JP2005210641A - Voltage limiting circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばマイコンの入力ポートに印加される電圧を制限するための電圧制限回路に関する。 The present invention relates to a voltage limiting circuit for limiting, for example, a voltage applied to an input port of a microcomputer.
例えば、各種機器の制御回路に組み込まれたマイクロコンピュータ(以下、単にマイコンという)等の入力ポートには、各種センサが電気的に接続されており、各種センサの出力信号として電圧信号が入力されるようになっている。そして、入力ポートへ許容電圧以上の電圧が印加されないように、電圧制限回路が設けられている。 For example, various sensors are electrically connected to input ports of microcomputers (hereinafter simply referred to as microcomputers) incorporated in control circuits of various devices, and voltage signals are input as output signals of the various sensors. It is like that. A voltage limiting circuit is provided so that a voltage higher than the allowable voltage is not applied to the input port.
このような電圧制限回路について、図3に基づいて説明する。マイコン50の入力ポートにはポート入力ライン52の一端部が接続されており、ポート入力ライン52の他端部は図示しないセンサから電圧信号入力される電圧入力部54とされている。ポート入力ライン52には抵抗56が設けられており、ポート入力ライン52における抵抗56の下流(入力ポート側)には分岐ライン58が接続されている。分岐ライン58には、ツェナーダイオード60が逆方向に設けられている。
Such a voltage limiting circuit will be described with reference to FIG. One end of a
ツェナーダイオード60は、電圧入力部54の入力電圧(ツェナーダイオード60に対する逆方向電圧)Vinがツェナー電圧Vz以下である場合には、自らに電流(逆方向電流)が流れることが殆どなく、分岐ライン58へ電流が流れることを防止するため、マイコン50の入力ポートに印加されるポート電圧Vp(すなわち、電圧制限回路の出力電圧)は、電圧入力部54の入力電圧Vinにほぼ一致する。すなわち、図4に示す如く、入力電圧Vinがツェナー電圧Vz以下の領域では、入力電圧Vinの増加に伴いポート電圧Vpが増加する。
When the input voltage (reverse voltage with respect to the zener diode 60) Vin of the
一方、電圧入力部54の入力電圧Vinがツェナー電圧Vzよりも大きい場合には、ツェナーダイオード60すなわち分岐ライン58に電流が流れることにより、ポート電圧Vpがほぼツェナー電圧Vzに制限される(クランプされる)。したがって、ツェナー電圧Vzを入力ポートの許容入力電圧Vpaに設定しておけば、該入力ポートが過電圧に対し保護される。
On the other hand, when the input voltage Vin of the
しかしながら、ツェナーダイオード60は、その特性上、入力電圧Vinがツェナー電圧Vz以下の領域であっても、微小な電流が流れ、分岐ライン58に微小な電流を流すこととなるため、分岐ライン58よりも上流に位置する抵抗56による電圧降下によって、入力電圧Vinよりも低い電圧がマイコン50の入力ポートに入力されてしまう。すなわち、ツェナーダイオード60がポート電圧Vpに、本来入力されるべき入力電圧Vin(センサ出力)に対し誤差を生じさせてしまうという問題があった。
However, because of the characteristics of the Zener
この対策として、ツェナーダイオード60のツェナー電圧Vzを入力ポートの許容入力電圧Vpaよりも高く設定すると、図4に破線にて示す如く、入力電圧Vinが比較的低い領域においてポート電圧Vpが上記許容入力電圧Vpaを超えてしまい、マイコン50の入力ポートが破壊される可能性が高くなる。また、ツェナー電圧Vzを入力ポートの許容入力電圧Vpaに一致させて設定した場合でも、上記したツェナーダイオードの特性によって、入力電圧Vinのツェナー電圧を超える増加に伴って出力電圧が徐々に増加すなわち単調増加する(図4参照)ため、入力電圧Vinがツェナー電圧Vzに対し大きい場合には、ポート電圧Vpが許容入力電圧Vpaを超えてしまい、入力ポートが破壊される可能性がある。
As a countermeasure, when the Zener voltage Vz of the
以上説明したように、ツェナーダイオード60を用いた従来の電圧制限回路では、電圧入力部54の入力電圧Vinがツェナー電圧Vz以下である場合におけるポート電圧Vpの誤差の低減と、電圧入力部54の入力電圧Vinがツェナー電圧Vzを超える場合における入力ポートの過電圧保護とを両立することが困難であった。
As described above, in the conventional voltage limiting circuit using the
