(57)【要約】【課題】電圧を迅速かつ正確にクリップ電圧設定値にクリップすることができる電圧クリップ回路を提供する。【解決手段】入力電圧をクリップ電圧Ｅでクリップする電圧クリップ回路において、入力電圧が変動した場合には、電圧比較器Ａを介さずに、電流シンク型高速定電圧回路２０の働きにより、ｆ点の電圧を一定に保つ。また、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度特性に起因する電圧変動は、電圧比較器Ａにより補正する。これにより、出力電圧はクリップ電圧Ｅで正確にクリップされる。【選択図】図１
2004215080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗にアノード側が直列に接続された第１のダイオードとを備えた第１の回路と、
クリップ対象電圧源に一端が接続された第２の抵抗と、前記第２の抵抗の他端がアノード側と直列に接続された第２のダイオードとを備え、前記第１のダイオードのカソード側と前記第２のダイオードのカソード側とが接続されることにより、前記第１の回路と接続される第２の回路と、
前記第１の回路における前記第１のダイオードと前記第１の抵抗との間の電圧と、所定のクリップ電圧とを比較し、両電圧を一致させるための信号を出力する比較器と、
ベース端子が前記比較器の出力端子と接続され、エミッタ端子が前記第１のダイオードと前記第２のダイオードとの接続点に接続されるとともに第３の抵抗を介して第２の電源と接続され、コレクタ端子が接地されたＰＮＰトランジスタと、
前記第２の回路の前記第２のダイオードと前記第２の抵抗との間に設けられるクリップ出力端子とを備えることを特徴とする電圧クリップ回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧クリップ回路において、
前記ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子は第４の抵抗を介して接地されており、
ベース端子が前記ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子と接続され、コレクタ端子が前記第２のダイオードのカソード側と接続され、エミッタ端子が接地されたＮＰＮトランジスタをさらに備えることを特徴とする電圧クリップ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電圧が所定のクリップ電圧を超える場合に、クリップ電圧でクリップされた電圧を出力する電圧クリップ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電圧クリップ回路として、図３に示すような回路がある。このクリップ回路は、電流制限抵抗Ｒと、クリップ用ダイオードＤと、クリップ電圧ＶＲとによって構成されており、入力電圧Ｖｉｎがクリップ電圧ＶＲより大きくなると、ダイオードＤが導通することにより、出力電圧Ｖｏｕｔがクリップ電圧ＶＲより大きくなるのを防いでいる。
【０００３】
【非特許文献１】
実用電子回路ハンドブック（１）  ＣＱ出版社
【非特許文献２】
実用電子回路ハンドブック（５）  ＣＱ出版社
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電圧クリップ回路では、ダイオードＤに流れるクリップ電流をＩｄ、電子の電荷量をｅ、ボルツマン定数をｋ、ダイオードＤの接合部の絶対温度をＴとすると、次式（１）により表される内部抵抗ＲｄがダイオードＤに存在するので、後述するような問題があった。
Ｒｄ＝ＫＴ／（ｅ×Ｉｄ）    …（１）
すなわち、クリップ電圧ＶＲが一定でも、クリップ電流ＩｄがダイオードＤに流れることによって、出力電圧ＶｏｕｔがＩｄ×Ｒｄの電圧分だけ変動するという問題があった。また、式（１）は、ダイオードＤの温度が変化すると内部抵抗Ｒｄが変動することを意味しており、温度によって出力電圧Ｖｏｕｔが変動するという問題もある。
【０００５】
