KR0142085B1

KR0142085B1 - 구동 전류 제한 트래지스터 장치

Info

Publication number: KR0142085B1
Application number: KR1019890005402A
Authority: KR
Inventors: 페트루스 마리아 바흘만 요하네스
Original assignee: 이반 밀러 레르너; 필립스일레트로닉스엔.브이.
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1998-07-15
Also published as: EP0339736A1; JPH0216810A; US4956565A; EP0339736B1; NL8801103A; DE68916688T2; KR900017290A; DE68916688D1; JP2685285B2

Abstract

내용 없음

Description

구동 전류를 제한하는 트랜지스터 회로

제1도는 출력단에는 공지된 트랜지스터 회로의 일례를 나타내는 회도로

제2도는 출력단에서 공지된 트랜지스터 회로의 다른 예를 나타내는 회도로

제3도는 본 발명에 따른 출력단에대한 트랜지스터 회로의 일실시예를 나타내는 회로도

*도면이 주요부분에 대한 부호의 설명

T1:출력 트랜지스터 T2:구동 트랜지스터

T3:제한 트랜지스터

본 발명은 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖는 출력 트랜지스터와, 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고 그 에미터를 상기 출력 트랜지스터의 베이스에 결합한 구동 트랜지스터와, 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고 그 에미터 및 컬렉터를 상기 출력 트랜지스터의 컬렉터 및 상기 구동 트랜지스터의 베이스에 각각 결합한, 상기 구동 트랜지스의 베이스에 공급되는 구동 전류를 제한하는 제한 트랜지스터를 구비한 트랜지스터 회로에 관한 것이다.

이와 같은 장치는 미국 특허 명세서 제 4,583,051호의 제 4 도에 개시되어 있으며, 특히 전동기를 구동하는 전력 출력부의 용도에 적합하다.

전동기를 구동하는 출력단에서, 출력 트랜지스터는 포화 상태에서 구동되므로, 거의 모든 전원 공급 전압이 전동기의 양단에 인가된다. 전동기에 공급되는 전류는 전동기의 기계적 부하에 매우 의존하며 그에 따라 가변된다. 정격 최대 부하 전류 및 출력단의 최소 전류 이득에 대해 출력 트랜지스터를 포화상태로 유지하기 위해, 이 출력단은 어느 과잉의 입력 전류에 의해 구동된다. 이 광잉분은 출력단에 의해 부하로 공급될 전류가 작은 경우에 비교적 커진다. 상기 미국 특허 명세서의 제 3 및 4 도에는 구동 트랜지스터 및 출력 트랜지스터를 구비하는 통상 사용되는 종래의 출력단을 나타낸다. 이 출력단의 입력 전류는 출력단의 구동 트랜지스터의 베이스에 공급된다. 제 1 공지의 출력단에서, 구동 트랜지스터의 에미터가 출력 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 구동 트랜지스터의 컬렉터는 고정된 전원 진압점에 접속되어 있다. 제 2 공지의 출력단, 즉 달링톤(Darlington) 출력단에서, 구동 트랜재스터의 컬렉터가 출력 트랜지스터의 컬렉터에 접속된다. 2 개의 공지 출력단 각각에서 부하는 출력 트랜지스터의 컬렉터와 전원 전압점의 사이에 접속된다. 출력 트랜지스터의 에미터는 NPN 트랜지스터의 경우 낮은 쪽의 전원 전압점에 접속되어 있다. 출력단의 부하 전류가 항상 작은 경우, 구동 트랜지스터에서 열소비율은 낮기 때문에, 상기 달링톤 형태의 제 2 출력단은 바람직하다. 실제로는 구동 트래지스터의 컬렉터는 출력단의 저 출력 전압에 접속된다. 과잉의 입력 전류가 증폭후에 구동 트랜지스터를 통해 흘러도 열소비 문제도 전혀 야기되지 않는다. 일반적으로, 제 1 출력단에서 구동 트랜지스터의 컬렉터는 훨신 높은 전압점에 접속되며, 그렇지 않은 다른 유사한 조건하에서 구동 트랜지스터는 많은 열을 소비하는데, 이는 작은 출력 전류에 대해 제 1 출력단의 구동 트랜지스터에서 많은 열소비를 초래하는 출력단의 비교적 큰 과구동에 의한 것이다. 출력단의 부하 전류가 항상 큰 경우에는 출력 트랜지스터 양단간의 전압 강하가 꽤 작다는 점에서 제 1 출력단이 바람직할것이다. 이와같은 경우에 출력 트랜지스터에 발생된 열의 거의 대부분은 출력단에서 소비된다. 이들 조건하에서, 구동 트랜지스터에서의 열소비는 그다지 중요하지 않는다.

