(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間に設けられ、電源スイッチからの通電信号により前記負荷への通電をオンオフ制御する第１トランジスタと、
前記電源と前記第１トランジスタとの間に直列接続されている電流検出抵抗と、
前記電源の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電流検出抵抗及び前記電圧検出回路にそのベースが接続され、その出力により前記第１トランジスタのベース電流を制限する第２トランジスタと、
を備え、
前記電流検出抵抗の両端の電圧が所定値を越えるときに前記第２トランジスタがオンとなって、該第２トランジスタの出力が前記第１トランジスタのベースに逆バイアスをかけることにより負荷電流が制限され、
前記電圧検出回路により検出される電圧が所定値を越えるときに前記第２トランジスタがオンとなって、該第２トランジスタの出力が前記第１トランジスタのベースに逆バイアスをかけることにより前記負荷に加わる電圧が制限され、
前記電圧検出回路は抵抗による分圧回路であり、
前記分圧回路の通電と前記第１トランジスタのオンオフとを、前記負荷からの通電保持信号により制御する第３トランジスタを更に備え、
前記第３トランジスタは、前記通電保持信号がオフであるときは、前記分圧回路に電流が流れないように遮断し、前記通電保持信号が出力されている間は、前記分圧回路に通電すると共に、前記第１トランジスタのベースにバイアスをかけて前記通電信号がオフとなっても前記負荷への通電をオンに保つことを特徴とする電源保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過電流及び過電圧から負荷を保護することができる電源保護回路に関する。詳しくは、車両に搭載されるＥＣＵ等の負荷を、少ない半導体素子で過電流及びサージによる過電圧から保護する電源保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両では、直流電源から各装置に電源を供給する電源ラインにサージが生じることがあるため、車両に備えられるＥＣＵ等の電子装置は、サージによる過電圧によって破損しないようにする必要がある。このため、例えば、ツェナーダイオードを用いた過電圧吸収回路が開示されている（特許文献１を参照。）。
特許文献１に記載された過電圧吸収回路は、電源が高電圧になったときにツェナーダイオード８が導通することにより電圧が制限されるため、負荷７を保護することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２５７４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載されているような過電圧吸収回路では、ツェナーダイオードの通電により過電圧が吸収されるので、サージの電圧が高い場合はツェナーダイオードを流れる電流が増加する。このため、ツェナーダイオードの定格電流を越える電流が流れた場合にはツェナーダイオードが破損してしまい、大きな電圧のサージに対する保護ができない。また、ツェナーダイオードのみでは、負荷に過電流が流れる場合に保護をすることができない。更に、暗電流が流れてしまうという問題もある。
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたもので、車両に搭載されるＥＣＵ等の負荷を、少ない半導体素子で過電流及びサージによる過電圧から保護し、暗電流を防止することも可能な電源保護回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記問題点を解決するために、本第１発明の電源保護回路は、電源と負荷との間に設けられ、電源スイッチからの通電信号により前記負荷への通電をオンオフ制御する第１トランジスタと、前記電源と前記第１トランジスタとの間に直列接続されている電流検出抵抗と、前記電源の電圧を検出する電圧検出回路と、前記電流検出抵抗及び前記電圧検出回路にそのベースが接続され、その出力により前記第１トランジスタのベース電流を制限する第２トランジスタと、を備え、前記電流検出抵抗の両端の電圧が所定値を越えるときに前記第２トランジスタがオンとなって、該第２トランジスタの出力が前記第１トランジスタのベースに逆バイアスをかけることにより負荷電流が制限され、前記電圧検出回路により検出