JP3743125B2

JP3743125B2 - クランプ回路

Info

Publication number: JP3743125B2
Application number: JP18242897A
Authority: JP
Inventors: 雅一堀
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: JPH1131930A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路に関し、特に温度特性が良好で任意の電圧にクランプすることが可能なクランプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の容量の充放電によりタイマ機能を実現するＩＣでは外部に接続された外部容量の充放電時間を利用して一定時間経過後に信号を出力していた。
【０００３】
図４はこのような従来のタイマ機能を実現する回路の一例を示す構成ブロック図である。
【０００４】
図４において１及び４は定電流源、２はスイッチ回路、３は外部容量、５はクランプ回路、６及び７は比較器、１００及び１０１はしきい値電圧、１０２及び１０３は出力信号である。
【０００５】
定電流源１の一端はスイッチ回路２の入力端子に接続され、定電流源４の一端はスイッチ回路２の出力端子に接続される。
【０００６】
また、スイッチ回路２の入出力は外部容量３の一端、クランプ回路５、比較器６及び７の非反転入力端子にそれぞれ接続され、比較器６及び７の反転入力端子にはしきい値電圧１００及び１０１がそれぞれ印加される。
【０００７】
さらに、定電流源１の他端は電圧源に接続され、外部容量３の他端及び定電流源４の他端は接地される。
【０００８】
ここで、図４に示す回路の動作を図５を用いて説明する。図５は図４の回路の動作を示すタイミング図である。
【０００９】
先ず、図５中”イ”の時点でスイッチ回路２で定電流源１を選択すると定電流源１からの出力電流が外部容量３に流れ込み外部容量３を充電して行く。図５中”イ”の時点でこのような充電を開始すると外部容量３の端子電圧が図５中”ロ”に示すように上昇して行く。
【００１０】
そして、図５中”ハ”に示すクランプ回路５のクランプ電圧まで上昇するとクランプ回路５により定電流源１の出力電流が吸収され図５中”ニ”に示すように外部容量３の端子電圧の上昇が停止する。
【００１１】
ここで、例えば、しきい値電圧１００を図５中”ホ”に示す値だとすれば図５中”ヘ”の時点で比較器６の出力信号１０２が”ローレベル”から”ハイレベル”になる。
【００１２】
即ち、図５中”イ”の時点から図５中”ト”に示す時間経過後に出力信号１０２が”ハイレベル”になり、タイマ機能を実現したことになる。
【００１３】
同様に、図５中”チ”の時点でスイッチ回路２で定電流源４を選択すると外部容量３に充電されていた電荷が定電流源４により放電され、外部容量３の端子電圧が図５中”リ”に示すように下降して行く。
【００１４】
そして、外部容量の全ての電荷が放電され外部容量３の電圧が”０Ｖ”になると外部容量３の端子電圧の下降が停止する。
【００１５】
ここで、例えば、しきい値電圧１０１を図５中”ヌ”に示す値だとすれば図５中”ル”の時点で比較器７の出力信号１０３が”ハイレベル”から”ローレベル”になる。
【００１６】
即ち、図５中”チ”の時点から図５中”ヲ”に示す時間経過後に出力信号１０３が”ローレベル”になり、タイマ機能を実現したことになる。
【００１７】
また、図６はクランプ回路５の具体例を示す回路図であり、１及び３は図４と同一符号を付してある。図６（Ａ）において８及び９はダイオード、図６（Ｂ）において１０はツェナーダイオードである。
【００１８】
図６（Ａ）において定電流源１の一端は外部容量３の一端及びダイオード８のアノードに接続され、ダイオード８のカソードはダイオード９のアノードに接続される。
【００１９】
また、定電流源１の他端は電圧源に接続され、外部容量３の他端及びダイオード９のカソードは接地される。
【００２０】
一方、図６（Ｂ）において定電流源１の一端は外部容量３の一端及びツェナーダイオード１０のカソードに接続され、定電流源１の他端は電圧源に接続され、外部容量３の他端及びツェナーダイオード１０のアノードは接地される。
【００２１】
ここで、図６に示すクランプ回路の動作を説明する。図６（Ａ）において定電流源１からの出力電流が外部容量３に流れ込み外部容量３を充電して行くので前述のように外部容量３の端子電圧は上昇して行く。
【００２２】
一方、ダイオードは一般に順方向電圧が”０．７Ｖ”になると”ｏｎ”状態になるので、外部容量３の端子電圧が”１．４Ｖ”になるとダイオード８及び９は共に”ｏｎ”状態になり定電流源１からの出力電流が全て接地に流れ込み、外部容量３には流れ込まなくなる。
【００２３】
この結果、外部容量３と並列に直接接続された２つのダイオード８及び９を順バイアス方向に接続することにより、外部容量３の端子電圧は”１．４Ｖ”にクランプされることになる。
【００２４】
