JPH0659025B2

JPH0659025B2 - トランジスタの保護回路

Info

Publication number: JPH0659025B2
Application number: JP60202843A
Authority: JP
Inventors: 実野添
Original assignee: ロ−ム株式会社
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1994-08-03
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPS6264120A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、トランジスタを異常電流による破壊から保
護するトランジスタの保護回路に係り、特に、トランジ
スタの二次降伏破壊からの保護に関する。

〔従来の技術〕

第３図に示すトランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧
Ｖ_CE−コレクタ電流Ｉ_C 特性において、電圧降伏（一次
降伏：ａ領域）後、さらに電圧を増加させると、電圧、
電流点で低抵抗領域（ｂ領域）へ移行する現象（二次降
伏）が生じる（佐藤、吉田著「ＩＣトランジスタ回路の
信頼性設計」日刊工業新聞社発行Ｐ96〜Ｐ115 に記
載）。

二次降伏現象は、トランジスタの一部が何等かの原因に
よって他の部分より温度が上昇すると、その部分に流れ
る電流が増加し、その結果、その部分の電力損失が増加
し、累積的に温度が上昇する。このような現象が持続的
に繰り返されると、局部的に高い温度の領域(hot spot)
ができ、トランジスタが破壊されることになる。なお、
第３図において、Ｉ_C1は一次降伏以前のコレクタ電流、
Ｉ_C2は二次降伏以後のコレクタ電流を示す。

そこで、トランジスタの安全動作領域を測定する場合、
第４図に示すように、トランジスタ２のコレクタ・エミ
ッタ間に可変直流電源４を、エミッタ抵抗６、トランジ
スタ２の保護回路としてスイッチ８および異常電流検出
回路（Ｄ）１０を直列に接続して行っている。そして、
可変直流電源４を可変して任意の電圧Ｖ_CCを印加した場
合に、入力端子１２、１４間にパルス電圧Ｖ_ｉを印加す
るとともに、出力端子１６、１８間に発生するトランジ
スタ２のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEを測定して安全
動作領域を判定する。この場合、異常電流検出回路１０
は、第３図の二次降伏に至る異常点ｃの電流を検出し、
その検出結果によってスイッチ８を開くことにより、ト
ランジスタ２に流れる異常電流を遮断し、トランジスタ
２を二次降伏による破壊から保護している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような二次降伏などの異常領域への突入による破壊
からトランジスタ２を保護する場合、異常電流検出回路
１０の異常点の検出精度が低い場合やスイッチ８の動作
速度が遅い場合には、トランジスタ２を破壊に至らしめ
るおそれがある。

そこで、この発明は、トランジスタの異常領域への突入
による破壊から確実に保護できるトランジスタの保護回
路の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のトランジスタの保護回路は、第１図及び第２
図に例示するように、保護すべきトランジスタ（２）に
直列に接続されて前記トランジスタに流れる電流を電圧
に変換する第１の抵抗（２０）と、前記トランジスタに
直列に接続され、遮断時、前記トランジスタに流れる電
流を遮断する第１のトランジスタ（２６、２８）と、ベ
ース・エミッタ間にダイオード（３４、３６）が接続さ
れるとともに、前記第１の抵抗に発生した電圧をベース
・エミッタ間に受け、前記電圧が前記トランジスタの動
作が異常領域に突入する値を超えたとき、導通して定電
流を発生する第２のトランジスタ（３２）と、この第２
のトランジスタに直列に接続され、前記トランジスタの
導通時、前記定電流によって異常領域への突入を表す電
圧を発生する第２の抵抗（４０）と、この第２の抵抗に
発生した電圧を受けて前記第１のトランジスタのベース
に導通に必要な電圧を発生し、前記第１のトランジスタ
を遮断させて保護すべき前記トランジスタに流れる電流
を遮断させるスイッチング回路（動作切換回路４２）と
を備えたことを特徴とする。

〔作用〕

したがって、この発明のトランジスタの保護回路は、第
１図に示すように、保護すべきトランジスタに流れる電
流を電流検出手段としての第１の抵抗によって検出し、
異常判別手段としての第２のトランジスタによって、第
１の抵抗の出力電圧が所定値以上（たとえば、二次降伏
に至る異常点）か否かを判別し、異常領域への突入時、
定電流を発生させその定電流を抵抗に流し、電圧降下に
よって異常領域への突入を表わす出力を発生させ、この
判別出力によってトランジスタを保護するために設置し
た第１のトランジスタを動作させてトランジスタに流れ
る異常電流を遮断し、トランジスタを保護する。

