JPS61251420A - トランジスタの保護回路 - 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〕 この発明はトランジスタの保護回路に関するものである
。

〔従来の技術〕

第２図は例えば電子科学１９７２年１１月号の１０８７
に示された従来のトランジスタの保護回路を含む安定化
電源の回路図であり、図においてｔｇは非安定電源、（
２）は電源（υの正側に接続された非安定電源配線、（
３）は安定化電源配線、（４）は接地線、＋５）はコレ
クタが非安定電源配線、（２］に接続された被保護トラ
ンジスタであってこ＼ではダーリントン接続された２個
以上の合成トランジスタであってもよいパワートランジ
スタ、（ａ）　、　（７）は、トランジスタ価）のエミ
ッタと接地線（４）との間をそれらの直列接続で結ぶい
ずれも分圧用抵抗、（８）はトランジスタ（５）のエミ
ッタと電源配線（３）を結ぶ直列抵抗、（９）はコレク
タが、トランジスタ（５）のベースに接続されエミッタ
が電源配線（３）に接続されたバイパス用トランジスタ
叫は抵抗（６）　、　（７）　、　（８）からなり、抵
抗（６）。

（７）の結合部がトランジスタ（９）のベースに接続さ
れたバイパストランジスタ制御回路（ロ）は、バイバズ
用トランジスタ（９）とバイパストランジスタ制御回路
ｕｑからなる従来の保護回路、四はトランジスタ（５ン
のコレクタ、ベース間開を結ぶバイアス電流用抵抗、四
は電源配線（３）と接地線（４）の間に接続され電源配
線（３）からは電力と共にその電位を信号として受は取
って内蔵する基準電位と比較し、その差を増幅した信号
電位をトランジスタ（５）のベースニフィードバックし
、そのコレクタエミッタ電流を制御して、最終的に電源
配線（３）の電位を所定の電位に近づける被保護トラン
ジスタ（５）の制御回路の一部、σ◆は抵抗（２）と回
路時からなる被保護トランジスタ（５）の制御回路、（
ト）は電源配線（３）と接地線（４）の間に接続される
負荷である。

従来のトランジスタの保護回路が適用された安定化電源
は、上記のように構成されパワートランジスタ（５）の
コレクタエミッタ間電流が定格以下である正常動作時に
は、保護回路ＣＬυについては、抵抗（６）と直列抵抗
（８〕それぞれの電圧降下は定格以下の電流に対しては
前者が充分大に選ばれるためバイハス用トランジスタ（
９）のベースエミッタ間に逆バイアスがか＼す、このト
ランジスタは非導電であり、抵抗（６）、（力を流れる
電流も定常無視できる値にされている。もう一方のパワ
ートランジスタ（５）の制御回路σ４はパワートランジ
スタ（５）が直列抵抗（８）を介して、非安定電源の電
力を電源配線（２）から、電源配線（３）に供給するの
を電源配線（３）の電位と所定の電位の差を増幅し、ト
ランジスタ（５）のベースにフィードバックして、電源
配線（３）に所定の一位の安定化して出力が取り出せる
ようになっている。

以上がこの安定化電源回路の本来の動作であるが、負荷
（イ）が短絡するなどのため、パワートランジスタ（５
）のコレクタエミッタ間に異常（こ大きな電流が流れる
異常動作時には、制御回路Ｃ１４）の駆動能力は小さい
ため無視できて、保護回路四の動作のみを考えればよく
、抵抗（６）と直列抵抗（８）それぞれの電圧降下は今
度は異常な大電流のため、正常時とは逆に後者が大とな
りバイパス用トランジスタ（９）のペースエミッタ間に
一方向電流を流し、このトランジスタを導通させ、パワ
ートランジスタ（５）のペースエミッタ間電流をバイパ
スさせ、異常な大電流を小さくするように働き、パワー
トランジスタの破壊を防止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のトランジスタの保護回路では、直列
抵抗（３）が電源配線（２）、パワートランジスタｔ５
）　、　［源配線（３）から負荷を経て接地線（４）に
至る主電流回路に挿入された形になっているため、正常
動作時には電力損失を生ずる問題点が有った。

