JPH0510522Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、誘導性の負荷と直列に接続された出
力段トランジスタを制御する方式の、過電圧から
保護される集積回路を対象とする。この場合この
回路においては、過電圧に対する該誘導負荷の耐
電圧の方が、遮断される出力段トランジスタの耐
電圧よりも大きく、さらに前記半導体回路には電
圧制限装置が設けられており該電圧制限装置が、
その限界電圧を超えた場合に出力段トランジスタ
を導通状態へ移行させるように構成されている。

従来技術 この種の過電圧からの保護装置は公知である。
公知の保護装置はツエナダイオードから成り、こ
のツエナダイオードが所定の電圧以上になるとブ
レークダウンして過電圧を制限する。しかし、こ
の公知の過電圧からの保護装置を集積回路に対し
て用いた場合、常に有効に機能するとは限らな
い。例えば集積回路が出力トランジスタを有し、
この出力トランジスタがリレー、モータ等の外部
低インピーダンス負荷を切換えたり、または調整
する場合を考える。外部負荷の一方の端子は供給
電圧と接続され、この供給電圧は常に過電圧の危
険にさらされているが、集積化されたツエナダイ
オードによつて良好に過電圧からの保護を行うこ
とはできない。これは次の理由による。過電圧は
通常の動作電圧よりかなり大きく、またICチツ
プの熱時定数よりも長く持続する。従つてチツプ
ケーシングの熱抵抗は、過電圧時にツエナダイオ
ード内で熱に変換される電力に応じて決定する必
要があるが、この電力は通常動作時に消費される
損失電力より著しく大きい。そのため以上の点を
十分に考慮に入れないでツエナダイオードを使用
すると、過電圧が生じたときに出力トランジスタ
が熱により２度目のブレークダウンに達し、破壊
するおそれがある。

さらにドイツ連邦共和国特許公報第1151313号
に、同様の保護装置が示されている。この保護装
置においては、出力段トランジスタのベース・コ
レクタ区間に並列に接続されたツエナーダイオー
ドから構成されており、このツエナーダイオード
は所定の電圧を上回るとブレークダウンして、こ
れによりこのトランジスタのスイツチング区間に
おける過電圧を制限する。この装置はトランジス
タにより制御される誘導性負荷の遮断時電圧ピー
クからこのトランジスタだけを保護するにすぎな
い。この公知の装置は、トランジスタがその誘導
性負荷をスイツチングする時に、このトランジス
タのダイナミツク保護を可能にするだけである。

考案の解決すべき問題点 本考案の課題は、出力段トランジスタを有する
集積回路を用いた場合に、この集積回路を過電圧
から保護するように、構成することである。

問題点を解決するための手段 本考案の過電圧から保護される集積回路は実用
新案登録請求の範囲第１項の特徴部分に示された
ように構成されている。

この構成により本考案の過電圧から保護される
集積回路は、過電圧が生じた時に出力段トランジ
スタが導通するという利点を有している。これ
は、次のことを意味する。まず、導通したトラン
ジスタは阻止方向に接続されたトランジスタに比
べて熱的に極めて安定である。第２に、導通した
トランジスタに生じる損失電力は、同じ大きさの
電流が流れるツエナダイオードにおける損失電力
よりもかなり小さい。具体的には、導通したトラ
ンジスタに生じる損失電力は、ツエナダイオード
の場合より１桁ほど小さい。その結果、本考案に
よる過電圧からの保護装置を用いれば、集積回路
の熱負荷を著しく低減できる。

負荷が誘導性の負荷であるため、遮断電流をバ
イパスするためのフリーホイールトランジスタを
設けて、過電圧のほかにこの誘導性の負荷の遮断
時の電流ピークも抑圧できる。このフリーホイー
ルトランジスタによつて、遮断時の電流ピークは
出力段トランジスタをバイパスして流れる。フリ
ーホイールトランジスタの制御は、供給電圧源の
１つの極によつて、または過電圧を除去する他の
トランジスタと同じく電圧制限装置の出力によつ
て、行われる。

