JPS59108423A - Ｍｏｓトランジスタの保護装置 - 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】 本発明は（■ＯＳトランジスタ、とりわけ自動車のラン
プ回路におけるスイッチング用ＭＯ８）ランジスタを保
護するために、ゲート電位を制限監視し、所定値からの
偏差に応じて、１つの制御入力端子ど２つの負荷接続端
子とを有する電位により導通制卸可能なスイッチ要素に
てＭＯＳ）ランジスタをＩＳ月１させることによってＭ
ＯＳ）ランジスタを通る負荷玉流をしゃ断するようにし
たトランジスタ保護方法および装置に関する。

例えば自動車のランプ回路に使用される大電流用゛改子
スイッチはランプ回路中に直列に挿入されているトラン
ジスタでもって動作する。このトランジスタは、過剰芥
叶のトランジスｑを使用するのを避けようとするならば
、適当な手段によって過負荷から保護されなければなら
ない。したが・って、ランプ回路における電流はランプ
回路において短絡が発生したときにも最大値を毬えない
ようにすべきである。

一万ではトランジスタのベース電位をツェナーダイオー
ドにより制限してエミッタ・コレクタ間のトランジスタ
電流を制限し、他方ではトランジスタのコレクタ電位を
１藍視し、ランプ回路の短絡時にトランジスタを保護す
るようにした回路が知られている（西独特許出願公開第
ａｏｘ５ｓ３１号公報）。この回路はランプ回路中の抵
抗でもって動作し、この抵抗はこれにおける電圧降下が
トランジスタのエミッタ・ベース間の電圧降下を合わせ
るとツェナーダイオードの閾値電圧を甥え得るように選
定されている。

しかし、ランプ回路中の抵抗はＷましくない電力損失を
生じさせる。

本発明の目的は、トランジスタおよび負荷インピーダン
スを除けば負荷回路中において他の抵抗なしですませな
がらもトランジスタを常に過負荷から１゛〒護（１，短
１′４時にも保護することができるようにすることにあ
る。その際にＭＯＳ）ランジスタを使用することを前提
としている。

この目的は本発明によれば、ゲート電位制限のために’
Ｍ　ＯＳ　）ランジスタのゲート・ソース間電圧が制限
され、Ｍｌ）Ｓトランジスタのソース電位監視のために
そのソース電位が取り出されて所定値と比較され、その
所定値を下回ったときには。

所定時間経過後に、さもなければアースにおかれる固定
のバッテリー電位がスイッチ要素の制御入力端子に作用
し、このスイッチ要素がそれの両負荷接続端子を介して
ＭＯＳ）ランジスタのゲート電位をアースに導き、それ
によりＭＯＳトランジスタをしゃ断し、ＭＯＳトランジ
スタのソース電位監視のためにそれのドレインおよびソ
ースにおける電位が互いに比較されてそれらの差が所定
値と比較され、その所定値を下回ったときには所定時間
経過後に固定のバッテリー電位が前記スイッチ要素の制
御入力端子に作用し、このスイッチ要素がそれの両負荷
接続端子を介してＭＯＳ）ランジスタのゲート電位をア
ースに導き、それによりＭＯＳ）ランジスタをしゃ断す
る如くなすことによって達成される。

投入直後にはランプの白熱コイルは非常に小さな抵抗を
有し、その抵抗は加熱にともなって増大ランジスタにお
けるドレイン・ソース電流として制限されるべき高い電
流が流れろ。

本発明によればランプ回路中の電流制限抵抗なしですま
すことができ、それにもかかわらずドレイン・ソース濱
流は所定値を上回らないようにすることができる。ＭＯ
Ｓ）ランジスダを非常に大きなドレイン・ソース電流に
対して設計する必要もなくなる。

本発明による方法を実施するためには、ゲートと負荷回
路との間に接続されてＭ’ＯＳトランジスタのゲート電
位を制限するツェナーダイオードと、ＭＯＳ）ランジス
タにおけるソース電位の所定値からの偏差に応じて１〜
４０Ｓトランジスタを通る負荷電流を１１月１する第２
のトランジスタとを備えた装置が好ましい。

