JPH05505862A - 短絡から保護される、例えば自動車のための点火出力段であるトランジスタ出力段 - 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】 短絡から保護される、例えば自動車のための点火終段である、トランジスタ終段 本発明は、例えば自動車用の点火終段である、短絡から保護されるトランジスタ 終段であって、該点火終段は、負荷に直列に接続されたパワートランジスタを有 し、さらに負荷における短絡時にパワートランジスタを遮断するための遮断装置 を有する形式の点火終段に関する。

自動車のための点火装置において点火火花の発生の目的で、パワーダーリントン を有する点火トランス（点火コイル）がオン、オフされる。点火コイルの１次回 路中に接続されているこのパワーダーリントンが、５〜１５Ａのコイル電流を切 り換える。塩水、汚れ、高電圧スパークまたは過熱により、点火トランスがまれ には損傷されることがある。その結果、１次側の短絡が生ずる。この場合、電池 電圧、トランジスタの飽和電圧およびケーブル抵抗に起因して、２０〜３０Ａの 電流が生じ、これがパワーダーリントンの終段をさらには点火装置を損傷するこ とがある。

短絡時のこの種の損傷を阻止する目的で上側の電流閾値を上回わると終段を電流 ゼロへ切り換えることは公知である。しかしこの公知の装置は、この電流閾値を 上回わる際に点火コイルの短絡にもかかわらず、パワーダーリントンが相変らず 投入接続されている欠点を有する。この切り換えの作動は著しく高い電流の場合 および高い周波数の場合にも行なわれるため、それにもかかわらず終段が損傷さ れることがある。

別の公知の方法では、温度センサをチップ上に接着するかまたはこれを終段の中 へ一体化している。これらのセンサの欠点はその応動の遅い点にある。過熱が示 されてダーリントンが遮断される時には、終段が既に損傷されてしまっているこ とがある。

発明の利点 請求の範囲１の特徴部分の構成を有する本発明によりトランジスタ終段は次の利 点を有する。即ち終段トランジスタは点火コイルの１次回路における短絡の場う 利点を有する。遮断特性はパワートランジスタの増幅特性に依存しない。そのた め遮断電流の設定調整のために個別の電流調整が必要とされる。短絡電流は短絡 時に、短絡された点火コイルがそのエネルギを放出するまでしか流れない。本発 明によるトランジスタ終段は、良好にモノリシック形式の集積化に適する。

請求項２以下に、請求項１に示されたトランジスタ終段の具体的な構成が示され ている。

著しく簡単な装置が次のようにして構成される、即ち短絡時に電流を流す第１ス イツチングトランジスタが少な（とも１つの第２スイツチングトランジスタによ り制御されるようにし、該第２スイツチングトランジスタの制御側が、負荷にお ける電圧降下の少なくとも一部により作動される。

さらに負荷が一方の端子で給電電圧源の正の極に接続されており、さらに負荷か ら取り出される電圧降下の少なくとも一部が、ｐｎｐ　トランジスタとして構成 された第２の、短絡時に遮断されるスイッチングトランジスタのエミッタ・ベー ス区間に加えられる。

好適な構成として、分圧器が負荷に接続されており、この場合、第２スイツチン グトランジスタのエミッタ・ベース区間が、給電電圧源の正の極に設けられてい る、分圧器の部分抵抗における電圧降下により作用される。

１０〜２５０Ωの温度補償抵抗が分圧器タップと第２トランジスタとの間に設け られている。この構成は有利に、パワートランジスタのコレクタにおける投入接 続用の電圧側縁から保護の目的で、およびスイッチングトランジスタの切り換え レベルの温度補償の目的で用いられる。この場合の動作は、エミッタ・ベース電 圧の負の温度特性が、前記の抵抗により、エミッタ・ベース区間全体の抵抗の正 の温度係数の方向へ移行されることによる。

さらにモノリシック形式で集積化された実施例において、第２のパーティカルｐ ｎｐ　トランジスタとして構成されるスイッチングトランジスタが、低濃度でｎ 形にドーピングされたνゾーンとして、およびコレクタが低濃度でｐ形にドーピ ングされたπゾーンとして、構成されている。この場合、分圧器の分圧抵抗が、 モノリシック集積化実施例において、異なる導電度のｐ形シリコンから製造され ている。その結果、分圧比が、負荷の銅抵抗の温度特性と例えば点火コイルの１ 次巻線のそれと一致する温度特性を形成する。そのため負荷電流を遮断するため のスイッチング閾値が、温度に対して安定化される。

別の有利な解決手段によれば、第２スイツチングトランジスタのベース・エミッ タ区間は分圧器の欠落の下に負荷に並列に接続されている。このことは終段の著 しく簡単なモノリシック集積化を次のようにして可能にする。即ちモノリシック 集積化された実施例においてパワートランジスタのコレクタが、ラテラルｐｎｐ トランジスタとして構成されている第２のスイッチングトランジスタのベースに 接続されている。このスイッチングトランジスタのｎ形ベースはサブストレート と一致する、即ちパワートランジスタのコレクタと一致する。集積化はπ−ｎ− π技術で形成される。

