JPH0919049A

JPH0919049A - 半導体保護回路

Info

Publication number: JPH0919049A
Application number: JP7213675A
Authority: JP
Inventors: Noboru Kumano; 暢熊野; Kazufumi Mitsumoto; 和文三本; Eiichi Sakao; 栄一坂尾; Fumiaki Shigeoka; 史明茂岡
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-08-22
Publication date: 1997-01-17
Anticipated expiration: 2015-08-22
Also published as: JP3691123B2; US5698887A

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷に過熱が生じたばあいに負荷への電力の
供給を完全に停止して負荷を保護するとともに、過電流
が生じたばあいにも負荷への電力供給を停止することが
できる安価な半導体保護回路を提供する。【解決手段】電圧供給端子５とアース間に少なくとも
電流ヒューズ１とトランジスタＱ₁とが直列接続され、
該トランジスタのベース２ｂとエミッタ２ｃ間に該ベー
スとエミッタ間のｐｎ接合の常温における順方向電圧よ
り低い一定のバイアス電圧を印加するドライバ回路が設
けられ、前記電流ヒューズとトランジスタとの接続点か
ら出力端子４が取り出されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は過熱および過電流に
対する半導体保護回路に関する。さらに詳しくは、少な
くともトランジスタと電流ヒューズとを有し、トランジ
スタのｐｎ接合の温度特性を利用した過熱に対する負荷
の保護のみならず、過電流に対しても負荷を保護するこ
とができる過熱および過電流に対する半導体保護回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスなどの電子部品は定格外
の誤った使用や使用状態における外部環境の変化などに
よって、デバイス特性の劣化や破壊に至ることがある。
また、ＩＣを用いた電子回路においては、回路内の一部
のデバイスの劣化または破壊によって全体の機能が失わ
れることがあるため、保護回路が内蔵される。

【０００３】熱に対する過熱保護回路としては、従来、
図１３に示されるような回路が用いられている。すなわ
ち図１３においてＱ₅₂は出力用ＭＯＳＦＥＴでそのゲー
ト・ソース間に熱遮断トランジスタＱ₅₁が接続され、熱
遮断トランジスタＱ₅₁のベースには抵抗Ｒ₅₂および定電
流源が接続されている。通常の常温時では、熱遮断トラ
ンジスタＱ₅₁には電流が供給されず抵抗Ｒ₅₂に流れるた
め、熱遮断トランジスタＱ₅₁はカットオフになってい
る。そのため、出力用ＭＯＳＦＥＴＱ₅₂のゲートには
入力ＩＮからの電圧が印加されドライブされる。

【０００４】一方、負荷に異常が発生し温度が上昇する
と負荷近辺にある熱遮断トランジスタＱ₅₁の温度も上昇
する。熱遮断トランジスタＱ₅₁の温度が上昇すると、そ
のベース・エミッタ間のｐｎ接合の順方向電圧が低下す
る。この順方向電圧の変化は温度上昇に対して約−２ｍ
Ｖ／℃程度となる。そのため、熱遮断トランジスタＱ₅₁
に電流が流れ始め、熱遮断トランジスタＱ₅₁のコレクタ
とエミッタ間電圧が急激に低下する。その結果ＭＯＳＦ
ＥＴＱ₅₂のゲート電位が低下し、ＩＮからの電位が供
給されなくなる。そのためＭＯＳＦＥＴＱ₅₂は動作で
きなくなり、過熱中の負荷のさらなる動作による電子部
品の破損を防止することができる。この回路では負荷の
加熱がなくなり、温度が常温に下がれば熱遮断トランジ
スタＱ₅₁のｐｎ接合の順方向電圧も元に戻り、熱遮断ト
ランジスタＱ₅₁はカットオフ状態に戻りＭＯＳＦＥＴ
Ｑ₅₂の動作は復帰する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の過熱に対する保
護回路は、前述のように、熱遮断トランジスタの温度特
性によるコレクタとエミッタ間の電位差を低下させ、出
力段トランジスタを動作させなくして負荷への出力供給
を遮断しているものであるため、熱遮断トランジスタは
蓄熱しないように飽和領域で使用するトランジスタを用
いなければならない。そのため特別な設計が必要とな
り、製造上の制約を受けてしまい高価になるという問題
がある。

【０００６】さらに負荷の温度が過熱状態から通常の状
態に戻ると、熱遮断トランジスタもカットオフ状態に戻
って負荷への出力供給が再開されるため、過熱の原因が
電力供給に伴なう負荷の異常にあるばあい再度加熱する
ことになり、負荷の根本的な破壊に至るという問題があ
る。

【０００７】一方、過熱が生じたばあいに、回路を切断
して電力の供給をストップさせるため、温度ヒューズを
回路の出力段に挿入することも考えられるが、温度ヒュ
ーズは通常の電流ヒューズに対して１０〜２０倍のコス
ト高となり、製品全体のコスト高になるという問題があ
る。さらに、基板とのハンダづけ工程では、たとえば２
３０℃程度になり、たとえば１２０℃で切れる温度ヒュ
ーズは１２０℃を超える温度を経験することになり、特
性劣化や溶断という事態を引き起こすため、ハンダディ
ップなどができないという問題がある。

【０００８】さらに過熱に対する保護のほかに過電流に
対する保護も行うためには、過熱保護回路のほかに過電
流保護回路も別途設ける必要があり高価になる。

【０００９】本発明はこのような問題を解決し、負荷に
過熱が生じたばあいに負荷への電力の供給を完全に停止
して負荷を保護するとともに、過電流が生じたばあいに
も負荷への電力供給を停止することができる安価な半導
体保護回路を提供することを目的とする。

