JPS5875306A - 集積回路 - Google Patents

集積回路

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JPS5875306A
JPS5875306A JP56174312A JP17431281A JPS5875306A JP S5875306 A JPS5875306 A JP S5875306A JP 56174312 A JP56174312 A JP 56174312A JP 17431281 A JP17431281 A JP 17431281A JP S5875306 A JPS5875306 A JP S5875306A
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JP
Japan
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transistor
protected
resistor
current
overcurrent
Prior art date
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Pending
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JP56174312A
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English (en)
Inventor
Tomoji Obata
小幡 友二
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5875306A publication Critical patent/JPS5875306A/ja
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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】 本発明は集積回路化された電力増幅器の出力トランジス
タ保護機構に関するものである。特に半導体を用いた電
力増幅器では、回路が定常状態で動作中、出力端子が電
源の一端へ接触した場合、あるいは負荷短絡が生じた場
合等に1出力トランジスタが破壊することがある。
次に、この出力トランジスタの破壊を第1図を参照して
説明する。
第1図は、保護回路が内蔵されていない従来の、 増幅
回路を示す。”11 * R11s R18は抵抗、D
11+D11 e DIsはダイオード、Qu * Q
、* * Qu + Q14 +QCsはトランジスタ
、暑は信号の入力端子、bは信号の出力端子、11は電
流が11なる定電流源Vcclは電圧がVcclなる電
圧源を示す。今、第1図において回路が定常動作状態時
から出力端子すが電源Vealの負電圧ラインに接触す
るという異常動作状態になった場合を考えると、上側ダ
ーリントン接続のトランジスタQt雪*Qt4は連続的
に電流11のベース電流が流れ、トランジスタQls*
Qu のり、を各bMQu、hFIQtiで表わせば、
トランジスタQ14のコレクタに(I I X h F
lll Q 1sxhmQx4)の大電流が流れ、消費
電力が過大となり破壊する。
本発明は上述のごとく、従来技術による増幅回路におけ
る出力端子の電源の一端子への接触という異常状態にお
いて、トランジスタの破壊を防止する保護機能を具備す
る集積回路を提供するものである。
本発明の原理を第2図に示した。第2図においてN R
21tR1fi は抵抗)D意lはダイオード、 Qs
tt。
Qgzはトランジスタ、Cは保護すべきトランジスタ(
点線で示し九トランジスタ)を含む回路の電源の一端(
こζでは正電圧側)に接続する端子、d ハ保11すべ
きトランジスタのベース電流供給回路に接続する端子、
Cは保護すべきトランジスタのペースに接続する端子、
fは保護すべきトランジシスタを含む回路の出力端子に
接続する端子、gは保護すべきトランジスタを含む回路
の電源の他の一端(ここでは負又は基準電位)に接続す
る端子を示している。
第2図において、保護すべきトランジスタを含む回路の
出力端子に接続されている端子fが、保護すべきトラン
ジスタを含む回路の電源の負側に接続している端子gに
接触すると、保護すべきトランジスタ(点線に示す)コ
レクタ電流が流れはじめる。この結果、抵抗R11lに
大電流が流れ、同抵抗R11lの両側に電圧降下を生じ
させ、トランジスタQssを駆動し、抵抗R22、ダイ
オードDIllに電圧降下を生じさせ、トランジスタQ
zxのペース−エンツメ間に頴バイアス電圧を与え、同
トランジスタが導通し、端子dにコレクタ電流が流れ、
端子dに接続されている保護すべきトランジスタのベー
ス駆動電流をし中断、又はベース駆動電流供給回路の動
作を停止させる。
冑、ダイオードI)snは原理的には不要であゐが仁と
ではトランジスタQs1のペース−エミッタ間電圧Va
nの温度補償のために加えた例で駅間した。
又、端子fとgを共通に接続しても、R7及びダイオー
ドDlilの電圧降下をトランジスタQ禽1で検出でき
ることから、保護すべきトランジスタの異常電流に対す
る保護動作を行う仁とができる。
次に本発明の具体的実施例を第3゛図に示し丸。
第3図においてRshFLll* sR1!l e”$
4 *R1i eRa@ eR1? v R錦 は抵抗
s Ds* #DIII eDs4ハ/(オー )”。