電流の流れを制限するためにこの場合、コレクタ抵抗のほかにさらにエミッタ抵 抗が設けられる。分圧器が無いために、負荷における電圧降下全部が第２スイツ チングトランジスタの導通制御のために用いられ、さらにエミッタ抵抗における 付加的な電圧降下がこの導通制御に対して障害とならない。

例えば分圧器のない実施例における第２のスイッチングトランジスタの電流増幅 度は小さいため、第２スイツチングトランジスタのコレクタが、コレクタ電流に より制御される第３のスイッチングトランジスタと接続されており、該スイッチ ングトランジスタが、制御された電流の流れる状態において第１のスイッチング トランジスタを遮断する。これにより第１スイツチングトランジスタの確実な遮 断が保証される。

パワートランジスタの確実な投入接続を保証するために、そのベースが、２００ Ωよりも低い例えば１〜２Ωの抵抗を介して第１スイツチングトランジスタと接 続されている。これによりソフトな切り換えが可能となり、さらにダーリントン は、投入接続された第１スイツチングトランジスタにもかかわらず、導通制御さ れる、何故ならば負荷は直ちに“短絡ではない”を信号化し、これにより第１ス イツチングトランジスタが遮断されるからである。

パワートランジスタと負荷との接続点は、遮断用の保護ダイオードを介して、パ ワートランジスタを遮断するための遮断装置と接続されている。その目的は、パ ワートランジスタの遮断の際に生ずる数１００■の電圧がスイッチングトランジ スタを損傷し得なくするためである。

有利に、負荷に短絡が生じていてかつ同時に、／くワートランジスタに対する制 御信号が存在している時にだけ、パワートランジスタを遮断するアンド結合が設 けられている。

パワートランジスタは好適にｎｐｎダーリントントランジスタとして構成されて いる。このトランジスタは、負荷としての点火コイルの１次巻線を制御するため に適している。

図面 次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、点火コイルの１次巻線に並列の分圧器を有する短絡から保護されるト ランジスタ終段の第１実施例の回路図である。第２図はこの種の分圧器の設けら れない第２実施例の回路図である。第３図はパーティカルｎｐｎスイッチングト ランジスタとして構成された第１および第３スイツチングトランジスタの拡散ゾ ーンの構造図である。第４図はパーティカルｐｎｐスイッチングトランジスタと して構成された第１図のスイッチングトランジスタの拡散ゾーンの構造図である 。第５図はラテラルｐｎｐスイッチングトランジスタとして構成された第２図の 第２スイツチングトランジスタの拡散ゾーンの構造図である。第６図は第３実施 例の回路図である。第７図はこの第３実施例の拡散ゾーンの構造図である。

実施例の説明 第１図に示されている第１実施例の場合、ｎｐｎ／々ワーダーリントン１０（以 下、パワートランジスタと称する）のスイッチング区間は、点火コイル１２の１ 次巻線１１と直列に接続されている。このことは通常の様に自動車において燃焼 室における点火火花の発生を目的とする。この場合、パワートランジスタ１０の エミッタはアースへ接続されており、他方、ノくワートランジスタ１０とは反対 側の、１次巻線１１の端子は、給電電圧源の正の端子１３と接続されている。こ の電圧源は自動車の場合は電池である。全体で示されている短絡から保護される トランジスタ終段の制御人カランジスタ１０のベースと接続されている。これは クランプ用Ｚダイオード１６を介してパワートランジスタ１０のコレクタに接続 されている。さらにパワートランジスタ１０のスイッチング区間は、フリーホイ ールダイオード１７を介して橋絡されている。

１次巻線１１に並列に、２つの部分抵抗１８．１９からなる分圧器２０の直列接 続体が、高圧遮断用保護Ｚダイオード２１と接続されている。分圧器２１のタッ プは温度補償抵抗２２を介して、第２ｐｎｐスイツチングトランジスタ２３のベ ースと接続されている。

このトランジスタのエミッタは正の端子１３と接続されており、そのコレクタは コレクタ抵抗２４を介して第３ｎｐｎスイツチングトランジスタ２５のベースと 接続されている。この第３スイツチングトランジスタ２５のエミッタはアースへ 接続されており、他方、コレクタは抵抗２６を介して正の端子１３と接続され、 さらに第１ｎｐｎスイツチングトランジスタ２７のベースとも直接接続されてい る。この第１スイツチングトランジスタ２７のエミッタはアースに接続されてお り、コレクタは抵抗２８を介して制御入力側１４に接続されている。

