JPH04122120A - 温度補償された過負荷トリップレベル半導体リレー - Google Patents
温度補償された過負荷トリップレベル半導体リレーInfo
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- JPH04122120A JPH04122120A JP2404687A JP40468790A JPH04122120A JP H04122120 A JPH04122120 A JP H04122120A JP 2404687 A JP2404687 A JP 2404687A JP 40468790 A JP40468790 A JP 40468790A JP H04122120 A JPH04122120 A JP H04122120A
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
- H03K17/785—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling field-effect transistor switches
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for DC applications
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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
- H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
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- H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S323/907—Temperature compensation of semiconductor
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (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
[0001]
図1に従来技術の半導体リレー回路10を示す。回路1
0は限流器12と、−対の発光ダイオード13及び14
を有する入力部11を含む。スイッチ部15は発光ダイ
オード13及び14によって発生した光を感知するため
に配置される検出器アレー17を含み、それによって、
要求される入力回路の回路分離を提供する。検出器アレ
ー17は、限流抵抗器19を通してスイッチデバイス1
8(好ましくは金属酸化物電界効果トランジスタ)のゲ
ートへ接続されている♂検出器アレー17は又、抵抗器
21を通してスイッチデバイス18のソース端子へ接続
されている。負荷回路22と電源23はスイッチデバイ
ス18のドレイン端子と抵抗21を直列に接続するよう
に配置されている。もう一つの抵抗24は検出器アレー
17と並列に接続されている。 [0002] スイッチリレーの通常の動作において、回路10の入力
部への入力信号の供給(回路へバッテリ26を接続する
ためスイッチ25を閉(close )にすることによ
って例示される。)は、検出器アレー17によって検出
される光出力を供給するための発光ダイオード13と1
4による。検出器アレー17は、スイッチデバイス18
がオンになるスイッチデバイス18のゲート端子とソー
ス端子の間に信号を供給し、十分足りると、スイッチデ
バイス18をオンにし、負荷22に電流を供給する。入
力信号が入力部11から取り払われたとき、検出器アレ
ー17はスイッチデバイス18を動作するために十分な
信号をもはや発生しない。そしてデバイス18はオフに
なり、負荷22から電流が取り払われる。 [0003] 負荷22に過負荷電流が発生する種々の状態が存在する
。このような過負荷電流は、スイッチデバイス18又は
負荷22を傷つけ又は破壊するであろう。スイッチデバ
イス18を通り負荷22へ供給される電流の範囲を制限
するために、回路10が提供され、それは過負荷電流の
存在するスイッチデバイスをオフにする配置である。図
1に示される特別の配置は、第1のトランジスタ28、
及びスイッチデバイス18から電流を分路させるための
ラッチ(latch )を形成するよう接続された第2
のトランジスタ29を含む。抵抗32は、スイッチデバ
イス18のソース端子と抵抗21の間に接続され、スイ
ッチデバイス18の動作中、抵抗21とトランジスタ2
8のコレクタ及びトランジスタ29のベースとの間の電
圧の測定を提供するために接続されている。 [0004] ラッチ配置は一対の入力端子を効果的に提供する。1つ
は抵抗21の両端の電圧を測定し、第2はトランジスタ
29のコレクタへの電流を測定する。負荷22を通る電
流が非常に大きくなった場合、抵抗の両端の電圧(この
電流の測定値である)は、ラッチが有効になる点まで増
加するように抵抗21の値は選択され、スイッチデバイ
ス18のソース及びドレイン端子の入力を短絡する。ト
ランジスタ29のベース及びエミッタ接合間の電位差は
トランジスタをオンにし、トランジスタ上のエミッター
ベース接合を通って引き出される電流を生じる。トラン
ジスタ28はオンになり、ラッチをオン状態に固定する
