JPH0262053B2 - - Google Patents
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- JPH0262053B2 JPH0262053B2 JP58093766A JP9376683A JPH0262053B2 JP H0262053 B2 JPH0262053 B2 JP H0262053B2 JP 58093766 A JP58093766 A JP 58093766A JP 9376683 A JP9376683 A JP 9376683A JP H0262053 B2 JPH0262053 B2 JP H0262053B2
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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
- H03K17/08—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
- H03K17/0826—Modifications 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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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は半導体スイツチ回路に関する。この種
の半導体スイツチ回路においては負荷回路の短絡
により半導体スイツチや負荷回路を駆動する電源
の破損を引き起すおそれがある。そこで、半導体
スイツチ回路に簡単な過電流保護回路を付加する
ことにより、容易に、かつ確実に短絡事故による
破損を防ぐ方式が望まれている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to semiconductor switch circuits. In this type of semiconductor switch circuit, a short circuit in the load circuit may cause damage to the power supply that drives the semiconductor switch and the load circuit. Therefore, there is a need for a method that easily and reliably prevents damage due to short-circuit accidents by adding a simple overcurrent protection circuit to the semiconductor switch circuit.
一般的な絶縁形の半導体スイツチ回路の例を第
1図A,Bに示す。なお以下各図の説明において
同一の符号は同一または相当部分を示す。
Examples of general insulated semiconductor switch circuits are shown in FIGS. 1A and 1B. Note that in the description of each figure below, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
第1図Aの回路は、スイツチング信号発生回路
1の負荷回路2側との絶縁をパルストランスTに
よつて行つたもので、D1は整流用のダイオー
ド、C1は平滑用のコンデンサ、Tr1はパワート
ランジスタとしてのスイツチングトランジスタ、
R1はスイツチングトランジスタTr1のベース電流
ib1を制限する抵抗、Eは負荷回路2を駆動する
直流電源である。 In the circuit shown in Figure 1A, the switching signal generating circuit 1 is isolated from the load circuit 2 side by a pulse transformer T, where D1 is a rectifying diode, C1 is a smoothing capacitor, and Tr1 is a smoothing capacitor. Switching transistor as a power transistor,
R 1 is the base current of switching transistor Tr 1
A resistor E that limits ib1 is a DC power source that drives the load circuit 2.
第1図Aの回路動作を説明する。入力信号Sが
スイツチング信号発生回路1に入力されると、パ
ルス信号がパルストランスTに入力され、パルス
トランスTの2次側に誘起電圧e2が発生する。
この誘起電圧e2はダイオードD1で整流され、
コンデンサC1で平滑化されスイツチングトラン
ジスタTr1のベースに入力されて、スイツチン
グトランジスタTr1はONする。スイツチングト
ランジスタTr1のONにより、負荷回路2には直
流電源Eの電圧が印加される。つまりスイツチン
グ信号発生回路1はスイツチング信号のほかに、
スイツチングトランジスタTr1のベース駆動の
ための電気エネルギをも、パルストランスTを経
由して供給していることになる。 The operation of the circuit shown in FIG. 1A will be explained. When the input signal S is input to the switching signal generation circuit 1, the pulse signal is input to the pulse transformer T, and an induced voltage e2 is generated on the secondary side of the pulse transformer T.
This induced voltage e2 is rectified by the diode D1,
The signal is smoothed by the capacitor C1 and input to the base of the switching transistor Tr1, and the switching transistor Tr1 is turned on. When the switching transistor Tr1 is turned on, the voltage of the DC power supply E is applied to the load circuit 2. In other words, in addition to the switching signal, the switching signal generation circuit 1 also generates
Electrical energy for driving the base of the switching transistor Tr1 is also supplied via the pulse transformer T.
第1図Bの回路は前記絶縁をフオトカプラPC
1によつて行つたもので、この場合フオトカプラ
PC1内のフオトトランジスタTr3をダーリント
ン接続でスイツチングトランジスタTr1に接続
することにより、非常に簡単な構成で半導体スイ
ツチ回路ができる。 The circuit in Figure 1B connects the insulation to a photocoupler PC.
1, and in this case the photocoupler
By connecting the phototransistor Tr3 in the PC1 to the switching transistor Tr1 through a Darlington connection, a semiconductor switch circuit can be formed with a very simple configuration.
しかし、このような半導体スイツチ回路では、
負荷回路2の両端イ、ロ間に短絡事故が生じた場
合スイツチングトランジスタTr1のコレクタ電
流ic1が増加していく。第2図はこの場合のトラ
ンジスタTr1のコレクタ電流ic1(縦軸)とコ
レクタ・エミツタ電圧VCE1(横軸)の静特性
曲線を示すもので動作点が通常動作点aより曲線
2A上を矢印の方向b点にむかつて移動していく。
トランジスタTr1のコレクタ電流ic1の増加に
つれて同コレクタ・エミツタ電圧VCE1が急激
に増加していき、動作点bつまりトランジスタ
Tr1の最大コレクタ損失曲線2Bとパラメータ
ib1(ベース電流)によるa−b移行曲線2Aと
の交叉点を超えるとトランジスタTr1の破壊を
まねく結果になる。またこれにともない負荷回路
2を駆動する直流電源Eも過電流により、破壊す
るおそれが生ずる。そこでスイツチングトランジ
スタTr1をかかる短絡事故から保護する回路が
必要となつてくる。 However, in such a semiconductor switch circuit,
When a short-circuit accident occurs between both ends A and B of the load circuit 2, the collector current IC1 of the switching transistor Tr1 increases. Figure 2 shows the static characteristic curve of the collector current IC1 (vertical axis) and collector-emitter voltage VCE1 (horizontal axis) of the transistor Tr1 in this case.
