタのゲ
ートにバイアスを加える。
また前記センス用静電誘導型トランジスタに流れる電流
をセンスして得られた電圧値が特定値以上の場合前記第
1,第2の電流源をオフとし、前記第3,第4の電流源
をオンとする。
〔作    用〕
メイン用静電誘導型トランジスタとセンス用静電誘導型
トランジスタとよりなる半導体素子をオンとする場合、
比較制御千段5は第1の電流源1と第2の電流a.2を
オンとし、電源■から流れる電流をメイン用静電誘導型
トランジスタのゲート並びにセンス用静電誘導型トラン
ジスタのゲー1・に加える。この電流によってメイン用
静電誘導型トランジスタならびにセンス用静電誘導型ト
ランジスタをオンとする。なお、このとき第3の電流1
3並びに第4の電流源4はオフである。
一方、前記半導体素子がオンとなって負荷回路に電流を
流している場合、何らかの条件で負荷回路がショートし
過大電流が流れた時にはセンス電圧が特定値以上となる
。比較制御手段5はこのセンス電圧の特定値以上を検出
して、第1の電流源1と第2の電流i’;t2をオフに
する。そしてさらにそれと同時に第3の電流源3,第4
の電流tX4をオフとする。第3の電流源3並びに第4
の電流源4はそれぞれメイン用静電誘導型1・ランジス
タのゲート並びにセンス用静電誘導型トランジスタのゲ
ートに蓄積された電荷を放電するものである。
第2の電流源2におけるセンス用静電誘導型1・ランジ
スタは電流源によってゲートに電流が流れるので、電源
の電圧■に依存せずに一定電流によってオンとなる。い
わゆる飽和状態となるので、負荷等のショートによる過
大電流を的確に判別するセンス電圧を発生ずることがで
きる。また第3の電流′tA3,第4の電流源4によっ
てオフになった時の各ゲー1〜に蓄積された電荷をすば
やく放電I3ので高速にオフとずるこどができ、帥電講
導9〜 IO 型1・ランジスタの破壊を的確に防止することができる
〔実  施  例〕
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第2図は本発明の実施例の回路構成図である。
負荷回路15は電源Bの十端子VCCと、負荷R1と半
導体素子l7と抵抗RSとよりなる。電RBの十端子V
CCには負荷Rlを介して半導体素子の共通ドレインに
接続している。また半導体素子のメインSITのソース
Sは電源Bの一端子に接続し、半1 体素子17のセン
ス用SITのソースS9は抵抗Rsを介して電源Bの一
端子に接続している。なお、電源Bの一端子は接地して
いる。
半導体素子l7の各メイン用SITのゲー}Gとセンス
用SITのゲートGSに電流が流れた場合、これらのメ
イン用SITとセンス用SITはそれぞれオンとなり負
荷に電流を流す。この時、例えばメイン用SITのゲー
トに流れる電流が300mAであったならばセンス用S
ITに流れる電流は5mAほどである。このゲート電流
に対応してメイン用SIT並びにセンス用SITは飽和
状態いわゆるオンとなる。(このオン状態にお&Jる最
大電流はほぼ各SITのゲートに流れる電流によって決
定する。) 前述したようにセンス用SITのソースには抵抗Rsが
設けられているので、このセンス用SITに流れる電流
をこの抵抗RSで電圧に変換し、その電圧と、センス用
SITとメイン用STTに流れる電流比Kより全電流す
なわちドレインに流れる電流を求めることができる。
一方、前述の負荷回路l5を駆動する駆動回路16は負
荷回路15の電源VCCに接続された電流源18.19
並びに電流源駆動回路20.制御回路21が接続されて
いる。また制御回路21はスイッチSWの共通接点に接
続されている。スイッチSWの一方の端子(On)は電
流源駆動回路の他端に接続している。駆動信号発生源S
から負荷に電源を加え駆動する信号が発生すると、その
信号が加わる制御回路21ぱスイッチSWXを一方の端
子(On)側に接続する。この接続により電11 12 流源駆動回路20には■。0なる電流が流れ、制御回路
21側に流れ込む。この電流I。0が流れることによっ
て電流源19.18をオンとする。電流源18はIGo
n、また電流源19はI GSonなる電流を流す電流
源となる。これらの電流源18,19がオンの時には電
流源19.18に接続された電流源22.23はオフで
ある。(電流源駆動回路25に電流が流れず電流源22
.23は駆動されない。) また、それぞれの電流源が接続された共通端子は半導体
素子のゲートC,CSに接続されているが、電流源20
.21はオフであるので電流源18,19によって流れ
る電流はすべてメイン用SITのゲートG並びにセンス
用SITG.にそれぞれ流れ込む。この電流I GOn
 *  ■GsOnは例えば前述したように300mA
と5mA等の値である。半導体素子17がオンの時、負
荷R1の一端は電源に接続されており、負荷Rlの他端
はオンとなった半導体素子を介して接地されているので
、電源からの電流がこの負荷に流れ込む。
一方、負荷R1が不良等によってショートした場合、過
大電流が流れることとなる。この過大電流もメイン用S