本発明は、上記事実を考慮して、入力電圧が制限電圧以下である場合は出力電圧に誤差を生じさせることなく、入力電圧が制限電圧を超える場合は出力電圧を確実に制限することができる電圧制限回路を得ることが目的である。 In consideration of the above fact, the present invention can reliably limit the output voltage when the input voltage exceeds the limit voltage without causing an error in the output voltage when the input voltage is equal to or lower than the limit voltage. The purpose is to obtain a voltage limiting circuit.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る電圧制限回路は、電圧印加ラインにおける電圧入力部と電圧出力部との間から分岐され、該分岐部分とは反対側への通電を許容する第1ダイオードが設けられた分岐ラインと、前記電圧印加ラインにおける前記分岐ラインよりも上流に設けられた第1抵抗と、前記分岐ラインにおける前記第1ダイオードの下流に接続され、該接続部に一定電圧を印加するためのクランプラインと、を備えている。 In order to achieve the above object, the voltage limiting circuit according to the first aspect of the present invention is branched from between the voltage input portion and the voltage output portion of the voltage application line, and energization to the opposite side of the branch portion is allowed. A branch line provided with a first diode, a first resistor provided upstream of the branch line in the voltage application line, and a downstream of the first diode in the branch line, and connected to the connection portion A clamp line for applying a constant voltage.
請求項1記載の電圧制限回路では、電圧印加ラインの電圧入力部に入力される電圧(以下、入力電圧という)が、クランプラインの一定電圧に第1ダイオードの電圧降下を付加した電圧(以下、制限電圧という)以下である場合には、分岐ラインにおけるクランプライン接続部(第1ダイオードの下流)に、入力電圧から第1ダイオードの電圧降下を差し引いた電圧以上の一定電圧が印加されているため、第1ダイオードすなわち分岐ラインには電流が流れることがなく、電圧印加ラインに電圧降下が生じない。このため、入力電圧が制限電圧以下である範囲において、入力電圧がそのまま電圧出力部の出力電圧となり、入力電圧に対する出力電圧の誤差が生じることが防止される。 In the voltage limiting circuit according to claim 1, a voltage (hereinafter referred to as an input voltage) input to a voltage input unit of the voltage application line is a voltage obtained by adding a voltage drop of the first diode to a constant voltage of the clamp line (hereinafter, If the voltage is equal to or lower than the limit voltage, a constant voltage equal to or higher than the voltage obtained by subtracting the voltage drop of the first diode from the input voltage is applied to the clamp line connection portion (downstream of the first diode) in the branch line. No current flows through the first diode, that is, the branch line, and no voltage drop occurs in the voltage application line. For this reason, in the range where the input voltage is equal to or lower than the limit voltage, the input voltage is directly used as the output voltage of the voltage output unit, and an error in the output voltage with respect to the input voltage is prevented.
