JPH04133616A - 半導体装置 - 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〕 本発明は誘導性負荷のｉｔ流を断続制御する半導体装置
に関し、例えば自動車のイグニッションコイルの電流を
断続させるのに適した半導体装置を提案するものである
。

〔従来の技術ｊ 第３図はこの種の従来の半導体装置に誘導性負荷を接続
した状態の回路図である。

半導体装置ＳＤは、後述する誘導性負荷２を接続するた
めの接続端子Ｃ，Ｄを設けており、抵抗５とパワートラ
ンジスタ３と、集積回路４とを内蔵している。集積回路
４は、抵抗６と、Ｉ・ランジスタフと、例えば発振回Ｂ
８と、定電圧ダイオード９とにより構成されている。接
続端子Ｃは、抵抗５と抵抗６との直列回路を介してエミ
ッタ接地のトランジスタ７のコレクタ及びエミッタ接地
のパワートランジスタ３のヘースと接続され・ている。

パワートランジスタ３のコレクタは接続端子りと接続さ
れている。抵抗６とトランジスタ７との直列回路には、
発振回路８が並列接続されており、この発振回路８には
カソードを接地側としている定電圧ダイオード９が並列
接続されている。

半導体装置ＳＤの接続端子Ｃ，Ｄには、誘導性負荷２の
端部を各別に接続している接続端子Ａ、　　Ｂが接続さ
れている。

接続端子Ａは、負極を接地しているバッテリからなる電
源１の正極と接続されている。誘導性負荷２には直流抵
抗成分ＲＬとインダクタンス成分Ｌ１−とが存在する。

次にこの半導体装置ＳＤの動作を説明する。トランジス
タ７のヘースにパルス信号を印加すると、トランジスタ
７はそのパルス信号に応してオン。

オフ動作を繰り返す。そしてトランジスタ７がオンのと
きは、トランジスタ７のコレクタ、エミッタ間電圧は飽
和電圧（通常路０．ｌＶ）となり、パワートランジスタ
３のヘース、エミンタ電圧がパワートランジスタ３のヘ
ース、エミッタオン電圧（通常路０．６Ｖ）より十分像
いため、パワートランジスタ３はオフする。そのため、
この状態においては誘導性負荷２には電流が流れない。

しかるに、トランジスタ７がオフすると、パワートラン
ジスタ３のヘース電圧が上昇して、抵抗６を介してパワ
ートランジスタ３にヘース電流が流れてパワートランジ
スタ３がオンして、誘導性負荷２にはパワートランジス
タ３を流れる電流ＩＩ。

が流れる。このようにしてパワートランジスタ３０オン
、オフ動作により誘導性負荷２の電流が断続する。

そして、誘導性負荷２に流れる電流Ｉ、の最大価Ｉ　Ｌ
　（＋ａａ＊ｌ　　は、 Ｌ （但し、ＶＣＣは電源１の電圧、ＶＣＥ（ｓａｔ）　　
はパワートランジスタ３のコレクタ、エミッタ飽和電圧
） となる。

ところで、この半導体装置ＳＤを、例えば自動車のイグ
ニンションコイルの電流を断続すべく自動車に搭載した
場合には、電圧が大幅に変動している電源１で使用する
ことになり、また外来サージが存在する悪い環境下で半
導体装置ＳＤを使用することになる。

それにより電圧変動によって集積回路４へ流れる過電流
を、抵抗５により抑制して集積回路４を過電流から保護
する。

一方、電源１にサージ電圧を重畳した場合には、集積回
路４内に設けている定電圧ダイオード９によって、重畳
したサージ電圧を吸収し、発振回路８には、定電圧ダイ
オード９の定電圧値以上に電圧が上昇しないようにして
発振回路８を過電圧から保護する。

そして定電圧ダイオード９に流れる電流Ｉ２は、抵抗５
で制御されて次式の如くなる。

但し、Ｖ　５Ｌｌｒ９ｅは電源１に重畳したサージ電圧
、■２は定電圧ダイオード９の定電圧値、Ｒ３は抵抗５
の抵抗値 このようにして半導体装置ＳＯが使用される環境が悪く
、電＃１の電圧が大幅に変動した場合、あるいは電源ｌ
の電圧にサージ電圧が重畳した場合でも集積回路４内の
発振回路８を過電流、過電圧から保護する。

