JP2008104328A - 過電圧保護回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】過電圧保護回路100に、電源(Vcc)から被保護回路101への電力供給経路の中途部に設けられるスイッチ140と、スイッチ140を通じて被保護回路101に印加される電圧が所定値に達してから所定時間経過後にスイッチ140をオンにするスイッチ制御回路150と、を具備することにより、所定時間が経過するまでスイッチ140をオフにして被保護回路101に過電圧が印加されることを防止する。
【選択図】図1
Description
特許文献1乃至特許文献3に記載の過電圧保護回路は、電源とグラウンドの間において被保護回路に並列的に設けられたスイッチング素子等からなり、被保護回路に印加される電圧が所定の値以上になると当該スイッチング素子が動作する(オフからオンになる)ことにより被保護回路を保護するものである。
また、上記構成に加えて、保護回路が外部(他の制御回路、センサ等)との間で信号の送受信を行う端子(信号端子)から印加される過電圧から被保護回路を保護するために、当該端子と被保護回路とを接続する配線の中途部にダイオードを接続する過電圧保護回路も知られている。例えば、特許文献2に記載の如くである。
過電圧保護回路1000は従来の過電圧保護回路の実施の一形態であり、被保護回路1001を過電圧から保護する回路である。
被保護回路1001は配線1005を介して外部端子1004に接続され、外部端子1004に接続された外部の機器(例えば、他の制御装置やセンサ類等)との間で信号を送受信することが可能である。
端子保護ダイオード1031のアノードは配線1005の中途部に接続され、端子保護ダイオード1031のカソードは母線1011に接続される。端子保護ダイオード1032のアノードは母線1012に接続され、端子保護ダイオード1032のカソードは配線1005の中途部に接続される。
例えば、被保護回路1001が自動車に搭載される回路である場合、自動車のバッテリーから電力供給されることとなるが、自動車のバッテリー電圧およびその変動を考慮すると電源保護回路1020の作動電圧を35V以下に設定することができない。
電源から被保護回路への電力供給経路の中途部に設けられるスイッチと、
前記スイッチを通じて前記被保護回路に印加される電圧が所定値に達してから所定時間経過後に前記スイッチをオンにするスイッチ制御回路と、
を具備するものである。
前記スイッチは、所定のオン抵抗を有するものである。
前記所定時間を1μsec以上かつ10μsec以下に設定するものである。
前記スイッチ制御回路は、前記スイッチを通じて前記被保護回路に印加される電圧の上昇に応じて前記スイッチのオン抵抗を大きくするものである。
被保護回路101は配線105a・・・105nを介してそれぞれ外部端子104a・・・104nに接続され、外部端子104a・・・104nにそれぞれ接続された外部の機器(例えば、他の制御装置やセンサ類等)との間で信号を送受信することが可能である。
なお、被保護回路101に接続される配線105a・・・105nの本数(外部端子104a・・・104nの個数)は被保護回路101の構成(用途、機能等)に応じて適宜選択可能である。
電源保護回路120はスイッチング素子121、抵抗122、ダイオード123等を具備する。
スイッチング素子121はnpn型のバイポーラトランジスタからなり、スイッチング素子121のコレクタは母線111に接続され、スイッチング素子121のエミッタは母線112に接続される。
抵抗122はスイッチング素子121のベースとエミッタとを接続する抵抗である。スイッチング素子121のベースはエミッタと同電位に保持される。
ダイオード123のアノードは母線112に接続され、ダイオード123のカソードは母線111に接続される。
電源(Vcc)とグラウンド(GND)との電位差、すなわち電源保護回路120の作動電圧が所定の値以上になるとスイッチング素子121がオンになり、母線111と母線112とが導通される。その結果、被保護回路101への過電圧の印加、ひいては被保護回路101の破損が防止され、被保護回路101が保護される。
端子保護ダイオード131a・・・131nのアノードはそれぞれ配線105a・・・105nの中途部に接続され、端子保護ダイオード131a・・・131nのカソードは母線111ひいては電源(Vcc)に接続される。端子保護ダイオード132a・・・132nのアノードは母線112ひいてはグラウンド(GND)に接続され、端子保護ダイオード132a・・・132nのカソードはそれぞれ配線105a・・・105nの中途部に接続される。
本実施例のスイッチ140はPチャネルのMOSFETからなり、スイッチ140のソースは配線102を介して母線111に接続され、スイッチ140のドレインは配線102を介して被保護回路101に接続される。
従って、静電気に起因する過電圧により被保護回路101が破損することを防止する(被保護回路101を静電気に起因する過電圧から保護する)ことが可能である。
特に、静電気に起因する過電圧は検知してからスイッチ140を通じて被保護回路101に過電圧が印加されるまでの時間が非常に短いため、静電気に起因する過電圧は検知してからスイッチ制御回路150によりスイッチ140をオフにするのでは間に合わず、被保護回路101に過電圧が印加されることを防止することが容易でない。よって、スイッチ140が所定値のオン抵抗を有することは静電気に起因する過電圧から被保護回路101を保護する上で非常に有効である。
図2に示す如く、スイッチ制御回路150はキャパシタ151、抵抗152、ダイオード153、ツェナーダイオード154を具備する。
その結果、スイッチ140のゲート電圧が一時的に上昇している間においてスイッチ140はオフの状態を継続する。
このように構成することにより、静電気のような急激な電圧上昇時にはスイッチ140がオフとなるので、被保護回路101を過電圧から保護することが可能である。