。これは、スイッチデバイス18を無能(オフ)にし、
負荷22から電流を取り払う。 [0005] 図1に示された回路10の主要な問題は、動作中にトラ
ンジスタ28及び29からなるラッチをトリガするため
に要求される電圧は温度と共に激しく変化するというこ
とである。この電圧は抵抗21の両端を測定することに
よって決定されることから実質上、スイッチデバイス1
8と負荷22を通る電流の測定であり、この値は温度と
共に激しく変化することが認められる。より詳細には、
特別の配置10において、ラッチを動作するため要求さ
れる負荷を通る電流の値は一55度Cにおいて1.3ア
ンペアから25度Cにおいて1アンペア、115度Cに
おいて0.33アンペアまで変化する。さらに、トリッ
プ電圧は同温度においても必然的に変化することからよ
り安定させるとしたら必要以上に高い標準トリップ電圧
を保持しなければならない。 [0006]
0は限流器12と、−対の発光ダイオード13及び14
を有する入力部11を含む。スイッチ部15は発光ダイ
オード13及び14によって発生した光を感知するため
に配置される検出器アレー17を含み、それによって、
要求される入力回路の回路分離を提供する。検出器アレ
ー17は、限流抵抗器19を通してスイッチデバイス1
8(好ましくは金属酸化物電界効果トランジスタ)のゲ
ートへ接続されている♂検出器アレー17は又、抵抗器
21を通してスイッチデバイス18のソース端子へ接続
されている。負荷回路22と電源23はスイッチデバイ
ス18のドレイン端子と抵抗21を直列に接続するよう
に配置されている。もう一つの抵抗24は検出器アレー
17と並列に接続されている。 [0002] スイッチリレーの通常の動作において、回路10の入力
部への入力信号の供給(回路へバッテリ26を接続する
ためスイッチ25を閉(close )にすることによ
って例示される。)は、検出器アレー17によって検出
される光出力を供給するための発光ダイオード13と1
4による。検出器アレー17は、スイッチデバイス18
がオンになるスイッチデバイス18のゲート端子とソー
ス端子の間に信号を供給し、十分足りると、スイッチデ
バイス18をオンにし、負荷22に電流を供給する。入
力信号が入力部11から取り払われたとき、検出器アレ
ー17はスイッチデバイス18を動作するために十分な
信号をもはや発生しない。そしてデバイス18はオフに
なり、負荷22から電流が取り払われる。 [0003] 負荷22に過負荷電流が発生する種々の状態が存在する
。このような過負荷電流は、スイッチデバイス18又は
負荷22を傷つけ又は破壊するであろう。スイッチデバ
イス18を通り負荷22へ供給される電流の範囲を制限
するために、回路10が提供され、それは過負荷電流の
存在するスイッチデバイスをオフにする配置である。図
1に示される特別の配置は、第1のトランジスタ28、
及びスイッチデバイス18から電流を分路させるための
ラッチ(latch )を形成するよう接続された第2
のトランジスタ29を含む。抵抗32は、スイッチデバ
イス18のソース端子と抵抗21の間に接続され、スイ
ッチデバイス18の動作中、抵抗21とトランジスタ2
8のコレクタ及びトランジスタ29のベースとの間の電
圧の測定を提供するために接続されている。 [0004] ラッチ配置は一対の入力端子を効果的に提供する。1つ
は抵抗21の両端の電圧を測定し、第2はトランジスタ
29のコレクタへの電流を測定する。負荷22を通る電
流が非常に大きくなった場合、抵抗の両端の電圧(この
電流の測定値である)は、ラッチが有効になる点まで増
加するように抵抗21の値は選択され、スイッチデバイ
ス18のソース及びドレイン端子の入力を短絡する。ト
ランジスタ29のベース及びエミッタ接合間の電位差は
トランジスタをオンにし、トランジスタ上のエミッター
ベース接合を通って引き出される電流を生じる。トラン
ジスタ28はオンになり、ラッチをオン状態に固定する
。これは、スイッチデバイス18を無能(オフ)にし、
負荷22から電流を取り払う。 [0005] 図1に示された回路10の主要な問題は、動作中にトラ
ンジスタ28及び29からなるラッチをトリガするため
に要求される電圧は温度と共に激しく変化するというこ
とである。この電圧は抵抗21の両端を測定することに
よって決定されることから実質上、スイッチデバイス1
8と負荷22を通る電流の測定であり、この値は温度と
共に激しく変化することが認められる。より詳細には、
特別の配置10において、ラッチを動作するため要求さ
れる負荷を通る電流の値は一55度Cにおいて1.3ア
ンペアから25度Cにおいて1アンペア、115度Cに
おいて0.33アンペアまで変化する。さらに、トリッ
プ電圧は同温度においても必然的に変化することからよ
り安定させるとしたら必要以上に高い標準トリップ電圧
を保持しなければならない。 [0006]
解決しようとする問題は、温度に伴う激しいトリップ電
圧の変化とトリップ電圧を一定にするためには高いトリ
ップ電圧でなければならないという点である。 [0007]
圧の変化とトリップ電圧を一定にするためには高いトリ
ップ電圧でなければならないという点である。 [0007]
本発明はトランジスタ28及び29の温度特性をマツチ
ングするため温度補償手段を有し、さらにこの温度補償
手段には、ターン・オン電圧を一定にする手段を有する
ことを特徴としている。 [0008]