この問題点を解決するためのものに特願昭５８−２２８
０８７号に示された第８図の回路が有る。図において、
ａ呻は直列接続された２個のダイオード、側は抵抗であ
って他は前記従来例と同一または相当部分である。保護
回路ａηは前記の従来のもののように直列抵抗（８）を
必要とせず例えば負荷（至）のインピーダンスが極めて
小になってパワートランジスタ（５）に異常な大電流が
流れる際、このトランジスタ（５）のペースエミッタ間
の電圧の増加するが、この増加が有るとダイオードαＱ
が導通するような設定にしておくことによってバイパス
用トランジスタ（９）のペースエミッタ間電流を流して
、このトランジスタを導通させ、パワートランジスタ（
５）のベースエミッタ間電流を減少させ、上記の異常な
大電流を減少させるというものがある。

この発明も、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、以上の特願昭５８−２２８０８７号とは別のトラ
ンジスタの保護回路を得ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明（こ係るトランジスタの保護回路は被保護トラ
ンジスタに、大略一定の、そのペースエミッタ間順方向
電流を供給するベース電流源とこの電流のバイパス用ト
ランジスタとが接続され、さらに被保護トランジスタと
バイパス用トランジスタの間に被保護トランジスタのベ
ース電位と異常判定基準電位とを入力し、前者が後者を
越える異常時にバイパス用トランジスタを駆動する差動
増幅手段が接続されたものである。

〔作用〕

この発明においては、被保護トランジスタのコレクタ、
エミッタ間になんらかの原因で異常な高電圧が加わり、
ベースエミッタ間ｇｉｌｔに見合った１流以上の異常な
大電流が流れようとする時には、このベースの電位があ
る一定値、この場合には異常判定基準電位を趣えること
に頁目して、差動増幅手段が、この両電位を比軟増幅し
てこの異常時にバイパス用トランジスタを駆動し、彼保
振トランジスタのベースエミッタ間の順方向電流を減少
させる最終的にそのコレクタ、エミッタ間電流の異常な
増大を抑制する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実洲例を示す回路図でありｔｌｌ
は電源、（至）は負荷、（へ）は電１味を含む外部回路
であって、この実施例では電源用に負荷叫を直列接続し
たもの、に）　、　（３）は電源を含む外部回路（至）
１こ接続される端子であって特に（３）はこの実施例で
は接地線、（５）は被保護トランジスタであって、この
実施例ではダーリントン接続された２個以上のトランジ
スタからなる合成トランジスタであってもよいｎｐｎ形
パワートランジスタ、＋９）はエミッタがパワートラン
ジスタ（５）のベース１ζ、コレクタが接地線（３）に
それぞれ接続されたバイパス用トランジスタであってこ
の実施例ではｐｎｐ形トランジスタＱｔｉ　翰は他の電
源のそれぞれ正の電位配線と負の電位配線、ぐυは基準
電位発生出段、翰は信号側入力（２２Ａ）がトランジス
タ＋５）のベースに比較側入力（２２に５Ｊが基準電位
発生手段に出力がトランジスタ（９）のベースにそれぞ
れ接続される差Ｌす増幅手段であってこの実施例では入
力（２２Ａ）の信号に対し、出力信号が反転するように
されている（基準電位発生手段なυと差動増幅手段四の
具体的な構成は第１図内の他の構成を述べた後説明する
。）　（ｔｑは、基準電位発生手段Ｃυと差動増幅手段
四からなるバイパス用トランジスタ制御回ＩＬ１１ｊ、
ｕυはバイパス用トランジスタ（９）とバイパス用トラ
ンジスタ制御回路ＩＩＩからなるトランジスタの保護回
路、脅はパワートランジスタ（５）を制御する手段の出
力に接続する入力端子、（至）は一端が正の電位配線に
接続された抵抗、曽はコレクタが抵抗（財）の他端に　
、ベースが入力端子骨にエミッタがトランジスタ（５）
のベースにそれぞれ接続されたｎｐｎ形トランジスタ、
（７）はエミッタがトランジスタ（７）のエミッタζこ
ベースが入力端子骨に１．それぞれ接続されたｐｎｐ形
のトランジスタ、（イ）は一端がトランジスタ（７）の
コレクタに他端が負の電位配置ｌ／Ａ（イ）にそれぞれ
接続された抵抗、阜◆はベース電流源であって、この実
施例ではトランジスタ＠（７）抵抗ｃｄ４＠からなるパ
ワートランジスタ制御回路である。先に説明を後回しに
した基準電位発生手段ヴυと差動増幅手段四のこの実施
例の具体的な回路は、両首合せて、第４図（ａ）の２一
点一線の枠内の如くであって＠（ト）は、トランジスタ
（５）のベース、エミッタ間電圧を分圧する抵抗に）６
υは、正の電位配線α場と接地線（３）の間の電圧を分
圧する抵抗、に）は信号側入力（８２ハ）が抵抗（至）
と四の結合点に比較側入力（８２Ｂ）が抵抗（７）と６
υの結合点にそれぞれ接続され、信号側入力の信号に対
して、反転した信号を出力する電圧比較器、μｓは一端
が電圧比較器に）の出力に他端がバイパス用トランジス
タ（９）のベースに接続されたインピーダンスマツチン
グ用の抵抗、鏝は抵抗ｇＱ６υからなる電圧比較器（２
）用の他の基準電位発生手段である。抵抗（７）、（４
）、ＣＸＪ、Ｃ＋υはこの実施例で用いた電圧比較器μ
ｓの検出可能なｍＶ程度の電位範囲内に収まるように変
換を行うためのものであり、抵抗端は同様に但しインピ
ーダンスマツチングのために用いられたものである。従
って、これらについて第４図（１）ｌを用いて、変形の
過程を説明する。第４図（ｂ）は？Ａ４図（ａ）の一点
一線で示した他の基準電位発生出段曽の抵抗田、　ＧＩ
ＩＪからｊ（るものを同じく１点庫線内に示した抵抗（
至）、（７）、■、（至）に分解したものである。策４
図（ｂ）において点線枠の如く再構成したものが第１図
に示したものになる。すなわち、抵抗（７）、（至）か
らなるも力が、第１図の基準電位発生手段Ｑυ電圧比較
器（２）、抵抗（ト）、＠、５Ｊ、（ト）、（至）から
なるものが差動増幅手段四となる。

