JP2005033611A - Transistor protection circuit - Google Patents

Transistor protection circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2005033611A
JP2005033611A JP2003271891A JP2003271891A JP2005033611A JP 2005033611 A JP2005033611 A JP 2005033611A JP 2003271891 A JP2003271891 A JP 2003271891A JP 2003271891 A JP2003271891 A JP 2003271891A JP 2005033611 A JP2005033611 A JP 2005033611A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
protection circuit
transistor
current
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003271891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Kawakita
晴夫 川北
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2003271891A priority Critical patent/JP2005033611A/en
Publication of JP2005033611A publication Critical patent/JP2005033611A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection circuit which is simple in configuration and is capable of protecting an output control transistor from the overvoltage (surge voltage) of a power source to be applied to a collector. <P>SOLUTION: The protection circuit protects, from the overvoltage of the power source, a base voltage drive output control transistor 15 the collector of which is connected with a load (control target) 50 connected with the power source and in which voltage for controlling the load is inputted to a base. The protection circuit is provided with an overvoltage protection circuit 20 including: a first current detection means 22 for detecting the collector current of the output control transistor 15; a comparison means 25 for comparing voltage variation by the detected collector current with preset first reference voltage Vref1; and base voltage cutoff means 30, 35 for making base voltage zero when the voltage variation detected on the basis of the overvoltage is higher than the first reference voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はトランジスタの保護回路、特に制御ＩＣ内のゲート電圧駆動形出力制御トランジスタを電源の過電圧（サージ電圧）から保護する保護回路に関する。   The present invention relates to a protection circuit for a transistor, and more particularly to a protection circuit for protecting a gate voltage driven output control transistor in a control IC from an overvoltage (surge voltage) of a power supply.

インダクタンスを含む回路を流れる電流をスイッチ素子でオンオフするときはサージ電圧が発生することがある。例えば、車両の点火装置の一次コイルはその一端が電源（バッテリ）に接続され、他端がイグナイタの出力制御トランジスタ（例えばＩＧＢＴ）のコレクタに接続されている。イグナイタの作動中にロードランプサージ等の過電圧がコレクタに印加され易く、それによりＩＧＢＴが破壊するおそれがある。   A surge voltage may be generated when the current flowing through the circuit including the inductance is turned on and off by the switch element. For example, a primary coil of a vehicle ignition device has one end connected to a power source (battery) and the other end connected to a collector of an output control transistor (eg, IGBT) of an igniter. During operation of the igniter, an overvoltage such as a load ramp surge is likely to be applied to the collector, which may cause destruction of the IGBT.

ＩＧＢＴの破壊を防止するため、図３示す従来例（特許文献１参照）では、ＭＯＳＦＥＴ１００のドレインＤとこれに接続されたリアクトル１０２との中間点とゲートＧとの間に、ダイオード１０４及びサイリスタ１０６とを含む保護回路１１０が配置されている。ダイオード１０４はそのカソードがＭＯＳＦＥＴ１００のドレインに接続され、過電圧サージを検知する。サイリスタ１０６は検知電圧をゲートに受けてターンオンし、電源１１４から抵抗１１２を介して供給される電力をＭＯＳＦＥＴ１００のゲートに出力する。   In order to prevent the destruction of the IGBT, in the conventional example shown in FIG. 3 (see Patent Document 1), a diode 104 and a thyristor 106 are interposed between the gate G and the intermediate point between the drain D of the MOSFET 100 and the reactor 102 connected thereto. The protection circuit 110 including these is arranged. The cathode of the diode 104 is connected to the drain of the MOSFET 100 and detects an overvoltage surge. The thyristor 106 is turned on by receiving the detection voltage at the gate, and outputs power supplied from the power supply 114 via the resistor 112 to the gate of the MOSFET 100.

ドレイン−ソース間に過電圧サージが発生し、その大きさがダイオード１０４のブレークオーバ電圧を超えると、サイリスタ１０６がオンし電源１１４からの駆動電圧によりＭＯＳＦＥＴ１００がオンし、サージ電流をＧＮＤに放流する。
特開平５−２９９９９０号 When an overvoltage surge occurs between the drain and source and the magnitude exceeds the breakover voltage of the diode 104, the thyristor 106 is turned on, the MOSFET 100 is turned on by the drive voltage from the power supply 114, and the surge current is discharged to GND.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-299990

しかし、従来例はＭＯＳＦＥＴ１００を含む制御ＩＣの電源として電源１１４の電圧を利用している。電源１１４の電圧は種々の原因により変動する。よって、これではＭＯＳＦＥＴ１００を電源１１４のサージ電圧から保護するために別の保護回路が必要となり、その結果保護回数の構成が複雑になる。   However, the conventional example uses the voltage of the power source 114 as the power source of the control IC including the MOSFET 100. The voltage of the power supply 114 varies due to various causes. Therefore, in this case, another protection circuit is required to protect the MOSFET 100 from the surge voltage of the power supply 114, and as a result, the configuration of the number of protections becomes complicated.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成が簡単でありながら、コレクタに加わる電源の過電圧（サージ電圧）から制御ＩＣの出力制御トランジスタを効果的に保護することができる保護回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a protection circuit capable of effectively protecting an output control transistor of a control IC from an overvoltage (surge voltage) of a power supply applied to a collector while having a simple configuration. The purpose is to do.

