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JPS6337592B2 - - Google Patents
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JPS6337592B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6337592B2
JPS6337592B2 JP56196058A JP19605881A JPS6337592B2 JP S6337592 B2 JPS6337592 B2 JP S6337592B2 JP 56196058 A JP56196058 A JP 56196058A JP 19605881 A JP19605881 A JP 19605881A JP S6337592 B2 JPS6337592 B2 JP S6337592B2
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JP
Japan
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temperature
switching transistor
transistor
chip
power supply
Prior art date
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Expired
Application number
JP56196058A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5897716A (en
Inventor
Hiroshi Mizuguchi
Hiromitsu Nakano
Toshio Inaji
Masao Kayashima
Yoshiaki Igarashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5897716A publication Critical patent/JPS5897716A/en
Publication of JPS6337592B2 publication Critical patent/JPS6337592B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスイツチングレギユレータや直流モー
タのPWM(パルス幅変調)コントロール装置に
用いられるスイツチングドライブ装置に係り、負
荷をスイツチングドライブするスイツチングトラ
ンジスタが形成されたICチツプの温度が、あら
かじめ定められた限界温度に達したとき、前記ス
イツチングトランジスタのスイツチングモードを
比較的周波数の高い通常のスイツチングモードか
ら、前記ICチツプの温度的な時定数で定まると
ころの低い周波数の、しかもアクテイブレベル期
間の短かい第2のスイツチングモードに移行せし
めて、前記ICの熱的破壊や負荷への過大な電力
の印加を防止せんとするものである。
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a switching drive device used in a switching regulator or a PWM (pulse width modulation) control device for a DC motor, in which a switching transistor for switching and driving a load is formed. When the temperature of the IC chip reaches a predetermined limit temperature, the switching mode of the switching transistor is changed from a normal switching mode with a relatively high frequency to a mode determined by the temperature time constant of the IC chip. This is intended to prevent thermal destruction of the IC and application of excessive power to the load by causing the IC to shift to a second switching mode with a lower frequency and a shorter active level period.

従来からパワートランジスタがチツプ上に形成
されたICの同一チツプ上に熱遮断回路を形成し
て、前記ICのチツプ温度が限界値に達したとき
には前記パワートランジスタをカツトオフに移行
せしめて前記ICを熱的な破壊から保護すると言
う考え方は公知である。例えば、日本国特許出願
公告公報昭和56年第30886号公報、あるいはT,
D,S,Hamilton:“Hand book of linear
integrated electronics for research”McG
RAW―HILL Book Company(UK)Limited
London(1977)の194ページに示されている。
Conventionally, a thermal cutoff circuit is formed on the same chip of an IC on which a power transistor is formed, and when the chip temperature of the IC reaches a limit value, the power transistor is cut off and the IC is heated. The concept of protecting against physical damage is well known. For example, Japanese Patent Application Publication No. 30886 of 1980, or T.
D. S. Hamilton: “Hand book of linear
integrated electronics for research”McG
RAW―HILL Book Company (UK) Limited
As shown on page 194 of London (1977).

本発明は、この公知の熱遮断の考え方をスイツ
チングレギユレータや直流モータのPWMコント
ロール装置に応用したときに、きわめて効率的に
あるいは経済的に放熱設計が行ない得るスイツチ
ングドライブ装置を実現するものである。
The present invention realizes a switching drive device in which heat dissipation can be designed extremely efficiently and economically by applying this known concept of heat cutoff to a switching regulator or a PWM control device for a DC motor. It is something.

以下本発明の構成を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例における直流モータの
スイツチングドライブ装置の回路結線図を示した
ものである。第1図において、プラス側給電端子
1とマイナス側給電端子2の間に接続される電源
(図示せず)に対して、直流モータ3およびチヨ
ークコイル4と直列に給電制御トランジスタ5の
コレクタ・エミツタ間が接続され、前記直流モー
タ3と並列にコンデンサ6が接続され、前記トラ
ンジスタ5のコレクタとプラス側給電端子1の間
にフライホイールダイオード7が逆方向に接続さ
れ、前記トランジスタ5によつて前記直流モータ
3へのスイツチング給電が行ない得る構成となつ
ている。
The configuration of the present invention will be explained below based on the drawings.
FIG. 1 shows a circuit diagram of a DC motor switching drive device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a power supply (not shown) connected between the positive power supply terminal 1 and the negative power supply terminal 2 is connected between the collector and emitter of the power supply control transistor 5 in series with the DC motor 3 and the choke coil 4. is connected, a capacitor 6 is connected in parallel with the DC motor 3, a flywheel diode 7 is connected in the opposite direction between the collector of the transistor 5 and the positive power supply terminal 1, and the DC motor The configuration is such that switching power can be supplied to the motor 3.

また、前記直流モータ3に連結された周波数発
電機8の出力は周波数―電圧変換器100を介し
てコンパレータ9の反転入力端子9aに印加さ
れ、前記コンパレータ9の出力はPWM変調器2
00の入力端子200aに印加され前記PWM変
調器200の出力はトランジスタ10を介して前
記トランジスタ5のベースに印加されている。
Further, the output of the frequency generator 8 connected to the DC motor 3 is applied to the inverting input terminal 9a of the comparator 9 via the frequency-voltage converter 100, and the output of the comparator 9 is applied to the PWM modulator 2.
The output of the PWM modulator 200 is applied to the base of the transistor 5 via the transistor 10.