It moves on 2A towards point b in the direction of the arrow.
As the collector current ic1 of the transistor Tr1 increases, the collector-emitter voltage VCE1 of the transistor Tr1 increases rapidly, and the operating point b, that is, the transistor
Maximum collector loss curve 2B of Tr1 and parameters
If the intersection point with the a-b transition curve 2A due to ib1 (base current) is exceeded, the transistor Tr1 will be destroyed. Additionally, there is a risk that the DC power supply E that drives the load circuit 2 will also be destroyed due to overcurrent. Therefore, a circuit is required to protect the switching transistor Tr1 from such short-circuit accidents.
次に過電流保護回路付の半導体スイツチ回路の
従来方式を第3図に示す。 Next, a conventional method of a semiconductor switch circuit with an overcurrent protection circuit is shown in FIG.
この方式は特開昭57−131125により、本出願人
から出願されたものであるが、この回路におい
て、あらたに挿入接続された部分は破線で囲つた
部分Cで示してある。すなわち、この部分Cには
保護トランジスタTr2と過電流検出用ダイオー
ドD2、一次遅れ回路を形成するコンデンサC2
と、抵抗R2ならびに分圧用かつトランジスタ
Tr2のベース制御用の抵抗R3,R4である。 This system was filed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-131125, and in this circuit, the newly inserted and connected portion is shown as a portion C surrounded by a broken line. That is, this portion C includes a protection transistor Tr2, an overcurrent detection diode D2, and a capacitor C2 forming a first-order delay circuit.
, resistor R2 and voltage dividing and transistor
These are resistors R3 and R4 for controlling the base of Tr2.
さらにP1はダイオードD1のカソード側の
点、P2はダイオードD2のアノード側の点、P
3はトランジスタTr1のコレクタ側の点、P4
とP5は抵抗R4の一端とトランジスタTr1の
エミツタが結ばれる接地点である。また抵抗R1
とトランジスタTr1のベースの接続部分にトラ
ンジスタTr2のコレクタを接続し、エミツタ点
P5にトランジスタTr2のベースと点P4間に
抵抗R4をそれぞれ接続し、ダイオードD1のカ
ソード側P1点とトランジスタTr1のコレクタ
の点P3間に抵抗R2、ダイオードD2がそのカ
ソード側が点P3になるように接続され、抵抗R
2とダイオードD2のアノノード側の点P2と点
P4間にはコンデンサC2を、また同点P2とト
ランジスタTr2のベースとの間に抵抗R3を接
続している。 Furthermore, P1 is a point on the cathode side of diode D1, P2 is a point on the anode side of diode D2, P
3 is a point on the collector side of transistor Tr1, P4
and P5 are ground points where one end of the resistor R4 and the emitter of the transistor Tr1 are connected. Also, resistor R1
The collector of the transistor Tr2 is connected to the connection point between the base of the transistor Tr1 and the base of the transistor Tr1, the resistor R4 is connected between the base of the transistor Tr2 and the point P4 to the emitter point P5, and the connection point between the cathode side P1 of the diode D1 and the collector of the transistor Tr1 is A resistor R2 and a diode D2 are connected between point P3 with their cathodes connected to point P3.
A capacitor C2 is connected between points P2 and P4 on the anode side of the diode D2 and a resistor R3 is connected between the same point P2 and the base of the transistor Tr2.
また第4図Aは、通常動作時の各点の電圧波形
図を示し、は入力信号Sとしての入力電圧波形
線図、はP1,P2,P3各点の電圧波形
線図であり、同Bは短絡事故時の同Aに対応する
各点の電圧波形図で、は同Aのと同じ入力電
圧とし、は同Aのに対応する入力電
圧すなわちP1,P2,P3各点の電圧である。 In addition, FIG. 4A shows a voltage waveform diagram at each point during normal operation, where is an input voltage waveform diagram as the input signal S, is a voltage waveform diagram at each point P1, P2, and P3, and FIG. is a voltage waveform diagram at each point corresponding to the same A at the time of a short circuit accident, is the same input voltage as the same A, and is the input voltage corresponding to the same A, that is, the voltage at each point P1, P2, P3.
次に第3図の回路動作を第4図の波形線図と関
連して説明する。この回路は、負荷短絡によるス
イツチングトランジスタTr1のコレクタ・エミ
ツタ電圧VCE1の増加を検出し、スイツチング
信号発生回路1より供給されているスイツチング
トランジスタTr1のベース電流ib1を、保護ト
ランジスタTr2にて短絡することにより、スイ
ツチングトランジスタTr1をカツトオフさせ、
スイツチングトランジスタTr1の保護と直流電
源Eの保護を行う。 Next, the circuit operation of FIG. 3 will be explained in conjunction with the waveform diagram of FIG. 4. This circuit detects an increase in the collector-emitter voltage VCE1 of the switching transistor Tr1 due to a load short circuit, and short-circuits the base current ib1 of the switching transistor Tr1 supplied from the switching signal generation circuit 1 through the protection transistor Tr2. By doing so, the switching transistor Tr1 is cut off,
It protects the switching transistor Tr1 and the DC power supply E.