第１図に示されている短絡から保護されるトランジスタ終段の動作は実質的に次 の点にある。即ち点火コイルが短絡されない時は１次巻線１１における電圧降下 が分圧器２０に加わり、これにより第２スイツチングトランジスタ２３が導通制 御される、即ち導通きれる。これによりコレクタ電流が第３スイツチングトラン ジスタ２５へ流れてこのトランジスタも導通制御される。そのため第１スイツチ ングトランジスタ２７のエミッタ・ベース区間が短絡され、このトランジスタが 遮断される。これにより、パワートランジスタ１０は損傷されずに、部品１８〜 ２８により構成される遮断装置から、点火火花の発生用の制御入力側１４を介し て制御できる。

短絡時には分圧器２０には電圧が全くあるいは著しくわずかしか加わらず、その ため第２スイツチングトランジスタ２３が遮断され、第３スイツチングトランジ スタ２５も遮断状態へ移行する。これにより第１スイツチングトランジスタ２７ が抵抗２６を介して、電流が流れるように、遮断される。その結果、パワートラ ンジスタ１０のベースは、低オームの抵抗２８と第１スイツチングトランジスタ ２７のスイッチング区間を介して、遮断される。これによりパワートランジスタ １０は遮断されてその状態におかれる。コイルを流れる電流は１０〜１５ｍ５の 間に緩慢に低下される。

この場合この緩慢な電流低下は点火特性へ不利に作用しない。何故ならばこの場 合、もはや点火火花が発生されないからである。短絡時遮断の申し分ない機能は １パワートランジスタ１０の全部のスイッチング状態において保証される必要が ある。この場合、以下のトこのスイッチング状態の場合、給電電圧はパワートラ ンジスタ１０のコレクタに加わり、これにより１次巻線１１に電圧が降下しない 。スイッチングトランジスタ２３と２５は電流が流れな（なり、第１スイツチン グトランジスタ２７は電流が流れる。低オームの抵抗２８−２００オームより小 さく有利には１〜２オーム−を介してのソフトなスイッチングにより、電流の流 れているスイッチングトランジスタ２７にもかかわらず、パワートランジスタ１ ０を導通制御できる。何故ならば点火コイルが著しく迅速に“非導通”を信号化 し、さらにスイッチングトランジスタ２７を、両方の別のスイッチングトランジ スタ２３と２５を介して、遮断するからである。

２、　パワートランジスタが投入接続されて飽和状態にある。

パワートランジスタ１０が投入接続されると１次巻線１１に電圧Ｒ１・ｙ、＋Ｌ 、−ｌ　ｄｒｅ／ｃａｔ　ｌが降下する。この場合　Ｒ、は１次巻線の抵抗、Ｌ 、はコイルインダクタンス、■、はパワートランジスタのコレクタ電流である。

１次巻線１１における電圧降下はこの時相においては１１〜１２Ｖである。逆起 電力によりパワートランジスタのコレクタ・エミッタ電圧は低い値（飽和電圧） へ抑圧される。両方の分圧器抵抗がそれぞれＩＫΩへ設定調整されると、分圧抵 抗１８はスイッチングトランジスタ２３のエミッタ・ベース区間により短絡され 、分圧器２０の分岐電流は抵抗１９（抵抗２２を無視した場合）により定まる。

約１．０　ｍ　Ａではこれによりコイル電流の実質的な変化が現われない。

３、　パワートランジスタが投入接続されて作動領域にある。

約５ｍｓの後に１次巻線１１に電圧Ｒ１・■。が加わる、何故ならば逆起電力が 減衰したからである。そのためパワートランジスタのコレクタ・エミッタ電圧が ８〜９■へ上昇してトランジスタが作動状態におかれるからである。この抵抗だ けの電圧降下の場合、分圧比が約１＝１の時は、１次巻線が短絡されていない− に、スイッチングトランジスタ２３と２５が投入接続されている。しかしこの回 路は、分圧器２０の適切な値選定および分圧抵抗１８と１９に対する異なる抵抗 材料の選択の場合に、さらに、スイッチングトランジスタを作動領域中での長す ぎる作動から、即ちこれに伴なう高い投入接続損失から保護できる。温度に対し て安定な遮断電流を得る目的で温度補償抵抗２２が用いられる。この抵抗は、ス イッチングトランジスタ２３のエミッタ・ベース電圧の負の温度係数を補償する 。

４、　遮断時相（パワートランジスタのコレクタを高い電圧へ）。

コレクタ電流の遮断の際に、設計に応じて、パワートランジスタ１０のコレクタ に４００ｖまでの電圧が現われる。１００ｖを上回わると遮断作用を行なう２ダ イオード２１は、クランプ時に３つのスイッチングトランジスタを有する遮断装 置を、パワートランジスタのコレクタ電位から遮断する。クランプ状態において 、スイッチングトランジスタ２７は投入接続状態にある間中、スイッチングトラ ンジスタ２３と２５が遮断されている。そのためパワートランジスタのベースは 、スイッチング過程のたび毎に抵抗２８を介して遮断される。パワートランジス タの電圧制限のために用いられるクランプ用Ｚダイオード１６は、スイッチング トランジスタ２７のコレクタへ導びかれる線路にはよらずに、パワートランジス タ１０のベースに接続される。クランプ化が外部から行なわれると、即ち別個の 制御用スイッチング回路中に設けられているＺダイオード−これはクランプ用分 圧器を用いて高抵抗にされている−を介して行なわれると、制御点は減結合ダイ オード１５を用いてクランプ回路から減結合される。