一方、トランジスタ11,12,13,14,
15,16、抵抗17,18,19,20,2
1,22,23によつて基準電流源回路300が
構成され、前記基準電流源回路300の出力はそ
れぞれ電流分配トランジスタ24,25,26と
整合抵抗27,28,29を介して抵抗30,3
1の両端と、エミツタがマイナス側給電線路2a
に接続されたトランジスタ32のベースおよびコ
レクタとに供給されている。
On the other hand, transistors 11, 12, 13, 14,
15, 16, resistance 17, 18, 19, 20, 2
1, 22, and 23 constitute a reference current source circuit 300, and the output of the reference current source circuit 300 is connected to resistors 30, 3 via current distribution transistors 24, 25, 26 and matching resistors 27, 28, 29, respectively.
Both ends of 1 and the emitter are negative side feed line 2a
The base and collector of a transistor 32 connected to

前記抵抗30の両端には直流モータ3の回転速
度の制御のための基準電圧が発生され、この基準
電圧は前記コンパレータ9の非反転入力端子9b
に印加されている。
A reference voltage for controlling the rotation speed of the DC motor 3 is generated across the resistor 30, and this reference voltage is applied to the non-inverting input terminal 9b of the comparator 9.
is applied to.

また、前記トランジスタ25のコレクタと前記
抵抗31の接続点にはコンパレータ33の反転入
力端子33aが接続され、前記トランジスタ26
のコレクタと前記トランジスタ32のベースおよ
びコレクタの接続点には前記コンパレータ33の
非反転入力端子33bが接続され、前記コンパレ
ータ33の出力はダイオード34を介してトラン
ジスタ10のベースに印加されるとともに、コン
デンサ35にも印加されている。
Further, an inverting input terminal 33a of a comparator 33 is connected to a connection point between the collector of the transistor 25 and the resistor 31, and the transistor 26
The non-inverting input terminal 33b of the comparator 33 is connected to the connection point between the collector of the transistor 32 and the base and collector of the transistor 32, and the output of the comparator 33 is applied to the base of the transistor 10 via the diode 34, and is connected to the capacitor 32. 35 is also applied.

ここで、前記コンパレータ33、前記トランジ
スタ32、前記抵抗31(前記コンパレータ33
はオープンコレクタ出力形のものであるものとす
る。)によつて感熱スイツチ回路400が構成さ
れ、前記コンデンサ35と前記ダイオード34お
よび抵抗38によつて保持回路450が構成され
ている。
Here, the comparator 33, the transistor 32, the resistor 31 (the comparator 33
is of open collector output type. ) constitutes a heat-sensitive switch circuit 400, and the capacitor 35, the diode 34, and the resistor 38 constitute a holding circuit 450.

さて、第1図の回路において、周波数発電機
8、周波数―直流電圧変換器100、コンパレー
タ9、PWM変調器200による直流モータの速
度制御ループは従来からよく知られているので
(例えば、USP第4149116号)、その詳細な説明は
省略し、動作の概要だけを述べる。
Now, in the circuit shown in Fig. 1, the speed control loop of the DC motor consisting of the frequency generator 8, the frequency-DC voltage converter 100, the comparator 9, and the PWM modulator 200 is well known (for example, USP 4149116), its detailed explanation will be omitted and only an outline of its operation will be described.

第1図において、周波数発電機8は直流モータ
3の回転速度に比例した周波数の出力信号を発生
し、この出力信号は周波数―直流電圧変換器10
0によつてその周波数に応じた直流電圧に変換さ
れる。前記周波数―直流電圧変換器100の出力
電圧はコンパレータ9によつて、抵抗30の両端
に発生している基準電圧と比較され、比較出力が
PWM変調器200に印加される。前記PWM変
調器200は入力電圧の大きさに応じたデユーテ
イを有する矩形波信号を発生し、トランジスタ1
0を介してトランジスタ5のベースにドライブ信
号として印加される。
In FIG. 1, a frequency generator 8 generates an output signal with a frequency proportional to the rotational speed of the DC motor 3, and this output signal is transmitted to a frequency-DC voltage converter 10.
0, it is converted into a DC voltage according to its frequency. The output voltage of the frequency-DC voltage converter 100 is compared with the reference voltage generated across the resistor 30 by the comparator 9, and the comparison output is
applied to PWM modulator 200. The PWM modulator 200 generates a rectangular wave signal having a duty according to the magnitude of the input voltage, and
0 to the base of the transistor 5 as a drive signal.

これらのブロツクは閉ループを構成しているた
め、最終的には前記周波数―直流電圧変換器10
0の出力電圧と前記抵抗30の両端の電圧が等し
くなる様なデユーテイで前記トランジスタ5がス
イツチング動作をし、直流モータ3は一定速度で
回転する様に制御される。
Since these blocks constitute a closed loop, the frequency-to-DC voltage converter 10
The transistor 5 performs a switching operation at a duty such that the output voltage of 0 becomes equal to the voltage across the resistor 30, and the DC motor 3 is controlled to rotate at a constant speed.

一方、基準電圧源回路300は以下に示す様な
動作によつて零温度係数の基準電圧を発生する。
すなわち、トランジスタ11,12のベース・エ
ミツタ間順方向電圧をそれぞれVBE1,VBE2とし、
抵抗17,18,19の抵抗値をそれぞれR17
R18,R19としたとき、前記抵抗19の両端に現
われる電圧VXは次式で与えられる。
On the other hand, the reference voltage source circuit 300 generates a reference voltage with a zero temperature coefficient through the following operation.
That is, the base-emitter forward voltages of transistors 11 and 12 are respectively V BE1 and V BE2 ,
The resistance values of resistors 17, 18, and 19 are R 17 ,
When R 18 and R 19 are set, the voltage V X appearing across the resistor 19 is given by the following equation.