本願の発明者は、変動の少ない制御回路（制御用ＣＰＵ）からの制御電圧により保護回路を駆動し、その上で電源のサージ電圧が発生したときは出力制御トランジスタのゲート電圧を遮断（トランジスタをオフ）することを思い付いて、本発明を完成した。   The inventor of the present application drives the protection circuit with a control voltage from a control circuit (control CPU) with little fluctuation, and when the power supply surge voltage is generated, the gate voltage of the output control transistor is cut off (the transistor is turned off). The present invention has been completed.

本発明によるトランジスタの保護回路は、請求項１に記載したように、電源に接続された負荷にコレクタが接続され、負荷を制御するための電圧がゲートに入力される出力制御トランジスタを電源の過電圧から保護する保護回路であって、出力制御トランジスタのコレクタ電流を検知する第１電流検知手段と；検知されたコレクタ電流による電圧を予め設定された第１基準電圧と比較する比較手段と；電源の過電圧により検知した電圧が比較電圧よりも大きいとき出力制御トランジスタのゲート電圧をゼロにするゲート電圧遮断手段と；を含む過電圧保護回路を備えた、ことを特徴とする。   In the transistor protection circuit according to the present invention, the collector is connected to the load connected to the power supply, and the output control transistor in which the voltage for controlling the load is input to the gate is used as the overvoltage of the power supply. A first current detection means for detecting a collector current of the output control transistor; a comparison means for comparing a voltage based on the detected collector current with a first reference voltage set in advance; And an overvoltage protection circuit including a gate voltage cut-off means for setting the gate voltage of the output control transistor to zero when the voltage detected by the overvoltage is larger than the comparison voltage.

この保護回路において、サージ電圧に起因して第１電流検知手段が検知した電流による電圧（その変化量）が基準電圧よりも大きいと比較手段が判断すると、ゲート電圧遮断手段が出力制御トランジスタのゲート電圧をゼロする。これにより、出力制御トランジスタは非作動状態となる。   In this protection circuit, when the comparison means determines that the voltage (the amount of change) due to the current detected by the first current detection means due to the surge voltage is greater than the reference voltage, the gate voltage cutoff means is connected to the gate of the output control transistor. Zero the voltage. As a result, the output control transistor is deactivated.

請求項２の保護回路は、請求項１において更に、コレクタ電流を検知する第２電流検知手段と、検知されたコレクタ電流による電圧と予め設定された第２基準電圧との差を所定値以下に保つ作動増幅器と、過電流により電圧の差が所定値を超えたときゲート電圧を低減させるゲート電圧低減手段とを含む過電流保護回路を備えた。又、請求項３の保護回路は、請求項２において、ゲート電圧遮断手段はゲート電圧低減手段の電圧低減作用を受けない。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the protection circuit according to the first aspect, wherein the difference between the second current detection means for detecting the collector current and the voltage based on the detected collector current and a preset second reference voltage is less than a predetermined value. There is provided an overcurrent protection circuit including an operation amplifier for maintaining and a gate voltage reduction means for reducing the gate voltage when a voltage difference exceeds a predetermined value due to overcurrent. According to a third aspect of the protection circuit of the present invention, in the second aspect, the gate voltage cutoff means is not subjected to the voltage reduction action of the gate voltage reduction means.

請求項４の保護回路は、請求項３において、第１電流検知手段及び第２電流知手段は出力制御トランジスタのコレクタ電流のカレントミラーを利用する。請求項５の保護回路は、請求項３において、第１基準電圧は第２基準電圧よりも高い。請求項６の保護回路は、請求項３において、過電圧保護回路及び過電流保護回路は制御用ＥＣＵの電圧により駆動される。   According to a protection circuit of a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the first current detection means and the second current knowledge means use a current mirror of the collector current of the output control transistor. The protection circuit of claim 5 is the protection circuit of claim 3, wherein the first reference voltage is higher than the second reference voltage. According to a sixth aspect of the present invention, the overvoltage protection circuit and the overcurrent protection circuit are driven by the voltage of the control ECU.

本発明のトランジスタの保護回路によれば、サージ電圧に起因して検知した電圧が基準電圧よりも高いときは、ゲート電圧遮断手段が出力制御トランジスタのゲート電圧をゼロする。その結果、出力制御トランジスタ及びこれを含む制御ＩＣは非作動状態となる。非作動状態でサージ電圧が印加されても、出力制御トランジスタは破壊する心配はない。   According to the transistor protection circuit of the present invention, when the voltage detected due to the surge voltage is higher than the reference voltage, the gate voltage cutoff means zeroes the gate voltage of the output control transistor. As a result, the output control transistor and the control IC including the output control transistor are deactivated. Even if a surge voltage is applied in a non-operating state, the output control transistor does not have to be destroyed.

