(57)【要約】【課題】ヒューズを溶断させる動作の確実性を向上させる。【解決手段】一端が電源に接続されたヒューズ２００を溶断させるためのヒューズ溶断回路１００は、ヒューズ２００の他端に接続され、ヒューズを流れるヒューズ電流の大きさを変化させるトランジスタ１０と、ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部２０と、ヒューズ２００を溶断するか否かを制御するための溶断制御信号の電圧と、制御電圧発生部２０が発生する制御電圧とに基づいて、トランジスタ１０の導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部３０と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が電源に接続されたヒューズを溶断させるためのヒューズ溶断回路であって、
前記ヒューズの他端に接続され、前記ヒューズを流れるヒューズ電流の大きさを変化させる第１トランジスタと、
前記ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部と、
前記ヒューズを溶断するか否かを制御するための溶断制御信号の電圧と、前記制御電圧発生部が発生する前記制御電圧とに基づいて、前記第１トランジスタの導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部と、
を有するヒューズ溶断回路。
【請求項２】
前記制御電圧発生部は、前記第１トランジスタとグランドとの間に設けられた一以上の抵抗を有し、前記一以上の抵抗の少なくともいずれかの抵抗の両端間の電位差に基づく前記制御電圧を発生する、
請求項１に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項３】
前記一以上の抵抗の合成抵抗値は、前記ヒューズに電流が流れていない状態における前記ヒューズの抵抗値よりも大きく、前記ヒューズが溶断する直前における前記ヒューズの抵抗値よりも小さい、
請求項２に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項４】
前記制御電圧発生部は、
一端が前記第１トランジスタに接続された第１抵抗と、
前記第１抵抗の他端とグランドとの間に接続された第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と前記増幅部との間に設けられており、前記第１抵抗の抵抗値及び前記第２抵抗の抵抗値よりも大きな抵抗値を有する第３抵抗を有する、
請求項２又は３に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項５】
前記制御電圧発生部は、前記第１抵抗と並列に設けられたキャパシタをさらに有する、
請求項４に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項６】
前記増幅部は、
前記溶断制御信号が入力される第１入力端子と、
前記第３抵抗を介して前記制御電圧が印加される第２入力端子と、
前記制御電圧との差分電圧に応じた電圧の前記導通制御信号を出力する出力端子と、
を含む差動増幅器を有する、
請求項５に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項７】
前記ヒューズの他端とグランドとの間において前記第１トランジスタと並列に設けられており、前記導通制御信号に基づいて導通状態を変化させる第２トランジスタと、
前記第２トランジスタとグランドとの間に設けられた第４抵抗と、
をさらに有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項８】
前記ヒューズに流す電流の大きさに応じてパルス幅が変化する複数のパルス信号から構成されるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、
前記ＰＷＭ信号を積分することにより前記導通制御信号を生成する積分部と、
をさらに有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のヒューズ溶断回路。
【請求項９】
電流の供給を受けて溶断可能なヒューズを有する交換ユニットと、
前記交換ユニットが着脱可能に装着される本体装置と、
を備える電子機器であって、
前記本体装置は、
前記交換ユニットが着脱可能に装着される着脱部と、
前記交換ユニットに電力を供給する電源部と、
を有し、
前記本体装置又は前記交換ユニットは、
前記ヒューズを溶断するか否かを制御するための溶断制御信号を発生する信号発生部と、
