JPS59103567A - トランジスタの過電流保護回路 - Google Patents

トランジスタの過電流保護回路

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JPS59103567A
JPS59103567A JP57210885A JP21088582A JPS59103567A JP S59103567 A JPS59103567 A JP S59103567A JP 57210885 A JP57210885 A JP 57210885A JP 21088582 A JP21088582 A JP 21088582A JP S59103567 A JPS59103567 A JP S59103567A
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    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0812Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/08126Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in bipolar transitor switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電力変換装置等でスイッチング素子として使
用されるトランジスタの過電流保護回路に関するもので
ある。
かかるトランジスタが過電流となる要因は大別して2種
類あシ、その一つは過負荷によるものでこの場合は電流
の時間的変化(di/dt )は小さく保護は比較的容
易である。他の一つはブリッジ形インバータ回路のごと
く直流電源に2つのトランジスタを直列接続した回路構
成で、一つのトランジスタに短絡故障が生じたときの他
のトう/ジスタにおける電源短絡による過電流で、この
場合は電流の時間的変化は非常に大きく保護は困難であ
る。
一方、トランジスタは従来から変換装置に使用されてい
るサイリスタに比べると過電流耐量が小さくヒユーズに
よる保護は期待できない。
ます、従来の過電流保護回路について説明し、よって本
発明の目的を明らかにする。
第1図に示すように、オン・オフ信号回路lのオフ信号
出力端子に制限抵抗2を介して主トランジスタ4のベー
ス・エミッタ間が接続され、主トランジスタ4のベース
・エミッタ間に流される順バイアス電流■1によって主
トランジスタ4がオンされ、f1=0の状態でオフ信号
出力端子を介して供給される逆バイアス電流工2によっ
て主トランジスタ4はオフされる。
主トランジスタ4のベース・エミッタ間に並列接続され
ているダイオード3は保護ダイオードである。オン・オ
フ信号回路1としては、例えば特開昭57−15121
号公報に示されているベース駆動回路を使用することが
できる。
従来例の一つはかがる回路において、主トランジスタ4
のコレクタに絶縁形電流検出器19を直列接続し、該検
出器19に接続した過電流検出回路:2゜で過電流を検
出してオン・オフ信号回路lを介して主トランジスタ4
をオフさせるものである。
しかし、この場合は電流検出器19として直流変流器を
使用すると非常に高価なものとなシ、丑だ交流変流器を
使用するには回路構成が複雑にな9信頼性及びコストの
面で問題を生じる。
また、ノイズによる誤動作を避けるために過電流検出回
路20の中にはフィルタ回路が必要となシ、その結果高
速性が失なわれ、急峻な電流上昇に対する過電流保護は
難かしいものとなる。
従来例の他の方法は、第2図に示すように主トランジス
タ4のエミッタに抵抗21を直列接続してエミッタ電流
に比例した電圧を取り出し、過電流検出回路22で判断
して過電流を検出し、オン・オフ信号回路lを介して主
トランジスタ4をオフさせるものである。
しかし、この場合は主回路に抵抗21が挿入させるので
損失が大きく、またスイッチング動作で使用するので無
誘導形の抵抗が必要となる。
、さらに、制御回路との絶縁が取れないなどの欠点があ
シ、特に大容量の装置への適用は難しい。
本発明の目的は前記従来例の欠点を1ケr消し、主回路
の損失を増加させることなく、電流の時間的変化(di
/dt )の急峻な過電流に対するトランジスタの保護
を簡単かつ安価な回路構成にょシ確実に行なわせること
ができる回路を提供することにある。
この目的は本発明によれば、スイッチング素子たる主ト
ランジスタのベース・エミッタ間とその主トランジスタ
を制御するオン・オフ信号回路との間に介在し、主トラ
ンジスタのベース順バイアス電流の遮断を可能にすべく
、主トランジスタのベース・エミッタ間を直接的に橋絡
するがもしくは主トランジスタにベース順バイアス電流
を導く補助トランジスタのベース・エミッタ間を橋絡す
る制御トランジスタを設けるとともに、この制御トラン
ジスタの制御のために、前記オン・オフ信号回路の出力
信号を導かれる遅延回路と、この遅延回路から抵抗を介
して印加される電圧が所定の限界値以上にあるとき導通
して制御トランジスタへのベース電流を通す限界値応動
素子と、前記抵抗と限界値素子との接続点と主トランジ
スタのコレクタとの間に接続され主トランジスタのコレ
