JP2854010B2 - Semiconductor switch circuit - Google Patents
Semiconductor switch circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、負荷電流切断用半導体スイッチ回路に関
し、特に、高効率、高速スイッチを可能とするスイッチ
回路に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor switch circuit for disconnecting a load current, and more particularly to a switch circuit that enables high-efficiency and high-speed switching.
従来の技術 従来この種の半導体スイッチ回路は、第3図に示すよ
うに、パワートランジスタQ1を用い、スイッチ制御電圧
源eiの一端がエミッタに接続され、他端がベース電流制
限用直列抵抗Rxを介してベースに接続され、且つ該ベー
スには、負荷電流Ioの想定される最大に対してもパワー
トランジスタQ1のON時、充分に飽和させON速度を速め、
ON抵抗を小さくするように、充分なベース電流を与える
ように設定している。さらに、OFF時はOFF速度を速める
ため、ON時に蓄えられたベース電荷を速やかに引抜く為
の抵抗Ryがベースとエミッタ間に接続されていた。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 3, this type of semiconductor switch circuit uses a power transistor Q1, one end of a switch control voltage source ei is connected to an emitter, and the other end is a base current limiting series resistor Rx. via is connected to the base, and the said base, when oN of the power transistor Q 1 with respect to the maximum envisaged the load current Io, accelerate the oN rate is sufficiently saturated,
It is set to give a sufficient base current to reduce the ON resistance. Furthermore, in order to increase the OFF speed at the time of OFF, a resistor Ry for rapidly extracting the base charge stored at the time of ON is connected between the base and the emitter.
発明が解決しようとする課題 ところで、従来の回路ではON時、負荷電流とは無関係
にベース電流をパワートランジスタに与えていた為、負
荷が軽い時即ち負荷電流が小さい時は必要以上のベース
電流が与えられ、ベースの蓄積電荷が大きくなり、OFF
速度が遅くなり、高速スイッチが難しいのみでなく、必
要以上に与えられたベース電流はスイッチ回路の効率を
大きく下げると言う欠点があった。そこでこの発明は簡
単な回路構成であって、ON時にそのコレクタ・エミッタ
間飽和電圧に応じてベース電流をトランジスタを飽和さ
せるが過剰には流れれないように制御する可変インピー
ダンス回路をパワートランジスタのベースに接続して上
記問題を解決する。Problems to be Solved by the Invention By the way, in the conventional circuit, at the time of ON, the base current is applied to the power transistor irrespective of the load current, so that when the load is light, that is, when the load current is small, the base current more than necessary is necessary. Given, the accumulated charge on the base increases,
Not only is the speed slow, making high-speed switching difficult, but also the base current given unnecessarily reduces the efficiency of the switch circuit significantly. Therefore, the present invention has a simple circuit configuration, and a variable impedance circuit that saturates the base current according to the collector-emitter saturation voltage at the time of ON, but does not flow excessively, is used as the base of the power transistor. To solve the above problem.
課題を解決するための手段 本発明の半導体スイッチ回路はパワートランジスタを
スイッチング素子とし、スイッチ制御電圧源の信号で駆
動される半導体スイッチ回路において、前記パワートラ
ンジスタのベース・エミッタ間にベースの蓄積電荷を引
き抜く回路を接続すると共に、前記パワートランジスタ
のベースにエミッタを接続し、前記スイッチ制御電圧源
にコレクタを接続し、コレクタとベースを抵抗R1で接続
し、ベースを抵抗R3とダイオードとの直列回路を介して
前記パワートランジスタのコレクタに接続した第2のト
ランジスタでなり、前記パワートランジスタのON時にそ
のコレクタ・エミッタ間飽和電圧に応じてそのベースの
電流を制御する可変インピーダンス回路を設け、前記パ
ワートランジスタを飽和させるが過剰にはベース電流が
流れれないようにしたことを特徴とする。Means for Solving the Problems In a semiconductor switch circuit of the present invention, a power transistor is used as a switching element, and in a semiconductor switch circuit driven by a signal of a switch control voltage source, a base accumulated charge between a base and an emitter of the power transistor. with connecting circuits pulling, the base connected to the emitter of the power transistor, a collector connected to said switch control voltage source, a collector connected to the base by a resistor R 1, a series of base resistance R 3 and the diode A variable impedance circuit comprising a second transistor connected to the collector of the power transistor via a circuit, and controlling a base current according to the collector-emitter saturation voltage when the power transistor is turned on; Saturate the transistor but base too much Flow, characterized in that said on avoid flow.