請求項２の保護回路によれば、ゲート電圧低減手段を含む電流保護回路を設けたので、出力制御トランジスタが過電流から確実に保護される。請求項３及び５の保護回路によれば、過電流に起因して成されるゲート電圧低減手段によるゲート電圧の低減に影響されることなく、サージ電圧の発生時は、ゲート電圧遮断手段が出力制御トランジスタのゲート電圧を遮断する。   According to the protection circuit of the second aspect, since the current protection circuit including the gate voltage reducing means is provided, the output control transistor is reliably protected from the overcurrent. According to the protection circuits of claims 3 and 5, the gate voltage cutoff means outputs the surge voltage when it is generated without being affected by the reduction of the gate voltage by the gate voltage reduction means caused by the overcurrent. The gate voltage of the control transistor is cut off.

請求項４の保護回路によれば、第１電流検知手段及び第２電流検知手段の構成が簡単になる。請求項６の保護回路によれば、保護回路を駆動する電源のサージ電圧による出力制御トランジスタの破壊を考慮することが不要となる。   According to the protection circuit of the fourth aspect, the configuration of the first current detection means and the second current detection means is simplified. According to the protection circuit of the sixth aspect, it is not necessary to consider the destruction of the output control transistor due to the surge voltage of the power source that drives the protection circuit.

制御用ＥＣＵと電源で駆動される負荷との間に配置される制御ＩＣは、少なくとも、制御用ＥＣＵからの信号により負荷の作動時期を制御する出力制御トランジスタと、コレクタに加わる電源のサージ電圧から出力制御トランジスタを保護するための過電圧保護回路とを含む。なお、コレクタに加わる過電流から出力制御トランジスタを保護するための過電流保護回路も有することができる。
（１）過電圧保護回路
過電圧保護回路は、少なくとも第１電流検知トランジスタ、比較器及びゲート電圧遮断用トランジスタを含む。更に、フリップフロップ（ＦＦ）を含むことができる。 The control IC arranged between the control ECU and the load driven by the power supply is based on at least an output control transistor for controlling the operation timing of the load by a signal from the control ECU and a surge voltage of the power supply applied to the collector. And an overvoltage protection circuit for protecting the output control transistor. An overcurrent protection circuit for protecting the output control transistor from an overcurrent applied to the collector can also be provided.
(1) Overvoltage protection circuit The overvoltage protection circuit includes at least a first current detection transistor, a comparator, and a gate voltage cutoff transistor. Furthermore, a flip-flop (FF) can be included.

第１電流検知手段及び次述する第２電流検知手段は、出力制御トランジスタのコレクタ電流のカレントミラーを利用することができる。即ち、出力制御トランジスタのコレクタとゲートとを直結し、出力制御トランジスタのゲート、第１電流検知トランジスタのゲート及び第２電流検知トランジスタのゲートが共通の配線に接続する。出力制御トランジスタの所定の基準電流（コレクタ電流）が流れると、ゲート−エミッタ間に所定の電圧ＶBEが発生する。この電圧ＶBEは第１電流検知トランジスタ及び第２電流検知用トランジスタのゲート−エミッタ間にも同様に加わり、これら２つのトランジスタにも基準電流と同じ電流が流れる。 A current mirror of the collector current of the output control transistor can be used for the first current detection means and the second current detection means described below. That is, the collector and gate of the output control transistor are directly connected, and the gate of the output control transistor, the gate of the first current detection transistor, and the gate of the second current detection transistor are connected to a common wiring. When a predetermined reference current (collector current) of the output control transistor flows, a predetermined voltage V BE is generated between the gate and the emitter. This voltage V BE is similarly applied between the gate and emitter of the first current detection transistor and the second current detection transistor, and the same current as the reference current flows through these two transistors.

サージ電圧の印加時は第１電流検知トランジスタを流れるカレントミラーが上昇するので、これを利用してサージ電圧を検知する。同様に、過電流が流れたとき上昇する第２電流検知トランジスタを流れるカレントミラーを利用して過電流制御を行う。   When the surge voltage is applied, the current mirror that flows through the first current detection transistor rises, and this is used to detect the surge voltage. Similarly, overcurrent control is performed using a current mirror that flows through a second current detection transistor that rises when an overcurrent flows.

