特許 7511713 トランジスタ回路及び電力変換回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-27

(45)【発行日】2024-07-05

(54)【発明の名称】トランジスタ回路及び電力変換回路

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/822 20060101AFI20240628BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20240628BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

H01L27/04 H

H02M3/155 W

H02M3/155 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023085406

(22)【出願日】2023-05-24

【審査請求日】2023-05-24

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】521449407

【氏名又は名称】春木 昭憲

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】春木 昭憲

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２７８５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５１６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１２３１７３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０６８３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９２６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに電気的に並列接続された複数のトランジスタであって、各々が、コレクタと、エミッタと、ベースと、を有し、前記ベースに入力される電流に応じて、前記コレクタと前記エミッタとの間の導通が制御される複数のトランジスタと、
各々の温度が徐々に上昇するのに比例して各々の抵抗値が徐々に増大する複数の測温抵抗体であって、前記複数のトランジスタの各々の前記ベースにそれぞれ電気的に接続され、且つ、前記複数のトランジスタに対してそれぞれ熱伝達可能に配置された複数の測温抵抗体と、を備え、
前記複数のトランジスタのうち特定のトランジスタが異常発熱した場合に、前記複数の測温抵抗体のうち前記特定のトランジスタの前記ベースに電気的に接続された特定の測温抵抗体の温度が徐々に上昇するのに比例して、前記特定の測温抵抗体の抵抗値が徐々に増大することにより、前記特定のトランジスタに流れている電流の一部が、前記特定のトランジスタ以外の他のトランジスタに分流する
トランジスタ回路。

【請求項2】

互いに電気的に並列接続された複数の電力変換装置であって、各々が、入力端子と、出力端子と、前記出力端子から出力される電圧を設定するための電圧設定端子と、を有する複数の電力変換装置と、
各々の温度が徐々に上昇するのに比例して各々の抵抗値が徐々に増大する複数の測温抵抗体であって、前記複数の電力変換装置の各々の前記電圧設定端子にそれぞれ電気的に接続され、且つ、前記複数の電力変換装置に対してそれぞれ熱伝達可能に配置された複数の測温抵抗体と、を備え、
前記複数の電力変換装置のうち特定の電力変換装置が異常発熱した場合に、前記複数の測温抵抗体のうち前記特定の電力変換装置の前記電圧設定端子に電気的に接続された特定の測温抵抗体の温度が徐々に上昇するのに比例して、前記特定の測温抵抗体の抵抗値が徐々に増大することにより、前記特定の電力変換装置に流れている電流の一部が、前記特定の電力変換装置以外の他の電力変換装置に分流する
電力変換回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トランジスタ回路及び電力変換回路に関する。

【背景技術】

【0002】

互いに電気的に並列接続された複数のトランジスタを備えたトランジスタ回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１１３３４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したトランジスタ回路が搭載された機器等において比較的大きな電流を流す必要がある場合には、トランジスタ回路全体に各トランジスタの定格を超える電流を供給するケースがある。この場合、正常時には、トランジスタ回路全体に供給された電流が各トランジスタに分流されるため、各トランジスタには定格未満の電流が流れるようになる。

【0005】

しかしながら、個々のトランジスタの特性のバラツキにより、並列接続された複数のトランジスタのうち特定のトランジスタが異常発熱することがある。この時、当該特定のトランジスタのコレクタ－エミッタ間の電圧が低下することにより、当該特定のトランジスタのコレクタ－エミッタ間に流れる電流が増大する。これにより、当該特定のトランジスタがさらに発熱して、当該特定のトランジスタのコレクタ－エミッタ間の電流がさらに増大するという、いわゆる熱暴走が発生するおそれがある。そして、熱暴走したトランジスタに定格を超える電流が集中して流れることにより、当該トランジスタが破損するおそれがある。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決しようとするものであり、その目的は、熱暴走の発生を抑制することができるトランジスタ回路及び電力変換回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様に係るトランジスタ回路は、互いに電気的に並列接続された複数のトランジスタであって、各々が、コレクタと、エミッタと、ベースと、を有し、前記ベースに入力される電流に応じて、前記コレクタと前記エミッタとの間の導通が制御される複数のトランジスタと、各々の温度変化に比例して各々の抵抗値が変化する複数の測温抵抗体であって、前記複数のトランジスタの各々の前記ベースにそれぞれ電気的に接続された複数の測温抵抗体と、を備える。