【００１０】本発明の他の目的は、マイコンなどの最近
の電子機器の低電源電圧駆動に伴ない、低電源電圧でも
有効に前記の過熱および過電流に対する保護をすること
ができる半導体保護回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体保護回路
は、電圧供給端子とアース間に少なくとも電流ヒューズ
とトランジスタとが直列接続され、該トランジスタのベ
ースとエミッタ間に該ベースとエミッタ間のｐｎ接合の
常温における順方向電圧より低い一定のバイアス電圧を
印加するドライバ回路（たとえば電源、ツェナーダイオ
ード、ショットキーダイオード、ワイドラー回路（バン
ドギャップ回路）を有する定電圧回路など）が設けら
れ、前記電流ヒューズとトランジスタとの接続点から出
力端子が取り出されている。

【００１２】前記トランジスタのエミッタ側に順方向ダ
イオードが直列接続され、電圧供給端子とアース間に少
なくとも電流ヒューズとトランジスタと該トランジスタ
のエミッタ側に設けられた順方向ダイオードとが直列接
続され、該トランジスタのベースと前記エミッタ側に設
けられたダイオード端とのあいだに該ベースとエミッタ
間および前記順方向ダイオードのそれぞれのｐｎ接合の
常温における順方向電圧の和より低くなるようにバイア
ス電圧が印加されてもよい。

【００１３】前記順方向ダイオードが複数個直列接続さ
れておれば、バイアス電圧にツェナーダイオードなどを
使用して高くなったばあいなどでも対応することができ
る。

【００１４】前記ドライバ回路は前記一定のバイアス電
圧を供給するための定電圧源を有し、該定電圧源の出力
が前記バイアス電圧として前記トランジスタのベースと
エミッタ間に直接供給されてもよいし、該定電圧源と並
列にカレントミラー定電位設定回路が設けられ、該カレ
ントミラー定電位設定回路の出力段により降圧された一
定の電圧が前記バイアス電圧として前記トランジスタの
ベースとエミッタ間に供給されてもよい。

【００１５】前記定電圧源が、定電圧間に接続された少
なくとも２個の直列抵抗からなり、該抵抗の分割電圧を
定電圧として供給するように形成されれば、簡単な構成
でｐｎ接合の順方向電圧より所望の低い電圧を抵抗比の
みにより簡単に発生させることができ、所望の温度でト
ランジスタを作動させることができる。

【００１６】また、前記定電圧源が、前記電圧供給端子
と前記アース間に直列接続された少なくとも抵抗とツェ
ナーダイオードとからなり、該ツェナーダイオードのツ
ェナー電圧を定電圧として供給するように形成されれ
ば、安定したツェナー電圧を定電圧として使用すること
ができる。

【００１７】前記ツェナーダイオードが複数個直列接続
されておれば、電源電圧に対する自由度が大きくなると
ともに、出力トランジスタのエミッタ側に接続される順
方向ダイオードの数を増やすことができて温度に対する
感度が鋭敏となる。

【００１８】前記定電圧源が定電流回路とワイドラー回
路を利用した定電圧回路とからなることにより、低い電
圧でも温度に対して安定した定電圧がえられ、低電源電
圧駆動の電子機器にも特別の電源を必要とすることなく
適用することができる。

【００１９】ここにワイドラー回路（バンドギャップ回
路）とは、半導体のバンドギャップエネルギーを利用し
て定電流または定電位を作り出せる回路で、２個のトラ
ンジスタが並列にカレントミラーの形で接続され、その
一方のトランジスタに抵抗が接続されるなどにより電流
値が調整される回路を意味する。

【００２０】前記定電流回路がワイドラー回路を利用し
たものであれば、一層温度変化に対して安定した定電流
がえられ、その後段の定電圧回路もより安定する。

【００２１】前記定電圧回路の後段に前記トランジスタ
がオンになって電流が流れても前記バイアス電圧側の電
流を一定にするためのバッファ回路が設けられておれ
ば、温度センサとしての前記トランジスタに電流が大量
に流れても安定した一定のバイアス電圧を維持すること
ができるため好ましい。

【００２２】ここにバッファ回路とは、温度センサとし
ての前記トランジスタに電流が大量に流れることによ
り、作り出したバイアス電圧が変動し、前記トランジス
タの立上りがわるくなることを防ぐため、前記トランジ
スタがオンになってもバイアス電圧回路の電流を一定に
するための回路を意味し、たとえば図１０に示されるよ
うな４個のトランジスタからなるシングルエンド差動増
幅型の回路を用いることができる。

【００２３】前記トランジスタがダーリントン接続され
た複数のトランジスタからなっておれば、大電流の出力
がえられ、負荷に大電流を必要とするばあいに好まし
い。

【００２４】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体保護回路について説明する。

【００２５】図１は本発明の半導体保護回路の基本構成
を示す等価回路図である。本発明の半導体保護回路は、
負荷に供給される電源電圧Ｖ_ccと接続される電圧供給端
子５とアース間に電流ヒューズ１とセンサ用のトランジ
スタＱ₁のコレクタ２ａとエミッタ２ｃ間が直列接続さ
れるとともに、電流ヒューズ１とトランジスタＱ₁のコ
レクタ２ａとの接続点が出力端子４と接続されており、
出力端子４とアース間に負荷６が接続されうる構造にな
っている。またトランジスタ２のベース２ｂとエミッタ
２ｃ間にはバイアス電源３が接続され、トランジスタＱ
₁のベース・エミッタ間の常温における順方向電圧より
僅かに低い電圧（たとえば、０．３〜０．５Ｖ程度）が
印加され、出力端子４と電圧供給端子５のあいだの図１
の一点鎖線で囲まれた範囲が本発明の半導体保護回路１
０の基本構成である。

