(57)【要約】【課題】与えられた入力電圧をクランプし、且つ効率よく出力電圧を出力できる電圧クランプ回路を提供する。【解決手段】与えられた入力電圧が所定の電圧より大きい場合に、入力電圧をクランプした出力電圧を出力する電圧クランプ回路であって、入力電圧を受け取る入力部と、エミッタ端子の電圧を出力電圧として出力するトランジスタと、一端が入力部に接続され入力電圧が印加され、他端がトランジスタのベース端子に電気的に接続されたベース抵抗と、接地電位に対するベース端子の電位を所定の電位以下に制限するクランプ素子と、ベース抵抗の一端とトランジスタのコレクタ端子との間に設けられ、コレクタ端子から入力部に流れる逆電流を防ぐダイオードとを備えることを特徴とする電圧クランプ回路を提供する。【選択図】　図２
2004139450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
与えられた入力電圧が所定の電圧より大きい場合に、前記入力電圧をクランプした出力電圧を出力する電圧クランプ回路であって、
前記入力電圧を受け取る入力部と、
エミッタ端子の電圧を前記出力電圧として出力するトランジスタと、
一端が前記入力部に接続され前記入力電圧が印加され、他端が前記トランジスタのベース端子に電気的に接続されたベース抵抗と、
接地電位に対する前記ベース端子の電位を所定の電位以下に制限するクランプ素子と、
前記ベース抵抗の前記一端と前記トランジスタのコレクタ端子との間に設けられ、前記コレクタ端子から前記入力部に流れる逆電流を防ぐダイオードと
を備えることを特徴とする電圧クランプ回路。
【請求項２】
前記トランジスタの前記エミッタ端子と前記コレクタ端子とを電気的に接続する保護抵抗を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電圧クランプ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電圧をクランプして出力する電圧クランプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷に所定の電圧以上の電圧を印加しないために、電圧源と負荷との間に入力電圧をクランプして出力する電圧クランプ回路が用いられている。図１に、従来の電圧クランプ回路３００の構成を示す。電圧クランプ回路３００には、入力部７０から入力電圧が与えられ、高圧出力部８４及び低圧出力部８６から出力電圧を出力する。また、電圧クランプ回路３００は、逆接続保護のためのダイオード３０４、及び入力電圧をクランプするための回路３１２が設けられている。従来、ダイオード３０４は、回路３１２の外側に設けられている。
【０００３】
図１に示すように、回路３１２は、抵抗３０６、トランジスタ３１０、及びツェナーダイオード３０８を有し、図１に示すようにダイオード３０４の下流に抵抗３０６及びトランジスタ３１０が接続されている。ツェナーダイオード３０８は、入力電圧をクランプし、トランジスタ３１０のエミッタ端子から出力電圧が出力される。また、ダイオード３０４は、入力部７０と、抵抗３０６との間に直列に設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電圧クランプ回路３００の構成では、出力電圧は、入力電圧からダイオード３０４における順方向電圧、抵抗３０６における降下電圧、及びトランジスタ３１０におけるベースエミッタ電圧の和を引いた電圧となってしまう。このため、与えられた入力電圧に対する出力電圧の効率が悪く、所定の出力電圧を出力するために大きな入力電圧を与える必要があった。また、外部に設けられる電圧源によっては、負荷に十分な電圧を供給できない場合がある。このため、入力電圧に対する出力電圧の効率を向上させることが望まれていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、与えられた入力電圧が所定の電圧より大きい場合に、入力電圧をクランプした出力電圧を出力する電圧クランプ回路であって、入力電圧を受け取る入力部と、エミッタ端子の電圧を出力電圧として出力するトランジスタと、一端が入力部に接続され入力電圧が印加され、他端がトランジスタのベース端子に電気的に接続されたベース抵抗と、接地電位に対するベース端子の電位を所定の電位以下に制限するクランプ素子と、ベース抵抗の一端とトランジスタのコレクタ端子との間に設けられ、コレクタ端子から入力部に流れる逆電流を防ぐダイオードとを備えることを特徴とする電圧クランプ回路を提供する。
