(57)【要約】【課題】ダイオードの種類を選ぶことなく、比較的簡易な構成で、所望する電圧に対する過電圧保護を可能とする。【解決手段】正極用過電圧保護回路１０１は、正極用第１及び第２のダイオード１１，１２と電流設定用抵抗器１３を有してなり、負極用過電圧保護回路１０２は、負極用第１及び第２のダイオード２１，２２と電流設定用抵抗器２３を有してなり、正極性のサージに対しては、正極用第１のダイオード１１が導通することで、比較器１の反転入力端子の電圧Ｖ１は、電源電圧ＶＣＣにクランプされる一方、負極性のサージに対しては、負極用第１のダイオード２１が導通することで、比較器１の反転入力端子の電圧Ｖ１は、電源電圧−ＶＣＣにクランプされるようになっている。【選択図】図１
2010220390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、前記過電圧入力の極性に対して順方向となるようにその一端が前記電子回路又は電子部品の入力端に、他端が前記抵抗器の一端に、それぞれ接続され、前記抵抗器の他端はグランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、前記第１のダイオードに対して逆方向となるように、その一端が前記第１のダイオードと前記抵抗器の接続点に接続され、他端には、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなることを特徴とする過電圧保護回路。
【請求項２】
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、アノードが前記電子回路又は電子部品の入力端に、カソードが前記抵抗器の一端に接続され、前記抵抗器の他端は、グランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、カソードが前記第１のダイオードのカソードと前記抵抗器の接続点に接続され、アノードには、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなり、正極性の過電圧入力に対する前記電子回路又は電子部品の保護を可能としたことを特徴とする過電圧保護回路。
【請求項３】
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、カソードが前記電子回路又は電子部品の入力端に、アノードが前記抵抗器の一端に接続され、前記抵抗器の他端は、グランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、アノードが前記第１のダイオードのアノードと前記抵抗器の接続点に接続され、カソードには、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなり、負極性の過電圧入力に対する前記電子回路又は電子部品の保護を可能としたことを特徴とする過電圧保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護回路に係り、特に、簡易な構成でクランプ電圧設定の自由度の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回路としては、例えば、過電圧保護の対象となる回路や半導体素子の入力段と電源ラインとの間にＰＮ接合のダイオードやツェナーダイオードを設け、電源電圧＋ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧、又は、ツェナー電圧を超える入力電圧の阻止を図った回路が多く用いられている（例えば、特許文献１、２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２０９９号公報（第３−４頁、図１−図７）
【特許文献２】実開平３−１０６３１号公報（第７−９頁、図１−図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、集積回路の過電圧保護を目的とした場合、集積回路が耐え得る過電圧は、通常、正極側は、電源電圧ＶＣＣ＋０.３Ｖまでであり、負極側は、−（ＶＣＣ＋０.３）Ｖまでであり、これらを超える電圧に対しては過電圧保護を図る必要がある。
ところが、通常用いられるＰＮ接合のダイオードの順方向電圧降下は大凡０．６Ｖ程度であることから、先の従来の過電圧保護回路において、通常のダイオードを用いた場合、＋（ＶＣＣ＋０.６）Ｖ以上、又は、−（ＶＣＣ＋０.６）Ｖ以下の電圧入力を阻止、すなわち、クランプすることはできるが、上述のように半導体素子にとって過電圧となる入力電圧でクランプすることはできない。
【０００５】
このため、上述した従来の過電圧保護回路を用いて半導体素子の過電圧保護を行うには、通常のダイオードに代えて、電圧降下がより小さなダイオード、例えばショットキーダイオード等を用いる必要があるが、ショットキーダイオードは通常のダイオードに比べて高価であるという問題がある。
