JP2008148380A - 過電圧保護回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流制限抵抗を用いて過電圧保護を行う場合に、電圧降下と保護時に流れる電流の増加とを抑制できる過電圧保護回路を提供する。
【解決手段】過電圧保護回路26の過電圧検出回路17は、電源電圧が所定範囲である場合はFET16を導通状態にして電流制限抵抗13を短絡しておき、電源電圧が27Vを超えて上昇すると、その過電圧をクランプすると共にFET16を遮断して電流制限抵抗13に電流を流す。
【選択図】図1
【解決手段】過電圧保護回路26の過電圧検出回路17は、電源電圧が所定範囲である場合はFET16を導通状態にして電流制限抵抗13を短絡しておき、電源電圧が27Vを超えて上昇すると、その過電圧をクランプすると共にFET16を遮断して電流制限抵抗13に電流を流す。
【選択図】図1
Description
本発明は、保護対象となる回路の電源端子に過電圧が印加されると保護動作を行う過電圧保護回路に関する。
従来の過電圧保護回路としては、例えば図2に示すように、ツェナーダイオード1のようなクランプ素子を用いて保護対象の回路2に印加される過電圧をクランプさせるものがあるが、斯様な構成では、クランプ動作時にツェナーダイオード1を介して流れる電流を制限するための抵抗3が、電源4とツェナーダイオード1との間に挿入されることが多い(例えば、特許文献1参照)。また、ツェナーダイオード1に並列に接続されているコンデンサ5は、バイパスコンデンサである。
特開2001−258148号公報
図2のような構成では、電流制限抵抗3の抵抗値を高く設定すればクランプ動作時に流れる電流が小さくなるので、ツェナーダイオード1のワッテージを低く設定することが可能となる。従って、保護回路を含む全体を半導体集積回路として構成する場合の素子面積を小さくすることができる。しかし、その一方で電流制限抵抗2で発生する電圧降下が大きくなるため、消費電流が増加すると電源電圧が大きく低下して回路が誤動作するおそれがある。
逆に、電流制限抵抗3の抵抗値を低く設定すればクランプ動作時に流れる電流が大きくなるので、ツェナーダイオード1のワッテージを上げる必要があり、素子面積が大きくなってしまうという問題がある。
逆に、電流制限抵抗3の抵抗値を低く設定すればクランプ動作時に流れる電流が大きくなるので、ツェナーダイオード1のワッテージを上げる必要があり、素子面積が大きくなってしまうという問題がある。
また、上記の構成とは別に、電源線に過電圧が印加された場合に、電源と回路とを切り離すことで保護するものもあるが、回路動作を停止させることができないシステムには適用することができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流制限抵抗を用いて過電圧保護を行う場合に、電圧降下と保護時に流れる電流の増加とを抑制できる過電圧保護回路を提供することにある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流制限抵抗を用いて過電圧保護を行う場合に、電圧降下と保護時に流れる電流の増加とを抑制できる過電圧保護回路を提供することにある。
請求項1記載の過電圧保護回路によれば、導通制御手段は、電源電圧が所定範囲である場合はスイッチ手段を導通状態にするので、電流制限抵抗はスイッチ手段により短絡され、保護対象回路に対する電源供給はスイッチ手段を介して行なわれる。従って、電流制限抵抗の抵抗値を比較的高い値に設定したとしても、電源電圧が正常な範囲である場合に、保護対象回路に供給される電圧が電流制限抵抗による電圧降下の影響を受けることは回避される。
一方、電源電圧が所定範囲の上限を超えて上昇すると、導通制御手段はスイッチ手段を遮断するので、保護対象回路に対する電源供給は電流制限抵抗を介して行われる。従って、過電圧が印加された場合に流れる電流を、電流制限抵抗によって制限することができる。またこの場合、保護対象回路には、電流制限抵抗において生じる電圧降下分を減じた電圧が印加されるので、過電圧に対する保護動作も適切に行なわれる。
一方、電源電圧が所定範囲の上限を超えて上昇すると、導通制御手段はスイッチ手段を遮断するので、保護対象回路に対する電源供給は電流制限抵抗を介して行われる。従って、過電圧が印加された場合に流れる電流を、電流制限抵抗によって制限することができる。またこの場合、保護対象回路には、電流制限抵抗において生じる電圧降下分を減じた電圧が印加されるので、過電圧に対する保護動作も適切に行なわれる。
請求項2記載の過電圧保護回路によれば、保護対象回路の電源端子とグランドとの間にクランプ素子を接続するので、導通制御手段について設定されている上限電圧よりも所定レベル以上高い過電圧が発生した場合でも、クランプ素子による電圧クランプ動作によって保護対象回路を保護することが可能となる。
以下、本発明を車両に搭載される半導体集積回路(IC)に適用した場合の一実施例について図1を参照して説明する。過電圧の保護対象となる回路(被保護回路,例えば、マイクロコンピュータなど)11は、車両のバッテリ(電源)12より電流制限抵抗13を介して動作用電源の供給を受けるようになっており、被保護回路11の電源端子とグランドとの間には、バイパスコンデンサ14,電圧クランプ用のツェナーダイオード(クランプ素子)15の並列回路が接続されている。
また、電流制限抵抗13の両端には、PチャネルMOSFET(スイッチ手段)16のソース,ドレインが接続されており、FET16は、過電圧検出回路(導通制御手段)17によって駆動されるようになっている。また、FET16のソース,ゲート間には、FET16のゲート電圧をクランプしてオン状態を制御するためのツェナーダイオード18と、抵抗19とが並列に接続されている。