포화 상태로 구동되는 상술한 공지의 출력단은 다른 수단을 강구하지 않고서는 출력단에서의 열소비를 대부하 전류 및 소부하 전류의 두 경우에 대해 최소로 할 수 없다.

공지된 트랜지스터 회로에서, 제 1 형의 출력단의 구동 트랜지스터에서 열소비는 출력 트랜지스터를 불필요하게 포화 상태까지 구동하지 않도록 함으로서 소부하 전류에 대해 감소될 수 있다. 이와같은 경우, 구동 트랜지스터가 많은 량의전류를 출력 트랜지스터 베이스에 공급할 필요가 없기 때문에, 구동 트랜지스터에서 열소비가 감소된다. 이와같은 열 소비의 감소는 구동 트랜지스터의 베이스와 출력 트랜지스터 컬렉터간에 다이오드와 접속한 제한 트랜지스터 및 쇼트키 다이오드의 직렬 회로의 접속을 통해 출력단의 전체 입력 전류의 일부분을 구동 트랜지스터의 베이스로부터 유출함으로써 달성된다. 이와같은 경우, 출력 트랜지스터이 컬렉터의 컬렉터-에미터 전압이 특정값보다 낮은 값으로 감소되자마자 상기 직렬회로에는 입력 전류의 과잉분이 흐르게 된다.

상기 공지된 트랜지스터 회로를 집적화하는 경우, 쇼트키 다이오드를 제조하기 위해 추가 처리 공정을 필요로 하기 때문에 집접화 트랜지스터 회로를 더욱 복잡하게 한다.

본 발명은 목적은 공지된 트랜지스터 회로를 단순화하는 것이다.

본 발명은 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖는 출력 트랜지스터와, 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고 그 에미터를 상기 출력 트랜지스터의 베이스에 결합한 구동 트랜지스터와, 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고 그 에미터 및 컬렉터를 상기 출력 트랜지스터의 컬렉터 및 상기 구동 트랜지스터의 베이스에 각각 결합하고, 상기 구동 트랜지스터의 베이스에 공급되는 구동 전류를 제한하는 제한 트랜지스터를 구비한 트랜지스터 회로에 있어서, 상기 제한 트랜지스터의 베이스를 상기 출력 트랜지스터의 베이스에 결합한 것을 특징으로 한다. 제한 트랜지스터를 상술한 대로 배치하면, 쇼트키 다이오드는 불필요하게 되며, 또한 쇼트키 다이오드가 없어지므로써 트랜지스터 회로를 제조하는 처리 공정수를 적게할 수 있는 이점이 있다. 출력 트랜지스터의 컬렉터-에미터 전압이 과구동의 결과로서 감소하면, 상기 제한 트랜지스터의 베이스 에미터 접합은 도통된다. 따라서, 상기 입력 전류의 과잉분이 제한 트랜지스터의 컬렉터-에미터 통로를 거쳐 흐르게 된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제 1 도는 달링통 트랜지스터쌍(T1 및 T2)을 구비하는 공지된 출력단을 나타낸다. 트랜지스터(T1)은 출력 트랜지스터이고, 트랜지스터(T2)는 구동 트랜지스터이다. 이 출력단은 정전원 단자(1)로부터 부하(R1) 및 단자(2)를 거쳐 전류(I1)를 공급할 수 있다. 사실상, R1 은 전동기이고, 이 전동기는 그 기계적 부하에 의존하여 크거나 작은 전류를 산출한다. 출력 트랜지스터(T1)의 에미터는 부전원 단자(3)에 결합되며, 여기서 단자(3)는 접지되어 있다. 정전원 단자(1)와, 구동 트랜지스터(T2)의 베이스에 결합된 입력 단자(4)사이에 설치된 전류원(Ii)은 출력단을 포화상태로 구동한다. 그러나, 이와 같은 결과를 추래할 수 있는 다른 어떤 구동 수단을 이용할 수도 있다. 상기 전류원(Ii)은 트랜지스터(T1) 및 (T2)의 전류 이득이 최소이고, 그리고 최대 부하 전류(I1)가 최대인 경우에 출력 트랜지스터(T1)를 기저(bottom) 상태로 하도록 설계되어 있다. 실제로는, 전동기를 시동시키거나 정지시키거나 또는 회전 방향을 반전시키거나 하기 위해 전류원 (Ii)은 턴온 및 턴오프 될 수 있다. 상기 트랜지스터(T1)의 양단간의 포화 전압(VCESAT)은 약 4 이다. 이와같은 비교적 높은 값은 달링톤 트랜지스터쌍에 있어서 대표적인 값이다.

