JPS63160263A - 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〕 本発明は、半導体集積回路（以下においてＩＣという）
を保護する際に適用して好適な保護回路に関し、特に電
源の誤接続時におけるＩＣの破壊を低減する場合に用い
て有効な回路技術に関する。

〔従来の技術〕

ＩＣの用途は極めて広範囲にわたるようになり、「日経
エレクトロニクスＪ（１９７８，１−２３号、発行所日
経マグロウヒル社、ｐｐ６０〜８１）Ｋ記載されている
ように自動車の走行制御にも利用されつつある。その概
要は、電子制御のエンジン等が開発されつつあり、配線
の繁雑さをさけるための研究もすすんでいる、というも
のである。

本発明者等は、ますます多用途に使用されつつあるＩＣ
の保護について検討した。

以下は公知とされた技術ではないが、本発明者等によっ
て検討された技術であり、その概要は下記のとおりであ
る。すなわち、ＩＣの内部構造についてみると、半導体
基板内忙多数のトランジスタ、ダイオード、抵抗等が形
成されている。上記抵抗を例に述べると、Ｎ層で形成さ
れた島領域（いわゆるアイランド）中にＰ層で抵抗が形
成され、上記Ｎ層には正極性の電源Ｖｃｃが供給される
。

この場合、Ｐサブストレートと上記Ｎ層との間は逆バイ
アスになり、ＩＣは正常の回路動作を行う。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、自動車の整備を行う場合等、自動車用電子機器
にバッテリイの極性を誤接続（リバース接続）すること
がある。この場合、上記Ｎ層に負極性の電源が供給され
、Ｎ層とＰ　サブストレートとの間に寄生ダイオードが
形成され、ＩＣに過大な電流が流れるようになり、ＩＣ
全体が破壊される可能性が大になる。

自動車ではバッテリイを電源としているので、電源安定
化回路を具備しておらず、上記現象が発生した場合、Ｉ
Ｃに大電流が流れる。ＩＣの破壊を防止するためヒエー
ズを設けることが考えられるが、メインヒユーズが断線
すると自動車の走行が不可能になる場合もある。

本発明者等は、上記の如き技術的問題点、技術的動向を
考慮し、電源が正規に供給される場合はＩＣが正常に動
作し、極性に関して誤接続があった場合はそのＩＣにつ
いてのみ電源を自動的に遮断することを検討した。この
回路技術が完成されれば、誤接続されたＩＣ自体は非動
作になり、回路動作を停止する。しかしＩＣの破壊等の
決定的事故は防ぐことができ、自動車を例にすれば走行
不能等の事態を回避することができる。

本発明の目的は、ＩＣに供給される電源の極性を検出し
、誤接続の場合ＩＣの破壊を低減し得る保護回路を提供
することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書および添付図面から明らかになるであろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、電源とＩＣ内の内部回路との間に１上記電源
の極性反転時に実質的圧電源遮断または電流制限を行う
電流制御手段を設けるものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、誤接続の場合は過大電流を遮断
又は制限することとなり、本発明の目的を達成すること
かできる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第３図を参照して本発明を適用した保護
回路の一実施例を説明する。なお、第１図は保護回路を
適用したＩＣの回路口、第２回および第３図はＩＣの構
造を示す要部の断面図であ、る。

第１図について回路動作から説明するが、ＩＣの１番端
子にスイッチＳを介して電源Ｖｃｃが供給される。

第１図に実線で示すように、電源Ｖｃｃが正規の極性で
供給される場合、トランジスタＱ、はエミッタＥがコレ
クタとして働き、コレクタＣがエミッタとして働（逆方
向動作を行い、上記定電圧回路ＩＫ電源Ｖｃｃから電源
電流を供給する。従って、定電圧回路１の抵抗Ｒ８、ツ
ェナーダイオードＺＤＫよりてトランジスタＱｔＶＣバ
イアス電圧が供給され、抵抗Ｒ，，Ｒ，によって分圧さ
れた基準電圧Ｖｒｅｆを得る。