FET16のゲートは、過電圧検出回路17を構成するNPNトランジスタ20のコレクタに接続されており、トランジスタ20のエミッタはグランドに接続されている。また、トランジスタ20のベースは、抵抗21を介して電源線(バッテリ12の正側端子)に接続されている。トランジスタ20のベースとグランドとの間には、NPNトランジスタ22のコレクタ,エミッタが接続されており、電源線とトランジスタ22のベースとの間には、ツェナーダイオード23及び抵抗24の直列回路が接続されている。また、トランジスタ20のコレクタは、被保護回路11の入力端子に接続されており、被保護回路11は、上記入力信号のレベル変化によってトランジスタ20のオン,オフ、即ち、過電圧検出回路17の動作状態を認識できるようになっている。
ここで、具体数値例を挙げると、バッテリ12の電圧は14V,電流制限抵抗13の抵抗値は150Ω、抵抗19,21,24の抵抗値は夫々10kΩ,100kΩ,10kΩ、ツェナーダイオード15,18,23のツェナー電圧は、夫々35V,8V,27Vに設定される。尚、以上の構成において、バッテリ12以外の回路は、IC25として一体に構成されている。また、IC25より被保護回路11を除いたものが、過電圧保護回路26を構成している。
次に、本実施例の作用について説明する。バッテリ12の電圧VBが正常の範囲であれば、過電圧検出回路17において、トランジスタ22はオフ,トランジスタ20はオンとなっている。従って、FET16のゲートはロウレベルとなってFET16はオンしており、電流制限抵抗13は短絡され、被保護回路11に対する電源電流はFET16を介して供給される。また、FET16のゲート電圧はツェナーダイオード18によってクランプされているので、ドレイン電流が過剰に流れないように抑制されている。この時、被保護回路11の電源電圧は、バッテリ12の電圧VBより、FET16のオン抵抗と回路11の消費電流との積で生じる電圧降下分だけ低下したものとなる。
一方、電源線にサージが印加されて、電源電圧が27Vを超えて上昇すると、過電圧検出回路17のツェナーダイオード23がブレイク(導通)する。すると、トランジスタ22はオンし、トランジスタ20はオフとなるので、FET16はオフになる。この時、電源電流は電流制限抵抗13を介して被保護回路11に流れ、当該回路11には、電流制限抵抗13における電圧降下分だけ低下した電圧が印加される。例えば、回路11による消費電流が100mAであれば、
27V−150Ω×100mA+α=12V+α
となる。尚、「+α」は抵抗24による電圧降下分と、トランジスタ22のエミッタ−ベース間電圧VBEとの和である。
27V−150Ω×100mA+α=12V+α
となる。尚、「+α」は抵抗24による電圧降下分と、トランジスタ22のエミッタ−ベース間電圧VBEとの和である。
そして、被保護回路11は、電流制限抵抗13を介して電源供給を受けられるので、その回路動作を継続させることが可能となっている。また、被保護回路11は、トランジスタ20がオンからオフに変化したことをコレクタ電位の変化によって認識することができる。それに基づき、内部的に何らかの対応(保護動作など)を行う必要がある場合には、その必要な処理を実行する。
電源電流が電流制限抵抗13を介して流れている状態で、電源線に印加された過電圧が35Vを超えた場合は、更にツェナーダイオード15がブレイクする。従って、被保護回路11に印加される電圧は、ツェナー電圧の35Vにクランプされる。その後、サージが消滅して電圧VBが正常なレベルに戻れば、FET16が再びオンする。
ここで、バッテリ12側から見たIC25の最低動作電圧が7V,被保護回路11の最低動作電圧が6Vであるとする。この場合、本実施例とは異なりFET16が存在しないとすると、電流制限抵抗13について許容される電圧降下は1Vとなり、その抵抗値は10Ωに設定する必要がある。この時、80Vの過電圧が印加されたことを想定すると、ツェナーダイオード15によって消費される電力は
(80V−35V)2/10Ω=202.5W …(1)
となる。
(80V−35V)2/10Ω=202.5W …(1)
となる。
これに対して、本実施例では、同様に80Vの過電圧が印加された場合にツェナーダイオード15によって消費される電力は、
(80V−35V)2/150Ω=13.5W …(2)
となる。即ち、IC25を構成する場合、ツェナーダイオード15の素子形成面積を(1)の1/10未満にすることができる。従って、FET16のオン抵抗が例えば1Ωであるとしても、200Wを超える発熱に耐え得るツェナーダイオードを使用することに比較すれば、コストの低減降下は極めて大きい。
(80V−35V)2/150Ω=13.5W …(2)
となる。即ち、IC25を構成する場合、ツェナーダイオード15の素子形成面積を(1)の1/10未満にすることができる。従って、FET16のオン抵抗が例えば1Ωであるとしても、200Wを超える発熱に耐え得るツェナーダイオードを使用することに比較すれば、コストの低減降下は極めて大きい。
以上のように本実施例によれば、過電圧保護回路26の過電圧検出回路17は、電源電圧が所定範囲である場合はFET16を導通状態にして電流制限抵抗13を短絡しておき、電源電圧が27Vを超えて上昇するとFET16を遮断して、電流制限抵抗13に電流を流すようにした。従って、電流制限抵抗13の抵抗値を比較的高い値に設定したとしても、電源電圧が正常範囲である場合に、被保護回路11に供給される電圧が電流制限抵抗13による電圧降下の影響を受けることは回避される。また、過電圧が発生した場合に流れる電流を、電流制限抵抗13の高い抵抗値によって十分に制限することができる。