VX=R17+R18/R18・VBE1−VBE2 (1) また、前記トランジスタ11のエミツタ面積が
Aeで、前記トランジスタ12のエミツタ面積は
そのN倍の広さであるとし、前記トランジスタ1
1,12のエミツタ電流(コレクタ電流に等しい
ものとする)をそれぞれI1,I2とすると、 VBE1=k・T/qln(I1/Io・Ae) (2) VBE2=k・T/qln(I2/Io・N・Ae) (3) (2),(3)式においてkはボルツマン定数、qは電
子の電荷で、それぞれ k=1.38×10-23 joule/〓 q=1.602×10-19 coulomb また、Tは接合部の絶対温度(〓)で、I0は単
位面積あたりの逆方向飽和電流であり、 I0=γ・T3・exp(−14000/T) (4) (4)式においてγは電子とホールの拡散距離,拡
散定数などに支配される定数である。
V _ _ _ _ _
Ae, the emitter area of the transistor 12 is N times larger, and the transistor 1
If the emitter currents of 1 and 12 (assumed to be equal to the collector currents) are I 1 and I 2 respectively, then V BE1 = k・T/qln (I 1 /Io・Ae) (2) V BE2 = k・T /qln(I 2 /Io・N・Ae) (3) In equations (2) and (3), k is Boltzmann's constant and q is the electron charge, respectively k=1.38×10 -23 joule/〓 q=1.602 ×10 -19 coulomb Also, T is the absolute temperature (〓) of the junction, I 0 is the reverse saturation current per unit area, I 0 = γ・T 3・exp (−14000/T) (4 ) In equation (4), γ is a constant governed by the diffusion distance of electrons and holes, the diffusion constant, etc.

(1)〜(4)式より VX=k・T/q〔R17+R18/R18 ln{I1/Ae・γ・T3・exp(−14000/T)} −ln{I2/N・Ae・γ・T3・exp(−14000/T)}
〕 (5) (5)式の電流I1は第1図のトランジスタ13とト
ランジスタ14によるカレントミラー回路から供
給されるので、その値は電流I2の値に比例し、前
記トランジスタ14のエミツタ電流密度を前記ト
ランジスタ13のエミツタ電流密度とほぼ等しく
しておく(具体的には前記トランジスタ14,1
3のエミツタ面積の割合をI1:I2に近くなる様に
しておく)ことによつてI1/I2の温度係数も零で
あるとみなせる。
From formulas ( 1 ) to ( 4 ), V /N・Ae・γ・T 3・exp(−14000/T)}
] (5) Since the current I 1 in equation (5) is supplied from the current mirror circuit consisting of the transistors 13 and 14 in FIG. 1, its value is proportional to the value of the current I 2 , and the emitter current of the transistor 14 is The density is made approximately equal to the emitter current density of the transistor 13 (specifically, the emitter current density of the transistors 14, 1
The temperature coefficient of I 1 /I 2 can also be considered to be zero by setting the ratio of the emitter area of 3 to be close to I 1 :I 2 .

したがつて、トランジスタ11のエミツタ電流
密度I1/Aeとトランジスタ12のエミツタ電流
密度I2/N・Aeを適当に設定することによつて
VXの温度・係数は零となる。
Therefore, by appropriately setting the emitter current density I 1 /Ae of the transistor 11 and the emitter current density I 2 /N·Ae of the transistor 12,
The temperature and coefficient of V X become zero.

ここで、説明を簡単にするために、抵抗20,
28,29の抵抗値がすべて同じで、抵抗19,
31の抵抗値をそれぞれR19,R31とすると、前
記抵抗31の両端に発生する基準電圧ESは次式に
より与えられる。
Here, in order to simplify the explanation, the resistor 20,
The resistance values of 28 and 29 are all the same, and resistance 19,
Letting the resistance values of resistor 31 be R 19 and R 31 , respectively, the reference voltage E S generated across the resistor 31 is given by the following equation.

ES=R31/R19・VX (6) また、トランジスタ32のエミツタ面積をAe
としたとき、そのコレクタ・エミツタ間電圧ED
は次の様になる。
E S =R 31 /R 19・V X (6) Also, the emitter area of transistor 32 is Ae
Then, the collector-emitter voltage E D
becomes as follows.

ED=k・T/qln {I2/Ae・γ・T3・exp(−14000/T)} (7) (5)式で与えられる電圧VXの温度係数が零にな
る様に設定すると、基準電圧ESもまた零温度係数
となる。
E D =k・T/qln {I 2 /Ae・γ・T 3・exp(−14000/T)} (7) Set so that the temperature coefficient of voltage V X given by equation (5) becomes zero. Then, the reference voltage E S also has a zero temperature coefficient.

ところで、トランジスタ12のエミツタ電流I2
は次式によつて与えられる。
By the way, the emitter current I 2 of transistor 12
is given by the following equation.

I2=VX/R19 (8) ICチツプ上に形成される拡散抵抗の抵抗値は
+2000ppm程度の温度係数を有するので、電圧
VXが零温度係数のとき電流I2は−2000ppmの温
度係数を有するが、(7)式において、対数項の分子
の温度変化よりも分母の温度変化の方がはるかに
大きいので、(7)式で与えられるEDはやはり−
2mV/℃程度の温度係数を有する。したがつて
計算を簡略化するために電流I2を温度に関係なく
一定であるとみなしても大きな誤差は生じない。
I 2 = V
When V ) given by E D is still −
It has a temperature coefficient of about 2mV/℃. Therefore, even if the current I 2 is assumed to be constant regardless of temperature in order to simplify the calculation, a large error will not occur.