【００２６】バイアス電源３は特別な電源を設けなくて
も電源電圧Ｖ_ccからドライバ回路により定電圧を生成し
てベース・エミッタ間に印加されるようにしてもよい。
なお、本発明ではバイアス電源３だけのばあいもドライ
バ回路に含める。また、図１は基本構成が示されている
だけで、たとえば図１のエミッタ２ｃとバイアス電源３
の接続点とアース間などに抵抗などが挿入されてもよ
い。

【００２７】つぎに本発明の半導体保護回路の動作につ
いて説明する。まず、常温においては、トランジスタＱ
₁のベース２ｂとエミッタ２ｃ間に印加されているバイ
アス電圧（たとえば０．４Ｖ）は、トランジスタＱ₁の
ベース・エミッタ間の常温における順方向電圧（たとえ
ば０．６Ｖ）より低いため、トランジスタＱ₁はオンに
ならず、開放状態になっている。そのため、電圧供給端
子５の電圧がそのままヒューズ１を経て負荷６に供給さ
れる。

【００２８】一方、負荷６またはその周辺の雰囲気温度
が上昇して半導体保護回路１０のトランジスタＱ₁も昇
温するとトランジスタＱ₁のベース・エミッタ間のｐｎ
接合の順方向電圧が低下する。このｐｎ接合の順方向電
圧は図２に示されるように、温度に反比例して低下する
（温度上昇に対して約−２ｍＶ／℃程度）。その結果、
温度がたとえば１２５℃程度まで上昇するとトランジス
タＱ₁のベース・エミッタ間の順方向電圧が０．３８Ｖ
程度に低下し、ベース・エミッタ間のバイアス電圧は変
化せず０．４Ｖ程度を維持するため、トランジスタＱ₁
がオンとなる。その結果、トランジスタＱ₁側に電流が
流れ、ヒューズ１が切断する。このトランジスタＱ₁に
流す電流の大きさはトランジスタＱ₁の面積や増幅率ｈ
_FEの調整、接続法などにより自由に設定できるが、通常
はヒューズ１の定格の４〜１０倍程度に設定される。そ
のため、負荷６に異常が生じて温度が上昇したり、雰囲
気温度が上昇して負荷６やその周辺の回路に故障や誤動
作が発生しそうなばあい、直ちに供給される電圧はオフ
となり異常に伴なう負荷６の誤動作や破損を防止するこ
とができる。

【００２９】本発明によれば、電流ヒューズ１とトラン
ジスタＱ₁とを直列接続し、常温時におけるｐｎ接合の
順方向電圧より低いバイアス電圧をベース・エミッタ間
に印加し、トランジスタＱ₁のベース・エミッタ間の順
方向電圧が温度により変化する性質を利用しているた
め、常温時ではトランジスタＱ₁が作動せず、電圧供給
端子５からの出力電圧を負荷６に供給することができ、
温度が上昇するとベース・エミッタ間の順方向電圧が低
下し、バイアス電圧より低くなりトランジスタＱ₁がオ
ンになって電流が流れ電流ヒューズ１が切断し負荷への
電力の供給は停止される。

【００３０】前述のトランジスタＱ₁がオンになって電
流ヒューズが切断するときの温度はバイアス電圧の設定
により自由に調整される。すなわち、シリコンを用いた
ダイオードのｐｎ接合の順方向電圧は５５０〜６５０ｍ
Ｖのあいだの定値Ｖ_ｆに設定でき、しかも１℃上昇する
と約２ｍＶ低下することが知られている。したがって、
ベース・エミッタ間のｐｎ接合およびエミッタに直列接
続されるダイオードのｐｎ接合の数の合計ｎ個により１
℃あたり２ｎｍＶ（ミリボルト）低下する。そのため、
設定温度と常温との差ΔＴを乗算した２ｎ・ΔＴｍＶ
（ミリボルト）だけ低い電圧ｎ（Ｖ_f−２ΔＴ）ｍＶに
なるようにバイアス電圧を設定することにより、常温よ
りΔＴ℃高い温度になったら電流ヒューズが切断する。

【００３１】本発明では電圧供給端子５と出力端子４と
のあいだに電流ヒューズ１が直列に挿入されているた
め、電流ヒューズ１の切断する電流値が負荷６で使用す
る最大電流の４〜１０倍程度高い値になるように設定し
ておくことにより、負荷６が高温による異常ではなくて
部品の故障、ショートなどによる過電流が生じたばあい
にも直ちに切断して、負荷６への電力の供給がストップ
される。なお、前述の過熱によるトランジスタＱ₁の作
動で電流ヒューズ１を切断するばあいの電流値を過電流
による切断の電流値と合わせるのはトランジスタＱ₁の
増幅率を調整することや、ダーリントン接続にすること
により容易に調整できる。

【００３２】本発明の半導体保護回路によれば、トラン
ジスタＱ₁のｐｎ接合の順方向電圧の温度による変化を
利用して、負荷６などに異常が発生した際、電流ヒュー
ズ１を切断して負荷への電力供給を断つため、確実に負
荷６を保護することができるとともに、従来のようにト
ランジスタＱ₁のショート電流を流し続けることもない
ため、電源の供給側にも異常を来たすことがない。

【００３３】さらに本発明によれば、電流ヒューズ１が
電圧供給端子５と負荷６とのあいだに直列に挿入されて
いるため、温度が上昇する前に負荷６側の異常により過
電流が生じたばあいにもヒューズ１が切断して電源の供
給が断たれ、特別の過電流保護回路を設けることなく過
電流に対する保護回路としても機能する。