【0008】

本態様によれば、複数のトランジスタの各々のベースにはそれぞれ、複数の測温抵抗体が電気的に接続されている。複数の測温抵抗体の各々は、温度変化に比例して抵抗値が変化する。これにより、仮に、並列接続された複数のトランジスタのうち特定のトランジスタが異常発熱した場合には、複数の測温抵抗体のうち特定のトランジスタのベースに電気的に接続された特定の測温抵抗体の温度が上昇して、特定の測温抵抗体の抵抗値が増大するようになる。このように特定の測温抵抗体の抵抗値が増大することにより、特定のトランジスタのベースに入力される電流が減少して、特定のトランジスタのコレクタとエミッタとの間に流れる電流が減少する。その結果、異常発熱により特定のトランジスタに集中していた電流の一部が、当該特定のトランジスタに電気的に並列接続された他のトランジスタに分流して、全てのトランジスタの各々に電流が均等に流れるようになる。したがって、仮にトランジスタ回路全体に各トランジスタの定格を超える電流を供給した場合であっても、各トランジスタで熱暴走が発生するのを抑制することができる。

【0009】

また、本発明の第２の態様に係る電力変換回路は、互いに電気的に並列接続された複数の電力変換装置であって、各々が、入力端子と、出力端子と、前記出力端子から出力される電圧を設定するための電圧設定端子と、を有する複数の電力変換装置と、各々の温度変化に比例して各々の抵抗値が変化する複数の測温抵抗体であって、前記複数の電力変換装置の各々の前記電圧設定端子にそれぞれ電気的に接続された複数の測温抵抗体と、を備える。

【0010】

本態様によれば、複数の電力変換装置の各々の電圧設定端子にはそれぞれ、複数の測温抵抗体が電気的に接続されている。複数の測温抵抗体の各々は、温度変化に比例して抵抗値が変化する。これにより、仮に、並列接続された複数の電力変換装置のうち特定の電力変換装置が異常発熱した場合には、複数の測温抵抗体のうち特定の電力変換装置の電圧設定端子に電気的に接続された特定の測温抵抗体の温度が上昇して、特定の測温抵抗体の抵抗値が増大するようになる。このように特定の測温抵抗体の抵抗値が増大することにより、特定の電力変換装置の出力端子から出力される電圧が低下する。その結果、異常発熱により特定の電力変換装置に集中していた電流の一部が、当該特定の電力変換装置に電気的に並列接続された他の電力変換装置に分流して、全ての電力変換装置の各々に電流が均等に流れるようになる。したがって、仮に電力変換回路全体に各電力変換装置の定格を超える電流を供給した場合であっても、各電力変換装置で熱暴走が発生するのを抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様に係るトランジスタ回路等によれば、熱暴走の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１に係るトランジスタ回路の構成を示す図である。

【図2】実施の形態２に係るトランジスタ回路の構成を示す図である。

【図3】実施の形態３に係る電力変換回路の構成を示す図である。

【図4】実施の形態３に係るＤＣＤＣコンバータの回路例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

【0014】

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、特許請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

【0015】

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0016】

（実施の形態１）
［１．トランジスタ回路の構成］
図１を参照しながら、実施の形態１に係るトランジスタ回路２の構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るトランジスタ回路２の構成を示す図である。

【0017】

図１に示すように、トランジスタ回路２は、複数のトランジスタ４（４ａ，４ｂ，４ｃ）と、複数の測温抵抗体６（６ａ，６ｂ，６ｃ）と、複数の調整用抵抗体８（８ａ，８ｂ，８ｃ）とを備えている。なお、トランジスタ回路２は、例えば家庭用又は産業用の各種機器等に搭載される。

【0018】

複数のトランジスタ４の各々は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、コレクタ１０と、エミッタ１２と、ベース１４とを有している。各トランジスタ４では、ベース１４に入力される電流に応じて、コレクタ１０とエミッタ１２との間の導通が制御される。