一例として、Aeが20ミクロン平方で、γの値
が500位のトランジスタを例にとると、I2の値を
100μAに設定したとき、20℃においてはトランジ
スタ32のコレクタ・エミツタ間電圧ED
700mVであるが、150℃においては435mVとな
る。したがつて、ESの値を435mVに設定してお
くと、接合部温度Tが150℃(423〓)に達したと
きにコンパレータ33の出力は反転し、前記コン
パレータ33がダイオード34を介して、PWM
変調器200の出力電流を吸い込む様になり、そ
の結果トランジスタ5は遮断状態となる。
As an example, if we take a transistor with Ae of 20 microns square and a value of γ of around 500, then the value of I 2 is
When set to 100 μA, the collector-emitter voltage E D of transistor 32 at 20°C is
It is 700mV, but it becomes 435mV at 150℃. Therefore, if the value of E S is set to 435 mV, the output of the comparator 33 is inverted when the junction temperature T reaches 150°C (423〓), and the output of the comparator 33 is , PWM
The output current of the modulator 200 is now absorbed, and as a result, the transistor 5 is cut off.

ICチツプの温度が異常に上昇するのは、直流
モータ3の電機子コイルが短絡した場合とか、長
時間にわたつて前記直流モータ3の回転軸が外力
により拘束されて電機子コイルが焼損した場合、
あるいは後で説明する第4図の様に出力電流制限
回路が別に設けられて、その電流制限回路が長時
間動作し続けた場合などであり、いずれもトラン
ジスタ5の電力損失が異常に増大することに起因
している。したがつて、ICチツプの温度上昇を
検知して前記トランジスタ5を遮断状態に移行せ
しめることによつて温度上昇の原因は取り除かれ
る。
The temperature of the IC chip may rise abnormally when the armature coil of the DC motor 3 is short-circuited, or when the rotating shaft of the DC motor 3 is restrained by external force for a long period of time and the armature coil is burnt out. ,
Or, as shown in FIG. 4, which will be explained later, a separate output current limiting circuit is provided and that current limiting circuit continues to operate for a long time. In either case, the power loss of the transistor 5 may increase abnormally. This is due to Therefore, by detecting the temperature rise of the IC chip and turning off the transistor 5, the cause of the temperature rise can be eliminated.

第2図は感熱スイツチ回路の動作の模様を説明
するための動作波形図で、第2図a,b,c,d
はそれぞれトランジスタ5における電力損失、ト
ランジスタ32の接合部温度、トランジスタ10
のベース電位、トランジスタ5のベース電位の変
化を示したものである。
Figure 2 is an operation waveform diagram for explaining the operation pattern of the thermal switch circuit, and Figure 2 a, b, c, d
are the power loss in transistor 5, the junction temperature of transistor 32, and the transistor 10, respectively.
5 shows changes in the base potential of the transistor 5 and the base potential of the transistor 5.

時刻t1以前においては、通常のスイツチング制
御(スイツチング周波数は一般に50〜100KHz位
である)が行なわれていたものとすると、その時
点でのトランジスタ5における電力損失はわずか
であり、トランジスタ32の接合部温度すなわち
チツプ温度も周囲温度Taと大きな差はない。
Assuming that normal switching control (switching frequency is generally around 50 to 100 KHz) is being performed before time t1 , the power loss in transistor 5 at that point is small, and the junction of transistor 32 The internal temperature, that is, the chip temperature, is also not much different from the ambient temperature Ta.

時刻t1において、直流モータ3の回転軸が外力
によつて拘束されたとすると、前記直流モータ3
の回転は停止するから、周波数発電機8、周波数
―直流電圧変換器100、コンパレータ9、
PWM変調器200による速度制御系は前記直流
モータ3を全加速する方向に働き、トランジスタ
10,5のベース電位は上昇する。
At time t1 , if the rotating shaft of the DC motor 3 is restrained by an external force, the DC motor 3
Since the rotation of is stopped, the frequency generator 8, the frequency-DC voltage converter 100, the comparator 9,
The speed control system using the PWM modulator 200 works to fully accelerate the DC motor 3, and the base potentials of the transistors 10 and 5 rise.

このとき、トランジスタ5における電力損失は
コレクタ・エミツタ間の飽和電圧と直流モータ3
に流れる電流の積となり、例えば電源電圧が3V
で、飽和電圧が0.6V、前記直流モータ3とチヨ
ークコイル4の直列抵抗が4.8Ωであるとすると、
前記トランジスタ5のコレクタ電流は0.5Aとな
り、コレクタ損失は0.3Wとなる。
At this time, the power loss in the transistor 5 is the saturation voltage between the collector and emitter and the DC motor 3
For example, if the power supply voltage is 3V
Assuming that the saturation voltage is 0.6V and the series resistance between the DC motor 3 and the chain coil 4 is 4.8Ω,
The collector current of the transistor 5 is 0.5A, and the collector loss is 0.3W.

また、トランジスタ10にも連続して電流が流
れるから、時刻t1におけるドライブ段の電力損失
は0.3W以上になり、熱源であるトランジスタ5
およびトランジスタ10、抵抗36の近くに配置
されたトランジスタ32の接合部温度は比較的急
激に上昇する。
Furthermore, since current also flows continuously through the transistor 10, the power loss in the drive stage at time t1 is 0.3W or more, and the transistor 5, which is a heat source,
The junction temperature of the transistor 10 and the transistor 32 disposed near the resistor 36 rises relatively rapidly.