前記ヒューズの他端に接続され、前記ヒューズを流れるヒューズ電流の大きさを変化させるトランジスタと、
前記ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部と、
前記溶断制御信号の電圧と、前記制御電圧発生部が発生する前記制御電圧とに基づいて、前記トランジスタの導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部と、
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を遮断するヒューズを溶断するためのヒューズ溶断回路及びヒューズ溶断回路を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、装置本体に交換可能に設けられたユニット内に実装されたヒューズを溶断させることにより、ユニットを識別する装置が知られている。特許文献１には、ヒューズが実装されたユニットが装置本体に装着された際に、ヒューズに接続されたトランジスタを導通させてヒューズに電流を流すことによりヒューズを溶断させる回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１５２２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回路においては、トランジスタのゲートが、ＣＰＵの出力ポートに接続されており、出力ポートからの出力電圧がハイレベル値に変化するとトランジスタがオン状態になり、ヒューズに電流が流れ始める。ヒューズに電流が流れ始めると、ヒューズの温度上昇が開始し、ヒューズの温度上昇に伴ってヒューズの抵抗値が大きく上昇する。
【０００５】
ヒューズに接続された電源の電圧が十分に大きい場合（例えば、特許文献１に記載された２４Ｖの場合）、ヒューズの両端間の電位差を十分に確保できるので、ヒューズに電流が流れて温度が上昇することにより抵抗値が大きくなったとしても、ヒューズを溶断するために必要な大きさの電流が継続して流れ得る。しかしながら、ヒューズに接続された電源の電圧が十分に大きくない場合（例えば、１２．０Ｖ以下の場合）、ヒューズの抵抗値が上昇すると、ヒューズを流れる電流値が低下してしまい、ヒューズを溶断させることができないという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ヒューズを溶断させる動作の確実性を向上させることができるヒューズ溶断回路及び電流遮断回路を提供することを目的とする。また、上記のヒューズ溶断回路又は電流遮断回路を用いて、ヒューズを溶断させるタイミングを制御可能な電子機器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】
【０００７】
本発明の第１の態様においては、一端が電源に接続されたヒューズを溶断させるためのヒューズ溶断回路であって、前記ヒューズの他端に接続され、前記ヒューズを流れるヒューズ電流の大きさを変化させる第１トランジスタと、前記ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部と、前記ヒューズを溶断するか否かを制御するための溶断制御信号の電圧と、前記制御電圧発生部が発生する前記制御電圧とに基づいて、前記第１トランジスタの導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部と、を有するヒューズ溶断回路を提供する。
【０００８】
前記制御電圧発生部は、前記第１トランジスタとグランドとの間に設けられた一以上の抵抗を有し、前記一以上の抵抗の少なくともいずれかの抵抗の両端間の電位差に基づく前記制御電圧を発生してもよい。
【０００９】
前記一以上の抵抗の合成抵抗値は、例えば、前記ヒューズに電流が流れていない状態における前記ヒューズの抵抗値よりも大きく、前記ヒューズが溶断する直前における前記ヒューズの抵抗値よりも小さい。
【００１０】
前記制御電圧発生部は、一端が前記第１トランジスタに接続された第１抵抗と、前記第１抵抗の他端とグランドとの間に接続された第２抵抗と、前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と前記増幅部との間に設けられており、前記第１抵抗の抵抗値及び前記第２抵抗の抵抗値よりも大きな抵抗値を有する第３抵抗を有してもよい。また、前記制御電圧発生部は、前記第１抵抗と並列に設けられたキャパシタをさらに有してもよい。
【００１１】
前記増幅部は、前記溶断制御信号が入力される第１入力端子と、前記第３抵抗を介して前記制御電圧が印加される第２入力端子と、前記制御電圧との差分電圧に応じた電圧の前記導通制御信号を出力する出力端子と、を含む差動増幅器を有してもよい。