トランジスタ終段全体は例えばモノリシック集積化スイッチング回路として実施 される。第３図にｎｐｎスイッチングトランジスタ２５と２７の拡散ゾーンが示 されている。このスイッチングトランジスタのエミッタＥはｎ“層から、ベース Ｂはｐ層から、およびコレクタはνから成る。このパーティカル形ｎｐｎスイッ チングトランジスタの場合、パワートランジスタ１０（下側のｎ一層およびｎ″ ″層）の電位への分離は、小さい濃度でｐ形にドーピングされている付加ゾーン πを介して行なわれる。低濃度でｎ形にドーピングされたν層も電位分離に寄与 する。スイッチングトランジスタ２５と２７のコレクタには最大で２〜３Ｖしか 加わらないため、寄生的なサイリスク点弧（ラッチング）の危険は生じない。

第４図に示されているパーティカルｎｐｎスイッチングトランジスタの場合、上 述の構成は当てはまらない。この場合、エミッタは、給電電圧源（１４Ｖ）の正 の端子１３と接続されている。そのため、ダーリントンのコレクタが飽和（２Ｖ ）の状態にあると、ｐ−、シー、π、ｎ一層のラッチングが生ずることがある。

電流制限抵抗が設けられていないため、このラッチングがスイッチングトランジ スタ２７を破損することがある。このラッチングは、ｐ層とν層との間の“短絡 されるエミッタ“の構成による、サイリスタ点弧傾向の低減化により、回避され る。さらにこの場合も低濃度のｐ形ドーピング化π層が設けられる。

種々にドーピングされたｐ材料により構成され、これにより１次巻線１１の銅コ イル抵抗の正の温度係数が補償できる。分圧器２０の分圧比は１次巻線１１の銅 抵抗の温度係数と一致するような温度係数を得る。その結果、点火コイル電流を 遮断するためのスイッチング閾値が温度に対して一定になる。

この回路は電流調整回路として使用できる。この目的テ分圧器は、パワートラン ジスタが、誘導電圧の減衰後に調整電流Ｉｌｌの場合に調整されるように、設計 される。この調整電流は次の条件により選定される：Ｒ１・ｌｌｌ−Ｒ１／（Ｒ 工＋Ｒ２）＝０．７Ｖ＝Ｓこの場合、Ｓはｐｎｐ　トランジスタの閾値、Ｒ３は コイル抵抗、Ｒ１は分圧器抵抗１８、Ｒ２は分圧器抵抗１９である。

第２図に示されている第２実施例は、実質的に第１実施例に相応する。この場合 、同じ部品または同じ作用をする部品は同じ記号で示し再び説明はしない。

分圧器２０、温度補償抵抗２２およびＺダイオード２１が省略される。パーティ カルｐｎｐスイッチングトランジスタとして構成されている第２スイツチングト ランジスタ２３ではなく、ラテラルｐｎｐスイッチングトランジスタ２３が用い られる。クランピングの場合に、このスイッチングトランジスタ２３′のベース が、パワートランジスタ１０からエミッタへのおよびコレクタへの高電圧を遮断 可能にする必要がある。

そのためエミッタＥのおよびコレクタＣの両方のＰタブは、あまり接近させるべ きではない。それにもかかわらずブレークダウン電流を制限する目的で、コレク タ抵抗２４のほかにさらにエミッタ抵抗２９がエミッタと端子１３との間に設け られる。この場合、分圧器がないため、１次巻線１１における電圧降下全体がス イッチングトランジスタ２３の導通制御の目的で用いることができる。この場合 、エミッタ抵抗２９における付加的な電圧降下は障害とはならない。ラテラル形 スイッチングトランジスタ２３′は著しく小さい電流増幅度（１〜５）を有する ため、スイッチングトランジスタ２５は、スイッチングトランジスタ２３′から 到来するわずかなベース電流（１〜２ｍＡ）ですでに導通制御できる。この目的 で、スイッチングトランジスタ２７の確実な遮断を保証するために、電流増幅度 ５０〜６０が必要とされる。

第６図に示されている第２実施例は、基本構成の点で第２実施例に相応する。こ の場合、同じ部品または同じ作用をする部品には同じ記号を付し、再び説明はし ない。第２実施例との相違点は、同じくラテラルｐｎｐスイッチングトランジス タとして構成された第２トランジスタ２３′のコレクタが、第３スイツチングト ランジスタ２５のベースと直接接続されており、他方、コレクタ抵抗２４はスイ ッチングトランジスタ２３′のコレクタとアースとの間に接続されているこであ る。ダイオード１５は省略され、ダイオード１゛６．１７も省略される。ただし ダイオード１６．１７はもちろん必要に応じてこの場合も用いることもできる。

