JPS6146472A - Switching circuit of large current - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce a collector loss, by suppressing collector-emitter voltage of an NPN transistor to about a level of saturated voltage by a voltage drop in wiring resistance, in the case of a captioned circuit which supplies power through the NPN transistor to a load grounding its one end. CONSTITUTION:A switching circuit package 3, switching an electric current to a glow plug 2a-2d, provides an NPN power transistor 4 switching a full current in parallel to the glow plug while a PNP transistor 6 for switching a base current of this power transistor 4. The package 3 connects a base of said transistor 6 with a middle point between a leak resistor 7 and a driver resistor 8 while the driver resistor 8 with an input terminal 11 of the package 3. And the package 3 is constituted such that the transistors 4, 6 are turned on electrifying the glow plug 2a-2d when input terminal 11 is placed in a grounded condition while turned off cutting off the electrification when said input terminal 11 is placed in an open condition.

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は車両負荷駆動装置として好適な大電流開閉回路
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a large current switching circuit suitable as a vehicle load drive device.

［従来の技術］ 特開昭４８−５０１９４号公報に示されるように、　＆
ｉ２１接地の負荷にＮＰＮ　）ランジスタにより給電す
る回路は公知であり、この回路はＰＮＰ　トランジスタ
を用いる回路に比べてより大きな電流を流すのに適して
いる。[Prior art] As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-50194, &
Circuits for supplying grounded loads with NPN transistors are known and are suitable for carrying larger currents than circuits using PNP transistors.

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の回路において、ＮＰＮ　トランジスタの前段トラ
ンジスタがオンすると、ＮＰＮ）ランジスタはコレクタ
電圧とほぼ等しくなるが、エミ・ツタ電圧は、ベースエ
ミッタ順方向電圧降下分に相当する約０．８ｖ程度低く
なるので、コレクタエミッタ間電圧が０．８ｖ程度存在
し、コレクタ損失が大きくなるという欠点がある。この
コレクタ損失を減らすためにＮＰＮ　）ランジスタのコ
レクタ回路に微小抵抗を挿入して、その電圧降下により
コレクタエミッタ間電圧を減らす方法も知られているが
、その場合の抵抗は大きな電力容量を必要とする。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional circuit, when the transistor in the previous stage of the NPN transistor is turned on, the collector voltage of the NPN transistor becomes almost equal to the collector voltage, but the emitter voltage becomes equal to the base emitter forward voltage drop. Since the voltage decreases by about 0.8 V, the voltage between the collector and emitter is about 0.8 V, which has the drawback of increasing collector loss. In order to reduce this collector loss, a method is known in which a microresistance is inserted into the collector circuit of an NPN (NPN) transistor, and the resulting voltage drop reduces the voltage between the collector and emitter. However, in this case, the resistor requires a large power capacity. do.

［問題点を解決する手段］ 本発明はＮＰＮ　）ランジスタをエミッタホロワで使用
する際し、重両配線による電圧降下を積極的に利用する
ようにしたものである。[Means for Solving the Problems] The present invention actively utilizes the voltage drop caused by heavy wiring when using an NPN transistor as an emitter follower.

［作用］ 本発明によれば、特別な抵抗体を用いずに、ＮＰＮＩ−
ランジスタのコレクタエミッタ間電圧を配線抵抗の電圧
降下によって、飽和電圧程度に抑えることができる。[Function] According to the present invention, NPNI-
The collector-emitter voltage of the transistor can be suppressed to about the saturation voltage by the voltage drop across the wiring resistance.

［発明の効果コ それゆえ、無駄な電圧降下や電力損失なくしてコレクタ
損失を低減することができ、ＮＰＮ　）ランジスクの大
電流許容特性を有効に利用することができる。[Effects of the Invention] Therefore, the collector loss can be reduced without unnecessary voltage drop or power loss, and the large current tolerance characteristics of the NPN transistor can be effectively utilized.