【００１２】
また、前記ヒューズの他端とグランドとの間において前記第１トランジスタと並列に設けられており、前記導通制御信号に基づいて導通状態を変化させる第２トランジスタと、前記第２トランジスタとグランドとの間に設けられた第４抵抗と、をさらに有してもよい。
【００１３】
上記のヒューズ溶断回路は、前記ヒューズに流す電流の大きさに応じてパルス幅が変化する複数のパルス信号から構成されるＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生部と、前記ＰＷＭ信号を積分することにより前記導通制御信号を生成する積分部と、をさらに有してもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、電流の供給を受けて溶断可能なヒューズを有する交換ユニットと、前記交換ユニットが着脱可能に装着される本体装置と、を備える電子機器であって、前記本体装置は、前記交換ユニットが着脱可能に装着される着脱部と、前記交換ユニットに電力を供給する電源部と、を有し、前記本体装置又は前記交換ユニットは、前記ヒューズを溶断するか否かを制御するための溶断制御信号を発生する信号発生部と、前記ヒューズの他端に接続され、前記ヒューズを流れるヒューズ電流の大きさを変化させるトランジスタと、前記ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部と、前記溶断制御信号の電圧と、前記制御電圧発生部が発生する前記制御電圧とに基づいて、前記トランジスタの導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部と、を有する電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒューズを溶断させる動作の確実性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る電子機器Ｓの構成を示す図である。
【図２】ヒューズ２００の溶断特性曲線Ｇを示すグラフである。
【図３】第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。
【図４】ＰＷＭ信号発生部４１が生成するＰＷＭ信号の例を示す図である。
【図５】ＰＷＭ信号のパルス信号の周波数と、デューティ比と、出力電流との関係を示す表である。
【図６】ＰＷＭ信号とヒューズ電流との関係を模式的に示す図である。
【図７】ヒューズ溶断回路１００の各部の波形を模式的に示す図である。
【図８】第２の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
［電子機器Ｓの構成］
図１は、第１の実施形態に係る電子機器Ｓの構成を示す図である。電子機器Ｓは、電子機器本体１と、交換ユニット２と、着脱部３とを備える。電子機器本体１は、例えば、複写機又はプリンタ等の画像形成装置である。交換ユニット２は、着脱部３を介して電子機器本体１に着脱可能に接続されている。交換ユニット２は、電子機器本体１の機能を実現するために必要な構成要素を有しており、電子機器本体１が画像形成装置である場合、交換ユニット２は、トナー又はインクを収容するユニットである。着脱部３は、例えばコネクタである。
【００１８】
電子機器本体１は、ヒューズ溶断回路１００と、電源部１１０と、制御部１２０とを有する。交換ユニット２は、ヒューズ２００と、抵抗２０１とを有する。ヒューズ溶断回路１００及びヒューズ２００は、制御部１２０の制御により、ヒューズ２００を流れる電流を遮断する電流遮断回路として機能する。
【００１９】
ヒューズ溶断回路１００は、制御部１２０の制御により、ヒューズ２００を溶断することができる大きさの通電電流及び通電時間に対応する可溶断信号と、ヒューズ２００を溶断することができない大きさの通電電流及び通電時間に対応する不溶断信号とを出力する。ヒューズ溶断回路１００は、制御部１２０の制御に基づいて、可溶断信号と不溶断信号とを組み合わせた信号列を出力する。
【００２０】
電源部１１０は、ヒューズ２００に印加する電圧を出力する。電源部１１０は、例えば１２Ｖ以下の電圧として、１２．０Ｖ、５．０Ｖ又は３．３Ｖ等の電圧を出力する。なお、電源部１１０は、ヒューズ溶断回路１００及び制御部１２０を動作させるための電力も供給する。
【００２１】
