WO2012046525A1 - 保護回路 - Google Patents

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WO2012046525A1
WO2012046525A1 PCT/JP2011/069821 JP2011069821W WO2012046525A1 WO 2012046525 A1 WO2012046525 A1 WO 2012046525A1 JP 2011069821 W JP2011069821 W JP 2011069821W WO 2012046525 A1 WO2012046525 A1 WO 2012046525A1
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terminal
value
switch
control
voltage
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勝彦 三沢
雅房 吉田
卓也 谷口
竹村　興
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ザインエレクトロニクス株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection

Definitions

  • the present invention relates to a protection circuit.
  • Patent Documents 1 and 2 As electrical circuits such as semiconductor circuits are short-circuited, an excessive current is applied to elements connected to the electrical circuit. In this case, a current exceeding the absolute maximum rating flows through the element, and the element may be destroyed. In order to prevent this, a protection circuit that detects an overcurrent and reduces the current flowing through the element is known (Patent Documents 1 and 2). However, if the current flowing through the element is suddenly reduced, a back electromotive force is generated due to parasitic inductance, which causes a problem of destruction of the element.
  • Patent Document 1 discloses a short-circuit protection circuit in which a plurality of current detection resistors and a plurality of protection semiconductor elements are connected to a semiconductor element.
  • this short-circuit protection circuit when a circuit to which semiconductor elements are connected is short-circuited, a plurality of protective semiconductor elements are sequentially turned on to reduce the current flowing through the elements stepwise. Thereby, it is going to avoid that an element is destroyed by back electromotive force.
  • an object of the present invention is to provide a protection circuit that can more effectively suppress generation of a counter electromotive voltage and prevent destruction of an element due to overvoltage.
  • the protection circuit according to the present invention has a control terminal, a first terminal, and a second terminal, and is between the first terminal and the second terminal in the range of the control voltage values V 1 to V 2 applied to the control terminal.
  • a resistance value variable switch whose resistance value is monotonously and continuously changed with respect to the control voltage value, and which has a resistance value larger when the control voltage value is V 2 than the resistance value when the control voltage value is V 1 ;
  • the current flowing between the capacitor having one end connected to the control terminal of the variable resistance switch and the first terminal and the second terminal of the variable resistance switch becomes greater than a predetermined threshold, the value changes from an insignificant value to a significant value.
  • An overcurrent detection unit that outputs an overcurrent detection signal, and when the overcurrent detection signal is an insignificant value, a control voltage value is output from the output terminal and applied to the control terminal of the variable resistance switch. When a significant value is reached, the output terminal is in a high impedance state.
  • a control voltage applying unit which, when the overcurrent detection signal becomes significant value, to continuously vary the voltage value of the control terminal of the resistance variable switch direction from V 1 to V 2 by discharging or charging the capacitor portion And a control terminal voltage changing unit.
  • the control voltage value applied to the control terminal of the resistance value variable switch is discharged continuously from V 1 to V 2 by discharging or charging the capacitor. Change. Thereby, the resistance value between the first terminal and the second terminal is continuously increased, and the current flowing between the first terminal and the second terminal of the variable resistance switch is continuously decreased. Therefore, it is possible to provide a protection circuit that can more effectively prevent the element from being destroyed than when the control voltage applied to the control terminal of the variable resistance switch is instantaneously turned off.
  • the resistance variable switch include a MOS transistor and a bipolar transistor.
  • variable resistance switch When the variable resistance switch is a MOS transistor, the control terminal is a gate terminal, and one of the first terminal and the second terminal is a source terminal and the other is a drain terminal.
  • the control terminal When the variable resistance switch is a bipolar transistor, the control terminal is a base terminal, and one of the first terminal and the second terminal corresponds to a collector terminal and the other corresponds to an emitter terminal.
  • the resistance value between the first terminal and the second terminal changes monotonously and continuously with respect to the control voltage value in the range of the control voltage values V 1 to V 2 applied to the control terminal of the variable resistance switch. and, a control voltage value than the resistance value R 1 is greater is the resistance value R 2 at the time of V 2 when the control voltage value is V 1. That is, the resistance value between the first terminal and the second terminal monotonously increases as the control voltage value continuously changes from V 1 to V 2 .
  • the magnitude relationship between the control voltage values V 1 and V 2 is determined by the characteristics of the resistance value variable switch to be used.
  • the capacitor portion includes an element intentionally configured with a capacitor or the like and a parasitic capacitance. For example, when the variable resistance switch is a MOS transistor, the gate capacitance can be a capacitance section.
  • control terminal voltage changing unit includes a switch and a resistor provided in series between the control terminal of the variable resistance switch and the reference potential terminal, and the overcurrent detection signal becomes a significant value.
  • control terminal voltage changing unit includes a switch provided between the control terminal of the variable resistance switch and the reference potential terminal, and the switch is turned on when the overcurrent detection signal becomes a significant value.
  • the control terminal voltage changing unit includes a switch provided between the control terminal of the variable resistance switch and the reference potential terminal, and the switch is turned on when the overcurrent detection signal becomes a significant value.
  • control terminal voltage changing unit includes a current source provided between the control terminal of the variable resistance switch and the reference potential terminal, and when the overcurrent detection signal becomes a significant value, the current source It is preferable to start the operation and continuously change the voltage value of the control terminal of the resistance variable switch at a speed corresponding to the current value of the current source and the capacitance value of the capacitor.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a protection circuit 1 of a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the protection circuit 1 of the comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in another mode of the protection circuit 1 of the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 2 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the first operation mode of the protection circuit 2 of the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a protection circuit 1 of a comparative example.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the protection circuit 1 of the comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the waveform of a signal
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the second operation mode of the protection circuit 2 of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 3 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 4 according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a protection circuit 1 of a comparative example.
  • the protection circuit 1 includes a variable resistance value switch 10, an overcurrent detection unit 20, a control voltage application unit 30, and an external terminal 11.
  • FIG. 1 also shows a wiring 12 connected to the external terminal 11, an LED 13, a resistor 14, and a power supply 15 that provides a constant voltage Vcc.
  • the resistance variable switch 10 has a control terminal 10a, a first terminal 10b, and a second terminal 10c.
  • the control terminal 10a of the variable resistance switch 10 is connected to the control voltage application unit 30, the first terminal 10b is connected to the LED 13 via the external terminal 11 and the wiring 12, and the second terminal 10c is grounded.
  • the value of the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c of the variable resistance switch 10 is determined by the resistance value of the resistor 14, the forward voltage of the LED 13, the on-resistance value of the variable resistance switch 10, and the like.
  • the variable resistance switch 10 includes an NMOS transistor.
  • the first terminal 10b corresponds to the drain terminal
  • the second terminal 10c corresponds to the source terminal
  • the control terminal 10a corresponds to the gate terminal.
  • the resistance value variable switch 10 is an NMOS transistor.
  • the overcurrent detection unit 20 detects whether or not the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c of the variable resistance switch 10 is an overcurrent. Overcurrent detection unit 20, an overcurrent detection signal current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 turns to a significant value from the non-significant values greater than a predetermined threshold value I th Output. On the other hand, if the current is less than a predetermined threshold value I th, and outputs the control voltage applying unit 30 to the overcurrent detection signal as a non-significant value.