【0019】

また、複数のトランジスタ４は、互いに電気的に並列接続されている。すなわち、複数のトランジスタ４の各々のコレクタ１０が互いに電気的に接続され、且つ、複数のトランジスタ４の各々のエミッタ１２が互いに電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、３個のトランジスタ４が互いに電気的に並列接続されるようにしたが、これに限定されず、２個又は４個以上のトランジスタ４が互いに電気的に並列接続されるようにしてもよい。

【0020】

複数の測温抵抗体６の各々は、当該測温抵抗体６の温度変化に比例して当該測温抵抗体６の抵抗値が変化する特性を有する抵抗体であり、一対の端子を有している。すなわち、各測温抵抗体６の温度が徐々に上昇するのに比例して、各測温抵抗体６の抵抗値が徐々に増大する。なお、測温抵抗体６の温度と抵抗値とが比例するとは、両者の間に厳密な数学的比例関係があるという意味だけではなく、測温抵抗体６の温度が上昇するのに従い、測温抵抗体６の抵抗値が漸増するという意味をも含む。複数の測温抵抗体６の各々は、上記の特性を有する金属、例えば白金、ニッケル及び銅のいずれかで形成されている。あるいは、複数の測温抵抗体６の各々は、例えば白金・コバルト希薄合金等の合金で形成されていてもよい。

【0021】

複数の測温抵抗体６はそれぞれ、複数のトランジスタ４の各々のベース１４に電気的に接続されている。具体的には、各測温抵抗体６の一方の端子は、トランジスタ４のベース１４に電気的に接続されている。また、図１における一点鎖線の枠で示すように、各測温抵抗体６は、トランジスタ４に対して熱伝達可能に配置されている。これにより、トランジスタ４が発熱した場合には、当該トランジスタ４の熱が直接的に又は間接的に測温抵抗体６に伝達される。なお、各測温抵抗体６は、トランジスタ４のパッケージに直接接触していてもよいし、トランジスタ４のパッケージに熱伝導部材等を介して接触していてもよい。あるいは、測温抵抗体６は、トランジスタ４のパッケージの近傍に配置されていてもよい。

【0022】

複数の調整用抵抗体８の各々は、トランジスタ４のベース１４－コレクタ１０間における抵抗値（すなわち、測温抵抗体６及び調整用抵抗体８の合成抵抗の抵抗値）を調整するための抵抗体であり、一対の端子を有している。複数の調整用抵抗体８はそれぞれ、複数の測温抵抗体６に電気的に直列接続されている。具体的には、各調整用抵抗体８の一方の端子は、測温抵抗体６の他方の端子に電気的に接続され、且つ、各調整用抵抗体８の他方の端子は、トランジスタ４のコレクタ１０に電気的に接続されている。

【0023】

［２．効果］
図１を参照しながら、上述したトランジスタ回路２により得られる効果について説明する。上述したトランジスタ回路２が搭載された機器等において比較的大きな電流を流す必要がある場合には、トランジスタ回路２全体に各トランジスタ４の定格を超える電流を供給するケースがある。この場合、正常時には、トランジスタ回路２全体に供給された電流が各トランジスタ４に分流されるため、各トランジスタ４には定格未満の電流が流れるようになる。

【0024】

しかしながら、個々のトランジスタ４の特性のバラツキにより、複数のトランジスタ４のうち１以上のトランジスタ４が異常発熱することがある。以下、複数のトランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃのうち例えばトランジスタ４ａが異常発熱した場合について考える。この場合、トランジスタ４ａの熱が測温抵抗体６ａに伝達されることにより、測温抵抗体６ａの温度が上昇し、これに伴って測温抵抗体６ａの抵抗値が増大する。これにより、トランジスタ４ａのベース１４に入力される電流が減少するので、トランジスタ４ａのコレクタ１０－エミッタ１２間に流れる電流が減少する。

【0025】

その結果、異常発熱したトランジスタ４ａに集中していた電流の一部が、トランジスタ４ａに電気的に並列接続された他のトランジスタ４ｂ，４ｃの各々に分流し、全てのトランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃの各々に電流が均等に流れるようになる。したがって、仮にトランジスタ回路２全体に各トランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃの定格を超える電流を供給した場合であっても、各トランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃで熱暴走が発生するのを抑制することができる。