時刻t2において、前記トランジスタ32の接合
部温度が設定温度Tsに達すると、コンパレータ
33の出力状態が反転し、コンデンサ35の電荷
はダイオード34を介して急速に放電される。し
たがつてトランジスタ10,5にはベース電流が
流れなくなり、前記トランジスタ10,5は遮断
状態となつて電力損失も零となる。
At time t 2 , when the junction temperature of the transistor 32 reaches the set temperature Ts, the output state of the comparator 33 is reversed and the charge in the capacitor 35 is rapidly discharged via the diode 34 . Therefore, no base current flows through the transistors 10 and 5, and the transistors 10 and 5 are cut off, and the power loss becomes zero.

前記電力損失が零になると、前記トランジスタ
32の接合部から外気に対する熱時定数に依存し
た下降曲線をたどつて前記接合部温度が降下する
ので、前記コンパレータ33の出力は再び元に戻
り、前記コンデンサ35には抵抗37および抵抗
38を介して充電が開始される。
When the power loss becomes zero, the temperature of the junction decreases from the junction of the transistor 32 following a descending curve depending on the thermal time constant relative to the outside air, so the output of the comparator 33 returns to the original value, and the output of the comparator 33 returns to the original value. Charging of the capacitor 35 is started via the resistor 37 and the resistor 38.

前記コンデンサ35への充電によつてトランジ
スタ10のベース電位が徐々に上昇し、時刻t3
おいてトランジスタ10,5は再びオン状態とな
り、トランジスタ32の接合部温度は時刻t1のと
きの上昇曲線と同じ上昇率で上昇し、時刻t4にお
いて前記接合部温度がTsに達すると、コンパレ
ータ33の出力状態は再び反転してトランジスタ
10,5を遮断状態に移行せしめる。
By charging the capacitor 35, the base potential of the transistor 10 gradually rises, and at time t3 , the transistors 10 and 5 are turned on again, and the junction temperature of the transistor 32 follows the rising curve at time t1 . When the junction temperature increases at the same rate of increase and reaches Ts at time t4 , the output state of the comparator 33 is reversed again, causing the transistors 10 and 5 to enter the cut-off state.

以後同様の動作を繰り返し、第2図の時刻t3
らt5に示す様に、トランジスタ5の飽和時の電力
損失が変化しない限りは、主としてトランジスタ
32の接合部から外気までの熱時定数と、コンデ
ンサ35への充電時間、すなわち保持回路450
による給電阻止時間に依存する繰り返し周期でも
つて前記トランジスタ5がオンオフ動作を繰り返
すが、前記トランジスタ5がオン状態になつてい
る期間、つまり前記トランジスタ5のドライブ信
号のアクテイブレベル期間(第2図dの波形にお
いてベース電位が高電位になつている期間)は前
記トランジスタ5の飽和時の電力損失に基づく温
度上昇率に依存する。
Thereafter, the same operation is repeated, and as shown from time t 3 to t 5 in FIG. , the charging time to the capacitor 35, that is, the holding circuit 450
The transistor 5 repeats the on-off operation with a repetition period that depends on the power supply blocking time, but the period during which the transistor 5 is in the on state, that is, the active level period of the drive signal of the transistor 5 (FIG. 2 d) The period during which the base potential is at a high potential in the waveform depends on the rate of temperature rise based on the power loss when the transistor 5 is saturated.

そして、第2図の時刻t5あるいはt6以降に示す
様に前記トランジスタ5の飽和時の電力損失が小
さい場合にはトランジスタ32の接合部温度の温
度上昇はゆるやかになるので、前記ドライブ信号
のアクテイブレベル期間は長くなる。
As shown after time t 5 or t 6 in FIG. 2, when the power loss when the transistor 5 is saturated is small, the junction temperature of the transistor 32 rises slowly, so that the drive signal The active level period becomes longer.

この様に、ICのチツプ温度があらかじめ定め
られた温度Tsを越えたときに感熱スイツチ回路
400が動作し、以後はICチツプの外気に対す
る熱時定数と前記保持回路による給電阻止期間お
よび温度上昇率に基づくデユーテイを有する信号
を前記感熱スイツチ回路400ならびに前記保持
回路450が発生し、その結果、ICチツプの温
度はTs以上には上昇しなくなるので、ICチツプ
を熱破壊から保護することが出来る。ところで、
前記保持回路450の存在によつて、ICチツプ
の外気に対する熱時定数がたとえ小さくても、遮
断状態からの復帰後に負荷に十分な幅の給電パル
スが与えられる。すなわち、前記感熱スイツチ回
路400が動作後にすぐさまICチツプの温度が
急激に下降したとしてもコンデンサ35の電位が
十分な値に上昇するまではトランジスタ5を介し
ての直流モータ3への給電は停止されるので、前
記保持回路450による給電阻止期間(第1図の
実施例においてはコンデンサ35と抵抗37およ
び抵抗38の時定数によつて決定される。)を適
当に選んでおくことにより、ICチツプの温度が
十分安全な領域にまで下降した後に直流モータ3
への再給電を行なわせることが出来る。
In this way, when the IC chip temperature exceeds a predetermined temperature Ts, the heat sensitive switch circuit 400 operates, and from then on, the thermal time constant of the IC chip with respect to the outside air, the power supply blocking period by the holding circuit, and the temperature rise rate are determined. The heat-sensitive switch circuit 400 and the holding circuit 450 generate signals having a duty based on Ts, and as a result, the temperature of the IC chip does not rise above Ts, so the IC chip can be protected from thermal damage. by the way,
Due to the presence of the holding circuit 450, even if the thermal time constant of the IC chip relative to the outside air is small, a power supply pulse of sufficient width can be applied to the load after recovery from the cut-off state. That is, even if the temperature of the IC chip drops rapidly immediately after the heat-sensitive switch circuit 400 is activated, the power supply to the DC motor 3 via the transistor 5 is stopped until the potential of the capacitor 35 rises to a sufficient value. Therefore, by appropriately selecting the power supply blocking period by the holding circuit 450 (in the embodiment shown in FIG. 1, it is determined by the time constants of the capacitor 35, the resistor 37, and the resistor 38), the IC chip After the temperature of DC motor 3 has fallen to a sufficiently safe range,
It is possible to resupply power to the