  • the overcurrent detection signal is a digital signal. For example, the overcurrent detection signal represents a significant value when the digital signal is at a high level, and represents an insignificant value when the digital signal is at a low level.
  • the control voltage application unit 30 applies a control voltage to the control terminal 10 a of the resistance value variable switch 10 based on the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20.
  • the control voltage application unit 30 outputs a control voltage value from the output terminal 30a to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10.
  • a first reference potential V 1 or a second reference potential V 2 described later is applied. If the first reference potential V 1 to the control terminal 10a is applied, current flows between the first terminal 10b and second terminal 10c, LED 13 emits light.
  • control voltage applying unit 30 when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 turns to a significant value, applying a control voltage V 2 to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10. If the first reference potential V 2 is applied to the control terminal 10a, first terminal 10b and the resistance value increases between the second terminal 10c, a current between the first terminal 10b and second terminal 10c Since there is little or no flow, the LED 13 does not emit light.
  • the control voltage application unit 30 includes, for example, a PMOS transistor 31, an NMOS transistor 32, a first input terminal 33 that inputs a first input signal L 1 given to the gate terminal of the PMOS transistor 31, and a gate terminal of the NMOS transistor 32. configured to include a second input terminal 34 for inputting the second input signal L 2 given to.
  • the PMOS transistor 31 has a source terminal to which the first reference potential V 1 is input, a gate terminal connected to the first input terminal 33, and a drain terminal connected to the control terminal 10 a of the resistance value variable switch 10.
  • NMOS transistor 32 has a source terminal second reference potential V 2 is input, a gate terminal connected to the second input terminal 34, a drain connected terminal to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10.
  • the first input terminal 33 inputs the first input signal L 1.
  • Second input terminal 34 inputs the second input signal L 2.
  • the first input signal L 1 input to the first input terminal 33 is at low level, when the second input signal L 2 to be inputted to the second input terminal 34 is at a low level, PMOS transistor 31 is turned on Then, the NMOS transistor 32 is turned off, and as a result, the first reference potential V 1 is applied from the PMOS transistor 31 to the control terminal 10 a of the resistance value variable switch 10.
  • the first input signal L 1 input to the first input terminal 33 is at the high level, when the second input signal L 2 to be inputted to the second input terminal 34 is at a high level, PMOS transistors 31 Is turned off, and the NMOS transistor 32 is turned on.
  • the second reference potential V 2 is applied from the NMOS transistor 32 to the control terminal 10 a of the variable resistance switch 10.
  • the resistance value first terminal 10b and the overcurrent detection signal is insignificant value of current overcurrent detection unit 20 does not become larger than a predetermined threshold value I th is outputted flowing between the second terminal 10c of the variable switch 10 During the period (normal operation), the control voltage V 1 or V 2 is applied to the control terminal 10 a of the variable resistance switch 10 by the control voltage application unit 30.
  • the LED 13 has an anode connected to the power supply 15 via the resistor 14 and a cathode connected to the protection circuit 1 via the wiring 12 and the external terminal 11.
  • the control voltage applying unit 30 applies the first reference potential V 1 to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10, the first terminal 10b and the first terminal 10b and the resistance value becomes small between the second terminal 10c And the second terminal 10c increase in current, and the LED 13 emits light.
  • the control voltage applying unit 30 applies the second reference potential V 2 to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10, the resistance value between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 , So that little or no current flows between the first terminal 10b and the second terminal 10c, and the LED 13 does not emit light.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the protection circuit 1 of the comparative example.
  • FIG. 6A shows a waveform of a control voltage value applied to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30,
  • FIG. 5B shows a waveform of a current flowing through the resistance value variable switch 10, and
  • FIG. ) Indicates the waveform of the overcurrent detection signal output by the overcurrent detection unit 20, and (d) indicates the waveform of the voltage at the external terminal 11.
  • FIG. 6A shows a waveform of a control voltage value applied to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30
  • FIG. 5B shows a waveform of a current flowing through the resistance value variable switch 10
  • FIG. ) Indicates the waveform of the overcurrent detection signal output by the overcurrent detection unit 20, and (d) indicates the waveform of the voltage at the external terminal 11.
  • FIG. 6A shows a waveform
  • FIG. 2 illustrates a period in which the overcurrent detection signal input to the control voltage application unit 30 is an insignificant value, that is, the first terminal 10b and the second terminal 10c of the resistance value variable switch 10 by the overcurrent detection unit 20.
  • current flowing between the is a diagram illustrating the waveform of a case of normal operation in which not greater than a predetermined threshold value I th.
  • the control voltage V 1 or V 2 is applied to the control terminal 10 a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30.
  • the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c of the variable resistance switch 10 is changed by the control voltage applied to the control terminal 10a. If the control voltages V 1 to the control terminal 10a is applied to increase the current value of the current, the current value of the current becomes small when the control voltage V 2 is applied to the control terminal 10a (FIG. (B) ).
  • the voltage at the external terminal 11 varies depending on the control voltage applied to the control terminal 10a. Voltage of the external terminal 11, a control when the terminal 10a to the control voltage V 1 is applied, a value close to ground potential.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in another operation mode of the protection circuit 1 of the comparative example. That is, the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 becomes larger than a predetermined threshold value I th, the overcurrent detection signal output from the overcurrent detection unit 20 is insignificant value It is a figure explaining the said waveform in case it changes to a significant value from.
  • FIG. 6A shows a waveform of a control voltage value applied to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30,
  • FIG. 5B shows a waveform of a current flowing through the resistance value variable switch 10, and FIG.
  • the short circuit protection circuit of patent document 1 is reducing the electric current I which flows into a semiconductor element (MOS transistor) in steps, it does not change that the electric current I is reduced rapidly. For this reason, the back electromotive voltage V is generated as in the comparative example, and the protection circuit 1 or the variable resistance switch 10 is destroyed.
  • the protection circuit of the present embodiment described below when the overcurrent detection signal turns to a significant value from the insignificant value, V control voltage applied to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 from V 1 Change continuously toward 2 .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 2 according to the first embodiment.
  • the protection circuit 2 of the first embodiment shown in FIG. 4 has functions of the variable resistance switch 10, the overcurrent detection unit 20, and the control voltage application unit 30.
  • the capacitor 40 is connected to the control terminal 10a of the variable resistance switch 10, and the control provided between the control terminal 10a of the variable resistance switch 10 and the reference potential terminal.
  • the difference is that a terminal voltage changing unit 50 is provided.
  • Other configurations (external terminal 11) of the protection circuit 2 are the same as those of the protection circuit 1 of the comparative example.
  • the protection circuit 2 of the first embodiment will be described focusing on differences from the comparative example.
  • the variable resistance switch 10 has a control terminal 10a, a first terminal 10b, and a second terminal 10c.
  • the control terminal 10a is connected to the control voltage application unit 30, the first terminal 10b is connected to the wiring 12 and the like via the external terminal 11, and the second terminal 10c is grounded.
  • the resistance value variable switch 10 is connected between the first terminal 10b and the second terminal 10c according to the control voltage value.
  • the resistance value of is changed.
  • the control terminal voltage changing unit 50 to be described later, the control voltage value of the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 is continuously changes from the V 1 to V 2, between the first terminal 10b and second terminal 10c The resistance value changes continuously.