ングするため温度補償手段を有し、さらにこの温度補償
手段には、ターン・オン電圧を一定にする手段を有する
ことを特徴としている。 [0008]
図2に本発明に従って設計されたスイッチ回路40を示
す。回路40は、電気的に分離された入力を提供するた
めの一対の発光ダイオード13及び14に電圧を加える
ため、図1と基本的に同一の入力部11の要素を含む。 スイッチ回路40も又、回路10の出力部15の要素全
てを含む出力部15を含み、これら全ても図1と同一の
部材によって成る。図2の出力部15へいくつかの要素
が加えられ、これら要素はすでに説明したように回路4
0に対し温度補償を提供するための動作に協同する。 [0009] これら要素はシリコンダイオード43と並列になるよう
配置された発光ダイオード42を含む。発光ダイオード
42は、入力部11の入力信号の存在を検知するため発
光ダイオード13及び14の1つ又は両方に光学的に結
合されている。 シリコンダイオード43と発光ダイオード42との並列
配列が、コレクタがトランジスタ28のベースとトラン
ジスタ29のコレクタに接続されているNPN トラン
ジスタ44のエミッタへ接続されている。トランジスタ
44のベースはスイッチデバイス18と抵抗21との間
に抵抗46によって接続されている。コンデンサ47は
トランジスタ44のベースと電源23の負側との間に接
続されている[0010] 入力部11のスイッチ25が閉になることによって入力
が加えられたとすると、発光ダイオード13及び14は
検出器アレー17と発光ダイオード42へ検出可能な光
を供給する。発光ダイオード42は回路が開(open
)のときは約1.1ボルトを発生するように選択され、
短絡状態では概ね20マイクロアンペアを提供する。し
かしながら、発光ダ・イオード42はシリコンダイオー
ド43と並列に接続されており、その結果として、発光
ダイオードの両端の電圧はダイオード43の両端の電圧
であることを強いる。ダイオード43の電圧は一55度
Cにおいて概ね0. 5ボルト、25度Cにおいて0.
350ボルト、115度Cにおいて0.05ボルトと温
度と共に変化する。 [0011] トランジスタ44はラッチのトランジスタ28のベース
の入力に接続されてし)ることがら、トランジスタ44
がオンになった時、スイッチデノくイス18を短絡する
ようにラッチの動作をトリガし、回路40をオフにする
。トランジスタ44のベースとエミッタ端子の間に加え
られる電圧値が大きくなる程十分に抵抗21の電圧が十
分大きくなった時、トランジスタ44はオンになる。ト
ランジスタ44のベース−エミッタ端子のバイアスが本
質的に抵抗21の両端の電圧とダイオード43の両端の
電圧によって生成される差であるように、抵抗46の値
はほとんど電圧降下を提供しないよう、選択される。上
記で示したように、トランジスタ(ラッチトランジスタ
28.29のようなトランジスタ)がオンになるのに要
求される電圧とダイオード43の両端の電圧は温度と共
に変化する。従って、予期される温度範囲にわたってシ
リコンダイオード43の両端の電圧にマツチングするよ
うにして変化するターン・オン電圧を有するトランジス
タ44を選択することによって、抵抗21の両端の一定
のターン・オン電圧が構成される。これは2つのトラン
ジスタ28及び29からなるラッチの比較的一定なトリ
・ノピングへと変換される。なぜならば、トリップは電
圧過敏な入力端子よりもむしろラッチの電流シンク端子
で生じるからである。結局、これは、スイッチデバイス
18を通る比較的一定なトリップ電流へ変換する。 [0012]
す。回路40は、電気的に分離された入力を提供するた
めの一対の発光ダイオード13及び14に電圧を加える
ため、図1と基本的に同一の入力部11の要素を含む。 スイッチ回路40も又、回路10の出力部15の要素全
てを含む出力部15を含み、これら全ても図1と同一の
部材によって成る。図2の出力部15へいくつかの要素
が加えられ、これら要素はすでに説明したように回路4
0に対し温度補償を提供するための動作に協同する。 [0009] これら要素はシリコンダイオード43と並列になるよう
配置された発光ダイオード42を含む。発光ダイオード
42は、入力部11の入力信号の存在を検知するため発
光ダイオード13及び14の1つ又は両方に光学的に結
合されている。 シリコンダイオード43と発光ダイオード42との並列
配列が、コレクタがトランジスタ28のベースとトラン
ジスタ29のコレクタに接続されているNPN トラン
ジスタ44のエミッタへ接続されている。トランジスタ
44のベースはスイッチデバイス18と抵抗21との間
に抵抗46によって接続されている。コンデンサ47は
トランジスタ44のベースと電源23の負側との間に接
続されている[0010] 入力部11のスイッチ25が閉になることによって入力
が加えられたとすると、発光ダイオード13及び14は
検出器アレー17と発光ダイオード42へ検出可能な光
を供給する。発光ダイオード42は回路が開(open
)のときは約1.1ボルトを発生するように選択され、
短絡状態では概ね20マイクロアンペアを提供する。し
かしながら、発光ダ・イオード42はシリコンダイオー
ド43と並列に接続されており、その結果として、発光
ダイオードの両端の電圧はダイオード43の両端の電圧
であることを強いる。ダイオード43の電圧は一55度
Cにおいて概ね0. 5ボルト、25度Cにおいて0.
