JPH0533071Y2 - - Google Patents
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- JPH0533071Y2 JPH0533071Y2 JP1987131518U JP13151887U JPH0533071Y2 JP H0533071 Y2 JPH0533071 Y2 JP H0533071Y2 JP 1987131518 U JP1987131518 U JP 1987131518U JP 13151887 U JP13151887 U JP 13151887U JP H0533071 Y2 JPH0533071 Y2 JP H0533071Y2
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の利用分野〕
この考案は、パワートランジスタを過電流によ
る破壊から保護する装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] This invention relates to a device that protects a power transistor from destruction due to overcurrent.
従来のパワートランジスタの保護装置として
は、例えば第３図に示すような装置がある。
As a conventional power transistor protection device, there is a device as shown in FIG. 3, for example.
第３図は、モトローラ社のいわゆるスマートパ
ワーICのブロツク図である。 Figure 3 is a block diagram of Motorola's so-called smart power IC.
第３図において、３は負荷４に流す電流をスイ
ツチングするパワートランジスタ、１は上記のパ
ワートランジスタに流れる電流、すなわち負荷電
流を検出する電流検知回路、２はパワートランジ
スタ３を駆動制御する駆動回路である。 In FIG. 3, 3 is a power transistor that switches the current flowing to the load 4, 1 is a current detection circuit that detects the current flowing to the power transistor, that is, the load current, and 2 is a drive circuit that drives and controls the power transistor 3. be.
以下、第４図に示すタイミングチヤートに基づ
いて第３図の装置の動作を説明する。 The operation of the apparatus shown in FIG. 3 will be explained below based on the timing chart shown in FIG.
電流検知回路１は、負荷４に流れる電流に対応
したモニタ電流I1を検出し、該モニタ電流I1が所
定の検知レベルI2に達するとリセツト信号S2を出
力する。このリセツト信号S2によつて駆動回路２
をリセツトし、その出力S1を低レベルにすること
により、パワートランジスタ３をオフにするよう
になつている。 The current detection circuit 1 detects a monitor current I1 corresponding to the current flowing through the load 4, and outputs a reset signal S2 when the monitor current I1 reaches a predetermined detection level I2 . The drive circuit 2 is reset by this reset signal S2 .
The power transistor 3 is turned off by resetting the power transistor 3 and setting its output S1 to a low level.
次に、第５図は従来の保護装置の他の一例図で
あり、検出用のトランジスタ５のベース・エミツ
タ間電圧の温度特性変化を利用したものである。 Next, FIG. 5 is a diagram showing another example of the conventional protection device, which utilizes the temperature characteristic change of the base-emitter voltage of the detection transistor 5.
第６図において、半導体チツプに過電流が流れ
チツプ温度が上昇すると、トランジスタ５のベー
ス・エミツタ間電圧VBEが低下し、比較器６の＋
入力端子の電位が上昇する。比較器６の−入力端
子の電圧は常に一定（＝VRef）なので、比較器６
の＋入力電圧がVRefを超えると、比較器６は出力
信号を出力して駆動回路２を動作させ、パワート
ランジスタ３をオフにする。 In FIG. 6, when an overcurrent flows through the semiconductor chip and the chip temperature rises, the base-emitter voltage V BE of the transistor 5 decreases, and the +
The potential of the input terminal increases. Since the voltage at the - input terminal of comparator 6 is always constant (=V Ref ), comparator 6
When the positive input voltage exceeds V Ref , the comparator 6 outputs an output signal to operate the drive circuit 2 and turn off the power transistor 3.
しかしながら、上記のごとき従来のパワートラ
ンジスタ保護装置にあつては、パワートランジス
タを保護する手段として、パワートランジスタに
流れる電流値のみを検出したり、あるいはパワー
トランジスタから、或る距離を隔てた場所での温
度上昇を検出したりするようになつていたため、
パワートランジスタが破壊しないような瞬間的
な過電流に対しても保護機能が働いてしまう場合
がある、大きな過電流によつてパワートランジ
スタが急速に発熱し破壊に到るような場合でも、
温度検出部がパワートランジスタから或る距離を
持つて配設されている為、パワートランジスタ部
の温度上昇を即座に検出することが出来ず、その
ため有効な保護が出来にくい、等の問題があつ
た。
However, in the conventional power transistor protection device described above, as a means to protect the power transistor, only the value of the current flowing through the power transistor is detected, or the current value is detected at a certain distance from the power transistor. Because it was designed to detect temperature rise,
The protection function may work even against momentary overcurrents that would not destroy the power transistor, and even when the power transistor rapidly heats up and is destroyed due to a large overcurrent.