  • variable resistance switch 10 continuously changes the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c.
  • the variable resistance switch 10 is an NMOS transistor.
  • the first terminal 10b corresponds to a drain terminal
  • the second terminal 10c corresponds to a source terminal
  • the control terminal 10a corresponds to a gate terminal.
  • the resistance value variable switch 10 is an NMOS transistor.
  • the overcurrent detection unit 20 has the same configuration as the overcurrent detection unit 20 of the comparative example, but the output destination of the overcurrent detection signal is different from that of the comparative example. That is, the overcurrent detection unit 20 adds the overcurrent detection signal to the control voltage application unit 30 and outputs the signal to the control terminal voltage change unit 50 described later.
  • the control voltage application unit 30 applies control voltages V 1 to V 2 to the control terminal 10 a of the resistance value variable switch 10 based on the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20.
  • the control voltage application unit 30 outputs the control voltage value from the output terminal 30a and controls it to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10. Voltages V 1 to V 2 are applied.
  • the control voltage application unit 30 sets the output terminal 30a to a high impedance state.
  • the capacitor unit 40 is charged / discharged with a charge / discharge amount corresponding to the current drive capability of the control voltage application unit 30, and the voltage of the control terminal 10a changes. Further, when the output terminal 30a of the control voltage application unit 30 is in a high impedance state, the capacitor unit 40 is charged / discharged by the control terminal voltage changing unit 50 described later.
  • the capacitance unit 40 includes an element intentionally configured with a capacitor or the like and a parasitic capacitance. When the variable resistance switch 10 is a MOS transistor, the gate capacitance can be a capacitance portion.
  • the control terminal voltage changing unit 50 includes a switch 51 and a resistor 52 provided in series between the control terminal 10a of the variable resistance switch 10 and the reference potential terminal.
  • the switch 51 is specifically an NMOS transistor, and has a gate terminal connected to the overcurrent detection unit 20, a drain terminal connected to the resistor 52, and a source terminal connected (grounded) to the reference potential terminal. .
  • the switch 51 is controlled by an overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20, and is turned on when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 changes from an insignificant value to a significant value. When the overcurrent detection signal input from the current detection unit 20 becomes an insignificant value, the signal is turned off.
  • the resistor 52 has one end connected to the control terminal 10 a of the variable resistance switch 10 and the other end connected to the switch 51.
  • the control terminal voltage changing unit 50 turns on the switch 51 when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 changes from an insignificant value to a significant value.
  • the control terminal voltage changing unit 50 the switch 51 is turned on, resistor 52 via V 2 the voltage applied to the control terminal 10a from the V 1 of the resistance value variable switch 10 the capacitor 40 charging and discharging to Change continuously toward.
  • the resistance value between the first terminal 10b and the second terminal 10c continuously increases, and the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c of the resistance variable switch 10 is continuously increased. Get smaller.
  • the control terminal voltage changing unit 50 controls the control terminal of the resistance value variable switch 10.
  • voltage value 10a starts continuous changes from the V 1 to V 2.
  • the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 is also equal to or less than a predetermined threshold value I th, holds the significant value of the overcurrent detection signal.
  • the voltage value of the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 is continuously changes from the V 1 to V 2.
  • the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 is reduced to below a predetermined threshold value I th, the overcurrent detection signal from the significant value Return to insignificant values.
  • the voltage value of the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 in the course of continuously changes from the V 1 to V 2 the control voltage V 2 is applied to the control terminal 10a by the control voltage applying unit 30 As a result, the voltage value drops rapidly.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the first operation mode of the protection circuit 2 of the first embodiment.
  • FIG. 6A shows a waveform of a control voltage value applied to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30,
  • FIG. 5B shows a waveform of a current flowing through the resistance value variable switch 10, and
  • FIG. ) Indicates the waveform of the overcurrent detection signal output by the overcurrent detection unit 20, and (d) indicates the waveform of the voltage at the external terminal 11.
  • the output terminal 30a of the control voltage applying unit 30 enters a high impedance state, and the switch 51 of the control terminal voltage changing unit 50 is turned on.
  • the switch 51 When the switch 51 is turned on, the voltage value of the control terminal 10a of the capacitor portion 40 through the resistor 52 is charged and discharged the resistance variable switch 10 is continuously changes from the V 1 to V 2 (FIG. (A)). Accordingly, the current flowing between the first terminal 10b and the second terminal 10c is continuously reduced ((b) in the figure).
  • the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c is also equal to or less than a predetermined threshold value I th, holds the significant value of the overcurrent detection signal ( FIG. 5 (c)). Holding the significant value of the overcurrent detection signal is realized by, for example, a storage unit (not shown) in the overcurrent detection unit 20.
  • the overcurrent detection unit 20 when the overcurrent detection signal becomes significant value even momentarily, even when the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c becomes less than a predetermined threshold value I th, over The current detection unit 20 holds a significant value of the overcurrent detection signal.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the waveform of a signal, current, or voltage at each node in the second operation mode of the protection circuit 2 of the first embodiment.
  • FIG. 6A shows a waveform of a control voltage value applied to the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 by the control voltage application unit 30, FIG. ) Indicates the waveform of the overcurrent detection signal output by the overcurrent detection unit 20, and (d) indicates the waveform of the voltage at the external terminal 11.
  • the output terminal 30a of the control voltage application unit 30 is set.
  • the switch 51 of the control terminal voltage changing unit 50 is turned on. Accordingly controlled by the terminal voltage changing unit 50 is the voltage value of the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 starts continuously changes from the V 1 to V 2 (FIG. (A)). Along the way, a predetermined threshold current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 the voltage value of this time, the control terminal 10a continuously changes from the V 1 to V 2 Once reduced to I th or less, the overcurrent detection signal returns to a non-significant value from the significance value (time T 1 of the FIG. 6 (c) ').
  • the overcurrent detection signal After the overcurrent detection signal returns to a non-significant value, is applied to control voltages V 1 by the control voltage applying unit 30 to the voltage of the control terminal 10a again, the first terminal 10b of the resistance variable switch 10 and the second terminal 10c
  • the overcurrent detection signal changes from a non-significant value to a significant value again (time T 2 ), and the capacity terminal 40 is charged / discharged by the control terminal voltage changing unit 50.
  • the value of the voltage applied to the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 is continuously changes from the V 1 to V 2.
  • the protection circuit 2 repeats this operation until there is no short circuit.
  • the overcurrent detection signal may continue to apply a control voltage V 2 to the voltage control terminal 10a by the control voltage applying unit 30. In this case, it holds the current flowing between the first terminal 10b and second terminal 10c of the resistance variable switch 10 below a predetermined threshold value I th.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 3 according to the second embodiment.
  • the protection circuit 3 of the second embodiment shown in FIG. 7 is replaced with the control terminal voltage change unit 50 and the control terminal voltage change unit 60. It differs in that it is equipped with.
  • the control terminal voltage changing unit 60 includes a switch 61 provided between the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 and the reference potential terminal.
  • the switch 61 has one end connected to the control terminal 10a of the variable resistance switch 10 and the other end connected (grounded) to the reference potential terminal.