【０００６】
また、電圧クランプ回路は、トランジスタのエミッタ端子とコレクタ端子とを電気的に接続する保護抵抗を更に備えてもよい。
【０００７】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図２は、本発明の実施形態に係る電圧クランプ回路１００を説明する図である。図２（ａ）は、電圧クランプ回路１００の構成の一例を示す。電圧クランプ回路１００は、与えられた入力電圧が所定の電圧より大きい場合に、入力電圧をクランプした出力電圧を出力する。電圧クランプ回路１００は、入力部７０と、ダイオード１０と、ベース抵抗２０と、クランプ素子３０と、トランジスタ４０と、高圧出力部８０と、低圧出力部８２とを備える。
【００１０】
入力部７０は、外部の電源から入力電圧を受け取る。入力部７０は、例えば電源の高圧端子と接続される端子である。この場合、電源の低圧端子は接地電位に接続される。
【００１１】
トランジスタ４０は、エミッタ端子の電圧を出力電圧として出力する。トランジスタ４０のエミッタ端子は、例えば負荷２００の高圧端子と接続される。この場合、負荷の低圧端子は接地電位に接続される。トランジスタ４０は、例えばｎｐｎバイポーラトランジスタである。
【００１２】
ベース抵抗２０は、一端が入力部７０に接続され入力電圧が印加され、他端がトランジスタ４０のベース端子に電気的に接続される。クランプ素子３０は、接地電位に対するトランジスタ４０のベース端子の電位を所定の電位以下に制限する。クランプ素子３０は、例えばツェナーダイオードである。この場合、クランプ素子３０は、トランジスタ４０のベース端子の電位を、ツェナーダイオードの逆方向閾電圧にクランプする。
【００１３】
入力電圧がツェナーダイオードの逆方向閾電圧より小さい場合、電圧クランプ回路１００が出力する出力電圧は、入力電圧から、ベース抵抗２０における降下電圧Ｖｒとトランジスタ４０のベースエミッタ電圧ＶＢＥとの和を引いた電圧となる。また、入力電圧がツェナーダイオードの逆方向閾電圧より大きい場合、電圧クランプ回路１００が出力する出力電圧は、クランプ素子３０によりクランプされる電圧から、トランジスタ４０のベースエミッタ電圧ＶＢＥを引いた電圧となる。
【００１４】
また、ダイオード１０は、ベース抵抗２０の当該一端とトランジスタ４０のコレクタ端子との間に設けられ、コレクタ端子から入力部７０に流れる逆電流を防ぐべく設けられる。つまり、ダイオード１０の陽極は、入力部７０及びベース抵抗２０の当該一端と電気的に接続され、陰極は、トランジスタ４０のコレクタ端子に電気的に接続される。
【００１５】
例えば、入力部７０に負電圧が印加されるような、電圧クランプ回路１００に逆電圧が印加された場合、ダイオード１０が設けられているため、トランジスタ４０のエミッタ端子からクレクタ端子には電流が流れず、エミッタコレクタ間の逆電流が防止することができる。また、ツェナダイオード３０の順方向電圧は、トランジスタ４０のベースエミッタ電圧ＶＢＥと略等しいため、トランジスタ４０のエミッタベース間は逆電圧が印加されず、エミッタベース間には電流が流れない。つまり、トランジスタ４０のエミッタ端子から、コレクタ端子又はベース端子への電流は流れない。そのため、負荷２００には電力が供給されず、外部の電源が生成した電流は、ツェナダイオード３０及びベース抵抗２０を介して流れるのみである。このため、電圧クランプ回路１００が逆接続された場合であっても、負荷２００に電力を供給することなく、電圧クランプ回路１００及び負荷２００を保護することができ、且つ消費される電力を、ツェナダイオード３０及びベース抵抗２０において消費される電力に抑えることができる。
【００１６】