【００３４】一方、過熱または過電流によりヒューズ１
が切断したばあい、異常原因を取り去ったのち、半導体
保護回路１０を取り替えることにより、前の状態に復帰
させることができる。そのため、異常原因を究明し、取
り除いてから負荷６に出力が供給され、同じような不具
合を再度生じることなく、負荷６を保護することができ
る。

【００３５】つぎに具体的な実施の形態によりさらに詳
細に説明する。

【００３６】実施形態１図３は本発明の半導体保護回路の具体的な実施形態を示
す等価回路図である。本実施形態１では、ドライバ回路
１１の定電圧源を抵抗Ｒ₁とＲ₂との分圧で構成し、トラ
ンジスタＱ₁のベース・エミッタ間のバイアス電圧とし
て、２個の抵抗Ｒ₁、Ｒ₂による電源電圧Ｖ_ccの抵抗分割
によりえられる電圧を用いているものである。抵抗Ｒ₂
の両端に印加される電圧が、トランジスタＱ₁のベース
・エミッタ間の常温時の順方向電圧よりたとえば０．２
Ｖ程度低くなるように２つの抵抗Ｒ₁、Ｒ₂の比を定める
ことにより、常温時ではトランジスタＱ₁がオフとな
り、温度が１２５℃程度に上昇するとトランジスタＱ₁
がオンとなり、トランジスタＱ₁に電流が引き込まれ
る。すなわち、本実施形態１では、抵抗Ｒ₂によってト
ランジスタＱ₁のベース・エミッタ間のバイアス電圧が
設定されているが、電源電圧Ｖ_ccおよび抵抗Ｒ₁、Ｒ₂の
抵抗値は温度によってそれ程変化しないため、温度上昇
によりトランジスタＱ₁のベース・エミッタ間の順方向
電圧のみが変化して電流が流れ、前述のように温度上昇
に伴なってヒューズ１が切断し、負荷への出力供給を断
つことができる。

【００３７】この抵抗分割によるバイアス電圧は、電源
電圧Ｖ_ccとアース間の電圧を必ずしも使用しなくてもよ
い。すなわち、定電流回路または定電圧回路などにより
えられる定電圧を抵抗で分割して所望の電圧のバイアス
電圧とすることができる。このばあい、電源電圧の変動
による影響が生じないため好ましい。

【００３８】本実施形態１によれば、動作設定温度はＲ
₁とＲ₂の比によって決定されるため、製造時に相対誤差
のみを評価すればよく、絶対誤差は目的動作に影響しな
い利点がある。

【００３９】実施形態２図４（ａ）は本発明の半導体保護回路のさらに他の実施
形態を示す等価回路図である。本実施形態２ではドライ
バ回路１１の定電圧源を抵抗Ｒ₃とツェナーダイオード
ＺＤ₁とからなるツェナー電圧で構成し、トランジスタ
Ｑ₁のベース・エミッタ間のバイアス電圧としてツェナ
ーダイオードＺＤ₁のツェナー電圧を利用したものであ
る。トランジスタＱ₁のベース・エミッタ間順方向電圧
は０．６Ｖ程度とこれ以上上昇させることができないた
め、トランジスタＱ₁のエミッタとアース間に順方向に
ダイオードＤ₁、Ｄ₂・・・Ｄ_nをｎ個直列に接続して設
け、たとえば１２５℃で動作させたければ常温でバイア
ス電圧となるツェナー電圧の約５Ｖ程度より｛（動作温
度）−（常温）｝×２（ｎ＋１）＝（１２５−２５）×
２×（ｎ＋１）＝（ｎ＋１）×２００（ｍＶ）だけ大き
くなるようにする。すなわち、１個のｐｎ接合の順方向
電圧は約０．６Ｖ程度であるため、０．６（ｎ＋１）−
５＝０．００２（ｎ＋１）ΔＴ（ΔＴは切断したい温度
と常温との差）により個数ｎを定めることができる。な
お、順方向電圧は０．５５〜０．６５Ｖ程度の範囲で設
計により自由に定められる。

【００４０】本実施形態２によれば、順方向電圧を有す
るダイオードＤ₁、Ｄ₂・・・Ｄ_nがｎ個同じ向きに直列
に接続されているため、同じ温度変化に対し（ｎ＋１）
倍の電圧の変化率として現われ、図４（ｂ）に一点鎖線
で示されるように、実線で示される１個のばあいより感
度（傾き）が向上する。

【００４１】バイアス電圧設定のために用いたツェナー
ダイオードＺＤ₁は実施形態１と同様に抵抗に置き換え
られて抵抗分割により分配された電圧を用いることもで
きる。バイアス電圧設定のためにツェナーダイオードを
用いると抵抗Ｒ₃の値にかかわらず、常にツェナーダイ
オードのツェナー電圧で定まる一定の電圧がトランジス
タＱ₁のベース・エミッタ間に印加されること、ツェナ
ーダイオードのツェナー電圧は温度上昇とともに＋３ｍ
Ｖ／℃程度上昇するため、温度上昇の際に一層電流を流
し易くできること、などの点から好ましい。

【００４２】実施形態３図５は本発明の半導体保護回路のさらに他の実施形態の
等価回路図である。本実施形態３では、ドライバ回路１
１の定電圧源を抵抗Ｒ₄と２個のツェナーダイオードＺ
Ｄ₁、ＺＤ₂とからなる２個のツェナー電圧の和で構成
し、トランジスタＱ₁のベース・エミッタ間に印加する
バイアス電圧を２個の直列接続されたツェナーダイオー
ドＺＤ₁、ＺＤ₂のツェナー電圧を用いることに特徴があ
る。