制御部１２０は、例えばＣＰＵである。制御部１２０は、ヒューズ溶断回路１００が可溶断信号と不溶断信号とを組み合わせた所定の信号列を出力するように制御する。また、制御部１２０は、交換ユニット２から、ヒューズ２００が溶断しているか否かを示す状態信号の入力を受ける。状態信号は、例えば、ヒューズ２００が溶断していない状態において電源電位に等しく、ヒューズ２００が溶断している状態においてグランド電位に等しい。制御部１２０は、所定のパターンで不溶断信号と可溶断信号とを組み合わせた信号列をヒューズ溶断回路１００に出力させてヒューズ２００に電流を流し、どのタイミングで状態信号が溶断状態に変化するかを検出することにより、交換ユニット２が純正品であるか非純正品であるかを判定することができる。
【００２２】
ヒューズ２００は、一端に１２Ｖ以下の電圧が印加された状態で、所定の電流が流れた場合に溶断することが可能なヒューズである。ヒューズ２００は、一端が電源部１１０に接続されており、他端が抵抗２０１を介してグランドに接続されているとともに、ヒューズ溶断回路１００に接続されている。なお、ヒューズ２００は、電源部１１０に直接接続されている態様に限定されず、抵抗、キャパシタ又はダイオード等のデバイスを介して電源部１１０に接続されていてもよい。
【００２３】
図２は、ヒューズ２００の溶断特性曲線Ｇを示すグラフである。溶断特性曲線Ｇは、ヒューズ２００を溶断する通電電流と通電時間との関係を示すものである。図２のグラフの横軸は通電時間Ｔを示し、縦軸は通電電流Ｉを示す。ヒューズ２００は、通電電流Ｉが大きいと短い通電時間Ｔで溶断し、通電電流Ｉが小さいと長い通電時間Ｔで溶断する。
【００２４】
ヒューズ溶断回路１００が出力する可溶断信号は、例えば、通電電流Ｉと通電時間Ｔとの関係が、図２におけるＡ１１（通電電流Ｉａ１、通電時間Ｔ１）、Ａ１２（通電電流Ｉ１、通電時間Ｔａ１）、Ａ２１（通電電流Ｉａ２、通電時間Ｔ２）及びＡ２２（通電電流Ｉ２、通電時間Ｔａ２）に対応する関係を有する信号である。ヒューズ溶断回路１００が出力する不溶断信号は、例えば、通電電流Ｉと通電時間Ｔとの関係が、図２におけるＢ１１（通電電流Ｉｂ１、通電時間Ｔ１）、Ｂ１２（通電電流Ｉ１、通電時間Ｔｂ１）、Ｂ２１（通電電流Ｉｂ２、通電時間Ｔ２）、Ｂ２２（通電電流Ｉ２、通電時間Ｔｂ２）に対応する関係を有する信号である。
【００２５】
ここで、ヒューズ２００に電流が流れると、ヒューズ２００の温度が上昇することにより、ヒューズ２００の抵抗値が急速に上昇する。その結果、従来の回路を用いると、ヒューズ２００を流れる電流値が急速に低下してしまい、ヒューズ２００を溶断させることができない。この現象は、ヒューズ２００に印加される電圧が１２Ｖ以下の電圧になると顕著に表れ、電圧が低くなればなるほど、ヒューズ２００を溶断することが困難になる。本実施形態に係るヒューズ溶断回路１００は、この問題を解決するための構成を有しており、ヒューズ２００の抵抗値が上昇しても、溶断に必要な電流を流し続けることができる。以下、ヒューズ溶断回路１００の構成について説明する。
【００２６】
［ヒューズ溶断回路１００の構成］
図３は、第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。ヒューズ溶断回路１００は、トランジスタ１０と、制御電圧発生部２０と、増幅部３０と、信号発生部４０とを有する。
【００２７】
トランジスタ１０は、例えば、電界効果トランジスタ又はバイポーラトランジスタである。トランジスタ１０は、ヒューズ２００に印加される電圧以上の耐圧を有しており、ヒューズ２００に流れ得る電流の最大値以上の電流を流すことができる。例えば、ヒューズ２００の定格電流が５０ｍＡであり、図２におけるＡ２の位置における通電電流Ｉ２が１００ｍＡ、Ａ１の位置における通電電流Ｉ１が３００ｍＡである場合、トランジスタ１０の定格電流は１Ａ以上である。なお、本実施形態の説明においては、トランジスタ１０が電界効果トランジスタである場合について説明するが、トランジスタ１０は電界効果トランジスタ以外のトランジスタであってもよい。
【００２８】
トランジスタ１０のドレイン端子は、ヒューズ２００の一端に接続されている。トランジスタ１０のドレイン端子は、ヒューズ２００に直接接続される態様に限定されず、抵抗、キャパシタ又はダイオード等のデバイスを介してヒューズ２００に接続されていてもよい。トランジスタ１０のソース端子は、制御電圧発生部２０に接続されている。トランジスタ１０のゲート端子は、増幅部３０に接続されている。トランジスタ１０は、増幅部３０から出力される電圧に応じてドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを変化させることにより、ヒューズ２００を流れるヒューズ電流Ｉｆの大きさを変化させることができる。具体的には、トランジスタ１０は、ヒューズ２００の抵抗値が増加して、ヒューズ電流Ｉｆが減少すると、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを小さくして、ヒューズ２００の両端間の電位差を大きくすることにより、ヒューズ電流Ｉｆを大きくすることができる。