比較器は２つの入力端子と１つの出力端子とを有し、第１入力端子に入力される検知電流による電圧変化量を、第２入力端子に予めセットされた基準電圧と比較する。ＦＦの第１入力端子に比較器の出力が入力され、第２入力端子には制御信号が入力される。サージ電圧の発生時、ゲート電圧をゼロにするゲート電圧遮断手段はトランジスタから成る。
（２）過電流保護回路
過電流保護回路は、第２電流検知手段、オペアンプ及びゲート電流低減手段を含む。オペアンプ（作動増幅器）は、第１入力端子に入力される検知電流による電流変化量と、第２入力端子に設定された基準電圧との差を所定値以下に保つ。ゲート電圧を所定値まで低減させるゲート電圧低減手段はトランジスタから成る。
（３）両者の関係等
ゲート電圧遮断手段は、ゲート電圧低減手段による電圧低減作用を受けないことが望ましい。具体的には、第１に、ゲート電圧遮断手段を構成する電圧遮断トランジスタのゲートが、ゲート電圧低減手段を構成する電圧低減トランジスタのゲートよりも制御ＩＣの入力端子側（出力制御トランジスタのゲートから遠い側）に接続されていることである。 The comparator has two input terminals and one output terminal, and compares the amount of voltage change caused by the detected current input to the first input terminal with a reference voltage preset in the second input terminal. The output of the comparator is input to the first input terminal of the FF, and the control signal is input to the second input terminal. The gate voltage cut-off means for making the gate voltage zero when the surge voltage is generated comprises a transistor.
(2) Overcurrent protection circuit The overcurrent protection circuit includes second current detection means, an operational amplifier, and gate current reduction means. The operational amplifier (operational amplifier) keeps the difference between the amount of change in current due to the detected current input to the first input terminal and the reference voltage set at the second input terminal below a predetermined value. The gate voltage reducing means for reducing the gate voltage to a predetermined value comprises a transistor.
(3) Relationship between the two etc. It is desirable that the gate voltage cut-off means is not subjected to the voltage reduction action by the gate voltage reduction means. Specifically, first, the gate of the voltage cut-off transistor constituting the gate voltage cut-off means is closer to the input terminal side of the control IC (from the gate of the output control transistor than the gate of the voltage reduction transistor constituting the gate voltage reduction means). It is connected to the far side.

第２に、第１電流検知トランジスタから電圧変化量を入力されるコンパレータにより駆動されるゲート電圧遮断トランジスタの出力部が、第２電流検知トランジスタから電圧変化量を入力されるオペアンプにより駆動されるゲート低減トランジスタの出力よりも入力端子側に近いことが望ましい。そして、コンパレータ第１基準電圧はオペアンプの第２基準電圧よりも高いことが望ましい。   Second, the output part of the gate voltage cutoff transistor driven by the comparator that receives the voltage change amount from the first current detection transistor is the gate that is driven by the operational amplifier that receives the voltage change amount from the second current detection transistor. It is desirable to be closer to the input terminal side than the output of the reduction transistor. The first reference voltage of the comparator is preferably higher than the second reference voltage of the operational amplifier.

また、過電圧保護回路及び過電流保護回路は、制御用ＥＣＵの電力により駆動されることが望ましい。   Further, it is desirable that the overvoltage protection circuit and the overcurrent protection circuit are driven by the electric power of the control ECU.

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。
（構成）
この実施例は、車両のイグナイタに本発明が適用された場合である。図１において、点火コイル（不図示）の１次コイル６０と制御用ＣＰＵ６５との間に制御ＩＣ（イグナイタ）１０が配置されている。１次コイル６０の他端は、バッテリ（不図示）に接続されている。制御用ＣＰＵ６５の制御信号がイグナイタ１０の入力端子１１に入力され、イグナイタ１０の制御信号が出力端子１２から１次コイル６０に出力される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
(Constitution)
In this embodiment, the present invention is applied to an igniter of a vehicle. In FIG. 1, a control IC (igniter) 10 is arranged between a primary coil 60 of an ignition coil (not shown) and a control CPU 65. The other end of the primary coil 60 is connected to a battery (not shown). The control signal of the control CPU 65 is input to the input terminal 11 of the igniter 10, and the control signal of the igniter 10 is output from the output terminal 12 to the primary coil 60.

イグナイタ１０は１次コイル６０の作動時期を制御する出力制御トランジスタ１５を含む。出力制御トランジスタ１５のコレクタが出力端子１２に接続され、エミッタは接地端子１３に接続され、ゲートが高位側配線６６により入力端子１１に接続されている。   The igniter 10 includes an output control transistor 15 that controls the operation timing of the primary coil 60. The collector of the output control transistor 15 is connected to the output terminal 12, the emitter is connected to the ground terminal 13, and the gate is connected to the input terminal 11 by the high-level wiring 66.

イグナイタ１０はさらに、コレクタに加わる過電圧（サージ電圧）から出力制御トランジスタ１５を保護する過電圧保護回路２０と、過大なコレクタ電流から出力制御トランジスタ１５を保護する過電流保護回路４０とを含む。   The igniter 10 further includes an overvoltage protection circuit 20 that protects the output control transistor 15 from an overvoltage (surge voltage) applied to the collector, and an overcurrent protection circuit 40 that protects the output control transistor 15 from an excessive collector current.

過電圧保護回路２０は第１電流検知トランジスタ２２と、比較器（コンパレータ）２５と、フリップフロップ回路３０と、ゲート電圧遮断トランジスタ３５とを含む。第１電流検知トランジスタ２２のコレクタが接続点６７で上記出力制御トランジスタ１５のコレクタに接続され、エミッタが抵抗２１を介して接地端子１３に、ゲートが第１抵抗２３を介して高位側配線６６上の接続点６８に、それぞれ接続されている。   The overvoltage protection circuit 20 includes a first current detection transistor 22, a comparator (comparator) 25, a flip-flop circuit 30, and a gate voltage cutoff transistor 35. The collector of the first current detection transistor 22 is connected to the collector of the output control transistor 15 at the connection point 67, the emitter is connected to the ground terminal 13 via the resistor 21, and the gate is connected to the high-level wiring 66 via the first resistor 23. The connection points 68 are connected respectively.