される電圧が所定値を越えるときに前記第２トランジスタがオンとなって、該第２トランジスタの出力が前記第１トランジスタのベースに逆バイアスをかけることにより前記負荷に加わる電圧が制限され、前記電圧検出回路は抵抗による分圧回路であり、前記分圧回路の通電と前記第１トランジスタのオンオフとを、前記負荷からの通電保持信号により制御する第３トランジスタを更に備え、前記第３トランジスタは、前記通電保持信号がオフであるときは、前記分圧回路に電流が流れないように遮断し、前記通電保持信号が出力されている間は、前記分圧回路に通電すると共に、前記第１トランジスタのベースにバイアスをかけて前記通電信号がオフとなっても前記負荷への通電をオンに保つことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電源保護回路によれば、電流検出抵抗と電圧検出回路によりそれぞれ過電流と過電圧を検出して第２トランジスタをオンにし、更に第１トランジスタによって負荷への電源の供給を制御することによって、過電流と過電圧から負荷を保護することができる。すなわち、過電流時は負荷電流が一定値を越えないように制限し、過電圧時においても負荷への電源供給を制限することができる。また、半導体素子としてトランジスタを２つ用いるのみで、負荷への通電制御と、過電流及び過電圧からの保護とを行うことができるため、少ない部品点数及び簡素な回路により複数の効果を得ることができる。更に、負荷の容量が大きい用途であっても、ツェナーダイオードよりも応答性がよく、且つ安価なトランジスタを利用することができる。
【０００９】
また、前記電圧検出回路が抵抗による分圧回路であり、前記分圧回路の通電と前記第１トランジスタのオンオフとを、前記負荷からの通電保持信号により制御する第３トランジスタを更に備え、前記第３トランジスタは、前記通電保持信号がオフであるときは、前記分圧回路に電流が流れないように遮断し、前記通電保持信号が出力されている間は、前記分圧回路に通電すると共に、前記第１トランジスタのベースにバイアスをかけて前記通電信号がオフとなっても負荷への通電をオンに保つため、通電している負荷側からの制御によって、通電信号（例えば、電源スイッチの信号）の状態にかかわらず負荷の通電をオンに保持することができる。また、通電保持信号がオフして負荷に通電していないときは、第３トランジスタによって分圧回路に電流が流れないため、本電源保護回路によって電流（暗電流）が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述によって更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
【図１】電源保護回路の回路図である。
【図２】過電流保護が働いたときの(a)Ａ点、(b)Ｂ点及び(c)Ｃ点の電圧と、(d)Ｃ点の電流との変化を示すグラフ図である。
【図３】過電圧保護が働いたときの(a)Ａ点、(b)Ｂ点及び(c)Ｃ点の電圧の変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜３を参照しながら本発明の電源保護回路を詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
【００１２】
本電源保護回路は、図１に例示するように、電源２と負荷３との間に設けられ、通電信号ＳＷにより負荷３への通電をオンオフ制御する第１トランジスタＱ１と、電源２と第１トランジスタＱ１との間に直列接続されている電流検出抵抗Ｒ１と、電源２の電圧を検出する電圧検出回路１１と、第２トランジスタＱ２と、を備えている。第２トランジスタＱ２のベースには電流検出抵抗Ｒ１及び電圧検出回路１１が接続され、第２トランジスタＱ２の出力は第１トランジスタＱ１のベースに接続されている。
【００１３】
第２トランジスタＱ２は、オンになったときに第１トランジスタＱ１のベースに逆バイアスをかけるように接続されている。このため、第２トランジスタＱ２がオンになると、第１トランジスタＱ１のベース電流が減少し、負荷３に流れる電流を制限することができる。
第２トランジスタＱ２は、電流検出抵抗Ｒ１により検出される負荷３の過電流時、又は電圧検出回路１１により検出される電源２の過電圧時にオンとなって、負荷３に供給される電源（電流、電圧）を制限することができる。
【００１４】
