JPH04344508A - 電圧/電流特性制御回路 - Google Patents

電圧/電流特性制御回路

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JPH04344508A
JPH04344508A JP3337032A JP33703291A JPH04344508A JP H04344508 A JPH04344508 A JP H04344508A JP 3337032 A JP3337032 A JP 3337032A JP 33703291 A JP33703291 A JP 33703291A JP H04344508 A JPH04344508 A JP H04344508A
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JP
Japan
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transistor
resistor
voltage
terminal
power
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Withdrawn
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JP3337032A
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English (en)
Inventor
Davide Brambilla
ダビデ・ブランビーラ
Edoardo Botti
エドアルド・ボッティ
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STMicroelectronics SRL
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
SGS Thomson Microelectronics SRL
SGS Thomson Microelectronics Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/04113Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit in bipolar transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0826Modifications 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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  • Amplifiers (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Continuous-Control Power Sources That Use Transistors (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】この発明は、特定的には電力トランジス
タを保護するための電圧/電流特性制御回路に関するも
のである。
【0002】
【発明の背景】パワー集積回路において、MOSテクノ
ロジーまたはバイポーラテクノロジーのいずれにおいて
も電力トランジスタを過負荷から十分に保護する必要性
が高まっている。あらゆるトランジスタと同様電力トラ
ンジスタは図1により明確に示されるように電圧/電流
面において安全作動領域の頭字語である通常SOAと呼
ばれる作動領域を実際に有する。
【0003】素子の動作点は常にSOA内になければな
らず、これに反すれば素子そのものが破壊される。この
ようなイベントは明らかに迅速かつ徹底的な保守介入を
必要とし、したがってその中でこのイベントが起こる機
械または装置の管理費を増加する。
【0004】SOAの境界は通常3つの制限によって規
定される。すなわち出力素子によって耐え得る最大電流
IMAX 、その最高電圧VMAXおよびその素子によ
って消失され得る最大電力によって規定される。
【0005】素子の場合、状況は図1に破線で示される
II降伏の既知の現象によってさらに制限され、この現
象は結局高電圧の、すなわち30ボルトより高い供給電
圧Vccを有するバイポーラ電力素子の製造における主
要制限である。
【0006】さらに、部分的に誘導負荷を有する増幅器
のような特定の条件において、SOAは図2により明確
に示される動作点領域を表わす電圧/電流面の点の軌跡
によってむしろしばしば廃棄され得る。この境界交差は
この素子の最終破壊を不可避的に要する。
【0007】したがって技術的問題はこの場合電力トラ
ンジスタがSOAの境界を交差しようとするときを検出
し、それをオフに切換える保護回路を製造することにあ
る。
【0008】SOAの境界と動作点との間の差が極めて
小さいとき状況はさらに悪くなる。したがって保護回路
はSOAにきっちり従うような、かつむしろそれがSO
A内にまだあるとき、すなわち通常の作動状態において
トランジスタをオフに切換えることを回避するような分
解能を有さねばならない。
【0009】最終的に前記保護回路の製造およびそれら