すなわち、まず、通常動作時には第4図Aの入
力信号Sの電圧がスイツチング信号発生回路1
に入力されると、パルストランスTの2次側T2
に発生する誘起電圧e2がダイオードD1で整流
され、コンデンサC1で平滑される。P1点の電
圧波形は第4図Aののようになる。トランジス
タTr1はP1点の電圧が時間t1での値になつ
た時にONして負荷回路2は駆動される。コンデ
ンサC2はコンデンサC1よりも容量を大きく設
定しているので、充電時間がコンデンサC1より
も長い。従つてP2点の電圧は抵抗R2とコンデ
ンサC2による一次遅れ回路により第4図Aの
の点線の波形P2bになろうとするが、時間t1
でトランジスタTr1がONするため実線の波形P
2aになる。またP2点の電圧が波形P2aのよ
うに0Vになるため点P2,P4間に電流が流れ
ず保護トランジスタTr2はOFF状態のままで、
またP3点の電圧は第4図Aのに示すようにト
ランジスタTr1がONの間は0Vになる。 That is, first, during normal operation, the voltage of the input signal S shown in FIG.
, the secondary side T2 of the pulse transformer T
The induced voltage e2 generated in the diode D1 is rectified by the diode D1 and smoothed by the capacitor C1. The voltage waveform at point P1 is as shown in FIG. 4A. The transistor Tr1 is turned on when the voltage at the P1 point reaches the value at time t1, and the load circuit 2 is driven. Since the capacitance of the capacitor C2 is set larger than that of the capacitor C1, the charging time is longer than that of the capacitor C1. Therefore, the voltage at point P2 tries to become the waveform P2b indicated by the dotted line in FIG.
Since transistor Tr1 is turned on, the solid line waveform P
It becomes 2a. Also, since the voltage at point P2 becomes 0V as shown in waveform P2a, no current flows between points P2 and P4, and the protection transistor Tr2 remains in the OFF state.
Further, the voltage at point P3 becomes 0V while transistor Tr1 is on, as shown in FIG. 4A.
次に第3図の負荷回路2の両端イとロの間で短
絡事故が生じた場合には入力信号Sが入つて時間
t1でのP1点の電圧でトランジスタTr1がON
する所までは通常動作時と同じである。しかし、
第4図B時間t3において短絡事故が生じたとす
ると、第2図におけるトランジスタTr1の静特
性曲線において短絡により動作点が通常動作点a
から矢印の方向に曲線2Aにのつて移動し、トラ
ンジスタTr1のコレクタ電流ic1の増加ととも
にコレクタ・エミツタ電圧VCE1すなわちP3
点の電圧(第4図Bの)が急激に増加してい
く。P2点の電位はP1点の電位VP1を抵抗R
2と抵抗R3,R4で分圧した値(VP2max)
にむかつて上昇しようとするが、この間P3点の
電位がP2点の電位より小さい間はP2点電位は
ダイオードD2によりほぼP3点電位と等しいの
でP2点の電位もP3点の電位と同様急激に増加
する。P2点電位が上昇して抵抗R3,R4で決
まるトランジスタTr2の動作電圧(第4図Bの
における時間t2でのP2点電圧)になると、保
護トランジスタTr2がONしスイツチングトラン
ジスタTr1のベース電位は0Vとなり、スイツチ
ングトランジスタTr1は急峻にOFFする。スイ
ツチングトランジスタTr1のOFF状態では、P
2点とP3点の間はP3点のほうが電位が高い
が、ダイオードD2により遮断され続けるので負
荷側の高電圧が保護トランジスタTr2に影響を
及ぼすことはない。 Next, when a short-circuit accident occurs between both ends A and B of the load circuit 2 in Fig. 3, the input signal S is input and the voltage at the P1 point at time t1 turns on the transistor Tr1.
The steps up to this point are the same as during normal operation. but,
Assuming that a short circuit accident occurs at time t3 in FIG. 4B, the operating point in the static characteristic curve of transistor Tr1 in FIG.
2A in the direction of the arrow, and as the collector current ic1 of the transistor Tr1 increases, the collector-emitter voltage VCE1, that is, P3
The voltage at the point (FIG. 4B) increases rapidly. The potential at point P2 is the potential VP1 at point P1 by resistor R.
2 and the value divided by resistors R3 and R4 (VP2max)
However, during this time, while the potential at point P3 is smaller than the potential at point P2, the potential at point P2 is almost equal to the potential at point P3 due to diode D2, so the potential at point P2 also suddenly rises like the potential at point P3. To increase. When the potential at point P2 rises to the operating voltage of transistor Tr2 determined by resistors R3 and R4 (voltage at point P2 at time t2 in Figure 4B), protection transistor Tr2 turns on and the base potential of switching transistor Tr1 becomes The voltage becomes 0V, and the switching transistor Tr1 is abruptly turned off. In the OFF state of switching transistor Tr1, P
Between point 2 and point P3, the potential at point P3 is higher, but the high voltage on the load side does not affect the protection transistor Tr2 because it continues to be cut off by the diode D2.