  • the control terminal voltage changing unit 60 includes a switch 61 provided between the control terminal 10a of the resistance value variable switch 10 and the reference potential terminal.
  • the switch 61 is specifically an NMOS transistor, and is controlled by an overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20.
  • the control terminal voltage changing unit 60 includes a gate terminal connected to the overcurrent detection unit 20, a drain terminal connected to the control terminal 10a of the variable resistance switch 10, and a source terminal connected (grounded) to the reference potential terminal.
  • Have The switch 61 is turned on when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 changes from an insignificant value to a significant value, and is turned off when the overcurrent detection signal is an insignificant value.
  • the output terminal 30a is brought into a high impedance state by the control voltage application unit 30.
  • the switch 61 is turned on by the control terminal voltage changing unit 60. Thereby, a current flows between the drain terminal and the source terminal of the switch 61.
  • the current value is a value corresponding to the on-resistance value of the switch 61.
  • the resistance value between the 1st terminal 10b and the 2nd terminal 10c becomes large continuously, and the electric current which flows between the 1st terminal 10b and the 2nd terminal 10c reduces continuously. As a result, it becomes possible to prevent destruction of the element more effectively.
  • the change in the voltage value from V 1 to V 2 occurs at a speed corresponding to the on-resistance value of the switch 61 and the capacitance value of the capacitance unit 40. That is, the larger the on resistance of the switch 61, since the value of the current flowing between the drain and source terminals of the switch 61 decreases, the change of the voltage value from V 1 to V 2 are performed slowly.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of the protection circuit 4 according to the third embodiment.
  • the protection circuit 4 of the third embodiment shown in FIG. 8 has a control terminal instead of the control terminal voltage changing unit 50 of the protection circuit 2.
  • the difference is that a voltage changing unit 70 is provided.
  • the control terminal voltage changing unit 70 includes a current source 71, one end of which is connected to the control terminal 10a of the variable resistance switch 10, and the other end is connected (grounded) to the reference potential terminal.
  • the current source 71 generates a constant current based on the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20.
  • the current source 71 does not generate current when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 is an insignificant value.
  • the current source 71 generates a constant current when the overcurrent detection signal input from the overcurrent detection unit 20 changes from an insignificant value to a significant value.
  • the output terminal 30a is set to a high impedance state by the control voltage application unit 30.
  • a constant current flows from the current source 71 by the control terminal voltage changing unit 70.
  • the current source 71 a constant current flows, the voltage value of the control terminal 10a of the resistance variable switch 10 capacitance 40 is charged and discharged continuously changes from the V 1 to V 2.
  • the resistance value between the 1st terminal 10b and the 2nd terminal 10c becomes large continuously, and the electric current which flows between the 1st terminal 10b and the 2nd terminal 10c reduces continuously.
  • the change in the voltage value from V 1 to V 2 occurs at a speed corresponding to the current value of the current source 71 and the capacitance value of the capacitor unit 40.
  • the circuit configuration in the case where the resistance value variable switch 10 is an NMOS transistor is illustrated, but the case where the resistance value variable switch 10 is a PMOS transistor is exemplified.
  • the present invention is applicable even with a circuit configuration.
  • the variable resistance switch 10 may use a bipolar transistor.
  • the bipolar transistor both an NPN bipolar transistor and a PNP bipolar transistor can be applied.
  • control voltage application unit 30 is not limited to this embodiment.
  • control voltage application unit 30 of the present embodiment is configured to include the PMOS transistor 31 and the NMOS transistor 32, for example, the control voltage application unit 30 may be configured only of the PMOS transistor 31.
  • the control configuration of the terminal voltage changing unit 50 if the voltage applied to the control terminal 10a of the resistance variable switch changes continuously can be configured toward the V 1 to V 2, limited to the embodiment Not.
  • a PMOS transistor can be used as the switch 51 of the protection circuit 2.