エミッタの出力がコンパレータ２５の第１入力端子に入力される。第２入力端子基準電流Ｖｒｅｆ１が入力されている。出力端子はＦＦ３０のセット端子Ｓに接続されリセット端子Ｒは接続点６９で高位側配線６６に接続されている。ＦＦ３０の出力端子がそのゲートに接続されたゲート電圧遮断トランジスタ３５のコレクタは上記接続点６８において高位側配線６６に接続されエミッタは低位側配線７１に接続されている。高位側配線６６には接続点６８と６９との間に抵抗７０が配置されている。   The output of the emitter is input to the first input terminal of the comparator 25. The second input terminal reference current Vref1 is input. The output terminal is connected to the set terminal S of the FF 30, and the reset terminal R is connected to the high-level wiring 66 at the connection point 69. The collector of the gate voltage cutoff transistor 35 having the output terminal of the FF 30 connected to its gate is connected to the high level wiring 66 at the connection point 68 and the emitter is connected to the low level wiring 71. A resistor 70 is disposed between the connection points 68 and 69 in the high-level wiring 66.

過電流保護回路４０は第２電流検知トランジスタ４２と、オペアンプ４５と、ゲート電流低減トランジスタ５０とを含む。第２電流検知トランジスタ４２のコレクタが接続点７３で上記出力制御トランジスタ１５のコレクタに接続されている。エミッタが第１抵抗４１を介して接地端子１３に接続され、ゲートが第１電流トランジスタ２２のゲートと上記接続点６８との間の接続点７４で高位側配線６６に接続されている。   The overcurrent protection circuit 40 includes a second current detection transistor 42, an operational amplifier 45, and a gate current reduction transistor 50. The collector of the second current detection transistor 42 is connected to the collector of the output control transistor 15 at the connection point 73. The emitter is connected to the ground terminal 13 via the first resistor 41, and the gate is connected to the high-level wiring 66 at a connection point 74 between the gate of the first current transistor 22 and the connection point 68.

エミッタの出力がオペアンプ４５の第１入力端子に入力される。第２入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力されている。出力端子がそのゲートに接続されたゲート電圧低減トランジスタ５０のコレクタは上記接続点６８よりも入力端子１１から遠い（出力制御トランジスタ１５のゲートに近い）接続点７６で高位側配線６６に接続されている。エミッタは上記ゲート電圧遮断トランジスタ３５のエミッタと接地端子１３との間の接続点７７で低位側配線７１に接続されている。高位側配線６６には接続点６８と７６との間に抵抗７８が配置されている。
（作用）
図２を参照しつつ実施例の作用を説明する。なお、左半分は電源からの通常状態（サージ電圧が印加されないない状態）を示し、右半分はサージ電圧が印加された状態を示す。
（１）通常状態
図２（ｂ）に示すように、１次コイル６０に接続された電源の電圧Ｂは一定値（例えば１２Ｖ）に維持されている。図２（ａ）に示すように、制御用ＣＰＵ６５から入力端子１１に点火信号Ａが印加される。 The output of the emitter is input to the first input terminal of the operational amplifier 45. The reference voltage Vref2 is input to the second input terminal. The collector of the gate voltage reducing transistor 50 whose output terminal is connected to its gate is connected to the high-level wiring 66 at a connection point 76 farther from the input terminal 11 than the connection point 68 (closer to the gate of the output control transistor 15). Yes. The emitter is connected to the lower wiring 71 at a connection point 77 between the emitter of the gate voltage cutoff transistor 35 and the ground terminal 13. A resistor 78 is disposed between the connection points 68 and 76 in the high-level wiring 66.
(Function)
The operation of the embodiment will be described with reference to FIG. The left half shows a normal state (a state where no surge voltage is applied) from the power source, and the right half shows a state where a surge voltage is applied.
(1) Normal State As shown in FIG. 2B, the voltage B of the power source connected to the primary coil 60 is maintained at a constant value (for example, 12V). As shown in FIG. 2A, the ignition signal A is applied from the control CPU 65 to the input terminal 11.

