JPS59219019A - 半導体スイツチの過電流保護回路 - Google Patents
半導体スイツチの過電流保護回路Info
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- JPS59219019A JPS59219019A JP58093766A JP9376683A JPS59219019A JP S59219019 A JPS59219019 A JP S59219019A JP 58093766 A JP58093766 A JP 58093766A JP 9376683 A JP9376683 A JP 9376683A JP S59219019 A JPS59219019 A JP S59219019A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
- H03K17/0826—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in bipolar transistor switches
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は半導体スイッチ回路に関する。この柚の半導体
スイッチ回路においてに負荷回路の短絡により半導体ス
イッチや負荷回路を駆動する遡源の破損を引き起すおそ
れがある。そこで、半導体スーイツチ回路に簡単な過電
流保護回路を付加することにより、容易に、かつ確実に
短絡事故による破損を防ぐ方式が望まれている。
スイッチ回路においてに負荷回路の短絡により半導体ス
イッチや負荷回路を駆動する遡源の破損を引き起すおそ
れがある。そこで、半導体スーイツチ回路に簡単な過電
流保護回路を付加することにより、容易に、かつ確実に
短絡事故による破損を防ぐ方式が望まれている。
一般的な絶縁形の半導体スイッチ回路の例を第１図囚、
（１３ｉに示す。なお以下谷図の説明において同一の
符号１工同−または相当部分を示す。
（１３ｉに示す。なお以下谷図の説明において同一の
符号１工同−または相当部分を示す。
第１図（５）の回路は、スイツテングイ百号発生回路ｌ
の負荷回路２側との絶縁ヲパルストランスＴＫよって行
つ良もので、Ｄｉ）ｉ１４＋Ａ用のダイオード、０１は
平滑用のコンデンサ、Ｔｒｔｉエバソートうンジスタと
してのスイッチングトランジス７ 、Ｒ１１ニスイツチ
ングトランジスタＴｒｉのベース電流ｉｂｌを制限する
抵抗、Ｅは負荷回路２ｙ！′駆動する直流電源である。
の負荷回路２側との絶縁ヲパルストランスＴＫよって行
つ良もので、Ｄｉ）ｉ１４＋Ａ用のダイオード、０１は
平滑用のコンデンサ、Ｔｒｔｉエバソートうンジスタと
してのスイッチングトランジス７ 、Ｒ１１ニスイツチ
ングトランジスタＴｒｉのベース電流ｉｂｌを制限する
抵抗、Ｅは負荷回路２ｙ！′駆動する直流電源である。
第１区内の回路動作を説明する。入力信号Ｓがスイッチ
ング信号発生回路ｌに入力されると、パルス信号カハル
ストランスＴに入力され、パルストランスＴ・０２次側
に誘起電圧ｅ２が発生する。
ング信号発生回路ｌに入力されると、パルス信号カハル
ストランスＴに入力され、パルストランスＴ・０２次側
に誘起電圧ｅ２が発生する。
この誘起電圧ｅ２ｔ！ダイオードＤ１で整流され、コン
デンサＣ１で平滑化されスイッチングトランジスタＴｒ
ｉのベースに入力されて、スイッチングトランジスタＴ
ｒｌｉＸＯＮする。スイッチングトランジスタＴｒｉの
ＯＮＫより、負荷回Ｗ＆２には直流電源Ｅの電圧が印加
される。つまりスイッチング信号発生回路１はスイッチ
ング信号のほかに、スイッチングトランジスタＴｒｉの
ベース駆動のための電気エネルギをも、パルストランス
Ｔを経由して供給していることになる。
デンサＣ１で平滑化されスイッチングトランジスタＴｒ
ｉのベースに入力されて、スイッチングトランジスタＴ
ｒｌｉＸＯＮする。スイッチングトランジスタＴｒｉの
ＯＮＫより、負荷回Ｗ＆２には直流電源Ｅの電圧が印加
される。つまりスイッチング信号発生回路１はスイッチ
ング信号のほかに、スイッチングトランジスタＴｒｉの
ベース駆動のための電気エネルギをも、パルストランス
Ｔを経由して供給していることになる。
第１図（Ｂｌの回路Ｉ工前記絶縁な７オトカプラＰＣ１
によって行ったもので、この場合フォトカプラＰＣ１内
の７オトトランジスｚ’ｒｒ３ｙａ：ダーリントン接続
でスイッチングトランジスタＴｒｉに接続することによ
り、非常に簡単な構成で半導体スイッチ回路ができる。
によって行ったもので、この場合フォトカプラＰＣ１内
の７オトトランジスｚ’ｒｒ３ｙａ：ダーリントン接続
でスイッチングトランジスタＴｒｉに接続することによ
り、非常に簡単な構成で半導体スイッチ回路ができる。
しかし、このような半導体スイッチ回路でｉｓ、負荷回
路２０両端イ１ロ間に短絡事故が生じた場合スイッチン
グトランジスタＴｒｉのコレクタ電流ｉｃｌが増加して
い（。第２図１）この場合のトランジスタＴｒｉのコレ
クタ電流１ｃｌ（縦軸〕とコレクタ・エミッタ電圧ＶＣ
ｎｌ（横軸）の静特性曲線を示すもので動作点が通常動
作点ａより曲線２人上を矢印の方向す点にむかって移動