一方、入力電圧が制限電圧よりも高い場合には、第1ダイオードすなわち分岐ラインに電流が流れる。このとき、分岐ラインにおけるクランプライン接続部の電圧、すなわち第1ダイオードの下流側(電圧印加ラインとは反対側)部分の電圧がクランプラインの一定電圧に制限されるため、換言すれば、入力電圧から第1ダイオードの順方向電圧を差し引いた電圧を、ツェナー電圧に相当するクランプラインの一定電圧にクランプさせているため、電圧印加ラインにおける電圧出力部の出力電圧が、上記一定電圧に第1ダイオードの電圧降下を付加した電圧(以下、制限電圧という)に一致する。そして、この一定電圧は、クランプラインを介して分岐ラインの外部から印加され入力電圧の変動によって変動することがないため、入力電圧が所定の範囲で変化しても出力電圧が変動することがない。したがって、入力電圧が制限電圧を超える所定の範囲内である場合には、出力電圧が制限電圧を超えてしまうことが防止される。 On the other hand, when the input voltage is higher than the limit voltage, a current flows through the first diode, that is, the branch line. At this time, the voltage of the clamp line connecting portion in the branch line, that is, the voltage on the downstream side (opposite to the voltage application line) of the first diode is limited to a constant voltage of the clamp line. Since the voltage obtained by subtracting the forward voltage of the first diode from the first diode is clamped to a constant voltage of the clamp line corresponding to the Zener voltage, the output voltage of the voltage output unit in the voltage application line is set to the constant voltage. It corresponds to the voltage (hereinafter referred to as the limit voltage) to which the voltage drop is added. The constant voltage is applied from the outside of the branch line via the clamp line and does not fluctuate due to fluctuations in the input voltage. Therefore, the output voltage does not fluctuate even if the input voltage changes within a predetermined range. . Therefore, when the input voltage is within a predetermined range exceeding the limit voltage, the output voltage is prevented from exceeding the limit voltage.
このように出力電圧を制限することができる入力電圧の所定の範囲は、入力電圧に基づいて分岐ラインにおけるクランプライン接続部に印加される電圧が上記一定電圧以下である範囲(クランプラインに電流が流れる範囲)であり、電圧印加ラインにおける分岐ラインよりも上流に第1抵抗を設けることで設定されている。すなわち、第1ダイオードに電流が流れて第1抵抗により電圧降下した後の入力電圧に基づく電圧が、クランプラインの一定電圧を超えない範囲で、出力電圧を上記の如く制限電圧に制限することができる。したがって、第1抵抗の抵抗値に応じて、出力電圧が制限される入力電圧の範囲を所望の範囲に設定することができる。なお、この第1抵抗は、電流が流れることで電圧降下を生じさせる機能を果たせば足り、上記作用効果を阻害しない他の機能をも果たすものであっても良い。 The predetermined range of the input voltage that can limit the output voltage in this way is a range in which the voltage applied to the clamp line connection portion in the branch line based on the input voltage is equal to or lower than the above-described constant voltage (the current is applied to the clamp line). It is set by providing a first resistor upstream of the branch line in the voltage application line. That is, the output voltage may be limited to the limit voltage as described above in a range where the voltage based on the input voltage after the current flows through the first diode and the voltage is dropped by the first resistor does not exceed the constant voltage of the clamp line. it can. Therefore, the input voltage range in which the output voltage is limited can be set to a desired range according to the resistance value of the first resistor. The first resistor only needs to fulfill the function of causing a voltage drop when a current flows, and may perform another function that does not hinder the above-described effects.
このように、請求項1記載の電圧制限回路では、入力電圧が制限電圧以下である場合は出力電圧に誤差を生じさせることなく、入力電圧が制限電圧を超える場合は出力電圧を確実に制限することができる。 Thus, in the voltage limiting circuit according to the first aspect, the output voltage is reliably limited when the input voltage exceeds the limit voltage without causing an error in the output voltage when the input voltage is equal to or lower than the limit voltage. be able to.
請求項2記載の発明に係る電圧制限回路は、請求項1記載の電圧制限回路において、前記クランプラインに、前記第1ダイオードと実質的に同じ電気的特性を有し前記分岐ラインとの接続側への通電を許容する第2ダイオードを設けた、ことを特徴としている。 A voltage limiting circuit according to a second aspect of the present invention is the voltage limiting circuit according to the first aspect, wherein the clamp line has substantially the same electrical characteristics as the first diode and is connected to the branch line. A second diode that allows energization is provided.