図２（ｃ）にｃ１で示すように、出力制御トランジスタ１５のコレクタからエミッタに流れる電流ＣがＲＣ時定数で上昇する。すると、第２電流検知トランジスタ４２で検知している出力制御トランジスタ１５のコレクタ電流のカレントミラーが上昇し、図２（ｅ）にｅ１で示すように、第２電流検知トランジスタ４２を流れる電流と抵抗４１との積が漸増する。図２（ｆ）にｆ１で示すように出力制御トランジスタ１５のゲート電圧Ｆは上昇し、図２（ｄ）にｄ１で示すように出力端子１３から１次コイル６０の出力電圧は低下する。   As indicated by c1 in FIG. 2 (c), the current C flowing from the collector to the emitter of the output control transistor 15 increases with the RC time constant. Then, the current mirror of the collector current of the output control transistor 15 detected by the second current detection transistor 42 rises, and the current and resistance flowing through the second current detection transistor 42 as indicated by e1 in FIG. The product with 41 gradually increases. The gate voltage F of the output control transistor 15 increases as indicated by f1 in FIG. 2 (f), and the output voltage of the primary coil 60 decreases from the output terminal 13 as indicated by d1 in FIG. 2 (d).

第２電流検知トランジスタ４２を流れる電流と抵抗４１との積と、オペアンプ４５にセットされた第２基準電圧Ｖｒｅｆ２との差が所定値よりも大きくなると、過電流制御に移行する。即ち、オペアンプ４５が電圧低減トランジスタ５０をオンさせ、出力制御トランジスタ１５のゲート電流を放流させる（絞る）。その結果、図２（ｃ）にｃ２で示すようにメイン電流は一定値に維持され、図２（ｆ）にｆ２で示すようにゲート電圧Ｆは下降し、図２（ｄ）にｄ２で示すように出力電圧Ｄは上昇する。
（２）サージ電圧の発生時
図２（ａ）に示す点火信号Ａのオン時、図２（ｂ）ｂで示すように電源にサージ電圧が発生すると、図２（ｃ）にｃ３で示すように、それまで過電流制御時と同様に上昇していたメイン電流が急激に上昇する。これに伴い、第１トランジスタ２２で検知している出力制御トランジスタ１５のコレクタ電流のカレントミラーも急に上昇する。 When the difference between the product of the current flowing through the second current detection transistor 42 and the resistor 41 and the second reference voltage Vref2 set in the operational amplifier 45 becomes larger than a predetermined value, the process proceeds to overcurrent control. That is, the operational amplifier 45 turns on the voltage reduction transistor 50 and discharges (squeezes) the gate current of the output control transistor 15. As a result, the main current is maintained at a constant value as indicated by c2 in FIG. 2 (c), the gate voltage F decreases as indicated by f2 in FIG. 2 (f), and indicated by d2 in FIG. 2 (d). Thus, the output voltage D rises.
(2) When a surge voltage is generated When the ignition signal A shown in FIG. 2 (a) is turned on, if a surge voltage is generated in the power source as shown in FIG. 2 (b) b, as indicated by c3 in FIG. 2 (c). In addition, the main current that has been increasing in the same manner as during overcurrent control increases rapidly. Along with this, the current mirror of the collector current of the output control transistor 15 detected by the first transistor 22 also suddenly rises.

その結果、それまで過電流制御時と同様に上昇していた、第１電流検知トランジスタ２２を流れる電流と抵抗２１との積できまる電力が、図２（ｅ）にｅ３で示すように急激に上昇する。そして、コンパレータ２５にセットされた基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、ｅ４で示すように瞬時に下降し、フリップフロップ３０がその状態を保持する。図２（ｆ）にｆ４で示すように、電圧遮断トランジスタ３５が出力制御トランジスタのゲート電圧をゼロにする。こうして、図２（ｃ）にｃ４で示すようにメイン電流はそれ以上の上昇がストップし、一定値に保持される。
（効果）
本実施例によれば以下の効果が得られる。第１に、過電流保護回路４０の他に過電圧保護回路２０を設けたので、出力制御トランジスタ１５が電源の過電流から保護されると共に、サージ電圧から保護される。しかも、以下の理由によりサージ電圧からの保護は確実である。 As a result, the power that has been increased in the same way as during overcurrent control and that can be accumulated by the current flowing through the first current detection transistor 22 and the resistor 21 suddenly increases as indicated by e3 in FIG. 2 (e). To rise. When the voltage exceeds the reference voltage Vref1 set in the comparator 25, the voltage drops instantaneously as indicated by e4, and the flip-flop 30 holds the state. As indicated by f4 in FIG. 2 (f), the voltage cutoff transistor 35 makes the gate voltage of the output control transistor zero. Thus, as indicated by c4 in FIG. 2 (c), the main current stops rising further and is held at a constant value.
(effect)
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. First, since the overvoltage protection circuit 20 is provided in addition to the overcurrent protection circuit 40, the output control transistor 15 is protected from the overcurrent of the power supply and from the surge voltage. Moreover, protection from surge voltage is reliable for the following reasons.

まず、コンパレータ２５により制御されるゲート電圧遮断トランジスタ３５と配線６６との接続点６８は、オペアンプ４５により制御されるゲート電圧低減トランジスタ５０と配線６６との接続線７６よりも入力端子１１側、換言すれば出力制御トランジスタ１５のゲートから離れた位置にある。   First, the connection point 68 between the gate voltage cutoff transistor 35 controlled by the comparator 25 and the wiring 66 is closer to the input terminal 11 side than the connection line 76 between the gate voltage reducing transistor 50 controlled by the operational amplifier 45 and the wiring 66. In this case, the output control transistor 15 is located away from the gate.