の製造の生産工程の変化に関するそれらの動作の安定性
のほとんどすべてが保護回路の主要問題の1つである。
【0010】
【発明の概要】この発明のねらいは、動作点がSOAの
境界を上回るとき電力トランジスタをオフに切換えるた
めにSOAの境界に忠実に従う、特定的には電力トラン
ジスタを保護するための電圧/電流特性制御回路を設け
ることによって既知の制御回路の既知の型における上述
の不利益を除去または実質的に削減することである。
【0011】このねらいの範囲内において、この発明の
目的は、たとえ製造工程が変化しても動作において安定
した制御回路を提供することである。
【0012】さらにこの発明の目的は、製造が比較的容
易でかつ競合的コストの、特定的には電力トランジスタ
を保護するための電圧/電流特性制御回路を提供するこ
とである。
【0013】このねらい、これらの目的および後文より
明らかになるであろう他の目的は、この発明に従った特
定的には電力トランジスタを保護するための電圧電流特
性制御回路によって達成され、この回路は少なくとも1
つの電力トランジスタを含み、第2のトランジスタのエ
ミッタ端子は前記電力トランジスタの出力に直接接続さ
れ、第1のトランジスタのエミッタ端子は第1の抵抗器
によって前記電力トランジスタの出力に接続され、前記
第2のトランジスタのコレクタ端子およびベース端子は
電源に接続され、前記第1のトランジスタのベース端子
は前記第2のトランジスタのベース端子に接続され、さ
らに保護回路を含む回路であって、前記保護回路は第3
のトランジスタおよび第4のトランジスタを含む差動段
を介して前記第1のトランジスタのコレクタ端子に接続
され、前記第3のトランジスタおよび第4のトランジス
タはそれぞれ第2の抵抗器および第3の抵抗器を直列に
配列され、分割手段が設けられ、前記分割手段は前記少
なくとも1つの電力トランジスタの入力端子と前記第3
のトランジスタおよび第4のトランジスタのベース端子
との間に介挿されることを特徴とする。
【0014】この発明のさらなる特徴および利点は添付
の図面における非制限的例示によってのみ示される、こ
の発明に従った特定的には電力トランジスタを保護する
ための電圧/電流特性制御回路の好ましいが排他的では
ない実施例の説明から明らかになるであろう。
【0015】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図3を参照すると、前記図は電力素子1を流れる電流を
検出するための基本回路を概略的に示す。前記回路は保
護回路2および電源3を含み、これらはカレントミラー
接続される第1のNPNトランジスタ4および第2のN
PNトランジスタ5のそれぞれのコレクタ端子にそれぞ
れ接続される。換言すれば、2つのトランジスタ4およ
び5のベース端子は互いに接続され、かつ第2のトラン
ジスタ5のコレクタ端子および電源3に接続される。
【0016】第1のトランジスタ4のエミッタ端子は第
1の抵抗器6の端子に接続され、かつ接地に接続され、
他方第2のトランジスタ5のエミッタ端子は電力素子1
の出力端子および第1の抵抗器6の他方の端子に接続さ
れる。
【0017】もしI0 と呼ばれる素子1からの出力の
電流が0であれば、第1の抵抗器6の電圧降下が0であ
り、トランジスタ4および5によって写される電流I2
 は電源3によって発生される電流I1 に等しい。
【0018】もし0でない電流I0 が素子1を流れれ
ば、第1の抵抗器6の電圧降下によって電流I2 はし
きい値I2 に到達するまで増加し、それを上回ると保
護回路2の介入が起こる。
【0019】したがって、この回路において保護回路2
は出力電流だけを感知し、したがって高電圧回路には適
当でない。
【0020】図4に示される回路は上述の回路に関する
改良である。この既知の型の回路において、前に与えら
れた基準を変化せずに、ツェナダイオード8の陰極に接
続される抵抗器7によって構成された直列は第2のトラ
ンジスタ5のベース端子、第2のトランジスタ5のコレ
クタ端子および電源3に接続される。ツェナダイオード
8の陽極は電力素子1の入力端子に接続される。
【0021】この最後の回路において、電力素子1の電
圧V0 がツェナ電圧VZ より低い限り、回路は前の
回路のように電流I0 を値I0MAXに制限する。も
し電圧V0 がツェナ電圧VZ を上回れば、第1のト
ランジスタ4を流れる電流も増加し、したがって保護回
路2を起動する電流値I2 に到達するために第1の抵
抗器6のより小さい電圧降下が必要である。図4の回路
の保護曲線は図5に示される。
【0022】図6を参照すると、特定的には電力トラン
ジスタを保護するための電圧/電流特性制御回路は上述
の構成要素を含み、それらの参照数字は明瞭にするため
に図6において維持される。保護回路2は第3のトラン
ジスタ9および第4のトランジスタ10を含む差動段を
介して第1のトランジスタ4のコレクタ端子に接続され
る。前記第3および第4のトランジスタはそれぞれの第
2の抵抗器12および第3抵抗器13をそれらに直列に
接続される。後文に説明される分割手段14がさらに設
けられ、電力トランジスタまたは電力素子1の入力端子
と第3のトランジスタ9および第4のトランジスタ10
のベース端子との間に介挿される。
【0023】第3のトランジスタ9のコレクタ端子は値
がVccに等しい供給電圧15に接続され、かつそのエ