電流検出抵抗Ｒ１は、電源ライン（図１の点Ａと点Ｃとの間）に直列に接続されているため、負荷３に流れる電流値に対応した電圧が両端に生じる。この電流値が過電流の基準となる所定値を越えて過電流状態になったときに第２トランジスタＱ２がオンとなるようにすることができる。そして、第２トランジスタＱ２がオンとなったとき、第２トランジスタＱ２により加えられる逆バイアスによって、第１トランジスタＱ１から負荷３に流れる電流が制限され、負荷３の過電流による破損を防ぐことができる。
【００１５】
電圧検出回路１１は、電源電圧が過電圧の基準となる所定値を越えて過電圧状態になったときに、第２トランジスタＱ２をオンとするように設けられている。このような電圧検出回路１１は、任意の回路により構成することができる。例えば、図１に示す抵抗Ｒ２、Ｒ３による分圧回路を挙げることができる。分圧回路によって電源電圧を分圧して得られる電圧が所定値以上になると、第２トランジスタＱ２がオンとなる。
第２トランジスタＱ２がオンとなったとき第１トランジスタＱ１のベースに逆バイアスをかけるため、負荷３にかかる電圧が過電圧状態を維持しないように制限することができる。更に、逆バイアスとして流れる電流が多い場合、又は電源電圧が過電圧状態を維持している場合は、逆バイアスがより大きくなって第１トランジスタＱ１がオフ状態となり、負荷３への通電を遮断することができる。
【００１６】
更に、電圧検出回路１１として抵抗による分圧回路を用いる場合、その分圧回路の通電と、第１トランジスタＱ１のオン、オフとを、負荷３から出力される通電保持信号ＨＯＬＤにより制御するための保持回路１２を備えることができる。保持回路１２には第３トランジスタＱ３を具備し、通電保持信号ＨＯＬＤが出力されている間は、第３トランジスタＱ３により第１トランジスタＱ１のベースにバイアスをかけて、負荷３への電源の供給を保つように構成することができる。
この通電保持信号ＨＯＬＤは、通電信号ＳＷがなくなっても負荷３に対して継続して通電し、負荷３が必要とするタイミングで解除される信号である。通電保持信号ＨＯＬＤは、負荷３によって任意のタイミングで解除（オフ）するようにすることができる。
【００１７】
このような電源保護回路１の動作を、図１に例示した回路に基づいて説明する。電源保護回路１は、直流電源２から負荷３（車両用のマイクロコンピュータであるＥＣＵ）に供給される電源を制御する回路である。直流電源２の出力（＋Ｂ）は、電流検出抵抗Ｒ１、第１トランジスタＱ１及び電圧レギュレータ回路５を介して、負荷３の電源端子に接続されている。
【００１８】
電源保護回路１は、スイッチ回路４から通電信号ＳＷが出力される（オンになる）と、第１トランジスタＱ１のベースにバイアスがかかってオンとなり、電流検出抵抗Ｒ１を介して負荷３に電流が流れる。また、通電された負荷３は、即座に通電保持信号ＨＯＬＤを出力することで保持回路１２をオンにする。保持回路１２の第３トランジスタＱ３は、電圧検出回路１１に通電すると共に、第１トランジスタＱ１にバイアスをかけ、通電信号ＳＷがオフとなっても第１トランジスタＱ１を継続してオンに保ち、負荷３への通電を継続させる。
【００１９】
このとき、負荷３に流れる通常範囲の電流では、電流検出抵抗Ｒ１の両端に生じる電圧により第２トランジスタＱ２がオンとならないように、電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値が設定されている。且つ、電流検出抵抗Ｒ１の抵抗値は、負荷３に過電流が流れたとき、その両端に生じる電圧値によって第２トランジスタＱ２がオンとなるように設定されている。
また、負荷３に加わる電圧が通常範囲の電圧であれば、電圧検出回路の抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧される電圧により第２トランジスタＱ２がオンとならないように、抵抗Ｒ２及びＲ３の抵抗値が設定されている。且つ、抵抗Ｒ２及びＲ３の抵抗値は、負荷３に加わる電圧が過電圧状態になったとき、電圧検出回路の抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧される電圧により第２トランジスタＱ２がオンとなるように設定されている。
これにより、負荷３に供給される電源が過電流又は過電圧となった場合は、第２トランジスタＱ２がオンとなり、第１トランジスタＱ１に逆バイアスをかけることとなるため、負荷３への通電を制限することができる。
【００２０】
