JPS61110218A - 電圧安定化装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は電圧安定化装置、特に、コレクタ分離された縦
方向ｐｎρ型バイポーラトランジスタにより形成される
電力出力段（「バス」段）を有する型の自動車用電子式
電圧安定化Ｖ４Ｍに関するものである。

〈従来技術） この電子式電圧安定化装置は、自動車の他の電子装置に
より形成される負荷および発電機の間に挿入して、負荷
自体により消費されるＮ流とは無関係に供給電圧を連続
的に得るようにしている。

安定化装置とは、その入力側に到達する電気的変動を吸
収して、その出力側で抑圧するものである。この安定化
装置は、特に、自動車の電気回路に生じた正および負の
危険な過電圧に耐え、過電圧から安定化装置自体および
負荷を保護する必要がある。負の大きなパルス電圧は、
例えば、誘導性負荷交流発電機の界磁巻線、点火コイル
、電動機を安定化装置に接続する場合に主回路スイッチ
（点火キー）を開放すると、交流発１！機の界磁の過渡
減衰（ｆｉｅｆｓ　　ｄｅｃａｙ　）中に発生する。電
子式安定化装置は開放スイッチとして動作することによ
り負の高い過電圧に耐えることができる。

比較的高い出力電流を必要とする用途では電力出力段が
ｐｎｐ型バイポーラ電力トランジスタにより形成される
電子式安定化装置を用いている。この電子式安定化装置
は、その電圧供給効率が高い。

その理由は最小相対入出力電圧降下（ドロップアウト）
がｐｎＯ型トランジスタのコレクターエミッタ飽和電圧
（ＶＣＥ９ＡＴ）に等しく、これが現在の技術で得られ
る最小のドロップアウトであるからである。

出力段として使用されるｐｎｐ型トランジスタは、横方
向ｐｎｐ型トランジスタまたは・縦方向分離コレクタｐ
ｎｐ型トラジスタとすることができる。後者のトランジ
スタは、前者のトランジスタより電流密度が大きく、そ
の使用を有利にする電流利得も高い。その理由は、この
トランジスタのシリコン占有面積が小さく、しかも安定
化装置の出力側に高い電流を供給し得るからである。

しかし、縦方向分離コレクタｐｎｐ型トランジスタのベ
ース・エミッタ接合の逆降伏電圧（ＶＥ　ａ　ｏ　）は
、横方向ｐｎｐ型トランジスタのそれより著しく低く、
従って、開放スイッチとして動作することによる高い負
の過電圧に耐えることができない。実際上、これら負の
過電圧°によりそのベース・エミッタ接合の降伏が生じ
るようになる。

縦方向分離コレクタｐｎｐ型トランジスタにより形成さ
れるこれら電力段を有する電子式安定化装置においては
、負の強い過電圧が生じた場合トランジスタの破壊を防
止するために、これら過電圧を制限する保ＩＩ装置を通
常挿入する。それについては以下の実施例で説明する。

しかし、この保護装置はｐｎｐ型電力トランジスタの占
有面積と同等の極めて広い面積を占有し、従って、比較
的高価となり、電力構成部品即ちｐｎｐ型トランジスタ
およびその保護装置と、安定化装置の他の構成部品との
双方を単一の集積回路に形成しても経済的価値がない。

本発明の目的は、従来の保護装置に比べて占有面積が極
めて小さく、従って経済的に有利であり、負の過電圧に
対する保護機能を有する縦方向分離コレクタｐＯｐ型ト
ランジスタにより形成される出力１力段を有する型の、
電子式電圧安定化装置を提供せんとするにある。

本発明は、接地端子に対し第１の極性の電圧を供給する
電圧発生器に接続される入力端子と、負荷に接続される
出力端子と、接地端子に接続される前記入力端子および
出力端子に共通の端子と、第１入力端子および第２入力
端子並びに出力端子を有する１１１段と、電圧安定化装
置の出力端子および調整段の第１入力端子に接続される
帰還回路手段と、電圧安定化装置の入力端子および出力
端子に夫々接続される第１および第２端子並びに調整段
の出力端子に接続される制御端子を有する出力電力装置
と、第１の極性とは逆極性の過渡過電圧から保護する手
段とを具える電圧安定化装置において、前記保護手段は
、出力電力１ｉ［のＩＩＩＩＩｌ端子に接続すると共に
、過渡過電圧が所定値に到達する際に常規動作時の導通
方向と逆方向に出力電力装置の導通時にトリガするよう
に設計したことを夫々形成する。