また、従来回路の場合、クランプ電圧は、ダイオードの順方向電圧で定まる構成であり、任意の値を選択することができず、回路設計の自由度が小さいという欠点がある。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ダイオードの種類を選ぶことなく、比較的簡易な構成で、所望する電圧に対して過電圧保護を図ることのできる過電圧保護回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過電圧保護回路は、
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、前記過電圧入力の極性に対して順方向となるようにその一端が前記電子回路又は電子部品の入力端に、他端が前記抵抗器の一端に、それぞれ接続され、前記抵抗器の他端はグランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、前記第１のダイオードに対して逆方向となるように、その一端が前記第１のダイオードと前記抵抗器の接続点に接続され、他端には、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過電圧保護回路は、
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、アノードが前記電子回路又は電子部品の入力端に、カソードが前記抵抗器の一端に接続され、前記抵抗器の他端は、グランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、カソードが前記第１のダイオードのカソードと前記抵抗器の接続点に接続され、アノードには、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなり、正極性の過電圧入力に対する前記電子回路又は電子部品の保護を可能としたものも好適である。
さらに、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る過電圧保護回路は、
電子回路又は電子部品を、過電圧入力から保護する過電圧保護回路であって、
第１及び第２のダイオードと抵抗器を有し、
前記第１のダイオードは、カソードが前記電子回路又は電子部品の入力端に、アノードが前記抵抗器の一端に接続され、前記抵抗器の他端は、グランドに接続される一方、
前記第２のダイオードは、アノードが前記第１のダイオードのアノードと前記抵抗器の接続点に接続され、カソードには、所望するクランプ電圧と同一の電圧が印加されるよう構成されてなり、負極性の過電圧入力に対する前記電子回路又は電子部品の保護を可能としたものでも好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来と異なり、クランプ電圧の大きさによって使用するダイオードの種類を選別することなく、簡易な回路構成で所望のクランプ電圧の過電圧保護回路を得ることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態の過電圧保護回路の第１の構成例における回路図である。
【図２】図１に示された過電圧保護回路に正極性のサージが入力された場合の主要部における波形図であって、図２（Ａ）は入力端における入力信号の波形図、図２（Ｂ）は比較器の信号入力端における入力信号の波形図、図２（Ｃ）は比較器の出力波形図である。
【図３】図１に示された過電圧保護回路に負極性のサージが入力された場合の主要部における波形図であって、図３（Ａ）は入力端における入力信号の波形図、図３（Ｂ）は比較器の信号入力端における入力信号の波形図、図３（Ｃ）は比較器の出力波形図である。
【図４】本発明の実施の形態の過電圧保護回路の第２の構成例における回路図である。
【図５】図４に示された過電圧保護回路の主要部における波形図であって、図５（Ａ）は入力端における入力信号の波形図、図５（Ｂ）は演算増幅器の信号入力端における入力信号の波形図、図５（Ｃ）は演算増幅器の出力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、図１を参照しつつ第１の構成例について説明する。
この第１の構成例は、比較器１の過電圧保護を図るため、正極用過電圧保護回路１０１と負極用過電圧保護回路１０２が、それぞれ設けられた例である。
以下、具体的な回路構成について説明すれば、まず、比較器１は、その反転入力端子がシリーズ抵抗器（図１においては「Ｒ１」と表記）２を介して入力電圧ＶＩＮが印加可能とされると共に、反転入力端子とグランドとの間には、コンデンサ（図１においては「Ｃ１」と表記）３が接続されており、このコンデンサ３とシリーズ抵抗器２とでローパスフィルタが構成されたものとなっている。
【００１１】
一方、比較器１の非反転入力端子には、定電圧源５が接続され、所定の基準電圧Ｖｔｈが印加されるようになっている。
本発明の実施の形態における比較器１は、２電源式のものであり、そのため、正極電源電圧ＶＣＣ（＋５Ｖ）と負極電源電圧−ＶＣＣ（−５Ｖ）とがそれぞれ印加されるようになっている。また、比較器１の出力段は、いわゆるオープンコレクタとなっているため、プルアップ抵抗器（図１においては「Ｒｐ」と表記）４を介して正極電源電圧ＶＣＣが印加されるようになっている。
【００１２】