加えて、被保護回路11の電源端子とグランドとの間にツェナーダイオード15を接続したので、過電圧検出回路17がクランプする電圧よりも所定レベル以上高い、35Vを超える過電圧が発生しても、ツェナーダイオード15の電圧クランプ動作によって被保護回路11を保護することができる。
加えて、被保護回路11の電源端子とグランドとの間にツェナーダイオード15を接続したので、過電圧検出回路17がクランプする電圧よりも所定レベル以上高い、35Vを超える過電圧が発生しても、ツェナーダイオード15の電圧クランプ動作によって被保護回路11を保護することができる。
本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
被保護回路11が、過電圧検出回路17の動作状態を認識する必要がない場合は、トランジスタ20のコレクタを被保護回路11に接続する必要はない。
各電圧値や抵抗値等は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
想定される過電圧のレベルが35V未満である場合や、バイパスコンデンサ13の充電電荷により被保護回路11の動作が保証できるような場合には、ツェナーダイオード15を接続する必要は無い。
スイッチ手段は、バイポーラトランジスタで構成しても良い。
導通制御手段の構成も、過電圧検出回路17に限ることなく適宜変更して良い。
車両に搭載される回路に限ることなく、過電圧が印加される可能性がある環境で動作する回路であれば広く適用することができる。
被保護回路11が、過電圧検出回路17の動作状態を認識する必要がない場合は、トランジスタ20のコレクタを被保護回路11に接続する必要はない。
各電圧値や抵抗値等は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
想定される過電圧のレベルが35V未満である場合や、バイパスコンデンサ13の充電電荷により被保護回路11の動作が保証できるような場合には、ツェナーダイオード15を接続する必要は無い。
スイッチ手段は、バイポーラトランジスタで構成しても良い。
導通制御手段の構成も、過電圧検出回路17に限ることなく適宜変更して良い。
車両に搭載される回路に限ることなく、過電圧が印加される可能性がある環境で動作する回路であれば広く適用することができる。
図面中、11は被保護回路(保護対象回路)、12はバッテリ(電源)、13は電流制限抵抗、15はツェナーダイオード(クランプ素子)、16はPチャネルMOSFET(スイッチ手段)、17は過電圧検出回路(導通制御手段)、26は過電圧保護回路を示す。
Claims (2)
- 電源と、保護対象となる回路の電源端子との間に挿入される電流制限抵抗と、
この電流制限抵抗に並列に接続されるスイッチ手段と、
前記電源電圧が所定範囲である場合は前記スイッチ手段を導通状態にして、前記電源電圧が前記所定範囲の上限を超えて上昇すると、前記スイッチ手段を遮断状態とするように制御する導通制御手段とを備えることを特徴とする過電圧保護回路。 - 前記保護対象回路の電源端子とグランドとの間に、前記導通制御手段について設定されている上限電圧よりも、所定レベル以上高い過電圧が発生した場合に電圧クランプ動作を行なうクランプ素子を接続したことを特徴とする請求項1記載の過電圧保護回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006329432A JP2008148380A (ja) | 2006-12-06 | 2006-12-06 | 過電圧保護回路 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102270831A (zh) * | 2011-07-26 | 2011-12-07 | 广州日滨科技发展有限公司 | 一种智能车载终端的宽电压电源保护装置 |
CN103738139A (zh) * | 2013-12-21 | 2014-04-23 | 博耐尔汽车电气***有限公司 | 一种过压保护的汽车空调风量控制*** |
JP2018137090A (ja) * | 2017-02-21 | 2018-08-30 | 株式会社アイ・ライティング・システム | Dmx通信システム |
US10819329B2 (en) | 2018-01-10 | 2020-10-27 | Lsis Co., Ltd. | Power supply device for protective relay |
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2006
- 2006-12-06 JP JP2006329432A patent/JP2008148380A/ja active Pending
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US10819329B2 (en) | 2018-01-10 | 2020-10-27 | Lsis Co., Ltd. | Power supply device for protective relay |
US11689194B2 (en) | 2018-01-10 | 2023-06-27 | Ls Electric Co., Ltd. | Power supply device for protective relay |
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