ただし、短絡事故が復帰してもスイツチング信
号発生回路1に入つてくる入力信号Sが短絡時か
ら継続している場合は保護トランジスタTr2が
ONのままでスイツチングトランジスタTr1は
ONしないため、負荷回路2は駆動されないが、
一旦入力信号SがOFFになれば保護トランジス
タTr2がOFFになり、次の入力信号Sにより再
び負荷回路2は駆動される。 However, even if the short-circuit accident recovers, if the input signal S entering the switching signal generation circuit 1 continues from the time of the short-circuit, the protection transistor Tr2
If it remains ON, the switching transistor Tr1 will be
Since it is not turned on, load circuit 2 is not driven, but
Once the input signal S turns OFF, the protection transistor Tr2 turns OFF, and the next input signal S drives the load circuit 2 again.
しかしながらこの回路方式によると、
(1) 比較的高価なパルストランスTが必要とな
る。 However, this circuit system requires (1) a relatively expensive pulse transformer T;
(2) パルストランスのドライブ回路(スイツチン
グ信号発生回路1)が必要となり回路が複雑で
ある。(2) A pulse transformer drive circuit (switching signal generation circuit 1) is required, making the circuit complicated.
(3) 過電流の検出レベルがスイツチングトランジ
スタTr1のコレクタ・エミツタ電圧VCE1の
電圧の変化で行われているためトランジスタ
Tr1の特性によるばらつきが大きい。(3) Since the overcurrent detection level is determined by the voltage change of the collector-emitter voltage VCE1 of the switching transistor Tr1,
There are large variations due to the characteristics of Tr1.
等の欠点がある。There are drawbacks such as.
この発明は短絡事故などにより、半導体スイツ
チや、負荷駆動の電源が破損することを防ぐため
の過電流保護機能を有する、前述の欠点を除いた
安価な半導体スイツチ回路を提供することを目的
としている。
The purpose of this invention is to provide an inexpensive semiconductor switch circuit which eliminates the above-mentioned drawbacks and has an overcurrent protection function to prevent the semiconductor switch and the power supply for driving the load from being damaged due to a short circuit accident. .
本発明の要点はフオトカプラのフオトトランジ
スタと、スイツチングトランジスタとしてのパワ
ートランジスタとを、ダーリントン接続した半導
体スイツチ回路において、少くとも、負荷回路の
過電流を検出する過電流検出手段を、前記パワー
トランジスタのコレクタ・エミツタと直列に、エ
ミツタ側に接続し、前記パワートランジスタのベ
ース・エミツタと前記過電流検出手段との直列接
続と並列に、前記パワートランジスタのベース電
流を短絡する極性に、保護トランジスタのコレク
タ・エミツタを、接続することにより、前記過電
流を検出して、前記パワートランジスタのベース
電流を前記保護トランジスタで短絡し前記パワー
トランジスタをカツトオフするようにし、さらに
この際前記パワートランジスタのベースと前記フ
オトトランジスタのエミツタとの間に抵抗を挿入
接続し、前記パワートランジスタのベースと前記
フオトトランジスタのベースとの間に前記フオト
トランジスタのエミツタ電流を制限する電流制限
手段を接続することにより、前記カツトオフにと
もなう前記パワートランジスタのコレクタ・エミ
ツタ間の電圧の増大にかかわらず、前記フオトト
ランジスタの損失の増加と前記保護トランジスタ
の短絡電流の増加とを抑制し、かつ前記フオトト
ランジスタのエミツタと前記パワートランジスタ
のエミツタとの間に、分圧手段を接続し、該分圧
手段の分圧点を前記保護トランジスタのベースに
接続することにより前記保護トランジスタのベー
スを、前記過電流検出手段の両端電圧(検出電
圧)と、前記分圧手段による前記パワートランジ
スタのコレクタ電位の正帰還電圧とで駆動して、
前記保護トランジスタを急峻にターンオンさせ、
前記パワートランジスタの急峻なカツトオフを実
現するようにした点にある。
The main point of the present invention is that in a semiconductor switch circuit in which a phototransistor of a photocoupler and a power transistor as a switching transistor are connected in a Darlington manner, at least an overcurrent detection means for detecting an overcurrent in a load circuit is connected to the power transistor. The collector of the protection transistor is connected in series with the collector-emitter to the emitter side, and in parallel with the series connection between the base-emitter of the power transistor and the overcurrent detection means, and has a polarity that short-circuits the base current of the power transistor. - By connecting the emitter, the overcurrent is detected and the base current of the power transistor is short-circuited by the protection transistor to cut off the power transistor, and at this time, the base of the power transistor and the phototransistor are connected. By inserting and connecting a resistor between the emitter of the transistor and connecting current limiting means for limiting the emitter current of the phototransistor between the base of the power transistor and the base of the phototransistor, Regardless of an increase in the voltage between the collector and emitter of the power transistor, an increase in loss of the phototransistor and an increase in short circuit current of the protection transistor are suppressed, and the emitter of the phototransistor and the emitter of the power transistor are By connecting a voltage dividing means between the voltage dividing means and connecting the voltage dividing point of the voltage dividing means to the base of the protection transistor, the base of the protection transistor is connected to the voltage across the overcurrent detection means (detection voltage). , driven by a positive feedback voltage of the collector potential of the power transistor by the voltage dividing means,
turning on the protection transistor abruptly;
The present invention is characterized in that a steep cut-off of the power transistor is realized.