上記のように、負荷３への通電のオンオフ制御を行う第１トランジスタＱ１に、第２トランジスタＱ２を接続し、第１トランジスタＱ１及び第２トランジスタＱ２により、過電圧及び過電流の双方に対する保護動作をさせることができる。また、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２として、負荷電流が大きい用途であっても、一般的なツェナーダイオードよりも応答速度が速く、安価なトランジスタを使用することができる。
更に、負荷３への通電を行っていない期間は、保持回路１２の第３トランジスタＱ３により、電圧検出回路１１の抵抗Ｒ２、Ｒ３に電流が流れないように遮断されるため、負荷３の非通電時において本電源保護回路によって生じる電流（暗電流）をなくすことができる。
【００２１】
本電源保護回路１による過電流保護の例を図２に示す。図２は、負荷３が短絡したときにおける、(a)電源２と電流検出抵抗Ｒ１との間の配線上のＡ点、(b)第２トランジスタＱ２の出力に接続されている配線上のＢ点、並びに(c)第１トランジスタＱ１の出力と電圧レギュレータ回路５との間の配線上のＣ点、の３点における電圧の変化と、(d)Ｃ点の電流の変化を計測したグラフである。
Ｃ点と接地（ＧＮＤ）との間で短絡が生じる時点（図２の時点Ｐ１）以前は、図２(b)に示すようにＢ点の電圧は第１トランジスタＱ１の通電が妨げられる電圧Ｅより低い。そして、Ｃ点と接地との間で短絡が生じる（時点Ｐ１以降）と、電流検出抵抗Ｒ１の両端間の電圧が上昇して第２トランジスタＱ２がオンになり、Ｂ点の電圧が前記電圧Ｅよりも高くなる。これにより第１トランジスタＱ１に流れる電流が制限される。その結果、図２(d)に示すように負荷３に流れる電流（Ｃ点の電流）が制限されることとなる。
尚、負荷３に流れる電流は、第１トランジスタＱ１がオフになっていないため不完全な遮断になっているが、図２(d)に示すように、通常の電流に対して一定範囲（本例では、９倍程度）の増加に留まっている。これは、図２(a)に示すように、Ａ点における電源２の電圧が維持されているにもかかわらず、図２(c)に示すように、Ｃ点の電圧が時点Ｐ１以降では電源２の電圧未満に下がっており、電源保護回路１が更なる過電流が流れることを制限しているためである。
【００２２】
また、本電源保護回路１による過電圧保護の例を図３に示す、図３(a)〜(c)は、電源ライン（Ａ点）に、通常の約８倍（約１００Ｖ）の電圧をパルスで印加したときにおける、Ａ〜Ｃ点における電圧の変化を計測したグラフである。
図３のグラフ（ａ）に示すように電源にサージパルスが印加される（図３の時点Ｐ２）と、電圧検出回路１１で分圧される電圧が上昇して第２トランジスタＱ２がオンになり、図３(b)に示すようにＢ点の電圧が上昇して第１トランジスタＱ１に逆バイアスがかかる。これにより第１トランジスタＱ１のベースに流れる電流が制限されて、図３(c)に示すように負荷３側に加わる電圧（Ｃ点の電圧）が制限される。そうすると、瞬間的に通常を超える電圧（本例では、約１．５倍）が負荷３側の電圧レギュレータ回路５にかかるが、その後に大きな電圧が加わることはなく、過電圧状態が抑制されていることがわかる。
このように、本電源保護回路によって過電流状態及び過電圧状態が抑制され、負荷３や電圧レギュレータ回路５が保護されることがわかる。
【００２３】
尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。本電源保護回路は、例えば、室内照明（装飾目的を含む、ドアカーテシランプコントローラ、リーディングライトコントローラ）用の制御回路、ヒータ用の制御回路等の電源保護回路として使用することができる。また、本電源保護回路は高電圧のサージが発生しやすい車両用に特に適するが、この用途に限られず、屋外用の各種負荷（例えば照明や計測機器等）に用いてもよいし、屋内用の各種負荷に用いてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１；電源保護回路、１１；電圧検出回路、１２；保持回路、２；電源、３；負荷、４；スイッチ回路、５；電圧レギュレータ回路、Ｑ１；第１トランジスタ、Ｑ２；第２トランジスタ、Ｑ３；第３トランジスタ、Ｒ１；電流検出抵抗、Ｒ２、Ｒ３；抵抗。
【図１】
0005737124.tif 000002
【図２】
0005737124.tif 000003
【図３】
0005737124.tif 000004