付加的に保護ダイオード４０がスイッチングトランジスタ２３′　とエミッタ抵 抗２９との間に接続される。コイル短絡と、制御入力側１４における正の制御信 号の存在とに対する論理アンド結合を形成する目的で、第４のスイッチングトラ ンジスタ３０と第５のスイッチングトランジスタ３１が設けられる。第４のスイ ッチングトランジスタ３０のベースは例えば２にΩの前置抵抗を介して制御入力 側１４と接続されている。

この制御入力側はベース入力抵抗３２を介してパワートランジスタ１０のベース と接続されている。両方のスイッチングトランジスタ３０．３１のエミッタはア ースへ接続されており、さらに両方のコレクタはそれぞれ１つの抵抗３３．３４ を介して電圧源の正の端子１３と接続されている。さらにスイッチングトランジ スタ３０のコレクタはスイッチングトランジスタ３１のベースと接続されている 。後者のトランジスタ３１のコレクタはスイッチングトランジスタ２５のコレク タへおよび制御出力側へ接続されている。この制御出力側は監視ランプ３６の制 御のために用いられる。最後にＺダイオード３７と抵抗３８との直列接続体が電 圧源に並列に接続されている。

この実施例の場合も同じく第２スイツチングトランジスタ２３′は、１次巻線１ １に次の電圧が形成される時に常に導通接続される、即ちパワートランジスタ１ ０のコレクタが点火コイル１２の正の給電電圧よりも負の電圧にあるように、前 記の電圧が形成される時に常に導通接続される。スイッチングトランジスタ２３ ′を導通制御するためのこの電圧は、点火コイル１２が正常でかつダーリントン がちょうど投入接続される時に、発生する。１次巻線１１における電圧降下はコ イルの抵抗成分による■・ＲＬとインダクタンス成分りによる　Ｌ−ｄｌ／ｄｔ とから成る。コイル抵抗の代表的な値０．４Ω　と電流８Ａ以上の場合、１次巻 線１１における電圧降下は、スイッチングトランジスタ２３′を導通接続させる ために、常に十分である。

スイッチングトランジスタ２５は常にスイッチングトランジスタ　２３と同じス イッチング状態にある。スイッチングトランジスタ２３′が遮断されている場合 、即ち短絡されている場合、スイッチングトランジスタ２５のベースはコレクタ 前置抵抗２４を介して確実にアースへ接続される。そのためスイッチングトラン ジスタ２５のコレクタはプラス電位へ接続される。コイルが正常である時はコレ クタは一層低い電位を有する。

パワートランジスタ１０はコイルの短絡の場合に、かつ制御入力側１４における 正の制御電圧が同時に存在する場合に、遮断される。これらの両方の条件の間の 相応の論理アンド結合はスイッチングトランジスタ３０．３１により実際される 。これらのトランジスタが確実な使用可能な論理信号を形成する。ベース入力抵 抗３２の入力側制御信号は通常は１０〜２０Ωの値を有し、この宿号はスイッチ ングトランジスタ３０のベースへ加えられる。スイッチングトランジスタのコレ クタ電圧は信号反転化の目的でスイッチングトランジスタ３１のベースへ導びか れる。そのためスイッチジスタ１０のベースに制御信号が加わると、給電電圧の プラス電位が加えられる。スイッチングトランジスタ２５と３１のコレクタは互 いに接続されていて、スイッチングトランジスタ２７のベースへ共通に導ひかれ ている。スイッチングトランジスタはこれにより、両方のコレクタが同時に正の 電位へ置かれる時にだけ、制御される。このことは、１次巻線１１が短絡されて いてかつパワートランジスタ１０が制御される時にだけ、行なわれる。そのため スイッチングトランジスタ２７は、前述の実施例における様に、コイル短絡の際 にパワートランジスタ１０のベース電流を遮断する。スイッチングトランジスタ ２７を個別トランジスタとして設計されている場合は、抵抗２８はコレクタ抵抗 として設けられ、次の条件： （Ｒ３２＋Ｒ２８）　・１．＞０，７Ｖにより値を定められる必要がある。この 場合、■５．はベース電流である。この値の場合、スイッチングトランジスタ３ ０はスイッチングトランジスタ２７の短絡が作用中にもかかわらず、相変らず十 分な制御信号が存在している。この条件が充されていないと、電流遮断時に振動 が生ずる。スイッチングトランジスタ２７はダーリントンとしても設計できる。