請求項2記載の電圧制限回路では、クランプラインに第1ダイオードと実質的に同じ電気的特性を有する第2ダイオードを設けたため、クランプラインに印加される電圧から第2ダイオードの順方向電圧降下を差し引いた電圧が一定電圧として分岐ラインとの接続部位に印加される。このため、第1ダイオードの順方向電圧降下が第2ダイオードの順方向電圧降下によって相殺される。また、第1ダイオードと第2ダイオードとは、温度特性も実質的に同じであるため、これらをほぼ等温環境下で作動するように近接して配置すれば、第1ダイオードの温度特性を第2ダイオードの温度特性によって相殺される。したがって、第1ダイオードの電気的特性(温度特性)を考慮することなく、クランプラインに印加する電圧を所望の制限電圧に一致させて設定すれば良く、電圧制限回路の設計が容易である。 In the voltage limiting circuit according to claim 2, since the second diode having substantially the same electrical characteristics as the first diode is provided in the clamp line, the forward voltage drop of the second diode is reduced from the voltage applied to the clamp line. The subtracted voltage is applied as a constant voltage to the connection site with the branch line. For this reason, the forward voltage drop of the first diode is offset by the forward voltage drop of the second diode. In addition, since the temperature characteristics of the first diode and the second diode are substantially the same, if they are arranged close to each other so as to operate in an almost isothermal environment, the temperature characteristics of the first diode are changed to the second diode. It is offset by the temperature characteristics of the diode. Therefore, the voltage applied to the clamp line may be set to match the desired limit voltage without considering the electrical characteristics (temperature characteristics) of the first diode, and the design of the voltage limit circuit is easy.
請求項3記載の発明に係る電圧制限回路は、請求項1または請求項2記載の電圧制限回路において、前記分岐ラインにおける前記クランプラインの接続部の下流に、前記第1抵抗よりも電気抵抗値が小さい第2抵抗を設けた、ことを特徴としている。 A voltage limiting circuit according to a third aspect of the present invention is the voltage limiting circuit according to the first or second aspect, wherein the electric resistance value is lower than the first resistance downstream of the connection portion of the clamp line in the branch line. Is provided with a small second resistor.
請求項3記載の電圧制限回路では、第2抵抗によって分岐ラインにおけるクランプラインの接続部の電圧が保持される。そして、この第2抵抗の抵抗値が第1抵抗の抵抗値よりも小であるため、出力電圧を制限電圧に制限することができる入力電圧の範囲が広い。すなわち、分岐ラインのクランプライン接続部において、第1抵抗による電圧降下後の入力電圧に基づく電圧が一定電圧よりも高くなる入力電圧の上限が高くなる。 In the voltage limiting circuit according to the third aspect, the voltage at the connection portion of the clamp line in the branch line is held by the second resistor. And since the resistance value of this 2nd resistance is smaller than the resistance value of a 1st resistance, the range of the input voltage which can restrict | limit an output voltage to a limiting voltage is wide. That is, in the clamp line connection part of the branch line, the upper limit of the input voltage at which the voltage based on the input voltage after the voltage drop due to the first resistor is higher than the constant voltage is increased.
より具体的には、第1抵抗の抵抗値をR1、第2抵抗の抵抗値をR2、クランプラインを介して分岐ラインに印加される一定電圧をVc、第1ダイオードの電圧降下をVfとすると、上記入力電圧の上限Vinは、Vin=Vc×(R1+R2)/R2+Vfで表されるから、第2抵抗の抵抗値R2を小さくすることで、上記入力電圧の上限Vinを高く設定することができる。これにより、入力電圧の広い変動範囲において、出力電圧を制限電圧に制限することができる。 More specifically, the resistance value of the first resistor is R1, the resistance value of the second resistor is R2, the constant voltage applied to the branch line through the clamp line is Vc, and the voltage drop of the first diode is Vf. Since the upper limit Vin of the input voltage is expressed by Vin = Vc × (R1 + R2) / R2 + Vf, the upper limit Vin of the input voltage can be set higher by reducing the resistance value R2 of the second resistor. . As a result, the output voltage can be limited to the limit voltage in a wide fluctuation range of the input voltage.