この装置は本発明によれば次のように構成すｔｔ。

ている。すなわち、ツェナーダイオードがＭＯＳトラン
ジスタのゲート・ソース間に電圧制限のた３のトランジ
スタがＭＯＳ）ランジスタのソースと接続されていて、
第３のトランジスタのエミッタはアースされていて、第
３のトランジスタのコレゲタは、接続線分岐を介して第
１の時限要素と結合されていて順方向にある％ｌのダイ
オードを介シて第２のトランジスタのベースと接続され
ているバッテリ一端子と接続されていて、この第２のト
ランジスタはエミッタをアースされコレクタをＭＯＳ）
ランジスダのゲートの供給線と接続されており、ソース
電位監視のために演算増幅器がそれの両入力端子を介し
て１ｖＯＳトランジスタのドレインもしくはソースと接
続されていて、それの出力端子は、第２の時限要素と結
合されていて順方向にちる第２のダイオードを介して同
様にエミッタをアースされコレクタをＭｌ）Ｓ）ランジ
スタのゲートの供給線と接続された第２のトランジスタ
のベースと接続されているバッテリ一端子と接続されて
いる。

ツェナーダイオードによるゲート電位の制限により、ド
レイン・ソース電流がこのツェナーダイオードの選定に
より定められた値を上回ることがないようにすることが
′Ｃλる。

既に投入直後にランプ中に短絡が存在するとき。

それはソース電位の嗜視によって速やかに検出される。

この監視はインバータとして動作する第３のトランジス
タにより行なわれる。第３のトランジスタは導通状態に
粘いてバッテリー電位をアースに導く。しかし、ＭＯＳ
トランジスタのソース電位は第３のトランジスタのベー
ス電位を、そのソース電位の低いときに第３のトランジ
スタを阻止するように制御し、それによってバッテリー
電位が別のスイッチング過程のために利用されるように
なる。動作様式がよく知られている第１の時限要素が短
時間後に１例えば３０μｓｅｃ後にこの監視を行なう。

付加的にｉ１４　ＯＳ　トランジスタにおける電圧降下
の轄祝が演算増幅器により行なわれる。演算増幅器の出
力信号が別のスイッチング過程のために利用され得るバ
ッテリー電位のための導線を接続する。第２の時限要素
がこの監視を１０３〜１０４　倍だけ大きい時間間隔後
に１例えば１００μ５ｅｃｆｉに行なう。この電圧降下
の監視は小さな欠陥を速やかにかつ問題なしに検知する
利点をもたらす。

バッテリー電位が第２のトランジスタに第３のトランジ
スタまたは演算増幅器の出力端から導かれたとき、第２
のトランジスタは導通してＭＯＳトランジスタのゲート
をアースに導く。これによってランプ回路中におけるＭ
’ＯＳトランジスダがしゃ断される。これにより、第２
のトランジスタのベースにもはや電位が加わらなくなれ
ば＠２のトランジスタがランプ回路の拘束状態を遅れな
しに再び解除する。

時限要素は公知の動作様式に構成されていて。

正の固定のバッテリー電位と第２のトランジスタのベー
スとの間の接続が所定の時間経過後にはじめて解除され
る。その場合に時限要素の出力端はばアースされる。

第２の時限要素は第１の時限要素よりも１０３〜１０４
倍だけ大きい時限を実現Ｔ乙。これによって、まス保護
すべきＭＯＳ）ランジスダのソース電位が検査さｆｌ、
、その後でＭＯＳトランジスタの電圧降下の監視が開始
される。保護すべきＭＯＳトランジスタのソース電位の
監視は、既に投入時点で例えばランプに短絡が存在する
ときに応答する。したがって、その測定を１ｖｆＯＳト
ランジスタの電圧降下の監視の開始前に開始して、わず
かの重大欠陥を検知１−ようとするものである。

ランプ回路の手動オン・オフのためのト＆械的スイッチ
は保護子べきＭ　ＯＳ　）ランジスタのゲートの供給線
に配置することが好ましい。ゲートに電圧が印加されて
いないときには、ＭＯＳ）ランジスダは閉止されていて
、ランプ回路はしゃ断されている。閉じられた導通状態
においても望ましくない抵抗を葺するスイッチをランプ
回路中に挿入はＭＯＳ）ランジスダがあるだけである。