クタ・エミッタ間電圧上昇時にのみ遅延回路の出力電圧
により限界値応動素子が導通ずるのを許可するダイオー
ドとを設けることによシ達成される。
以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。
第3図は本発明の第一実施例を示す回路図である。オン
・オフ信号回路1の出力端Aは抵抗2を介して主トラン
ジスタ4のベース・エミッタ区間に接続されていて、主
トランジスタ4をオンするための順バイアス電流■!を
供給する。
さらに出力端Aには抵抗10とコンデンサ11で構成す
る遅延回路が並列接続され、この遅延回路の出力端子即
ち抵抗IOとコンデンサ11との接続点は抵抗9を介し
て一つはダイオード6を介して主トランジスタ4のコレ
クタに、他の一つは定電圧ダイオード8を介して制御ト
ランジスタのベースにそれぞれ接続されている。制御ト
ランジスタ5はコレクタを主トランジスタ4のベースに
、エミッタを主トランジスタ4のエミッタに接続されて
いる。ili’l ?fil l・ランンスタ5のベー
ス・エミッタ間ニtrj、抵抗7が並列接続されている
。丑だ主トランジスタ4のベース・エミッタ間には保護
ダイオード3が並列接続されている。
一方、オン・オフ信号回路1の出力端BKは主トランジ
スタ4のベース・エミッタ間か部列接続されておシ、こ
れにょシ主トランジスタ4のターンオン時間を短縮する
ためのベース逆バイアス電流■2を流すことができる。
次に動作について説明すると、今オン・オフ信号回路1
の出力端Aにオン信号が出ると、主トランジスタ4のベ
ースからエミッタに順バイアス電流工1が流れ、主トラ
ンジスタ4はオン状態となる。
この時、主トランジスタ4のコレクタ電流が規定値以下
の場合は、主トランジスタ4のコレクタエミッタ間の電
圧VCJ4)は十分小ざな値となる。
この電圧を飽和電圧VcE(scLt)と称する。
一方、数マイクロ秒の時定数を有する抵抗1oとコンデ
ンサ11によシ構成された遅延回路において、コンデン
?110両端電圧は数マイクロ秒後にオンオフ信号回路
lの出力端Aの電圧に近い値丑で充電される。この時、
ダイオード6の順方向電圧Vp(61定屯圧ダイオード
8のツェナー電圧V Z(81、制御トランジスタ5の
ベース・エミッタ間′准圧VBE(5J、およびVcE
(sat)の関係をVc E (5at) + VF(
61(Vz(81十VBE(5)に選定すれば、抵抗9
を流れる電流は全てダイオード6を通って主トランジス
タ4のコレクタに流れ込み・制御1ラン/スタ5のベー
スには電流が流れないので、制御トランジスタ5はオフ
状態となっている。
主トランジスタ4のコレクタ電流が規定値以上すなわち
過電流になると、主トランジスタ4のコレクタ・エミッ
タ間の電圧VCE(4)は飽和電圧VCE(sat、)
よシも大きな値となシ、この電圧の大きさはコレクタ電
流に依存して変化する。この状態を活性状態と称する。
このような過電流になると、VCE + Vp(6))
Vz(8)+ VBE (5)となシ、制御トランジス
タ5はスイッチオンの状態となる。
その結果、主トランジスタ4のベースからエミッタに流
れていた電流工1は制御トランジスタ5に転流し、主ト
ランジスタ4はオフとなる。この時、主トランジスタ4
は活性状態からオフ状態へと移行するので、はとんど時
間的遅れは生じない。
次に、オン・オフ信号回路1の出力端Aのオン信号がな
くなシ、出力端Bにオフ信号が出ると、主トランジスタ
4のベース・エミッタ間ハベース電位が負、エミッタ電
位が正の状態となる。この状態をベース逆バイアス状態
と称する。この時、遅延回路を構成しているコンデンサ
■1は放電状態となシ、次のオン・オフ信号回路1の出
力端Aのオン信号の時に必要な遅延時間が確保でき、主
トランジスタ4の確実なオン動作は保証される。すなわ
ち、この遅延がなければ、主トランジスタ4がオンする
以前に先に制御トランジスタ5がオンし、これがため主
トランジスタ4がオンすることができなくなるが、これ
を回避できるのである。
なお、制御トランジスタ5のベース・エミッタ間に並列
接続した抵抗7は、定電圧ダイオード8のツェナー電圧
補償用である。
また、ここに使用している定電圧ダイオード8は、整流
用ダイオードの直列接続に、制御トランジスタ5はサイ
リスクやF E Tなと他の半導体装置換えることも可
能である。
第4図は本発明の第2実施例を示す回路図で、前記第6
図と異なる点は、オン・オフ信号回路1内に設けられて
いるパルス電圧平滑回路を遅延回路として流用したもの
である。既に述べたように、オン・オフ信号回路として
使用することのできる特開昭、r? −1&+21号記
載のベース駆動回路によれば、ベース順バイアス電流供
給のための回路部分はオン指令期間中間断なく連続する
パルス電圧を発生する必要がるシ、このために絶縁トラ
ンスを大形化するという問題を解決している。
第5図は本発明の第6実施例を示す回路図で、主トラン
ジスタ4へのベース電流供給用直流電源12をオン・オ
フ信号回路1とは別に準備したものである。制御トラン
ジスタ5の他にオン用トランジスタ15とオフ用トラン
ジスタ16とを相互に接続して主トランジスタ4のベー
ス駆動回路に挿入し+:s 、 j−+ fqj21.