この実施例の回路は以上のように構成したので正常動作
時バイパス用トランジスタ（９）が下記の異常動作時の
所で合せて説明するように遮断となるので、トランジス
タの保護回路αυを除外して以下説明する。この回路の
被保護トランジスタ１５）はインバータやチョッパ装置
に用いられるため前述の従来のものと異なり完全に導通
するが遮断になるかのどちらかと云った使われ力をし、
またそうなるようにベース電流源０４は構成されている
。すなわちペース電流源ｕ４はトランジスタ（５）を導
通させる時には入力四を充分圧の高電位にして、トラン
ジスタ（至）を導通させトランジスタ（ホ）を遮断にし
正電位配線部より抵抗■トランジスタ（２）を経てトラ
ンジスタ（５）ｒハベース、エミッタ間に順方向電流を
与え、逆にトランジスタ（５）を遮断にする時には、入
力骨を充分負の高電位してトランジスタ（ホ）を遮断（
こし、トランジスタ（７）を導通させ、トランジスタ（
５）のベースからトランジスタ（７）、抵抗■を経て負
電位配線（７）に至るパスを形成しベースエミッタ間逆
方向電圧が加わるようになっている。こ＼で特にトラン
ジスタ（５）が導通する時にはコレクタエミッタ間電流
のｈｈｇ分の１の電流を流せばよい所をこれをはるかに
超えるはシ一定のペースエミッタ間電流を流すようにな
っており、そのために抵抗（財）の大きさをトランジス
タ（５）のベースエミッタ間、トランジスタ（２）のコ
レクタエミッタ間のそれぞれのインピーダンスよりも充
分大にすると共に正電位配線ａ１の接地＃（３）に対す
る電位の大きさを充分大に選んである。

次に異常動作時のこの実施例の回路の動作を説明する。

上に述べたように一定のベース・エミッタ間＊〆ム（以
下ｉｎと略記）が流れている状態で、負荷が短絡するな
どして、トランジスタ（５）のコレクタエミッタ間に高
電圧が加わる場合ＩＢが一定であるにもか＼わらずコレ
クタエミッタ間電流（以下１ａと略記）が増加し、第５
図（１９８４年度三菱半導体データブック、パワーモジ
ュール／パワーモジュールスタック−ページ２−９６に
示されたもの）の紹和電圧特性のグラフの破線が示すよ
うにペースエミッタ間電圧（以下ＶＩＩＩＥと略記）は
工０が異常に太いなった部分で増加する。第５図で、こ
の機種のトランジスタの場合ｈｙｇが７５〜１００であ
り、ＩｎがＩＡに対してｈｙｇ倍したＩｘｏＡ以下の部
分ではｌＯは負荷によって決められ、数１ＯＡ以上の部
分ではこのグラフのトランジスタに異常な高電圧が加わ
ることによりｈｙｇ倍以上に工０が増加していることを
意味している。尚、図中のＶＯＥはコレクタ間電圧を’
１’ａは周囲温度を実線で示された曲線はＶＯＨの特性
をそれぞれ示す。この実施例の回路に適用されたトラン
ジスタの保護回路Ｕυは異常時のこのＶＢＨの増加に着
目したものでトランジスタ（５）のベース電位すなわち
ＶＥＨの変化分を差動増幅手段（２）が増幅してトラン
ジスタ（９）を制・却してＶＢＥがある一定電位すなわ
ち異常判定基準電位をこえると導通させその超過分を抑
制するように働らく。