【００４３】本実施形態３によれば、トランジスタＱ₁
のベース・エミッタ間のバイアス電圧が実施形態２のば
あいの２倍の１０Ｖ程度に高くなり、トランジスタＱ₁
のエミッタ側に直列接続されるダイオードＤ_kの数も２
倍程度に増やす必要があるが、Ｒ₄の極大化をふせぐ利
点があるとともに、順方向電圧のダイオードの数が２倍
近くに増えるため、一層温度に対する感度が向上する。

【００４４】実施形態４図６は本発明の半導体保護回路のさらに他の実施形態の
等価回路図である。本実施形態４では、センサ用のトラ
ンジスタとして、トランジスタＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃を３個ダ
ーリントン接続したもので、複数段のトランジスタによ
り増幅されるため、トランジスタＱ₁、Ｑ₂、Ｑ₃がオン
したときの電流を大きくすることができ、負荷で大電流
を必要とするばあい、すなわち電流ヒューズ１の高い電
流値のものを必要とするばあいでも精度よく電流ヒュー
ズを切断することができる。

【００４５】本実施形態４で、トランジスタＱ₃のベー
スとダーリントントランジスタの最終段のトランジスタ
Ｑ₁のエミッタ側に直列接続された順方向ダイオードＤ₁
〜Ｄ_iの最終段のダイオードＤ_iとのあいだに印加される
バイアス電圧としてツェナーダイオードＺＤ₁、ＺＤ₂・
・・ＺＤ_mをｍ個使用しており、その電圧を高くしてい
るが、ダーリントントランジスタを用いることと特別の
関連はなく、それぞれ独立に採用される。ツェナーダイ
オードをｍ個用いることにより、エミッタに直列に接続
されるダイオードもバイアス電圧に合わせて高くできる
ようにｉ個直列に接続され、前述のように温度に対する
感度が向上する。

【００４６】トランジスタが複数個ダーリントン接続さ
れる本実施形態４は負荷に電流が多く流れ出力端子４で
電流容量が必要なとき、ヒューズ１の電流容量を大きく
する必要があり、それに伴う遮断電流を増加させるた
め、増幅率ｈ_FEを大きくしたいときなどにとくに効果が
ある。

【００４７】実施形態５図７は本発明の半導体保護回路のさらに他の実施形態の
等価回路図である。本実施形態５では、ドライバ回路１
１の定電圧源として、前述の実施形態１〜４に示される
もの、たとえばツェナーダイオードＺＤ₁を使用し、該
定電圧源と並列にカレントミラー定電位設定回路１２が
設けられ、その出力段の降圧した定電圧がバイアス電圧
としてセンサ用のトランジスタＱ₁のベース・エミッタ
間に接続されている。これにより、センサ用のトランジ
スタＱ₁を鋭くオンさせる作用をする。このカレントミ
ラー定電位設定回路１２は、たとえば図７に示されるよ
うに、２個のダイオードＤ₁₁、Ｄ₁₂とトランジスタＱ₅
および抵抗Ｒ₈ならびにこれらに接続される抵抗Ｒ₆、Ｒ
₇からなるカレントミラー回路で構成されており、カレ
ントミラー回路のトランジスタＱ₅の出力段によりセン
サ用の前記トランジスタＱ₁のベースにバイアス電圧を
印加している。他の構成は前述の各実施形態と同じであ
る。

【００４８】本発明によるカレントミラー定電位設定回
路１２のセンサ用のトランジスタＱ₁を鋭くオンさせる
作用と降圧作用とについて詳しく説明する。

【００４９】たとえば図３に示されるようなバイアス回
路においては、雰囲気温度が上昇し、センサ用のトラン
ジスタＱ₁に電流が流れると、抵抗Ｒ₂を流れる電流Ｉ_R2
は抵抗Ｒ₁を流れる電流Ｉ_R1からトランジスタＱ₁のベー
ス側に流れる電流Ｉ_Bを引いたもの（Ｉ_R2＝Ｉ_R1−Ｉ_B）
となり、ベースの電位Ｖ_Bが下がり、センサ用のトラン
ジスタＱ₁の立上りが鈍くなる。しかし、本回路におい
ては、ダイオードＤ₁₁とトランジスタＱ₅とがカレント
ミラーを構成している。したがって、雰囲気温度が上昇
してもダイオードＤ₁₁とトランジスタＱ５の順方向電圧
がともに同じ電圧だけ下がり、温度による影響は相殺さ
れる。また抵抗Ｒ₈の両端の電位差はダイオードＤ₁₂の
順方向電圧Ｖ_fD12に固定される。したがって抵抗Ｒ₈を
流れる電流Ｉ_R8はＩ_R8＝Ｖ_fD12／Ｒ₈で決定される。セ
ンサ用のトランジスタＱ₁に電流が流れない常温におい
ては抵抗Ｒ₈を流れる電流Ｉ_R8は抵抗Ｒ₇を流れる電流Ｉ
_R7とほぼ等しく、抵抗Ｒ₇の両端間の電位差はＶ_R7＝Ｒ₇
・Ｉ_R7≒Ｒ₇・Ｉ_R8＝Ｒ₇・Ｖ_fD12／Ｒ₈となり、雰囲気
温度が上昇するとＶ_fD12が下がり、Ｖ_R7も下がる。すな
わち、センサ用のトランジスタＱ₁のベースとの接続点
Ｂの電位Ｖ_Bは上昇し、センサ用のトランジスタＱ₁をよ
り一層オンさせ易くなる。