よって、第１電流検知トランジスタ２２のゲートにはオペアンプ４５によるフィードバック（電圧低減作用）を受けていない比較的高い電圧が印加され、それに応じてコンパレータ２５がゲート電流遮断トランジスタ３５を作動させる。しかも、コンパレータ２５の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１はオペアンプ４５の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高く設定されている。こうして、出力制御トランジスタ１５にサージ電圧が印加される直前にそのゲート電圧をオフにする。   Therefore, a relatively high voltage that is not subjected to feedback (voltage reduction action) by the operational amplifier 45 is applied to the gate of the first current detection transistor 22, and the comparator 25 operates the gate current cutoff transistor 35 accordingly. Moreover, the first reference voltage Vref1 of the comparator 25 is set higher than the second reference voltage Vref2 of the operational amplifier 45. Thus, the gate voltage is turned off immediately before the surge voltage is applied to the output control transistor 15.

第２に、過電圧保護回路２０及び過電流保護回路４０を含むイグナイタ１０は、１次コイル６０が接続された電源の電圧ではなく、制御用ＣＰＵ６５からの電圧で駆動される。制御用ＣＰＵ６５の電源電圧は変動が小さいので、そのサージ電圧により出力制御トランジスタ１５が破壊される心配はない。
＜比較例＞
比較例として、制御用ＣＰＵからの制御信号を制御ＩＣの電源として利用することも考えられる。しかし制御ＩＣは電源の電圧に関する情報がない。そのため制御ＩＣの作動中に電源から印加される過電圧からトランジスタを保護することはできない。 Secondly, the igniter 10 including the overvoltage protection circuit 20 and the overcurrent protection circuit 40 is driven not by the voltage of the power source to which the primary coil 60 is connected but by the voltage from the control CPU 65. Since the power supply voltage of the control CPU 65 varies little, there is no fear that the output control transistor 15 is destroyed by the surge voltage.
<Comparative example>
As a comparative example, it is also conceivable to use a control signal from the control CPU as a power source for the control IC. However, the control IC has no information regarding the voltage of the power supply. Therefore, the transistor cannot be protected from an overvoltage applied from the power supply during the operation of the control IC.

本発明の実施例を示す回路説明図である。It is circuit explanatory drawing which shows the Example of this invention. （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）及び（ｆ）は実施例の作動を示すタイムチャートである。(A) (b) (c) (d) (e) and (f) are time charts showing the operation of the embodiment. 従来例を示す回路説明図である。It is circuit explanatory drawing which shows a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１０：イグナイタ（制御ＩＣ） １５：出力制御トランジスタ
２０：過電圧保護回路
２２：第１電流検知トランジスタ
２５：コンパレータ ３０：フリップフロップ
３５：ゲート電圧遮断トランジスタ
４０：過電流保護回路 ４２：第２電流検知トランジスタ
４５：オペアンプ ５０：ゲート電圧低減トランジス 10: igniter (control IC) 15: output control transistor 20: overvoltage protection circuit 22: first current detection transistor 25: comparator 30: flip-flop 35: gate voltage cutoff transistor 40: overcurrent protection circuit 42: second current detection transistor 45: Operational amplifier 50: Gate voltage reduction transistor

Claims (6)

電源に接続された負荷にコレクタが接続され、負荷を制御するための電圧がゲートに入力される出力制御トランジスタを電源の過電圧から保護する保護回路であって、
前記出力制御トランジスタのコレクタ電流を検知する第１電流検知手段と、
検知されたコレクタ電流による電圧を予め設定された第１基準電圧と比較する比較手段と、
前記電源の過電圧により、検知した電圧が該第１基準電圧よりも高いとき、該出力制御トランジスタのゲート電圧をゼロにするゲート電圧遮断手段と、を含む過電圧保護回路を備えた、ことを特徴とするトランジスタの保護回路。 A protection circuit that protects an output control transistor in which a collector is connected to a load connected to a power supply and a voltage for controlling the load is input to a gate from an overvoltage of the power supply,
First current detection means for detecting a collector current of the output control transistor;
A comparing means for comparing a voltage due to the detected collector current with a preset first reference voltage;
And an overvoltage protection circuit including gate voltage cut-off means for making the gate voltage of the output control transistor zero when the detected voltage is higher than the first reference voltage due to an overvoltage of the power supply. Transistor protection circuit. 更に、前記コレクタ電流を検知する第２電流検知手段と、検知されたコレクタ電流による電圧と予め設定された第２基準電圧との差を所定値以下に保つ作動増幅器と、過電流により電圧の差が所定値を超えたとき前記ゲート電圧を低減させるゲート電圧低減手段とを含む過電流保護回路を備えた請求項１の保護回路。   Further, the second current detecting means for detecting the collector current, an operational amplifier for keeping the difference between the detected collector current voltage and the preset second reference voltage below a predetermined value, and the voltage difference due to overcurrent 2. The protection circuit according to claim 1, further comprising an overcurrent protection circuit including gate voltage reduction means for reducing the gate voltage when the voltage exceeds a predetermined value. 前記ゲート電圧遮断手段は、前記ゲート電圧低減手段による電圧低減作用を受けない請求項２に記載の保護回路。   The protection circuit according to claim 2, wherein the gate voltage cutoff unit is not subjected to a voltage reduction action by the gate voltage reduction unit. 前記第１電流検知手段及び前記第２電流知手段は前記出力制御トランジスタのコレクタ電流のカレントミラーを利用している請求項３に記載の保護回路。   4. The protection circuit according to claim 3, wherein the first current detection unit and the second current detection unit use a current mirror of a collector current of the output control transistor. 前記第１基準電圧は前記第２基準電圧よりも高い請求項３に記載の保護回路。   The protection circuit according to claim 3, wherein the first reference voltage is higher than the second reference voltage. 前記過電圧保護回路及び前記過電流保護回路は制御用ＥＣＵの電圧により駆動される請求項３に記載の保護回路。   The protection circuit according to claim 3, wherein the overvoltage protection circuit and the overcurrent protection circuit are driven by a voltage of a control ECU.
JP2003271891A 2003-07-08 2003-07-08 Transistor protection circuit Pending JP2005033611A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003271891A JP2005033611A (en) 2003-07-08 2003-07-08 Transistor protection circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003271891A JP2005033611A (en) 2003-07-08 2003-07-08 Transistor protection circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005033611A true JP2005033611A (en) 2005-02-03