また、トランジスタ5の負荷となる直流モータ
3には前記感熱スイツチ回路400の動作後も断
続的に通電されるので、ICのチツプ温度の異常
上昇の原因が取り除かれば自動的に元の状態に復
帰するし、第1図の回路を例にとれば、感熱スイ
ツチ回路400が動作後も断続的に直流モータ3
に通電することによつて、例えば前記直流モータ
3の整流子のアンダーカツト部への異物の付着に
よつて負荷の短絡が生じた場合などにおいては前
記異物を除去する(断続的な通電による火花で消
滅させたり、回転子の振動等によつてふるい落と
す)ことも可能となる。
In addition, since the DC motor 3 that serves as the load of the transistor 5 is intermittently energized even after the heat-sensitive switch circuit 400 is activated, it will automatically return to its original state if the cause of the abnormal rise in IC chip temperature is removed. Taking the circuit shown in FIG. 1 as an example, the heat-sensitive switch circuit 400 intermittently switches the DC motor 3
For example, if a short circuit occurs in the load due to foreign matter adhering to the undercut portion of the commutator of the DC motor 3, the foreign matter is removed by energizing the DC motor 3 (sparks caused by intermittent energization). It is also possible to eliminate the particles by using a rotor, or to sift them off by vibrations of the rotor, etc.

また、第3図に示す様に、保持回路450を構
成するダイオード34のアノード電圧を警告のた
めの表示回路500に印加し、前記表示回路50
0によつて例えば発光ダイオード50に電流を供
給する様に構成しておけば、通常のスイツチング
制御が行なわれているときには、点滅周期がきわ
めて短かいので前記発光ダイオード50は連続点
灯している様に見えるが、感熱スイツチ回路40
0が動作しだすと、前記発光ダイオード50はゆ
つくりとした周期で点滅するので、一見して異常
が生じたことを検知することが出来る。
Further, as shown in FIG. 3, the anode voltage of the diode 34 constituting the holding circuit 450 is applied to the display circuit 500 for warning,
If the configuration is such that current is supplied to, for example, the light emitting diode 50 by 0, when normal switching control is performed, the light emitting diode 50 appears to be continuously lit because the blinking period is extremely short. It looks like the heat sensitive switch circuit 40
0 begins to operate, the light emitting diode 50 blinks at a slow cycle, so that it can be detected at a glance that an abnormality has occurred.

さらに、本発明を第4図に示す様な出力電流の
制限機能を有するスイツチングドライブICに適
用するとその効果はきわめて大きいものとなる。
すなわち、第4図において、トランジスタ5とと
もにカレントミラー回路を構成するトランジスタ
39のコレクタ電流は前記トランジスタ5のコレ
クタ電流に依存するが、前記トランジスタ39の
コレクタ電流がトランジスタ40によつて供給さ
れる限界値を越えたとき、トランジスタ41がオ
ン状態となり、コンパレータ9、トランジスタ4
2,43を介して前記トランジスタ5を遮断状態
に移行せしめるので、最終的には前記トランジス
タ5のコレクタ電流はあらかじめ設定された値に
制限される訳であるが、前記トランジスタ5がス
イツチング動作を行なつているときには前記トラ
ンジスタ5のコレクタ損失はわずかであるのに対
して、電流制限動作に移行したときには前記トラ
ンジスタ5におけるコレクタ損失はきわめて大き
な値となる。しかしながら、第4図の回路におい
ても、トランジスタ5の近くに配置されたトラン
ジスタ42と抵抗31、トランジスタ41によつ
て構成された感熱スイツチ回路400と、コンデ
ンサ35および抵抗38によつて構成された保持
回路450がICチツプの異常な温度上昇を阻止
する。
Furthermore, if the present invention is applied to a switching drive IC having an output current limiting function as shown in FIG. 4, the effect will be extremely large.
That is, in FIG. 4, the collector current of the transistor 39 which together with the transistor 5 constitutes a current mirror circuit depends on the collector current of the transistor 5, but the collector current of the transistor 39 is at a limit value supplied by the transistor 40. When the voltage exceeds 0, the transistor 41 turns on, and the comparator 9 and
2 and 43, the collector current of the transistor 5 is ultimately limited to a preset value, but the transistor 5 performs a switching operation. While the collector loss of the transistor 5 is small when the current is on, the collector loss of the transistor 5 becomes extremely large when the current limit operation is started. However, in the circuit of FIG. 4 as well, a transistor 42 and a resistor 31 are arranged near the transistor 5, a heat-sensitive switch circuit 400 constituted by the transistor 41, and a holding circuit constituted by a capacitor 35 and a resistor 38. Circuit 450 prevents abnormal temperature rise of the IC chip.

