JPS6381514A - 誘導性負荷駆動回路 - 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、コイル、モータの如き誘導性負荷を駆動する
際に適用して好適な駆動回路に関し、特に上記駆動回路
を半導体集積回路（以下においてＩＣという）にて形成
する場合に用いて有効な回路技術に関する。

〔従来の技術〕

リレイコイヤやモータ等の誘導性負荷を駆動する場合、
駆動電流遮断時に逆起電圧が発生する。

上記逆起電圧は、負荷駆動用トランジスタの破壊。

電源変動、ノイズ発生の一因になるので、誘導性負荷駆
動回路では上記逆起電圧の吸収が重要な課題になってい
る。

［実用電子回路ハンドブックＩＪ（昭和６０年７月１日
第２６版発行、発行所ＣＱ出版社、ｐ３３９）には、誘
導性負荷駆動回路の一例が記載されている。その概要は
、トランジスタのコレクタと電源間に誘導性負荷を接続
し、このＭｅ性負負荷両端にダイオードを接続して逆起
電圧を吸収するものである。

本発明者等は、上記誘導性負荷駆動回路の逆起電圧吸収
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
要は次のとおりである。

ｊｆｘわち、トランジスタのコレクタと電源間。

或〜・はエミッタと接地との間に誘導性負荷を接続し、
更に誘導性負荷の両端に逆起電圧吸収のためのダイオー
ドを接続した。トランジスタによって駆動電流を遮断す
ると、逆起電圧が発生し上記ダイオードに電流が流れる
が、その電流は誘導性負荷を駆動するためのコレクタ電
流、エミッタ電流とほぼ等価であることが判明した。

したがって、駆動電流が大であれば、電流容量の大きな
パワートランジスタが必要になり、これに対応して大電
流を流し得る逆起電圧吸収用ダイオードを使用しなけれ
ばならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

電子機器に関する現在の技術的動向の一つにＩＣ化があ
り、上記駆動回路も例外ではない。上記パワートランジ
スタとダイオードとをＩＣに形成すると、チップ面積が
大になり集積度が低下する一因となるので好ましくない
。しかし、上記ダイオードを外付は部品としたのでは、
部品数が増し、実装コストが上昇するうえに、実装密度
が大になる１等の問題点が発生する。

上記問題点は、逆起電圧吸収にダイオードを使用するか
ぎり付随するものであり、ダイオードを不使用にしなけ
れば抜本的な解決は望み得ない。

そこで本発明者等は発想の転換を行い、負荷の駆動に会
費な駆動用トランジスタに逆起電圧吸収機能を発揮させ
、ダイオード自体を不使用にすることを検討し、本発明
を提案するに至った。

本発明の目的は、誘導性負荷を駆動するトランジスタ自
体が逆起電圧吸収機能を有するようになし、ＩＣ化に適
した訪導性負荷駆動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
な閘単に説明丁れば、下記のとおりである。

すなわち、エミッタと接地との間に接続された誘導性負
荷を駆動する負荷駆動用トランジスタと、上記負荷駆動
用トランジスタのペースに制御信号を供給し、上記負荷
駆動用トランジスタを介して、駆動電流を断続制御する
スイッチ回路とを設ける。

更に、上記スイッチ回路によ−て上記負荷駆動用トラン
ジスタが非動作になされ駆動電流が遮断されたとき動作
して、上記負荷駆動用トランジスタのペース電圧を所定
の電圧レベルに保持するとともに、上記負荷駆動用トラ
ンジスタが動作状態になされたとき上記電圧保持動作が
解除されるクランプ回路を設け、上記駆動電流の遮断に
ともなって発生する逆起電圧によって上記負荷駆動用ト
ランジスタのエミッタ電圧が低下したとき、上記保持さ
れた電圧とエミッタ電圧の低下とによって上記負荷駆動
用トランジスタを一時的に動作状態になすものである。

〔作　用〕

上記手段によれば、駆動電流が遮断されて逆起電圧が発
生すると、負荷駆動用トランジスタにバイアス電圧が供
給されたようになり、上記負荷駆動用トランジスタが動
作してエミッタ電圧が上記保持された電圧からＶｂｅだ
け低下した電圧レベルになる。逆起電圧のエネルギーが
時間の経過にともなって低下すると、エミッタ電圧が上
昇するが、上記保持された電圧レベルはそのままである
ので。