そして、かかる比較器１に対して、正極側の過大入力保護のための正極用過電圧保護回路１０１と、負極側の過大入力保護のための負極用過電圧保護回路１０２とが以下に説明するように設けられている。
最初に、正極用過電圧保護回路１０１について説明すれば、この正極用過電圧保護回路１０１は、正極用第１及び第２のダイオード（図１においては、それぞれ「Ｄp1」、「Ｄp2」と表記）１１，１２と電流設定用抵抗器（図１においては「Ｒpc」と表記）１３とを具備して構成されたものとなっている。
【００１３】
正極用第１のダイオード１１は、そのアノードが比較器１の反転入力端子に接続される一方、カソードが正極用第２のダイオード１２のカソードと接続されると共に、この接続点とグランドとの間には、電流設定用抵抗器１３が接続されたものとなっている。
そして、正極用第２のダイオード１２のアノードには、正極電源電圧ＶＣＣが印加されるようになっている。
【００１４】
一方、負極用過電圧保護回路１０２は、負極用第１及び第２のダイオード（図１においては、それぞれ「Ｄn1」、「Ｄn2」と表記）２１，２２と電流設定用抵抗器（図１においては「Ｒnc」と表記）２３とを具備して構成されたものとなっている。
負極用第１のダイオード２１は、そのカソードが比較器１の反転入力端子に接続される一方、アノードが負極用第２のダイオード２２のアノードと接続されると共に、この接続点とグランドとの間には、電流設定用抵抗器２３が接続されたものとなっている。
そして、負極用第２のダイオード２２のカソードには、負極電源電圧−ＶＣＣが印加されるようになっている。
【００１５】
次に、かかる構成における動作について、図２及び図３を参照しつつ説明する。
最初に、正極性のサージ電圧が入力された場合について図２を参照しつつ説明する。まず、前提として、比較器１に正常時にシリーズ抵抗器２を介して入力される入力電圧ＶＩＮは、図２（Ａ）に示されたような正極性の５Ｖの方形波信号であるとする。
【００１６】
かかる５Ｖの方形波信号が入力されると、そのレベルが閾値Ｖｔｈ（＜ＶＣＣ）を超えたところで比較器１の出力ＶＯＵＴは、論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルから論理値Ｌｏｗに相当するレベルとなる。すなわち、本発明の実施の形態においては、＋５Ｖからグランド電位となる（図２（Ａ）及び図２（Ｃ）参照）。
一方、ＶＩＮが、論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルから論理値Ｌｏｗに相当するレベルとなると、比較器１の出力ＶＯＵＴは、再び論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルとなる（図２（Ａ）及び図２（Ｃ）参照）。
【００１７】
このように、正常な信号入力がなされ、比較器１が正常動作している状態にあって、正極用過電圧保護回路１０１においては、正極用第２のダイオード１２が導通状態となっており、そのカソードと電流設定用抵抗器１３との接続点ａの電圧は、ＶＣＣ−Ｖf2pとなる。ここで、Ｖf2pは、正極用第２のダイオード１２の順方向電圧である。通常用いられるＰＮ接合ダイオードでは、その順方向電圧Ｖｆは、大凡０.６〜０.７Ｖ程度である。
【００１８】
一方、正極用第１のダイオード１１が導通状態となるためには、そのアノードの電圧が、上述の接続点ａの電圧（ＶＣＣ−Ｖf2p）に対して、正極用第１のダイオード１１の順方向電圧Ｖf1分だけ高くなる必要がある。すなわち、正極用第１のダイオード１１のアノードの電圧が（ＶＣＣ−Ｖf2p）＋Ｖf1pを超える必要がある。ここで、Ｖf1p＝Ｖf2p＝Ｖfであると仮定すると、正極用第１のダイオード１１が導通状態となるには、そのアノードの電圧がＶＣＣを超える必要があることとなるが、正常な動作状態においては、そのような入力がなされることは無いため、正極用第１のダイオード１１は、非導通状態となっている。
なお、正極用第１及び第２のダイオード１１，１２は、同一の特性の２つのダイオードが一つのパッケージに収納されたものを用いることで、Ｖf1p＝Ｖf2p＝Ｖfの実現が容易となる。
【００１９】
一方、負極用過電圧保護回路１０２においては、負極用第２のダイオード２２が導通状態となっており、そのアノードと電流設定用抵抗器２３との接続点ｂの電圧は、−（ＶＣＣ−Ｖf2n）となる。
そして、負極用第１のダイオード２１は、そのカソードの電圧が、−｛（ＶＣＣ−Ｖf2n）＋Ｖf1n｝、すなわち、Ｖf1n＝Ｖf2n＝Ｖｆであると仮定すると、−ＶＣＣを下回ると導通状態となるが、正常な動作状態においては、そのような入力がなされることは無いため、負極用第１のダイオード２１は、非導通状態となっている。
【００２０】
しかして、電源電圧ＶＣＣ（＋５Ｖ）を遙かに超える矩形波状の正極性のサージが、例えば、信号入力の休止期間に生じ（図２（Ａ）参照）、シリーズ抵抗器２を介して侵入してきたとすると、正極用第１のダイオード１１のアノード側の電圧がカソード側の電圧（ＶＣＣ−Ｖf2p）を遙かに超えるため、正極用第１のダイオード１１は導通することとなる。その結果、正極用第１のダイオード１１のアノード側、すなわち、比較器１の反転入力端子の電圧Ｖ１は、上述の接続点ａの電圧（ＶＣＣ−Ｖf2p）に対して、正極用第１のダイオード１１の順方向電圧Ｖf1p分だけ高い電圧、すなわち、ＶＣＣにクランプされることとなる（図２（Ｂ）参照）。なお、ここで、先に述べたように、Ｖf1p＝Ｖf2p＝Ｖｆであるとする。