いま仮りに、電源Ｖｃｃが点線で示すよ５に誤接続され
たとすると、トランジスタＱｌのコレクタＣＫは正の電
圧が印加されるもののベースＢとエミッ／Ｅとの間は零
バイアスのため、トランジスタＱ、は非導通になる。し
たがって、電源誤接続によって定電圧回路ＩＫ大きな電
流が流れることはない。

ここで説明の便宜のため、上記トランジスタＱ。

が形成されない場合を想定すると、電源Ｖｃｃが負の極
性で誤接続されることにより第１図および第２図に点線
で示す如き寄生ダイオードＤ、　Ｋ大電流が流れ、ＩＣ
が破壊される一因となる。

しかし、上記のようにトランジスタＱ、を形成すること
により、誤接続時に上記電流径路が遮断されるようにな
り、ＩＣの破壊防止が行われる。

なお、第２図はＩＣ内に形成される回路素子と接続関係
とを示すものであり、トランジスタＱｉのエミッタＥと
ベースＢとに電源Ｖｃｃが供給され、コレクタＣはトラ
ンジスタＱ２のコレク、り、更に抵抗Ｒ８の一端に接続
される。上記トランジスタＱ、が形成されない場合、Ａ
点に電源Ｖｃｃが直接供給されるので、電源Ｖｃｃが誤
接続されるとＡ点のＷ圧しベル、すなわちトランジスタ
Ｑ、のコレクタであるＮ層の電圧レベルが低下し、Ｐ　
サブストレートとの間の寄生ダイオードＤ、に大電流が
流れ、ＩＣが破壊される。

また抵抗Ｒ０〜Ｒ１は、Ｎ層で形成された島領域内にＰ
層によって形成され、この島領域であるＮ層はトランジ
スタＱ、のコレクタとトランジスタＱ２のコレクタ（接
続点人）に接続されている。

従って、電源Ｖｃｃが負の極性で誤接続された場合は、
上記のようにトランジスタＱ、が非導通となり、Ｐ　サ
ブストレートと島領域であるＮ層との間の寄生ダイオー
ドＤｓに大電流が流れることはなく、ＩＣの破壊が防止
される。

次に、パワートランジスタ回路について説明する。

パワートランジスタＱ、、Ｑ、は出力トランジスタとし
て設けられているものであり、負荷を駆動するため大電
流を制御することが多い。このため、トランジスタＱ、
のコレクタを上記第１図および第２図のようにトランジ
スタＱ１のコレクタに接続すると、このトランジスタＱ
、の電流容量を大忙しなければならない。この場合、ト
ランジスタＱ、を形成するための面積が大になり、ＩＣ
の集積度が低下する一因となるので好ましくない。

そこで、本実施例においてはパワートランジスタ回路圧
ついて特別の配慮がはられれている。

すなわち、電源ラインとトランジスタＱ、のコレクタと
の間に抵抗Ｒ４を介在させる。そして第３図に示すよう
に、抵抗Ｒ１を形成する島領域（Ｎ層）にｔ！Ｖｃｃを
供給せず、島領域を電気的にフローティング状態になす
。この結果、電源Ｖｃｃが負の極性で誤接続されても、
Ｐサブストレートと島領域を形成するフローティングの
Ｎ層との間の寄生ダイオードに大ｌＷＬ流が流れること
がない。一方、パワートランジスタＱ、のコレクタとな
るＮ層とＰ　サブストレートとの間には、Ｋ３図に示す
ように寄生ダイオードＤ、が形成されている。

したがって、寄生ダイオードＤＩ、抵抗Ｒ４、負の極性
の電源ＶｃｃＫ電流径路が形成される。しかし、抵抗Ｒ
１によって電流量が規制されるようＫなり、抵抗Ｒ４を
大きく選択することによりＩＣの破壊を低減し得る。