  • the external terminal 11 is not limited to the LED 13 and can be connected with other electrical components. Even when the distance between the wiring 12 of the external terminal 11 and the electrical component is long and the parasitic inductance of the wiring 12 is large, it is difficult to generate a large back electromotive voltage V, so that the protection circuit 2 or the resistance value variable switch can be effectively used. 10 breakage can be prevented.
  • Resistance variable switch 11 External terminal 20 Overcurrent detection unit 30 Control voltage application unit 31 PMOS transistor 32 NMOS transistor 33 First input terminal 34 Second input terminal 40 Capacitor unit 50 Control terminal voltage Change unit 51 Switch 52 Resistor 60 Control terminal voltage change unit 61 Switch 70 Control terminal voltage change unit 71 Current source

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Abstract

　第１の実施形態の保護回路２は、抵抗値可変スイッチ１０，過電流検出部２０，制御電圧印加部３０，容量部４０，制御端子電圧変更部５０および外部端子１１を備える。抵抗値可変スイッチ１０は、制御端子１０ａ，第１端子１０ｂおよび第２端子１０ｃを有する。制御端子電圧変更部５０は、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと基準電位端子との間に直列的に設けられたスイッチ５１および抵抗器５２を含む。

Description

保護回路
　本発明は、保護回路に関するものである。
　半導体回路等の電気回路の短絡に伴い、その電気回路に接続されている素子等に過大な電流が与えられる。この場合、素子に絶対最大定格を超える電流が流れ、素子が破壊される可能性がある。これを防止するために、過電流を検出して素子に流れる電流を低減する保護回路が知られている（特許文献１及び２）。しかし、素子に流れる電流を急に低減すると、寄生インダクタンスにより逆起電力が発生するため、素子の破壊が生じる問題がある。
　この問題を解決することを意図して、特許文献１には、半導体素子に複数個の電流検出用抵抗と複数個の保護用半導体素子とが接続された短絡保護回路が記載されている。この短絡保護回路では半導体素子が接続している回路が短絡状態となった場合に、複数の保護用半導体素子を順次導通させて素子に流れる電流を段階的に低減する。これにより、逆起電力によって素子が破壊されることを回避しようとしている。
特開２０００－３２３９７４号公報 特開２００２－３５３７９５号公報
　しかしながら、特許文献１の短絡保護回路では、複数の保護用半導体素子を順次導通させて素子に流れる電流を段階的に低減しているものの、各保護用半導体素子の導通は瞬時に行うため、電流が急激に変化していることに変わりはない。この結果、電流の急激な変化を打ち消すための逆起電力が発生するため、この逆起電力に因り半導体素子が破壊する問題は依然として残る。例えば、ＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤバックライト又はアミューズメント機器（遊技機）などでは、機器の広範囲にＬＥＤが配置されるため、負荷となるＬＥＤとそれを駆動する駆動装置との配線距離が長くなり、これに伴い配線の寄生インダクタンスが大きくなるため、上記問題がより顕著になる。
　そこで、本発明は、より効果的に逆起電圧の発生を抑え、過電圧による素子の破壊を防ぐことが可能な保護回路を提供することを目的としている。
　本発明に係る保護回路は、制御端子，第１端子および第２端子を有し、制御端子に印加される制御電圧値Ｖ１～Ｖ２の範囲において第１端子と第２端子との間の抵抗値が制御電圧値に対して単調に連続的に変化し、制御電圧値がＶ１であるときの抵抗値より制御電圧値がＶ２であるときの抵抗値が大きい抵抗値可変スイッチと、抵抗値可変スイッチの制御端子に一端が接続された容量部と、抵抗値可変スイッチの第１端子と第２端子との間に流れる電流が所定の閾値より大きくなると非有意値から有意値に転じる過電流検出信号を出力する過電流検出部と、過電流検出信号が非有意値であるとき制御電圧値を出力端から出力して抵抗値可変スイッチの制御端子に印加し、過電流検出信号が有意値になると出力端をハイインピーダンス状態にする制御電圧印加部と、過電流検出信号が有意値になると、容量部を放電又は充電することで抵抗値可変スイッチの制御端子の電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化させる制御端子電圧変更部と、を備えることを特徴とする。
　この保護回路では、過電流検出信号が有意値になると、容量部を放電又は充電することで抵抗値可変スイッチの制御端子に印加される制御電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化させる。これにより、第１端子と第２端子との間の抵抗値が連続的に大きくなり、抵抗値可変スイッチの第１端子と第２端子との間に流れる電流が連続的に小さくなる。したがって、抵抗値可変スイッチの制御端子に印加される制御電圧を瞬時にオフした場合に比べ、より効果的に素子の破壊を防ぐことが可能な保護回路を提供することができる。なお、抵抗値可変スイッチとしては、例えばＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタが挙げられる。抵抗値可変スイッチがＭＯＳトランジスタである場合、制御端子がゲート端子であり、第１端子および第２端子のうち一方はソース端子で他方はドレイン端子である。抵抗値可変スイッチがバイポーラトランジスタである場合、制御端子がベース端子であり、第１端子および第２端子のうち一方はコレクタ端子で他方はエミッタ端子に相当する。
　第１端子と第２端子との間の抵抗値は、抵抗値可変スイッチの制御端子に印加される制御電圧値Ｖ１～Ｖ２の範囲において当該制御電圧値に対して単調に連続的に変化し、制御電圧値がＶ１であるときの当該抵抗値Ｒ１より制御電圧値がＶ２のときの当該抵抗値Ｒ２が大きい。すなわち、第１端子と第２端子との間の抵抗値は、制御電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化するに伴い単調に増加する。なお、制御電圧値Ｖ１とＶ２との大小関係は、用いる抵抗値可変スイッチの特性によって決定される。また、容量部は、コンデンサなどで意図的に構成した素子および寄生容量を含む。例えば、抵抗値可変スイッチがＭＯＳトランジスタである場合、ゲート容量が容量部となりうる。
　より具体的には、制御端子電圧変更部が、抵抗値可変スイッチの制御端子と基準電位端子との間に直列的に設けられているスイッチおよび抵抗器を含み、過電流検出信号が有意値になると、スイッチをオンして、抵抗器の抵抗値および容量部の容量値に応じた速さで抵抗値可変スイッチの制御端子の電圧値を連続的に変化させるのが好適である。
　またより具体的には、制御端子電圧変更部が、抵抗値可変スイッチの制御端子と基準電位端子との間に設けられているスイッチを含み、過電流検出信号が有意値になると、スイッチをオンして、スイッチのオン抵抗値および容量部の容量値に応じた速さで抵抗値可変スイッチの制御端子の電圧値を連続的に変化させるのが好適である。
　またより具体的には、制御端子電圧変更部が、抵抗値可変スイッチの制御端子と基準電位端子との間に設けられている電流源を含み、過電流検出信号が有意値になると、電流源の動作を開始して、電流源の電流値および容量部の容量値に応じた速さで抵抗値可変スイッチの制御端子の電圧値を連続的に変化させるのが好適である。
　本発明によれば、より効果的に逆起電圧の発生を抑え、過電圧による素子の破壊を防ぐことが可能な保護回路を提供することができる。
図１は、比較例の保護回路１の構成を示す図である。 図２は、比較例の保護回路１における各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。 図３は、比較例の保護回路１の別のモードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。 図４は、第１実施形態の保護回路２の構成を示す図である。 図５は、第１実施形態の保護回路２の第１動作モードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。 図６は、第１実施形態の保護回路２の第２動作モードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。 図７は、第２実施形態の保護回路３の構成を示す図である。 図８は、第３実施形態の保護回路４の構成を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、初めに比較例について説明し、その後に本実施形態について説明する。
　図１は、比較例の保護回路１の構成を示す図である。保護回路１は、抵抗値可変スイッチ１０，過電流検出部２０，制御電圧印加部３０および外部端子１１を備える。また、図１には外部端子１１に接続される配線１２，ＬＥＤ１３，抵抗器１４および一定電圧Ｖccを与える電源１５も示されている。
　抵抗値可変スイッチ１０は、制御端子１０ａ，第１端子１０ｂおよび第２端子１０ｃを有する。抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａは制御電圧印加部３０に接続され、第１端子１０ｂは外部端子１１および配線１２を介してＬＥＤ１３に接続され、第２端子１０ｃは接地されている。抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流値は、抵抗器１４の抵抗値、ＬＥＤ１３のフォワード電圧、抵抗値可変スイッチ１０のオン抵抗値などにより決定される。抵抗値可変スイッチ１０としては、具体的には、ＮＭＯＳトランジスタが挙げられる。この場合、第１端子１０ｂがドレイン端子、第２端子１０ｃがソース端子、制御端子１０ａがゲート端子に相当する。以下、抵抗値可変スイッチ１０がＮＭＯＳトランジスタであるとして説明する。
　過電流検出部２０は、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が過電流であるか否かを検出する。過電流検出部２０は、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈより大きくなると非有意値から有意値に転じる過電流検出信号を出力する。一方、当該電流が所定の閾値Ｉｔｈよりも小さい場合、過電流検出信号を非有意値として制御電圧印加部３０に出力する。なお、過電流検出信号は、デジタル信号であり、例えば、デジタル信号がハイレベルのとき有意値を表し、ローレベルのとき非有意値を表す。