ITとセンス用SITに分流して流れる(この分流の比
率は従来と同時にK:lである)。そして、分流してセ
ンス用SITのソースに流れる電流によって抵抗R.に
電圧が発生し、この電圧は過電流保護回路24に加わる
。過電流保護回路24には一端子が接地された電源VR
efの十端子が接続されており、過電流保護回路24は
この電源電圧VRafと抵抗Rs間との電圧を比較し、
抵抗R5に発生する電圧が高い場合、制1卸回路2lに
対しオフ信号を加える。制御回路21はオフ信号が加わ
ると、スイッチSWXを他端子側(off)側に切り換
える。尚、この切り換わりは、一度行われると、もとに
戻ることはなく、例えばリセットされた時にもとに戻る
スイッチSWXの他端子(off)には電流源駆動回路
25が接続している。(電流源駆動回路25の他端と電
流源22.23の他端子並びに過電流保護回路24も接
地している。)スイッチSl3 14 WXが他端子側(off)側に切り換わると、電流源駆
動回路25に電流が流れる。(電流源駆動回路20を駆
動する場合には、制御回路21は共通端子を零電位(接
地)に接続して、電流源駆動回路20の一端を接地し、
電流源駆動回路25を駆動する場合には共通端子を電源
Bの電位(VcC)に接続して電流源駆動回路25の電
源端子に電圧を加えている。この時、電流源駆動回路2
5が動作し、重流源22.23をオンとする。尚スイッ
チSWXが他端子(off)側に切り換わった時、電流
源駆動回路20は他端がオープン状態となり動作を停止
する。この動作の停止によって電流源18.19はオフ
となる。この結果半導体素子へのバイアスは0となり、
半導体素子はオフとなる。
このオフによって破壊を防止することができる。
スイッチSWXが他端子側(off)に切り換わった時
、前述のごと←電流源22.23がオンとなり、ゲー}
G,GSからの電流を接地する。すなわちグランドに流
す。メイン用SIT並びにセンス用SITのゲートは当
然浮遊容量を有しており、単にバイアス用の電流源11
3.19をオフとしたのではその容量にチャージされた
電荷によってメイン用SIT並びにセンス用SITは直
ちにオフとなることはない。しかしながら、電流rA2
2.23がそれらの電荷をグランド側に流すので、直ち
にオフとなる。
従来においては、流れる閉路がないため、自然放電等に
よって放電されるまでの間、半導体素子はオンとなり、
この時間内に場合によっては破壊することがあったが、
本発明の実施例によれば、従来のように抵抗でドライブ
するのでなく重流源18.19によってゲートに電流を
流しているので、電源VCCの電圧に依存一吐ずに半導
体素子を確実にオンとすることができ、すなわちそれぞ
れのSITを飽和させることができ、例えば電源電圧の
低下等が発生しても的確に電流を求めることができる。
また不良時に過大電流が流れたとしても、電流源18.
19をオフとするとともに同時に電流源22.23をオ
ンとするので、ゲー1・に蓄稍された電荷はただちに放
電され高速に半導体素子15 16 をオフとすることができる。
第3図は上述の電流′6fA1s,19並びに電流源駆
動回路20の詳細な回路図である。電流源18,19は
ほぼ同様の構成であり、以下の如く構威されている。ト
ランジスタQ,0,Q6のコレクタは電源Bの十端子V
CCに接続し、エミソタは抵抗R5,R3を介して各S
ITのゲートG,  G.に接続している。またトラン
ジスタQ8,Q4のコレクタは電源VCCに接続し、エ
ミッタはトランジスタQ +o.Q6のヘースに接続し
ている。そしてトランジスタQ.,(hの工ξツタは電
源VCCに接続し、そのコレクタはトランジスタQe 
,Q4のベースとトランジスタQ9,Q5のコレクタに
接続している。トランジスタQ9 ,Qsのベースはト
ランジスタQ1o,Q6のベースに接続し、その接続点
にトランジスタQe,Q4のエミッタが接続している。
そしてトランジスタQ9 ,Q5の工Q7夕は抵抗R4
.R2を介してゲー}G,Gsに接続している。
一方、電流源駆動回路20は以下の如く構或されている
。トランジスタQ?.Q2のヘース乙よ、一端が電源V
CCに接続されたR1の他端に共通に接続している。ま
た工くツタが電源VCCに接続されたトランジスタQ,
のヘースは前述の抵抗Rの他端と、トランジスタQ3の
エミッタに接続している。トランジスタQ3のコレクタ
は接地し、ベースはトランジスタQ1のコレクタに接続
ずるとともに、スイッチSW8の一方の端子(on)に
接続している。尚、1・ランジスタQ1〜Q3Q7はP
NP接合の1・ランジスタであり、トランジスタQ4〜
Q6,Q.〜Q,。はNPN接合の1ヘランジスタであ
る。また、後述するがトランジスタQ6,QIoのチッ
プ面積はトランジスタQ5Q,に比へ大きくゲートG,
Gsに流れる電流のほとんどはこのトランジスタQ6,
Q+oに流れる。
スイッチSWXが一方の端子(On)側に接続された場
合、その端子は前述した様に接地電位となるので、トラ
ンジスタQ3ばオンとなり、Rに特定の電流が流れる。
特定の電流が抵抗R1に流れることにより、1・ランジ