【0026】

（実施の形態２）
図２を参照しながら、実施の形態２に係るトランジスタ回路２Ａの構成について説明する。図２は、実施の形態２に係るトランジスタ回路２Ａの構成を示す図である。なお、以下に示す各実施の形態において、上記実施の形態１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

【0027】

図２に示すように、本実施の形態では、トランジスタ回路２Ａの複数のトランジスタ４Ａ（４Ａａ，４Ａｂ，４Ａｃ）の種類が上記実施の形態１と異なっている。具体的には、複数のトランジスタ４Ａの各々は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、コレクタ１０と、エミッタ１２と、ベース１４とを有している。

【0028】

また、本実施の形態では、複数の調整用抵抗体８（８ａ，８ｂ，８ｃ）の各接続が上記実施の形態１と異なっている。具体的には、各調整用抵抗体８の一方の端子は、測温抵抗体６の他方の端子に電気的に接続され、且つ、各調整用抵抗体８の他方の端子は、グランドに電気的に接続されている。

【0029】

したがって、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0030】

（実施の形態３）
［３－１．電圧変換回路の構成］
図３及び図４を参照しながら、実施の形態３に係る電力変換回路１６の構成について説明する。図３は、実施の形態３に係る電力変換回路１６の構成を示す図である。図４は、実施の形態３に係るＤＣＤＣコンバータ１８の回路例を示す図である。

【0031】

図３に示すように、電力変換回路１６は、複数のＤＣＤＣコンバータ１８（１８ａ，１８ｂ）と、複数の測温抵抗体６（６ａ，６ｂ）と、複数の調整用抵抗体８（８ａ，８ｂ）とを備えている。なお、電力変換回路１６は、例えば家庭用又は産業用の各種機器等に搭載される。

【0032】

複数のＤＣＤＣコンバータ１８の各々は、直流電力を直流電力に変換するための電力変換装置であり、入力端子２０と、出力端子２２と、電圧設定端子２４と、グランド端子２６とを有している。入力端子２０には、直流電圧が入力される。出力端子２２は、入力端子２０に入力された直流電圧の電圧値とは異なる電圧値の直流電圧を出力する。電圧設定端子２４は、出力端子２２から出力される直流電圧を設定するための端子である。具体的には、電圧設定端子２４に電気的に接続された抵抗体（すなわち、測温抵抗体６ａ及び調整用抵抗体８ａの合成抵抗）の抵抗値が増大するのに従って、出力端子２２から出力される直流電圧の電圧値が低下する。なお、各ＤＣＤＣコンバータ１８の具体的な回路は、例えば図４に示すように構成されている。

【0033】

また、複数のＤＣＤＣコンバータ１８は、互いに電気的に並列接続されている。すなわち、複数のＤＣＤＣコンバータ１８の各々の入力端子２０が互いに電気的に接続され、且つ、複数のＤＣＤＣコンバータ１８の各々の出力端子２２が互いに電気的に接続されている。なお、本実施の形態では、２個のＤＣＤＣコンバータ１８が互いに電気的に並列接続されるようにしたが、これに限定されず、３個以上のＤＣＤＣコンバータ１８が互いに電気的に並列接続されるようにしてもよい。

【0034】

複数の測温抵抗体６はそれぞれ、複数のＤＣＤＣコンバータ１８の各々の電圧設定端子２４に電気的に接続されている。具体的には、各測温抵抗体６の一方の端子は、ＤＣＤＣコンバータ１８の電圧設定端子２４に電気的に接続されている。また、図３における一点鎖線の枠で示すように、各測温抵抗体６は、ＤＣＤＣコンバータ１８に対して熱伝達可能に配置されている。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１８が発熱した場合には、当該ＤＣＤＣコンバータ１８の熱が直接的に又は間接的に測温抵抗体６に伝達される。なお、各測温抵抗体６は、ＤＣＤＣコンバータ１８のパッケージに直接接触していてもよいし、ＤＣＤＣコンバータ１８のパッケージに熱伝導部材等を介して接触していてもよい。あるいは、測温抵抗体６は、ＤＣＤＣコンバータ１８のパッケージの近傍に配置されていてもよい。