350ボルト、115度Cにおいて0.05ボルトと温
度と共に変化する。 [0011] トランジスタ44はラッチのトランジスタ28のベース
の入力に接続されてし)ることがら、トランジスタ44
がオンになった時、スイッチデノくイス18を短絡する
ようにラッチの動作をトリガし、回路40をオフにする
。トランジスタ44のベースとエミッタ端子の間に加え
られる電圧値が大きくなる程十分に抵抗21の電圧が十
分大きくなった時、トランジスタ44はオンになる。ト
ランジスタ44のベース−エミッタ端子のバイアスが本
質的に抵抗21の両端の電圧とダイオード43の両端の
電圧によって生成される差であるように、抵抗46の値
はほとんど電圧降下を提供しないよう、選択される。上
記で示したように、トランジスタ(ラッチトランジスタ
28.29のようなトランジスタ)がオンになるのに要
求される電圧とダイオード43の両端の電圧は温度と共
に変化する。従って、予期される温度範囲にわたってシ
リコンダイオード43の両端の電圧にマツチングするよ
うにして変化するターン・オン電圧を有するトランジス
タ44を選択することによって、抵抗21の両端の一定
のターン・オン電圧が構成される。これは2つのトラン
ジスタ28及び29からなるラッチの比較的一定なトリ
・ノピングへと変換される。なぜならば、トリップは電
圧過敏な入力端子よりもむしろラッチの電流シンク端子
で生じるからである。結局、これは、スイッチデバイス
18を通る比較的一定なトリップ電流へ変換する。 [0012]
トランジスタ44に0.450ボルトのエミッターベー
ス トリップ電圧の典型的な数値を用いると、25度C
において、ダイオード43の両端の電圧0. 350ボ
ルトは、トランジスタ44をトリップするために抵抗2
1の両端に0. 10ボルトを与える。55度Cにおい
て、トランジスタ44は0.60ボルトを必要とし、抵
抗21の両端の電圧は0.10ボルトであるのでダイオ
ード43は050ボルトに電圧を降下する。115度C
においては、トランジスタ44の両端の電圧は0.15
ボルトであり、ダイオード43の両端の電圧は0.05
ボルト、及び抵抗21の両端の電圧は0.10ボルトで
ある。 [0013] 従って、スイッチデバイス18を通るトリップ電流は広
範囲な温度変化と共に回路40によって一定に保たれる
ことが解る。さらに、ラッチの動作をトリガするために
用いられるトリップ電流の比較的一定な値は非常に/」
轄い値にすることができ、従って、全体により低い消費
電力で済む。抵抗46とコンデンサ47の組み合わせは
、立ち上がりの早い温度電流によるトランジスタ44の
有害なトリップを除去するいずれかのわずかな遅れを、
タイミング回路に提供するように選択される。 [0014] 本件発明を実行するための他の方法は可能であることを
当業者は理解したであろっ。例えば、シリコンダイオー
ド43と発光ダイオード42の並列配列はシリコンダイ
オード43と発光ダイオード42の同じ電圧−電流特性
を有するNPNトランジスタで置き換えることができる
。受光トランジスタは温度に伴うラッチのトリップ電圧
の変化を補償するための温度変化に伴う要求される変化
を提供するであろう。図3にこのような回路が示されて
いる。付加された可能性は発光ダイオードのかわりに定
電流ダイオード又は類似の定電流デバイスをシリコンダ
イオード43と並列に接続するように置き換えることで
ある。図4にこのような回路が示されている。 [0015] 本件発明は好ましい実施例によって述べられている力面
本件発明の精神と研究からそれることなしに当業者によ
って種々の変形と変更ができるであろう。
ス トリップ電圧の典型的な数値を用いると、25度C
において、ダイオード43の両端の電圧0. 350ボ
ルトは、トランジスタ44をトリップするために抵抗2
1の両端に0. 10ボルトを与える。55度Cにおい
て、トランジスタ44は0.60ボルトを必要とし、抵
抗21の両端の電圧は0.10ボルトであるのでダイオ