一般に、電力消費効率を向上する目的で、比較
的高い周波数でもつて負荷にスイツチング給電を
行なうスイツチングレギユレータや直流モータの
スイツチング制御装置においては、通常の動作時
には負荷への給電制御のためのスイツチングトラ
ンジスタが消費する電力はわずかであるので、異
常事態を考えなければ、前記スイツチングトラン
ジスタを含むスイツチングドライブICの放熱設
計はきわめて簡単に行なうことが出来、殆んどの
場合、特別な放熱器を必要とせず、経済的であ
り、実装効率を高めることが出来る。
In general, switching regulators and DC motor switching control devices that perform switching power supply to the load at relatively high frequencies for the purpose of improving power consumption efficiency are used to control the power supply to the load during normal operation. Since a switching transistor consumes only a small amount of power, the heat dissipation design of a switching drive IC that includes the switching transistor is extremely simple, unless abnormal situations are taken into consideration.In most cases, special heat dissipation is It is economical and does not require any equipment, and can improve mounting efficiency.

ところが、異常事態が発生すると、過大な電力
損失が発生し、簡単かつ経済的な放熱設計しか行
なわれていない場合には短時間のうちにスイツチ
ングICが熱破壊を起こしてしまうが、この様な
スイツチングドライブICに本発明を適用するこ
とによつて、経済的な放熱設計のもとでもICの
熱破壊を防止することが出来る。
However, when an abnormal situation occurs, excessive power loss occurs, and if only a simple and economical heat dissipation design is used, the switching IC will be thermally destroyed in a short period of time. By applying the present invention to a switching drive IC, thermal damage to the IC can be prevented even under an economical heat dissipation design.

なお、第1図,第3図,第4図に示した実施例
は直流モータのスイツチング制御装置に本発明を
適用したものであるが、一般のスイツチングレギ
ユレータにも本発明を適用することが出来るし、
負荷にスイツチング給電を行なうスイツチングト
ランジスタとしての給電制御トランジスタ5は必
ずしもバイポーラトランジスタでなくともFET
の様なユニポーラトランジスタであつても良い。
Although the embodiments shown in FIGS. 1, 3, and 4 apply the present invention to a switching control device for a DC motor, the present invention can also be applied to a general switching regulator. I can do it,
The power supply control transistor 5, which serves as a switching transistor that performs switching power supply to the load, is not necessarily a bipolar transistor but may be an FET.
It may also be a unipolar transistor such as.

以上の様に本発明のスイツチングドライブ装置
は、制御系からの指令値に基づいてデユーテイが
変化する第1のパルス信号(第1図の実施例にお
いてはPWM変調器200の出力信号)が入力電
極に印加されたスイツチングトランジスタ(実施
例においてはトランジスタ5)と、前記スイツチ
ングトランジスタと同一のICチツプ上に形成さ
れ、前記ICチツプの温度があらかじめ定められ
た限界温度Tsを越えたときに動作して前記スイ
ツチングトランジスタの入力電極への給電を遮断
せしめる感熱スイツチ回路400と、前記ICチ
ツプの温度が低下して前記感熱スイツチ回路によ
る給電の遮断が解除されてからもあらかじめ定め
られた期間だけ前記スイツチングトランジスタの
入力電極への給電を阻止する保持回路450とを
備え、前記ICチツプの温度が前記限界温度より
も低いときには前記第1のパルス信号によつて前
記スイツチングトランジスタにオンオフ動作を行
なわせしめ、前記ICチツプの温度が前記限界温
度を越えたときには前記ICチツプの外気に対す
る熱時定数と前記保持回路による給電阻止期間お
よび温度上昇率に基づくデユーテイを有する第2
のパルス信号によつて前記スイツチングトランジ
スタにオンオフ動作を行なわせしめたことを特徴
とするもので、このような保持回路の存在によつ
て、遮断期間を自由に設定することが出来、IC
チツプの外気に対する熱時定数がたとえ小さくて
も、遮断状態からの復帰後に負荷に十分な幅の給
電パルスを与えることができ、ICの熱破壊を確
実に防止できるだけでなく、異常原因が撤去され
れば速やかに元の状態に復帰させることが出来、
さらに場合によつては異常事態の発生要因を除去
させることも可能であり、さらには、前記感熱ス
イツチ回路の出力側に表示手段を付加することに
よつて異常事態の発生が簡単に検知出来るなど、
大なる効果を奏する。
As described above, in the switching drive device of the present invention, the first pulse signal (the output signal of the PWM modulator 200 in the embodiment shown in FIG. 1) whose duty changes based on the command value from the control system is input. A switching transistor (transistor 5 in the embodiment) is applied to an electrode, and is formed on the same IC chip as the switching transistor, and when the temperature of the IC chip exceeds a predetermined limit temperature Ts. The heat-sensitive switch circuit 400 operates to cut off the power supply to the input electrode of the switching transistor, and the heat-sensitive switch circuit 400 operates for a predetermined period of time even after the temperature of the IC chip drops and the cutoff of the power supply by the heat-sensitive switch circuit is released. and a holding circuit 450 for blocking power supply to the input electrode of the switching transistor, and when the temperature of the IC chip is lower than the limit temperature, the switching transistor is turned on and off by the first pulse signal. and when the temperature of the IC chip exceeds the limit temperature, a second circuit having a duty based on a thermal time constant of the IC chip with respect to the outside air, a power supply blocking period by the holding circuit, and a temperature increase rate.
The device is characterized in that the switching transistor is turned on and off by the pulse signal of the IC.
Even if the thermal time constant of the chip relative to the outside air is small, it is possible to provide a power supply pulse of sufficient width to the load after recovery from the cut-off state, which not only reliably prevents thermal damage to the IC but also eliminates the cause of the abnormality. If you do so, you can quickly return to your original state.
Furthermore, in some cases, it is possible to eliminate the cause of the abnormal situation, and furthermore, by adding a display means to the output side of the heat-sensitive switch circuit, the occurrence of an abnormal situation can be easily detected. ,
It has a great effect.