以上説明したように本発明に係る電圧制限回路は、入力電圧が制限電圧以下である場合は出力電圧に誤差を生じさせることなく、入力電圧が制限電圧を超える場合は出力電圧を確実に制限することができるという優れた効果を有する。 As described above, the voltage limiting circuit according to the present invention reliably limits the output voltage when the input voltage exceeds the limiting voltage without causing an error in the output voltage when the input voltage is equal to or lower than the limiting voltage. It has an excellent effect of being able to.
本発明の実施の形態に係る電圧制限回路をマイコンの入力ポートに適用した例を図1及び図2に基づいて説明する。 An example in which the voltage limiting circuit according to the embodiment of the present invention is applied to an input port of a microcomputer will be described with reference to FIGS.
図1には、電圧制限回路10の回路図が示されている。この図に示される如く、電圧制限回路10は、図示しないセンサ等の出力電圧が印加される電圧入力部12とマイコン14の入力ポート14Aとを接続する電圧印加ラインとしてのポート入力ライン16に適用されており、入力ポート14Aに入力されるポート電圧Vpを許容入力電圧Vpa以下に制限するようになっている。したがって、ポート入力ライン16におけるマイコン14の入力ポート14Aとの接続部が本発明における「電圧出力部」に相当する。以下、電圧制限回路10について、具体的に説明する。
A circuit diagram of the
電圧制限回路10は、ポート入力ライン16における電圧入力部12と入力ポート14Aとの間に設けられた第1抵抗18を備えている。また、ポート入力ライン16における第1抵抗18の下流、すなわち第1抵抗18よりも入力ポート14A側からは、分岐ライン20が分岐して設けられている。この分岐ライン20には、第1ダイオード22と、第1ダイオード22よりも下流に配置された第2抵抗24とが設けられている。
The
第1ダイオード22は、分岐ライン20の下流に向けて順方向に設けられている。これにより、分岐ライン20には、ポート入力ライン16との接続側(上流)から第2抵抗24側(下流)へ電流を流すことが可能とされている。この分岐ライン20の下流端は接地されている(図示省略)。
The
また、分岐ライン20における第1ダイオード22と第2抵抗24との間には、クランプ線としてのクランプライン26の一端部(下流端)が接続されている。クランプライン26の他端部には、一定電圧である電源電圧Vddが印加されている。この電源電圧Vddは、マイコン14の入力ポート14Aの許容入力電圧Vpaに一致して設定されており、本実施の形態ではマイコン14の電源電圧Vddと共通の電源線から印加されている。以下の説明では、分岐ライン20におけるクランプライン26の接続部位を、クランプ接続部30ということとする。
Further, one end (downstream end) of a
このクランプライン26には、第2ダイオード28が下流に向けて順方向に設けられている。これにより、クランプライン26は、電源電圧Vdd側(上流)からクランプ接続部30側(下流)へ電流を流すことができる構成とされており、この電流は分岐ライン20の第2抵抗24に流れるようになっている。すなわち、第2抵抗24によってクランプ接続部30の電圧が保持される構成である。なお、分岐ライン20には、第1ダイオード22が順方向に設けられていることにより、クランプライン26を流れる電流が逆流することはない。同様に、クランプライン26には、第2ダイオード28が順方向に設けられていることにより、分岐ライン20からの電流が逆流することはない。