以上の構成と動作の説明よりこの実施例の保護回路は最
初に述べた従来例に比して直列抵抗（８）を必要としな
いので電力摺失が少くでき、問題点の項で述べた特願昭
５８−２２８０８７号に比しても差動増幅手段磐で増幅
するので、検出感度が第６図の如く大になるからトラン
ジスタ（５）に異常電流が流れた際トランジスタ（９）
をより速やかに導通させることが期待できより保護効果
が向上する。すなわち第６図において、横軸はトランジ
スタ（５）のＶＢＥ縦軸はトランジスタ（９）のＩＣＥ
とすると実施例は実線特願昭５８−２２８０８７号のも
のは点線の如く異常判定基準電位を中心にこのような傾
向を示す。

なお、上記実施例では、被保護トランジスタ（５）がｎ
ｐｎ形であるのに対しバイパス用トランジスタ（９）は
ｐｎｐ形であるが、これをｎｐｎ形に交換して、その代
りに例えば差動増幅手段−の２つの入力の元つながって
いた相手を交換するなどして新しいｎｐｎ形トランジス
タ（９）・のベースにこれまでと逆の信号が与えられる
ようにしてもよい。

また、差動増幅手段＠は信号側入力（２２八）に与えら
れる入力信号に対して、その出力が反転するものが用い
られているが、通常の反転しないものを用いても良く、
その代りに上記と同様なことをして、トランジスタＩＱ
）に逆の信号を与えられるようにするが、トランジスタ
（９）をｎｐｎ形に交換してと接地線（３）の間から傅
だが、これ以外の電源であってもよい。

また、基準電位発生手段２υは正の電位配線ａ１と接地
線（３）からなる定電圧の抵抗分圧により得たがこれ以
外の定電圧の抵抗分圧で得てもよく、さらに宅地から得
てもよい。

また、電源を含む外部回路（へ）はｗｉｔ　＃ｕ＞と負
荷ＱＱの直列接続されたものであったが、必ずしもその
ようになっていなくとも良いことなどは云うまでもない
。

また、以上の全ての組み合わせについてトランジスタ１
５）　、　＋９１　、　ＣＩ！Ｉ１９．　Ｃａｊそれぞ
れ逆のタイプのトランジスタにそして、全ての電源の向
きを逆Ｉこ同時にする場合について同様のことは云うま
でもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、差動増幅手段が、異常
時の被保設トランジスタのベース電位の微少な変化を検
知増幅するようにしたので、正常動作時の電力遺失を少
くすると共に、異常時の保護動作をより確実をこする効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路＋１、第２図は
従来のトランジスタの保≦回路を示す回路図、第３図は
特願昭５８−２２８０８７の一実施例を示す回路図、第
４図（ａ）　（ｂ）はいずれもこの発明の第１図の回路
の部分の静軸説明のための回路図、第５図は、この発明
のものの動作説明のためのトランジスタ特性曲線図、第
６図はこの発明の特別な効果を説明するための特性概念
図である。 図において、（５）は被保護トランジスタ、（９）はバ
イパス用トランジスタ、（ロ）はベース電流源、（ト）
はｗｊ、源を含む外部回路、ＷＵは基準電位発生手段翰
は差動増幅手段である。 なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）出力が被保護トランジスタのベースに接続され前
   記被保護トランジスタのベース、エミッタ間に大略一定
   の順方向電流を供給するベース電流源と 前記被保護トランジスタのベース、エミッタ間に接続さ
   れた前記順方向電流のバイパス用トランジスタと 前記被保護トランジスタのベース電位と異常判定基準電
   位とが入力され、前者が後者を越えた異常時に、前記バ
   イパス用トランジスタを駆動する差動増幅手段とを 備えたことを特徴とするトランジスタの保護回路。