ード43は050ボルトに電圧を降下する。115度C
においては、トランジスタ44の両端の電圧は0.15
ボルトであり、ダイオード43の両端の電圧は0.05
ボルト、及び抵抗21の両端の電圧は0.10ボルトで
ある。 [0013] 従って、スイッチデバイス18を通るトリップ電流は広
範囲な温度変化と共に回路40によって一定に保たれる
ことが解る。さらに、ラッチの動作をトリガするために
用いられるトリップ電流の比較的一定な値は非常に/」
轄い値にすることができ、従って、全体により低い消費
電力で済む。抵抗46とコンデンサ47の組み合わせは
、立ち上がりの早い温度電流によるトランジスタ44の
有害なトリップを除去するいずれかのわずかな遅れを、
タイミング回路に提供するように選択される。 [0014] 本件発明を実行するための他の方法は可能であることを
当業者は理解したであろっ。例えば、シリコンダイオー
ド43と発光ダイオード42の並列配列はシリコンダイ
オード43と発光ダイオード42の同じ電圧−電流特性
を有するNPNトランジスタで置き換えることができる
。受光トランジスタは温度に伴うラッチのトリップ電圧
の変化を補償するための温度変化に伴う要求される変化
を提供するであろう。図3にこのような回路が示されて
いる。付加された可能性は発光ダイオードのかわりに定
電流ダイオード又は類似の定電流デバイスをシリコンダ
イオード43と並列に接続するように置き換えることで
ある。図4にこのような回路が示されている。 [0015] 本件発明は好ましい実施例によって述べられている力面
本件発明の精神と研究からそれることなしに当業者によ
って種々の変形と変更ができるであろう。
【図1】
従来技術の半導体リレー回路の配線路図である。
【図2】
本件発明に従ったスイッチ回路の配線路図である。
【図3】
図2の回路の改良である。
【図4】
図2の回路の改良である。
12 限流器
13.14.42.63 発光ダイオ−17検出器アレ
ー 21 検知抵抗 24 クランプ 27 ラッチ 62 光パイプ 71 定電流発生器 72 シリコンダイオード ド
ー 21 検知抵抗 24 クランプ 27 ラッチ 62 光パイプ 71 定電流発生器 72 シリコンダイオード ド
図面
【図1】
帖
〜
【補正をする者】
【手続補正 1】
手続補正書
AX3007X1
平成3年7月26日
Claims (3)
- 【請求項1】電流をスイッチするために負荷回路へ接続
された金属酸化物電界効果トランジスタ、負荷回路によ
って生じる電圧を検知するために及び負荷回路における
電流過負荷に応動して電界効果トランジスタから電流を
分路するために接続された第1及び第2のトランジスタ
を含むラッチ回路、異なる温度においては異なる電圧に
応動してオンになるような温度特性を持つ第1及び第2
のトランジスタを含む半導体リレー回路において、負荷
回路の電流によって生じる電圧に応動して電界効果トラ
ンジスタから電流を分路させるためにラッチをオンにす
る第2の手段をさらに含み、該第2の手段はラッチ回路
の第1と第2のトランジスタの温度特性をマッチングす
るための温度補償手段を含み、それによってデバイスの
典型的な動作範囲にわたって負荷回路における同じ電圧
でラッチをオンにすることを特徴とする半導体リレー回
路。 - 【請求項2】請求項1の半導体リレーにおいて、温度補
償手段はラッチ回路のトランジスタの1つをオンにする
ための電流路を提供するために接続された第3のトラン
ジスタを含み、このトランジスタのベース−エミッタ端
子は負荷回路の電圧を検知するために接続されているこ
とを特徴とする半導体リレー。 - 【請求項3】請求項2の半導体リレーにおいて、温度補
償手段は第3のトランジスタのターン・オン電圧をより
低くするための手段からなることを特徴とする半導体リ
レー。
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