Since the temperature detection section is placed at a certain distance from the power transistor, it is not possible to immediately detect a temperature rise in the power transistor section, which makes it difficult to provide effective protection. .
本考案は、上記のごとき従来技術の問題を解決
するためになされたものであり、パワートランジ
スタが破壊に至らない瞬間的な過電流に対しては
不必要な保護動作を行なわず、また破壊に至るよ
うな場合は確実に保護機能を作動させることの出
来る保護装置を提供することを目的とするもので
ある。 The present invention was made to solve the problems of the conventional technology as described above, and it does not perform unnecessary protection operations against momentary overcurrents that do not cause destruction of the power transistor, and also prevents destruction. The purpose of this invention is to provide a protection device that can reliably activate the protection function in such a case.
実用新案登録請求の範囲に記載するごとく、本
考案においては、過電流時における発熱量を推定
するためにパワートランジスタで消費している電
力を求め、その電力が所定の閾値以上のときにタ
イマ回路を動作させる。このタイマ回路は、時間
の経過に従つて所定の特性で低下する基準値を出
力するものであり、この基準値と上記消費電力と
が比較され、消費電力の方が大きい場合、すなわ
ち経過時間に応じて低下する基準値よりも発熱量
が大きい場合にパワートランジスタをオフにする
ように構成している。
As described in the claims for utility model registration, the present invention calculates the power consumed by the power transistor in order to estimate the amount of heat generated during overcurrent, and when the power exceeds a predetermined threshold, the timer circuit make it work. This timer circuit outputs a reference value that decreases with a predetermined characteristic as time passes. This reference value is compared with the above power consumption, and if the power consumption is greater, that is, the elapsed time The power transistor is configured to be turned off when the amount of heat generated is greater than a reference value that decreases accordingly.
したがつて本考案においては、パワートランジ
スタにおける消費電力が正常時よりも大幅に大き
い場合、すなわち発熱量が大幅に大きい場合には
短時間でパワートランジスタをオフにし、過電流
時であつても発熱量が比較的小さい場合にはパワ
ートランジスタをオフにするまでの遅れ時間が長
くなる。また、瞬間的な過電流であつてパワート
ランジスタが破壊されないような場合、すなわち
基準値が低下する以前に消費電力の値が低下した
場合には、消費電力が基準値を上回らないので、
パワートランジスタがオフにされることはない。
このように実際の動作状態に適合した保護動作が
行なわれる。 Therefore, in the present invention, when the power consumption in the power transistor is significantly higher than normal, that is, when the amount of heat generated is significantly large, the power transistor is turned off for a short time, and even during overcurrent, the power transistor is turned off. If the amount is relatively small, the delay time until the power transistor is turned off will be long. In addition, in the case of a momentary overcurrent that does not destroy the power transistor, that is, if the power consumption value decreases before the reference value decreases, the power consumption will not exceed the reference value.
The power transistor is never turned off.
In this way, the protective operation is performed in accordance with the actual operating conditions.
以下、この考案を図面に基づいて説明する。 This invention will be explained below based on the drawings.
第１図は、この考案の一実施例の回路図であ
る。 FIG. 1 is a circuit diagram of an embodiment of this invention.
第１図において、１０は電流モニタ用トランジ
スタであり、例えば、パワートランジスタ３１が
数千個の単位セルを並列に接続したMOSFETで
ある場合は、電流モニタ用トランジスタ１０とし
て上記と同じ単位セルを１個用いれば良い。この
ようにすれば、電流モニタ用トランジスタ１０に
流れる電流に個数比を乗算したものがパワートラ
ンジスタ３１に流れる電流Ｉとなるから、電流モ
ニタ用トランジスタ１０と直列に接続した抵抗１
１の端子電圧を検出することによつてパワートラ
ンジスタ３１に流れる電流を容易に検出すること
が出来る。 In FIG. 1, 10 is a current monitoring transistor. For example, if the power transistor 31 is a MOSFET in which several thousand unit cells are connected in parallel, the same unit cell as above is used as the current monitoring transistor 10. Just use one. In this way, the current I flowing through the power transistor 31 is obtained by multiplying the current flowing through the current monitoring transistor 10 by the number ratio, so the resistor 1 connected in series with the current monitoring transistor 10 becomes the current I flowing through the power transistor 31.
By detecting the terminal voltage of 1, the current flowing through the power transistor 31 can be easily detected.