そして、この発明のトランジスタの保護回路において、
電流検出手段は、たとえば、抵抗（実施例の抵抗２０）
で構成すれば、簡単な構成によってトランジスタに流れ
る電流を検出することができる。

また、この発明のトランジスタの保護回路において、異
常判別手段は、たとえば、電流検出手段の出力電圧が所
定値以上になったとき動作して定電流を発生する定電流
回路を成す第２のトランジスタおよびダイオードからな
る回路と、その定電流出力によって電圧降下を生じさせ
る第２の抵抗とによって構成すれば、異常領域への突入
を速たかに判別することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明のトランジスタの保護回路の実施例を
示す。

第１図において、任意の電圧を設定可能な可変直流電源
４の正極側には、第１の抵抗としての電流検出抵抗２０
（以下単に抵抗２０という）、および抵抗２２を介して
トランジスタ２のコレクタが接続され、また、可変直流
電源４の負極側には、一定の条件によってトランジスタ
２の電流を遮断する電流遮断手段としての電流遮断回路
２４を介してトランジスタ２のエミッタが接続されてい
る。抵抗２０は、トランジスタ２に流れる電流を電圧に
変換して検出する電流検出手段として設置されたもので
ある。また、電流遮断回路２４は、トランジスタ２より
大なる電流能力を持つスイッチング素子としての第１の
トランジスタ２６、２８からなるベース、コレクタおよ
びエミッタをそれぞれ共通にしたトランジスタ対で構成
されている。

抵抗２０にはトランジスタ２の動作が異常領域に突入し
たことを検出する異常判別回路３０が接続されている。
この異常判別回路３０は、第２のトランジスタ３２、ダ
イオード３４、３６および抵抗３８から定電流回路に第
２の抵抗４０を付加したものである。直列回路を成すダ
イオード３４、３６はトランジスタ３２のエミッタ・ベ
ース間に順方向に接続されており、トランジスタ３２の
バイアス回路を構成している。即ち、トランジスタ３
２、ダイオード３４、３６および抵抗３８からなる定電
流回路は、トランジスタ２に流れる電流をダイオード３
４、３６および抵抗２０に流し、トランジスタ２が異常
領域に突入する電流によって発生する電圧をスレッシュ
ホールド電圧に設定している。したがって、トランジス
タ２が異常領域に突入するとき、トランジスタ２は導通
状態に移行し、その導通電流が抵抗４０に流れ、異常領
域に突入したことを表す電圧が抵抗４０に得られる。

定電流による抵抗４０に発生した電圧は、その電圧の発
生に応じて電流遮断回路２４の動作を切り換えるスイッ
チング回路として動作切換回路４２にトリガ入力として
加えられる。動作切換回路４２は、抵抗４０に電圧が発
生した場合、電流遮断回路２４のトランジスタ２６、２
８を遮断状態に移行させるために、トランジスタ２６、
２８のベース電流を解除するとともに、そのベース電位
を低レベルに移行し、また、抵抗４０に電圧が発生して
いない場合、トランジスタ２６、２８にベース電流を供
給し、トランジスタ２６、２８を導通状態にする。

以上説明したように、トランジスタ２は、可変直流電源
４による特定の駆動電圧Ｖ_CCを設定するとともに、入力
端子１２にパルス電圧Ｖ_ｉを加えることよって導通状態
となる。この場合、異常判別回路３０の抵抗４０に電圧
が生じていない場合、トランジスタ２６、２８を導通状
態に維持するベース電流が動作切換回路４２から与えら
れ、トランジスタ２６、２８には、トランジスタ２に流
れる電流が同様に流れる。そして、トランジスタ２に流
れる電流が、たとえば、二次降伏などの異常領域に突入
し、その電流値が異常に増加すると、トランジスタ３２
の導通によって抵抗４０に定電流による電圧降下が生
じ、この電圧降下によって、動作切換回路４２は、トラ
ンジスタ２６、２８のベース電流を解除する。この結
果、トランジスタ２６、２８が遮断状態となり、トラン
ジスタ２の電流を解除するため、トランジスタ２は二次
降伏による破壊から保護されることになる。したがっ
て、このような保護回路によれば、安全動作領域を測定
するために、トランジスタ２を二次降伏などの異常領域
に突入させても、その異常状態からトランジスタ２の完
全破壊を防止することができる。