（実施例） 図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。

図中同一構成部品には同一符号を付して示す。

第１図に示す回路は、大地電圧に対し正の電圧を供給す
る電圧発生器に接続される入力端子ＩＮと、入力端子お
よび出力端子の共通接地端子と、負荷に接続される出力
端子０ｔＪＴとを有する。

この回路は、縦方向分離コレクタｐｎｐ型バイポーラ・
パワートランジスタＴ１により形成される出力電力装置
を具え、バイポーラパワートランジスタＴ１は、そのエ
ミッタおよびコレクタを、入力端子ＩＮおよび出力端子
ＯＵＴに夫々接続する。

このトランジスタＴ１を、第１図にブロックＲで示す調
整段によりベース１ｉｌＩ御する。この調整段Ｒは、当
業者に知られた手段により構成するため、図中に詳細に
は示さない。この調整段は、差動増幅器により通常のよ
うに形成し、この差動１１＃ｉ器によって、例えば、刊
行物［アイイーイーイージャーナル　オブ　ソリッドス
テート　サーキツツＪ第Ｓ　Ｃ−１９巻、第３号、１９
８４年６月号に掲載されたビー・メニツテイおよびニス
・ストルティ著の論文［自動車用過電圧保護およびリセ
ット機能を有する低電圧降下レギュレータ］の第４４４
頁第３図に示すような、ｐｎｐ型バイポーラトランジス
タを駆動するために設計されたｎｐｎ型バイポーラトラ
ンジスタを制御する。

調整段Ｒは、２個の入力端子即ち反転入力端子（−）お
よび非反転入力端子（＋）と、出力端子と、接地端子と
を有する。反転入力端子を、抵抗Ｒ１を経て出力端子０
ｔＪＴに接続するとともに抵抗Ｒ２を経て接地する。基
準電圧ＶＲを非反転入力端子に供給する。出力端子をト
ランジスタＴ１のベースに接続する。

第１図の回路はさらに、直列接続のツェナーパワーダイ
オードＺ１．第１パワーダイオードＤ１および第２パワ
ーダイオードＤ２を具える。また特に、ツェナーパワー
ダイオードｚ１の陽極を入力端子ＩＮに接続し、ダイオ
ードＺ１およびＤｌの陰極を相互接続し、ダイオードＤ
１の陽極およびダイオードＤ２の陰極を相互接続して出
力端子ＯＵＴに接続し、ダイオードＤ２の陽極を接地す
る。

当業者に既知であるように、電圧ＶＵが出力端子ＯＵＴ
および大地間に発生し、この電圧の値は、入力電圧■ｉ
がこの回路の特徴である予め定めたしきい値より低い間
、入力電圧Ｖｉおよび出力端子に接続された負荷にだけ
依存し、入力電圧Ｖｉがこのしきい値を超えるとその値
が入力Ｉ［Ｖｉみよび負荷の双方に無関係でしかも基準
電圧ＶＲと、回路自体の諸数値、特に抵抗Ｒ１およびＲ
２間の比とにのみ依存する連続の電圧ｖｏを出力として
発生する。実際上、安定化装置の正しい動作範囲の下限
値を規定するこのしきい値以上の電圧（従って使用可能
となる）では、調整段Ｒは安定した動作を行なう。この
調整段Ｒは、基準電圧■Ｒと、分圧器Ｒ１およびＲ２に
より得た出力電圧Ｖｕの分数とを比較し、その出力電圧
が予め定めた電圧値■ｏからずれている場合には、トラ
ンジスタＴ１を駆動して導通状態にし、負荷を電圧値Ｖ
Ｏの電圧にリセットし得るようにする。

この安定化装置の常規動作中に、トランジスタＴ１は作
動状態にあるがダイオードＤ１が逆バイアスされている
ためツェナーダイオードＺ１は導通しない。この状態に
おいて、ダイオードＤ２もまた不作動状態にある。