していく。トランジスタＴｒｉのコレクタ電流ｉｃｌの
増加につれて同コレクターエミッタ電圧ＶＣＥ１が急激
に増加していき、動作点すつまりトランジスタＴｒｉの
最大コレクタ損失曲線２Ｂとノεラメ−１ｉ ｂ １
（ベース電流）によるａ−ｂ移行曲線２人との交叉点を
超えるとトランジスタＴｒｉの破壊をまねく結果になる
。−Ｅ ｒｃこれにともない負荷回路２乞駆動する直流
電源Ｅも過電流により、破壊するおそれが生ずる。そこ
でスイッチングトランジスタＴｒｉをかかる短絡事故か
ら保護する回路が必要となってくる。
路２０両端イ１ロ間に短絡事故が生じた場合スイッチン
グトランジスタＴｒｉのコレクタ電流ｉｃｌが増加して
い（。第２図１）この場合のトランジスタＴｒｉのコレ
クタ電流１ｃｌ（縦軸〕とコレクタ・エミッタ電圧ＶＣ
ｎｌ（横軸）の静特性曲線を示すもので動作点が通常動
作点ａより曲線２人上を矢印の方向す点にむかって移動
していく。トランジスタＴｒｉのコレクタ電流ｉｃｌの
増加につれて同コレクターエミッタ電圧ＶＣＥ１が急激
に増加していき、動作点すつまりトランジスタＴｒｉの
最大コレクタ損失曲線２Ｂとノεラメ−１ｉ ｂ １
（ベース電流）によるａ−ｂ移行曲線２人との交叉点を
超えるとトランジスタＴｒｉの破壊をまねく結果になる
。−Ｅ ｒｃこれにともない負荷回路２乞駆動する直流
電源Ｅも過電流により、破壊するおそれが生ずる。そこ
でスイッチングトランジスタＴｒｉをかかる短絡事故か
ら保護する回路が必要となってくる。
次に過電流保護回路性の半導体スイッチ回路の従来方式
を第３図に示す。
を第３図に示す。
この方式は特開昭５７−１３１１２５により、本出願人
から出願されたものであるが、この回路において、あら
たに挿入接続された部分は破線で囲った部分Ｃで示しで
ある。すなわち、この部分Ｃには保護トランジスタ’Ｉ
’ｒ２と過電流検出用ダイオードＤ２、−次遅れ回路を
形成するコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ２ならびに分圧用か
つトランジスタＴｒ２のベース制御用の抵抗ｇ３．Ｒ４
である。
から出願されたものであるが、この回路において、あら
たに挿入接続された部分は破線で囲った部分Ｃで示しで
ある。すなわち、この部分Ｃには保護トランジスタ’Ｉ
’ｒ２と過電流検出用ダイオードＤ２、−次遅れ回路を
形成するコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ２ならびに分圧用か
つトランジスタＴｒ２のベース制御用の抵抗ｇ３．Ｒ４
である。
さらにＰｌはダイオードＤ１のカソード側の点、Ｐ２は
ダイオードＤ２のアノード側の点、Ｐ３はトランジスタ
Ｔｒｉのコレクタ側の点、Ｐ４とＰ５は抵抗Ｊ（４の一
瑞とトランジスタＴｒｉのエミッタが結ばれる接地点で
ある。また抵抗比１とトランジスタＴ ｒ １のベース
の接続部分にトランジスタＴｒ２のコレクタを接続し、
エミッタ点Ｐ５にトランジスタＴｒ２のベースと点２４
間に抵抗Ｒ４をそれぞれ接続し、ダイオードＤ１のカソ
ード側２１点とトランジスタＴｒｉのコレクタの点Ｐ３
間に抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２がそのカソード側か点Ｐ
３になるように接続され、抵抗比２とダイオードＤ２の
アノード側の点Ｐ２と点２４間にはコンデンサＣ２を、
また同点Ｐ２とトランジスタＴｒ２のベースとの間に抵
抗Ｒ３を接続している。
ダイオードＤ２のアノード側の点、Ｐ３はトランジスタ
Ｔｒｉのコレクタ側の点、Ｐ４とＰ５は抵抗Ｊ（４の一
瑞とトランジスタＴｒｉのエミッタが結ばれる接地点で
ある。また抵抗比１とトランジスタＴ ｒ １のベース
の接続部分にトランジスタＴｒ２のコレクタを接続し、
エミッタ点Ｐ５にトランジスタＴｒ２のベースと点２４
間に抵抗Ｒ４をそれぞれ接続し、ダイオードＤ１のカソ
ード側２１点とトランジスタＴｒｉのコレクタの点Ｐ３
間に抵抗Ｒ２、ダイオードＤ２がそのカソード側か点Ｐ
３になるように接続され、抵抗比２とダイオードＤ２の
アノード側の点Ｐ２と点２４間にはコンデンサＣ２を、
また同点Ｐ２とトランジスタＴｒ２のベースとの間に抵
抗Ｒ３を接続している。
また第４図（５）は、通常動作時の各点の電圧波形図を
示し、■は人力信号Ｓとしての入力端子波形線図、■■
■はＰＩ、Ｐ２．）’３各点の電圧波形線図であり、同
（ハ）は短絡事故時の間代に対応する各点の電圧波形図
で、■は同（５）の■と同じ入力電圧とし、■■■は同
八の■■■に対応する入力′電圧すなわちＰｉ、Ｐ２．
Ｐ３各点の電圧である。
示し、■は人力信号Ｓとしての入力端子波形線図、■■
■はＰＩ、Ｐ２．）’３各点の電圧波形線図であり、同
（ハ）は短絡事故時の間代に対応する各点の電圧波形図
で、■は同（５）の■と同じ入力電圧とし、■■■は同
八の■■■に対応する入力′電圧すなわちＰｉ、Ｐ２．
Ｐ３各点の電圧である。
次に第３図の回路動作を第４図の波形線図と関連して説
明する。この回路は、負荷短絡によるスイッチングトラ
ンジスタＴｒｉのコレクタ・エミッタ電圧ＶＣＥＩの増
加を検出し、スイッチングイ１１号発生回路１より供給