本発明は、入力電圧が所定のクリップ電圧を超える場合に、クリップ電圧で正確にクリップされた電圧を出力する電圧クリップ回路を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による電圧クリップ回路は、第１の電源に接続された第１の抵抗と、第１の抵抗にアノード側が直列に接続された第１のダイオードとを備えた第１の回路と、クリップ対象電圧源に一端が接続された第２の抵抗と、第２の抵抗の他端がアノード側と直列に接続された第２のダイオードとを備え、第１のダイオードのカソード側と第２のダイオードのカソード側とが接続されることにより第１の回路と接続される第２の回路と、第１のダイオードと第１の抵抗との間の電圧と、所定のクリップ電圧とを比較し、両電圧を一致させるための信号を出力する比較器と、ベース端子が比較器の出力端子と接続され、エミッタ端子が第１のダイオードと第２のダイオードとの接続点に接続されるとともに第３の抵抗を介して第２の電源と接続され、コレクタ端子が接地されたＰＮＰトランジスタと、第２のダイオードと第２の抵抗との間に設けられるクリップ出力端子とを備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明による電圧クリップ回路によれば、比較器によって第１のダイオードと第１の抵抗との間の電圧と、所定のクリップ電圧とが一致するように制御されており、クリップ入力電圧が急激に増加した場合には、ＰＮＰトランジスタのエミッタ電流が増加することにより、第１のダイオードのカソード側と第２のダイオードのカソード側とが接続されている点の電圧を低下させて、クリップ出力端子から出力される電圧を正確にクリップ電圧でクリップする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による電圧クリップ回路の第１の実施の形態の構成を示す図である。第１の実施の形態における電圧クリップ回路は、電圧比較回路１０と、電流シンク型高速定電圧回路２０と、ダイオードクリップ構成回路３０と、ダイオードクリップ構成回路４０とを備える。ダイオードクリップ構成回路３０は、クリップ制限抵抗Ｒ１とダイオードＤ１とを備える。また、ダイオードクリップ構成回路４０は、クリップ制限抵抗Ｒ２とダイオードＤ２とを備える。本実施の形態における電圧クリップ回路では、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは同じ素子を用いると共に、抵抗Ｒ１の抵抗Ｒ２の抵抗値は等しいものとする。
【０００９】
抵抗Ｒ１はダイオードＤ１のアノード側と直列に接続されており、両者の接続点ａは、後述する電圧比較回路１０の抵抗Ｒ６を介して、電圧比較器Ａのマイナス（−）端子と接続されている。ａ点と反対側の抵抗Ｒ１の一端は、電源と接続されている。抵抗Ｒ２はダイオードＤ２のアノード側と直列に接続されている。ダイオードＤ１のカソード側とダイオードＤ２のカソード側とは点ｆにて接続されている。
【００１０】
電圧をクリップするための入力電圧（以下、クリップ入力電圧と呼ぶ）は、ａ点と反対側の抵抗Ｒ１の一端に入力されるとともに、抵抗Ｒ２とダイオードＤ２との接続点ｄと反対側の抵抗Ｒ２の一端に入力される。後述する方法によって所定のクリップ電圧Ｅでクリップされたクリップ入力電圧は、接続点（出力端子）ｄから出力される。なお、一端がａ点と接続され、他端が接地されているコンデンサＣは、ａ点の電圧を平滑するための平滑用コンデンサである。
【００１１】
電流シンク型高速定電圧回路２０は、ＰＮＰトランジスタＴＲ１と、ＮＰＮトランジスタＴＲ２と、トランジスタＴＲ１のベース電流を決定するための抵抗Ｒ５と、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧を決定するための抵抗Ｒ３と、トランジスタＴＲ２のベース電圧を決定するための抵抗Ｒ４とを備える。ＰＮＰトランジスタＴＲ１のエミッタ端子は、ダイオードＤ１のカソード側とダイオードＤ２のカソード側とが接続された点ｆと接続され、かつ、抵抗Ｒ３を介して電源と接続されている。トランジスタＴＲ１のベース端子は、抵抗Ｒ５を介して、電圧比較回路１０の電圧比較器Ａの出力端子ｂと接続されており、コレクタ端子は、トランジスタＴＲ２のベース端子および抵抗Ｒ４の一端と接続されている。また、ＮＰＮトランジスタＴＲ２のコレクタ端子は、ダイオードＤ１とダイオードＤ２との接続点ｆと接続されており、抵抗Ｒ４の他端と接続されているエミッタ端子は接地されている。
