(57)【要約】【課題】  過大出力電流から出力トランジスタを保護するためにヒューズ抵抗を挿入し、また過大電流が出力されたときに出力トランジスタのベース・エミッタ間を短絡する保護回路を設けていたが、回路構成が複雑であり、またヒューズ抵抗を交換しなければならなかったという課題を解決する。【解決手段】  出力トランジスタのエミッタと出力端子との間に抵抗を配置し、前記出力トランジスタのベースと前記抵抗の出力端子が接続されている側との間にダイオードを接続した。ダイオードと抵抗のみで電流制限回路を構成して出力トランジスタを保護することができる。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力保護回路を具備した電圧出力回路であって、
電圧信号がそのベースに入力され、この電圧信号に関連する電圧をそのエミッタから出力するトランジスタと、
前記トランジスタのエミッタにその一端が接続される抵抗と、
前記抵抗の他端にその一端が、前記トランジスタのベースにその他端が接続されるダイオードと、
で構成されたことを特徴とする電圧出力回路。
【請求項２】
前記トランジスタは、そのコレクタに正電源が接続されたＮＰＮトランジスタと、そのコレクタに負電源が接続されたＰＮＰトランジスタで構成され、これらのトランジスタのエミッタが共通接続されると共に、そのベースに前記電圧信号が入力される構成を具備していることを特徴とする請求項１記載の電圧出力回路。
【請求項３】
前記ダイオードは、互いに逆極性で並列接続されたダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の電圧出力回路。
【請求項４】
前記ダイオードは、少なくとも２個のダイオードを直列接続した構成を具備していることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電圧出力回路。
【請求項５】
前記トランジスタのベース・エミッタ間電圧と前記ダイオードの順方向電圧がほぼ等しくなるようにされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の電圧出力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は出力保護回路を内蔵した電圧出力回路に関し、特に磁気式ドライバモータ内蔵位置検出器レゾルバの励磁回路の駆動に用いて好適な保護回路を具備した電圧出力回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３に、磁気式ドライバモータ内蔵位置検出器レゾルバの励磁回路を駆動する電圧出力回路の構成を示す。図３において、出力周波数３．１２５ｋＨｚの発振器１０の出力はオペアンプ１１に入力される。このオペアンプ１１の出力は、直列接続されたハイ側出力トランジスタ１２とロー側出力トランジスタ１３のベースに印加される。この出力トランジスタ１２、１３の出力電流はヒューズ抵抗１４を介してモータレゾルバ１５に出力される。
【０００３】
図４に、オペアンプ１１と出力トランジスタ１２、１３の部分の回路図を示す。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図４において、発振器１０の出力は抵抗を介してオペアンプ１１に入力される。ＮＰＮトランジスタで構成されたハイ側出力トランジスタ１２と、ＰＮＰトランジスタで構成されたロー側出力トランジスタ１３は直列接続され、それらのベースには抵抗を介してオペアンプ１１の出力が入力される。電圧出力はこれらトランジスタ１２、１３のエミッタ側から出力される。なお、モータからの逆起電力を吸収するために、ハイ側出力トランジスタ１２、ロー側出力トランジスタ１３に並列にダイオード１６、１７が配置されている。
【０００４】
このような電圧出力回路では、出力トランジスタ１２、１３を保護するために、２つの過電流防止対策がなされている。過電流防止対策の１つはヒューズ抵抗１４である。過電流が流れるとヒューズ抵抗１４が切れ、電流が流れる経路を遮断する。
【０００５】
もう１つの過電流防止対策は、電流制限回路である。ハイ側出力トランジスタ１２のエミッタ電流は抵抗１８を流れ、電圧降下を発生させる。この電圧降下が一定値以上になるとトランジスタ１９がオンになり、ハイ側出力トランジスタ１２のベースとエミッタを短絡する。このようにして、ハイ側出力トランジスタ１２のエミッタ電流が制限される。