次に、図面を参照しながら実施例について本考
案を詳しく説明する。

実施例の説明 回路の接続構成 第１図に示した本考案の第１の実施例は、前置
段１０および出力段１１から成る集積回路を含ん
でいる。前置段１０は任意の前置段として構成で
きるので、ここでは詳述しない。出力段１１とし
てはNPNトランジスタが設けられており、その
ベースが前置段１０と接続されている。出力段ト
ランジスタ１１のエミツタはアースされており、
コレクタは、誘導性負荷１２を介して供給電圧源
のプラス極１３に接続されている。このプラス極
１３は、更に電流制限抵抗１４を介してIC１０，
１１に接続されている。集積回路においては全部
の構成素子がサブストレートに対してダイオード
を形成している。このダイオードは、前置段１０
または出力段１１を橋絡する２つのダイオード１
１０，１１１により表わされている。プラス極１
３は、電流制限抵抗１４、NPNトランジスタ１
５のエミツタ−コレクタ区間、および電流制限抵
抗１６から成る直列接続体を介して出力段トラン
ジスタ１１のベースに接続されている。トランジ
スタ１５のベース−エミツタ間は、トランジスタ
１５の保護用ダイオード１９により橋絡されてい
る。アースとトランジスタ１５のベースとの間に
は、電圧検出装置として作用する電圧制限回路１
８が接続されている。この電圧制限回路１８は、
最も簡単にはツエナダイオードとして構成される
が、他の任意の形式の電圧制限回路を設けること
ができる。構成素子１５，１６，１８は、IC内
にまとめて集積することができる。

(1) 通常の動作 通常の際は、出力段トランジスタ１１は、前置
段１０からベースへ接続されている線路を介して
制御される。そのためこのトランジスタと直列に
接続されている誘導性負荷たとえばリレー巻線が
制御される。

(2) 過電圧発生の際の動作 過電圧が発生すると、即ち端子１３の電圧が電
圧制限装置１８の応動限界値を越えて上昇する
と、電圧制限装置１８はICと外部抵抗１４との
接続点の電圧を、この電圧制限装置の限界電圧値
の方向へ制限する。

電圧制限回路１８を流れる電流は全部または部
分的に、トランジスタ１５のベース−エミツタ間
をも介して流れる。従つて電圧制限装置１８の限
界電圧に達すると、トランジスタ１５が導通制御
されその結果、出力段トランジスタ１１はそのベ
ースにおいて制御されて導通する。過電圧が電圧
制限装置１８の限界値を下まわるとトランジスタ
１５が遮断される。そのためトランジスタ１１
も、このトランジスタを制御する前置段により導
通制御されていない限り、再び遮断される。

(3) 負荷の遮断時の対策としての回路素子 負荷１２は、インダクタンスを含む負荷として
例えばリレー巻線として構成される。インダクタ
ンス負荷の場合は、遮断の逆起電力による大電流
が生ずるため、この影響を回避するために、出力
段トランジスタ１１のスイツチング区間と並列
に、フリーホイールダイオードとして用いる
PNPトランジスタ２２のエミツタ−コレクタ区
間と抵抗２３との直列接続体が、接続されてい
る。フリーホイールダイオードとしてのトランジ
スタ２２のベースはツエナダイオード２４を介し
てトランジスタ１５のエミツタと接続されてい
る。ツエナダイオード２４は省略してもできる、
または通常のダイオード、抵抗のような適当な他
の素子により置きかえることができる。

(4) 誘導性負荷の遮断の際の動作 トランジスタ１１が遮断されると、これに直列
に接続されている誘導性負荷１２を流れていた電
流が消滅する。この際に逆起電力が発生して大き
な電流がトランジスタ１１に加わろうとする。こ
の大電流は次のようなしてバイパスされ、その結
果、トランジスタ１１が損傷から保護される。こ
のバイパス２の動作は次のように行われる。

トランジスタ１１が遮断されると、トランジス
タ２２のエミツタ電圧は正方向に上昇する。エミ
ツタ電圧が上昇してトランジスタ２２のベース−
エミツタ間に電流が流れ始める時点にトランジス
タ２２が導通すると、前記の遮断時の大電流はト
ランジスタ２２のスイツチ区間および抵抗２３を
介して流れる。その際にツエナダイオード２４
は、抵抗１４における電圧降下を補償するために
使用される。このツエナダイオードは、トランジ
スタ２２のエミツタ電圧が少なくとも端子１３の
電圧に達した時にトランジスタ２２が始めて導通
することを保証する。