されているスイッチングトランジスタ゛１゛ｒ１のベー
ス′屯流ｉｂｌを、保護トランジスタ’Ｊ’ ｒ ２に
て短絡することにより、スイッチングトランジスタＴｒ
ｉをカットオフさせ、スイッチングトランジスタＴｒｌ
の保護と直流電ＷＥの保鵬を行５゜ すなわち、まず、通常動作時には第４図（５）の入力信
号Ｓの電圧■がスイッチング信号発生回路１に人力され
ると、パルストランスＴの２次［ｉｉＩ Ｔ ２人発生
する誘起電圧ｅ２がダイオードＤＩで製流され、コンデ
ンサＣ１で平滑される。２１点の電圧波形は第４図（５
）の■のようになる。トランジスタＴｒｉは２１点の電
圧が時間ｔ１での値になった時にＯＮして負荷回路２は
駆動される。コンデンサＣ２はコンデンサＣ１よりも容
量を大きく設定しているので、充電時間がコンデンサＣ
１よりも長い。従って２２点の電圧は抵抗Ｒ２とコンデ
ンサＣ２による一次遅れ回路により第４図（５）の■の
点線の波形Ｐ２ｂになろうとするが、時間ｔ１でトラン
ジスタＴｒｉがＯ’Ｎするため実線の波形Ｐ２ａになる
。また２２点の電圧が波形Ｐ２ａのように０■になるた
め点Ｐ２．Ｐ４間にｆｆｉ流が流れず保護トランジスタ
Ｔｒ２はｏ １ｒ Ｊ＝状態のままで、また２３点の電
圧は第４図への■に示すようにトランジスタＴｒｉがＯ
Ｎの間は０■になる。
明する。この回路は、負荷短絡によるスイッチングトラ
ンジスタＴｒｉのコレクタ・エミッタ電圧ＶＣＥＩの増
加を検出し、スイッチングイ１１号発生回路１より供給
されているスイッチングトランジスタ゛１゛ｒ１のベー
ス′屯流ｉｂｌを、保護トランジスタ’Ｊ’ ｒ ２に
て短絡することにより、スイッチングトランジスタＴｒ
ｉをカットオフさせ、スイッチングトランジスタＴｒｌ
の保護と直流電ＷＥの保鵬を行５゜ すなわち、まず、通常動作時には第４図（５）の入力信
号Ｓの電圧■がスイッチング信号発生回路１に人力され
ると、パルストランスＴの２次［ｉｉＩ Ｔ ２人発生
する誘起電圧ｅ２がダイオードＤＩで製流され、コンデ
ンサＣ１で平滑される。２１点の電圧波形は第４図（５
）の■のようになる。トランジスタＴｒｉは２１点の電
圧が時間ｔ１での値になった時にＯＮして負荷回路２は
駆動される。コンデンサＣ２はコンデンサＣ１よりも容
量を大きく設定しているので、充電時間がコンデンサＣ
１よりも長い。従って２２点の電圧は抵抗Ｒ２とコンデ
ンサＣ２による一次遅れ回路により第４図（５）の■の
点線の波形Ｐ２ｂになろうとするが、時間ｔ１でトラン
ジスタＴｒｉがＯ’Ｎするため実線の波形Ｐ２ａになる
。また２２点の電圧が波形Ｐ２ａのように０■になるた
め点Ｐ２．Ｐ４間にｆｆｉ流が流れず保護トランジスタ
Ｔｒ２はｏ １ｒ Ｊ＝状態のままで、また２３点の電
圧は第４図への■に示すようにトランジスタＴｒｉがＯ
Ｎの間は０■になる。
次に第３図の負荷回路２０両端イと口の間で短絡事故が
生じた場合には入力信号Ｓが入って時間ｔ１での２１点
の電圧でトランジスタＴｒｉがＯＮする所までは通常動
作時と同じである。しかし、第４図（１３）時間ｔ３に
おいて短絡事故が生じたとすると、第２図におけるトラ
ンジスタＴｒｉの静特性曲線において短絡により動作点
が通常動作、ｒ９． ａから矢印の方向に曲線２人にの
って移動し、トランジスタＴｒｉのコレクタ１ｆｌ！、
流ｉｃｌの増加とともにコレクタ・エミッタ電圧Ａｒ
ＣＥ １ ＃−なわち２３点の電圧（第４図（Ｂ）の■
）が急激に増加していく。
生じた場合には入力信号Ｓが入って時間ｔ１での２１点
の電圧でトランジスタＴｒｉがＯＮする所までは通常動
作時と同じである。しかし、第４図（１３）時間ｔ３に
おいて短絡事故が生じたとすると、第２図におけるトラ
ンジスタＴｒｉの静特性曲線において短絡により動作点
が通常動作、ｒ９． ａから矢印の方向に曲線２人にの
って移動し、トランジスタＴｒｉのコレクタ１ｆｌ！、
流ｉｃｌの増加とともにコレクタ・エミッタ電圧Ａｒ
ＣＥ １ ＃−なわち２３点の電圧（第４図（Ｂ）の■
）が急激に増加していく。
２２点の電位は２１点の電位ＶＰＩを抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ
３、Ｒ４で分圧した値（Ｖ Ｐ ２ ｍａｘ ） Ｋむ
かつて上昇しようとするが、この間Ｐ３点の霜、位が２
２点の電位より小さい間はＰ２．へ’ｒ１位はクーイオ
ードＤ２によりほばＰ３点電位と等しいので２２点の１
人位も２３点の電位と同様急激に増加する。
３、Ｒ４で分圧した値（Ｖ Ｐ ２ ｍａｘ ） Ｋむ
かつて上昇しようとするが、この間Ｐ３点の霜、位が２
２点の電位より小さい間はＰ２．へ’ｒ１位はクーイオ
ードＤ２によりほばＰ３点電位と等しいので２２点の１
人位も２３点の電位と同様急激に増加する。
Ｐ２点電位か上昇して抵抗Ｒ３，Ｒ４で決まるトランジ
スタＴ ｒ ２の動作電圧（第４図（ハ）の（力におけ
る時間ｔ２でのＰ２点電圧）になると、保護トランジス
タＴ ｒ ２がＯＮしスイッチングトランジスタ゛ｌ’
ｒｌのペース電位は０■となり、スイッチングトランジ
スタＴｒｌは急峻にＯｆ’ Ｆする。スイッチングトラ
ンジスタＴｒｉのＯＦ’ Ｆ状態では、２２点と２３点
の間は２３点のほうが電位が高いが、ダイオードＤ２に