【０００６】
同様に、ロー側出力トランジスタ１３のエミッタ電流は抵抗２１を流れ、電圧降下を発生させる。この電圧降下が一定値以上になるとトランジスタ２２がオンし、ロー側出力トランジスタ１３のベースとエミッタが短絡して、そのエミッタ電流が制限される。なお、トランジスタ１９および２２には逆方向に流れる電流が流入することがある。そのため、これらのトランジスタのコレクタ、エミッタ間にツェナダイオード２０、２３を挿入して、逆方向電流をバイパスする。
【特許文献１】特開２００６−２５８７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような電圧出力回路には、次のような課題があった。過電流はヒューズ抵抗１４が切れることで阻止されるが、ヒューズ抵抗１４が切れると交換しなければならず、手数がかかるという課題があった。
【０００８】
また、抵抗１８、２１、トランジスタ１９，２２で構成される電流制限回路は、逆方向電流をバイパスするためにツェナダイオード２０、２３が必要であり、回路構成が複雑になってしまうという課題もあった。
【０００９】
従来、図３，４のような構成を有する、小型モータを駆動する専用ＩＣが数多く市販されていたが、近年生産が縮小され、種類が少なくなってきている。そのため、ピン互換性がなくなり、使用しているＩＣが生産中止になると、新しく採用するＩＣに合わせて、プリント基板を作り替えなければならないという課題もあった。
【００１０】
従って本発明の目的は、構成が簡単であり、かつ過電流検出感度が低下することがない保護回路を具備した電圧出力回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
出力保護回路を具備した電圧出力回路であって、
電圧信号がそのベースに入力され、この電圧信号に関連する電圧をそのエミッタから出力するトランジスタと、
前記トランジスタのエミッタにその一端が接続される抵抗と、
前記抵抗の他端にその一端が、前記トランジスタのベースにその他端が接続されるダイオードと、
で構成されたものである。簡単な構成で出力電流を制限して、出力トランジスタ保護する回路を構成することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記トランジスタは、そのコレクタに正電源が接続されたＮＰＮトランジスタと、そのコレクタに負電源が接続されたＰＮＰトランジスタで構成され、これらのトランジスタのエミッタが共通接続されると共に、そのベースに前記電圧信号が入力される構成を具備したものである。正負両方向の電流を出力できる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２記載の発明において、
前記ダイオードを、互いに逆極性で並列接続されたダイオードで構成したものである。正負両方向の電流を制限できる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３記載の発明において、
前記ダイオードを、少なくとも２個のダイオードを直列接続して構成したものである。汎用のダイオードを用いることができる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４記載の発明において、
前記トランジスタのベース・エミッタ間電圧と前記ダイオードの順方向電圧がほぼ等しくなるようにしたものである。設計が簡単になる。
【発明の効果】
【００１６】
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。
請求項１，２、３、４および５の発明によれば、保護回路を具備した電圧出力回路を、電圧を出力するトランジスタと、そのエミッタにその一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端と前記トランジスタのベースに接続されたダイオードで構成した。
【００１７】