電界効果トランジスタを使用する鳴合にはドレイン・ソ
ース市流が流れるだけで定常的な′Ｉ−ト電流は流れな
い。したがって、ランプ回路中における電力損失は最小
になる。

本発明による方法の他の利点は、ＭＯＳ）ランジスダが
投入時点で既にランプ内に短絡が存在するときに保護さ
れるというところにある。したがって、Ｍ’　ＯＳ　）
ランジスタに対する過負荷保誇のほかに投入直後にも機
能検査が実行される。

以下１図示の実施例を参照し７ながら本発明をさらに詳
細に説明する。

図にはＭ’ＯＳ　）ランジスダを過負荷から保護するた
めの本発明による装置の実施例が示されている。

自動車のランプ回路においてはランプ４とＭＯ８電界効
果トランジスタ１とが直列に接続されている。ランプ４
に並列に他のランプも接続することができる。電圧供給
は端子電位［ＪＢを倚するバラ制御電位Ｕ１が、抵抗５
および６にて低減されて。

供給線７を介して１ｖＩＯ８電界効果トランジスタ］（
Ｄゲート１１ｏに導かれる。供給線７中にはランプ４の
手助によるオン・オフのための機械的スイッチ８が挿入
されている。

３つの追加手段がドレ・「ン・ソース間電流をランプ４
における短絡時にも制限することによってＭＯ８電界効
果トランジスタ１を過負荷力・ら保護する。

第１の追加手段として例えば６．２ボルトのツェナーダ
イオード９がＭＯ８電界効果トランジスタ１のソース＋
２０とデー）１１０との間に接続されている。これはゲ
ート電位を制限し、それによりドレイン・ソース間電流
を制限する。

第２の追加手段と１−て、ランプ４における既（二投入
時点で存在する短路な検知するために、ＭＯ８電界効果
トランジスタｌのソース１２０が１例えば３．６ボルト
のツェナーダイオード１１と抵抗１２とからなる分圧器
１０を介して、第３のトランジスタ３のベース３］０と
接続されている。第３のトランジスタ３のコレクタ３３
０には、　例エバ２４ポルトのバッテリー電位１■８か
ら抵抗１３における制限によって生じる固定の電位が導
かれる。エミッタ３２０はアースされている。この固定
の電位は、第３のトランジスタ３のベース電位が大きい
間はアースに導かれる。そうでないときにはその電位は
接続線１４を介して第２のトランジスタ２のベース２１
０に導かれる。この接１続線１４　ハ第３のトランジス
タ３のコレクタ３３０の手前の分岐点１５において始ま
りダイオード１６を含む。

接続線１４は第１の時限要素１７によって装置の投入後
短期に１例えば３０μｓｅｃで釈放される。

第２のトランジスタ２のコレクタ２３０はＭＯ８電界効
果トランジスタ１のゲート】１０の供給線７に接続され
ている。第２の１ランジスタ２のエミッタ２２０はアー
スされている。第２のトラン３０は有り占るコレクタ・
ベース間余剰電流を吸収する。ベース２１０には電位が
加わるとコレクタ２３０からエミッタ２２０へ電流が流
れて、Ｍ’　ＯＳ電界効果トランジスタ１のゲート１１
０の供給線がアースされる。したがって、Ｍ’Ｏ８電界
効果トランジスタ１は第２のトランジスタ２のベース２
１０に現われる電位によってしゃ断される。

第３の追加手段として、ＭＯ８電界効果トランジスタ１
を通って流れるドレ・ｆン・ソース間電流を監視するた
めに、演算増幅器１９の第１の入力端子１８はソース１
２０における電位を受け、そして＄２の入力端子２０は
分圧回路２】により分圧されてドレイン１３０における
電位を受ける。