この場合、ダーリントンには投入接続された状態において約１ｖの飽和電圧が存 在する。この飽和電圧は、スイッチングトランジスタを制御するためには十分で あるが、しかし２段（１，４Ｖ）のまたは３段（２，１Ｖ）のダーリントンのベ ース・エミッタ電圧よりも小さい。そのためこのダーリントンは遮断されている 。この場合、抵抗２８は省略できる。

監視ランプ３６は、スイッチングトランジスタ２５．３１の遮断の際に即ち１次 巻線１１の短絡の場合に、投入接続されて短絡を示す。

次の表に、短絡防止が応動ずべきまたは応動してはならない４つの場合が示され ている。この場合に重要なことは、前述のアンド結合の結果、短絡防止は第１の 場合に応動し、２〜４の場合に応動しない。第１の場合にだけ監視ランプ３６が 投入接続される。

ｎ　← ＝−５苓 端子１３は給電電圧源の正の極と、即ち通常は自動車電池のプラス端子と接続さ れている。この場合、インダクタンスの遮断により高い過電圧が自動車中に発生 する。この遮断ピークは１００〜１５０Ｖの値になることもあり、そのためこの 遮断ピークを防止が必要とされる。この理由によりＺダイオード３７が３０Ｖ以 上のブレークダウン電圧により、電流制限抵抗として用いられる抵抗３８と直列 に、電圧源に並列に接続される。このＺダイオード３７によりスイッチングトラ ンジスタ２５，３０．３１がこの種の過電圧（負荷ダンプ）から防止される。ス イッチングトランジスタ２３′はこの防止を必要としない。何故ならばこのスイ ッチングトランジスタはその構造（サブストレート中に２つのベースタブ、第７ 図）にもとづいて高い遮断能力を有するからである。

この回路全体は即ちパワートランジスタ、スイッチングトランジスタ、抵抗およ びＺダイオードは、例えばこの実施例においてもモノリシック集積化スイッチン グ回路として実施される。この場合、ダーリントンとして構成されるパワートラ ンジスタのモノリシック構成は、付加的なコンポーネントである反転ダイオード 、エミッタ・ベース抵抗、クランプ電圧制限用のＺダイオード等と共に周知であ ることが前提とされているため、ここでは説明しない。

第７図にトランジスタ２３’、２５と抵抗２９．２４との集積化が、モノリシッ ク集積化スイッチング回路の切欠図として示されている。ｎ形すブストレート材 料はその裏側に公知の様にコレクタ端子金属化部を有する裏側拡散プロフィルｎ ′″を有する。このサブストレートはパワーダーリントンの電位へ置かれる。こ の電位をスイッチングトランジスタの電位から分離する目的で、絶縁性のシーお よびπ拡散ゾーンがサブストレートとスイッチングトランジスタのｐ′″層、ｎ ４層との間に設けられる。シーゾーンとπゾーンの濃度は、これらが互いに１０ ０■以上の遮断能力を有するように、選定されている。そのため全部のスイッチ ング過程の場合にパワーダーリントンの電位とスイッチングトランジスタの電位 とは互いに良好に分離される。

ｐｎｐ　トランジスタ２３′のエミッタＥとコレクタＣは両方のπタブにより示 されている。ベースはパワーダーリントンのコレクタと同一である。電流制限用 のエミッタ抵抗２９はν材料から成り代表的には１０００Ωの値を有する。この 値は１００〜２００Ω／平方の面抵抗により簡単に形成されている。接触窓にお けるｐ”拡散ないしｎ′″拡散は、νゾーンないしπゾーンの良好なオーム接続 に対してだけ配慮される。

ｎｐｎ　）ランジスタ２５（第７図における左側部分）はパーティカルストラク チャから形成されている：ｎ　＋（エミッタ）、ｐ″′（ベース）およびν（コ レクタ）。コレクタはさらにｎゝ接続拡散を有する。エミッタ・ベース抵抗２４ はｐ４材料から形成されている。

５０Ω／平方の０１面抵抗により１００〜２００Ωの抵抗が良好に実現される。

第７図にさらにコレクタ抵抗２６が示されている。

このコレクタ抵抗は代表値が１〜５にΩであり、それほど大きいスペースを必要 とすることなく同じくν材料により形成される。

その他のスイッチングトランジスタ２７．３０゜３工とそれらの抵抗との集積化 は前記と同様に行なわれるため再び詳述しない。防止用Ｚダイオード３７はｐ＋ νダイオードとしてまたは、Ｚ電圧の拡大のためにｐ＋ダイオードチェーンとし て構成できる。この場合も抵抗３８が抵抗２９のようにν材料から形成される。

この実施例は、点火コイルを関連づけたｎｐｎパワーダーリントンを示す。変形 実施例においては、この種の短絡から保護されるトランジスタ終段により制御さ れる任意の他の負荷も用いることができる。この場合はパワーダーリントンでは なく、同じ＜ｐｎｐｔ−ランジスタとして構成できる別のパワートランジスタも 基本的に使用できる。