【００１２】
電圧比較回路１０は、電圧比較器Ａと、抵抗Ｒ６およびＲ７とを備える。電圧比較器Ａのプラス（＋）端子には、抵抗Ｒ７を介して、クリップ電圧設定用電圧Ｅ（以下、単にクリップ電圧Ｅと呼ぶ）が入力され、マイナス端子には、上述したように、接続点ａの電圧が抵抗Ｒ６を介して入力される。電圧比較器Ａは、クリップ電圧Ｅとａ点の電圧とを比較し、両電圧が等しくなるように出力端子ｂの電圧を制御する。具体的には、ａ点の電圧がクリップ電圧Ｅより高くなると、ｂ点の電圧は低下し、ａ点の電圧がクリップ電圧Ｅより低くなると、ｂ点の電圧は上昇する。
【００１３】
ａ点の電圧とクリップ電圧Ｅとが釣り合っている（一致している）場合には、トランジスタＴＲ１はオンしている。すなわち、トランジスタＴＲ１のエミッタ端子の電圧が出力端子ｂの電圧より所定値以上高くなっており、トランジスタＴＲ１のエミッタ端子にエミッタ電流ｉｅが流れ、これに伴ってコレクタ端子にコレクタ電流ｉ１が流れる。この時、トランジスタＴｒ２のベース端子電圧となる電圧（ｉ１×Ｒ４）がトランジスタＴＲ２をオンするための所定電圧を越えると、トランジスタＴＲ２がオンしてトランジスタＴＲ２のコレクタ端子にコレクタ電流ｉ２が流れる。従って、抵抗Ｒ３には、電流（ｉｅ＋ｉ２）が流れるので、ｆ点の電圧は、電源電圧から電圧｛Ｒ３×（ｉｅ＋ｉ２）｝を減算した値となる。電源電圧、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の素子特性は一義的に決まっているので、ｆ点の電圧は、ｂ点の電圧により決定される。
【００１４】
ここで、クリップ入力電圧が急激に上昇してｆ点の電圧が上昇すると、ＰＮＰトランジスタＴＲ１のエミッタ電流ｉｅが増大するとともに、コレクタ電流ｉ１が増加する。これにより、ＮＰＮトランジスタＴＲ２のベース電圧が高くなるので、トランジスタＴＲ２のコレクタ電流ｉ２が増加する。上述したように、ｆ点の電圧は、｛電源電圧−Ｒ３×（ｉｅ＋ｉ２）｝で表せるので、トランジスタＴＲ１のエミッタ電流ｉｅおよびトランジスタＴＲ２のコレクタ電流ｉ２が増加することにより、ｆ点の電圧は下降して電圧上昇前の元の電圧に戻る。すなわち、第１の実施の形態における電圧クリップ回路では、クリップ入力電圧が急激に上昇した場合に、電圧比較器Ａを介さずに、ダイオードＤ２のカソード側のｆ点の電圧を一定に保つ働きを有する。従って、電圧比較器Ａの応答速度に関係なく、ダイオードのアノード側の出力端子ｄ点の電圧をクリップ電圧Ｅの値で正確にクリップすることができる。
【００１５】
また、ダイオードクリップ構成回路３０に用いられているダイオードＤ１、ダイオードクリップ構成回路４０に用いられているダイオードＤ２は、温度により特性が異なるため、出力電圧が変動する可能性がある。しかし、第１の実施の形態における電圧クリップ回路によれば、電圧比較器Ａによって、ａ点の電圧とクリップ電圧Ｅとが一致するように、出力端子ｂの電圧が制御されるので、ｆ点の電圧は一定に保たれ、これによりｄ点の電圧は、常にクリップ電圧Ｅの値で正確にクリップされる。すなわち、ａ点の電圧がクリップ電圧Ｅより低くなると、電圧比較器Ａの出力端子ｂの電圧は上昇するため、トランジスタＴＲ１のベース電圧は上昇し、トランジスタＴＲ１のエミッタ電圧とベース電圧との電圧差が所定電圧以下になると、トランジスタＴＲ１はオフする。これにより、低下したａ点の電圧は上昇し、再びクリップ電圧Ｅと等しくなる。
【００１６】
また、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度特性に起因して、ａ点の電圧がクリップ電圧Ｅより高くなると、出力端子ｂの電圧が低下するため、トランジスタＴＲ１のエミッタ電流が増加する。これにより、上昇したａ点の電圧は低下し、再びクリップ電圧Ｅと等しくなる。
【００１７】
なお、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５、および、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２は、上記動作が行われるような素子が選択される。