作用 上記構成により、パワートランジスタのON抵抗特性や
スイッチ制御電圧源の電圧に対応して抵抗R1,R3を選ん
でパワートランジスタのON時に負荷が軽い場合でもその
コレクタ・エミッタ間飽和電圧に応じてそのベースの電
流を制御する可変インピーダンス回路を前記パワートラ
ンジスタを飽和させるが過剰にはベース電流が流れれな
いようにして設けたので、ベースの蓄積電荷は必要最低
限に抑えられ、またベース・エミッタ間にはベースの蓄
積電荷を引き抜く回路を接続したので、その電荷を引抜
くのが容易であり、OFF速度が速くなり、またパワート
ランジスタを飽和させるに足るベース電流は流すのでON
速度は速いくON抵抗は小さい。そして過剰なベース電流
を流さないこととあいまってスイッチ回路の電力効率を
も改善できる。Function With the above configuration, the resistors R 1 and R 3 are selected in accordance with the ON resistance characteristics of the power transistor and the voltage of the switch control voltage source, and according to the collector-emitter saturation voltage of the power transistor even when the load is light when the power transistor is ON. A variable impedance circuit for controlling the base current is provided so as to saturate the power transistor but prevent the base current from flowing excessively, so that the accumulated charge in the base can be minimized. Since a circuit for extracting the accumulated charge of the base is connected between the emitters, it is easy to extract the charge, the OFF speed becomes faster, and the base current enough to saturate the power transistor flows, so the ON
Speed is fast and ON resistance is small. In addition, the power efficiency of the switch circuit can be improved in combination with not allowing an excessive base current to flow.
実施例 以下、この発明について、図面を参照して説明する。Embodiments Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は、この発明の一実施例の半導体スイッチ回路
図である。図において、Q1はスイッチング用のNPNパワ
ートランジスタ、Aは本発明に従って設けた可変インピ
ーダンス回路である。パワートランジスタQ1のエミッタ
はGNDに、ベースは可変インピーダンス回路Aを介して
スイッチ制御電圧源eiの一端に接続され、本電圧源eiの
他端はGNDに接続されている。そしてパワートランジス
タQ1のベースとエミッタ間はベースの蓄積電荷を引抜く
為の回路として抵抗R2で接続されている。FIG. 1 is a semiconductor switch circuit diagram of one embodiment of the present invention. In FIG, Q 1 is a variable impedance circuit provided NPN power transistor for switching, A is according to the present invention. The emitter of the power transistor Q 1 is to GND, the base is connected to one end of the switch controlled voltage source ei through a variable impedance circuit A, the other end of the voltage source ei is connected to GND. And between the base and emitter of the power transistor Q 1 is connected by a resistor R 2 as a circuit for withdrawing the base of the accumulated charge.
可変インピーダンス回路Aはコレクタがスイッチ制御
電圧源ei側、エミッタがパワートランジスタQ1のベース
側に接続されるNPNトランジスタ(第2のトランジス
タ)でなり、そのコレクタ・ベース間は抵抗R1で接続さ
れ、ベースは抵抗R3とパワートランジスタQ1側をカソー
ドとするダイオードDとの直列回路を介してパワートラ
ンジスタQ1のコレクタに接続される。Variable impedance circuit A collector switch control voltage source ei side, the emitter is an NPN transistor connected to the base of the power transistor Q 1 (second transistor), between the collector-base connected by a resistor R 1 , base connected to the collector of the power transistor Q 1 via a series circuit of a diode D to the resistance R 3 and the power transistor Q 1 side and the cathode.
次に上記構成のスイッチ回路の動作に付いて説明す
る。Next, the operation of the switch circuit having the above configuration will be described.
今、スイッチ制御電圧源eiが正電圧EONを出力したと
する。トランジスタQ1,Q2のベース・エミッタ電圧をそ
れぞれVBE1,VBE2、コレクタ・エミッタ電圧をそれぞれV
CE1,VCE2、ダイオードDのアノード・カソード間電圧を
VDとすると、トランジスタQ2のエミッタ電流I1は次式
で与えられる。Now, it is assumed that the switch control voltage source ei outputs the positive voltage E ON . The base-emitter voltages of transistors Q 1 and Q 2 are V BE1 and V BE2 respectively, and the collector-emitter voltages are V
CE1 , V CE2 and the voltage between the anode and cathode of the diode D
When V D, the emitter current I 1 of the transistor Q 2 is given by the following equation.
I1={(EON−VBE1−VBE2)/R1−(VBE1+VBE2−VCE1 −VD)/R3}*hfe2 …… ここで、hfe2はトランジスタQ2の電流増幅率である。 I 1 = {(E ON -V BE1 -V BE2) / R 1 - (V BE1 + V BE2 -V CE1 -V D) / R 3} * h fe2 ...... Here, h fe2 the transistor Q 2 current Amplification rate.