回路のその他の接続構成 前置段１０に並列接続された保護ダイオード２
０、および出力段トランジスタ１１のスイツチ区
間に並列接続されたダイオード２１は、電源の極
性（＋），（−）が誤つて逆に接続された場合に
ICを保護するために用いられる。

トランジスタ２２のコレクタは、抵抗２３を介
して、アースとではなく、トランジスタ１１のベ
ースと接続することもできる。その場合、遮断時
の電流はトランジスタ２２を介して流れるのでは
なく、トランジスタ２２によりトランジスタ１１
が導通状態に制御されるためトランジスタ１１を
介して流れることになる。

第２図に示した第２の実施例は、その構成およ
び動作が前述の実施例に相応する。対応する構成
素子には同じ番号が付されている。この実施例に
おいて、出力段トランジスタ１１と負荷１２との
位置は第２図の場合に比べて入れ替わつているた
め、出力段トランジスタ１１としてはNPNトラ
ンジスタではなくPNPトランジスタが使用され
ている。それに応じて、PNPトランジスタとし
て構成されていた第１図の２つのトランジスタ１
５，２２が、ここではNPNトランジスタとして
構成されている。構成素子１８，１９の位置も同
様に入れ換わつている。ダイオード１１１は省略
するかあるいはダイオード１１０と同一に構成す
る。抵抗１４はアースされている。トランジスタ
２２のベースは、２つのダイオード２５，２６か
ら成るダイオード区間を介してトランジスタ１５
のベースと接続されている。

第２図に示した回路と第１図の回路との相違点
は、イングタンスの遮断の際の逆起電力に起因す
る大きな電流を捕捉する制御端子が、即ちトラン
ジスタ２２のベースが、電圧制限回路１８と直接
接続されている点である。

この回路の有する利点は、抵抗１９が、トラン
ジスタ１５に対するバイパス抵抗としての機能の
ほかに、インダクタンスの遮断の際の大電流をバ
イパスする場合の抵抗１４の電圧降下を補償する
ためにも使用できることである。両方のダイオー
ド２５と２６も、抵抗１４における電圧降下を補
償するために使用される。

要 約 前述のように本考案により、誘導性の負荷１２
の供給電圧が出力段トランジスタにより遮断され
る際に、この誘導性負荷により発生される過電圧
から即ち遮断時の高い誘導電圧ピークから、前置
段１０及び出力段トランジスタ１１を含む集積回
路を保護する手段が提供される。この手段はフリ
ーホイールトランジスタ２２から構成されてお
り、このトランジスタはそのスイツチング区間が
出力段トランジスタのスイツチング区間と並列に
接続されており、遮断時に誘導性の負荷により発
生される電圧ピークにより導通状態へ移行する。
そのためこの電圧ピークにより生ぜさせられる大
電流がトランジスタ２２と抵抗２３を介してアー
スへ流れる、即ちこの電流がバイパスされるた
め、トランジスタ１１が保護される。