Qst  eQss  eQss  tQaa  eQ
ss  tQsa  IQs?  eQss eQss
はトランジスタ、RL は負神、ChCs、Cs、は電
解コンデンサ、hは信号の六方−子、iは信号の出力端
子、HはトランジスタQsaのベース電位供給点、I3
は電流が工3なる電流源、Vcc3は電圧がVcc3な
る電圧源を示す。
第3図において、出力段は一般に知られている3級シン
グルエンデツド・プツシ轟プル構成である。
今、この回路での定常動作状態では、例えば入力端子り
に第4図に示す正弦波入力信号kを入れ九時、出力端子
iK同図の正弦波出力信号tが出るが、このときVcc
/2  をさかいに上側波形はトランジスタQssが導
通し、下側波形はトランジスタQ紳が導通している時に
発生する。ここでトランジスタQssが導通している時
、トランジスタQssのペース−エミッタ間電圧Vsm
Q、B−は大きくなシトランジスタQsaの飽和電流値
をl5Qss、ボルツマン定数をに1絶対温度をT1電
子の電荷をqで表わすと以下の(1)式で示す電流IC
Qs・がトランジスタQ3−のコレクタに流れ、(2)
式で示す電圧■1が抵抗R,−の両端に生ずる・ ICQsa # l8Qis (EXP(QVBIIQ
SII/KT)−1)・・・・・・・・・(1) ■l # 工CQIs @ )し畠1        
             600100.(2)今、
トランジスタQsiの飽和電流値をIJIQsi、ボル
ツマン定数なに1絶対温度をT、電子の電荷をqで表わ
すと、以下のO)式で示す電流IcQssがトランジス
タQssのコレクタに流れ、ヒのときの抵抗R37、ダ
イオードDuに生ずる電圧降下を各” ”” RIt 
sv684とすると、H点yc (IcqsiR3マ+
Vn4)iる電圧降下が生ずる。
ICQ、、# IIQ3.e (EXP(qV、/KT
)−1)  ・ (3)同時に前述のように出力端子す
は上側波形を示してい慝ため、H点の電位を出力端子の
電位Vt  よシ常に低くおさえておくように設定する
。即ち、1Cqas”sv +vIlkm < V1+
 VBIQS4 トlkb ヨ5 K抵抗any # 
R1−を調整しておけL  )ツ/ジスタQ$4のベー
ス、即ちJn点と同トランジスタの二電ツタ、即ち、出
力端子iの電位が常にトランジスタQiのベース−エミ
ッタ間に対し逆バイアスと壜りているため、通常の定常
動作時には、この保護回路は動作しない。  ・ ここで、出力端子iが電源の負端子(一端子)に接触す
るという異常状態となると、出力端子lは最低電位と表
砂上側ダーリントン接続のトランジスタQss、Qs@
Id連続的に電流Iaで駆動される。そのためトランジ
スタQssのコレクタに大電流が流れ始め、抵抗R’s
@の両端にはこの大電流&;比例した電圧降下Vnrs
が生じトランジスタQssを駆動し同トランジスタhν
lが十分に大きいと、同トランジスタに(4)式で示す
コレクタ電流Ic’Qasが流れる。
I’cq、Be=Isqsss(qV’l/KT) −
1)     ”・・(4)この結果用ずる抵抗R87
、ダイオードDB4の電圧降下t7各Ic′QssRs
y 、Vntトt ;b トICQss RIt +V
t:i :>Vl +VBQ34  となった時にトラ
ンジスタQsaのベース−エミッタ間に順バイアス電圧
が加わシ、トランジスタQsaが動作し、コレクタ電流
によシトランジスタQssのベース駆動電流を吸収して
、終段のトランジスタQssのベースに注入する駆動電
流をし中断する。即ち、トランジスタQasを動作しな
いようにして異常大電流によるトランジスタQssの破
壊を防止する。
次に、本発明の他の具体的実施例を第5図に示し九〇第
5図においてRIC” IL Ra1e R14t R
ILRi@tRI?は抵抗% DSb D12* DI
Sはダイオード5QstQle Qsse QB41 
Qtiy Qsse Qis Qsse Qisはトラ
ンジスタ、RLれ負荷、C1+ CL C1は電解コン
ダンf−1mは信号の入力端子、nは信号の出力端子、
llはトランジスタQI4のベース電位供給点、I5は
電流がI5’&る電流源、VCC5は電圧がV■5なる
電圧源を示す。第5図において出力段は一般に知られて
いるB級シングルエンデツドIプツシ鼻プル構成である
。今、との回路での定常動作状態では、例えば入力端子
mに第4図に示す正弦波入力信号Kを入れた時、出力端
子nに同図の正弦波出力信号tが出るが、このときV 
(!9/2をさかいに上側波形はトランジスタQs+s
が導通し、下側波形はトランジスタQ紳が導通している
時に発生する。ζζでトランジスタQi・が導通してい
る時、トランジスタQs・のペース−エミッタ間電圧V
BIQI−は大きくなり、トランジスタQs・の飽和電
流値をL−−、ボルツiン定数をに1絶対温度をT1電
子や電荷をqで表わすと次の@)式で示すICQIII
がトランジスタQssのコレクタに流れ、(6)式で示
す電圧Vl17が抵抗RI?の両端に生ずる。
ImQI@ = I IIQu 11 (′ExP(q
VllQ6@/KT )−1) ・・・(5)Vmg7
 = I IQss ・RIt          ・
(6)今、トランジスタQi4が普通状態となるベース
−エミッタ間電圧をVBlQB4とすると、適状の定状
動作時において電圧Vl!17 が電圧VmBQg4よ
すも小さくなるように設定する。即ちVllQsi> 
VII7となるよう抵抗RI7、)ランジスタQ114
