(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子によりパワートランジスタのベース電流のオン／オフを制御して該パワートランジスタに直列接続された負荷の駆動／停止を制御する負荷駆動回路において、
前記パワートランジスタの飽和電圧を検出してこれを電流信号に変換し該電流信号により前記パワートランジスタの前記ベース電流を制御する可変型電圧電流変換部を具備し、
該可変型電圧電流変換部は、前記飽和電圧からオフセット電圧を差し引くオフセット発生部と、該オフセット発生部でオフセット電圧を引いた電圧を電流に変換する電圧電流変換部と、該電圧電流変換部で得られた電流を反転して前記パワートランジスタのベースに供給する電流方向反転部とを有することを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動回路において、
前記電圧電流変換部は、電圧を電流に変換する抵抗と、該抵抗に直列接続されたダイオードとの直列回路からなることを特徴とする負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子によりパワートランジスタのベース電流のオン／オフを制御して該パワートランジスタに直列接続された負荷の駆動／停止を制御する負荷駆動回路に係り、特にパワートランジスタのベース電流を制御し無駄な消費電流を削減する負荷駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バイポーラ型のパワートランジスタをスイッチングするためのベース電流には、負荷に関係なく一定の電流を流している。たとえば、モータの駆動／停止を制御するモータ制御回路においては、そのモータを駆動するパワートランジスタにはそのモータの起動時に流れる大きな電流に対応するために、比較的大きなベース電流を流しているが、通常動作時の負荷電流は小さいので、その時にパワートランジスタに供給するベース電流は小さくても構わない。このことからバイポーラ型のパワートランジスタを使用した駆動回路では、消費電流の低減や高効率化が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、負荷に応じてベース電流を調整すれば、上記した問題は解消されるが、パワートランジスタの負荷電流を検出するための抵抗を挿入すると、高出力電流時における消費電力と発熱が無視できない。また、その分パワートランジスタのサイズを大きくする必要があり、ＩＣのように限られたスペースに組み込む場合には大変不利である。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、高出力電流時の飽和電圧特性を悪化させることなく低発熱化と低消費電流を実現することができる負荷駆動回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は、スイッチング素子によりパワートランジスタのベース電流のオン／オフを制御して該パワートランジスタに直列接続された負荷の駆動／停止を制御する負荷駆動回路において、前記パワートランジスタの飽和電圧を検出してこれを電流信号に変換し該電流信号により前記パワートランジスタの前記ベース電流を制御する可変型電圧電流変換部を具備し、該可変型電圧電流変換部は、前記飽和電圧からオフセット電圧を差し引くオフセット発生部と、該オフセット発生部でオフセット電圧を引いた電圧を電流に変換する電圧電流変換部と、該電圧電流変換部で得られた電流を反転して前記パワートランジスタのベースに供給する電流方向反転部とを有することを特徴とする負荷駆動回路とした。
【０００６】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の負荷駆動回路において、前記電圧電流変換部は、電圧を電流に変換する抵抗と、該抵抗に直列接続されたダイオードとの直列回路からなることを特徴とする負荷駆動回路とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［発明の原理］
本発明では、図１に示すように、電源Ｖccと接地ＧＮＤ間に負荷ＲＬがパワートランジスタＱ１と直列接続され、そのトランジスタＱ１のベース電流がスイッチＳＷで制御される構成の負荷駆動回路において、スイッチＳＷがオフ時（負荷駆動時）のパワートランジスタＱ１の飽和電圧（コレクタ・エミッタ間電圧Ｖce）を検出してこれを電流信号に変換する可変型電圧電流変換部１０を備え、この可変型電圧電流変換部１０で得られた電流信号をパワートランジスタＱ１のベースに供給するようにして、そのパワートランジスタＱ１のベース電流が飽和電圧に比例して増減するよう制御する。
【０００９】
［発明の概要］
