JP3956612B2 - 電界効果トランジスタの保護回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタの保護回路に関し、詳しくは、少ない電力で電界効果トランジスタを保護することができる安価な電界効果トランジスタの保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、入力インピーダンスが高く、消費電力が極めて少ない電界効果トランジスタ(以下、単にFETという)は、コンピュータのスイッチング素子や電力制御用素子として広く使用されているが、このFETにはその種類や仕様毎にドレイン−ソース間に印加し得る最大の電圧(VSD)が定められている。
【0003】
したがって、印加電圧が定められた値を一瞬でも超えた場合には、FETは破壊されてしまうため、その定められた値以上の電圧が加わるおそれのある用途には、過電圧保護回路を用いている。従来のこの種の過電圧保護回路としては、ツェナーダイオードを用いたものがあり、例えば、図2、3のように示される
【0004】
図2において、1はバッテリー、2は車両に搭載されたランプ等の負荷、3はツェナーダイオード、4はFET、5はFETのゲートGの保護抵抗、6はマイコン出力オフ時におけるレベル固定用抵抗であり、ツェナーダイオード3はFET4のドレインDとアースの間に逆方向に介装されている。
【0005】
この回路にあっては、マイコンMからFET4のゲートGに電圧が印加されると、FET4がオンしドレインDからソースS間に電流が流れるようになるので、バッテリー1の電圧によってランプ2が点灯するようになっている。
【0006】
一方、FET4のドレインDにツェナーダイオード3のツェナー電圧以上の過電圧が印加されると、FET4のドレインDとソースS間の電圧はツェナー効果によりツェナー電圧に保たれることになり、FET4を保護している。
【0007】
一方、図にあっては、ツェナーダイオード7をFET4のドレインDとゲートGの間に逆方向に設け、FET4のドレインDにツェナーダイオード7のツェナー電圧以上の過電圧が印加されると、ツェナー効果によりツェナーダイオード7を通してFET4のゲートGに電圧が印加されてFET4がオンする。このため、オンしたFET4はドレインDとソースS間の電圧をVSD未満に下げることにより、FET4を保護している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の保護回路にあっては、ツェナーダイオード3の過電圧のエネルギーを消費するため、ツェナーダイオード3に大きなエネルギーが加わり、消費電力のワット(W)数の大きなツェナーダイオード3が必要になる。このため、大きな形状のツェナーダイオードを用いなければならず、その部品取付けスペースを大きくしたり、また、大きな形状のツェナーダイオードは高価なので、その分だけ保護回路のコストが増大してしまうという問題があった。
【0009】
また、後者の保護回路にあっては、ツェナーダイオード7をFET4のドレインDとゲートGに逆方向に設けたため、ツェナーダイオード7のリーク電流が大きいという特性故に、過電圧が加わらない状態(通常状態)でもFET4がオンしてしまうことがあり、負荷側のランプ2が誤点灯してしまう等のおそれがあった。
【0010】
そこで本発明は、安価な構成でFETを確実に保護することができるとともに、FETの通常動作に影響を与えるのを防止することができる電界効果トランジスタの保護回路を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、上記課題を解決するために、負荷が接続されるとともに、マイコンによりゲートに入力される電圧によって前記負荷を駆動する電界効果トランジスタを有し、前記負荷側から入力される過電圧から前記電界効果トランジスタを保護する保護回路において、前記電界効果トランジスタのドレインとゲート間に逆方向のツェナーダイオードおよび少なくとも1つ以上のトランジスタを直列に接続し、前記マイコンで用いられる基準電圧を前記1つ以上のトランジスタのうちの最終のトランジスタのエミッタに印加するとともに、前記最のトランジスタのコレクタを前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記過電圧が前記ツェナーダイオードおよび前記1つ以上のトランジスタの順に伝達されたときに、前記ツェナーダイオードに流れるツェナー電流によって前記1つ以上のトランジスタをオンし、前記最終のトランジスタにより前記ゲートに印加される前記基準電圧によって前記電界効果トランジスタをオンするようにしたことを特徴としている。
【0012】
その場合、負荷側から過電圧が印加され、この過電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧値以上になると、ツェナー効果によりツェナーダイオードにツェナー電流が流れ、この電流によってトランジスタがオンしてFETをオンすることにより、ドレインおよびソース間に加わる過電圧を低く抑えることができる。
【0013】
このため、ツェナーダイオードのリーク電流を考慮する必要がなく、FETの通常動作に影響を与えるのを防止することができる。
【0014】
また、FETの耐圧よりも低いツェナー電圧のツェナーダイオードを選定することができることから、ツェナーダイオードの形状が小さくて済み、トランジスタその他の部品を入れても大きなツェナーダイオードを用いるよりもスペース的にも有利になるとともに、コストの低減を図ることができる。
【0015】
第2の発明は、上記課題を解決するために、前記ツェナーダイオードに流れるツェナー電流を制限する電流制限抵抗を前記ツェナーダイオードと直列に設けたことを特徴としている。
【0016】