従って、直列接続するダイオードの数を適宜調整することによりクランプ電圧を設定することが可能になる。
【００２５】
一方、図６（Ｂ）においては同様に定電流源１からの出力電流が外部容量３に流れ込み外部容量３を充電して行くので前述のように外部容量３の端子電圧は上昇して行く。
【００２６】
しかし、外部容量３と並列にツェナーダイオード１０が接続されているので、外部容量３の端子電圧がツェナーダイオード１０のツェナー電圧に達すると、定電流源１からの出力電流はツェナーダイオード１０に全て流れ込み、外部容量３には流れ込まなくなる。
【００２７】
この結果、外部容量３と並列にツェナーダイオード１０を逆バイアス方向接続することにより、外部容量３の端子電圧はツェナー電圧にクランプされることになる。
【００２８】
従って、ツェナーダイオード１０のツェナー電圧を適宜選択することによりクランプ電圧を設定することが可能になる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６（Ａ）に示すクランプ回路ではクランプ電圧がダイオードの順方向電圧の倍数でしか選択できず任意のクランプ電圧に設定することは出来ないと言った問題点があった。
【００３０】
一方、図６（Ｂ）に示すクランプ回路では図６（Ａ）に示すクランプ回路よりはクランプ電圧の選択の幅があるものの任意のクランプ電圧に設定出来る訳ではない。
【００３１】
さらに、一般にダイオードは温度係数を有するためにクランプ電圧が温度により変動してしまう。
【００３２】
特に、図４に示すようなタイマ機能を実現するための回路で図５中”ヲ”に該当する設定時間はクランプ電圧が変動してしまうとそれに伴い変動してしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能なクランプ回路を実現することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明の第１では、
容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路において、
前記容量と、
前記容量を充電する定電流源と、
一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースが前記定電流源及び前記容量の接続点に接続される差動回路と
を備えたことを特徴とするものである。
【００３４】
このような課題を達成するために、本発明の第２では、
本発明の第１において、
前記定電流源及び前記差動回路を同一ＩＣ上に形成したことを特徴とするものである。
【００３５】
このような課題を達成するために、本発明の第３では、
本発明の第２において、
前記差動回路を構成する２つのトランジスタを前記ＩＣ内部でペアで形成したことを特徴とするものである。
【００３６】
このような課題を達成するために、本発明の第４では、
本発明の第２において、
前記定電流源及び前記差動回路を構成する定電流源を前記ＩＣ内部でペアで形成したことを特徴とするものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るクランプ回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【００３９】
図１において１及び３は図４と同一符号を付してあり、１１及び１２はトランジスタ、１３は定電流源、１０４はクランプ設定電圧である。また、１１〜１３は差動回路５０を構成している。
【００４０】
クランプ設定電圧１０４はトランジスタ１１のベースに印加され、トランジスタ１１のエミッタはトランジスタ１２のエミッタ及び定電流源１３の一端に接続される。
【００４１】
また、トランジスタ１２のコレクタ及びベースは定電流源１の一端及び外部容量３の一端にそれぞれ接続される。
【００４２】
さらに、トランジスタ１１のコレクタ及び定電流源１の他端は正電圧源に接続され、外部容量３の他端及び定電流源１３の他端は接地される。
【００４３】
ここで、図１に示す実施例の動作を図２を用いて説明する。図２は充電動作の一例を示す特性曲線図であり、図２（Ａ）は外部容量３の端子電圧の特性曲線図、図２（Ｂ）はトランジスタ１１及び１２のコレクタ電流の特性曲線図である。
【００４４】
また、説明のために定電流源１の出力電流を”Ｉ”、定電流源の出力電流を”２・Ｉ”とする。
【００４５】
図２中”イ”の時点でトランジスタ１１のベースにクランプ設定電圧１０４が印加されるとトランジスタ１１が”ｏｎ”になるが外部容量３の端子電圧はまだ”０Ｖ”であるのでトランジスタ１２は”ｏｆｆ”である。
【００４６】
このため、定電流源１の出力電流”Ｉ”は全てが外部容量３に流れ込み外部容量３を充電して行く。
【００４７】
一方、トランジスタ１２は”ｏｆｆ”、言い換えれば、トランジスタ１２のコレクタ電流は図２中”ロ”に示すように”０”なのでトランジスタ１１のコレクタ電流は図２中”ハ”に示すように定電流源１３の出力電流”２・Ｉ”となる。
【００４８】