上記負荷駆動用トランジスタが非動作になり、逆起電圧
吸収用のダイオードを使用することなく逆起電圧の吸収
を行う、という本発明の目的が達成される。

〔実施例−１〕 以下、第１図および第２図を参照して本発明を適用した
誘尋性負荷駆動回路の第１実施例を説明する。なお、第
１図は上記駆動回路の回路図、第２図は回路動作を説明
する波形図を示すものである。

本実施例の特徴は、１個の負荷駆動用トランジスタを用
いて誘導性負荷の駆動と、逆起電圧吸収とを行い得るよ
うに構成したことにある。

まず、誘導性負荷りを駆動する場合の回路動作を説明す
る。

入力信号Ｖｉｎが、第２図に示すようにハイレベルＨＫ
設定されると、スイッチング動作を行うＰＮＰＩ−ラン
ジスタＱ４はオフになる。この結果、マルチコレクタＣ
，，Ｃ，かう出力電流が得られず、クランプ動作を行う
トランジスタＱ、のコレクタ電流とベース電流とがとも
に遮断され、トランジスタＱ、はオフになる。したがっ
てこの時点では、トランジスタＱ２は、トランジスタＱ
１に対し、まったく関与しない。

一方、ＰＮＰ　ｌ−ランジスタＱ、のベースは、基準電
圧Ｖｒｅｆによって所定の電圧レベルに設定されている
のでオン状態に動作し得る。したがって定電流回路Ｃ８
Ｉの出力電流１ｓは、レベルシフター用のダイオードＤ
１　、トランジスタＱ、を介して負荷駆動用トランジス
タＱ、のベースに供給され、負荷ら動用トランジスタＱ
＋をオン状態に駆動する。トランジスタＱ、のコレクタ
・エミッタ間、および誘導性負荷Ｌａに駆動電流Ｉ。

（ｈｆｅＱｔ　・Ｉｓで決定される電流）が流れ、誘導
性負荷りが駆動される。

次に、上記駆動電流ＩＯが遮断されたときの回路動作、
および逆起電圧吸収動作を説明する。

この場合、入力信号Ｖｉｎは、第２図の１．時点に示す
よ５にローレベルＬに設定される。トランジスタＱ、の
ベース電圧が低下し、ベース・エミッタ間にバイアス電
圧が供給されるので、オン状態に動作する。定電流回路
Ｃ８，とトランジスタＱ４のエミッタとの間には、レベ
ルシフター用のダイオードが介在していないので、トラ
ンジスタＱ４がオン状態に動作すると、出力電流Ｉｓは
トランジスタＱ４方向に流れる。

トランジスタＱ、のコレクタＣ１、Ｃ，が同一面積であ
り、ペース電流が無視できるほど小であるとすれば、コ
レクタＣ，，Ｃ，から得られる出力電流は、それぞれ約
Ｉ　ｓ　／　２になる。コレクタＣ８の出力電流は、ト
ランジスタＱ、のベースに供給されるので、トランジス
タＱ、がオン状態に動作するが、コレクタ・エミッタ間
電流は下記のようにして決定される。

すなわち、トランジスタＱ、のペース電流がＩ　ｓ　／
　２の電流量であるから、コレクタ・エミッタ間にはｈ
ｆｅＱ！＃Ｉｓ／２の電流が流れようとする。しかし、
上記のようにコレクタＣ２の出力電流は、Ｉｓ／２の微
小な１！流に規定されているので、トランジスタＱ、の
コレクタ・エミッタ径路にはＩｓ／２の電流しか流れる
ことができない。

トランジスタＱ、は飽和領域に駆動され、Ａ点の電圧は
コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）Ｑｔ（約０
．２Ｖ程度）に決定される。

従ってＡ点の電圧レベルは、トランジスタＱ。

をオン状態に駆動するためのバイアス電圧（約０．７Ｖ
程度）よりも低レベルとなる。したがってトランジスタ
Ｑ、は、第２図に示すｔ１時点に同期してオフになり、
駆動電流ＩＯを遮断すると同時に、ベース電圧が約０．
２Ｖにクランプされることになる。

次に、逆起電圧の吸収動作を説明する。

駆動電流Ｉｏが遮断されると、詩専性負荷Ｌａから逆起
電圧が発生し、トランジスタＱ、のエミッタ電圧Ｖｅを
第２図に点線で示すように急激に引き下げようとする。

しかし、下記の如き注目すべき回路動作が行われ、上記
逆起電圧を吸収する。

すなわち逆起電圧によって、エミッタ電圧ＶｅがＡ点の
電圧Ｖｃｅ（ｓａｔ）−ＶｂｅＱ１低下した時点でトラ
ンジスタＱ１が再びオン状態になり、逆起電圧を吸収す
る。この間、エミッタ電圧■ｅは０．２　Ｖ　−０，７
Ｖ＝　−０，５Ｖテ決定されルミ圧しヘルにクランプさ
れ、それ以上のレベル低下が阻止される。