図２は負荷駆動回路の概略構成を示すブロック図である。前記したスイッチＳＷはスイッチングトランジスタＱ１４で構成する。１１は差動増幅部であり、パワートランジスタＱ１の飽和電圧Ｖceにオフセット発生部１２で発生した負のオフセット電圧Ｖofを加算して非反転入力部に入力する。差動増幅部１１の出力はトランジスタＱ７のベースに出力し、そのトランジスタＱ７のエミッタ電圧を差動増幅部１１の反転入力端子に帰還する。これにより差動増幅部１１とトランジスタＱ７は電圧ホロワを構成する。トランジスタＱ７のエミッタには飽和電圧Ｖceに対応する電圧を電流に変換する電圧電流変換部１３が接続されている。そして、この電圧電流変換部１３で電流に変換された信号（前記した飽和電圧Ｖceに対応する電流）が電流方向反転部１４において電流方向を反転されてパワートランジスタＱ１のベースに供給される。
【００１０】
以上により、トランジスタＱ１４がオフしている状態では、負荷ＲＬが重くなりパワートランジスタＱ１の飽和電圧Ｖceが大きくなると、この飽和電圧Ｖceからオフセット電圧Ｖofを減算した電圧がトランジスタＱ７の出力側に現れ、電圧電流変換部１３で電流信号に変換され、電流方向反転部１４で方向を反転され、パワートランジスタＱ１のベースに供給され、パワートランジスタＱ１には大きなベース電流が供給される。逆に、負荷ＲＬが軽くなりパワートランジスタＱ１の飽和電圧Ｖceが小さくなると、パワートランジスタＱ１には小さなベース電流が供給される。
【００１１】
このように、飽和電圧Ｖceに比例してパワートランジスタＱ１のベース電流が制御される。負のオフセット電圧Ｖofを導入しているのは、パワートランジスタの飽和電圧Ｖceがゼロ電圧にまで低下しなくても、そのベース電流をよりゼロ近くにまで減少させて消費電流を削減するためである。
【００１２】
［発明の具体例］
図３は負荷駆動回路の具体的な回路図である。トランジスタＱ２〜Ｑ６と抵抗Ｒ１は差動増幅部１５を構成し、トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ面積ｎ１，ｎ２の比がｎ１：ｎ２＝１０：１に設定され、これにより前記した負のオフセット電圧Ｖofが与えられている。つまり、この差動増幅部１５は図２の差動増幅部１１とオフセット発生部１２を構成している。トランジスタＱ５，Ｑ６はこの差動増幅部１５の能動負荷として働くカレントミラー回路である。トランジスタＱ７は差動増幅部１５の出力側（トランジスタＱ４のコレクタ）に接続され、トランジスタＱ４にエミッタ出力を帰還することにより差動増幅部１５と共に電圧ホロアを構成している。
【００１３】
トランジスタＱ７のエミッタに接続されたトランジスタＱ１３と抵抗Ｒ２は電圧電流変換部１３を構成し、パワートランジスタＱ１の飽和電圧Ｖceに対応した電圧を電流信号に変換するが、そのうちのトランジスタＱ１３は飽和電圧Ｖceが正の温度特性をもつことからその温度補償を行うためのものである。電圧電流変換部１３を抵抗Ｒ２のみで構成した場合は、温度上昇に比例して飽和電圧Ｖceが増大しそれに比例してパワートランジスタＱ１のベース電流が増大するので、熱暴走を引き起こすおそれがあるが、トランジスタＱ１３からなるダイオードを挿入することで温度の影響を排除でき熱暴走が防止できる。トランジスタＱ７の電流を方向反転する電流方向反転部１４はトランジスタＱ８，Ｑ９よりなるカレントミラー回路で構成されている。
【００１４】
１６はカレントミラー回路からなる電流増幅部であり、電流方向反転部１４で反転された電流を増幅して、パワートランジスタＱ１のベースに供給する。この電流増幅部１６はトランジスタＱ１０〜Ｑ１２で構成され、トランジスタＱ１１，Ｑ１２のエミッタ面積ｎ３，ｎ４の比が、ｎ３：ｎ４＝１：７０に設定されいる。また、抵抗Ｒ３は１５０Ωに設定されている。これらにより、電流増幅部１６では、電圧電流変換部１３で飽和電圧Ｖceに対応した電圧から電流信号に変換された電流は、実際の飽和電圧Ｖceに対応するよう１００倍程度に増幅されてパワートランジスタＱ１のベースに供給される。
【００１５】
以上により、図３の負荷駆動回路は、図２で説明した動作に加えて、ベース電流の温度補償も行われる。図４に図３の負荷駆動回路の動作特性を示した。パワートランジスタＱ１の飽和電圧Ｖceが小さいときはそのベース電流Ｉｂも少なくなっていて、消費電流低減が実現できていることが分かる。
【００１６】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、モータその他の負荷に応じてパワートランジスタのベース電流を制御するため、消費電流が小さくでき、発熱も最小限に抑えることが可能である。また、位相補備のキャパシタが必要ないためｌＣ化する際に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の負荷駆動回路の原理説明図である。
【図２】  本発明の負荷駆動回路の概略構成のブロック図である。
【図３】  本発明の負荷駆動回路の具体例の回路図図である。
【図４】  図３の負荷駆動回路の動作特性図である。
【符号の説明】
ＲＬ：負荷、ＳＷ：スイッチ、Ｑ１：パワートランジスタ、Ｑ１４：スイッチングトランジスタ
１０：可変型電圧電流変換部、１１：差動増幅部、１２：オフセット発生部、１３：電圧電流変換部、１４：電流方向反転部、１５：差動増幅部、１６：電流増幅部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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