を調整しておけば、トランジスタQs4は速断状態とな
っているため、通常の定常動作時にはこの保護回路は動
作しない。
ここで、出力端子nが電源の負端子(一端子)K接触す
るという異常状態に擾ると出力端子nは最低電位となり
上側ダーリントン接続のトランジスタQ 861 Q 
isは連続的に電流I5で駆動される。
そのためトランジスタQ錦の工よツタに大電流が流れ始
め、抵抗R1ffの両端にはこの大電流に比例シft電
圧n下VS1*t  カ生1:、、VIIQ$4 (V
ie5y トナりた時に、トランジスタQB4が動作し
、コレクタ電流によりトランジスタQi・のベース駆動
電流を吸収して、終段のトランジスタQisを動作しな
いようにして異常大電流によるトランジスタQssの破
壊を防止する。
以上、本発明による保護回路を用いれば、増幅回路の出
力端子の電源の一端に接触するという異常状態における
トランジスタのコレクタ電流を制限し破壊を防止する保
護機能を具備する集積回路を実現できる。
淘、従来の牛導体集積回路では過電流検知用抵抗RHs
 ” @?は拡散抵抗で作られていたが、抵抗値の精度
・温度特性に問題がありた。本発明では前記抵抗Rfi
l e Rml t BI@?をアルミニウム郷の正の
温度係数、即ち温度が上昇すると抵抗値が大きく表るよ
うな金属配線によりが形成し前記保護すべきトランジス
タQ1**Qs−・・sQI・に過大電流が流れ帥めた
ときに生ずる温度上昇変化を受けて、前記抵抗’寓1*
R錦*R暴1の抵抗値が大と1L結果として過大電流検
知感度を高めたことに特徴がある。
しかも前記抵抗R11e R38+ R11?を多層配
線の金属配線で作ることにより、ペレット面積からくる
制約を受けずに、精度良く、且つ帥配保膜すべきトラン
ジスタと熱的結合性の良い検知用抵抗R11゜R錦、R
61を得られることによシ、高い精度で前記異常大電流
を検知しうる保護機能を具備する集積回路を夾現しうる
伺、前記抵抗R11* R1** R1?  としては
0.1Ω程度の値であるのでアルミ°ニウム層抵抗を2
0mΩで設計し九場合中対長さの比は1:5に々シ充分
実用可能である。又、アルミニウムの抵抗温度係数Fi
4.67X10 /、c であるので保護すべきトラン
ジスタに過大電流が渡れ九際の温度上昇が100℃とす
ると抵抗Rss、 Rss、 R+sγの抵抗値は約5
割増し充分実用可能である。さらに、本発明の一実施例
である第3図では電圧検出を抵抗Rs−とトランジスタ
Qss+で、第5図では電圧検出を抵抗R’itとトラ
ンジスタQi4で行っている必11例えば差動形式を用
いた検出を行なえば更に精度を上げるととができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は保護回路が付属していない従来回路の回路図、
第2図社本発明の原理を示し九回路−1第3図は本発明
の実施例を示した回路図、fs4図は第3図の回路の動
作を示すための入出力波形図、第5図は本発明の他の実
施例を示した回路図である。 Qll−Qll * Qll t QCs eQss 
p〜Qss * Q!11〜QI4 tQu〜Qu  
””)ランジスタ、D11〜D1s、Dsl。 D81〜D14 e DIll ”” II  ”” 
””ダイオード、R11〜All。 R11m  ”11@  s  R41””all  
+  RII””8?   ”’ ”’IF抗、  C
1〜Cs・・・・・・電雫コンデンサ、RL・・・・・
・負荷、Il、l3IS ・−・−電圧i1、Vccl
、 VCC3,Vcc5 ・−−−−・を圧am、ax
l、m、n・・・・・・端子を示す。  第 1 図 第2図 第3図 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
−Vcc@4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 保護すべきトランジスタのエイツタあるいはコレク
    タに抵抗を接続し、前記保護すべきトランジスタに過大
    電流が流れ始めたとき前記抵抗の電圧降下分を比較器で
    設定値と比較して検出する仁とKよシ比較器出力を得、
    骸比較器出力で前記保護すべきトランジスタの動作に制
    限を加える保護回路を動作させ、前記保護すべきトラン
    ジスタを過電流による破壊から保護する機能を具備する
    集積回路において、前記抵抗に温度が上昇すると抵抗値
    が大となる抵抗を用い、該抵抗で前記保護すべきトラン
    ジスタに過電流が流れ始めたとき一生ずる温度上昇変化
    を感知し、過電流検出感度を高めたことを特徴とすゐ集
    積回路。 2 前記抵抗を前記保護すべきトランジスタの上部に多
    層配線の金属配線によ多形成し、該抵抗で前記保護すべ
    きトランジスタに過°電流が流れ始めたときに生ずる温
    度上昇変化を感知し、過電流検出感度を高めた仁とを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の集積回路。
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JPS58212268A (ja) * 1982-06-04 1983-12-09 Victor Co Of Japan Ltd テレビジヨンカメラおよび録画再生機用のホルダ−
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