ダイオードと抵抗を用いるだけで電流制限回路を構成でき、出力トランジスタ保護機能を有する電圧出力回路を実現することができるという効果がある。また、構成部品が少なくなるので、簡単に素子の定数設計を行うことができ、コストを低減することができるという効果もある。回路構成は従来例と比べて大幅に簡略化されるが、同程度の電流制限機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る電圧出力回路の一実施例を示す構成図である。なお、図４と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、発振器１０の出力は抵抗を介してオペアンプ１１の反転入力端子に入力される。このオペアンプ１１の非反転入力端子は共通電位点に接続される。レゾルバ回路に給電する場合、発振器１０の出力周波数は、例えば３ｋＨｚに設定される。
【００１９】
オペアンプ１１の出力は、発振防止部３１を経由して出力トランジスタ１２と１３のベースに入力される。発振防止部３１については後述する。３２はダイオードアレイであり、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されている。Ｄ１とＤ２は同じ向きに直列接続されている。すなわち、ダイオードＤ１のカソードはダイオードＤ２のアノードに接続されている。ダイオードＤ３とＤ４も同じ向きに直列接続されている。すなわち、ダイオードＤ４のカソードはダイオードＤ３のアノードに接続されている。
【００２０】
ダイオードＤ１とＤ２の直列回路、およびダイオードＤ３とＤ４の直列回路は逆向きに並列接続されている。すなわち、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ３のカソード、およびダイオードＤ２のカソードとダイオードＤ４のアノードが共通接続されている。このダイオードアレイ３２の一端は出力トランジスタ１２、１３のベースに接続されている。
【００２１】
出力トランジスタ１２と１３のエミッタは共通接続されている。３３は抵抗であり、その一端は出力トランジスタ１２、１３のエミッタに、他端はダイオードアレイ３２の他端に接続されている。この抵抗３３とダイオードアレイ３２の接続点が出力端子ＯＵＴであり、この出力端子ＯＵＴから電圧が励磁回路等の負荷に出力される。
【００２２】
出力トランジスタ１２のコレクタには、正電源から＋Ｖｐの電圧が供給される。同様に、出力トランジスタ１３のコレクタには、負電源から−Ｖｎの電圧が供給される。出力トランジスタ１２のコレクタと出力端子ＯＵＴの間には逆起電力吸収用ダイオード１６が、出力トランジスタ１３のコレクタと出力端子ＯＵＴとの間には逆起電力吸収用ダイオード１７が接続されている。
【００２３】
出力端子ＯＵＴの電圧はゲイン調整部３０を経由してオペアンプ１１の反転入力端子に帰還される。ゲイン調整部３０は、その内部の可変抵抗を調整することにより出力電圧値を変化させることができる。この可変抵抗はＡＣカップリングで接続された外付けのジグ回路を用いて調整するが、その際出力トランジスタ１２、１３が発振することがあるので、発振防止部３１を設けて発振を防いでいる。なお、発振防止部３１、ゲイン調整部３０は本発明の動作と直接関係がないので、詳細な説明を省略する。
【００２４】
次に、この実施例の動作を説明する。なお、電流が出力端子ＯＵＴから負荷（図示せず）に流れ出しているものとする。また、出力トランジスタ１２と１３のベース・エミッタ間電圧をＶＢＥとする。出力電流は抵抗３３を通過するので、抵抗３３には出力電流値に比例する電圧（以下ΔＶと称する）が発生する。このため、トランジスタアレイ３２には、ΔＶ＋ＶＢＥの電圧が印加される。
【００２５】
ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧を加算した電圧をＶ２ｎとする。出力電流値が小さく、
ΔＶ＋ＶＢＥ＜Ｖ２ｎ
であるとダイオードＤ１、Ｄ２はオフになる。ダイオードＤ３、Ｄ４は逆方向に接続されているので常時オフなので、ダイオードアレイ３２は接続されていないと考えてよい。出力トランジスタ１２、１３はオペアンプ１１の出力で駆動され、出力電圧はオペアンプ１１の入力電圧に比例して変化する。
【００２６】
出力電流が増加してΔＶが大きくなり、
ΔＶ＋ＶＢＥ≧Ｖ２ｎ
になると、ダイオードＤ１、Ｄ２はオンになり、出力トランジスタ１２、１３のベースと出力端子ＯＵＴ間の電圧はＶ２ｎに規制される。このため、抵抗３３の抵抗値をＲとすると、出力電流は下式のＩｌｉｍｉｔに制限される。
Ｉｌｉｍｉｔ＝（Ｖ２ｎ−ＶＢＥ）／Ｒ
【００２７】
出力端子ＯＵＴから電流を吸い込む場合はダイオードＤ１、Ｄ２が常時オフになり、ダイオードＤ３とＤ４が働く。Ｄ１とＤ２がＤ３とＤ４に代わる以外は動作は同じであるので、説明を省略する。