【００２９】
制御電圧発生部２０は、ヒューズ電流Ｉｆの大きさに応じた制御電圧を発生する。例えば、制御電圧発生部２０は、トランジスタ１０とグランドとの間に設けられた一以上の抵抗を有し、一以上の抵抗の少なくともいずれかの抵抗の両端間の電位差に基づく制御電圧を発生する。図３に示す例において、制御電圧発生部２０は、抵抗２１（第１抵抗）と、抵抗２２（第２抵抗）と、抵抗２３（第３抵抗）とを有する。制御電圧発生部２０は、抵抗２１と抵抗２２とによって、トランジスタ１０のソース端子とグランドとの間の電圧を分圧することにより、ヒューズ電流Ｉｆの大きさに応じた制御電圧を発生する。制御電圧は、抵抗２１と抵抗２２との接続点における電圧である。制御電圧は、抵抗２３を介して増幅部３０に入力される。
【００３０】
増幅部３０は、オペアンプ３１と、オペアンプ３１の負極端子と出力端子との間に設けられたキャパシタ３２とを有する。増幅部３０は、信号発生部４０から正極端子に入力される、ヒューズを溶断するか否かを制御するための溶断制御信号の電圧と、制御電圧発生部２０から負極端子に入力される制御電圧とに基づいて、トランジスタ１０の導通状態を制御する導通制御信号を生成する。具体的には、増幅部３０は、溶断制御信号の電圧と制御電圧との差に応じた電圧の導通制御信号を生成する差動増幅器である。
【００３１】
定性的には、増幅部３０は、ヒューズ電流Ｉｆが十分に流れており、制御電圧と溶断制御信号の電圧との差が小さい場合に、導通制御信号の電圧を低下させることによりトランジスタ１０のドレイン−ソース間電圧を大きくして、ヒューズ電流Ｉｆのさらなる上昇を抑制する。他方で、増幅部３０は、ヒューズ電流Ｉｆが低下し、制御電圧が溶断制御信号の電圧よりも低くなると、導通制御信号の電圧を上昇させることによりトランジスタ１０のドレイン−ソース間電圧を小さくして、ヒューズ電流Ｉｆが大きくなるように制御する。トランジスタ１０、制御電圧発生部２０及び増幅部３０は、このような負帰還動作をすることにより、ヒューズ２００を溶断させることができるヒューズ電流Ｉｆを流し続けることが可能になる。
【００３２】
なお、オペアンプ３１は、レール・ツー・レールで動作可能なオペアンプであることが好ましい。オペアンプ３１がレール・ツー・レールで動作することにより、オペアンプ３１に溶断制御信号が入力されず、ヒューズ電流Ｉｆを流す必要がない状態において、オペアンプ３１の出力電圧が０Ｖに維持される。したがって、トランジスタ１０は完全にオフ状態に維持されるので、ヒューズ２００に電流が流れて温度が上昇することを防止できる。
【００３３】
上記の動作原理に基づいてヒューズ電流Ｉｆを制御するために、制御電圧発生部２０が有する一以上の抵抗（図３における抵抗２１及び抵抗２２）の合成抵抗値は、ヒューズ２００に電流が流れていない状態におけるヒューズ２００の抵抗値（コールド抵抗値）よりも大きく、ヒューズ２００が溶断する直前におけるヒューズ２００の抵抗値（ホット抵抗値）よりも小さいことが好ましい。例えば、抵抗２１の抵抗値は３Ωであり、抵抗２２の抵抗値は１Ωであり、ヒューズ２００のコールド抵抗値は１０Ωであり、ホット抵抗値は２５Ω以下である。
【００３４】
合成抵抗値がコールド抵抗値よりも大きいことで、ヒューズ２００にヒューズ電流Ｉｆを流し始める際に、過度に大きなヒューズ電流Ｉｆがヒューズ２００に流れることを防止できるので、トランジスタ１０が破壊されることを防止できる。また、合成抵抗値がホット抵抗値よりも小さいことで、ヒューズ２００の温度が上昇し始めたことによりヒューズ２００の抵抗値が上昇し、ヒューズ電流Ｉｆが減少した時に、制御電圧発生部２０が発生する制御電圧が、増幅部３０の正極端子に入力される溶断制御信号の電圧に比べて十分に小さくなる。したがって、増幅部３０が導通制御信号を大きくして、ヒューズ電流Ｉｆを上昇させることが可能になる。
【００３５】
また、抵抗２３の抵抗値は、抵抗２１の抵抗値及び抵抗２２の抵抗値よりも大きい。このようにすることで、トランジスタ１０、抵抗２１、抵抗２３及びオペアンプ３１から構成されるループの抵抗値が十分に大きくなり、制御電圧発生部２０及び増幅部３０により構成される負帰還回路が発振することが防止され、動作が安定する。
【００３６】
信号発生部４０は、制御部１２０から入力される制御信号に基づいて、増幅部３０に入力する溶断制御信号を生成する。信号発生部４０は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号発生部４１と、電圧電流変換部４２と、積分部４３とを有する。
【００３７】