　制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号に基づいて、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧を印加する。制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値であった場合、制御電圧値を出力端３０ａから出力して抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに後述する第１基準電位Ｖ１又は第２基準電位Ｖ２を印加する。制御端子１０ａに第１基準電位Ｖ１が印加された場合、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に電流が流れ、ＬＥＤ１３が発光する。一方、制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が有意値に転じると、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧Ｖ２を印加する。制御端子１０ａに第１基準電位Ｖ２が印加される場合、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が大きくなり、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に電流がほとんどもしくは全く流れないため、ＬＥＤ１３が発光しない。
　ここで、制御電圧印加部３０が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加する制御電圧値について説明する。制御電圧印加部３０は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ３１と、ＮＭＯＳトランジスタ３２と、ＰＭＯＳトランジスタ３１のゲート端子に与えられる第１入力信号Ｌ１を入力する第１入力端子３３と、ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲート端子に与えられる第２入力信号Ｌ２を入力する第２入力端子３４とを含んで構成される。ＰＭＯＳトランジスタ３１は、第１基準電位Ｖ１が入力されるソース端子と、第１入力端子３３に接続されたゲート端子と、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに接続されたドレイン端子とを有する。ＮＭＯＳトランジスタ３２は、第２基準電位Ｖ２が入力されるソース端子と、第２入力端子３４に接続されたゲート端子と、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに接続されたドレイン端子を有する。
　第１入力端子３３は、第１入力信号Ｌ１を入力する。第２入力端子３４は、第２入力信号Ｌ２を入力する。第１入力端子３３に入力される第１入力信号Ｌ１がローレベルであって、第２入力端子３４に入力される第２入力信号Ｌ２がローレベルであるとき、ＰＭＯＳトランジスタ３１がオン状態に、ＮＭＯＳトランジスタ３２がオフ状態となり、この結果、ＰＭＯＳトランジスタ３１から第１基準電位Ｖ１が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される。逆に、第１入力端子３３に入力される第１入力信号Ｌ１がハイレベルであって、第２入力端子３４に入力される第２入力信号Ｌ２がハイレベルであるとき、ＰＭＯＳトランジスタ３１がオフ状態に、ＮＭＯＳトランジスタ３２がオン状態となり、この結果、ＮＭＯＳトランジスタ３２から第２基準電位Ｖ２が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される。なお、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈより大きくならずに過電流検出部２０が出力する過電流検出信号が非有意値である（通常動作）期間は、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａには制御電圧Ｖ１またはＶ２が制御電圧印加部３０によって印加される。
　ＬＥＤ１３は、そのアノードが抵抗器１４を介して電源１５と接続され、カソードが配線１２および外部端子１１を介して保護回路１と接続される。制御電圧印加部３０が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに第１基準電位Ｖ１を印加する場合、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が小さくなって第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が増大し、ＬＥＤ１３が発光する。一方、制御電圧印加部３０が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに第２基準電位Ｖ２を印加する場合、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が大きくなって、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に電流がほとんどもしくは全く流れないため、ＬＥＤ１３が発光しない。
　図２は、比較例の保護回路１における各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。同図（ａ）は、制御電圧印加部３０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される制御電圧値の波形、（ｂ）は、抵抗値可変スイッチ１０に流れる電流の波形、（ｃ）は、過電流検出部２０によって出力される過電流検出信号の波形、（ｄ）は、外部端子１１の電圧の波形をそれぞれ示す。ただし、図２は、制御電圧印加部３０に入力される過電流検出信号が非有意値である期間、すなわち、過電流検出部２０によって抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈより大きくならない通常動作の場合の当該波形を説明する図である。
　図２（ａ）に示すように、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａには制御電圧Ｖ１またはＶ２が制御電圧印加部３０によって印加される。制御端子１０ａに印加される制御電圧により、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が変化する。制御端子１０ａに制御電圧Ｖ１が印加される場合は当該電流の電流値が大きく、制御端子１０ａに制御電圧Ｖ２が印加される場合は当該電流の電流値が小さくなる(同図（ｂ）)。外部端子１１の電圧も同様に制御端子１０ａに印加される制御電圧によって変化する。外部端子１１の電圧は、制御端子１０ａに制御電圧Ｖ１が印加される場合、接地電位に近い値となる。一方、外部端子１１の電圧は、制御端子１０ａに制御電圧Ｖ２が印加される場合、Ｖｃｃに近い値となる(同図（ｄ）)。なお、上述したように過電流検出部２０からは過電流検出信号が非有意値で出力される(同図（ｃ）)。
　図３は、比較例の保護回路１の別の動作モードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。すなわち、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈより大きくなり、過電流検出部２０から出力される過電流検出信号が非有意値から有意値に転じる場合の当該波形を説明する図である。同図（ａ）は、制御電圧印加部３０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される制御電圧値の波形、（ｂ）は、抵抗値可変スイッチ１０に流れる電流の波形、（ｃ）は、過電流検出部２０によって出力される過電流検出信号の波形、（ｄ）は、外部端子１１の電圧の波形をそれぞれ示す。ＬＥＤ１３のカソードと電源１５との間で短絡が生じると、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈを越える。当該電流が所定の閾値を越えたのち、当該電流が所定の閾値Ｉｔｈを越えたことが過電流検出部２０によって検知され、過電流検出信号が非有意値から有意値に転じる（同図（ｃ）の時刻Ｔ１）。過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧Ｖ２が印加される（同図（ａ））。それに伴って、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が急に低減される（同図（ｂ））。この瞬間、配線１２のインダクタンス成分によって大きな逆起電圧Ｖ＝Ｌ（ｄｉ/ｄｔ）が発生し（同図（ｄ））、この逆起電圧Ｖにより、保護回路１、抵抗値可変スイッチ１０、または外部端子１１に電気的に接続される素子（図示せず）が破壊される可能性がある。
　なお、特許文献１に記載の短絡保護回路は、半導体素子（ＭＯＳトランジスタ）に流れる電流Ｉを段階的に低減しているものの、電流Ｉを急激に低減していることに変わりはない。このため、比較例と同様に逆起電圧Ｖが発生し、保護回路１又は抵抗値可変スイッチ１０が破壊される。一方、以下に説明する本実施形態の保護回路は、過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される制御電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化させる。このため、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が連続的に大きくなり、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が連続的に小さくなる。したがって、特許文献１に記載の短絡保護回路より効果的に素子の破壊を防ぐことが可能な保護回路２を提供することができる。
　図４は、第１実施形態の保護回路２の構成を示す図である。図１に示された比較例の保護回路１と比較すると、図４に示される第１実施形態の保護回路２は、抵抗値可変スイッチ１０，過電流検出部２０および制御電圧印加部３０の機能が相違する点に加えて、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに一端が接続された容量部４０を備える点、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと基準電位端子との間に設けられる制御端子電圧変更部５０を備える点で相違する。保護回路２のその他の構成（外部端子１１）は、比較例の保護回路１と同一である。以下、比較例と異なる点を中心に、第１実施形態の保護回路２について説明する。