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

第1図は本発明の一実施例を示す回路結線図、
第2図は第1図の要部の動作波形図、第3図、第
4図はそれぞれ本発明の別の実施例を示す回路結
線図である。 3……直流モータ、4……チヨークコイル、5
……給電制御トランジスタ(スイツチングトラン
ジスタ)、7……フライホイールダイオード、8
……周波数発電機、200……PWM変調器、4
00……感熱スイツチ回路、450……保持回
路、500……表示回路。
FIG. 1 is a circuit wiring diagram showing an embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an operational waveform diagram of the main part of FIG. 1, and FIGS. 3 and 4 are circuit connection diagrams showing other embodiments of the present invention. 3...DC motor, 4...Chi York coil, 5
...Power supply control transistor (switching transistor), 7...Flywheel diode, 8
...Frequency generator, 200...PWM modulator, 4
00...Thermosensitive switch circuit, 450...Holding circuit, 500...Display circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 制御系からの指令値に基づいてデユーテイが
変化する第1のパルス信号が入力電極に印加され
たスイツチングトランジスタと、前記スイツチン
グトランジスタと同一のICチツプ上に形成され、
前記ICチツプの温度があらかじめ定められた限
界温度を越えたときに動作してスイツチングトラ
ンジスタの入力電極への給電を遮断せしめる感熱
スイツチ回路と、前記ICチツプの温度が低下し
て前記感熱スイツチ回路による給電の遮断が解除
されてからもあらかじめ定められた期間だけ前記
スイツチングトランジスタの入力電極への給電を
阻止する保持回路とを備え、前記ICチツプの温
度が前記限界温度よりも低いときには前記第1の
パルス信号によつて前記スイツチングトランジス
タにオンオフ動作を行なわせしめ、前記ICチツ
プの温度が前記限界温度を越えたときには前記
ICチツプの外気に対する熱時定数と前記保持回
路による給電阻止期間および温度上昇率に基づく
デユーテイを有する第2のパルス信号によつて前
記スイツチングトランジスタにオンオフ動作を行
なわせしめたことを特徴とするスイツチングドラ
イブ装置。 2 制御系からの指令値に基づいてデユーテイが
変化する第1のパルス信号が入力電極に印加され
たスイツチングトランジスタと、前記スイツチン
グトランジスタと同一のICチツプ上に形成され、
前記ICチツプの温度があらかじめ定められた限
界温度を越えたときに動作して前記スイツチング
トランジスタの入力電極への給電を遮断せしめる
感熱スイツチ回路と、前記ICチツプの温度が低
下して前記感熱スイツチ回路による給電の遮断が
解除されてからもあらかじめ定められた期間だけ
前記スイツチングトランジスタの入力電極への給
電を阻止する保持回路と、警告のための表示手段
を備え、前記ICチツプの温度が前記限界温度よ
りも低いときには前記第1のパルス信号によつて
前記スイツチングトランジスタにオンオフ動作を
行なわせしめ、前記ICチツプの温度が前記限界
温度を越えたときには前記ICチツプの外気に対
する熱時定数と前記保持回路による給電阻止期間
および温度上昇率に基づくデユーテイを有する第
2のパルス信号によつて前記スイツチングトラン
ジスタにオンオフ動作を行なわせしめ、前記保持
回路の出力を前記表示手段に印加して前記保持回
路の動作を前記表示手段によつて識別出来るよう
に構成したことを特徴とするスイツチングドライ
ブ装置。
[Scope of Claims] 1. A switching transistor to which a first pulse signal whose duty varies based on a command value from a control system is applied to an input electrode, and a switching transistor formed on the same IC chip as the switching transistor. ,
a heat-sensitive switch circuit that operates when the temperature of the IC chip exceeds a predetermined temperature limit to cut off power supply to the input electrode of the switching transistor; and a heat-sensitive switch circuit that operates when the temperature of the IC chip exceeds a predetermined temperature limit; and a holding circuit that blocks power supply to the input electrode of the switching transistor for a predetermined period even after the cutoff of power supply by the IC chip is released, and when the temperature of the IC chip is lower than the limit temperature, the The switching transistor is caused to perform an on/off operation by a pulse signal of 1, and when the temperature of the IC chip exceeds the limit temperature, the switching transistor is
A switch characterized in that the switching transistor is caused to perform an on/off operation by a second pulse signal having a duty based on a thermal time constant of the IC chip with respect to the outside air, a power supply blocking period by the holding circuit, and a temperature rise rate. driving device. 2. A first pulse signal whose duty varies based on a command value from a control system is formed on a switching transistor to which an input electrode is applied, and on the same IC chip as the switching transistor,
a heat-sensitive switch circuit that operates when the temperature of the IC chip exceeds a predetermined temperature limit to cut off power supply to the input electrode of the switching transistor; The circuit includes a holding circuit that blocks the power supply to the input electrode of the switching transistor for a predetermined period even after the power supply cutoff by the circuit is released, and a display means for warning, and a holding circuit that prevents the supply of power to the input electrode of the switching transistor for a predetermined period even after the cutoff of the power supply by the circuit is released, and a display means for warning. When the temperature is lower than the limit temperature, the first pulse signal causes the switching transistor to perform an on/off operation, and when the temperature of the IC chip exceeds the limit temperature, the thermal time constant of the IC chip with respect to the outside air and the above-mentioned The switching transistor is caused to perform an on/off operation by a second pulse signal having a duty based on the power feeding blocking period and the temperature rise rate by the holding circuit, and the output of the holding circuit is applied to the display means to display the holding circuit. A switching drive device characterized in that the switching drive device is configured such that the operation thereof can be identified by the display means.
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