ＰＷＭ信号発生部４１は、ヒューズ２００に流す電流の大きさに応じてパルス幅が変化する複数のパルス信号から構成されるＰＷＭ信号を発生する。ＰＷＭ信号発生部４１は、レジスタを有しており、制御部１２０により、発生するＰＷＭ信号を構成するパルス信号の周期及びデューティ比がレジスタに書き込まれると、書き込まれた周期及びデューティ比に対応するＰＷＭ信号を発生する。ここで、パルス信号の周期は、ＰＷＭ信号の電圧がロウレベル電圧（例えば０Ｖ）からハイレベル電圧（例えば５Ｖ）に変化するタイミングの間隔である。ＰＷＭ信号発生部４１は、制御部１２０により、ヒューズ２００に流す電流の大きさの設定を受けて、電流の大きさに応じた周期及びデューティ比のパルス信号により構成されるＰＷＭ信号を発生してもよい。なお、パルス信号の電圧は任意であり、例えば５Ｖである。
【００３８】
図４は、ＰＷＭ信号発生部４１が生成するＰＷＭ信号の例を示す図である。図４には、パルス信号の１周期Ｔの間に、パルス幅０．２５Ｔのパルス信号が含まれているデューティ比が２５％のパルス信号と、パルス幅０．５０Ｔのパルス信号が含まれているデューティ比が５０％のパルス信号と、パルス幅０．７５Ｔのパルス信号が含まれているデューティ比が７５％のパルス信号と、が示されている。
【００３９】
図５は、ＰＷＭ信号のパルス信号の周波数と、デューティ比と、出力電流との関係を示す表である。出力電流は、信号発生部４０が出力する電流である。デューティ比を調整することにより、ヒューズ電流と電流波形の立ち上がり時間を細かく制御できることがわかる。例えば、デューティ比を３５％にした場合、最大出力電流値は３２４．３ｍＡであり、立ち上がり時間は１００μ秒である。デューティ比を４０％にした場合、電流値は３２８．６ｍＡであり、デューティ比を３５％にした場合に比べて電流値は大きく増加しないが、立ち上がり時間は３１μ秒と大幅に短縮される。
【００４０】
図６は、ＰＷＭ信号とヒューズ電流との関係を模式的に示す図である。ＶＰ０は、ＰＷＭ信号発生部４１が出力するパルス信号の電圧、すなわち図３のＰ０における電圧を示している。Ｉｆは、ヒューズ２００を流れる電流を示している。
【００４１】
不溶断信号Ｂ１２は、図２におけるＢ１２（通電時間Ｔｂ１、通電電流Ｉ１）に対応し、不溶断信号Ｂ２２は、図２におけるＢ２２（通電時間Ｔｂ２、通電電流Ｉ２）に対応する。可溶断信号Ａ１２は、図２におけるＡ１２（通電時間Ｔａ１、通電電流Ｉ１）に対応する。このように、ヒューズ溶断回路１００は、可溶断信号と不溶断信号とを含む信号列に基づく通電電流を出力することにより、制御部１２０の制御に基づいて設定されたタイミングでヒューズ２００を溶断することができる。
【００４２】
電圧電流変換部４２は、ＰＷＭ信号発生部４１が生成したＰＷＭ信号を電流に変換する。電圧電流変換部４２は、抵抗４２１及びオペアンプ４２２を有する。抵抗４２１は負荷抵抗である。オペアンプ４２２は、ボルテージフォロワを構成しており、ＰＷＭ信号の電圧値に応じた電流を積分部４３へと出力する。
【００４３】
積分部４３は、抵抗４３１及びキャパシタ４３２を有する積分回路により構成されている。積分部４３は、オペアンプ４２２から出力されるパルス状の電流を積分することにより、パルス状の電流を、時間の経過とともに電圧が増加する溶断制御信号に変換して出力する。積分部４３の時定数は、溶断制御信号に、ＰＷＭ信号が有する周波数成分に同期したリップルが発生しない大きさに設定されている。このようにすることで、増幅部３０において発振が生じることを防止しつつ、溶断制御信号を急峻に立ち上げることができる。
【００４４】
［ヒューズ溶断回路１００の各部の波形］
図７は、ヒューズ溶断回路１００の各部の波形を模式的に示す図である。ＶＰ０は、図３のＰ０における電圧の波形、すなわちＰＷＭ信号発生部４１が出力するＰＷＭ信号の電圧波形である。ＶＰ１は、図３のＰ１における電圧の波形、すなわち電圧電流変換部４２が出力する電圧の波形である。ＶＰ２は、図３のＰ２における電圧の波形、すなわち積分部４３が出力する電圧の波形である。ＶＰ３は、図３のＰ３における電圧の波形、すなわち制御電圧発生部２０が出力する電圧の波形である。ＶＰ４は、図３のＰ４における電圧の波形、すなわち増幅部３０が出力する電圧の波形である。ＶＰ４は、ＶＰ２とＶＰ３との差分に応じた値の電圧になっている。Ｉｆは、ヒューズ２００を流れる電流の波形である。
【００４５】
ＰＷＭ信号発生部４１が出力するパルス信号（ＶＰ０）が電圧電流変換部４２に入力されると、電圧電流変換部４２は、三角波状の鋸波信号（ＶＰ１）を生成する。鋸波信号の振幅及びパルス幅は、ＰＷＭ信号発生部４１から出力されるパルス信号のデューティ比に応じて変化する。デューティ比が大きくなればなるほど、鋸波信号の振幅及びパルス幅が大きくなる。