［実施例］ 本発明の実施例を示す第１．２図において、１は車両の
バッテリ、２ａ〜２ｄはグロープラグ、３はグロープラ
グへの電流の開閉を行なう開閉回路パッケージ、４はグ
ロープラグへの電流を開閉するＮＰＮ型のパワートラン
ジスタであり、その開閉電流はグロープラグの並列全電
流である数１０Ａ〜２００Ａ程度とする。[Embodiment] In Fig. 1.2 showing an embodiment of the present invention, 1 is a vehicle battery, 2a to 2d are glow plugs, 3 is a switching circuit package that switches on and off the current to the glow plug, and 4 is a glow plug. It is an NPN type power transistor that opens and closes the current to the glow plug, and its opening and closing current is approximately several tens of amperes to 200 amperes, which is the total parallel current of the glow plug.

５はトランジスタ４へのベース電流の開閉を行なうＰＮ
Ｐ　）ランジスタ、７はトランジスタ６のベースリーク
抵抗、８はトランジスタ６のベースドライブ抵抗、９は
バッテリ１から開閉回路３を介してグロープラグへ電流
を流す電線、１０は電線９上の所定の位置から開閉回路
３の前段ＰＮＰトランジスタ６のエミッタに接続される
電線、１１は開閉回路３の入力端子であり、接地状態に
するとトランジスタ６と５がオンとなってグロープラグ
２に電流を供給させ、オープン状態にするとトランジス
タ６と５はオフし、グロープラグ２への電流を遮断する
。5 is a PN that opens and closes the base current to the transistor 4.
P) transistor, 7 is the base leak resistance of the transistor 6, 8 is the base drive resistance of the transistor 6, 9 is an electric wire that flows current from the battery 1 to the glow plug via the switching circuit 3, 10 is a predetermined position on the electric wire 9 An electric wire 11 is connected to the emitter of the PNP transistor 6 at the front stage of the switching circuit 3, and 11 is an input terminal of the switching circuit 3. When grounded, transistors 6 and 5 are turned on to supply current to the glow plug 2. When opened, transistors 6 and 5 are turned off, cutting off current to glow plug 2.

１２は開閉回路３の出力端子、１３は出力端子１２から
グロープラグ２のプラス端子を接続する電線である。な
お、前記電線９上の接続点９ａから開閉回路端子の点９
ｂの配線について説明すると、その抵抗をＲとし、グロ
ープラグ２の供給電流をＩとした場合、に、電線９の長
さと太さは、Ｒ−ｖａε　（ＳＡＴ）／Ｔと同じか多少
小さい値で、かつジュール熱による温度上昇が５０℃程
度におさまるように選定される。なお、ＶＢＥ（ＳＡＴ
）はＮＰＮトランジスタ４のペースエミッタ間飽和電圧
であり、約０．８Ｖであるとする。したがって、もしグ
ロープラグ全電流が６０Ａの場合は、抵抗Ｒを１０ｍΩ
程度にすると、０．６Ｖの電圧降下を得ることができる
。12 is an output terminal of the switching circuit 3, and 13 is an electric wire connecting the output terminal 12 to the positive terminal of the glow plug 2. Note that from the connection point 9a on the electric wire 9 to the point 9 of the switching circuit terminal
To explain the wiring b, if its resistance is R and the current supplied to the glow plug 2 is I, then the length and thickness of the electric wire 9 are equal to or slightly smaller than R-vaε (SAT)/T. , and the temperature increase due to Joule heat is selected to be within about 50°C. In addition, VBE(SAT
) is the pace emitter saturation voltage of the NPN transistor 4, and is assumed to be approximately 0.8V. Therefore, if the total glow plug current is 60A, the resistance R is 10mΩ
If the voltage is set to about 0.6V, a voltage drop of 0.6V can be obtained.