その場合、ツェナーダイオードに流れる電流を制限してW数を下げることができるため、ツェナーダイオードの形状をより小さくすることができるとともに、コストをより一層低減することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1は本発明に係る電界効果トランジスタの保護回路の一実施形態を示す図である。
【0019】
まず、構成を説明する。図1において、10はFETの保護回路であり、この保護回路10は、資源であるバッテリー11、車両に搭載されたランプ等の負荷12、FET13、ツェナーダイオード14、トランジスタ15、16、保護抵抗17、レベル固定用抵抗18、および電流制限抵抗19から構成されている。
【0020】
FET13はドレインDに他端がバッテリー11に接続されたランプ12が接続されており、ゲートGにマイコンMの出力電圧が印加されるようになっている。
【0021】
また、ツェナーダイオード14およびトランジスタ15、16はFET13のドレインDとゲートG間に直列に接続されている。具体的には、ツェナーダイオード14はFET13のドレインDとトランジスタ15のベースの間に電流制限抵抗19を通して逆方向に介装されており、このトランジスタ15のコレクタはトランジスタ16のベースに接続されている。また、トランジスタ16のエミッタにはマイコンMで用いられる基準電圧Vcc(5V)が印加されるようになっており、このトランジスタ16のコレクタはFET13のゲートに接続されている。なお、本実施形態では、FET13の耐圧よりも低いツェナー電圧のツェナーダイオード14が用いられている。
【0022】
また、保護抵抗17はFET13のゲートを安定させる抵抗であり、レベル固定用抵抗18はマイコンMのオフ時のFET13のゲート電圧を0(V)に固定するレベル固定用のものである。また、電流制限抵抗19はツェナーダイオード14に流れる電流の制限を行なう抵抗である。
【0023】
次に、作用を説明する。
【0024】
まず、ランプ12を点灯させるには、マイコンMからFET13に電圧を印加すると、FET13がオンしドレインDおよびソースS間に電流が流れてバッテリー11の電圧によってランプ12が点灯するようになっている。
【0025】
一方、バッテリー11からランプ12を通してFET13のドレインDに過電圧が印加された場合には、この過電圧がツェナーダイオード14のツェナー電圧値以上になると、ツェナー効果によりツェナーダイオード14にツェナー電流が流れ、この電流によってトランジスタ15、16がオンしてFET13のゲートに基準電圧Vccが印加されてFET13がオンするため、ドレインDおよびソースS間に加わる過電圧が低く抑えられる。このとき、ツェナーダイオード14は電流制限抵抗19に直列に接続されているため、ツェナーダイオード14に流れるツェナー電流が制限されてW数を下げることができる。
【0026】
これにより、W数の大きなツェナーダイオードを用いることなく、安価なW数の小さなツェナーダイオードを使用することができる。
【0027】
このように本実施形態では、FET13のドレインDとゲートG間にツェナーダイオード14およびトランジスタ15、16を直列に接続し、過電圧入力がツェナーダイオード14およびトランジスタ15、16の順に伝達されたときに、トランジスタ16によってFET13をオンするようにしたため、ツェナーダイオードのリーク電流を考慮する必要がなく、FET13の通常動作に影響を与えるのを防止することができる。
【0028】
なお、本実施形態では、トランジスタを2つ使用しているが、1つまたは3つ以上であっても良い。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、W数の大きなツェナーダイオードが不要になるとともに、ツェナーダイオードのリーク電流を考慮する必要がなく、安価なツェナーダイオードを使用することができるとともに、FETの通常動作に影響を与えるのを防止することができる。
【0030】
また、FETの耐圧よりも低いツェナー電圧のツェナーダイオードを選定することができるため、ツェナーダイオードの形状が小さくして部品スペースを小さくすることができるとともに、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電界効果トランジスタの保護回路の一実施形態を示す図であり、その回路構成図である。
【図2】従来の電界効果トランジスタの保護回路の構成図である。
【図3】従来の他の電界効果トランジスタの保護回路の構成図である。
【符号の説明】
10 保護回路
11 バッテリー(負荷)
12 ランプ(負荷)
13 FET
14 ツェナーダイオード
15、16 トランジスタ
19 電流制限抵抗

Claims (2)

  1. 負荷が接続されるとともに、マイコンによりゲートに入力される電圧によって前記負荷を駆動する電界効果トランジスタを有し、前記負荷側から入力される過電圧から前記電界効果トランジスタを保護する保護回路において、
    前記電界効果トランジスタのドレインとゲート間に逆方向のツェナーダイオードおよび少なくとも1つ以上のトランジスタを直列に接続し、前記マイコンで用いられる基準電圧を前記1つ以上のトランジスタのうちの最終のトランジスタのエミッタに印加するとともに、前記最のトランジスタのコレクタを前記電界効果トランジスタのゲートに接続し、前記過電圧が前記ツェナーダイオードおよび前記1つ以上のトランジスタの順に伝達されたときに、前記ツェナーダイオードに流れるツェナー電流によって前記1つ以上のトランジスタをオンし、前記最終のトランジスタにより前記ゲートに印加される前記基準電圧によって前記電界効果トランジスタをオンするようにしたことを特徴とする電界効果トランジスタの保護回路。
  2. 前記ツェナーダイオードに流れるツェナー電流を制限する電流制限抵抗を前記ツェナーダイオードと直列に設けたことを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。
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