【００４６】
積分部４３は、電圧電流変換部４２から入力された鋸波信号を積分することにより、時間の経過とともに電圧が増加する溶断制御信号（ＶＰ２）を生成する。溶断制御信号の電圧が上昇すると、増幅部３０が出力する導通制御信号（ＶＰ４）の電圧が上昇し、ヒューズ電流Ｉｆが上昇を開始する。
【００４７】
ヒューズ電流Ｉｆの上昇に伴い、制御電圧発生部２０が出力する制御電圧（ＶＰ３）も上昇する。制御電圧（ＶＰ３）の変化は、負帰還回路における抵抗２３及びキャパシタ３２の影響により、導通制御信号（ＶＰ４）の変化に対して遅延する。例えば、図７において、時間ｔ１において導通制御信号（ＶＰ４）が下降し始めてから、ヒューズ電流Ｉｆの低下に伴い制御電圧（ＶＰ３）が下降し始める時間ｔ２までの間に、遅延時間が生じている。
【００４８】
制御電圧（ＶＰ３）の電圧が上昇して、溶断制御信号の電圧（ＶＰ２）との差分が小さくなると、導通制御信号（ＶＰ４）の電圧が低下することにより、トランジスタ１０のドレイン−ソース間電圧が大きくなり、ヒューズ電流Ｉｆが低下する。ヒューズ電流Ｉｆが低下すると、上記の遅延時間の後に制御電圧（ＶＰ３）が低下し、制御電圧（ＶＰ３）の低下に伴って、導通制御信号（ＶＰ４）が上昇する。上記の動作を繰り返しながら、徐々にヒューズ電流Ｉｆが大きくなり、ヒューズ２００が所定の温度に達した時点でヒューズ２００が溶断する。
【００４９】
なお、ヒューズ電流Ｉｆの立ち上がりの時定数は、積分部４３が有する抵抗４３１及びキャパシタ４３２の値、並びにパルス信号（ＶＰ０）のデューティ比に基づいて定められる。したがって、ヒューズ溶断回路１００を用いることにより、ヒューズ溶断回路１００に入力するパルス信号のデューティ比を変化させることにより、又は抵抗４３１若しくはキャパシタ４３２の値を変化させることにより、所望のタイミングでヒューズを溶断させることが可能になる。例えば、外部から入力される信号に基づいて抵抗値が変化する可変抵抗を抵抗４３１として用いたり、外部から入力される信号に基づいて容量値が変化するバリキャップダイオードをキャパシタ４３２として用いたりすることにより、ヒューズ溶断回路１００がヒューズを溶断させるタイミングを制御することができる。
【００５０】
［第１の実施形態における効果］
第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００は、ヒューズ２００を流れるヒューズ電流の大きさを変化させるトランジスタ１０と、ヒューズ電流の大きさに応じた制御電圧を発生する制御電圧発生部２０と、溶断制御信号の電圧及び制御電圧に基づいてトランジスタ１０の導通状態を制御する導通制御信号を生成する増幅部３０と、を有する。そして、ヒューズ溶断回路１００は、ヒューズ電流に基づく負帰還制御を行いトランジスタ１０のドレイン−ソース間電圧を制御することにより、ヒューズ２００の抵抗値が上昇しても、適切な大きさのヒューズ電流を流し続けることができるので、ヒューズ２００が接続される電源電圧が１２Ｖ以下であっても、ヒューズ２００を溶断することができる。
【００５１】
また、ヒューズ溶断回路１００は、ヒューズに流す電流の大きさに応じてパルス幅が変化する複数のパルス信号から構成されるＰＷＭ信号に基づく導通制御信号を発生する信号発生部４０をさらに有する。制御部１２０が信号発生部４０にＰＷＭ信号を構成するパルス信号の周期及びデューティ比を設定することにより、制御部１２０は、ヒューズ電流と電流波形の立ち上がり時間を細かく制御できる。
【００５２】
このような特徴を有するヒューズ溶断回路１００は、電子機器において脱着可能に接続して使用される交換ユニットが特定の交換ユニット（純正品）であるか否かを識別する目的でヒューズが使用される場合に好適である。ヒューズ溶断回路１００を搭載した電子機器本体１は、ＰＷＭ信号を構成するパルス信号の周期及びデューティ比を制御することにより、交換ユニット２に対して継続的にパルス電流を出力しつつ、所定のパターンのパルス電流を流したタイミングでヒューズを溶断させることができる。したがって、電子機器本体１は、ヒューズが溶断したタイミングを検出し、そのタイミングが純正品においてヒューズが溶断するタイミングであるか否かを判定することにより、交換ユニットが純正品であるか否かを識別することができる。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図８は、第２の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。第２の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００は、トランジスタ１０（第１トランジスタ）、抵抗２１及び抵抗２２と並列に、トランジスタ１１（第２トランジスタ）、抵抗２４及び抵抗２５（第４抵抗）を有する点で第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００と異なり、他の点で同じである。