より遮断され続けるので負復工側の高電圧が保護トラン
ジスタＴｒ２に影響を及はすことばない。
スタＴ ｒ ２の動作電圧（第４図（ハ）の（力におけ
る時間ｔ２でのＰ２点電圧）になると、保護トランジス
タＴ ｒ ２がＯＮしスイッチングトランジスタ゛ｌ’
ｒｌのペース電位は０■となり、スイッチングトランジ
スタＴｒｌは急峻にＯｆ’ Ｆする。スイッチングトラ
ンジスタＴｒｉのＯＦ’ Ｆ状態では、２２点と２３点
の間は２３点のほうが電位が高いが、ダイオードＤ２に
より遮断され続けるので負復工側の高電圧が保護トラン
ジスタＴｒ２に影響を及はすことばない。
ただし、短絡事故が復帰してもスイッチング信号発生回
路１に人って（る入力信号Ｓが短終時から継続している
場合は保紗トランジスタＴｒ２がＯＮのままでスイッチ
ングトランジスタ１゛ｒ１はＯＮＬないため、負荷回路
２は駆動されないが、一旦入力信号ＳがＯＦ Ｉ！”に
なれば保護トランジスタＴｒ２がＩＪ １！” ｋ”に
なり、次の人力化＋ａ；Ｓにより再び負荷回路２は駆動
される。
路１に人って（る入力信号Ｓが短終時から継続している
場合は保紗トランジスタＴｒ２がＯＮのままでスイッチ
ングトランジスタ１゛ｒ１はＯＮＬないため、負荷回路
２は駆動されないが、一旦入力信号ＳがＯＦ Ｉ！”に
なれば保護トランジスタＴｒ２がＩＪ １！” ｋ”に
なり、次の人力化＋ａ；Ｓにより再び負荷回路２は駆動
される。
しかしながらこの回路方式によると、
（１） 比較的高価なパルストランスＴが必要となる
。
。
（２） パルストランスのドライブ回路（スイッチング
信号発生回路１）が必要となり回路が複軽である。
信号発生回路１）が必要となり回路が複軽である。
（３）過電流の検出レベルがスイッチングトランジスタ
Ｔｒｉのコレクタ・エミッタ電圧■ＣＥ１の電圧の変化
で行われているためトランジスタＴｒｉの特性によるば
らつきが太きい。
Ｔｒｉのコレクタ・エミッタ電圧■ＣＥ１の電圧の変化
で行われているためトランジスタＴｒｉの特性によるば
らつきが太きい。
等の欠点がある。
この発明は短絡事故などにより、半導体スイッチや、負
荷駆動の電源が破損することを防ぐための過電流保護機
能な七する、前述の欠点を除いた安価な半導体スイッチ
回路を提供することを目的としている。
荷駆動の電源が破損することを防ぐための過電流保護機
能な七する、前述の欠点を除いた安価な半導体スイッチ
回路を提供することを目的としている。
本発明の要点はフォトカプラのフォトトランジスタと、
スイッチングトランジスタとしてのパワ−トランジスタ
とを、ダーリントン接続した半導体スイッチ回路におい
て、少くとも、負荷回路の過電流を検出する過電流検出
手段を、前記パワートランジスタのコレクタ・エミッタ
と直列に、エミッタ１ｌｎｌに接続し、前記パワートラ
ンジスタのベース・エミッタと前記過電流検出手段との
直列接Ｕｃと並列に、前記パワートランジスタのベース
電流を短絡する極性に、保勲トランジスタのコレクタ・
エミッタを、接続することにより、前記過電流を検出し
て、前記パワートランジスタのベース電流を前記保護ト
ランジスタで短絡し前記パワートランジスタをカットオ
フするようにし、さらにこの際前記パワートランジスタ
のベースと前記フォトトランジスタのエミッタとの間に
抵抗を挿入接続し、前記パワートランジスタのベースと
前記フォトトランジスタのベースとの間に前記フォトト
ランジスタのエミッタ電流を制限する電流制限手段を接
続することにより、前記カットオフにともなう前記パワ
ートランジスタのコレクタ・エミッタ間の′電圧の増大
にかかわらず、前記フォトトランジスタの損失の増加と
前記保護トランジスタの短絡電流の増加とを抑制し、か
つ前記フォトトランジスタのエミッタと前記パワートラ
ンジスタのエミッタとの間に、分圧手段を接続し、該分
圧手段の分圧点を前記保護トランジスタのベースに接続
することにより前記保護トランジスタのベースを、前記
過電流検出手段の両端電圧（検出電圧）と、前記分圧手
段による前記パワートランジスタのコレクタ電位の専帰
還電圧とで駆動して、前記保護トランジスタを急峻にタ
ーンオンさせ、前記パワートランジスタの急峻なカット
オフを実現するようにした点にある。
スイッチングトランジスタとしてのパワ−トランジスタ
とを、ダーリントン接続した半導体スイッチ回路におい
て、少くとも、負荷回路の過電流を検出する過電流検出
手段を、前記パワートランジスタのコレクタ・エミッタ
と直列に、エミッタ１ｌｎｌに接続し、前記パワートラ
ンジスタのベース・エミッタと前記過電流検出手段との
直列接Ｕｃと並列に、前記パワートランジスタのベース
電流を短絡する極性に、保勲トランジスタのコレクタ・
エミッタを、接続することにより、前記過電流を検出し
て、前記パワートランジスタのベース電流を前記保護ト
ランジスタで短絡し前記パワートランジスタをカットオ
フするようにし、さらにこの際前記パワートランジスタ
のベースと前記フォトトランジスタのエミッタとの間に
抵抗を挿入接続し、前記パワートランジスタのベースと
前記フォトトランジスタのベースとの間に前記フォトト
ランジスタのエミッタ電流を制限する電流制限手段を接
続することにより、前記カットオフにともなう前記パワ