【００５０】また、センサ用のトランジスタＱ₁のバイ
アス電圧Ｖ_Bは定電圧源（ＺＤ₁）の両端の定電圧Ｖ_BGか
ら抵抗Ｒ₇の両端電圧Ｖ_R7を引いた電圧であり、Ｖ_B＝Ｖ
_BG−Ｖ_R7＝Ｖ_BG−Ｖ_fD12・Ｒ₇／Ｒ₈となる。すなわち、
この電圧はＶ_BGとＲ₇／Ｒ₈の値で決まり、抵抗比Ｒ₇／
Ｒ₈により任意に降圧することができるとともに、セン
サ用のトランジスタＱ₁のベース・エミッタ間順方向電
圧（またはエミッタ側にさらに直列に接続されるダイオ
ードの順方向電圧の和）より若干低い電圧で温度設定に
合わせた電圧に調整することができる。

【００５１】本実施形態によれば、ドライバ回路のバイ
アス電圧の出力端子にカレントミラー定電位設定回路が
接続され、そのトランジスタの出力段によりセンサ用の
トランジスタＱ₁のバイアス電圧を印加しているため、
雰囲気温度のセンサ用のトランジスタＱ₁のベースもし
くはカレントミラー定電位設定回路１２のトランジスタ
Ｑ₅のコレクタへ供給される電流量の詳細設定や安定供
給が可能であるとともに、動作温度をＲ₇／Ｒ₈の比で設
定できるため、製造時の絶対誤差は問題にならず相対誤
差のみを評価すればよい利点がある。

【００５２】なお、本実施形態５では、カレントミラー
定電位設定回路としてダイオードとトランジスタからな
るものを用いたが、通常の２個のトランジスタによるも
のを用いても同じである。また、図７には定電圧回路と
してツェナーダイオードを用いたが、ワイドラー回路
（バンドギャップ回路）やショットキーダイオードなど
により定電圧を発生させ、その定電圧を前記カレントミ
ラー定電位設定回路に供給することもできる。

【００５３】実施形態６図８は本発明の半導体保護回路のさらに他の実施形態の
等価回路図である。本実施形態６では雰囲気温度のセン
サ用のトランジスタＱ₁にｐｎｐトランジスタを使用し
たもので、ドライバ回路１１は実施形態５と同様のカレ
ントミラー定電位設定回路１２を用いる構成である。図
８（ａ）はカレントミラー定電位設定回路１２のトラン
ジスタＱ₆もｐｎｐトランジスタを用いた例で、図８
（ｂ）はカレントミラー定電位設定回路１２のトランジ
スタＱ₇にｎｐｎトランジスタを用いた例である。

【００５４】本実施形態６では電流ヒューズ１と直列接
続されるセンサ用のトランジスタＱ₁はエミッタ側が電
流ヒューズ１と接続され、コレクタがアース側に接続さ
れる。したがってバイアス電圧としては図８（ａ）のば
あいは全体の電圧から抵抗Ｒ₁₁の両端電圧を差し引いた
電圧が印加され、図８（ｂ）のばあいは抵抗Ｒ₁₃の両端
の電圧がそのままバイアス電圧となる。

【００５５】本実施例によるｐｎｐトランジスタを用い
ると、消費電流を小さくできるという利点がある。

【００５６】なお、本実施形態６においては、ドライバ
回路１１の定電圧源と並列にカレントミラー定電位設定
回路１２を用いたが、センサ用のトランジスタＱ₁がｐ
ｎｐトランジスタのばあいでも実施形態１〜４と同様の
構成にすることができる。

【００５７】実施形態７本実施形態７はセンサ用のトランジスタＱ₁のバイアス
電圧を供給する定電圧源として、半導体のバンドギャッ
プエネルギーを利用して定電位を維持する回路、すなわ
ちカレントミラー回路の一方の電流路の電流を抵抗によ
り調整したワイドラー回路（バンドギャップ回路）を用
いて定電圧を発生させる回路を用いることに特徴があ
る。

【００５８】本実施形態７の定電圧源を用いることによ
り、ツェナーダイオードによるツェナー電圧より低い定
電圧がえられる。ツェナー電圧はＩＣにおいて通常用い
られているｎｐｎトランジスタのエミッタ・ベース間耐
圧を利用して作ると、通常７Ｖ程度あり、ツェナーダイ
オードを用いるばあい７Ｖより高い電源電圧Ｖccを必要
とする。一方、最近のマイコンなどの電子機器は３Ｖや
５Ｖの低電圧源で駆動させるものが多く、ツェナー電圧
の７Ｖ程度の定電圧を用いることは低電圧駆動の傾向に
相反することになる。本実施形態７の構成はこのような
問題を解決するものである。

【００５９】図９は本実施形態７の定電圧をうる回路の
基本構成を示す回路図である。図９において、トランジ
スタＱ₈、Ｑ₉はカレントミラー回路を構成する２個の面
積差を有するトランジスタで、定電流Ｉ_BGがえられる定
電流回路にそれぞれ抵抗Ｒ₁₅およびＲ₁₆を介して接続さ
れ、一方のトランジスタＱ₉のエミッタ側に抵抗Ｒ₁₇が
接続されることにより、一方の電流路の電流値が調整さ
れたワイドラー回路を構成している。この一方の電流路
にさらにトランジスタＱ₁₀が接続され、抵抗Ｒ₁₆の両端
間電圧とトランジスタＱ₁₀のベース・エミッタ間順方向
電圧（約０．７Ｖ）との和がバンドギャップ定電圧Ｖ_BG
として出力される。本構成にすると、バンドギャプ電位
を基準にしているため、温度変動を受けない定電圧がえ
られる。