なお、スイッチ制御回路がスイッチをオンにするまでの「所定時間」の上限値は被保護回路の構成等により変動し得るものであるが、通常は10μsec以下に設定することが望ましい。
スイッチ140を通じて被保護回路101に印加される電圧が所定値以上となった場合にはツェナーダイオード154が母線111と母線112とを導通してスイッチ140のゲート電圧が低下するため、スイッチ140の破損が防止される。
電源(Vcc)から被保護回路101への電力供給経路の中途部(本実施例の場合、配線102の中途部)に設けられるスイッチ140と、
スイッチ140を通じて被保護回路101に印加される電圧が所定値に達してから所定時間経過後にスイッチ140をオンにするスイッチ制御回路150と、
を具備するものである。
このように構成することにより、以下の効果を奏する。
第一に、過電圧保護回路100は、電源起動時の過電圧により被保護回路101が破損することを防止する、すなわち被保護回路101を電源起動時の過電圧から保護することが可能である。
第二に、電源(Vcc)を保護する機能(本実施例の場合、電源保護回路120がこれに相当する)と被保護回路101を保護する機能(スイッチ140およびスイッチ制御回路150がこれに相当する)とを分けることにより、それぞれの機能について作動する電圧(作動電圧)を異なる値に設定することが可能であり、過電圧の発生する要因に関わらず確実に被保護回路101を保護することが可能である。また、被保護回路101と過電圧保護回路100を含む回路を設計する際の自由度が増し、開発期間の短縮や開発・製造コストの削減に寄与する。
このように構成することにより、過電圧保護回路100は、静電気に起因する過電圧により被保護回路101が破損することを防止する、すなわち被保護回路101を静電気に起因する過電圧から保護することが可能である。
このように構成することにより、電源の起動および静電気に起因する過電圧から確実に被保護回路101を保護することが可能である。また、被保護回路101の動作開始に支障をきたすこともない。
なお、本実施例における被保護回路201、配線202、配線203、外部端子204a・・・204n、配線205a・・・205n、電源端子206、グラウンド端子207、母線211、母線212、電源保護回路220、端子保護ダイオード231a・・・231n、端子保護ダイオード232a・・・232nおよびスイッチ240は、図1および図2に示す被保護回路101、配線102、配線103、外部端子104a・・・104n、配線105a・・・105n、電源端子106、グラウンド端子107、母線111、母線112、電源保護回路120、端子保護ダイオード131a・・・131n、端子保護ダイオード132a・・・132nおよびスイッチ140と略同じ構成であるため、説明を省略する。
図3に示す如く、スイッチ制御回路250はキャパシタ251、抵抗252、ダイオード253、ツェナーダイオード254、カレントミラー回路255、抵抗256、ツェナーダイオード257を具備する。
なお、本実施例におけるキャパシタ251、抵抗252、ダイオード253、ツェナーダイオード254は、図2に示すキャパシタ151、抵抗152、ダイオード153、ツェナーダイオード154と略同じ構成であるため、説明を省略する。
スイッチング素子255a・255bのエミッタはそれぞれ母線211ひいては電源(Vcc)に接続される。スイッチング素子255aのベースはスイッチング素子255bのベースに接続されるとともに、スイッチング素子255aのコレクタに接続される。スイッチング素子255aのコレクタは抵抗256の一端に接続され、抵抗256の他端はツェナーダイオード257のカソードに接続される。ツェナーダイオード257のアノードは母線212ひいてはグラウンド(GND)に接続される。スイッチング素子255bのコレクタはスイッチ240のゲートに接続される。
すると、スイッチング素子255bから抵抗252、母線212を経てグラウンド(GND)に至る経路(β)にも電流が流れ、スイッチ240のゲート電圧は所定の値に上昇する。
その結果、静電気による電圧の急激な上昇が発生する前から、予めスイッチ240のオン抵抗が所定の値まで上昇しているので、その分だけ被保護回路201に供給される電圧は降下し、被保護回路201に静電気に起因する過電圧が印加されることが防止される。
なお、スイッチ240のオン抵抗は、被保護回路201に供給される電圧が被保護回路201の正常な動作に悪影響が出ない範囲に設定される。
このように構成することにより、被保護回路201が電源(Vcc)から電力の供給を受けて正常に動作しているときに静電気に起因する過電圧が印加された場合であっても、被保護回路201を過電圧から保護することが可能である。
101 被保護回路
102 配線(電力供給経路)
140 スイッチ
150 スイッチ制御回路
Claims (4)
- 電源から被保護回路への電力供給経路の中途部に設けられるスイッチと、
前記スイッチを通じて前記被保護回路に印加される電圧が所定値に達してから所定時間経過後に前記スイッチをオンにするスイッチ制御回路と、
を具備することを特徴とする過電圧保護回路。 - 前記スイッチは、所定のオン抵抗を有することを特徴とする請求項1に記載の過電圧保護回路。
- 前記所定時間を1μsec以上かつ10μsec以下に設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の過電圧保護回路。
- 前記スイッチ制御回路は、前記スイッチを通じて前記被保護回路に印加される電圧の上昇に応じて前記スイッチのオン抵抗を大きくすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の過電圧保護回路。
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