また、１２はパワートランジスタ３１の電圧Ｖ
（ソース・ドレイン電圧）と上記の電流Ｉとの積
を演算する演算器、１６は電源電圧VBを抵抗１
３と１４とで分圧した基準電圧と演算器１２の出
力とを比較する比較器、抵抗１５とコンデンサ１
８とで構成する回路は所定の時定数を持つ充放電
回路である。また、１７はスイツチング用のトラ
ンジスタ、１９は比較器、２０はパワートランジ
スタ３１のゲートを駆動し、パワートランジスタ
３１をオン・オフするトランジスタである。な
お、上記の抵抗１５とコンデンサ１８の充放電回
路およびトランジスタ１７の部分はタイマ回路を
構成してる。 12 is the voltage V of the power transistor 31
(source-drain voltage) and the above-mentioned current I.
a comparator that compares the reference voltage divided by voltages 3 and 14 with the output of the arithmetic unit 12, a resistor 15 and a capacitor 1;
8 is a charging/discharging circuit having a predetermined time constant. Further, 17 is a switching transistor, 19 is a comparator, and 20 is a transistor that drives the gate of the power transistor 31 and turns the power transistor 31 on and off. The charging/discharging circuit of the resistor 15 and capacitor 18 and the transistor 17 constitute a timer circuit.
次に作用を説明する。 Next, the action will be explained.
第１図の回路において、通常時は、トランジス
タ２０がオフになつており、パワートランジスタ
３１は入力端子Ｓから与えられる制御信号に応じ
てオン・オフされる。 In the circuit shown in FIG. 1, normally the transistor 20 is off, and the power transistor 31 is turned on and off in response to a control signal applied from the input terminal S.
一方、パワートランジスタ３１に過電流が流れ
ると、電流モニタ用トランジスタ１０にもそれに
比例した電流が流れる。この電流を抵抗１１の端
子電圧として検知し、またパワートランジスタ３
１に印加されている電圧も同時に検知し、演算回
路１２でこの電圧と電流との積を計算する。 On the other hand, when an overcurrent flows through the power transistor 31, a proportional current also flows through the current monitoring transistor 10. This current is detected as the terminal voltage of the resistor 11, and the power transistor 3
1 is also detected at the same time, and an arithmetic circuit 12 calculates the product of this voltage and current.
パワートランジスタ３１で発生する熱量は、パ
ワートランジスタ３１に印加されている電圧とド
レイン電流との積に比例する。したがつて、上記
演算回路１２の出力電圧と抵抗１３，１４で設定
した所定の基準電圧とを比較器１６で比較するこ
とにより、所定の発熱量を超えたか否かを検出す
ることが出来る。すなわち、比較器１６の出力が
“１”のときは発熱量が上記の所定値を越えたこ
とになる。 The amount of heat generated by the power transistor 31 is proportional to the product of the voltage applied to the power transistor 31 and the drain current. Therefore, by comparing the output voltage of the arithmetic circuit 12 with a predetermined reference voltage set by the resistors 13 and 14 using the comparator 16, it is possible to detect whether or not the predetermined amount of heat generation has been exceeded. That is, when the output of the comparator 16 is "1", it means that the amount of heat generated exceeds the above-mentioned predetermined value.
比較器１６の出力が“１”になると、それまで
はオンであつたトランジスタ１７がオフとなり、
コンデンサ１８の電荷は抵抗１５を介して放電さ
れる。この放電は、抵抗１５とコンデンサ１８の
値によつて決まる一定の時定数で行われるので、
比較器１９の−入力端子の電圧はほぼ電源電圧
VBからOVに向かつて減少して行く。一方、比較
器１９の＋入力端子は演算器１２の出力に接続さ
れており、前記の電圧と電流との積に対応した電
圧値が与えられている。 When the output of the comparator 16 becomes "1", the transistor 17, which was on until then, turns off.
The charge on the capacitor 18 is discharged via the resistor 15. This discharge occurs with a fixed time constant determined by the values of the resistor 15 and capacitor 18, so
The voltage at the - input terminal of comparator 19 is approximately the power supply voltage.
It decreases from V B to OV. On the other hand, the +input terminal of the comparator 19 is connected to the output of the arithmetic unit 12, and is given a voltage value corresponding to the product of the voltage and current.
したがつて、上記のように次第に減衰する−入
力端の電圧値が、＋入力端子の電圧値よりも高い
間は、比較器１９は“０”を出力するのでトラン
ジスタ２０はオフ状態を保ち、パワートランジス
タ３１には電流が流れている。しかし、或る時間
が経過すると比較器１９の−入力端子電圧は＋入
力端子電圧以下となり、比較器１９は“１”を出
力するのでトランジスタ２０はオンとなり、パワ
ートランジスタ３１はオフとなる。 Therefore, as long as the voltage value at the - input terminal, which gradually attenuates as described above, is higher than the voltage value at the + input terminal, the comparator 19 outputs "0", so the transistor 20 remains in the off state, A current flows through the power transistor 31. However, after a certain period of time has elapsed, the -input terminal voltage of the comparator 19 becomes lower than the +input terminal voltage, and the comparator 19 outputs "1", so the transistor 20 is turned on and the power transistor 31 is turned off.