【００６０】図１０はこのバンドギャップ定電圧回路を
応用した本発明の半導体保護回路の実施形態の等価回路
図である。図１０において、１１はドライバ回路で、定
電流回路１３、バンドギャップ形定電圧回路１４、バッ
ファ回路１５およびドライバ電流回路１６からなる定電
圧源と実施形態５〜６で用いたカレントミラー定電位設
定回路１２とからなっており、センサ部１７のセンサ用
のトランジスタＱ₂（本実施形態では２個のｎｐｎトラ
ンジスタＱ₁、Ｑ₂がダーリントン接続されている）のベ
ースに一定のバイアス電圧が供給されている。

【００６１】定電流回路１３はトランジスタＱ₁₂と対称
に形成されたトランジスタＱ₁₃、Ｑ₁₄、Ｑ₁₅からなるカ
レントミラー回路と、トランジスタＱ₁₆、Ｑ₁₇および抵
抗Ｒ₁₈からなるワイドラー回路（バンドギャップ回路）
とからなっている。なおＲ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂はそれ
ぞれトランジスタＱ₁₂、Ｑ₁₃、Ｑ₁₄、Ｑ₁₅のアーリ効果
低減を目的として電源電圧側に接続された抵抗を示す。

【００６２】バンドギャップ形定電圧回路１４は図９に
より基本構造として説明した定電圧回路と同じもので、
図９と同じ部分には同じ符号を付してある。この例では
出力側にさらにｐｎｐトランジスタＱ₁₁が接続されてい
る。このトランジスタＱ₁₁は出力側で電流を多く流すと
出力の電位が下がり易くなるため、多くの電流が流れる
ばあいでも一定の電位を保持するためのもので、安定化
のためには好ましいが必ずしも必要ではない。

【００６３】バッファ回路１５はセンサ部で電流が多く
流れることによりセンサ部の立上りがわるくなることを
防ぐための回路、すなわちセンサ部がオンになって電流
が多く流れても入力側の電流が常に一定になるようにす
るもので、たとえば図１０に示されるように、トランジ
スタＱ₁₈、Ｑ₁₉、Ｑ₂₀、Ｑ₂₁およびＱ₂₂からなるシング
ルエンド差動増幅型バッファ回路を用いることができ
る。その出力部にはセンサ部での大電流にもフォローで
きるように、電流供給用のトランジスタＱ₂₃からなるド
ライバ電流回路１６が設けられている。

【００６４】バッファ回路１５の出力部にドライバ電流
回路１６を介して前述の実施形態５〜６のカレントミラ
ー定電位設定回路１２が接続され、センサ部１７のトラ
ンジスタＱ₂のベースに一定電位が供給されている。こ
のカレントミラー定電位設定回路１２の作用は前述のよ
うに、センサ部１７のトランジスタＱ₁、Ｑ₂がオンにな
って電流が流れ始めても、一層鋭くオンを維持すること
ができるようにするとともに、定電圧を分割して降圧
し、センサ部１７のトランジスタＱ₁、Ｑ₂の順方向電圧
より僅かに低い電圧に設定する機能とを有している。

【００６５】しかし、バッファ回路１４およびドライバ
ー電流回路１６やカレントミラー定電位設定回路１２は
安定な電位を供給しつづけるためには好ましいが、必ず
しも必要なものではない。

【００６６】図１１は定電圧源がツェナー電圧より低い
電圧でえられる他の例を示す回路図で、この例では定電
流回路１３を簡潔化したものである。他のバンドギャッ
プ形定電圧回路１４およびカレントミラー定電位設定回
路１２については図１０に示される例と同じである。な
お、図１１に示される例においては、バッファ回路が省
略されているが、図１０の例と同様にバンドギャップ形
定電圧回路１４とカレントミラー定電位設定回路１２と
のあいだに挿入することにより、センサ部１７における
大電流のばあいにも安定した電位を供給することができ
る。

【００６７】この例における定電流回路１３はカレント
ミラー回路部を２個のトランジスタＱ₂₄、Ｑ₂₅と抵抗Ｒ
₂₄、Ｒ₂₅で構成し、ワイドラー回路を構成するトランジ
スタを１個のトランジスタＱ₂₆と１個の抵抗Ｒ₂₆とで構
成し、定電流回路と定電圧回路との両方で１つのワイド
ラー回路（バンドギャップ回路）を用いる構成にしたも
のである。このような回路構成にしても、定電流をうる
ための基準電位は定電圧回路のバンドギャップを利用し
ているため、安定した定電圧がえられる。その結果、素
子の個数が少なくなるため、チップ面積を小さくするこ
とができるとともに不良の発生確率が減り歩留が向上す
るという利点がある。

【００６８】以上の各実施形態では電流ヒューズ１を電
圧供給端子５とドライバ回路１１の電源側とのあいだに
挿入したが、このような構成にすれば電流ヒューズ１が
切断したばあい、ドライバ回路１１にも電源は供給され
ず好ましい。しかし、本発明ではドライバ回路１１に電
圧が印加されても、もともと正常時にはトランジスタＱ
₁が作動しないように設計されているため、電流ヒュー
ズ１が切断したのち、引き続きドライバ回路１１に電圧
が印加されていても殆ど電流は流れず問題はない。その
ため、電流ヒューズ１は図１２に示されるように、ドラ
イバ回路１１の電源側とトランジスタＱ₁のコレクタと
のあいだに接続されてもよい。なおこのばあいでも出力
端子４は電流ヒューズ１とトランジスタＱ₁との接続点
に接続される。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、半導体保護回路が直列
接続された電流ヒューズとトランジスタとで構成されて
おり、トランジスタのｐｎ接合の順方向電圧の温度特性
により過熱時にトランジスタに電流を流させ電流ヒュー
ズを切断している。そのため負荷が過熱状態になれば負
荷への電力供給は完全に断たれ、点検の結果異常状態が
除去されてから半導体保護回路の取替により復帰させる
ことができ、何度も異常状態を繰り返して負荷を完全に
破損させることがない。