【００１８】
上述したように、第１の実施の形態における電圧クリップ回路によれば、クリップ入力電圧が電圧比較器Ａの応答速度を超えるような、急激な上昇をした場合には、電圧比較器Ａを介さずに、トランジスタＴＲ１およびトランジスタＴＲ２の働きにより、ｆ点の電圧を素早く元に戻して一定に保つ。また、電圧比較器Ａによってａ点の電圧とクリップ電圧Ｅとが一致するように制御されるので、ダイオードＤ１，Ｄ２の温度特性により、ａ点の電圧が緩慢に変化するような場合でも、電圧変化を常に補正してｆ点の電圧を一定に保ち、出力端子ｄ点の電圧をクリップ電圧Ｅで正確にクリップすることができる。
【００１９】
−第２の実施の形態−
図２は、本発明による第２の実施の形態の電圧クリップ回路を備えた安定化電源回路の構成を示す図である。安定化電源回路１００は、第２の実施の形態における電圧クリップ回路と、基準電圧回路１１０と、電圧比較器１２０と、電流増幅回路１３０と、抵抗Ｒ１１，Ｒ２２とを備える。安定化電圧を出力するための回路は、基準電圧と出力電圧とを比較し、両電圧の差を増幅して出力する一般的な安定化電源回路である。すなわち、基準電圧回路１１０から出力される基準電圧値と、電流増幅回路１３０で増幅された出力電圧を抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ２２とで分圧された電圧とを電圧比較器１２０により比較し、両電圧の差を電流増幅回路１３０で増幅して出力する。
【００２０】
第２の実施の形態における電圧クリップ回路では、電流増幅回路１３０から出力される安定化電圧がクリップ電圧Ｅとして用いられる。また、抵抗Ｒ１と並列に抵抗Ｒ３３が設けられている。この抵抗Ｒ３３は、使用状況に応じてクリップ時（過大なクリップ電圧の入力時）にダイオードＤ１に流れる電流の大きさを調整するための抵抗であり、ダイオードＤ１とダイオードＤ２に流れる電流が等しくなるように設定される。なお、この抵抗Ｒ３３は、図２に示すように、安定化電源回路１００の外部に配置することによって、抵抗値のチューニングを可能とすることが好ましい。
【００２１】
第１の実施の形態における電圧クリップ回路と同様に、ダイオードＤ２のアノード側にクリップ電圧出力端子が設けられ、クリップ電圧出力端子とクリップ抵抗Ｒ２を介してクリップ入力電圧を入力するための端子が設けられる。これにより、出力電圧が安定化電源電圧を超えないクリップ電圧出力端子を備えた安定化電源回路１００を構成することができる。このように、電圧クリップ回路をＩＣ内に組み込む構成とすることもできる。
【００２２】
図４は、従来の電圧クリップ回路の構成を示す図である。クリップ入力電圧は、クリップ抵抗ＲｄおよびダイオードＤａを介して、電圧比較器Ａａのマイナス端子に入力される。電圧比較器Ａａのプラス端子には、直列に接続されたダイオードＤｂおよび抵抗Ｒｂに流れる電流をＩｄ１とすると、クリップ電圧となる電圧Ｒｂ×Ｉｄ１が入力される。ダイオードＤａとＤｂとは同じ素子により構成し、ダイオードＤａに流れる電流Ｉｄ２とダイオードＤｂに流れる電流Ｉｄ１とが一致するように、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂを設定する。
【００２３】
電圧比較器Ａａの出力端子ｍは、ＰＮＰトランジスタのベース端子と接続されている。ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子は、ダイオードＤａと抵抗Ｒａとの接続点ｋと接続されており、コレクタ端子は接地されている。電圧比較器Ａａは、クリップ電圧となる電圧（Ｒｂ×Ｉｄ１）とｋ点の電圧とを比較し、両電圧が等しくなるように、出力端子ｍの電圧を制御する。これにより、入力クリップ電圧が大きくなった場合でも、抵抗ＲｄとダイオードＤａのアノード側との接続点から出力される電圧は、クリップ電圧でクリップされる。すなわち、ダイオードＤａおよびダイオードＤｂの温度が変化した場合でも、ｋ点の電圧はｎ点の電圧（Ｒｂ×Ｉｄ１）で正確にクリップされる。