第２図は、第１図に示した動作切換回路４２の具体的な
回路構成例を示す。

第２図において、動作切換回路４２は、異常判別回路３
０の抵抗４０の電圧発生に応じて動作が切り換えられる
スイッチング回路としてのフリップフロップ回路４４
と、このフリップフロップ回路４４の出力によってトラ
ンジスタ２６、２８の駆動電流を出力する電流増幅器４
６とから構成されている。フリップフロップ回路４４
は、トランジスタ４８、５０、５２および抵抗５４、５
６、５８、６０で構成され、また、電流増幅器４６はダ
ーリントン接続されたトランジスタ６２、６４および抵
抗６６で構成され、フリップフロップ回路４４および電
流増幅器４６は、可変直流電源６８から加えられる駆動
電圧Ｖ_CC2 で駆動される。

したがって、このような動作切換回路４２によれば、抵
抗４０に電圧が発生していない場合、トランジスタ５２
が遮断状態となり、トランジスタ５０のコレクタ電位は
トランジスタ６２を導通するに必要な電位となる。トラ
ンジスタ５０、５２はＮＯＲ回路を構成しており、トラ
ンジスタ５２の遮断状態によって、トランジスタ６２が
導通すると、同様にトランジスタ６４も導通し、トラン
ジスタ６２、６４によって増幅された電流がトランジス
タ２６、２８のベースに加えられることにより、トラン
ジスタ２６、２８が導通する。このような正常領域での
動作に対し、トランジスタ２が二次降伏に到達すると、
抵抗４０に電圧が発生し、トランジスタ５２が導通する
ので、トランジスタ５０は遮断状態となり、そのコレク
タ電位は負電位に移行することになる。この結果、トラ
ンジスタ６２、６４が遮断状態となって、トランジスタ
２６、２８のベースに加えられていたベース電流が解除
されるので、トランジスタ２６、２８が遮断状態とな
り、トランジスタ２の電流が解除される。したがって、
トランジスタ２の二次降伏による破壊が防止される。

この場合、トランジスタ２の保護を実現するために、ト
ランジスタ２６、２８、３２、４８、５０、５２、６
２、６４はスイッチングスピードの速いものを用いる必
要があり、また、第１図に示した抵抗３８を第２図に示
すように、可変抵抗にすれば、その抵抗値を変化させる
ことによって、トランジスタ３２のスレッシュホールド
電圧を所望の異常電流に対応する電圧に設定することが
できる。なお、トランジスタ３２のベース・エミッタ間
電圧をＶ_BE、抵抗２０の抵抗値Ｒ₂₀とすると、異常電流
の検出値Ｉは、Ｉ＝Ｖ_BE／Ｒ₂₀で決定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、保護すべきト
ランジスタに流れる電流を直列に接続した第１の抵抗に
よって検出し、この第１の抵抗に発生した電圧がトラン
ジスタを異常領域に投入する値を超えたとき（たとえ
ば、二次降伏に至る異常点）、異常領域への突入時、定
電流を発生させ、その定電流を第２のトランジスタに直
列に接続された第２の抵抗に流し、その電圧降下によっ
て異常領域への突入を表わす出力を発生させ、この出力
によってスイッチング回路を動作させて第１のトランジ
スタを遮断して保護すべきトランジスタに流れる電流を
解除でき、二次降伏など想定した異常領域への突入時、
過大電流による破壊からトランジスタを保護することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のトランジスタの保護回路の実施例を
示す回路図、第２図はこの発明のトランジスタの保護回
路の具体的な回路構成例を示す回路図、第３図はトラン
ジスタのコレクタ・エミッタ間電圧−コレクタ電流特性
を示す図、第４図は従来のトランジスタの保護回路を示
す回路図である。２……トランジスタ２０……第１の抵抗２６、２８……第１のトランジスタ３２……第２のトランジスタ３４、３６……ダイオード４０……第２の抵抗４２……動作切換回路（スイッチング回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保護すべきトランジスタに直列に接続され
て前記トランジスタに流れる電流を電圧に変換する第１
の抵抗と、前記トランジスタに直列に接続され、遮断時、前記トラ
ンジスタに流れる電流を遮断する第１のトランジスタ
と、ベース・エミッタ間にダイオードが接続されるととも
に、前記第１の抵抗に発生した電圧をベース・エミッタ
間に受け、前記電圧が前記トランジスタの動作が異常領
域に突入する値を超えたとき、導通して定電流を発生す
る第２のトランジスタと、この第２のトランジスタに直列に接続され、前記トラン
ジスタの導通時、前記定電流によって異常領域への突入
を表す電圧を発生する第２の抵抗と、この第２の抵抗に発生した電圧を受けて前記第１のトラ
ンジスタのベースに導通に必要な電圧を発生し、前記第
１のトランジスタを遮断させて保護すべき前記トランジ
スタに流れる電流を遮断させるスイッチング回路と、を備えたことを特徴とするトランジスタの保護回路。