（発明が解決しようとする課題） 前述した従来の半導体装置は、例えば接続端子ＣとＢと
を破線で示す如く誤って接続し、また端子ＢとＤとを接
続した場合は、誘導性負荷２の電流を断続させたときに
、誘導性負荷２に発生する誘導電圧が接続端子Ｃに現れ
る。

このような誘導電圧は、電源ｌの電圧に重畳するサージ
電圧よりもはるかに大きなエネルギーを有して、定電圧
ダイオード９には過大な電流が流れて定電圧ダイオード
９を破壊し、それによって発振回路８が破壊する虞れが
あるという問題がある。

本発明は斯かる問題に鑑み、誘導性負荷を誤接続しても
、誘導性負荷で発生する誘導電圧によって、定電圧ダイ
オードを破壊することがない半導体装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するだめの手段］ 本発明に係る半導体装置は、定電圧ダイオードの電流に
関連する電圧を電圧検出部で検出し、検出した電圧に応
じて、誘導性負荷の電流を断続させるトランジスタの電
流を抑制して、誘導性負荷の電流を抑制する構成にする
。

〔作用］ トランジスタの導通制御により誘導性負荷の電流が断続
する。誘導性負荷を誤接続すると、誘導性負荷で発生し
た誘導電圧に応して定電圧ダイオードの電流が変化する
。その電流に関連する電圧を電圧検出部が検出する。検
出した電圧に応じてトランジスタの電流を抑制し、誘導
性負荷に流れる電流を抑制する。

これにより定電圧ダイオードに過大な電流が流れず、定
電圧ダイオードが破壊しない。

〔実施例］ 以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係る半導体装置に誘導性負荷を接続し
た状態の回路図である。

半導体装置ＳＤは、後述する誘導性負荷２を接続するた
めの接続端子Ｃ，Ｄを設けており、抵抗５と、パワート
ランジスタ３と、集積回路４と、電流検出抵抗１０とを
内蔵している。集積回路４は、抵抗６と、トランジスタ
７と、例えば発振回路８と、定電圧ダイオード９とによ
り構成されている。

接続端子Ｃは抵抗５と抵抗６との直列回路を介して、エ
ミッタ接地のトランジスタ７のコレクタ及びエミッタ接
地のパワートランジスタ３のベースと接続されている。

パワートランジスタ３のコレクタは接続端子りと接続さ
れている。抵抗６とトランジスタ７との直列回路には、
発振回路８が並列接続されており、この発振回路８には
カソードを接地側としている定電圧ダイオード９が並列
接続されている。

半導体装置ＳＤの接続端子Ｃ，Ｄには、誘導性負荷２の
端部を各別に接続している接続端子Ａ、　　Ｂが接続さ
れている。接続端子Ａは負極を接地しているバッテリか
らなる電ｔｉ、１の正極と接続されている。誘導性負荷
２には、直流抵抗成分ＲＬとインダクタンス成分ＬＬと
が存在する。

次にこのように構成した半導体装置の動作を、その回路
各部の電圧、電流の変化を示す第２図とともに説明する
。

先ず、接続端子ＣとＡとを、また接続端子りとＢとを夫
々に、半導体装置ＳＤに誘導性負荷２を誤らずに接続し
た場合には、トランジスタ７のベースにパルス信号を印
加すると、トランジスタ７はそのパルス信号に応してオ
ン、オフ動作をする。

そしてトランジスタ７がオンのときはトランジスタ７の
コレクタ、エミッタ間電圧は飽和電圧となり、パワート
ランジスタ３のベース、エミ・ンタ電圧がパワートラン
ジスタ３のベース、エミッタオン電圧より十分低く、パ
ワートランジスタ３はオフし、誘導性負荷２には電流Ｉ
Ｌが流れない。

しかるに、トランジスタ７がオフするとパワートランジ
スタ３のベース電圧が上昇して、抵抗６を介してパワー
トランジスタ３にベース電流ＩＢが流れてパワートラン
ジスタ３はオンし、誘導性負荷２を通った電流ＩＬがパ
ワートランジスタ３に流れる。