【００２４】
しかし、図４に示す従来の電圧クリップ回路では、電圧比較器Ａａを介してｋ点の電圧とクリップ電圧であるｎ点の電圧を等しく保つので、クリップ入力電圧の増加変動が電圧比較器Ａａの応答速度より速い場合には、電圧比較器Ａａが応答する間はｋ点の電圧がｎ点の電圧より上昇し、クリップ電圧より高い電圧が出力されるという問題がある。
【００２５】
しかし、第１および第２の実施の形態における電圧クリップ回路によれば、クリップ入力電圧が急激に変動した場合、電圧比較器Ａを介さずに、トランジスタＴＲ１およびＴＲ２の働きによりｆ点の電圧を素早く一定に保つので、図４に示す従来の電圧クリップ回路のように、電圧比較器Ａａの応答期間内にクリップ電圧より高い電圧が出力されることはない。
【００２６】
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、第１，第２の実施の形態における電圧クリップ回路では、クリップ入力電圧が急激に増加した場合に、トランジスタＴＲ１を介して流れる電流およびトランジスタＴＲ２を介して流れる電流を増加させることにより、ｆ点の電圧を素早く元に戻して一定に保つようにしたが、トランジスタＴｒ２を設けずにｆ点の電圧を元に戻す構成とすることもできる。ただし、この場合には、トランジスタＴＲ１を介して流れる電流を増加させることにより、上昇したｆ点の電圧を元に戻す働きを有するため、上昇したｆ点の電圧が元に戻るまでの時間は、トランジスタＴＲ２を備えた回路より長くなる。すなわち、トランジスタＴＲ１のみを備える回路でも電圧比較器を介さずに、上昇したｆ点電圧を元の電圧に戻すことができるが、第１，第２の実施の形態における電圧クリップ回路によれば、さらにトランジスタＴＲ２を備えることにより、上昇したｆ点電圧をさらに迅速に元の電圧に戻すことができる。
【００２７】
また、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ３の一端に接続される電源は、同一の電源としたが、異なる電源を用いてもよい。例えば、抵抗Ｒ３の一端と接続する電源を別の電源とする場合には、接続する電源の電圧に応じて抵抗Ｒ３の抵抗値を変えればよい。
【００２８】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、抵抗Ｒ１が第１の抵抗を、抵抗Ｒ２が第２の抵抗を、ダイオードＤ１が第１のダイオードを、ダイオードＤ２が第２のダイオードを、ダイオードクリップ構成回路３０が第１の回路を、ダイオードクリップ構成回路４０が第２の回路を、電圧比較器Ａが比較器を、抵抗Ｒ３が第３の抵抗を、トランジスタＴＲ１がＰＮＰトランジスタを、抵抗Ｒ４が第４の抵抗を、トランジスタＴＲ２がＮＰＮトランジスタをそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電圧クリップ回路の第１の実施の形態における構成を示す図
【図２】第２の実施の形態における電圧クリップ回路を備えた安定化電源回路の構成を示す図
【図３】従来の電圧クリップ回路の構成を示す図
【図４】従来の電圧クリップ回路の別の構成を示す図
【符号の説明】
１０…電圧比較回路、２０…電流シンク型高速定電圧回路、３０…ダイオードクリップ構成回路、４０…ダイオードクリップ構成回路、１００…安定化電源回路、１１０…基準電圧回路、１２０…電圧比較器、１３０…電流増幅回路、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄａ，Ｄｂ…ダイオード、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ１１，Ｒ２２，Ｒ３３，Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ…抵抗、ＴＲ１，ＴＲ２，Ｔｒａ…トランジスタ、Ａ，Ａａ…電圧比較器、Ｃ…コンデンサ、Ｅ…クリップ電圧
【図１】
2004215080.tif 000003
【図２】
2004215080.tif 000004
【図３】
2004215080.tif 000005
【図４】
2004215080.tif 000006