発明の効果 ツエナーダイオードを導通させることによる従
来の、過電圧からの保護装置では必ずしも保護の
できない半導体回路が、、トランジスタを導通制
御させる構成の本考案の回路により、十分に保護
できるようになる。しかも導通状態のトランジス
タの熱損失はツエナーダイオードの熱損失よりも
１桁低いため、半導体回路への放熱の影響が低減
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、誘導性負荷の遮断時の電流をバイパ
スさせるための過電圧からの保護装置を有する本
考案の第１の実施例、第２図は、第１図の実施例
を変形した本考案の第２の実施例を示す。 １０，１１……集積回路、１２……負荷。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 一対の給電端子を備えており、さらに被制御
   の半導体主スイツチ１１を備えており、該半導
   体主スイツチは負荷１２と直列に接続されて前
   記の一対の給電端子の間に接続されており、さ
   らに過電圧から保護される集積回路の中へ集積
   化される電圧制限回路１８を備えている形式
   の、過電圧から保護される集積回路において、 補助トランジスタ１５が設けられており、該
   補助トランジスタのスイツチング路（エミツタ
   −コレクタ区間）の一端が前記の被制御の半導
   体主スイツチ１１の制御端子へ接続されてお
   り、さらに前記スイツチング路の他端が一方の
   給電端子へ接続されており、さらに前記の給電
   端子における過電圧状態を検出する電圧制限回
   路１８の一端が前記補助トランジスタのベース
   へ接続されており、該電圧制限回路１８は過電
   圧発生の際に前記の補助トランジスタ１５を導
   通状態へ制御し、この制御により前記被制御の
   半導体主スイツチ１１も導通状態へ制御して、
   過電圧状態の下で電圧制限回路１８の中を過電
   流が流れるのを阻止するようにし、さらに前記
   の負荷が誘導性負荷を含んでおり、該誘導性負
   荷は、それへの供給電流が遮断されると跳躍的
   な誘導電圧およびそれに伴う誘導電流を発生す
   るようにし、さらに該誘導電流をバイパスする
   ためのトランジスタ２２が設けられており、そ
   のトランジスタのスイツチング路（エミツタ−
   コレクタ区間）が前記被制御の半導体主スイツ
   チの２つの端子へ接続されており、さらに前記
   誘導電流バイパス用トランジスタ２２のベース
   が前記の一方の給電端子へ接続されて成る、過
   電圧から保護される集積回路。 ２ 被制御の半導体主スイツチがスイツチングト
   ランジスタ１１である実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の回路。 ３ 補助トランジスタ１５のスイツチング路（エ
   ミツタ−コレクタ区間）と直列に抵抗１６が接
   続されている実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の回路。 ４ 補助トランジスタ１５のベース−エミツタ区
   間に並列に抵抗１９が接続されている実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の回路。 ５ 給電端子と誘導電流バイパス用トランジスタ
   ２２のベースとの間に電流制限抵抗１４が接続
   されている実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の回路。 ６ 負荷が誘導性負荷を含んでおり、該誘導性負
   荷は、それへの供給電流が遮断されると跳躍的
   な誘導電圧及びそれに伴う誘導電流を発生する
   ようにし、さらに該誘導電流をバイパスするた
   めのトランジスタ２２が設けられており、その
   トランジスタのスイツチング路（エミツタ−コ
   レクタ区間）が前記の被制御の半導体主スイツ
   チ１１の２つの端子へ接続されており、さらに
   該バイパス用トランジスタ２２のベースが、過
   電圧の生じ得る前記一方の給電端子へ接続され
   ている実用新案登録請求の範囲第１項記載の回
   路。 ７ 誘導電流バイパス用トランジスタ２２のベー
   スがツエナーダイオード２４；１８へ接続され
   ている実用新案登録請求の範囲第６項記載の回
   路。 ８ 前記誘導電流バイパス用トランジスタ２２の
   ベースへ、少なくとも１つのダイオード２４，
   ２５，２６が接続されている実用新案登録請求
   の範囲第７項記載の回路。 ９ 誘導電流バイパス用トランジスタ２２のベー
   スへ電流制限抵抗１４が接続されている実用新
   案登録請求の範囲第６項記載の回路。 10 電流制限抵抗１４が、一方の給電端子と集積
   回路への入力端子との間に接続されており、さ
   らに少なくとも１つのダイオード２５，２６
   が、補助トランジスタ１５のベースと誘導電流
   バイパス用トランジスタ２２のベースとを接続
   するようにし、さらに被制御の補助トランジス
   タスイツチ１５のベース−エミツタ区間と並列
   に抵抗１９が接続されており、該抵抗１９とダ
   イオード２５，２６との組み合わせ体が、前記
   電流制限抵抗１４に生じさせる下記の電圧降下
   を補償するようにし、即ち被制御の半導体主ス
   イツチの遮断の際の電源からの電流の遮断に起
   因する誘導電流が生じさせる電圧降下を補償す
   るようにした実用新案登録請求の範囲第６項記
   載の回路。 11 被制御の半導体主スイツチ１１のスイツチン
   グ路に並列に、極性保護用のダイオード２１が
   設けられている実用新案登録請求の範囲第１項
   記載の回路。 12 給電端子の両端にかつ集積回路に並列に、逆
   極性からの保護用ダイオード２０が設けられて
   いる実用新案登録請求の範囲第１項記載の回
   路。