また、図２（ａ）に示したように、ダイオード１０をベース抵抗２０と並列に設けることにより、入力電圧に対する出力電圧の効率を向上させることができる。図２（ｂ）に、電圧クランプ回路１００の入力電圧と出力電圧との関係の一例を示す。図２（ｂ）は、入力部７０に印加される入力電圧と、図２（ａ）における測定点９０、図２（ａ）における高圧出力部８０、及び図１における高圧出力部８４における電圧との関係を示す。
【００１７】
測定点９０における出力電圧は、電圧クランプ回路１００において、ベース抵抗２０における降下電圧のみを考慮した場合を示す。これに対し、図１に示した従来の電圧クランプ回路３００の高圧出力部８４における出力電圧は、入力電圧からダイオード３０４の順方向電圧Ｖｆ、抵抗３０６における降下電圧、及びトランジスタ３１０のベースエミッタ電圧ＶＢＥの和を引いた電圧となる。そのため、出力電圧の効率が悪い。
【００１８】
これに対し、電圧クランプ回路１００の高圧出力部８０における出力電圧は、入力電圧から抵抗３０６における降下電圧、及びトランジスタ３１０のベースエミッタ電圧ＶＢＥの和を引いた電圧となる。このため、従来の電圧クランプ回路３００より出力電圧を効率よく出力することができる。
【００１９】
以上説明したように、本例における電圧クランプ回路１００によれば、出力電圧の効率を向上させ、且つ逆接続された場合であっても電圧クランプ回路１００及び負荷２００を保護することができる。
【００２０】
図３は、電圧クランプ回路１００の他の例を説明する図である。図３（ａ）は、電圧クランプ回路１００の他の例の構成を示す。図３（ａ）において、図２と同一の符号を付した構成要素は、図２において説明した構成要素と同一の機能を有する。本例における電圧クランプ回路１００は、図２において説明した電圧クランプ回路１００の構成に加え、保護抵抗５０及び保護ダイオード８８を更に備える。保護抵抗５０は、トランジスタ４０と並列に設けられ、トランジスタ４０のエミッタ端子とコレクタ端子とを電気的に接続する。
【００２１】
また、保護ダイオード８８は、トランジスタ４０を保護するダイオードであり、トランジスタ４０のベース端子と、抵抗２０との間に設けられる。保護抵抗５０を挿入したことにより、トランジスタ４０のベースエミッタ間を逆電圧より保護する必要があるが、保護ダイオード８８を設けることにより、トランジスタ４０を保護することができる。
【００２２】
本例における電圧クランプ回路１００によれば、保護抵抗５０をトランジスタ４０と並列に設けることにより、トランジスタ４０に供給される電力を低減することができる。そのため、トランジスタ４０として、規模の小さいトランジスタを使用することができ、製造コストを低減することができる。また、図１において説明した従来の電圧クランプ回路３００に保護抵抗５０を挿入した場合であっても、同様に保護ダイオード８８が必要である。このため、本例における電圧クランプ回路１００によれば、図２において説明した電圧クランプ回路１００と同様に、従来の電圧クランプ回路３００より効率よく出力電圧を出力することができる。
【００２３】
図３（ｂ）は、抵抗２０のみを用いて電流制限を行った場合の入出力電圧の関係、及び電圧クランプ回路１００の入出力電圧の関係の一例を示す。抵抗２０のみを用いて電流制限を行う場合、外部の電源と負荷２００との間に直列に抵抗２０を設け、負荷２００に供給される電流を規定する。この場合、図３（ｂ）に示すように、負荷２００に供給される出力電圧は、抵抗２０に印加される入力電圧に比例する。
【００２４】
本例における電圧クランプ回路１００を用いた場合、図３（ｂ）に示すように出力電圧は、入力電圧が境界値を超えてから徐々に増加する。例えば、トランジスタ４０のベース端子の電位より、エミッタ端子の電位のほうが大きくなるような場合、トランジスタ４０はオフ状態となり、負荷２００に供給される供給電流は抵抗５０を介して流れる。この場合であっても図３（ｂ）に示すように、抵抗２０のみを用いる場合に比べ、電圧クランプ回路１００は、負荷２００に印加される供給電圧の上昇を低減することができるため、負荷２００を保護することができる。また、入力電圧が境界値以上である場合、供給電流は抵抗５０を介して流れるため、前述した場合と同様に、トランジスタ４０として、規模の小さいトランジスタを使用することができ、製造コストを低減することができる。
【００２５】