　抵抗値可変スイッチ１０は、制御端子１０ａ，第１端子１０ｂおよび第２端子１０ｃを有する。制御端子１０ａは制御電圧印加部３０と接続され、第１端子１０ｂは外部端子１１を介して配線１２等と接続され、第２端子１０ｃは接地されている。抵抗値可変スイッチ１０は、制御端子１０ａに制御電圧印加部３０から制御電圧値Ｖ１～Ｖ２が印加されると、当該制御電圧値に応じて第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値を変化させる。後述する制御端子電圧変更部５０によって、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの制御電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化すると、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が連続的に変化する。この結果、抵抗値可変スイッチ１０は、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流を連続的に変化させる。抵抗値可変スイッチ１０は、具体的には、ＮＭＯＳトランジスタであり、この場合、第１端子１０ｂがドレイン端子、第２端子１０ｃがソース端子、制御端子１０ａがゲート端子に相当する。以下、抵抗値可変スイッチ１０がＮＭＯＳトランジスタであるとして説明する。
　過電流検出部２０は、比較例の過電流検出部２０と構成は同一であるが、過電流検出信号の出力先が比較例と異なる。すなわち、過電流検出部２０は、過電流検出信号を制御電圧印加部３０に加え、後述する制御端子電圧変更部５０にも出力する。
　制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号に基づいて、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧Ｖ１～Ｖ２を印加する。制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値である場合、制御電圧値を出力端３０ａから出力して抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧Ｖ１～Ｖ２を印加する。一方、制御電圧印加部３０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、出力端３０ａをハイインピーダンス状態にする。
　容量部４０は、制御電圧印加部３０の電流駆動能力に応じた充放電量で充放電され、制御端子１０ａの電圧が変化する。また、容量部４０は、制御電圧印加部３０の出力端３０ａがハイインピーダンス状態になると、後述する制御端子電圧変更部５０によって充放電される。なお、容量部４０は、コンデンサなどで意図的に構成した素子および寄生容量を含む。抵抗値可変スイッチ１０がＭＯＳトランジスタである場合は、ゲート容量が容量部となりうる。
　制御端子電圧変更部５０は、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと基準電位端子との間に直列的に設けられたスイッチ５１および抵抗器５２を含む。スイッチ５１は、具体的にＮＭＯＳトランジスタであり、過電流検出部２０と接続されたゲート端子と、抵抗器５２に接続されたドレイン端子と、基準電位端子と接続（接地）されたソース端子を有する。スイッチ５１は、過電流検出部２０から入力される過電流検出信号によって制御され、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じるとオン状態になり、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値になるとオフ状態になる。抵抗器５２は、その一端が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと接続され、他端がスイッチ５１と接続されている。
　制御端子電圧変更部５０は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、スイッチ５１をオン状態にする。制御端子電圧変更部５０は、スイッチ５１がオン状態になると、抵抗器５２を介し容量部４０を充放電して抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化させる。これによって、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が連続的に大きくなり、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が連続的に小さくなる。
　次に、第１実施形態の保護回路２における各ノードでの信号，電流または電圧の波形を、第１動作モードと第２動作モードに分けて説明する。第１動作モード、第２動作モードとも、過電流検出部２０から出力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、制御端子電圧変更部５０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的な変化を開始する。第１動作モードでは、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈ以下になっても、過電流検出信号の有意値を保持する。この結果、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する。一方、第２動作モードでは、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈ以下まで低減されると、過電流検出信号が有意値から非有意値に戻る。この結果、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する途中で、制御端子１０ａに制御電圧印加部３０によって制御電圧Ｖ２が印加されると、電圧値が急激に低下する。
　図５は、第１実施形態の保護回路２の第１動作モードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。同図（ａ）は、制御電圧印加部３０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される制御電圧値の波形、（ｂ）は、抵抗値可変スイッチ１０に流れる電流の波形、（ｃ）は、過電流検出部２０によって出力される過電流検出信号の波形、（ｄ）は、外部端子１１の電圧の波形をそれぞれ示す。抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに制御電圧Ｖ１が印加されているときにＬＥＤ１３のカソードと電源１５との間で短絡が生じると、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈを越える。当該電流が所定の閾値Ｉｔｈを越えたのち、当該電流が所定の閾値Ｉｔｈを越えたことが過電流検出部２０によって検知され、過電流検出信号が非有意値から有意値に転じる（同図（ｃ）の時刻Ｔ１）。過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、制御電圧印加部３０の出力端３０ａがハイインピーダンス状態になるとともに、制御端子電圧変更部５０のスイッチ５１がオン状態になる。スイッチ５１がオン状態になると、抵抗器５２を介し容量部４０が充放電されて抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する（同図（ａ））。それに伴い、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が連続的に低減する（同図（ｂ））。その結果、配線１２のインダクタンス成分によって大きな逆起電圧Ｖが発生しにくくなり（同図（ｄ））、保護回路２、抵抗値可変スイッチ１０、または外部端子１１に電気的に接続される素子（図示せず）の破壊が抑えられる。なお、Ｖ１からＶ２への電圧値の変化は、抵抗器５２の抵抗値および容量部４０の容量値に応じた速さで生じる。
　また、上述したように第１動作モードでは、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈ以下になっても、過電流検出信号の有意値を保持する（図５（ｃ））。過電流検出信号の有意値を保持は、例えば、過電流検出部２０の中の記憶部（図示せず）によって実現される。この場合、過電流検出部２０は、過電流検出信号が一瞬でも有意値になると、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈ以下になっても、過電流検出部２０は過電流検出信号の有意値を保持する。その後、図示しない制御部から過電流検出部２０に有意値を解除する信号が入力されることによって、過電流検出信号の有意値の保持は解除される。有意値が解除され非有意値に戻った後に、再び制御端子１０ａの電圧に制御電圧印加部３０によって制御電圧Ｖ１が印加され、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈを越えると、再び過電流検出信号は非有意値から有意値に転じ（時刻Ｔ２）、制御端子電圧変更部５０によって容量部４０が充放電されて抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する。保護回路２は、短絡がなくなるまでこの動作を繰り返す。
　図６は、第１実施形態の保護回路２の第２動作モードにおける各ノードでの信号，電流または電圧の波形を説明する図である。同図（ａ）は、制御電圧印加部３０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される制御電圧値の波形、（ｂ）は、抵抗値可変スイッチ１０に流れる電流の波形、（ｃ）は、過電流検出部２０によって出力される過電流検出信号の波形、（ｄ）は、外部端子１１の電圧の波形をそれぞれ示す。第２動作モードでは、まず、第１動作モードと同様に過電流検出信号が非有意値から有意値に転じる（同図（ｃ）の時刻Ｔ１）と、制御電圧印加部３０の出力端３０ａがハイインピーダンス状態になるとともに、制御端子電圧変更部５０のスイッチ５１がオン状態になる。これにより制御端子電圧変更部５０によって抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化し始める（同図（ａ））。このとき制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する途中で、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈ以下まで低減されると、過電流検出信号が有意値から非有意値に戻る（図６（ｃ）の時刻Ｔ１′）。過電流検出信号が非有意値に戻り、制御端子１０ａの電圧に制御電圧印加部３０によって制御電圧Ｖ２が印加されると、電圧値が急激に低下する。これにより、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が急激に低減する（同図（ｂ））。しかしながら、当該電流の変化は、所定の閾値Ｉｔｈ以下の範囲内での電流の変化であるため、配線１２のインダクタンス成分によって大きな逆起電圧Ｖが発生しにくく（同図（ｄ））、保護回路２、抵抗値可変スイッチ１０、または外部端子１１に電気的に接続される素子（図示せず）の破壊が抑えられる。