부하(R1)에 큰 전류를 공급할 필요가 있는 경우에는, 거의 모드 구동 전류(Ii)를 이용하여 출력 트랜지스터(T1)를 포화상태로 유지한다. 높은 포화 전압(VCESAT) 때문에, 출력 트랜지스터에 나타나는 열량은 비교적 크다. 구동 트랜지스터(T2)에 있어서 열소비는 비교적 낮아 무시할 수 있다. 작은 전류를 부하(R1)에 공급할 필요가 있는 경우에, 출력 트랜지스터(T1)에서 열소비는 작다. 이때 불균형으로 큰 입력 전류(Ii)는 구동 트랜지스터(T2)에 의해 증폭되고, 출력 트랜지스터(T1)의 베이스에 공급된다. 구동 트랜지스터(T2)의 컬렉터는 출력 트랜지스터(T1)의 낮은 전압 컬렉터에 접속되어 있으므로, 구동 트랜지스터에서 열소비는 낮게 유지된다. 따라서, 달링톤 출력단의 효율은 소부하 전류에 대해서는 높지만 대부하 전류에 대해서는 낮다.

제 2 도는 출력 트랜지스터(T1) 및 구동 트랜지스터(T2)를 구비하는 또 하나의 공지된 출력단을 나타낸다. 여기서 구동 트랜지스터(T2)의 컬렉터가 전원 단자(5)에 접속되며, 이 전원 단자(5)는 여기서 정전자 단자(1)에 접속된다. 제 2 도에서의 다른 모든 부호는 제 1 도의 대응 부호와 동일한 의미를 갖는다. 이 출력단은 제 1 도의 달링톤 회로의 경우보다 꽤 낮은 포화 전압 즉 0.3V을 갖는다. 따라서, 부하 전류(I1)가 큰 경우 출력 트랜지스터(T1)에서의 전력 소비는 달링톤 출력단에서 보다 꽤 적어진다. 구동 트랜지스터(T2)의 컬렉터는 고전압점에서 접속되어 있으므로 구동 트랜지스터(T2)에서의 열소비는 달링톤 출력단의 구동 트랜지스터의 경우 보다 많지만, 그것은 출력 트랜지스터에서 열소비에 비해 작다. 부하 전류(I1)가 작은 경우, 출력 트랜지스터(T1)에서의 열소비는 작지만, 이 경우 불균형적으로 큰 입력 전류(I1)가 구동 트랜지스터내의 열소비를 꽤 크게 한다. 따라서, 제 2 도의 출력단을 효율은 대부하 전류에 대해서는 높지만 소부하 전류에 대해서는 낮다. 공지된 회로에 따라서는 부하상태가 심하게 존건하에서는 출력단 열소비를 최소화할 수 없다.