また、出力電圧の上昇を防ぐために、所定の抵抗値以上の抵抗５０を用いてよい。つまり、図３（ｂ）において説明した入力電圧の境界値は、負荷２００に供給される供給電流及び抵抗５０の抵抗値によって定まるが、電圧クランプ回路１００に印加され得る入力電圧の最大値より、当該境界値のほうが大きくなるような抵抗５０を用いることにより、出力電圧の上昇を防ぐことができる。例えば、電圧クランプ回路１００は、入力電圧の最大値を抵抗５０及び負荷２００によって分圧した電圧が、ツェナーダイオード３０によって規定される電圧より小さくなるような、抵抗５０を有してよい。
【００２６】
図４は、電圧クランプ回路１００の更なる他の例を示す。図４において、図３と同一の符号を付した構成要素は、図３において説明した構成要素と同一の機能を有する。本例における電圧クランプ回路１００は、図３において説明した電圧クランプ回路１００の構成に加え、トランジスタ６０を更に備える。
【００２７】
トランジスタ６０は、トランジスタ４０とダーリントン接続するように設けられる。つまり、トランジスタ６０のベース端子は、ベース抵抗２０とクランプ素子３０との間に接続され、コレクタ端子は、トランジスタ４０のコレクタ端子と接続され、エミッタ端子は、トランジスタ４０のベース端子に接続される。
【００２８】
本例における電圧クランプ回路１００によれば、ベース抵抗２０として抵抗値の大きい抵抗を用いた場合であっても、ベース抵抗２０における降下電圧を低減することができる。つまり、トランジスタ６０とトランジスタ４０とをダーリントン接続することにより、ベース抵抗２０に流れる電流に対する出力電流の比を増大させることができるため、ベース抵抗２０として抵抗値の大きい抵抗を用い、ベース抵抗２０に流れる電流を低下させ、降下電圧を低減できる。
【００２９】
例えば、負荷２００に対して供給するべき出力電流に対して、必要となるトランジスタ６０のベース電流及びベース抵抗２０の抵抗値が定まる。このとき、ダーリントン接続したことによるベース電流の減少による、ベース抵抗２０における降下電圧の減少が、増設したトランジスタ６０のベースエミッタ電圧より大きい場合に本例における電圧クランプ回路１００は更に効率よく出力電圧を出力することができる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３１】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、入力電圧に対して効率よく出力電圧を出力する電圧クランプ回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電圧クランプ回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電圧クランプ回路１００を説明する図である。図２（ａ）は、電圧クランプ回路１００の構成の一例を示す図であり、図２（ｂ）は、電圧クランプ回路１００の入力電圧と出力電圧との関係の一例を示す図である。
【図３】電圧クランプ回路１００の他の例を説明する図である。図３（ａ）は、電圧クランプ回路１００の構成の他の例を示し、図３（ｂ）は、抵抗２０のみを用いて電流制限を行った場合の入出力電圧の関係、及び電圧クランプ回路１００の入出力電圧の関係の一例を示す。
【図４】電圧クランプ回路１００の構成の更なる他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・ダイオード、２０・・・ベース抵抗、３０・・・クランプ素子、４０・・・トランジスタ、５０・・・保護抵抗、６０・・・トランジスタ、７０・・・入力部、８０・・・高圧出力部、８２・・・低圧出力部、８４・・・高圧出力部、８６・・・低圧出力部、８８・・・保護ダイオード、１００・・・電圧クランプ回路、２００・・・負荷、３００・・・電圧クランプ回路、３０４・・・ダイオード、３０６・・・抵抗、３０８・・・ツェナーダイオード、３１０・・・トランジスタ
【図１】
2004139450.tif 000003
【図２】
2004139450.tif 000004
【図３】
2004139450.tif 000005
【図４】
2004139450.tif 000006