定電流源１の出力電流”Ｉ”で外部容量３が充電されると図２中”ニ”に示すように外部容量３の端子電圧が上昇し、図２中”ホ”の時点でクランプ設定電圧１０４に近づく。
【００４９】
この時、図２中”ヘ”に示すようにトランジスタ１２にコレクタ電流が流れはじめる。また、トランジスタ１１及び１２と定電流源１３とは差動回路５０を構成しているので図２中”ト”に示すようにトランジスタ１１のコレクタ電流が減少する。
【００５０】
そして、図２中”チ”に示すようにクランプ設定電圧１０４と外部容量３の端子電圧が等しくなるとトランジスタ１１及び１２のコレクタ電流は図２中”リ”に示すように”Ｉ”と等しくなる。
【００５１】
定電流源１の出力電流は”Ｉ”であり、トランジスタ１２に流れるコレクタ電流も”Ｉ”となるので定電流源１の出力電流は全てトランジスタ１２のコレクタに流れ込み、外部容量３には流れ込まないので図２中”チ”に示すように外部容量３の端子電圧の上昇は止まりクランプされる。
【００５２】
従って、外部容量３の端子電圧はクランプ設定電圧１０４と等しくなるので、クランプ設定電圧１０４の値を適宜設定することにより任意のクランプ電圧の設定が可能になる。
【００５３】
また、トランジスタ１１及び１２をＩＣ内部でペアで形成することにより、両者の温度特性はほぼ等しくなるので温度特性が互いに相殺されてクランプ電圧には影響を及ぼさなくなる。
【００５４】
さらに、定電流源１及び１３もＩＣ内部でペアで形成することによりクランプ回路自体の温度特性が殆どなくなり、印加されるクランプ設定電圧１０４の温度特性とほぼ等しくなるので温度特性が良好なクランプ回路が可能になる。
【００５５】
図３は図６（Ａ）に示す従来例と本実施例の温度特性の一例を示す特性曲線図である。例えば、図６（Ａ）のダイオードの温度係数は”−２ｍＶ／°Ｃ”、クランプ設定電圧１０４としては温度係数が”１００ｐｐｍ／°Ｃ”で”１．４Ｖ”の基準電圧等を用いるものとする。
【００５６】
図３中”イ”が図６（Ａ）に示す従来例の温度特性であり、図６（Ａ）では２つのダイオードを用いているので前記温度係数の２倍の”−４ｍＶ／°Ｃ”の傾きが生じてしまう。
【００５７】
一方、図３中”ロ”に示す本実施例の温度特性では温度係数が、
１００ｐｐｍ／°Ｃ×１．４Ｖ＝０．１４ｍＶ／°Ｃ（１）
となるが従来例と比較して”０．０３５”程度に低減されている。
【００５８】
この結果、差動回路５０の一方のトランジスタ１１のベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタ１２のコレクタ及びベースを充電用の定電流源１及び外部容量３の接続点に接続することにより、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能になる。
【００５９】
なお、図１に示す実施例を図４に示すような外部容量の充放電によりタイマ機能を実現する回路に適用することにより、任意の設定時間が可能で、設定時間が温度変動の影響を受けない回路を実現することが可能になる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
差動回路の一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースを充電用の定電流源及び外部容量の接続点に接続することにより、温度特性が良好で任意のクランプ電圧が設定可能なクランプ回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランプ回路の一実施例を示す構成ブロック図である。
【図２】充電動作の一例を示す特性曲線図である。
【図３】従来例と本実施例の温度特性の一例を示す特性曲線図である。
【図４】従来のタイマ機能を実現する回路の一例を示す構成ブロック図である。
【図５】図４の回路の動作を示すタイミング図である。
【図６】クランプ回路の具体例を示す回路図である。
【符号の説明】
１，４，１３定電流源
２スイッチ回路
３外部容量
５クランプ回路
６，７比較器
８，９ダイオード
１０ツェナーダイオード
１１，１２トランジスタ
５０差動回路
１００，１０１しきい値電圧
１０２，１０３出力信号
１０４クランプ設定電圧

Claims

容量の充電電圧を一定値にクランプするクランプ回路において、
前記容量と、
前記容量を充電する定電流源と、
一方のトランジスタのベースにクランプ設定電圧を印加し、他方のトランジスタのコレクタ及びベースが前記定電流源及び前記容量の接続点に接続される差動回路とを
備えたことを特徴とするクランプ回路。
前記定電流源及び前記差動回路を同一ＩＣ上に形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項１記載のクランプ回路。
前記差動回路を構成する２つのトランジスタを前記ＩＣ内部でペアで形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項２記載のクランプ回路。
前記定電流源及び前記差動回路を構成する定電流源を前記ＩＣ内部でペアで形成したことを特徴とする
特許請求の範囲請求項２記載のクランプ回路。