ートランジスタのコレクタ・エミッタ間の′電圧の増大
にかかわらず、前記フォトトランジスタの損失の増加と
前記保護トランジスタの短絡電流の増加とを抑制し、か
つ前記フォトトランジスタのエミッタと前記パワートラ
ンジスタのエミッタとの間に、分圧手段を接続し、該分
圧手段の分圧点を前記保護トランジスタのベースに接続
することにより前記保護トランジスタのベースを、前記
過電流検出手段の両端電圧（検出電圧）と、前記分圧手
段による前記パワートランジスタのコレクタ電位の専帰
還電圧とで駆動して、前記保護トランジスタを急峻にタ
ーンオンさせ、前記パワートランジスタの急峻なカット
オフを実現するようにした点にある。
第５図は本発明におけるフォトカブラを用いた過電流保
護回路付の半導体スイッチ回路の実施例である。図中Ｐ
ＣＩは第１図（ハ）と同様な信号絶縁用の７オトカプラ
、Ｔｒｉはパワートランジスタとしてのスイッチングト
ランジスタ、Ｔ ｒ ２はスイッチングトランジスタＩ
ｌｌ ｒ １のベース電流ｉｂｌを短絡するための保護
用トランジスタ、Ｒ１４は負荷回路２の故障時の過電流
ｉＬ１従ってスイッチングトランジスタＴｒｉのエミッ
タ電流ｉＥｌを検出するための過電流検出抵抗である。
護回路付の半導体スイッチ回路の実施例である。図中Ｐ
ＣＩは第１図（ハ）と同様な信号絶縁用の７オトカプラ
、Ｔｒｉはパワートランジスタとしてのスイッチングト
ランジスタ、Ｔ ｒ ２はスイッチングトランジスタＩ
ｌｌ ｒ １のベース電流ｉｂｌを短絡するための保護
用トランジスタ、Ｒ１４は負荷回路２の故障時の過電流
ｉＬ１従ってスイッチングトランジスタＴｒｉのエミッ
タ電流ｉＥｌを検出するための過電流検出抵抗である。
ＺＤ。
１ｕｌｌはそれぞれ故障検出後フォトカプラＰＣ１内の
フォトトランジそりＴｒ３のエミッタ電流ｉＥ３を定電
流化するためのツェナーダイオードと抵抗であり、Ｒ１
２は過電流検出後の、保護トランジスタＴｒ２のＯＮｉ
作に正帰還をかけるための抵抗である。またＲ１３はス
イッチングトランジスタＴｒ１のエミッタの点Ｐ１４と
、フォトトランジスタＴｒ３のエミッタの点ｐＨとの間
の電圧を、抵抗几１２とともに分圧して保護トランジス
タＴｒ２のベースに与え、保護トランジスタＴｒ２がＯ
Ｎ動作（ターンオン）を開始するトリガー一点での過電
流ｉＬの値、従って過電流検出抵抗１ｔ １４の両端電
圧（検出電圧）ＶＤの値を定める抵抗である。この回路
は過電流ｉＬによる点Ｐ１４の電位の上昇の際、前記ト
リガ一時点でトランジスタＴｒｌ、Ｔｒ２がそれぞれＯ
Ｎ 、 ＯＦＦの状態から急峻にそれぞれＯＦＦ’、Ｏ
Ｎの状態に移行する。
フォトトランジそりＴｒ３のエミッタ電流ｉＥ３を定電
流化するためのツェナーダイオードと抵抗であり、Ｒ１
２は過電流検出後の、保護トランジスタＴｒ２のＯＮｉ
作に正帰還をかけるための抵抗である。またＲ１３はス
イッチングトランジスタＴｒ１のエミッタの点Ｐ１４と
、フォトトランジスタＴｒ３のエミッタの点ｐＨとの間
の電圧を、抵抗几１２とともに分圧して保護トランジス
タＴｒ２のベースに与え、保護トランジスタＴｒ２がＯ
Ｎ動作（ターンオン）を開始するトリガー一点での過電
流ｉＬの値、従って過電流検出抵抗１ｔ １４の両端電
圧（検出電圧）ＶＤの値を定める抵抗である。この回路
は過電流ｉＬによる点Ｐ１４の電位の上昇の際、前記ト
リガ一時点でトランジスタＴｒｌ、Ｔｒ２がそれぞれＯ
Ｎ 、 ＯＦＦの状態から急峻にそれぞれＯＦＦ’、Ｏ
Ｎの状態に移行する。
次に本回路の動作を拝殿に説明する。
（１） 人力信号Ｓがない場合、
フォトカブラＰＣＩのフォトトランジスタＴｒ３はカッ
トオフしているため、スイッチングトランジスタＴｒｉ
に対するベース電流ｉｂｌの供給がなくスイッチングト
ランジスタＴｒｉもカットオフ状態にあり、負荷電流Ｉ
Ｌは流れない。
トオフしているため、スイッチングトランジスタＴｒｉ
に対するベース電流ｉｂｌの供給がなくスイッチングト
ランジスタＴｒｉもカットオフ状態にあり、負荷電流Ｉ
Ｌは流れない。
（２）入力信号Ｓが有り、定格以下の負荷電泥化が流れ
ている場合、 フォトカプラｌ） ＣｌのフォトトランジスタＴｒ３が
導通し、抵抗Ｒ１１を通じてスイッチングトランジスタ
Ｔｒｉにベース電流ｉｂｌを供給するのでトランジスタ
Ｉｌｌ ｒｌがＯＮし、負荷電流ＩＬが流れる。つまり
、フォトカプラＰＣＩのフォトトランジスタＴｒ３とス
イッチングトランジスタＴｒｉとはダーリントン接続と
なっている。この状態においては、前記負荷寛流監Ｌ１
従ってトランジスタＴｒｉのエミッタ電流ｉＥ１にもと
づく過電流検出抵抗Ｒ１４の検出′電圧ＶＤ、従って点
Ｐ １４の電位は低く、このため後述のように保護トラ
ン７スタ’１’ ｒ ２のペース（点Ｐ１３）の電位（
ペース・エミッタ電圧Ｖ Ｂ Ｅ・２）も低く、トラン
ジスタ′］、’ ｒ ２を蔓通し得ないように設定され
ている。
ている場合、 フォトカプラｌ） ＣｌのフォトトランジスタＴｒ３が
導通し、抵抗Ｒ１１を通じてスイッチングトランジスタ
Ｔｒｉにベース電流ｉｂｌを供給するのでトランジスタ
Ｉｌｌ ｒｌがＯＮし、負荷電流ＩＬが流れる。つまり
、フォトカプラＰＣＩのフォトトランジスタＴｒ３とス