この分圧回路２】は２つの抵抗２２．２３からなる。Ｍ
Ｏ８’ＦＵ界効果トランジスタｌのドレイン１３０とソ
ース１２０との間の電圧が所定値を下回ったときには、
もし接続線２７が既に第２の時限要素２６によっても例
えば装置投入後１００ｍｓｅｃ線２７を釈放する。この
接続線２７はダイオード２９を含み、例えば２４ボルト
のバッテリー電位Ｕ８から抵抗２８において低下させら
れて現われる固定の電位が、同様に第２のトランジスタ
２のベース２１０に導かれる。

両時限要素膚７および２６にはいずれも電位山およびＵ
Ｂが供給される。

演算増幅器３４および３５の反転入力端子にはそれぞれ
分圧回路により電位Ｕ、から得られる例えば５ボルトの
固定電位が印加されている。

その分圧回路は直列接続された２つの抵抗３２および３
３からなる。これらの抵抗３２．３３間の接続点は演算
増幅器３４．３５と電圧を安定化するコンデンサ４３と
に接続されている。

演算増幅器３４．３５の非反転入力端子における電位が
反転入力端子における電位よりも小さい間は、構成の公
知の演算増幅器３４．３５の出力端子４５．４６はアー
スされていて、したがって導線１４．２７は働きを阻止
されている。

（１９） 経路となる接続線を定める。

電位Ｕ１はコンデンサ３６および３７を充電する。これ
らのコンデンサは＋　００　ｍ５ｅｃもしくは３０μｓ
ｅｃ後に充電されているように選定されている。これら
の時間間隔後にはそれぞれ演算増幅器３４．３５の非反
転入力端子に５ボルトよりも大きい電位が１見われるの
で、それらの演算増幅器の出力端子４５．４６はもはや
アースされてなく。