【００５４】
トランジスタ１１のゲート端子は、オペアンプ３１の出力端子及びトランジスタ１０のゲート端子に接続されており、トランジスタ１０と同様に、トランジスタ１１は、増幅部３０が出力する導通制御信号に応じてドレイン−ソース間電圧を変化させる。トランジスタ１１のソース端子は、トランジスタ１０のソース端子及びヒューズ２００の一端に接続されている。
【００５５】
抵抗２４及び抵抗２５は、トランジスタ１１のドレイン端子とグランドとの間に接続されている。抵抗２４及び抵抗２５の合成抵抗値は、抵抗２１及び抵抗２２の合成抵抗値と等しい。
【００５６】
なお、本発明で使用されるヒューズ２００及び回路素子は、ともに周囲温度の変化と共に特性が変化し、ＰＷＭ信号発生部４１が出力するパルス信号が一定であっても、ヒューズ電流Ｉｆを変動させる要因となる。例えば、周囲温度が２０℃上昇すると、本ヒューズ２００の抵抗値は８．２％上昇する。しかし、このように周囲温度の変化に伴ってヒューズ２００及び回路素子の特性が変化したとしても、ヒューズ２００が溶断する時の電流値が変わらないことが望ましい。一つ目の方策として、温度安定性が高いトランジスタ１０を選定し、温度変化に伴う電流変動を小さくすることが考えられる。また、二つ目の方策として、ヒューズ２００のエレメントを、抵抗率の温度係数が小さい材料を用いて形成することが考えられる。これらの方策により、周囲温度を４０℃変化させた場合であっても、溶断時の電流値のばらつきを２０％以内に収めることができた。
【００５７】
［第２の実施形態における効果］
第２の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００においては、２つのトランジスタによりヒューズ電流を流すので、第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００におけるヒューズ電流の２倍の電流を流すことができる。したがって、大きな電流を短時間で立ち上げて流す必要がある場合に、オペアンプ３１の立ち上がりが遅い場合であっても、十分な電流値を確保することができる。
【００５８】
＜第３の実施形態＞
図９は、第３の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００の構成を示す図である。第３の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００は、図３に示した第１の実施形態に係るヒューズ溶断回路１００における制御電圧発生部２０の代わりに、制御電圧発生部２０ａを有する。制御電圧発生部２０ａは、抵抗２１と並列に、互いに直列に接続された抵抗２６及びキャパシタ２７を有する。抵抗２６の抵抗値は０Ωであってもよい。
【００５９】
制御電圧発生部２０ａが、抵抗２６及びキャパシタ２７を有することにより、ヒューズ２００に電流が流れ始めた時に、流れる電流が微分されるので、瞬間的に大きな電流を流すことが可能になる。その結果、ヒューズ２００に印加される電源電圧が低い場合であっても、ヒューズ２００を溶断しやすくなる。
【００６０】
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。そのよう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。例えば、上記の実施形態において、電子機器本体１がヒューズ溶断回路１００を有する場合について説明したが、交換ユニット２がヒューズ溶断回路１００の全て又は一部の回路を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  電子機器本体
２  交換ユニット
３  着脱部
１０  トランジスタ
１１  トランジスタ
２０  制御電圧発生部
２１〜２６  抵抗
２７  キャパシタ
３０  増幅部
３１  オペアンプ
３２  キャパシタ
４０  信号発生部
４１  ＰＷＭ信号発生部
４２  電圧電流変換部
４３  積分部
１００  ヒューズ溶断回路
１１０  電源部
１２０  制御部
２００  ヒューズ
２０１  抵抗
４２１  抵抗
４２２  オペアンプ
４３１  抵抗
４３２  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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