イッチングトランジスタＴｒｉとはダーリントン接続と
なっている。この状態においては、前記負荷寛流監Ｌ１
従ってトランジスタＴｒｉのエミッタ電流ｉＥ１にもと
づく過電流検出抵抗Ｒ１４の検出′電圧ＶＤ、従って点
Ｐ １４の電位は低く、このため後述のように保護トラ
ン７スタ’１’ ｒ ２のペース（点Ｐ１３）の電位（
ペース・エミッタ電圧Ｖ Ｂ Ｅ・２）も低く、トラン
ジスタ′］、’ ｒ ２を蔓通し得ないように設定され
ている。
なお、負荷電流ｉＬはスイッチングトランジスタ゛Ｉ”
ｒｌのコレクタ電流ｉＣ１とスイッチングトランジスタ
Ｔｒｉの駆動・保護回路Ｃ１への流入電流、すなわちフ
ォトトランジスタＴｒ３のコレクタ電流ｉＣ３とに分流
するが、コレクタ電流ｉＣ３はコレクタ電流ｌＣ１に比
し充分小さく、従って負荷電流ｉＬはコレクタ電流ｉＣ
″１、エミッタ電流ｉＥｌ、または過電流検出抵抗几１
４への流入電流にほぼ等しい。
ｒｌのコレクタ電流ｉＣ１とスイッチングトランジスタ
Ｔｒｉの駆動・保護回路Ｃ１への流入電流、すなわちフ
ォトトランジスタＴｒ３のコレクタ電流ｉＣ３とに分流
するが、コレクタ電流ｉＣ３はコレクタ電流ｌＣ１に比
し充分小さく、従って負荷電流ｉＬはコレクタ電流ｉＣ
″１、エミッタ電流ｉＥｌ、または過電流検出抵抗几１
４への流入電流にほぼ等しい。
（３） 過電流ｉＬが流れた場合
負荷回路２の短絡などで負荷電流ｉＬが過電流となった
場合には、過電流検出抵抗Ｒ１４の検出電圧ＶＤが大ぎ
くなり、このため保護トランジスタＴｒ２のペース・エ
ミッタ電圧ＶＢＢ２も上昇して、保護トランジスタＴ、
、’ｒ ２が導通するに十分な電圧となり、保護トラン
ジスタＴｒ２がＯＮを開始する。そこでスイッチングト
ランジスタＴｒ １のペース電流ｉｂｌの一部は保護ト
ランジスタＴｒ２のコレクタに、コレクタ電流ＩＣ２と
して分流するため、ベース電流ｉｂｌは減少を始め、こ
れにともないスイッチングトランジスタ’Ｌ’ｒｌのコ
レクタ電流ｉＣ１も減少、すなわち阻止方向に動作する
のでトランジスタＴｒｌのコレクタ・エミッタ電圧ＶＣ
ＥＩ、従つ又そのコレクタの点ＰＩＯの電位も上昇を始
める一方フオドトランジスタＴｒ３は充分ＯＮ状態にあ
り、前記点１’ＩＯの電位の上昇は直ちにフォトトラン
ジスタＩｌｌ ｒ３のエミッタの点ｐＨの電位上昇につ
な刀）す、このため抵抗Ｒｘ２を介する、保膣トランジ
スタＴ ｒ ２のベース直流ｉｂ２の供給が増加し、保
護トランジスタＴｒ２のコレクタ電流ｉＣ２は更に増加
、従ってスイッチングトランジスタＴ ｒ ｌのベース
電流ｉｂｌは央に減少、とばった急峻な変化の過程を経
て、スイッチングトランジスタＴｒｉは完全にＯＦＦ、
保護トランジスタ゛Ｉ” ｒ ２は完全なＯＮＮ悪態移
行する。この移行の過程で抵抗Ｒ１１の電圧降下が、は
ぼンエナーダイオード却のツェナ電圧に達した後は該電
圧降下は該ツェナー室圧にほぼ等しい状態を保ち、抵抗
ａｌｌを流れる′ｄ市流１１は一定となる。すなわちこ
のとぎフォトトランジスタＴｒ３は定電流回路として働
す くので点ＰＩＯの電位か＾くなって讐フォトトランジス
タ１ｌＮｒ３のコレクタ・エミッタ電圧ＶＣＢ３の増加
により、フォトトランジスター１°ｒ３のコレクタ電流
ＩＣ３の増加を制限する。
場合には、過電流検出抵抗Ｒ１４の検出電圧ＶＤが大ぎ
くなり、このため保護トランジスタＴｒ２のペース・エ
ミッタ電圧ＶＢＢ２も上昇して、保護トランジスタＴ、
、’ｒ ２が導通するに十分な電圧となり、保護トラン
ジスタＴｒ２がＯＮを開始する。そこでスイッチングト
ランジスタＴｒ １のペース電流ｉｂｌの一部は保護ト
ランジスタＴｒ２のコレクタに、コレクタ電流ＩＣ２と
して分流するため、ベース電流ｉｂｌは減少を始め、こ
れにともないスイッチングトランジスタ’Ｌ’ｒｌのコ
レクタ電流ｉＣ１も減少、すなわち阻止方向に動作する
のでトランジスタＴｒｌのコレクタ・エミッタ電圧ＶＣ
ＥＩ、従つ又そのコレクタの点ＰＩＯの電位も上昇を始
める一方フオドトランジスタＴｒ３は充分ＯＮ状態にあ
り、前記点１’ＩＯの電位の上昇は直ちにフォトトラン
ジスタＩｌｌ ｒ３のエミッタの点ｐＨの電位上昇につ
な刀）す、このため抵抗Ｒｘ２を介する、保膣トランジ
スタＴ ｒ ２のベース直流ｉｂ２の供給が増加し、保
護トランジスタＴｒ２のコレクタ電流ｉＣ２は更に増加
、従ってスイッチングトランジスタＴ ｒ ｌのベース
電流ｉｂｌは央に減少、とばった急峻な変化の過程を経
て、スイッチングトランジスタＴｒｉは完全にＯＦＦ、
保護トランジスタ゛Ｉ” ｒ ２は完全なＯＮＮ悪態移
行する。この移行の過程で抵抗Ｒ１１の電圧降下が、は
ぼンエナーダイオード却のツェナ電圧に達した後は該電
圧降下は該ツェナー室圧にほぼ等しい状態を保ち、抵抗
ａｌｌを流れる′ｄ市流１１は一定となる。すなわちこ
のとぎフォトトランジスタＴｒ３は定電流回路として働
す くので点ＰＩＯの電位か＾くなって讐フォトトランジス
タ１ｌＮｒ３のコレクタ・エミッタ電圧ＶＣＢ３の増加
により、フォトトランジスター１°ｒ３のコレクタ電流
ＩＣ３の増加を制限する。
なおここで前記電流工１１が一定となる理由はもしｉｉ
ｆ、流ｉｌｌが増加し抵抗ａｌｌの電圧降下が前記ツェ