ミッタ端子は第2の抵抗器12によって第1のトランジ
スタ4のコレクタ端子に接続され、かつ第3の抵抗器1
3によって第4のトランジスタ10のエミッタ端子に接
続される。
【0024】第4のトランジスタ10のコレクタ端子は
保護回路2に接続される。電流I2 は次の規則に従っ
た電流I0 の関数である。
【0025】 I2 =I1 (A4 /A5 )exp(I0 R6
 /VT )ここではR6 は抵抗器6の抵抗値であり
、VT は通常26ミリボルトに等しい熱電圧であり、
(A4 /A5 )は第1のトランジスタ4と第2のト
ランジスタ5との間の面積比である。
【0026】電力素子1の電圧V0 に対して回路の感
度をよくするために、電流I2 は第3のトランジスタ
9および第4のトランジスタ10によって構成される差
動段によって分割される。差動段はさらに第2の抵抗器
12および第3の抵抗器13の存在によって意図的に退
行される。
【0027】説明される差動段は分割手段14によって
駆動され、これらの分割手段は後文でさらに説明され、
かつバイアスおよび差電圧VD の両方を設ける。電圧
VD は電圧V0 の関数であり、図7に定性的に示さ
れる作用を行なう。
【0028】高電圧V0 について、電圧VD は正で
あり、すべての電流I2 は第4のトランジスタ10を
介して流れる。電流I2 がしきい値I2 に到達する
とき、保護が介入し、素子1をオフに切換える。図8に
示されるようにSOAのこの領域において、電流I0 
はV0 >V02について値I02に限定される。
【0029】より低い電圧V0 とともに、VD は最
初に取消され、徐々に負になる。したがって電流I2 
は一部は第3のトランジスタ9に、かつ一部は第4のト
ランジスタ10に流れる。したがって、しきい値電流I
2 に到達し、かつ保護介入を行なうために、より高い
電流I0 が必要である。この結果生じる曲線は図8に
示される。
【0030】図8のプロットから明らかであるように、
もし素子1が一定電流I0 =I01で電圧V0 =V
01より下で保護されるべきであれば、VD =VD1
に等しい一定値で分割手段の出力における差動電圧VD
 を固定することが必要である。したがって分割手段1
4の伝達関数、すなわちVD =VD (V0 )はS
OA曲線にできるだけ従うように計算されなければなら
ない。
【0031】図9を参照すると、分割手段14は第4の
抵抗器16を含み、これは供給電圧15およびダイオー
ド17の陰極に接続され、このダイオードの陽極は接地
に接続される第5の抵抗器18に接続される。ダイオー
ド17の陰極は第3のトランジスタ9のベース端子に接
続される。
【0032】ツェナダイオード19の陽極はダイオード
17の陽極に接続される。前記ツェナダイオードの陰極
は第6の抵抗器20によって電力素子1の入力端子に接
続され、かつ第7の抵抗器21によって第4の抵抗器1
0のベース端子に接続される。
【0033】したがって分割手段14は優れた近似でS
OA曲線を追うことを許容する様々な勾配を有する非線
形分割器であり、上述の分割手段14の伝達関数VD 
=VD (V0 )のプロットは図10に示される。し
たがって、得られた保護曲線は図11に図表的に示され
るものである。
【0034】この発明は極めて近く、かつ図9の例示に
よって示されるような1つの3勾配の非線形分割器14
でも容易に再生可能な態様で電力素子1の保護曲線を概
算することを便利に許容する。
【0035】分割器14によって規定される曲線は図1
0に示され、図6の回路によって得られる素子1の保護
曲線は図11に示されるものである。
【0036】図4の前述の既知の回路で、V0 はツェ
ナダイオード8および抵抗器7によって基準電流I1 
を増加することによって実際に検出され、特定的には生
産工程による温度変化およびツェナ電圧VZ の変化の
観点からこの付加的電流をトリガ電流I2 に結合する
ことは困難である。
【0037】有利なことに、この発明に従った回路はト
ランジスタ9および10と、図6に示されるように、抵
抗比にもっぱら依存する分割器14とによって構成され
る差動段によって電流I2 を正確に分割することによ
って作用され、より再生可能でかつ温度安定している保
護曲線を得る。
【0038】したがって考案されるこの発明は多数の修
正および変化が可能であり、それらのすべてはこの発明
概念の範囲内である。構造的観点から、トランジスタ4
、5、9および10はNPNバイポーラトランジスタで
あるが、明らかに必要な回路の適用とともに、PNPバ
イポーラトランジスタによるこの発明に従った回路の実
行は概念的に禁止されない。さらに詳細な点はすべて他
の技術的に同等のエレメントと置換えられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】安全作動領域(SOA)の電圧/電流プロット
の図である。
【図2】動作点の領域を含むSOAの電圧/電流プロッ
トの図である。
【図3】既知の保護回路の図である。
【図4】別の既知の保護回路の図である。
【図5】図4の回路のSOAの電圧/電流プロットの図
である。
【図6】この発明に従った保護回路の図である。
【図7】この発明に従った回路の差動電圧の作用の電圧
/電流プロットの図である。
【図8】図7の回路のSOAの電圧/電流図である。
【図9】図7の回路内に含まれる非線形分割器の図であ
る。