又、トランジスタQ1のベース電流IB1は、 IB1=I1−VBE1/R2 …… で与えられる。Also, the base current I B1 of the transistor Q 1 is given by I B1 = I 1 -V BE1 / R 2 .......
式においてVCE1が小さくなれば、即ち小さな電圧で
パワートランジスタが飽和すればトランジスタQ2のエミ
ッタ電流I1を減ずる作用があることがわかる。It can be seen from the equation that if V CE1 is small, that is, if the power transistor is saturated with a small voltage, the effect of reducing the emitter current I 1 of the transistor Q 2 is obtained.
又特例といて抵抗R1,R3が等しくR1=R3=Rとおくと
式は、 IB1=〔{EON−2(VBE1+VBE2)+VCE1+VD}/R〕 *hfe2−VBE1/R2 …… となる。As a special case, if the resistances R 1 and R 3 are equal and R 1 = R 3 = R, the equation is: I B1 = [{E ON -2 (V BE1 + V BE2 ) + V CE1 + V D } / R] * h fe2 −V BE1 / R 2 ……
ここでスイッチの負荷電流をIO,トランジスタQ1の飽
和ON抵抗をrSC1とすると VCE1≒rSC1*Io …… となる。Here, assuming that the load current of the switch is I O and the saturation ON resistance of the transistor Q 1 is r SC1 , V CE1 ≒ r SC1 * I o .
式,よりIB1は IB1=〔{EON−2(VBE1+VBE2)+rSC1*Io +VD}/R〕 *hfe2−VBE1/R2 …… となる。ここでトランジスタQ1,Q2のベース・エミッタ
間電圧VBE1,VBE2とダイオードDのアノード・カソード
間電圧VDの負荷電流Ioの変動に対応した変動が無視でき
るほどにに小さいとした粗い近似を行なってトランジス
タQ1のベース電流IB1の負荷電流Ioに対する関連を求め
ると。Wherein more I B1 becomes I B1 = [{E ON -2 (V BE1 + V BE2) + r SC1 * I o + V D} / R ] * h fe2 -V BE1 / R 2 ....... Here, it is assumed that the fluctuations corresponding to the fluctuations of the load current Io of the base-emitter voltages V BE1 , V BE2 of the transistors Q 1 , Q 2 and the anode-cathode voltage V D of the diode D are negligibly small. When obtaining the relevant for the load current I o of the base current I B1 of the transistor Q 1 performs a rough approximation.
d(IB1)/d(Io)=(rSC1/R)*hfe2 となり、飽和状態を示すトランジスタQ1の飽和ON抵抗r
SC1を比例常数としてベース電流IB1の変化d(IB1)は
コレクタ電流Ioの変化d(Io)に比例する。即ち、負荷
電流Ioに応じた電流が、トランジスタQ1のベース電流と
して流れることがわかる。d (I B1 ) / d (I o ) = (r SC1 / R) * h fe2 , and the saturation ON resistance r of the transistor Q 1 indicating the saturation state
SC1 changes in the base current I B1 as a proportional constant d (I B1) is proportional to the change of the collector current I o d (I o). That is, current corresponding to the load current I o It can be seen that flows as the base current of the transistor Q 1.
従って、トランジスタQ1に過大ベース電流を流すこと
が無いので、ベース蓄積電荷も小さく抑えられ、比較的
高抵抗の抵抗R2での電荷引抜きも容易となり、OFF速度
が速くなるのみでなく、過大ベース電流による電力損失
をなくす効果がある。Therefore, since there is no flow of excessive base current to the transistor Q 1, the base accumulated charge is suppressed small, relatively charge withdrawal of a resistor R 2 of high resistance is facilitated, not only the OFF speed increases, excessive This has the effect of eliminating power loss due to base current.
第2図はこの発明の第2の実施例を示す回路図であ
る。本実施例は、第1の実施例の内、抵抗R2の代わり
に、ベースの蓄積電荷を更に早く引抜くために、トラン
ジスタQ3及びインバータQ4を追加し、スイッチング特性
を更に高めた実施例である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment, implementation of the first embodiment, in place of the resistor R 2, in order to pull out more quickly based accumulated charge, add the transistor Q 3 and the inverter Q 4, further enhanced switching characteristics It is an example.