上記のように、電圧と電流の積の値が大きい時
は、より早くパワートランジスタ３１をオフに
し、電圧と電流の積の値が小さくなるに従つてパ
ワートランジスタ３１をオフにするまでの時間を
長くするように制御している。すなわち、電圧と
電流との積の値から予想した発熱量が大きいとき
は短時間に温度が上昇するので速やかにパワート
ランジスタ３１をオフにし、上記の発熱量が小さ
いときは温度の上昇も比較的緩慢であると予想さ
れるので、上記の遅れ時間を長くするように構成
している。 As mentioned above, when the value of the product of voltage and current is large, the power transistor 31 is turned off sooner, and as the value of the product of voltage and current becomes smaller, it takes longer to turn off the power transistor 31. It is controlled to be long. In other words, when the amount of heat generated as predicted from the product of voltage and current is large, the temperature rises in a short time, so the power transistor 31 is immediately turned off, and when the amount of heat generated is small, the temperature rise is relatively small. Since it is expected that the delay time will be slow, the above-mentioned delay time is made longer.
なお、上記の遅れ時間内に演算器１２の出力が
基準値以下に低下した場合には、比較器１６の出
力が“０”となるのでトランジスタ１７がオンに
なり、充放電回路のコンデンサ１８の電位は直ち
にほぼ電源電圧VBまで上昇するので、パワート
ランジスタ３１はオフにされない。すなわち、極
めて瞬間的な過電流であつて、パワートランジス
タが破壊されるおそれのないときは、保護機能を
作動させないように構成している。 Note that if the output of the arithmetic unit 12 falls below the reference value within the above delay time, the output of the comparator 16 becomes "0", so the transistor 17 is turned on, and the capacitor 18 of the charging/discharging circuit is turned on. Since the potential immediately rises to approximately the power supply voltage V B , the power transistor 31 is not turned off. In other words, the protection function is not activated when there is a very instantaneous overcurrent and there is no risk of the power transistor being destroyed.
第２図は、上記の特性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the above characteristics.
第２図から判るように、電圧と電流の積の値が
大きいとき、すなわちパワートランジスタ３１の
発熱量が大きいと予想される時は、τHという短い
遅れ時間でパワートランジスタ３をオフにし、ま
た、発熱量は比較的小さいが或る時間が経過する
とパワートランジスタ３１の温度が上昇して破壊
に至ると予想される時は、τLという比較的長い遅
れ時間が経過した後にパワートランジスタ３１を
オフにするように制御する。したがつて、大きな
過電流によつてパワートランジスタが急速に発熱
し破壊に到るような場合には速やかにパワートラ
ンジスタをオフにして保護し、かつ、パワートラ
ンジスタが破壊しないような瞬間的な過電流に対
しては保護機能を作動させないようにし、また、
発熱量は比較的小さいが或る時間が経過するとパ
ワートランジスタの温度が上昇して破壊に至ると
予想される時にも確実に保護機能を作動させるこ
とが出来る。 As can be seen from FIG. 2, when the value of the product of voltage and current is large, that is, when the amount of heat generated by the power transistor 31 is expected to be large, the power transistor 3 is turned off with a short delay time of τ H , and Although the amount of heat generated is relatively small, if the temperature of the power transistor 31 is expected to rise and break down after a certain period of time, the power transistor 31 is turned off after a relatively long delay time τ L has elapsed. control so that Therefore, if a power transistor rapidly heats up and is destroyed due to a large overcurrent, it is necessary to immediately turn off the power transistor to protect it, and to prevent the instantaneous overflow from occurring to prevent the power transistor from being destroyed. Do not activate the protection function against electric current, and
Although the amount of heat generated is relatively small, the protection function can be operated reliably even when it is expected that the temperature of the power transistor will rise and break down after a certain period of time.
なお、第１図の実施例はアナログ回路を用いた
場合を例示しているが、同様な機能をデジタル回
路で構成することも勿論可能である。すなわち、
パワートランジスタに流れる電流と電圧の積から
発熱量を計算し、パワートランジスタの温度上昇
を予想し、或る時間後にパワートランジスタをオ
フする処理を行うデジタル回路を用いてもよい。 Although the embodiment shown in FIG. 1 exemplifies the case where analog circuits are used, it is of course possible to configure similar functions using digital circuits. That is,
A digital circuit may be used that calculates the amount of heat generated from the product of the current flowing through the power transistor and the voltage, predicts the temperature rise of the power transistor, and performs processing to turn off the power transistor after a certain period of time.