ナ′亀圧を越えたとするとフォトトランジスタＴｒ３の
ペース・エミッタ間が逆バイアスされることにブより、
フォトトランジスタＴｒ３が導通し得な（なるからであ
る。
ｆ、流ｉｌｌが増加し抵抗ａｌｌの電圧降下が前記ツェ
ナ′亀圧を越えたとするとフォトトランジスタＴｒ３の
ペース・エミッタ間が逆バイアスされることにブより、
フォトトランジスタＴｒ３が導通し得な（なるからであ
る。
さて前述のように電流１１１が一定に保たれる結果、保
護トランジスタＴ ｒ ２のコレクタ電流ｉＣ２も制限
されて、そのエミッタ・コレクタ電圧ＶＣｈ、２も１戊
り保たれ、亥イツチングトランジスタＴｒｉのＯＦＦ状
態が確保される。また抵抗Ｒ１１の電圧降下が一定とな
ることと、保護トランジスタＴｒ２が完全にＯＮするこ
とによってフォトトランジスタＴｒ３のエミッタの点ｐ
Ｈの電位もほぼ一定、従って抵抗Ｒ１２を流れる電流ｉ
１２もほぼ一定となる。このことはフォトトランジスタ
Ｔｒ３のコレクタ電流ｉＣ３もは＆’ｆ一定に制限され
フォトトランジスタＴｒ３の消費電力従って熱損失も制
限されることを意味する。このためフォトトランジスタ
Ｔｒ３に高耐圧のものを用いれば、本回路は直流電源Ｅ
の電圧々して例えば１００■と言うような比較的高（・
電圧にも充分適用することができる。
護トランジスタＴ ｒ ２のコレクタ電流ｉＣ２も制限
されて、そのエミッタ・コレクタ電圧ＶＣｈ、２も１戊
り保たれ、亥イツチングトランジスタＴｒｉのＯＦＦ状
態が確保される。また抵抗Ｒ１１の電圧降下が一定とな
ることと、保護トランジスタＴｒ２が完全にＯＮするこ
とによってフォトトランジスタＴｒ３のエミッタの点ｐ
Ｈの電位もほぼ一定、従って抵抗Ｒ１２を流れる電流ｉ
１２もほぼ一定となる。このことはフォトトランジスタ
Ｔｒ３のコレクタ電流ｉＣ３もは＆’ｆ一定に制限され
フォトトランジスタＴｒ３の消費電力従って熱損失も制
限されることを意味する。このためフォトトランジスタ
Ｔｒ３に高耐圧のものを用いれば、本回路は直流電源Ｅ
の電圧々して例えば１００■と言うような比較的高（・
電圧にも充分適用することができる。
なお本回路において保護トランジスタＴｒ２が導通を開
始する寸前の時点、すなわち保護トランジスタＴｒ２に
ベース電流ｉｂ２が流入し始める寸前においては、スイ
ッチングトランジスタＩｌｌ ｒ １、保護トランジス
タＴｒ２の各ペース・エミ７１ Ｔｉｅ。
始する寸前の時点、すなわち保護トランジスタＴｒ２に
ベース電流ｉｂ２が流入し始める寸前においては、スイ
ッチングトランジスタＩｌｌ ｒ １、保護トランジス
タＴｒ２の各ペース・エミ７１ Ｔｉｅ。
圧ＶＢＥＩ 、ＶＢＢ２と、過電流検出抵抗の検出電圧
ＶＤとの間には、次式のような関係がある。
ＶＤとの間には、次式のような関係がある。
ここに
ｖｌも：抵抗Ｒ１１の電圧降下
几１２．）ｔ１３：それぞれ抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の抵抗
値である。ここで本式による具体的な数値例を示すと、
ＶＢＥ２＝０．６Ｖ、ＶＢＥ１＝１．２Ｖ、ＶＢ＝０，
２Ｖ 、 Ｋｌ ２＝８ ｋΩ、Ｒ１３＝２ ｋΩのと
き、ＶＤ＝０，３２Ｖが得られる。このように検出電圧
ＶＤの値は、保護トランジスタＴｒ２のベース・エミッ
タ電Ｅ５ＶＢＢ２の約１／２と小さく設定できるので、
常時、定格の負荷電流ｉＬが流れる状態における、過電
流検出抵抗Ｒ１４による電力損失も比較的小さく抑える
ことができる。
値である。ここで本式による具体的な数値例を示すと、
ＶＢＥ２＝０．６Ｖ、ＶＢＥ１＝１．２Ｖ、ＶＢ＝０，
２Ｖ 、 Ｋｌ ２＝８ ｋΩ、Ｒ１３＝２ ｋΩのと
き、ＶＤ＝０，３２Ｖが得られる。このように検出電圧
ＶＤの値は、保護トランジスタＴｒ２のベース・エミッ
タ電Ｅ５ＶＢＢ２の約１／２と小さく設定できるので、
常時、定格の負荷電流ｉＬが流れる状態における、過電
流検出抵抗Ｒ１４による電力損失も比較的小さく抑える
ことができる。
以上の過′１Ｅ流保護動作のリセット、すなわち保護ト
ランジスタＴｒ２のカットオフは、前述の従来例と同様
に入力信号ＳがＯＦＦになれば、フォトトランジスタＴ
ｒ３もＯＦＦ’することにより行われる。
ランジスタＴｒ２のカットオフは、前述の従来例と同様
に入力信号ＳがＯＦＦになれば、フォトトランジスタＴ
ｒ３もＯＦＦ’することにより行われる。
以上の実施例において過電流検出抵抗Ｒ１４は非線型の
抵抗、あるいは半導体でもよいことは容易に推察できる
であろう。またフォトトランジスタＴｒ３のペースに接
続されたツェナーダイオードＺＤは、電池のようなもの
であってもよ（、また抵抗を用いてもエミッタ電流ｉＢ
３の抑制効果がある。
抵抗、あるいは半導体でもよいことは容易に推察できる
であろう。またフォトトランジスタＴｒ３のペースに接
続されたツェナーダイオードＺＤは、電池のようなもの
であってもよ（、また抵抗を用いてもエミッタ電流ｉＢ
３の抑制効果がある。
以上詳述したように本発明によれば、
（１） スイッチングトランジスタの駆゛動・保睦回
路が単純であり、安価に構成できる。
路が単純であり、安価に構成できる。
（２） 過電流検出レベルが正確にできる。