そして、集積回路４の過電流を抵抗５により抑制し、集
積回路４を過電流から保護する。また電源１の電圧に重
畳したサージ電圧を定電圧ダイオード９が吸収して発振
回路８を過電圧から保護する。なお、誘導性負荷２の電
流を断続させた場合に発生する誘導電圧は接続端子りに
加わり、接続端子Ｃには加わらないから定電圧ダイオー
ド９が破壊することがない。

次に、接続端子Ｃを破線で示す如く接続端子Ｂと誤って
接続し、また接続端子りと接続端子Ｂとを接続した場合
の半導体装置の動作を説明する。

パワートランジスタ３がオンしている場合、接続端子Ｃ
の電圧はパワートランジスタ３のコレクタ、エミッタ飽
和電圧ＶＣＥ（ｓｉｔ）　　となるが、パワートランジ
スタ３の電流ＩＬが大きい場合は０．５〜１■になって
集積回路４は動作する。それにより発振回路８の電流が
電流検出用抵抗１０に流れて第２図（ｅ）に示す如くそ
の端子電圧■１゜が上昇する。

ここでパワートランジスタ３に流れる電流ＩＬは、前記
（１）式と同様に、 となる。そして、トランジスタ７がオンしてパワートラ
ンジスタ３がオフする過程で、誘導性負荷２のインダク
タンス成分ＬＬにより生しるパワートランジスタ３のコ
レクタ、エミッタ電圧■。

は、 ｔ となる。

つまり、インダクタンス成分り、の値が定数であれば、
第２図（Ｃ１に示ずコレクタ、エミッタ電圧ＶＣＥは、
第２図（１））に示す如くパワートランジスタ３を流れ
る電流ＩＬが減少する割合と同割合で上昇する。

さて、トランジスタが時点Ｌ０でオンするとパワートラ
ンジスタ３のベース、エミッタ接合の電荷を引き抜くた
めの第２図（ａ）に示す負のベース電流ＩＩｌが流れる
。

そしてパワートランジスタ３はベース、エミッタ接合の
電荷がある程度抜けないとオフしないので、それに要す
る時間Ｌ５経過後の時点ｔ１がらパワートランジスタ３
を流れる電流■、が減少し始める。

この電流１　、が減少する割合を一〇、　とすると、パ
ワートランジスタ３のコレクタ、エミッタ電圧Ｖ（Ｅは
、 ＶＣＥ＝ＬＬ　　’　Ｇｌ　　”・（５）となり、（５
）式で表されるコレクタ、エミッタ電圧ＶＣＥまで上昇
していく。そのようにコレクタエミッタ電圧ＶＣＥが上
昇し、 Ｖｃｙ＞Ｖｚ　　　・・・（６） 但し、■２は定電圧ダイオード９の定電圧値となると、
第２図（ｄ）に示す如く時点２から定電圧ダイオード９
１こ電流Ｉ２が流れ始める。それにより電流検出用抵抗
１０の端子電圧ＶＩＯは、■、。−Ｉ２　・Ｒ５・・・
（７） 但し、Ｒ１゜は電流検出用抵抗ＩＯの抵抗値となる。そ
して、定電圧ダイオード９の電流Ｉ２に応じて第２図（
ｅ）に示す如く上昇し、この電圧によってトランジスタ
７のエミッタ電圧が上昇するとともにコレクタ電圧が上
昇して、パワートランジスタ３のベース電圧が上昇し、
パワートランジスタ３から引き抜かれるベース電流Ｉ８
の絶対値が減少する。

そうすると、パワートランジスタ３に流れる電流１０．
の減少割合が−Ｇ２で示す如く小さくなる。

したがってパワートランジスタ３のコレクタエミッタ電
圧ＶＣ＋、：が定電圧値ｖ２に達した後のコレクタ、エ
ミッタ電圧ＶＣＥは、 ＶｃＦ−Ｌｔ　　・Ｇｚ　　　　・＝（８））となる。