第２図において、１４は車両のエンジンルーム、１５は
車室を表わす。１６は第３図で図示していない制御回路
であり、開閉回路３の入力端子１１のアース電位との開
閉を行なうものであり、例えば通電初期にはグロープラ
グ２に数秒間の連続通電をさせて急速加熱し、その後は
例えば１０Ｈｚ〜数１００Ｈ２の周波数で断続通電を継
続させる制御信号を付与する。この開閉回路゛３の設置
場所は接続点数を減らし、また電線１３における無駄な
電圧降下を減らすために、第２図のようにエンジンルー
ム内とするのがよい。In FIG. 2, 14 represents the engine room of the vehicle, and 15 represents the passenger compartment. Reference numeral 16 denotes a control circuit not shown in FIG. 3, which connects and closes the input terminal 11 of the switching circuit 3 to the ground potential. For example, in the initial stage of energization, the glow plug 2 is continuously energized for several seconds. After that, a control signal is applied to continue the intermittent energization at a frequency of, for example, 10 Hz to several 100 H2. The opening/closing circuit 3 is preferably installed in the engine room as shown in FIG. 2 in order to reduce the number of connection points and to reduce unnecessary voltage drops in the electric wires 13.

第３図において、端子１１が接地状態になると、接続点
９ａから電線１０、トランジスタｂのエミッタ、同ベー
ス、抵抗８の経路で流れるベース電流により、トランジ
スタ６のコレクタエミッタ間は完全にオン状態となり、
ＮＰＮ　）ランジスタ４にベース電流が流れる。それに
より、トランジスタ４にはコレクタ電流が流れる。この
場合のベース電流はコレクタ電流の１／　ｈ　Ｆ　Ｅに
落ち着く。In FIG. 3, when the terminal 11 is grounded, the collector-emitter of the transistor 6 is completely turned on due to the base current flowing from the connection point 9a to the wire 10, the emitter of transistor b, the base, and the resistor 8. ,
NPN) The base current flows through the transistor 4. As a result, a collector current flows through the transistor 4. In this case, the base current settles at 1/h FE of the collector current.

このトランジスタ４のコレクタ電流ｌにより、電線９に
はその配線抵抗１０ｍΩにより電圧降下が発生す・る。This collector current l of the transistor 4 causes a voltage drop in the electric wire 9 due to its wiring resistance of 10 mΩ.

ここで、トランジスタ４のコレクタ電流、すなわちグロ
ープラグ全電流を６０Ａとすると、この電圧降下は ６０　（Ａ）ＸＩＯ（ｍΩ”）＝０．６　（Ｖ）となる
。またトランジスタ６のベース電流であるトランジスタ
４のベース電流は、トランジスタ４のコレクタ電流に比
べ１　／　ｈ　Ｆ　Ｅであるので、ｈＦＥが２０程度以
上あるとして、電線１０の電圧降下は電線９の電圧降下
に比べて無視可能である。Here, if the collector current of transistor 4, that is, the total glow plug current is 60A, this voltage drop will be 60 (A)XIO (mΩ") = 0.6 (V). Also, the base current of transistor 6 Since the base current of the transistor 4 is 1/h FE compared to the collector current of the transistor 4, the voltage drop in the electric wire 10 is negligible compared to the voltage drop in the electric wire 9, assuming that hFE is about 20 or more.

したがって、通電時においてはトランジスタ６のエミッ
タ電位はトランジスタ４のコレクタ電位より０．６■高
い状態にある。またトランジスタ６のコレクタエミッタ
間は完全に飽和領域にある。Therefore, when the current is on, the emitter potential of the transistor 6 is higher than the collector potential of the transistor 4 by 0.6 μ. Furthermore, the area between the collector and emitter of the transistor 6 is completely in the saturation region.