上述の如き保諜回路を設けたＩＣは、下記の効果を奏す
る。

（１１電源とＩＣ内に形成される内部回路との間に、導
通・非導通動作を行うトランジスタを設けることにより
、ＩＣＫ極性反転した電源が供給された場合、上記トラ
ンジスタが非導通となり、ＩＣへの電流径路を遮断し得
る、という効果が得られる。

（２）上記（１）Ｋより、ＩＣの破壊を低減し得る、と
いう効果が得られる。

（３）を源とＩＣ内に形成されるパワートランジスタ回
路との間に電気的にフローティングとされた島領域とな
るＮ層中にＰ型抵抗を形成することＫより、上記ＩＣに
極性反転された電源が供給された場合、この抵抗により
パワートランジスタの寄生ダイオードに流れる電流が制
限されることになり、過大電流によるＩＣの破壊を低減
する、という効果が得られる。

（４）上記（２）（３）により、ＩＣの信頼性が向上す
る。

（５）上記保護回路を個々のＩＣに設けることにより、
電源の誤接続時に個々のＩＣが非動作になるものの、決
定的に破壊されることがなく、ＩＣを使用する装置全体
の信頼性が向上する、という効果が得られる。

以上に、本発明者等によってなされた発明を実施例にも
とづき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定
されるもの゛ではなく、その要旨を変更しない範囲にお
いて種々変更可能であることはいうまでもない。例えば
、トランジスタＱｓ　　＋Ｑ４がパワートランジスタで
ない場合は、抵抗Ｒ４を省略しトランジスタＱ、のコレ
クタをトラ／ジスタＱ１のコレクタに接続してもよい。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるパワーＩＣに適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、パワートランジスタを具備するオーディオ用Ｉ
Ｃはもとより、各種ＩＣに広く利用することができる。

〔発明の効果〕

本題において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、電源とＩＣ内に形成された内部回路との間に
、電源が正規に供給されたとき順方向になり内部回路に
電源を供給し、電源の極性が誤接続等により反転したと
き誤接続時にＩＣに過大な電流が流れず、ＩＣの保護を
確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した保護回路の一実施例を示す回
路図、 第２図は電流制御回路の一例を示すＩＣの要部の断面図
、 第３図は電流制御回路の他の例を示すＩＣの要部の断面
図をそれぞれ示すものである。 １・・・定電圧回路、Ｑｌ・・・電流制御手段となるト
ランジスタ、Ｒ４・・・電流制御手段となる抵抗、Ｑ２
〜Ｑ４・・・トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１・・・抵抗、Ｖ
ｃｃ・・・電源、Ｐ　・・・サブストレート、Ｎ・・・
ＩＣのＮ層、Ｄ、・・・寄生ダイオード。 第　　１　　図 ＩＣ ０１−嘲ｒｉｉ円待口丁１卜う〉ミ゛′ズクＰ４−電ｉ
啓°１イ迎唱ト、ゴヂＬ １／ｃｃ　　　　ｉ芝　ぶ 、　　　第　　２　　図 第　　３ＦＩＩＩ θＩ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電源と半導体集積回路にて形成された内部回路との
   間に、電源の反対極性印加時に実質的に電源遮断または
   電流制限を行う電流制御手段を設けたことを特徴とする
   保護回路。２、上記電流制御手段はベースとエミッタと
   が接続されたトランジスタによって構成され、上記電源
   の上記反対極性印加時に上記トランジスタは非導通とさ
   れ、電源の正極性印加時に上記トランジスタはそのエミ
   ッタがコレクタとして働きそのコレクタがエミッタとし
   て働く逆方向動作によって導通することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の保護回路。 ３、上記電流制御手段はＰ型サブストレート上のＮ型島
   領域中に形成されたＰ型抵抗層により構成された電流制
   限抵抗であり、上記Ｎ型島領域は電気的にフローティン
   グとされたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の保護回路。