第5図は本発明におけるフオトカプラを用いた
過電流保護回路付の半導体スイツチ回路の実施例
である。図中PC1は第1図Bと同様な信号絶縁
用のフオトカプラ、Tr1はパワートランジスタ
としてのスイツチングトランジスタ、Tr2はス
イツチングトランジスタTr1のベース電流ib1
を短絡するための保護用トランジスタ、R14は
負荷回路2の故障時の電流iL、従つてスイツチン
グトランジスタTr1のエミツタ電流iE1を検出
するための過電流検出抵抗である。ZD,R11
はそれぞれ故障検出後フオトカプラPC1内のフ
オトトランジスタTr3のエミツタ電流iE3を定
電流化するためのツエナ−ダイオードと抵抗であ
り、R12は過電流検出後の、保護トランジスタ
Tr2のON動作に正帰還をかけるための抵抗であ
る。またR13はスイツチングトランジスタTr
1のエミツタの点P14と、フオトトランジスタ
Tr3のエミツタの点P11との間の電圧を、抵
抗R12とともに分圧して保護トランジスタTr
2のベースに与え、保護トランジスタTr2がON
動作(ターンオン)を開始するとトリガー時点で
の過電流iLの値、従つて過電流検出抵抗R14の
両端電圧(検出電圧)VDの値を定める低抗であ
る。この回路は過電流iLによる点P14の電位の
上昇の際、前記トリガー時点でトランジスタTr
1,Tr2がそれぞれON、OFFの状態から急峻
にそれぞれOFF、ON状態に移行する。
FIG. 5 shows an embodiment of a semiconductor switch circuit with an overcurrent protection circuit using a photocoupler according to the present invention. In the figure, PC1 is a photocoupler for signal isolation similar to that in Figure 1B, Tr1 is a switching transistor as a power transistor, and Tr2 is a base current ib1 of the switching transistor Tr1.
R14 is an overcurrent detection resistor for detecting the current iL at the time of failure of the load circuit 2, and therefore the emitter current iE1 of the switching transistor Tr1. ZD, R11
are a Zener diode and a resistor for making the emitter current iE3 of the phototransistor Tr3 in the photocoupler PC1 a constant current after a failure is detected, and R12 is a protection transistor after an overcurrent is detected.
This is a resistor for applying positive feedback to the ON operation of Tr2. Also, R13 is a switching transistor Tr.
1 emitter point P14 and the phototransistor
The voltage between the emitter of Tr3 and the point P11 is divided together with the resistor R12 to connect the protection transistor Tr3.
2 and the protection transistor Tr2 is turned on.
When the operation (turn-on) starts, it is a low resistor that determines the value of the overcurrent iL at the trigger point, and therefore the value of the voltage (detection voltage) VD across the overcurrent detection resistor R14. When the potential at point P14 rises due to overcurrent iL, this circuit uses transistor Tr at the trigger point.
1 and Tr2 suddenly transition from the ON and OFF states to the OFF and ON states, respectively.
次に本回路の動作を詳細に説明する。 Next, the operation of this circuit will be explained in detail.
(1) 入力信号Sがない場合、
フオトカプラPC1のフオトトランジスタTr
3はカツトオフしているため、スイツチングト
ランジスタTr1に対するベース電流ib1の供
給がなくスイツチングトランジスタTr1もカ
ツトオフ状態にあり、負荷電流iLは流れない。(1) When there is no input signal S, the phototransistor Tr of photocoupler PC1
3 is cut off, the base current ib1 is not supplied to the switching transistor Tr1, and the switching transistor Tr1 is also cut off, so that no load current iL flows.
(2) 入力信号Sが有り、定格以下の負荷電流iLが
流れている場合、
フオトカプラPC1のフオトトランジスタTr
3が導通し、抵抗R11を通じてスイツチング
トランジスタTr1にベース電流ib1を供給す
るので、トランジスタTr1がONし、負荷電流
iLが流れる。つまり、フオトカプラPC1のフ
オトトランジスタTr3とスイツチングトラン
ジスタTr1とはダーリントン接続となつてい
る。この状態においては、前記負荷電流iL、従
つてトランジスタTr1のエミツタ電流iE1に
もとづく過電流検出抵抗14の検出電圧VD、
従つて点P14の電位は低く、このため後述の
ように保護トランジスタTr2のベース(点P
13)の電位(ベース・エミツタ電圧VBE2)
も低く、トランジスタTr2を導通し得ないよ
うに設定されている。(2) When there is an input signal S and a load current iL below the rating is flowing, the phototransistor Tr of the photocoupler PC1
3 becomes conductive and supplies the base current ib1 to the switching transistor Tr1 through the resistor R11, so the transistor Tr1 turns on and the load current decreases.
iL flows. That is, the phototransistor Tr3 and the switching transistor Tr1 of the photocoupler PC1 are connected in a Darlington manner. In this state, the detection voltage VD of the overcurrent detection resistor 14 based on the load current iL and therefore the emitter current iE1 of the transistor Tr1,
Therefore, the potential of point P14 is low, and therefore the base of protection transistor Tr2 (point P
13) Potential (base-emitter voltage VBE2)
is set so that the transistor Tr2 cannot be made conductive.