接続線１４．２７を釈放する。

コンデンサ３６．３７の電荷はしゃ断Ｈに抵抗３】を介
して放電される。

コンデンサ３６の充電は抵抗３８を介して行なわれそし
てそれの放電はダイオード３９のみが接続されている接
続線を介して急速に行なわれる。

コンデンサ３７は抵抗１０とこれに直列のダイオード４
】を介して充電さ扛、そして例えば１００ｋＱの大きな
抵抗を介して時間的に遅れて放電される。

ダイオード３９によび４１はコンデンサ３６および３７
のための散型もしくは光取が行なわれる（２０） 図は本発明の一実施例を示す回路図である。

ｊ　・・・ＭＯＳ）ランジスダ、　　２・・・　制御可
能ナスイッチ要素（第２のトランジスタ）、３・・・第
３のトランジスタ、　　４・・・ランプ。

７・・・ＭＯＳトランジスタのゲートの供給線。

８・・・機械的スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｊ）ゲート電・立の制！’、’ｌ　２．？　、、ｉびそ
   れにともなう負荷電流の制限とソース電位の監視（二よ
   る駒Ｓトランジスタの保護方法であって、所定値からの
   偏差に応じ“Ｃ１１つの制御７、自端子（２１＋））と
   ２つの負荷接続端子（２２０および２３ｉ１）を有する
   電位Ｃ二より導ａ制御可能なスイッチ要素（２）がＭＯ
   Ｓ）ランジスタ（１）を阻止することによって、ＭＯＳ
   ）ランジスダ（１）を通る負荷電流をしゃ断するように
   したＭＯＳ）ランジスタの保護方法において。 ゲート電位の制限のためにＭＯＳトランジスタ（１）の
   ゲート・ソース間の′１框圧が制限され。 ＭＯＳ）ランジスタ（１）のソース電位の所定値と比較
   され、その所定値を下回ったときには、所定時間経過後
   に、さもなければアースに導かれる固定のバッテリー電
   位が前記スイッチ要素（２）の制御入力端子（２１０）
   （二作用し、このスイッチ要素（２）がそれの両負荷接
   続端子（２２０および２３０）を介してＭＯＳ）ランジ
   スタ（］）のゲート電位をアースに愕き、それによりｐ
   ＋ｑｏｓトランジスタ（１）をしゃ断し、 ＭＯＳ）ランジスタ（１）のソース電位の監視のために
   それのドレ、イン（、ｒ　ａ　ｏ　）およびソース（１
   ２０１における電位が互いに比較されてそれらの差が所
   定値と比較され、その所定値を下回ったときには所定時
   間経過後固定のバッテリー電１立が前記スイッチ要素（
   ２）の制御入力端子（２１０）に作用し、このスイッチ
   要素（２）がそれの両負荷接続端子（２２０および２３
   ０）を介してＭＯＳ）ランそれに上り時５　）　Ｓｌ・
   ランｉン犬り（Ｉ）”ｘし、や１Ｆｆｒｆること を特徴とするＭＯＳト″フッ、−スタの保護方法。 ２】　デー）（１１０）と負荷回路との間に接続されて
   いてＭＯＳトランジスタ（１）のゲート電位を制限する
   ツェナーダイオード（９）と、ＭＯＳトランジスタ（１
   ）におけるソース電位の所定値からの偏差に応じてＦＩ
   ／ｌ０８）ランジスタ（１）を通る負荷電流を阻止する
   第２のトランジスタ（２）とを備えたＭＯＳトランジス
   タの保護装置において。 前記ツェナーダイオ−）’　（９）がＬＶＩＯ８）ラン
   ジスタ（１１のゲート（１１０）とソース（１２０）と
   の間に電圧制限のために接続されていること、 第３のトランジスタ（３）のベース（３ｉｏ）がソース
   電位監視のためにＭＯＳ）ランジスタ（１）のソースと
   接続されており、第３のトランジスタ（３）のエミッタ
   （３２０）はアースされていて、そＪｔのコレクタ（３
   ３０）は接続線分岐（１５）を介して第１の時限要素（
   １７）に接続さス］、ていると共に順方向にある第１の
   ダイオード（１６）を介して第２のトランジスタ（２）
   のベースに接続されているバッテリ一端子に接続されて
   おり、この第２のトランジスタ（２）のエミッタ（２２
   ０）はアースされコレクタ（２３０）は）Ｉ／ＩＯＳト
   ランジスタ（］）のゲート（１１０）　の供給線と接続
   されていること、 ソース電位監視のために演算増幅器（１９）がそれの両
   入力端子（２０および１８）を介してＭＯＳ）ランジス
   タ（１）のドレイン（１３０）もしくはソ・−ス（＋２
   ０）に接続されていて、この演算増幅器（１９）の出力
   端子には第２の時限要素（２６）と暖続されていると共
   に順方向にある第２のダイオード（２９）を介して同様
   に一４ｆＪ２のトランジスタ（２）のベース（２１０１
   と接続されているバッテリ一端子（４４）と接続されて
   おり、この第２のトランジス々（２）のエミッタ（２２
   ０）はアースされコレゲタ（２３０）はＭＯＳトランジ
   スタ（１）のデー）　（１１０）の供給線（７）と接続
   さｔ”していることを特徴とするＭＯＳトランジスタの
   １呆護装置。 ３１Ｍ０８）ランジスタ（１）のソース（１２０）にツ
   ェナーダイオード（１１）と一端をアースされた抵抗（
   １２）とからなる分用器（１０）が接続されＣいて、ツ
   ユｐ−ダイオード（］１）と抵抗（１２）との間の階続
   点は第３のトランジスタ（３）のベース（３１０）に接
   続されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のＭＯＳ）ランジスダの保護装置。 ４）両時限要素（１７および２６）は第２のトランジス
   タ（２）のベース（２１０）の固定のバッテリー電位を
   所定時間経過後にはじめて釈放することを特徴とする特
   許請求の範囲５１　第２の時限要素（２６）は第１の時
   限要素（１７）によって実現される時限よりも１０３〜
   １０４だけ大きい時限を実現し、第２の時限要素（２６
   ）の出力端子には定められた時間でバッテリー電位によ
   って解放されるアース電位が生じることを特徴とする特
   許請求の範囲第４項記載のＭＯＳ）ランジスダの保護装
   置。 ６）　ランプ（４）を手動により入切するための機械的
   スイッチ（８）が保護すべきＭＯＳ）ランジスタ（１）
   のデー）（１１０）の供給線（７）に挿入されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のＭＯＳ）ラ
   ンジスダの保護装置。