それぞれ電源12とトランジスタ15゜1(1の工(ツ
ク間に挿入された抵抗を示す。
このように回路構成した場合、オン・オフ信号同1洛1
の出力信号が高レベル(直流電源12のPの電位少の時
、トランジスタ15がオン、トランジスタ10がオフと
なシ、主トランジスタ4はオンとなる。一方、オン・オ
フ信号回路lの出力信号が低レベル(直流電源12のN
の電位〕の時、トランジスタJ5がオフ、トランジスタ
16がオンとなシ、主トランジスタ4はオフとなる。
過電流時の動作は前記第3図と第1実施例と同様である
が、制御トランジスタ5は直接主トランジスタ・1のベ
ース電流を制御しないので電流′8量の小さなものです
み、回路全体が小形で低価格なものとなる。
第6図は本発明の第4実施例を示す回路図で、主回路が
ダーリントン接続した主トランジスタ4と前段のトラン
ジスタJ7とで構成された場合である。図中18はトラ
ンジスタ17の保護ダイオードを示す。
この場合、オン状態での主トランジスタ4のコレクタ・
エミッタ間電圧VCE(411’j:主トランジスタ4
のベース・エミッタ間電圧をVBE(41、前段トラン
ジスタ17のコレクタ・エミッタ間電圧をVCE(lη
とすると、VCE (2) −VBE (2) + V
CE an (!: 7Z ル。
過電流時、主トランジスタ4のベース・エミッタ間電圧
VB141(7)変化はVCE(2+、VCEQηの変
化に比べて非常に小さいものとなる。このため、本実施
例では前段トランジスタ17のコレクタ・エミッタ間電
圧VCE(+7+を監視し、規定値以上にこの電圧が大
きくなった場合に制御トランジスタ5をオンさせ、主ト
ランジスタ4を遮断するようにすればよい。このように
すれば、前段トランジスタ17だけをオン・オフ信号回
路1で駆動するので駆動容量が少なくてすむ。
以上述べたように本発明のトランジスタの過電流保護回
路は、スイッチング素子たる主トランジスタのコレクタ
・エミッタ間の電圧が過電流時に大きくなることを利用
して、この電圧が規定値以jに請願し/ごときに瞬時に
主トランジスタのペース化?Z1.を遮断する回路を付
加したので、従来のようt’c :’IE回路に電流検
出器や電流検出用抵抗を用いる必要がなくなシ安価な回
路構成でしかも主回路のjJ1失の少ないものとなシ、
また電流の時間的変化か急峻なトランジスタの過電流を
確実に保護できる信頼性の高いものが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ従来例を示す回路図、第6図
は本発明の第1実施例を示す回路図、第4図は向上第2
実施例を示す回路図、第5図は同上第3実施例を示す回
路図、第6図は同上第4実施例を示す回路図である。 1・・・・・・オン・オフ信号回路 lα・・・・・・
遅延回路2・・・・・電流制限抵抗  3・・・・・・
保護ダイオード・1・・・・・・主トランジスタ 5・
・・・・・制御トランジスタ6・・・・・ダイオード 
  7・・・・・・抵抗8・・・・・定電圧ダイオード
 9,1o・・・用抵抗1j  ・・コンデンサ   
12・・・・・・直流電源1:i 、 14・・・抵抗
    15.16・旧・・トランジスタ17・・・・
・前段トランジスタ  18・・・・・ダイオード代理
人  弁理士 久 保  司 第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. スイッチング素子たる主トランジスタのベース・エミッ
    タ間とその主トランジスタを制御するオン・オフ信号回
    路との間に介在し、主トランジスタのベース順バイアス
    電流の遮断を可能にすべく、主トランジスタのベース・
    エミッタ間を直接的に橋絡するかもしくは主トランジス
    タにベース順バイアス電流を導く補助トランジスタのベ
    ース・エミッタ間を橋絡する制御トランジスタを設ける
    とともに、この制御トランジスタの制御のために、前記
    オン・オフ信号回路の出力信号を導−かれる遅延回路と
    、この遅延回路から抵抗を介して印加される電圧が所定
    の限界値以上にあるとき導通して制御トランジスタへの
    ベース電流を通す限界値応動素子と、前記抵抗と限界値
    素子との接続点と主トランジスタのコレクタとの間に接
    続それ主トランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧上昇
    時にのみ遅延回路の出力電圧によシ限界値応動素子が導
    通するのを許可するダイオードとを設けたことを特徴と
    するトランジスタの過電流保護回路。
JP57210885A 1982-12-01 1982-12-01 トランジスタの過電流保護回路 Granted JPS59103567A (ja)

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JPH0243429B2 JPH0243429B2 (ja) 1990-09-28

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