なお、負荷電流iLはスイツチングトランジス
タTr1のコレクタ電流iC1とスイツチングト
ランジスタTr1の駆動・保護回路C1への流
入電流、すなわちフオトトランジスタTr3の
コレクタ電流iC3とに分流するが、コレクタ電
流iC3はコレクタ電流iC1に比し充分小さく、
従つて負荷電流iLはコレクタ電流iC1、エミツ
タ電流iE1、または過電流検出抵抗R14への
流入電流にほぼ等しい。 Note that the load current iL is divided into the collector current iC1 of the switching transistor Tr1 and the current flowing into the drive/protection circuit C1 of the switching transistor Tr1, that is, the collector current iC3 of the phototransistor Tr3. Sufficiently smaller than iC1,
Therefore, the load current iL is approximately equal to the collector current iC1, the emitter current iE1, or the current flowing into the overcurrent detection resistor R14.
(3) 過電流iLが流れた場合
負荷回路2の短絡などで負荷電流iLが過電流
となつた場合には、過電流検出抵抗R14の検
出電圧VDが大きくなり、このため保護トラン
ジスタTr2のベース・エミツタ電圧VBE2も
上昇して、保護トランジスタTr2が導通する
に十分な電圧となり、保護トランジスタTr2
がONを開始する。そこでスイツチングトラン
ジスタTr1のベース電流ib1の一部は保護ト
ランジスタTr2のコレクタに、コレクタ電流
iC2として分流するため、ベース電流ib1は減
少を始め、これにともないスイツチングトラン
ジスタTr1のコレクタ電流iC1も減少、すな
わち阻止方向に動作するのでトランジスタTr
1のコレクタ・エミツタ電圧VCE1、従つて
そのコレクタの点P10の電位も上昇を始める
一方フオトトランジスタTr3は充分ON状態に
あり、前記点P10の電位の上昇は直ちにフオ
トトランジスタTr3のエミツタの点P11の
電位上昇につながり、このため抵抗R12を介
する、保護トランジスタTr2のベース電流ib
2の供給が増加し、保護トランジスタTr2の
コレクタ電流iC2は更に増加、従つてスイツチ
ングトランジスタTr1のベース電流ib1は更
に減少、と言つた急峻な変化の過程を経て、ス
イツチングトランジスタTr1は完全にOFF、
保護トランジスタTr2は完全なON状態に移行
する。この移行の過程で抵抗R11の電圧降下
が、ほぼツエナ−ダイオードZDのツエナ電圧
に達した後は該電圧降下は該ツエナー電圧にほ
ぼ達しい状態を保ち、抵抗R11を流れる電流
i11は一定となる。すなわちこのときフオト
トランジスタTr3は定電流回路として働くの
で点P10の電位が高くなつてもフオトトラン
ジスタTr3のコレクタ・エミツタ電圧VCE3
の増加により、フオトトランジスタTr3のコ
レクタ電流iC3の増加を制限する。(3) When an overcurrent iL flows When the load current iL becomes an overcurrent due to a short circuit in the load circuit 2, the detection voltage VD of the overcurrent detection resistor R14 increases, and the base of the protection transistor Tr2 increases.・The emitter voltage VBE2 also rises to a voltage sufficient to make the protection transistor Tr2 conductive, and the protection transistor Tr2
starts turning on. Therefore, a part of the base current ib1 of the switching transistor Tr1 is transferred to the collector of the protection transistor Tr2.
Since the current is shunted as iC2, the base current ib1 starts to decrease, and along with this, the collector current iC1 of the switching transistor Tr1 also decreases, that is, it operates in the blocking direction, so the transistor Tr
The collector-emitter voltage VCE1 of the phototransistor Tr3, and thus the potential at the collector point P10, also begins to rise, while the phototransistor Tr3 is in a sufficiently ON state, and the rise in the potential at the point P10 immediately increases the potential at the emitter point P11 of the phototransistor Tr3. The base current ib of the protection transistor Tr2, which leads to an increase in potential and therefore flows through the resistor R12,
2 increases, the collector current iC2 of the protection transistor Tr2 further increases, and the base current ib1 of the switching transistor Tr1 further decreases. OFF,
The protection transistor Tr2 shifts to a completely ON state. In the process of this transition, after the voltage drop across the resistor R11 reaches approximately the Zener voltage of the Zener diode ZD, the voltage drop remains almost unable to reach the Zener voltage, and the current i11 flowing through the resistor R11 becomes constant. . That is, at this time, the phototransistor Tr3 works as a constant current circuit, so even if the potential at the point P10 becomes high, the collector-emitter voltage VCE3 of the phototransistor Tr3 remains constant.