したがって、比較器１の出力電圧ＶＯＵＴは、サージの入力に対応する期間、論理値Ｌｏｗに相当するレベルとなる（図２（Ｃ）参照）だけで済み、ＶＣＣを超える電圧が比較器１の動作に直接影響を与えることは無い。
【００２１】
次に、負極性のサージが侵入した場合について、図３を参照しつつ説明する。
正常時の状態については、図２を参照しつつ説明した正極性のサージの侵入の場合と同様であるので（図３（Ａ）参照）、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
しかして、電源電圧−ＶＣＣ（−５Ｖ）を遙かに超える矩形波状の負極性のサージが、例えば、信号入力の休止期間に生じ（図３（Ａ）参照）、シリーズ抵抗器２を介して侵入してきたとすると、負極用第１のダイオード２１のカソード側の電圧がアノード側の電圧−（ＶＣＣ−Ｖf2n）より遙かに低い電圧となるため、負極用第１のダイオード２１は導通することとなる。その結果、負極用第１のダイオード２１のカソード側、すなわち、比較器１の反転入力端子の電圧Ｖ１は、接続点ｂの電圧−（ＶＣＣ−Ｖｆ）に対して、負極用第１のダイオード２１の順方向電圧Ｖf1n＝Ｖｆ分だけ低い電圧、すなわち、−ＶＣＣにクランプされることとなる（図３（Ｂ）参照）。なお、ここで、Ｖf1n＝Ｖf2n＝Ｖｆであるとする。
この例の場合、サージは、比較器１の基準電圧Ｖｔｈ以下であるので、サージが入力された期間における比較器１の出力電圧ＶＯＵＴに影響を与えることは無い（図３（Ｃ）参照）。
【００２２】
次に、第２の構成例について、図４を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明する。
上述した第１の構成例は、サージを正、又は、負電源電圧にクランプできる構成としたものであるのに対して、この第２の構成例は、任意の電圧にクランプ可能に構成されたものである。
【００２３】
以下、具体的な回路構成について説明すれば、まず、この第２の構成例は、演算増幅器３１によるボルテージフォロア回路が構成され、その正極性のサージ入力を所要の電圧ＶＣＣ２にクランプ可能とする正極用過電圧保護回路１０１Ａが設けられたものとなっている。
すなわち、演算増幅器３１は、その非反転入力に、シリーズ抵抗器２を介して入力電圧ＶＩＮが印加されるようになっている一方、反転入力端子と出力端子との間には、フィードバック抵抗器（図４においては「Ｒｆ」と表記）３２が接続されてボルテージフォロア回路が構成されたものとなっている。
【００２４】
正極用過電圧保護回路１０１Ａは、正極用第２のダイオード１２のアノード側の接続を除けば、他の部分は、図１に示された第１の構成例と同一である。
すなわち、正極用第２のダイオード１２のアノードには、電圧源３３の正極が接続されており、この電圧源３３の負極側はグランドに接続されたものとなっている。
かかる電圧源３３は、所要のクランプ電圧と同一の電圧ＶＣＣ２を出力可能に構成されてなるもので、この構成例においては、ＶＣＣ２は、演算増幅器３１の同相入力電圧の上限値である３.５Ｖに設定されたものとなっている。
【００２５】
次に、かかる構成における正極用過電圧保護回路１０１Ａの動作について、図５を参照しつつ説明する。なお、正極用過電圧保護回路１０１Ａの基本的な動作は、図１に示された第１の構成例と同様であるので、以下、概略的に説明することとする。
まず、上記構成において、接続点ａの電圧は、ＶＣＣ２−Ｖｆ＝３.５Ｖ−Ｖｆとなる。
【００２６】
そして、例えば、シリーズ抵抗器２を介して、５Ｖの方形波信号が入力されたとすると（図５（Ａ）参照）、正極用第１のダイオード１１は、そのアノード側の電圧が、（３.５Ｖ−Ｖｆ）＋Ｖｆ＝３.５Ｖを超えると導通状態となるため、演算増幅器３１の非反転入力端子は、３.５Ｖにクランプされることとなる（図５（Ｂ）参照）。
したがって、演算増幅器３１の出力電圧ＶＯＵＴも、３.５Ｖの方形波信号となる（図５（Ｃ）参照）。
なお、この構成例においては、ＶＣＣ２を３.５Ｖに設定したが、これに限定される必要はないことは勿論であり、所望する電圧に設定し得るものである。
【００２７】
また、上述した第１の構成例においては比較器１を、第２の構成例においては演算増幅器３１を過電圧保護の対象としたが、本発明に係る過電圧保護回路は、このように半導体素子の過電圧保護に限定される必要はなく、いわゆるディスクリートに構成されたアナログ回路等にも勿論、同様に適用できるものである。
【符号の説明】
【００２８】
１…比較器
１１…正極用第１のダイオード
１２…正極用第２のダイオード
１３…電流設定用抵抗器
２１…負極用第１のダイオード
２２…負極用第２のダイオード
２３…電流設定用抵抗器
１０１…正極用過電圧保護回路
１０２…負極用過電圧保護回路
【図１】
2010220390.tif 000003
【図２】
2010220390.tif 000004
【図３】
2010220390.tif 000005
【図４】
2010220390.tif 000006
【図５】
2010220390.tif 000007