（３）過電流検出抵抗の損失が少なくて良い。
（４） 比較的高い負荷電圧まで使用できる。
などの特長を有した過電流保護機能を有する半導体スイ
ッチ回路を実現することができる。
ッチ回路を実現することができる。
第１図は従来の半導体スイッチ回路の構成を示す図、第
２図はスイッチングトランジスタの静特性を示す図、第
３図は従来の過電流保護回路付半導体スイッチ回路の構
成図、第４図は第３図の動作を示す波形図、第５図は本
発明における過電流保護回路付半導体スイッチ回路の構
成例を示す図である。 符号説明 ｌＰｒ、・・・・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ
２・・・・・・保護トランジスタ、Ｔｒ３・・・・・・
フォトトランジスタ、ＰＣＩ・°・・・・フォトカプラ
、Ｒ１４・・・・・・過［ａ流検出抵抗、ＺＤ・・・・
・・ツェナーダイオード、Ｒ１ｉ 、 Ｒｘ ２ 、
Ｒ１３・・・・・・抵抗。
２図はスイッチングトランジスタの静特性を示す図、第
３図は従来の過電流保護回路付半導体スイッチ回路の構
成図、第４図は第３図の動作を示す波形図、第５図は本
発明における過電流保護回路付半導体スイッチ回路の構
成例を示す図である。 符号説明 ｌＰｒ、・・・・・・スイッチングトランジスタ、Ｔｒ
２・・・・・・保護トランジスタ、Ｔｒ３・・・・・・
フォトトランジスタ、ＰＣＩ・°・・・・フォトカプラ
、Ｒ１４・・・・・・過［ａ流検出抵抗、ＺＤ・・・・
・・ツェナーダイオード、Ｒ１ｉ 、 Ｒｘ ２ 、
Ｒ１３・・・・・・抵抗。
Claims (1)
- ７オトカプラのフォトトランジスタとパワートランジス
タとをダーリントン接続した半導体スイッチ回路におい
て、少（とも、負荷回路の過電流を検出する過電流検出
手段を前記パワートランジスタのエミッタ側に直列接続
し、前記パワートランジスタのべ、−ス・エミッタと前
記過電流検出手段との直列接続回路と並列に、前記パワ
ートランジスタのペース電流乞短絡する極性に、保護ト
ランジスタのコレクタ・エミッタな、接続し、前記パワ
ートランジスタのベースと前記フォトトランジスタのエ
ミッタとの間に抵抗を挿入接続し、前記パワートランジ
スタのベースと前記フォトトランジスタのベースとの間
に前記フォトトランジスタのエミック′屯流を制限する
電流制限手段を接続該分圧手段の分圧点を前記保護トラ
ンジスタのベースに接続しにことを特徴とする半導体ス
イッチの過電流保護回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58093766A JPS59219019A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | 半導体スイツチの過電流保護回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58093766A JPS59219019A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | 半導体スイツチの過電流保護回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59219019A true JPS59219019A (ja) | 1984-12-10 |
| JPH0262053B2 JPH0262053B2 (ja) | 1990-12-21 |
Family
ID=14091548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58093766A Granted JPS59219019A (ja) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | 半導体スイツチの過電流保護回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59219019A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0212384A2 (de) * | 1985-08-21 | 1987-03-04 | i f m electronic gmbh | Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046455U (ja) * | 1990-05-08 | 1992-01-21 |
-
1983
- 1983-05-27 JP JP58093766A patent/JPS59219019A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0212384A2 (de) * | 1985-08-21 | 1987-03-04 | i f m electronic gmbh | Elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0262053B2 (ja) | 1990-12-21 |
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