そして（８）式で表されるコレクタ、エミッタ電圧■。

まで上昇した後、第２図（Ｃ）に示す如く時点ｔ、以後
一定になる。このようにしてパワートランジスタ３の電
流ＩＬは第２図（ｂ）に示す如く減少割合−Ｇ２によっ
て零まで減少し、零に達した時点ｔ３でベース電流■８
は第２図（ａ）に示す如く零になり、またコレクタ、エ
ミッタ電圧Ｖ（２、定電圧ダイオード９の電流Ｉ２及び
電流検出用抵抗１０の端子電圧■１゜は第２図（Ｃ）、
　（ｄ）及び（ｅ）に示す如く零になり、パワートラン
ジスタ３がオンからオフするまでの過程が終了する。

そのため、誘導性負荷２のインダクタンス成分ＬＬに応
して、電流検出用抵抗１０の抵抗値を選定して、ＬＬ−
Ｇ、によるコレクタ、エミッタ電圧ＶＣＥが接続端子Ｃ
に加わったときに、定電圧ダイオード９を破壊しないコ
レクタ、エミッタ電圧ＶＣＨの値にすれば、誘導性負荷
２を半導体装置ＤＳに誤接続した場合でも定電圧ダイオ
ード９が破壊されず、それによって集積回路４の破壊を
確実に防ぐことができる。

つまり、定電圧ダイオード９に流れる電流を電流検出用
抵抗１０に流して、その電流に関連する電圧を検出して
、その電圧をパワートランジスタ３のベース、エミッタ
電圧■。、に加えることにより、パワートランジスタ３
に流れる電流ＩＬを減少させて誘導性負荷２に流れる電
流の絶対値を低下させる。それにより誘導性負荷２で発
生する誘導電圧を低下させ得て、過電流による定電圧ダ
イオード９の破壊を確実に防ぐことができる。また定電
圧ダイオード９に電流容量が大きいものを用いる必要も
ない。したがって接続端子の誤接続、つまり誘導性負荷
２を誤接続した場合の半導体装置の破壊を確実に防止で
き、小型で信顧性が高い半導体装置を提供できる。

なお、本実施例ではトランジスタ３及びパワートランジ
スタ７の夫々にｎｐｎ型のトランジスタを用いたが、そ
れをｐｎｐ型トランジスタを用いても同様の効果が得ら
れる。

〔発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、半導体装置に内蔵してい
る定電圧グイオートに流れる電流に関連する電圧を検出
し、検出した電圧に応して誘導性負荷を導通制御するト
ランジスタの電流を抑制して、誘導性負荷の電流を抑制
するようにしたから、誘導性負荷を誤接続しても定電圧
ダイオ−）ζには過電流が流れない。それにより定電圧
ダイオードの破壊を防ぎ、集積回路の破壊を確実に防止
できる。また定電圧ダイオードの破壊を防ぐために電流
容量の大きい定電圧ダイオードを用いる必要もない。

したがって、本発明によれば、誘導性負荷の誤接続によ
り集積回路を破壊することがなく、小型で信顛性が高い
半導体装置を提供できる優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体装置に誘導性負荷を接続し
た状態の回路図、第２図はその各部回路の電圧、電流の
変化を示す説明図、第３図は従来の半導体装置に誘導性
負荷を接続した状態の回路図である。 １・・・電源　２・・・誘導性負荷　３・・・パワート
ランジスタ　９・・・定電圧ダイオード　１ｏ・・・電
流検出用抵抗　Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ・・・接続端子　ＳＤ・
・・半導体装置 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　　大　　岩　　増　　雄 第 図 ■−・・トランジスフ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）これの内部回路の過電圧を防ぐ定電圧ダイオード
   と、トランジスタとを備え、該トランジスタの導通制御
   により、外部にある誘導性負荷の電流を断続させ得るよ
   うにしている半導体装置において、 前記定電圧ダイオードの電流に関連する電圧を検出する
   電圧検出部を備え、該電圧検出部が検出した電圧に応じ
   て前記トランジスタの電流を抑制し、前記誘導性負荷に
   流れる電流を抑制すべく構成してあることを特徴とする
   半導体装置。