〔考案の効果〕
以上説明してきたように、この考案によれば、
パワートランジスタに流れる電流と印加されてい
る電圧を検出し、その積の値からパワートランジ
スタの発熱量を計算し、また経過時間から温度上
昇を予想して、パワートランジスタをオフにする
ように構成しているので、瞬間的な過電流に対し
ても有効な保護を行い、かつパワーデバイスを安
全動作領域（ASO＝Area of Safety
Operation）の限界まで使用できるという効果が
得られる。[Effects of the invention] As explained above, according to this invention,
It is configured to detect the current flowing through the power transistor and the applied voltage, calculate the amount of heat generated by the power transistor from the product value, and turn off the power transistor by predicting the temperature rise based on the elapsed time. This provides effective protection against momentary overcurrents, and keeps power devices within the Area of Safety (ASO).
The effect is that it can be used up to the limit of operation.
第１図は本考案の一実施例の回路図、第２図は
第１図の回路の動作特性図、第３図は従来装置の
一例図、第４図は第３図の装置の特性図、第５図
は従来装置の他の一例図である。
符号の説明、３１……パワートランジスタ、３
２……負荷、１２……演算器、１６，１９……比
較器。
Fig. 1 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an operating characteristic diagram of the circuit shown in Fig. 1, Fig. 3 is an example of a conventional device, and Fig. 4 is a characteristic diagram of the device shown in Fig. 3. , FIG. 5 is another example of the conventional device. Explanation of symbols, 31... Power transistor, 3
2...Load, 12...Arithmetic unit, 16, 19...Comparator.
Claims (1)
と、 上記パワートランジスタに流れる電流を検出す
る電流検出回路と、 上記パワートランジスタに印加されている電圧
を検出する電圧検出回路と、 上記電流検出回路で検出した電流と上記電圧検
出回路で検出した電圧とに基づいて上記パワート
ランジスタで消費している電力を演算し、それに
対応した信号を出力する電力演算回路と、 上記電力演算回路の出力信号と所定の閾値とを
比較し、出力信号の方が大きいときに第１の信号
を出力する第１の比較回路と、 抵抗とコンデンサからなる充放電回路と上記第
１の信号で動作するスイツチング素子とからな
り、所定の基準値を出力し、上記第１の信号が与
えられると、その時点からの時間の経過に従つて
上記基準値を所定の特性で低下させるタイマ回路
と、 上記電力演算回路の出力信号と上記タイマ回路
の基準値とを比較し、出力信号の方が大きい場合
に第２の信号を出力する第２の比較回路と、 上記第２の信号が与えられると上記パワートラ
ンジスタをオフにするスイツチング回路と、 を備えたことを特徴とするパワートランジスタの
保護回路。[Scope of Claim for Utility Model Registration] A power transistor that switches a load, a current detection circuit that detects the current flowing through the power transistor, a voltage detection circuit that detects the voltage applied to the power transistor, and the current detection circuit that detects the voltage applied to the power transistor. a power calculation circuit that calculates the power consumed by the power transistor based on the current detected by the circuit and the voltage detected by the voltage detection circuit, and outputs a signal corresponding to the power consumption; and an output signal of the power calculation circuit. a first comparison circuit that compares the output signal with a predetermined threshold and outputs a first signal when the output signal is larger; a charging/discharging circuit consisting of a resistor and a capacitor; and a switching element that operates based on the first signal. a timer circuit that outputs a predetermined reference value and, when the first signal is applied, reduces the reference value with predetermined characteristics as time elapses from that time; and the power calculation circuit. a second comparison circuit that compares the output signal of the timer circuit with a reference value of the timer circuit and outputs a second signal when the output signal is larger; and a second comparison circuit that outputs a second signal when the output signal is larger; A protection circuit for a power transistor, characterized by comprising a switching circuit for turning off the power transistor, and the following.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1987131518U JPH0533071Y2 (en) | 1987-08-31 | 1987-08-31 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1987131518U JPH0533071Y2 (en) | 1987-08-31 | 1987-08-31 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS6437135U JPS6437135U (en) | 1989-03-06 |
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ID=31387663
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004120754A (en) * | 2002-09-23 | 2004-04-15 | Harman Internatl Industries Inc | Thermal protection system for output stage of amplifier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6437135U (en) | 1989-03-06 |
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