【００７０】さらに本発明の半導体保護回路によれば、
トランジスタおよびドライバ回路が半導体基板にＩＣと
して小さな半導体チップに形成され、しかも電流ヒュー
ズも半導体チップをモールドする際にリードとのあいだ
に接続して樹脂でモールドすることにより形成されるた
め、非常に安価で小型のパッケージングされた３端子
（Ｖ_cc、ＧＮＤ、ＯＵＴ）素子として形成でき、汎用性
が非常に広い。

【００７１】さらに、ワイドラー回路を用いた定電圧回
路が組み込まれることにより、低い定電圧源がえられ、
最近の低電圧駆動型電子機器に対してそのまま利用する
ことができる。

【００７２】また本発明によれば、ｐｎ接合の順方向電
圧の温度特性を利用しており、正確な温度制御をするこ
とができ、高価な温度ヒューズより精密な制御をするこ
とができる。しかもｐｎ接合を何個も直列接続すること
により温度に対する敏感性が一層向上し、非常に精度よ
く制御することができる。

【００７３】さらに本発明によれば、加熱に対する保護
のみならず、温度が上昇する前の過電流に対しても保護
することができ、一層効果的に負荷を保護することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体保護回路の基本構成を示す等価
回路図である。

【図２】ｐｎ接合の順方向電圧の温度による変化を示す
図である。

【図３】本発明の半導体保護回路の他の例を示す等価回
路図である。

【図４】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図５】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図６】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図７】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図８】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図９】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示す
等価回路図である。

【図１０】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示
す等価回路図である。

【図１１】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示
す等価回路図である。

【図１２】本発明の半導体保護回路のさらに他の例を示
す等価回路図である。

【図１３】従来の過熱保護回路の例を示す等価回路図で
ある。

【符号の説明】

１電流ヒューズ３バイアス電源４出力端子５電圧供給端子６負荷１０半導体保護回路１１ドライバ回路１２カレントミラー定電位設定回路１３定電流回路１４定電圧回路１５バッファ回路Ｑ₁ トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茂岡史明福岡県筑後市大字上北島883番地アポロ電子工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧供給端子とアース間に少なくとも電
流ヒューズとトランジスタとが直列接続され、該トラン
ジスタのベースとエミッタ間に該ベースとエミッタ間の
ｐｎ接合の常温における順方向電圧より低い一定のバイ
アス電圧を印加するドライバ回路が設けられ、前記電流
ヒューズとトランジスタとの接続点から出力端子が取り
出されてなる半導体保護回路。
【請求項２】電圧供給端子とアース間に少なくとも電
流ヒューズとトランジスタと該トランジスタのエミッタ
側に設けられた順方向ダイオードとが直列接続され、該
トランジスタのベースと前記エミッタ側に設けられたダ
イオード端とのあいだに該ベースとエミッタ間および前
記順方向ダイオードのそれぞれのｐｎ接合の常温におけ
る順方向電圧の和より低い一定のバイアス電圧を印加す
るドライバ回路が設けられ、前記電流ヒューズとトラン
ジスタとの接続点から出力端子が取り出されてなる半導
体保護回路。
【請求項３】前記順方向ダイオードが複数個直列接続
されてなる請求項２記載の半導体保護回路。
【請求項４】前記ドライバ回路は前記一定のバイアス
電圧を供給するための定電圧源を有し、該定電圧源の出
力が前記バイアス電圧として前記トランジスタのベース
とエミッタ間に直接供給されてなる請求項１または２記
載の半導体保護回路。
【請求項５】前記ドライバ回路は前記一定のバイアス
電圧を供給するための定電圧源を有し、該定電圧源と並
列にカレントミラー定電位設定回路が設けられ、該カレ
ントミラー定電位設定回路の出力段により降圧された一
定の電圧が前記バイアス電圧として前記トランジスタの
ベースとエミッタ間に供給されてなる請求項１または２
記載の半導体保護回路。
【請求項６】前記定電圧源が、定電圧間に接続された
少なくとも２個の直列抵抗からなり、該抵抗の分割電圧
を定電圧として供給する請求項４または５記載の半導体
保護回路。
【請求項７】前記定電圧源が、前記電圧供給端子と前
記アース間に直列接続された少なくとも抵抗とツェナー
ダイオードとからなり、該ツェナーダイオードのツェナ
ー電圧を定電圧として供給する請求項４または５記載の
半導体保護回路。
【請求項８】前記ツェナーダイオードが複数個直列接
続されてなる請求項７記載の半導体保護回路。
【請求項９】前記定電圧源が定電流回路とワイドラー
回路を利用した定電圧回路とからなる請求項４または５
記載の半導体保護回路。
【請求項１０】前記定電流回路がワイドラー回路を利
用したものである請求項９記載の半導体保護回路。
【請求項１１】前記定電圧回路の後段に前記トランジ
スタがオンになって電流が流れても前記バイアス電圧側
の電流を一定にするためのバッファ回路が設けられてな
る請求項９または１０記載の半導体保護回路。
【請求項１２】前記トランジスタがダーリントン接続
された複数のトランジスタからなる請求項１、２、３、
４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の半導体
保護回路。