スタQ+ .Q2 ,Qq1 7一 18 のヘースはエミソタ電位よりか低くなり、トランジスタ
Q1,Q2 ,Q7もオンとなる。このオンによって、
電源V。Cの電位がトランジスタQ4Q8のベースに加
わることとなり、この1・ランジスタQ4,Q8もオン
となる。これらのトランジスタQ4.Qaのオンによっ
て、トランジスタQ5Qb ,Q9,QIoがオンとな
る。このトランジスタはカレントξラー回路を構威して
おり、I coi ”: I CO9 ’−: I c
otIcob # (k21 )  I CQ5Ico
+o’; (k+   1)  TCQ9であるから、 Icon =TCQ9 +Ico+o=k+  Ico
+Icson−Ico5+ICQ6 =k21co+と
なる。なお、ここでトランジスタQ1oはトランジスタ
Q,の(k,−1)倍のエミッタ面積を持ち、またトラ
ンジスタQ6は1・ランジスタQ5の(k2  1)倍
の工くツタ面積を持つものとしている。またさらに、抵
抗R4はR5の(k1−1)倍の抵抗値を、またR2は
RJの(k2  1)倍の抵抗値となっている。(抵抗
R2,R3  R,IR5はトランジスタQ5,Q6,
Q9 ,QIoの工くツタ面積に加工ばらつきが生じた
場合、1(k2の値を所望の値に近づけるよう、負帰還
を行っている。) 以上のような電流ミラー回路によってTCQI に電流
が流れた時、それに対応してI6。。,■,,。0に電
流が流れる。この電流は半導体素子17にそれぞれ加わ
るので、メイン用SIT並びにセンス用SITば特定の
電流値によって飽和状態となる。
以上、本発明の実施例をドレインからソースに電流が流
れる場合の半導体素子について説明したが、このような
極性が反転したいわゆるソースからドレインに電流が流
れる場合においても同様である。
第4図は本発明の第2の実施例の回路構成図である。こ
の場合半導体素子30は前述した半導体素子l7と逆極
性のトランジスタであって第lの実施例とまったく逆方
向に電流が流れるものであるが、それぞれの回路をそれ
ぞれ逆極性とするこ19 20 とによって同様の動作をする。
以上述べたように、電源電圧が変動しても電流源によっ
てバイアスが加わるので、ほとんど一定のI GSon
さらにはI,。。がイ』(給され、センスゲインが小さ
くなることはない。
また独立した2つの定電流源を個別素子で作ると素子特
住のばらつきを保証するために複雑な回路構成となるが
、本発明の実施例のごとく半導体素子駆動回路で作ると
近接した素子の特性のばらつきが少ないことから、簡単
な回路で独立した2つの電流源を構或できる。またさら
に、独立した2つの電流源の出力をショー1・すれば、
普通の3端子トランジスタの駆動回路として使うことも
できる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、メイン用SITと
センス用SITとを有する半導体素子において、その半
導体素子を負荷駆動用のスイッ子とした場合、負荷の不
良等によってショート状態となった時にセンス電流を電
源電圧に依存せずに検出することができ、確実にそのセ
ンス電圧によって半導体素子をオフとし破壊を防止する
ことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のブロック図、 第2図は本発明の第1の実施例の回路構或図、第3図は
電流源と電流源駆動回路の詳細な回路図、 第4図は木発明の第2の実施例の回路構成図、第5図は
従来回路の構或図である。 1 ・・・ 第1の電流源、 2 ・・・ 第2の電流源、 3 ・・・ 第3の電流源、 4 ・・・ 第4の電流源、 5 ・・・ 比較制御手段.

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 メイン用静電誘導型トランジスタと、センス用静電誘導
    型トランジスタとよりなる半導体素子をオン、オフする
    制御回路において、 一端が電源に接続し、他端が前記メイン用静電誘導型ト
    ランジスタに接続し、オン時に前記メイン用静電誘導型
    トランジスタにバイアスを加える第1の電流源と、 一端が電源に接続し、他端が前記センス用静電誘導型ト
    ランジスタに接続し、オン時に前記センス用静電誘導型
    トランジスタにバイアスを加える第2の電流源と、 一端が接地し、他端が前記第1の電流源の他端に接続す
    る第3の電流源と、 一端が接地し、他端が前記第2の電流源の他端に接続す
    る第4の電流源と、 前記半導体素子のオン時に、前記第1、第2の電流源を
    オンとしてバイアスを加えるとどもに、前記センス用静
    電誘導型トランジスタに流れる電流をセンスして得られ
    た電圧値が特定値以上の場合、前記第1、第2の電流源
    をオフとし、前記第3、第4の電流源をオンとする比較
    制御手段とよりなることを特徴とする半導体素子駆動回
    路。
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