제 3 도는 본 발명에 따른 트랜지스터 회로의 한 실시예를 나타낸다. 이 트랜지스터 회로에는 제한 트랜지스터(T3)가 추가되었고, 제 2 도에서 나타낸 것과 다른 점은 그 베이스를 출력 트랜지스터(T1)의 베이스에 접속하고, 에미터를 출력 트랜지스터(T1)의 컬렉터에 접속하고, 컬렉터를 구동 트랜지스터(T2)의 베이스에 접속한 것이다. 제 3 도내의 다른 모든 부호는 제 2 도 또는 제 1 도의 대응하는 부호와 동일한 의미를 갖는다. 부하 전류(I1)가 큰 경우, 이 트랜지스터 회로는 제 2 도에서 나타낸 것과 동일한 방식으로 작동한다. 구동 트랜지스터(T2)에 의해 증폭되는 입력 전류(Ii)의 거의 전부가 출력 트랜지스터(T1)를 포화시키는데 필요하며, 그 효율은 높다. 부하 전류(I1)가 작은 경우에는 출력 트랜지스터(T1)가 과잉의 입력 전류(Ii)에 의해 불필요하게 포화된다. 그 결과로서, 출력 트랜지스터(T1)의 컬렉터 전압은 제한 트랜지스터(T3)의 베이스-에미터 접합이 도통할 정도로 출력 트랜지스터의 베이스 전압 이하로 감소한다. 이로써 구동 트랜지스터(T2)의 베이스로부터 제한 트랜지스터(T3)를 통해 출력 트랜지스터(T1)의 컬렉터로, 그리고 상기 트랜지스터(T1)를 거쳐 부전원 단자(3)로 컬렉터 전류 Ic 를 흘린다. 따라서, 이용가능한 전류(Ii)중 일부분인 Ii 내지 Ic 만이 구동 트랜지스터(T2)에 대한 베이스 전류(Ib)로서 잔존하게 된다. 출력 트랜지스터(T1)가 다시 포화상태로 구동됨에 따라, 제한 트랜지스터(T3)가 다시 도통하게 되고, 구동 트랜지스터(T2)에 대한 나머지 베이스 전류가 감소한다. 이로써 상기 구동 트랜지스터(T2)의 베이스 전류와 그에 따른 구동 트랜지스터에서의 열소비가 평형상태에서 제한된다.

이 경우, 전류 성분Ic을 구동 트랜지스터에 의해 더이상 증폭 상태로 소비시킬 필요가 없고, 상기 전류 성분Ic은 제한 트랜지스터 및 출력 트랜지스터를 거쳐 흐르게 된다. 이때, 이들 2 개의 트랜지스터(T3 및 T1)에 생기는 열양은 작다. 구동 트랜지스터에서의 열소비 감소는 제한 트랜지스터 및 출력 트랜지스터내의 열소비량의 증대에 비하면 훨씬 크다. 따라서, 부하 전류(I1)가 작은 경우, 출력단의 효율은 제한 트랜지스터(T3)를 부가함으로써 개선된다.

본 발명은 상술한 실시예에만 제한되지 않는다. 본 발명의 범주내에서 당업자에 의한 많은 응용이 가능하다. 그 예로, 도시한 도전형과는 반대인 도전형의 트랜지스터를 채택할 수 있고, 상기 트랜지스터 각각의 달링톤 트랜지스터로 대체 할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 원리 및 동작에 영향을 주는 일없이, 상술한 트랜지스터 회로를 이용하여 커다른 회로 배치, 예컨대 푸시-풀 출력단의 일부를 구성 할 수 있다. 또한, 도시한 각각의 트랜지스터의 베이스, 에미터 및 컬렉터와 직렬로 저항을 배치하거나 도시한 트랜지스터의 베이스-에미터 접합의 양단에 저항을 배치하거나, 트랜지스터(T2)의 에미터와 부전원 단자(3)사이에 전류원을 배치하거나 할 수 있다. 부하는 반드시 전동기일 필요가 없고 출력단은 통상 포화 상태로 구동되지 않는 시스템의 일부를 구성할 수도 있다.이와같은 경우로서, 예컨대 단일 종단(single-ended) 또는 푸시-풀형의 출력단을 구비한 음성 주파 증폭기가 있다. 이와 같은 출력단의 원치 않은 또는 부주의한 과구동의 경우에 일어나는 상황은 사실상 출력단에서와 동일하다. 이런 경우에 본 발명에 따른 회로는 현저한 과구동에 대해 출력단을 보호하고 그리고 과구동중의 구동 트랜지스터에서의 열소비를 제한한다.

Claims

에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고, 그 에미터를 기준전위와 결합한 제 1 형의 출력 트랜지스터와; 에미터, 베이스 및 컬렉터를 갖고, 그 에미터를 상기 출력 트랜지스터의 베이스에 결합하고, 그 컬렉터를 전위에 결합한 상기 제 1 형의 구동 트랜지스터와; 에미터 베이스 및 컬렉터를 갖고, 그 에미터 및 컬렉터를 상기 출력 트랜지스터의 컬렉터 및 상기 구동 트랜지스터이 베이스에 각각 결합하고, 상기 구동 트랜지스터의 베이스에 공급되는구동 전류를 제한하는 상기 제 1 형의 제한 트랜지스터를 구비하며, 상기 제한 트랜지스터의 베이스를 상기 출력 트랜지스터의 베이스에 결합한 것을 특징으로 하는 트랜지스터 회로.