This increases the collector current iC3 of the phototransistor Tr3 from increasing.
なおここで前記電流i11が一定となる理由
はもし電流i11が増加し抵抗R11の電圧降
下が前記ツエナ電圧を越えたとするとフオトト
ランジスタTr3のベース・エミツタ間が逆バ
イアスされることになり、フオトトランジスタ
Tr3が導通し得なくなるからである。 The reason why the current i11 is constant here is that if the current i11 increases and the voltage drop across the resistor R11 exceeds the Zener voltage, the base and emitter of the phototransistor Tr3 will be reverse biased, and the phototransistor Tr3 will be reverse biased.
This is because Tr3 becomes unable to conduct.
さて前述のように電流i11が一定に保たれ
る結果、保護トランジスタTr2のコレクタ電
流iC2も制限されて、そのエミツタ・コレクタ
電圧VCE2も低く保たれ、スイツチングトラ
ンジスタTr1のOFF状態が確保される。また
抵抗R11の電圧降下が一定となることと、保
護トランジスタTr2が完全にONすることによ
つてフオトトランジスタTr3のエミツタの点
P11の電位もほぼ一定、従つて抵抗R12を
流れる電流i12もほぼ一定となる。このこと
はフオトトランジスタTr3のコレクタ電流iC
3もほぼ一定に制限されフオトトランジスタ
Tr3の消費電力従つて熱損失も制限されるこ
とを意味する。このためフオトトランジスタ
Tr3に高耐圧のものを用いれば、本回路は直
流電源Eの電圧として例えば100Vと言うよう
な比較的高い電圧にも充分適用することができ
る。 Now, as described above, as a result of keeping the current i11 constant, the collector current iC2 of the protection transistor Tr2 is also limited, and its emitter-collector voltage VCE2 is also kept low, ensuring the OFF state of the switching transistor Tr1. Furthermore, since the voltage drop across the resistor R11 is constant and the protection transistor Tr2 is completely turned on, the potential at the emitter point P11 of the phototransistor Tr3 is also approximately constant, and therefore the current i12 flowing through the resistor R12 is also approximately constant. becomes. This means that the collector current iC of phototransistor Tr3
3 is also limited to a nearly constant value and the phototransistor
This means that the power consumption and heat loss of Tr3 are also limited. For this reason, the phototransistor
If Tr3 with a high withstand voltage is used, this circuit can be sufficiently applied to a relatively high voltage such as 100V as the voltage of the DC power supply E.
なお本回路において保護トランジスタTr2
が導通を開始する寸前の時点、すなわち保護ト
ランジスタTr2にベース電流ib2が流入し始
める寸前においては、スイツチングトランジス
タTr1、保護トランジスタTr2の各ベース・
エミツタ電圧VBE1,VBE2と、過電流検出
抵抗の検出電圧VDとの間には、次式のような
関係がある。 In this circuit, the protection transistor Tr2
When the base current ib2 of the switching transistor Tr1 and the protection transistor Tr2 is about to start conducting, that is, just before the base current ib2 starts flowing into the protection transistor Tr2,
The following relationship exists between the emitter voltages VBE1 and VBE2 and the detection voltage VD of the overcurrent detection resistor.
VD=VBE2−(VBE1+VR)(R13/R12+R13)
ここに
VR:抵抗R11の電圧降下
R12,R13:それぞれ抵抗R12,R1
3の抵抗値
である。ここで本式による具体的な数値例を示
すと、VBE2=0.6V、VBE1=1.2V、VR=
0.2V、R12=8kΩ、R13=2kΩのとき、
VD=0.32Vが得られる。このように検出電圧
VDの値は、保護トランジスタTr2のベース・
エミツタ電圧VBE2の約1/2と小さく設定でき
るので、常時、定格の負荷電流iLが流れる状態
における、過電流検出抵抗R14による電力損
失も比較的小さく抑えることができる。VD=VBE 2 - (VBE1+VR) (R13/R12+R13) Here VR: Voltage drop of resistor R11 R12, R13: Resistors R12, R1 respectively
The resistance value is 3. Here, specific numerical examples using this formula are shown: VBE2=0.6V, VBE1=1.2V, VR=
When 0.2V, R12=8kΩ, R13=2kΩ,
VD=0.32V is obtained. In this way the detection voltage
The value of VD is the base of the protection transistor Tr2.
Since it can be set as low as about 1/2 of the emitter voltage VBE2, power loss due to the overcurrent detection resistor R14 can be kept relatively small when the rated load current iL is constantly flowing.
以上の過電流保護動作のリセツト、すなわち
保護トランジスタTr2のカツトオフは、前述
の従来例と同様に入力信号SがOFFになれば、
フオトトランジスタTr3もOFFすることによ
り行われる。 The above-mentioned reset of the overcurrent protection operation, that is, the cutoff of the protection transistor Tr2, is performed when the input signal S turns OFF, as in the conventional example described above.
This is done by also turning off the phototransistor Tr3.