逆起電圧のエネルギーは、時間とともに次第に消耗する
ので、ｔｏ時間経過するとエミッタ電圧Ｖｅの上昇にと
もなってバイアス電圧が遮断されることになり、トラン
ジスタＱ、がオフになる。

そしてｔ□時点で入力信号Ｖｉｎが再びハイレペ！ｖＨ
に変化すると、トランジスタＱ、、Ｑ！がオフになり、
Ａ点の電圧保持が解除される。トランジスタＱ、を介し
てトランジスタＱ、にベース電流が供給され、再び誘導
性負荷りの駆動が行われる。

上記誘導性負荷駆動回路は、下記の如き効果を奏するも
のである。

（１１Ｅｉ誘導性負荷駆動するトランジスタを非動作に
なし、誘導性負荷を駆動する駆動電流を遮断てると同時
に、上記トランジスタのベースを所定の電圧レベルに保
持するように構成した。この結果、上記駆動電流の遮断
に対応して発生する逆起電圧によって、上記トランジス
タのエミッタ電圧が上記ベース電圧に対しベース・エミ
ッタ間電圧分低下したとき再びオン状態に動作し、上記
逆起電圧を吸収するようになり、１個のトランジスタを
誘導性負荷駆動用と逆起電圧吸収用とに兼用し得ろ。

という効果が得られる。

（２）上記（ＩＩにより、誘導性負荷から発生する逆起
電圧吸収用の専用素子を設ける必要がなく、ＩＣ化に際
しチップ面積を小にし得る、という効果が得られる。

（３）上記＋ｉ＋により、部品点数を削減することがで
き、実装コストを低減する、という効果が得られる。

（４）　　上記（２）Ｋより、ＩＣの集積度を向上し得
る、という効果が得られる。

〔実施例−２〕 次に、本発明の第２実施例を説明する。

本実施例と上記第１実施例との相違点は、上記マルチコ
レクタのトランジスタＱ４とトランジスタＱ、とをカレ
ントミラー回路に代えたことにある。なお、実施例の説
明にあたっては、上記第２図を援用する。

先ず、誘導性負荷Ｌａを駆動する場合の回路動作を説明
する。

トランジスタＱ４　　＊　Ｑ４’　＋　Ｑ４’は、カレ
ントミラー回路を構成し、入力信号Ｖｉｎがハイレベル
Ｉ−■のとき、基準電施工、が遮断される。したがって
トランジスタＱ４　ｔ　Ｑ４’から出力電流ｒ、ｔ　ｒ
、′が得られず、トランジスタＱｚ　＋　Ｑｔ’で構成
されたカレントミラー回路は非動作になる。

一方、トランジスタＱ、のベースは基準電圧Ｖｒｅｆに
設定されているので、定電流回路Ｃ８ｌの出力電流Ｉｓ
はダイオードＤ１．トランジスタＱ３を介して負荷駆動
用トランジスタＱ、のベースに供給される。したがって
トランジスタＱ、はオン状態になり、駆動電流ＩＯによ
り誘導性負荷Ｌａが駆動される。

次に、駆動電流Ｉｏの遮断動作と逆起電圧の吸収動作と
を述べる。

入力信号Ｖｉｎが第２図に示すようにローレベルＬに設
定されると、トランジスタＱ４′、抵抗Ｒ１に基準電施
工、が流れ、トランジスタＱ４１Ｑ４’から出力電流Ｉ
、、Ｉ、’が得られる。出力電流Ｉ！＋Ｉ、′の電流量
は、同一の電流量である。したがって、カレントミラー
接続されたトランジスタＱｔ’のベースに出力電流Ｌ／
が供給されても、トランジスタＱ、のコレクタ・エミッ
タ間には、出力電流Ｉ、以上の電流を流すことができな
い。