動作を説明すると、スイッチ制御電圧源eiの出力電圧
がスイッチON電圧EONから0Vに切替わった時に、インバ
ータQ4の出力がHighとなり、トランジスタQ3のベースを
ドライブし、トランジスタQ1のON時に蓄積したベースの
電荷を抵抗R2に比し極めて低いトランジスタQ3の飽和ON
抵抗で引抜けるため、極めて高速なスイッチングが可能
となる利点を有する。In operation, when the output voltage of the switch control voltage source ei is switched to 0V from the switch ON voltage E ON, the output of the inverter Q 4 is drive becomes High, the base of the transistor Q 3, ON transistor Q 1 very low saturation oN of the transistor Q 3 than the at accumulated based charges to the resistor R 2
Since it is pulled out by a resistor, there is an advantage that extremely high-speed switching is possible.
発明の効果 以上説明したように、本発明はスイッチングトランジ
スタのベース電流を負荷電流に応じ自動的に制御する可
変インピーダンス回路を、比較的小さい小規模な回路で
構成して設けたので、高速、高効率な半導体スイッチを
集積回路へ取り込むのに容易である等、大きな効果を有
する。As described above, according to the present invention, a variable impedance circuit that automatically controls the base current of the switching transistor according to the load current is provided as a relatively small-scale circuit, so that the high-speed, high-speed It has a great effect, for example, it is easy to incorporate an efficient semiconductor switch into an integrated circuit.
尚、本実施例でスイッチング素子としてNPNトランジ
スタを例としたが、PNPトランジスタにても同様に達成
しうることは言うまでもない。Although an NPN transistor is used as an example of a switching element in this embodiment, it is needless to say that a PNP transistor can similarly be used.
第1図はこの発明の第1の実施例の半導体スイッチ回路
図、第2図はこの発明の第2の実施例の半導体スイッチ
回路図である。 第3図は従来の半導体スイッチ回路図である。 Q1,Q2,Q3……トランジスタ、 R1,R2,R3,Rx,Ry……抵抗、 ei……スイッチ制御電圧源、 Q4……インバータ、 A……可変インピーダンス回路。FIG. 1 is a semiconductor switch circuit diagram according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a semiconductor switch circuit diagram according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional semiconductor switch. Q 1 , Q 2 , Q 3 ... transistor, R 1 , R 2 , R 3 , Rx, Ry ... resistor, ei ... switch control voltage source, Q 4 ... inverter, A ... variable impedance circuit.
Claims (1)
し、スイッチ制御電圧源の信号で駆動される半導体スイ
ッチ回路において、 前記パワートランジスタのベース・エミッタ間にベース
の蓄積電荷を引き抜く回路を接続すると共に、 前記パワートランジスタのベースにエミッタを接続し、
前記スイッチ制御電圧源にコレクタを接続し、コレクタ
とベースを抵抗R1で接続し、ベースを抵抗R3とダイオー
ドとの直列回路を介して前記パワートランジスタのコレ
クタに接続した第2のトランジスタでなり、前記パワー
トランジスタのON時にそのコレクタ・エミッタ間飽和電
圧に応じてそのベースの電流を制御する可変インピーダ
ンス回路を設け、前記パワートランジスタを飽和させる
が過剰にはベース電流が流れれないようにしたことを特
徴とする半導体スイッチ回路。1. A semiconductor switch circuit comprising a power transistor as a switching element and driven by a signal from a switch control voltage source, wherein a circuit for extracting a charge stored in a base is connected between a base and an emitter of the power transistor. Connect the emitter to the base of the transistor,
A collector connected to said switch control voltage source, a collector connected to the base by the resistors R 1, made of a second transistor connected to the collector of the power transistor base via a series circuit of a resistor R 3 and a diode A variable impedance circuit for controlling the base current in accordance with the collector-emitter saturation voltage when the power transistor is turned on to saturate the power transistor but prevent excessive base current from flowing. A semiconductor switch circuit characterized by the above-mentioned.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1021932A JP2854010B2 (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Semiconductor switch circuit |
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JP1021932A JP2854010B2 (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Semiconductor switch circuit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02202117A JPH02202117A (en) | 1990-08-10 |
JP2854010B2 true JP2854010B2 (en) | 1999-02-03 |
Family
ID=12068825
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP1021932A Expired - Lifetime JP2854010B2 (en) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | Semiconductor switch circuit |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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WO2019142235A1 (en) | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 新電元工業株式会社 | Vehicle power supply control circuit, vehicle control device, and vehicle power supply control circuit control method |
Family Cites Families (1)
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---|---|---|---|---|
JPS61277222A (en) * | 1985-06-01 | 1986-12-08 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Unsaturated driving circuit for transistor |
-
1989
- 1989-01-30 JP JP1021932A patent/JP2854010B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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