ツェナーダイオードｚ１は、そのトリガ電圧がトランジ
スタＴ１のベース・エミッタ接合の逆降伏電圧より低く
、従って負の過電圧に対しトランジスタＴ１を保護する
。実際上、負の過電圧が発生する過渡状態中、トランジ
スタＴ１は不作動状態にあり、しかもこのトランジスタ
Ｔ１のコレクタおよびエミッタ間電圧（Ｖｃε）が、ツ
ェナーダイオードＺ１のトリガ電圧とダイオードＤ１の
しきい値電圧との和に等しくなると、これら構成部品は
導通を開始して、過渡状態に関連するエネルギーを放電
し、これにより、トランジスタＴ１のベース・エミッタ
接合の降伏を生ぜしめるような値に過電圧が到達するの
を防止する。また、この際ダイオードＤ２も導通を開始
し、これにより放！！電流は負荷および抵抗分圧器Ｒ１
およびＲ２に流れないでダイオードＤ１を流れるように
なる。

上述したような負の過電圧に対する保護回路は、比較的
大きな電流に耐え（ｑるようにする必要があり、従って
占有面積が極めて大きくなり、経済的ではない。

本発明によれば、負の過電圧がトランジスタＴ１のベー
ス・エミッタ接合の降伏を生ぜしめる値より小さい予定
値に到達すると、ｐｎｐ型トランジスタＴ１を逆方向に
導通させるように設計したトリガ回路により形成される
保護１１ｆを安定化装置に挿入することによって、上記
問題を解決する。

従って、過渡状態に関連するエネルギーを、トラ　　　
′レジスタＴ１を経て放電し、これにより追加の電力構
成部品を必要としなくなるようにする。

第２図に示す本発明の回路は、ツェナーダイオードＺ２
およＵｐｎｐ型トランジスタＴ２により形成されるトリ
ガ回路を具える。ツェナーダイオードＺ２は、その陽極
および陰極を、安定化装置の入力端子ＩＮおよびトラン
ジスタＴ２のベースに夫々接続し、トランジスタＴ２は
、そのコレクタおよびエミッタを、トランジスタＴ１の
エミッタおよびベースに夫々接続する。

安定化装置の常規動作中、ツェナーダイオードｚ２およ
びトランジスタＴ２は不作動状態にある。

負電圧を発生する過渡状態の場合には、トランジスタＴ
１は、ツェナーダイオードｚ２の陰極およびＦｆＡｓ間
の電圧がそのトリが電圧値より低い間は不作動状態を維
持する。上記電圧がトリガ電圧値より高くなると、ツェ
ナーダイオードｚ２は、作動してトランジスタＴ１を導
通させ、従って、トランジスタＴ２をも導通させる。こ
の際トランジスタＴ１のベース・エミッタ接合は逆バイ
アスされるがそのベース・コレクタ接合が順バイアスさ
れ、これによりトランジスタＴ１は逆導通領域で動作す
るようになる。

ツェナーダイオードｚ２のトリガ電圧を適宜定めて、ト
ランジスタＴ１のベース・エミッタ電圧が降伏電圧値■
εａＯに到達する前にトランジスタＴ１を動作させるよ
うにする。

トランジスタＴ１およびＴ２を相互接続して、トランジ
スタＴ１が逆方向に導通する際にダーリントン配置が形
成されるようにする。このダーリントン配置は、既知の
ように電流利得が高く、その結果トランジスタＴ２のベ
ースを駆動するｍｆｆ１が比較的僅かでも充分となるよ
うにする。これがため、第１図に示した構成部品ｚ１お
よびＤｌを流れる電流に比べて、ツェナーダイオードｚ
２を流れる電流は無視し得る程度に僅かとすることがで
きる。また、トランジスタＴ２が上記構成部品に流れる
電流より低い値の電流に耐えるようにするだけで充分で
ある。

第２図に示す型の保護ａｉｌは簡単に構成することがで
き、且つ消費電力を少なくする必要のある関係上第１図
に示す型の保護装置より占有面積を小さくし、その結果
、廉価となり、安定化装置のその他の構成部品と共に集
積化することができる。