トランジスタ６のＶ　ｃ　ｔ：　　（ＳＡ　Ｔ）を０．
２Ｖとし、トランジスタ４のＶ　ｓ　Ｅ　　（ｓ　Ａ　
Ｔ）が０，８■とすると、トランジスタ４のエミッタ電
位は接続点９ａの電位に比べて、 ０．２　（Ｖ）＋０．８　（Ｖ）＝１．０　　（Ｖ）だ
け低いことになる。またトランジスタ４のコレクタ電位
は前記の通り、接続点９ａの電圧より配線９による電圧
降下の０．６Ｖだけ低いので、トランジスタ４のコレク
タエミッタ間電圧は０．４■で安定する。この状態の等
価回路を第３図に示す。したがって単にトランジスタ４
をエミッタヮロワとして使用する場合に比べ、通電時の
電力損失を大幅に減らすことができる。その程度は、従
来回路のように単純に前段トランジスタのコレクタとＮ
ＰＮトランジスタのエミッタを接続した場合に比して、
コレクタ損失は２．５分の１となる。V c t of transistor 6: (SAT) is set to 0.
2V, and V s E (s A
When T) is 0.8■, the emitter potential of the transistor 4 is lower than the potential at the connection point 9a by 0.2 (V)+0.8 (V)=1.0 (V). Further, as described above, the collector potential of the transistor 4 is lower than the voltage at the connection point 9a by 0.6V, which is the voltage drop due to the wiring 9, so that the collector-emitter voltage of the transistor 4 is stabilized at 0.4. An equivalent circuit in this state is shown in FIG. Therefore, simply transistor 4
Compared to using it as an emitter lower, power loss when energized can be significantly reduced. The extent of this is simply the difference between the collector of the previous stage transistor and the N
Compared to the case where the emitter of a PN transistor is connected,
Collector loss becomes 1/2.5.

ところで、接続点９ａ〜９ｂまでの配線抵抗による電圧
降下の設定の方法は、トランジスタ４のペースエミッタ
間飽和電圧Ｖａε　（ＳＡＴ）４からコレクタエミッタ
間飽和電圧ＶＣＥ　　（ＳＡＴ）４を引いたイ直に、ト
ランジスタ６のコレクタエミッタ間飽和電圧ＶＣＥ　（
ＳＡＴ）ｓを加えた値を上限として選ぶとトランジスタ
４のコレクタ損失は最小になる。By the way, the method of setting the voltage drop due to the wiring resistance from the connection points 9a to 9b is as follows: The pace-emitter saturation voltage Vaε (SAT)4 of the transistor 4 minus the collector-emitter saturation voltage VCE (SAT)4. , collector-emitter saturation voltage VCE of transistor 6 (
If the upper limit is selected to be the sum of SAT)s, the collector loss of transistor 4 will be minimized.

なお、本発明のＮＰＮトランジスタを用いた回路では、
トランジスタ４のベース電流をトランジスタ６を用いて
ドライブ抵抗なしで直接流せるので、大きな電力容量の
前段抵抗が不要であり、それに伴う発熱もなくなる。Note that in the circuit using the NPN transistor of the present invention,
Since the base current of the transistor 4 can be directly passed through the transistor 6 without a drive resistor, there is no need for a front-stage resistor with a large power capacity, and the heat generation associated with it is also eliminated.

またＮＰＮ　トランジスタを用いる方法として、従来の
ようにトランジスタ４のコレクタ回路に固定抵抗を直列
に接続する場合は、車両配線９による電圧降下に加えて
、さらに固定抵抗２０による電圧降下が加わるため、グ
ロープラグ２に印加される電圧が低くなりすぎる欠点を
生じる。またこれとともに、抵抗８として比較的大電力
のものを要する欠点がある。In addition, when a fixed resistor is connected in series to the collector circuit of the transistor 4 as in the conventional method of using an NPN transistor, in addition to the voltage drop due to the vehicle wiring 9, a voltage drop due to the fixed resistor 20 is added, so there is no glow. This results in the disadvantage that the voltage applied to the plug 2 becomes too low. Additionally, there is a drawback that the resistor 8 requires a relatively high power resistor.

なお、一般に配線９のように、バッテリ１からグロープ
ラグ２に至る配線は普通の自動車で２０ｍΩ程度存在す
るため、もともと配線による電圧降下は本発明を通用す
るに充分なだけ存在し、新たに配線長さを延ばす等の無
用な電圧降下を作り出す必要がない。また配線９の所定
の１点に配線１０を接続すればよいので、配線の複雑化
を招くこともない。Generally, the wiring from the battery 1 to the glow plug 2, such as the wiring 9, is approximately 20 mΩ in an ordinary automobile, so the voltage drop caused by the wiring is already sufficient for the present invention to work, and new wiring is required. There is no need to create unnecessary voltage drops by increasing the length. Moreover, since the wiring 10 only needs to be connected to one predetermined point of the wiring 9, the wiring does not become complicated.