要　約　書 負荷（１２）に直列に接続されたパワートランジスタ（１０）と、負荷における 短絡時にパワートランジスタ（１０）を遮断する遮断装置とを有する、例えば自 動車用の点火終段の様な短絡から保護されるのトランジスタ終段が提案される。

負荷（１２）に、負荷における電圧降下を検出するための手段（２３”）が接続 されている。この手段により制御される、パワートランジスタ（１０）のベース と接続されている第１のスイッチングトランジスタ（２７）が、パワートランジ スタのベースを、所定の著しく小さい、負荷における短絡発生の閾値を与える電 圧降下を下回る時に、パワートランジスタのスイッチング区間を遮断する電位で 作用する。これによりパワートランジスタ（１０）の短絡の発生の際に確実に遮 断され、さらに確実にこの遮断状態においても維持される。

帽６） 国際調査報告 １６ｍ＋ｍｍ−＾−ｔｍｅｐ　ＮＬ　ＰＣテ／Ｕｍ／■１刀国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば自動車用の点火終段である、短絡から保護されるトランジスタ終段で あって、該点火終段は、負荷に直列に接続されたパワートランジスタを有し、さ らに負荷における短絡時にパワートランジスタを遮断ずるための遮断装置を有す る形式の点火終段において、負荷（１２）に電圧降下を検出するための手段が接 続されており、さらに該手段により制御される、パワートランジスタ（１０）の ベースと接続された第１スイッチングトランジスタ（２７）が設けられており、 該スイッチングトランジスタは、短絡時の閾値である所定の著しく小さい電圧降 下を下回わると該ベースに、該スイッチングトランジスタ（１０）のスイッチン グ区間を遮断する電位を加えることを特徴とする、例えば自動車用の点火終段で ある、短絡から保護されるトランジスタ終段。 ２．短絡時に電流を流す第１スイッチングトランジスタ（２７）が少なくとも１ つの第２スイッチングトランジスタ（２３，２３′）により制御されるようにし 、該第２スイッチングトランジスタの制御側が、負荷（１２）における電圧降下 め少なくとも一部により作動される請求項１記載のトランジスタ終段３．負荷（ １２）が一方の端子で給電電圧源の正の極に接続されており、さらに負荷（１２ ）から取り出される電圧降下の少なくとも一部が、ｐｎｐトランジスタとして構 成された第２の、短絡時に遮断されるスイッチングトランジスタ（２３，２３′ ）のエミッタ・ベース区間に加えられる、請求項２記載のトランジスタ終段。 ４．分圧器（２０）が負荷に接続されており、この場合、第２スイッチングトラ ンジスタ（２３）のエミツタ・ベース区間が、給電電圧源の正の極に設けられて いる、分圧器（２０）の部分抵抗（１８）における電圧降下により作動される請 求項２又は３記載のトランジスタ終段。 ５．回路が電流調整回路として構成されていて次の条件を充足しており： Ｒ２・ＩＲ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）＝０．７Ｖこの場合、Ｒ２は負荷の抵抗であ り、ＩＲは調整電流であり、Ｒ１は部分抵抗（１８）であり、Ｒ２は第２の部分 抵抗（１９）である、請求項４記載のトランジスタ終段。 ６．１０〜２５０Ωの温度補償抵抗（２２）が分圧器タップと第２トランジスタ （２３）との間に設けられている請求項４又は５記載のトランジスタ終段。 ７．モノリシック形式で集積化された実施例において、第２の、バーテイカルｐ ｎｐトランジスタとして構成されるスイッチングトランジスタ（２３）が、低濃 度でｎ形にドーピングされたレゾーンとして、およびコレクタが低濃度でｐ形に ドーピングされたレゾーンとして、構成されている、請求項４から６までのいず れか１項記載のトランジスタ終段。 ８．分圧器（２０）の分圧抵抗（１８，１９）が、モノリシック集積化実施例に おいて、異なる導電度のｐ形シリコンから製造されている、請求項４から７まで のいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ９．第２スイッチングトランジスタ（２３′）のベース・エミッタ区間が負荷（ １２）に接続されている、請求項３記載のトランジスタ終段。 １０．エミッタ抵抗（２９）とコレクタ抵抗（２４）が設けられている、請求項 ７記載のトランジスタ終段。 １１．モノリシック集積化された実施例においてパワートランジスタ（１０）の コレクタが、ラテラルｐｎｐトランジスタとして構成されている第２のスイッチ ングトランジスタ（２３′）のベースに接続されている、請求項９又は１０記載 のトランジスタ終段。 １２．第２スイッチングトランジスタ（２３，２３′）のコレクタが、コレクタ 電流により制御される第３のスイッチングトランジスタ（２５）と接続されてお り、該スイッチングトランジスタが、制御された電流の流れる状態において第１ のスイッチングトランジスタ（２７）を遮断する、請求項３から１１までのいず れか１項記載のトランジスタ終段。 １３．第３のスイッチングトランジスタ（２５）のコレクタが、電流制限抵抗（ ２６）を介して、給電電圧源の正の極と接続されている、請求項１２記載のトラ ンジスタ終段。 １４．