しかし、第２図に示す実施例では負の過電圧に対する保
護装置は一個のツェナーダイオードを具えるが、所望の
トリガ電圧に応じて複数の直列接続のツェナーダイオー
ドを具えることもできる。

又、本発明の要旨を変更しない範囲内で上述したトリガ
回路に種々の変更および変形を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、負の過電圧に対し従来の保護装置を設けた電
圧安定化装置を示す回路図、 第２図は、同様に負の過電圧に対し本発明による保護装
置を設けた電圧安定化装置を示す回路図である。 ＩＮ・・・入力端子　　　Ｄｌ、Ｄ２・・・ダイオード
ＯＵＴ・・・出力端子　　Ｒ・・・調整段Ｒ１，Ｒ２・
・・抵抗　　ＶＲ・・・基準電圧Ｚ１．Ｚ２・・・ツェ
ナーダイオード ＦＩＧ、Ｉ Ｆ１α２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、接地端子に対し第１の極性の電圧を供給する電圧発
   生器に接続される入力端子（ＩＮ）と、負荷に接続され
   る出力端子（ＯＵＴ）と、接地端子に接続される前記入
   力端子および出力端子、に共通の端子と、第１入力端子
   （−）および第２入力端子（＋）並びに出力端子を有す
   る調整段（Ｒ）と、電圧安定化装置の出力端子および調
   整段（Ｒ）の第１入力端子 （−）に接続される帰還回路手段（Ｒ１、 Ｒ２）と、電圧安定化装置の入力端子（ＩＮ）および出
   力端子（ＯＵＴ）に夫々接続される第１および第２端子
   並びに調整段（Ｒ）の出力端子に接続される制御端子を
   有する出力電力装置（Ｔ１）と、第１の極性とは逆極性
   の過渡過電圧から保護する手段（Ｚ２、Ｔ２）とを具え
   る電圧安定化装置において、前記保護手段（Ｚ２、Ｔ２
   ）は、出力電力装置 （Ｔ１）の制御端子に接続すると共に、過渡過電圧が所
   定値に到達する際に常規動作時の導通方向と逆方向に出
   力電力装置の導通時にトリガするように設計したことを
   特徴とする電圧安定化装置。 ２、前記出力電力装置が制御端子に接続されるベース端
   子を有すると共に常規動作時における導通方向と逆方向
   に導通する際に逆方向動作領域で動作する電力トランジ
   スタ（Ｔ１）を具える特許請求の範囲第１項記載の電圧
   安定化装置において、前記保護手段は、電圧安定化装置
   の入力端子（ＩＮ）および出力電力装置の間に挿入され
   るとともに過渡過電圧が所定値に到達すると導通を開始
   するように設計された半導体回路手段を具えるようにし
   たことを特徴とする電圧安定化装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の電圧安定化装置におい
   て、前記保護手段は、半導体回路手段に接続されるベー
   ス端子並びに電力トランジスタ（Ｔ１）のエミッタおよ
   びベース端子に夫々接続されるコレクタおよびエミッタ
   端子を有するトランジスタ（Ｔ２）を具えるようにした
   ことを特徴とする電圧安定化装置。 ４、特許請求の範囲第２項記載の電圧安定化装置におい
   て、前記半導体回路手段は直列に接続されると共に過渡
   過電圧が生ずる際に逆バイアスされる１個以上のツェナ
   ーダイオードを具えるようにしたことを特徴とする電圧
   安定化装置。 ５、前記電力トランジスタ（Ｔ１）をｐｎｐ型バイポー
   ラトランジスタとし、そのエミッタおよびコレクタ端子
   により出力電力装置の第１および第２端子を夫々形成す
   る特許請求の範囲第３項記載の電圧安定化装置において
   、 前記保護手段に含まれるトランジスタ （Ｔ２）をｐｎｐ型バイポーラトランジスタとするよう
   にしたことを特徴とする電圧安定化装置。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の
   電圧安定化装置において、この電圧安定化装置をモノリ
   シックに集積化するようにしたことを特徴とする電圧安
   定化装置。