以上の実施施例において過電流検出抵抗R14
は非線型の抵抗、あるいは半導体でもよいことは
容易に推察できるであろう。またフオトトランジ
スタTr3のベースに接続されたツエナ−ダイオ
ードZDは、電池のようなものであつてもよく、
また抵抗を用いてもエミツタ電流iE3の抑制効果
がある。 In the above embodiment, overcurrent detection resistor R14
It can be easily inferred that it may be a nonlinear resistor or a semiconductor. Furthermore, the Zener diode ZD connected to the base of the phototransistor Tr3 may be something like a battery,
Also, using a resistor has the effect of suppressing the emitter current iE3.
以上詳述したように本発明によれば、
(1) スイツチングトランジスタの駆動・保護回路
が単純であり、安価に構成できる。
As detailed above, according to the present invention, (1) the switching transistor drive/protection circuit is simple and can be constructed at low cost;
(2) 過電流検出レベルが正確にできる。(2) Accurate overcurrent detection level.
(3) 過電流検出抵抗の損失が少なくて良い。(3) The loss of the overcurrent detection resistor is small.
(4) 比較的高い負荷電圧まで使用できる。(4) Can be used up to relatively high load voltages.
などの特長を有した過電流保護機能を有する半導
体スイツチ回路を実現することができる。It is possible to realize a semiconductor switch circuit having an overcurrent protection function having the following features.
第1図は従来の半導体スイツチ回路の構成を示
す図、第2図はスイツチングトランジスタの静特
性を示す図、第3図は従来の過電流保護回路付半
導体スイツチ回路の構成図、第4図は第3図の動
作を示す波形図、第5図は本発明における過電流
保護回路付半導体スイツチ回路の構成例を示す図
である。
符号説明、Tr1……スイツチングトランジス
タ、Tr2……保護トランジスタ、Tr3……フオ
トトランジスタ、PC1……フオトカプラ、R1
4……過電流検出抵抗、ZD……ツエナ−ダイオ
ード、R11,R12,R13……抵抗。
Figure 1 is a diagram showing the configuration of a conventional semiconductor switch circuit, Figure 2 is a diagram showing the static characteristics of a switching transistor, Figure 3 is a diagram showing the configuration of a conventional semiconductor switch circuit with an overcurrent protection circuit, and Figure 4 3 is a waveform diagram showing the operation of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor switch circuit with an overcurrent protection circuit according to the present invention. Explanation of symbols, Tr1...Switching transistor, Tr2...Protection transistor, Tr3...Phototransistor, PC1...Photocoupler, R1
4... Overcurrent detection resistor, ZD... Zener diode, R11, R12, R13... Resistor.
Claims (1)
トランジスタとをダーリントン接続した半導体ス
イツチ回路において、少くとも、負荷回路の過電
流を検出する過電流検出手段を前記パワートラン
ジスタのエミツタ側に直列接続し、前記パワート
ランジスタのベース・エミツタと前記過電流検出
手段との直列接続回路と並列に、前記パワートラ
ンジスタのベース電流を短絡する極性に、保護ト
ランジスタのコレクタ・エミツタを、接続し、前
記パワートランジスタのベースと前記フオトトラ
ンジスタのエミツタとの間に抵抗を挿入接続し、
前記パワートランジスタのベースと前記フオトト
ランジスタのベースとの間に前記フオトトランジ
スタのエミツタ電流を制限する電流制限手段を接
続し、前記フオトトランジスタのエミツタと前記
パワートランジスタのエミツタとの間に、分圧手
段を接続し、該分圧手段の分圧点を前記保護トラ
ンジスタのベースに接続したことを特徴とする半
導体スイツチの過電流保護回路。1. In a semiconductor switch circuit in which a phototransistor of a photocoupler and a power transistor are connected in Darlington, at least overcurrent detection means for detecting overcurrent in a load circuit is connected in series to the emitter side of the power transistor, and - Connect the collector emitter of the protection transistor to a polarity that short-circuits the base current of the power transistor in parallel with the series connection circuit of the emitter and the overcurrent detection means, and connect the collector emitter of the protection transistor to the polarity that short-circuits the base current of the power transistor, and Insert and connect a resistor between the emitter and
Current limiting means for limiting the emitter current of the phototransistor is connected between the base of the power transistor and the base of the phototransistor, and voltage dividing means is connected between the emitter of the phototransistor and the emitter of the power transistor. An overcurrent protection circuit for a semiconductor switch, characterized in that the voltage dividing point of the voltage dividing means is connected to the base of the protection transistor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58093766A JPS59219019A (en) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Overcurrent protecting circuit of semiconductor switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58093766A JPS59219019A (en) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Overcurrent protecting circuit of semiconductor switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59219019A JPS59219019A (en) | 1984-12-10 |
| JPH0262053B2 true JPH0262053B2 (en) | 1990-12-21 |
Family
ID=14091548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58093766A Granted JPS59219019A (en) | 1983-05-27 | 1983-05-27 | Overcurrent protecting circuit of semiconductor switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59219019A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046455U (en) * | 1990-05-08 | 1992-01-21 |
-
1983
- 1983-05-27 JP JP58093766A patent/JPS59219019A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH046455U (en) * | 1990-05-08 | 1992-01-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59219019A (en) | 1984-12-10 |
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