【0035】

複数の調整用抵抗体８の各々は、電圧設定端子２４に電気的に接続された抵抗体（すなわち、測温抵抗体６ａ及び調整用抵抗体８ａの合成抵抗）の抵抗値を調整するための抵抗体であり、一対の端子を有している。複数の調整用抵抗体８はそれぞれ、複数の測温抵抗体６に電気的に直列接続されている。具体的には、各調整用抵抗体８の一方の端子は、測温抵抗体６の他方の端子に電気的に接続され、且つ、各調整用抵抗体８の他方の端子は、グランドに電気的に接続されている。

【0036】

［３－２．効果］
図３を参照しながら、上述した電力変換回路１６により得られる効果について説明する。上述した電力変換回路１６が搭載された機器等において比較的大きな電流を流す必要がある場合には、電力変換回路１６全体に各ＤＣＤＣコンバータ１８の定格を超える電流を供給するケースがある。この場合、正常時には、電力変換回路１６全体に供給された電流が各ＤＣＤＣコンバータ１８に分流されるため、各ＤＣＤＣコンバータ１８には定格未満の電流が流れるようになる。

【0037】

しかしながら、個々のＤＣＤＣコンバータ１８の特性のバラツキにより、複数のＤＣＤＣコンバータ１８のうち１以上のＤＣＤＣコンバータ１８が異常発熱することがある。以下、複数のＤＣＤＣコンバータ１８ａ，１８ｂのうち例えばＤＣＤＣコンバータ１８ａが異常発熱した場合について考える。この場合、ＤＣＤＣコンバータ１８ａの熱が測温抵抗体６ａに伝達されることにより、測温抵抗体６ａの温度が上昇し、これに伴って測温抵抗体６ａの抵抗値が増大する。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１８ａの電圧設定端子２４に電気的に接続された抵抗体（すなわち、測温抵抗体６ａ及び調整用抵抗体８ａの合成抵抗）の抵抗値が増大するので、ＤＣＤＣコンバータ１８ａの出力端子２２から出力される直流電圧の電圧値が低下する。

【0038】

その結果、異常発熱したＤＣＤＣコンバータ１８ａに集中していた電流の一部が、ＤＣＤＣコンバータ１８ａに電気的に並列接続された他のＤＣＤＣコンバータ１８ｂに分流し、全てのＤＣＤＣコンバータ１８ａ，１８ｂの各々に電流が均等に流れるようになる。したがって、仮に電力変換回路１６全体に各ＤＣＤＣコンバータ１８ａ，１８ｂの定格を超える電流を供給した場合であっても、各ＤＣＤＣコンバータ１８ａ，１８ｂで熱暴走が発生するのを抑制することができる。

【0039】

（他の変形例等）
以上、本発明の１つ又は複数の態様に係るトランジスタ回路及び電力変換回路について、上記各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記各実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の１つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

【0040】

上記実施の形態３では、電力変換装置をＤＣＤＣコンバータ１８で構成したが、これに限定されず、例えば交流電力を直流電力に変換するためのＡＣＤＣコンバータ等で構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明に係るトランジスタ回路及び電力変換回路は、例えば家庭用又は産業用の各種機器等に適用することができる。

【符号の説明】

【0042】

２，２Ａ トランジスタ回路
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４Ａ，４Ａａ，４Ａｂ，４Ａｃ トランジスタ
６，６ａ，６ｂ，６ｃ 測温抵抗体
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 調整用抵抗体
１０ コレクタ
１２ エミッタ
１４ ベース
１６ 電力変換回路
１８，１８ａ，１８ｂ ＤＣＤＣコンバータ
２０ 入力端子
２２ 出力端子
２４ 電圧設定端子
２６ グランド端子

【要約】

【課題】熱暴走の発生を抑制することができるトランジスタ回路を提供する。
【解決手段】トランジスタ回路２は、互いに電気的に並列接続された複数のトランジスタ４であって、各々が、コレクタ１０と、エミッタ１２と、ベース１４とを有し、ベース１４に入力される電流に応じて、コレクタ１０とエミッタ１２との間の導通が制御される複数のトランジスタ４と、各々の温度変化に比例して各々の抵抗値が変化する複数の測温抵抗体６であって、複数のトランジスタ４の各々のベース１４にそれぞれ電気的に接続された複数の測温抵抗体６とを備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】