【図10】図9の分割器の差動電圧の作用の電圧/電流
プロットの図である。
【図11】図10の分割器によって完了される図7の回
路のSOAの電圧/電流プロットの図である。
【符号の説明】
2:保護回路 3:電源 4,5,9,10:トランジスタ 6,12,13:抵抗器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  特定的には電力トランジスタを保護す
    るための電圧/電流特性制御回路であって、少なくとも
    1つの電力トランジスタを有し、第2のトランジスタ(
    5)のエミッタ端子は前記電力トランジスタの出力に直
    接接続され、第1のトランジスタ(4)のエミッタ端子
    は第1の抵抗器(6)によって前記電力トランジスタの
    出力に接続され、前記第2のトランジスタ(5)のコレ
    クタ端子およびベース端子は電源(3)に接続され、前
    記第1のトランジスタ(4)のベース端子は前記第2の
    トランジスタ(5)のベース端子に接続され、さらに保
    護回路を含み、前記保護回路(2)は第3のトランジス
    タ(9)および第4のトランジスタ(10)を含む差動
    段を介して前記第1のトランジスタ(4)のコレクタ端
    子に接続され、前記第3のトランジスタ(9)および第
    4のトランジスタ(10)はそれぞれ第2の抵抗器(1
    2)および第3の抵抗器(13)を直列に配列され、分
    割手段(14)が設けられ、前記分割手段(14)は前
    記少なくとも1つの電力トランジスタの入力端子と前記
    第3のトランジスタ(9)および第4のトランジスタ(
    10)のベース端子との間に介挿されることを特徴とす
    る、制御回路。
  2. 【請求項2】  前記第3のトランジスタ(9)のコレ
    クタ端子は供給電圧に接続され、そのエミッタ端子は前
    記第2の抵抗器(12)によって前記第1のトランジス
    タ(4)のコレクタ端子に接続されるとともに、前記第
    3の抵抗器(13)によって前記第4のトランジスタ(
    10)のエミッタ端子に接続されることを特徴とする、
    請求項1に記載の制御回路。
  3. 【請求項3】  前記第4のトランジスタ(10)のコ
    レクタ端子は前記保護回路(2)に接続されることを特
    徴とする、請求項1に記載の制御回路。
  4. 【請求項4】  前記分割手段(14)は前記供給電圧
    (15)およびダイオード(17)の陰極に接続され、
    そのダイオードの陽極は接地に接続される第5の抵抗器
    (18)に接続される第4の抵抗器(16)を含むこと
    を特徴とする、請求項1に記載の制御回路。
  5. 【請求項5】  前記第3のトランジスタ(9)のベー
    ス端子は前記ダイオード(17)の前記陰極に接続され
    ることを特徴とする、請求項4に記載の制御回路。
  6. 【請求項6】  ツェナダイオード(19)の陽極は前
    記ダイオード(17)の前記陽極に接続され、前記ツェ
    ナダイオード(19)の陰極は第6の抵抗器(20)に
    よって前記少なくとも1つの電力トランジスタの入力端
    子に接続され、かつ第7の抵抗器(21)によって前記
    第4のトランジスタ(10)のベース端子に接続される
    ことを特徴とする、請求項5に記載の制御回路。
JP3337032A 1990-12-20 1991-12-19 電圧/電流特性制御回路 Withdrawn JPH04344508A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT22448A/90 1990-12-20
IT02244890A IT1244209B (it) 1990-12-20 1990-12-20 Circuito di controllo di caratteristiche tensione/corrente particolarmente per la protezione di transistori di potenza

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JPH04344508A true JPH04344508A (ja) 1992-12-01

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ID=11196431

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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Country Status (6)

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US (1) US5210481A (ja)
EP (1) EP0492375B1 (ja)
JP (1) JPH04344508A (ja)
KR (1) KR920013841A (ja)
DE (1) DE69113227T2 (ja)
IT (1) IT1244209B (ja)

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