Family

ID=34209609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003271891A Pending JP2005033611A (en) 2003-07-08 2003-07-08 Transistor protection circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005033611A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009193122A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Denso Corp Abnormal current detection circuit
WO2014171278A1 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 富士電機株式会社 Switching element drive circuit
CN106797214A (en) * 2015-03-09 2017-05-31 富士电机株式会社 Drive circuit and semiconductor module
JP2017126953A (en) * 2016-01-15 2017-07-20 富士電機株式会社 Semiconductor device
US11028814B2 (en) 2017-06-30 2021-06-08 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device for internal combustion engine ignition
US11644003B2 (en) 2020-10-27 2023-05-09 Denso Corporation Ignition device for internal combustion engine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009193122A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Denso Corp Abnormal current detection circuit
US9748942B2 (en) 2013-04-18 2017-08-29 Fuji Electric Co., Ltd. Switching element driving circuit
WO2014171278A1 (en) * 2013-04-18 2014-10-23 富士電機株式会社 Switching element drive circuit
CN105027442A (en) * 2013-04-18 2015-11-04 富士电机株式会社 Switching element drive circuit
JP6061025B2 (en) * 2013-04-18 2017-01-18 富士電機株式会社 Switching element drive circuit
US10574225B2 (en) 2015-03-09 2020-02-25 Fuji Electric Co., Ltd. Driving circuit and semiconductor module
CN106797214A (en) * 2015-03-09 2017-05-31 富士电机株式会社 Drive circuit and semiconductor module
CN107070438A (en) * 2016-01-15 2017-08-18 富士电机株式会社 Semiconductor device
JP2017126953A (en) * 2016-01-15 2017-07-20 富士電機株式会社 Semiconductor device
US10554037B2 (en) 2016-01-15 2020-02-04 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor apparatus
CN107070438B (en) * 2016-01-15 2022-01-14 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
US11028814B2 (en) 2017-06-30 2021-06-08 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device for internal combustion engine ignition
US11644003B2 (en) 2020-10-27 2023-05-09 Denso Corporation Ignition device for internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4589966B2 (en) Power supply control device and semiconductor device
JP4579293B2 (en) Power supply control device
CN107276571B (en) System and method for high side power switch
JP5430608B2 (en) Semiconductor switching element drive circuit
US8975940B2 (en) Semiconductor device
JP3607902B2 (en) Ignition device for internal combustion engine
US6181186B1 (en) Power transistor with over-current protection controller
JP4398312B2 (en) Semiconductor switch control device
JP2011124269A (en) Power semiconductor device for igniter
US6169439B1 (en) Current limited power MOSFET device with improved safe operating area
JP7056160B2 (en) Internal combustion engine ignition system
JP2010104079A (en) Load driver
JP2003274672A (en) Semiconductor switching apparatus
JP2005033611A (en) Transistor protection circuit
US6429631B2 (en) Regulated power source circuit including an overcurrent detecting mechanism for eliminating loss in the output control element
JP4913376B2 (en) Semiconductor integrated circuit device
JP2006352931A (en) Switching element protection circuit
JP4651100B2 (en) Power supply control device
EP1610464A2 (en) Protection circuit and method for protecting a switch from a fault
JP2005312099A (en) Intelligent power device and its load short circuit protection method
JP3679524B2 (en) Transistor overcurrent protection circuit
CN109667694B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
US20200286882A1 (en) Semiconductor integrated circuit
JP2004236485A (en) Overcurrent detecting circuit for voltage-driving element
JPH07283367A (en) Overvoltage protective circuit