【００２８】
なお、出力トランジスタ１２、１３とダイオードＤ１〜Ｄ４に同じ材料を用い、出力トランジスタ１２、１３のベース・エミッタ電圧とダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向電圧が同じになるように設計すると、動作はより単純になる。ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向電圧をＶｎとすると、ＶＢＥ＝Ｖｎが常に成立するので、出力電流は下式のＩｌｉｍｉｔに制限される。
Ｉｌｉｍｉｔ＝Ｖｎ／Ｒ
【００２９】
図２に図１実施例のテスト結果を示す。なお、±１００ｍＡで出力電流が制限されるように抵抗３３の抵抗値を調整し、かつ電源電圧を±１５Ｖとした。図２（Ａ）は出力電流の最大値が±５０ｍＡの正弦波になるように、オペアンプ１１に入力信号を印加した場合の出力電流の波形である。最大電流が制限電流以下であるので電流制限は働いておらず、正弦波が出力される。
【００３０】
図２（Ｂ）は、（Ａ）と同じ条件で出力端子ＯＵＴとグランドを短絡した場合の出力電流波形である。プラス側が＋８６ｍＡに、マイナス側が−８１ｍＡに制限されており、電流制限が正常に動作していることがわかる。なお、プラス側とマイナス側で電流値が異なっているのは、出力トランジスタ１２、１３のベース・エミッタ間電圧のばらつき、およびダイオードＤ１〜Ｄ４の特性のばらつきに起因する。
【００３１】
このように、本発明ではダイオードアレイ３２と抵抗３３のみで電流制限回路を構成することができる。そのため、回路設計が容易であり、かつコストダウンを図ることができる。
【００３２】
なお、この実施例ではダイオードアレイ３２として、２つのダイオードを直列接続した回路を逆方向に並列接続して構成したが、この実施例に限られることはない。直列接続するダイオードの数は素子の特性に応じて変えてもよい。通常トランジスタのベース・エミッタ間電圧とダイオードの順方向電圧は同程度の値なので、ダイオードを２個直列接続すると設計が容易で、かつ抵抗３３による電圧降下を少なくすることができる。
【００３３】
また、この実施例ではＮＰＮトランジスタ１２とＰＮＰトランジスタ１３を直列接続した構成としたが、片方のみでもよい。ＮＰＮトランジスタ１２のみを使用すると正電流（流出する電流）を出力することができ、ＰＮＰトランジスタ１３のみを使用すると負電流（流入する電流）を出力することができる。出力電流が正のみのときはダイオードＤ３、Ｄ４は不要であり、負のみのときはダイオードＤ１、Ｄ２は不要である。
【００３４】
また、この実施例は磁気式ドライバモータ内蔵位置検出器レゾルバの励磁回路駆動に用いる電圧出力回路として説明したが、これに限られることはなく、一般の電圧出力回路として用いることもできる。本電圧出力回路は、出力電圧が±７Ｖｐｐ程度、出力電流が±５０ｍＡ、制限電流±１００ｍＡ程度の小電流電圧出力回路に適している。この場合、ダイオードＤ１〜Ｄ４として１００ｍＡ程度の小信号ダイオードを用い、出力トランジスタ１２、１３としてＰｔ＝２Ｗ、Ｉｃ＝０．７Ａ程度のトランジスタを用いる。
【００３５】
さらに、抵抗３３の抵抗値は制限電流の値に直接関係するので、場合によっては市販されていない抵抗値や低い抵抗値が必要になることがある。小型抵抗器の下限抵抗は１０Ωである。このようなときは、２個以上の抵抗を並列接続することにより、任意の抵抗値を有する抵抗を市販の抵抗のみで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の効果を示す波形図である。
【図３】従来の電圧出力回路の概要図である。
【図４】従来の電圧出力回路の一部の回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  オペアンプ
１２、１３  出力トランジスタ
１６、１７、Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード
３２  ダイオードアレイ
ＯＵＴ  出力端子
＋Ｖｐ、−Ｖｎ  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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