ｎｐｎトランジスタとして構成されたスイッチングトランジスタ（２７） のエミッタ・ベース区間が、第３スイッチングトランジスタ（２５）により橋絡 されるようにした請求項１２又は１３記載のトランジスタ終段。 １５．第３スイッチングトランジスタ（２５）がｎｐｎトランジスタとして構成 されている請求項１４記載のトランジスタ終段。 １６．パワートランジスタ（１０）のベースが、２００Ωよりも小さい低オーム の抵抗を介して、第１スイッチングトランジスタ（２７）と接続されている請求 項１から１５までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 １７．パワートランジスタ（１０）を、負荷に短絡が存在しかつ同時にパワート ランジスタ（１０）に対する制御信号が存在している時にだけ遮断するアンド結 合（２５，３０，３１）が設けられている請求項１から１６までのいずれか１項 記載のトランジスタ終段。 １８．パワートランジスタ（１０）がベース入力抵抗（３２）を有し、該抵抗の 入力側端子がトランジスタスイッチング段（３０，３１）を制御し、該スイッチ ング段により第１のスイッチングトランジスタ（２７）が、パワートランジスタ （１０）に対する制御信号が存在しない場合に遮断される請求項１８記載のトラ ンジスタ終段。 ２０．トランジスタスイッチング段が、逆方向へ切り換えるスイッチングトラン ジスタ（３０，３１）から構成されている請求項１８又は１９記載のトランジス タ終段。 ２１．第１スイッチングトランジスタ（２７）のスイッチング区間と直列に接続 されている抵抗が、次の条件を充足するようにし： （Ｒ３２＋Ｒ３８）・Ｉｂ＞０．７Ｖ この場合、Ｒ２８は抵抗であり、Ｒ３２はパワートランジスタのベース入力抵抗 であり、Ｉｂはそのベース電流である、請求項１６から２０までのいずれか１項 記載のトランジスタ終段。 ２２．第１スイッチングトランジスタ（２７）がダーリントンとして構成されて いる請求項１から２１までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ２３．アンド結合素子（２５，３０，３１）の出力側が、監視エレメント（３６ ）たとえげ監視ランプのための制御出力側として設けられている請求項１から２ ２までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ２４．パワートランジスタ（１０）と負荷（１２）との結合点が遮断用の保護Ｚ ダイオード（２１）を介して、パワートランジスタ（１０）を遮断するための遮 断装置と接続されている請求項１から２３までのいずれか１項記載のトランジス タ終段。 ２５．モノリシック形式で集積化されたスイッチング回路として一体的に構成さ れている請求項１から２４までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ２６．ベースーおよびエミッタ層を形成するために、スイッチングトランジスタ （２３′，２７，２５）の少なくとも一部に、各１つの付加的な、深い層部に設 けられたレーおよびπ層が電位の絶縁のために設けられている請求項２５記載の トランジスタ終段。 ２７．第２のラテラルｐｎｐスイッチングトランジスタ（２３′）が層π，ｎ− ，πにより構成されており、この場合、ベースが同時にパワートランジスタ（１ ０）のコレクタである請求項２５又は２６記載のトランジスタ終段。 ２８．第２のスイッチングトランジスタ（２３′）のエミッタ抵抗（２９）がレ 材料から構成されている請求項２７記載のトランジスタ終段。 ２９．ｎｐｎスイッチングトランジスタ（２５，２７，３０，３１）がバーテイ カルｎ＋−，ｐ＋−およびレ層から構成されており、これらの層が高オームのπ 絶縁タブを介してパワートランジスタのコレクタ電位から分離されている請求項 ２５から２８までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ３０．ｎｐｎスイッチングトランジスタ（２５，２７，３０，３１）のコレクタ 抵抗（２６，２８，３３，３４）がレ材料から構成されており、他方、第３スイ ッチングトランジスタ（２５）のエミッタ・ベース抵抗（２４）がｐ＋材料から 構成されている請求項２９記載のトランジスタ終段。 ３１．パワートランジスタ（１０）がｐｎｐトランジスタとして構成されている 請求項１から３０までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ３２．パワートランジスタ（１０）がダーリントントランジスタとして構成され ている請求項１から３１までのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ３３．負荷が点火コイル（１２）の１次巻線（１１）である請求項１から３２ま でのいずれか１項記載のトランジスタ終段。 ３４．Ｚダイオード（３７）と電流制限抵抗（１８）との直列接続体から成る過 電圧防止装置が、給電電圧源へ接続されている請求項１から３３までのいずれか １項記載のトランジスタ終段。 ３５．Ｚダイオード（３７）が少なくとも１つのｐ＋−レ層の列から構成されて いる請求項３４記載のトランジスタ終段。