　過電流検出信号が非有意値に戻った後に、再び制御端子１０ａの電圧に制御電圧印加部３０によって制御電圧Ｖ１が印加され、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が所定の閾値Ｉｔｈを越えると、再び過電流検出信号は非有意値から有意値に転じ（時刻Ｔ２）、制御端子電圧変更部５０によって容量部４０が充放電されて抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａに印加される電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する。保護回路２は、短絡がなくなるまでこの動作を繰り返す。なお、過電流検出信号が非有意値に戻った後、制御端子１０ａの電圧に制御電圧印加部３０によって制御電圧Ｖ２を印加し続けてもよい。この場合、抵抗値可変スイッチ１０の第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流を所定の閾値Ｉｔｈ以下に保持できる。
　図７は、第２実施形態の保護回路３の構成を示す図である。図４に示された第１実施形態の保護回路２の構成と比較すると、図７に示される第２実施形態の保護回路３は、制御端子電圧変更部５０に替えて制御端子電圧変更部６０を備える点で相違する。制御端子電圧変更部６０は、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと基準電位端子との間に設けられるスイッチ６１を含む。また、スイッチ６１は、その一端が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと接続され、他端が基準電位端子に接続（接地）されている。
　すなわち、第２実施形態の保護回路３では、制御端子電圧変更部６０は、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと基準電位端子との間に設けられているスイッチ６１を含む。スイッチ６１は、具体的にＮＭＯＳトランジスタであり、過電流検出部２０から入力される過電流検出信号によって制御される。制御端子電圧変更部６０は、過電流検出部２０と接続されたゲート端子と、抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと接続されたドレイン端子と、基準電位端子に接続（接地）されたソース端子を有する。スイッチ６１は、過電流検出部２０から入力される過電流検出信号が非有意値から有意値に転じるとオン状態になり、過電流検出信号が非有意値のときにオフ状態になる。
　第２実施形態の保護回路３では、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、制御電圧印加部３０によって出力端３０ａがハイインピーダンス状態にされるとともに、制御端子電圧変更部６０によってスイッチ６１がオン状態になる。これにより、スイッチ６１のドレイン端子とソース端子との間に電流が流れる。当該電流値は、スイッチ６１のオン抵抗値に応じた値となる。スイッチ６１がオン状態になると、容量部４０が充放電されて抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する。これによって、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が連続的に大きくなり、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が連続的に低減する。この結果、より効果的に素子の破壊を防ぐことが可能となる。なお、Ｖ１からＶ２への電圧値の変化は、スイッチ６１のオン抵抗値および容量部４０の容量値に応じた速さで生じる。すなわち、スイッチ６１のオン抵抗値が大きいほど、スイッチ６１のドレイン端子とソース端子との間に流す電流値は小さくなるので、Ｖ１からＶ２への電圧値の変化はゆっくり行われる。
　図８は、第３実施形態の保護回路４の構成を示す図である。図４に示された第１実施形態の保護回路２の構成と比較すると、図８に示される第３実施形態の保護回路４は、保護回路２の制御端子電圧変更部５０に替えて制御端子電圧変更部７０を備える点で相違する。制御端子電圧変更部７０は、電流源７１を含み、その一端が抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａと接続され、他端が基準電位端子に接続（接地）されている。
　電流源７１は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号に基づいて、一定電流を発生する。電流源７１は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値である場合、電流を発生しない。一方、電流源７１は、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、一定電流を発生する。
　第３実施形態の保護回路４では、過電流検出部２０から入力された過電流検出信号が非有意値から有意値に転じると、制御電圧印加部３０によって出力端３０ａがハイインピーダンス状態にされるとともに、制御端子電圧変更部７０によって電流源７１から一定電流が流れる。電流源７１から一定電流が流れると、容量部４０が充放電されて抵抗値可変スイッチ１０の制御端子１０ａの電圧値がＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化する。これにより、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間の抵抗値が連続的に大きくなり、第１端子１０ｂと第２端子１０ｃとの間に流れる電流が連続的に低減する。この結果、より効果的に素子の破壊を防ぐことが可能となる。なお、Ｖ１からＶ２への電圧値の変化は、電流源７１の電流値および容量部４０の容量値に応じた速さで生じる。
　なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
　第１の実施形態，第２の実施形態および第３の実施形態では、抵抗値可変スイッチ１０がＮＭＯＳトランジスタである場合の回路構成を例示したが、抵抗値可変スイッチ１０がＰＭＯＳトランジスタである場合の回路構成であっても本発明が適用可能である。また、抵抗値可変スイッチ１０は、バイポーラトランジスタを用いてもよい。バイポーラトランジスタとしては、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタおよびＰＮＰ型バイポーラトランジスタの両方を適用できる。
　また、制御電圧印加部３０の構成は、本実施形態に限られるものではない。本実施形態の制御電圧印加部３０は、ＰＭＯＳトランジスタ３１とＮＭＯＳトランジスタ３２とを含んで構成されるとしたが、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ３１のみで構成されてもよい。
　また、制御端子電圧変更部５０の構成は、抵抗値可変スイッチの制御端子１０ａに印加される電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化できる構成であれば、本実施形態に限定されない。例えば、保護回路２のスイッチ５１としてＰＭＯＳトランジスタを用いることも可能である。
　また、外部端子１１には、ＬＥＤ１３に限られることなく、他の電気部品でも接続することができる。外部端子１１と電気部品との配線１２の距離が長く、配線１２の寄生インダクタンスが大きい場合であっても、大きな逆起電圧Ｖが発生しにくくなるため効果的に保護回路２又は抵抗値可変スイッチ１０の破壊を防ぐことが可能である。
　より効果的に逆起電圧の発生を抑え、過電圧による素子の破壊を防ぐ用途に適用することができる。
　１，２，３，４　保護回路
　１０　抵抗値可変スイッチ
　１１　外部端子
　２０　過電流検出部
　３０　制御電圧印加部
　３１　ＰＭＯＳトランジスタ
　３２　ＮＭＯＳトランジスタ
　３３　第１入力端子
　３４　第２入力端子
　４０　容量部
　５０　制御端子電圧変更部
　５１　スイッチ
　５２　抵抗器
　６０　制御端子電圧変更部
　６１　スイッチ
　７０　制御端子電圧変更部
　７１　電流源

Claims (4)

  1. 　制御端子，第１端子および第２端子を有し、前記制御端子に印加される制御電圧値Ｖ１～Ｖ２の範囲において前記第１端子と前記第２端子との間の抵抗値が前記制御電圧値に対して単調に連続的に変化し、前記制御電圧値がＶ１であるときの前記抵抗値より前記制御電圧値がＶ２であるときの前記抵抗値が大きい抵抗値可変スイッチと、
    　前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子に一端が接続された容量部と、
    　前記抵抗値可変スイッチの前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流が所定の閾値より大きくなると非有意値から有意値に転じる過電流検出信号を出力する過電流検出部と、
    　前記過電流検出信号が非有意値であるとき制御電圧値を出力端から出力して前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子に印加し、前記過電流検出信号が有意値になると前記出力端をハイインピーダンス状態にする制御電圧印加部と、
    　前記過電流検出信号が有意値になると、前記容量部を放電又は充電することで前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子の電圧値をＶ１からＶ２へ向けて連続的に変化させる制御端子電圧変更部と、
    を備えることを特徴とする保護回路。
  2. 　前記制御端子電圧変更部が、前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子と基準電位端子との間に直列的に設けられているスイッチおよび抵抗器を含み、前記過電流検出信号が有意値になると、前記スイッチをオンして、前記抵抗器の抵抗値および前記容量部の容量値に応じた速さで前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子の電圧値を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
  3. 　前記制御端子電圧変更部が、前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子と基準電位端子との間に設けられているスイッチを含み、前記過電流検出信号が有意値になると、前記スイッチをオンして、前記スイッチのオン抵抗値および前記容量部の容量値に応じた速さで前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子の電圧値を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
  4. 　前記制御端子電圧変更部が、前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子と基準電位端子との間に設けられている電流源を含み、前記過電流検出信号が有意値になると、前記電流源の動作を開始して、前記電流源の電流値および前記容量部の容量値に応じた速さで前記抵抗値可変スイッチの前記制御端子の電圧値を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
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