なお、以上の実施例ではトランジスタ４は単独の大電流
トランジスタを用いているが、より小電流タイプのＮＰ
Ｎ　）ランジスタを並列接続してもよい。Note that in the above embodiments, a single large current transistor is used as the transistor 4, but a smaller current type NP transistor is used.
N) Transistors may be connected in parallel.

また第４図に示すように、トランジスタ４のベースとト
ランジスタ６のコレクタの経路に、比較的小さな値の抵
抗、つまりトランジスタ４の通常の電流では電圧降下が
０．１〜０．２■程度となる抵抗を接続することにより
、配線９による電圧降下が過大になった場合（つまりト
ランジスタ４が飽和して、ベース電流が過大になりそう
な場合）の、ベース電流の抑制作用を発揮させ得る。In addition, as shown in FIG. 4, there is a relatively small resistance in the path between the base of transistor 4 and the collector of transistor 6. In other words, with the normal current of transistor 4, the voltage drop is about 0.1 to 0.2 mm. By connecting such a resistor, the base current can be suppressed when the voltage drop due to the wiring 9 becomes excessive (that is, when the transistor 4 is saturated and the base current is likely to become excessive).

また第５図のようにトランジスタ４のベースからコレク
タに向けてダイオード２１を接続しても同様の効果を得
ることができる。Further, the same effect can be obtained by connecting the diode 21 from the base to the collector of the transistor 4 as shown in FIG.

またこれまでに述べた実施例では、第３図のように開閉
化３が、グロープラグ２やバッテリ１に近いエンジンル
ーム内に設置され、開閉化３を制御する制御装置１６が
車室内に設置される場合について説明したが、制御装置
１６と開閉回路３とを一体化し、それをエンジンルーム
に設置してもよい。Furthermore, in the embodiments described so far, the opening/closing switch 3 is installed in the engine room near the glow plug 2 and the battery 1, and the control device 16 for controlling the opening/closing switch 3 is installed in the vehicle interior, as shown in FIG. Although the case has been described in which the control device 16 and the switching circuit 3 are integrated, it may be installed in the engine room.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例を示す電気結線図、第２図は
同実施例におけるエンジンルーム内配線の説明図、第３
図は同実施例の等価回路図、第４図および第５図は本発
明の変形実施例を示す電気結線図である。 １・・・バフテリ（電源）、２（２ａ〜２ｄ）・・・グ
ロープラグ（負荷）、４・・・ＮＰＮ　）ランジスタ、
６・・・前段トランジスタ、９・・・配線。 イＳ理人　弁理士　岡　部　　隆 第１図 １ｎ 第２図 第３図 第４図　　　　　　第５図Fig. 1 is an electrical wiring diagram showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram of the wiring inside the engine room in the same embodiment, and Fig. 3 is an electrical wiring diagram showing an embodiment of the present invention.
The figure is an equivalent circuit diagram of the same embodiment, and FIGS. 4 and 5 are electrical wiring diagrams showing modified embodiments of the present invention. 1...Buffer battery (power supply), 2 (2a to 2d)...Glow plug (load), 4...NPN) transistor,
6... Front stage transistor, 9... Wiring. IS Patent Attorney Takashi Okabe Figure 1 1n Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 一端が接地された負荷に、電源からＮＰＮトランジスタ
のコレクタを通りそのエミッタから電流を供給する負荷
電流開閉回路であって、前記電源から前記ＮＰＮトラン
ジスタの前段トランジスタへの給電を行なう配線のうち
、所定の抵抗値を得るに必要な長さに相当する位置から
、前記ＮＰＮトランジスタのベース駆動のための給電を
行なうようにした大電流開閉回路。A load current switching circuit that supplies a current from a power supply to a load whose one end is grounded through the collector of an NPN transistor and from its emitter, and which is a load current switching circuit that supplies current from a power supply to a load that is grounded at one end from the emitter of the NPN transistor. A large current switching circuit configured to supply power for driving the base of the NPN transistor from a position corresponding to a length necessary to obtain a resistance value of .