この結果、上記、＠１実施例の場合と同様に、トランジ
スタＱ、は飽和領域に駆動され、Ａ点の電圧レベルは上
記同様にＶｃｅ（ｓａｔ）Ｑ、に保持される。

トランジスタＱ、に供給されていた電流Ｉｓは遮断され
、トランジスタＱ、はオフになり、駆動電流Ｉｏが遮断
される。駆動電流Ｉｏの遮断に同期して誘導性負荷Ｌａ
から逆起電圧が発生し、第１実施例で述べたようにエミ
ッタ電圧ＶｅがＶｃｅ（ｓａｔ　）　Ｑ　、　−Ｖｂｅ
Ｑ＋で決定される電圧まで低下したとき、トランジスタ
Ｑ１が再びオン状態に動作する。そして、逆起電圧の吸
収が行われたのち、第１実施例の場合と同様にエミッタ
電圧Ｖｅが次第に上昇してトランジスタＱ＋がオフにな
り、逆起電圧の吸収動作が完了する。

次いで入力信号Ｖｉｎが再びハイレベ７ｓ４（に設定さ
れると、上記基準電施工１が遮断され、出力電流Ｉ＊＊
Ｉｌ’も遮断されてトランジスタＱｍ＋Ｑｔ’が再びオ
フになる。電流Ｉｓが負荷駆動用トランジスタＱ、のベ
ースに供給され、上記の如き誘導性負荷Ｌａの駆動が行
われる。

上記誘導性負荷Ｌａの駆動、遮断動作は入力信号Ｖｉｎ
のレベル変化に対応して繰り返し行われるが、駆動電流
ＩＯの遮断時には負荷駆動用トランジスタＱ、自体によ
って、逆起電圧の吸収が確実に行われる。

したがって本実施例に示した誘導性負荷駆動回路は、上
記第１実施例と同様の効果を奏することができる。

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、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変更可能であることはいうまでもない。

たとえば負荷駆動用トランジスタＱ１は２個以上のトラ
ンジスタをダーリントン接続したものに代え、駆動電流
Ｉｏを大電流になすようにしてよい。この場合、トラン
ジスタＱ、のエミッタと接地トの間１ｃレベル用のダイ
オードを設けるが、トランジスタＱ、のエミッタ電流は
微小であるから、ＩＣ化の障害にはならない。

以上の説明では、主として本発明者等によってなされた
発明をその背景となった利用分野である誘導性負荷駆動
回路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、誘導性以外の負荷を駆動する場合に
利用してもよい。

本発明は、モータ駆動回路、モータを具備するＶＴＲ，
テープレコーダ等に広く利用することができる。

〔発明の効果〕

本願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、エミッタと接地間に接続された誘導性負荷を
駆動する負荷駆動用トランジスタが非動作に制御された
とき、これに対応して上記トランジスタのベースを所定
電圧レベルに保持する。上記トランジスタが非動作に制
御されると上記誘導性負荷から逆起電圧が発生し、エミ
ッタ電圧が急激に低下しようとするが、上記所定電圧レ
ベルからベース・エミッタ間電圧低下した時点で上記ト
ランジスタが動作し、上記逆起電圧を吸収する。

したがって負荷駆動と逆起電圧吸収とを１個のトランジ
スタで行うことができ、逆起電圧専用の素子を削減し、
訪心性負荷口路のＩＣ化が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を適用した誘導性負荷駆動
回路の第１実施例を示すものであり、第１図は上記誘導
性負荷駆動回路の回路図、第２図は回路動作を説明する
だめの波形図。 第３図は本発明の第２実施例を示−′ｆ誘導性負荷駆動
回路の回路図をそれぞれ示すものである。 Ｑ１〜Ｑ４″・・・トランジスタ、Ｌａ・・・誘導性負
荷、Ｖｉｎ・・・入力信号、Ｉｓ・・・定電流回路の出
力電流、■、〜Ｉ、＋・・・電流、Ｖｅ・・・負荷駆動
用トランジスタのエミッタ電圧。 代理人　弁理士　　小　川　勝　男（、””）゛・−１
′ 第　　１　　図 第　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、負荷駆動用トランジスタを動作、非動作に制御する
   ためのスイッチ回路と、上記負荷駆動用トランジスタが
   非動作に制御されたとき、上記負荷駆動用トランジスタ
   の制御端子を所定電圧レベルに保持するクランプ回路と
   、上記スイッチ回路によって非動作に制御されたとき、
   出力端子に接続された誘導性負荷の通電を遮断するとと
   もに、上記誘導性負荷から発生する逆起電圧と上記クラ
   ンプ回路によって保持された電圧レベルとによって動作
   状態になり、上記逆起電圧を吸収する負荷駆動用トラン
   ジスタと、をそれぞれ具備したことを特徴とする誘導性
   負荷駆動回路。