A
第2ダイオード28の温度特性を含む電気的特性は、第1ダイオード22の温度特性を含む電気的特性と実質的に同じとされている。そして、第1ダイオード22と第2ダイオード28とは、動作時の温度が等しくなるように極近接して配置されている。本実施の形態では、第1ダイオード22及び第2ダイオード28のそれぞれの順方向電圧降下Vfが、共に0.6Vとされている。
The electrical characteristics including the temperature characteristics of the
また、本実施の形態では、第1抵抗18の抵抗値R1が20KΩ、第2抵抗24の抵抗値R2が第1抵抗18の抵抗値R1よりも十分に小さい1KΩとされている。さらに、本実施の形態では、電源電圧Vddすなわち入力ポート14Aの許容入力電圧Vpaが5V一定とされている。
In the present embodiment, the resistance value R1 of the
次に、本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
上記構成の電圧制限回路10では、ポート入力ライン16の電圧入力部12に、センサ等の出力電圧が入力される。この入力電圧Vinがクランプライン26に印加されている電源電圧Vddすなわち入力ポート14Aの許容入力電圧Vpa以下の領域では、クランプライン26を介して分岐ライン20におけるクランプ接続部30に、電源電圧Vddから第2ダイオード28の順方向電圧降下Vfを差し引いた電圧(Vdd−Vf(≧Vin−Vf))が印加されているため、従来のツェナーダイオードを用いた構成の如く分岐ライン20に電流が流れてしまうことがない。
In the
このため、ポート入力ライン16の第1抵抗18にも電流が流れることがなく、入力電圧Vinがそのままマイコン14の入力ポート14Aに入力される。すなわち、入力ポート14Aに入力されるポート電圧Vpは入力電圧Vinに一致する。したがって、図2に示す如く、入力電圧Vinが電源電圧Vdd以下の領域Aでは、該領域Aの全範囲に亘り、入力電圧Vinの増加に伴ってポート電圧Vpが直線的に増加し、ポート電圧Vpに入力電圧Vin(センサ出力等)に対する誤差が生じることが防止されている。
Therefore, no current flows through the
一方、入力電圧Vinが電源電圧Vddよりも大きい場合には、第1ダイオード22に電流が流れる。そして、入力電圧Vinに基づくクランプ接続部30の電圧が電源電圧Vddに基づくクランプ接続部30の電圧以下である領域では、第2ダイオード28にも電流が流れる状態が維持される。具体的には、入力電圧Vinに基づくクランプ接続部30の電圧が(Vin−Vf)×R2/(R1+R2)であり、電源電圧Vddに基づくクランプ接続部30の電圧(Vdd−Vf)であることから、以下の式(1)を満たす領域で、第1ダイオード22及び第2ダイオード28に共に電流が流れる状態が維持される。
On the other hand, when the input voltage Vin is larger than the power supply voltage Vdd, a current flows through the
Vdd<Vin≦(Vdd−Vf)×(R1+R2)/R2+Vf … (1)
この領域では、クランプ接続部30の電圧が電源電圧Vddから第2ダイオード28の順方向電圧降下を差し引いた一定電圧(Vdd−Vf)に保持されるため、換言すれば、入力電圧Vinから第1ダイオード22の順方向電圧降下Vfを差し引いた電圧(Vin−Vf)を、ツェナー電圧に相当する上記一定電圧(Vdd−Vf)にクランプさせているため、ポート電圧Vpが電源電圧Vddに一致する。より具体的には、クランプ接続部30において、入力電圧に基づく電圧(Vin−Vf)が上記一定電圧(Vdd−Vf)にクランプされて、Vin−Vf=Vdd−Vfとなるが、第1ダイオード22及び第2ダイオード28の順方向電圧降下Vfが相殺されてVin=Vddとなり、ポート電圧Vp(=Vin)が電源電圧Vddに一致する。
Vdd <Vin ≦ (Vdd−Vf) × (R1 + R2) / R2 + Vf (1)
In this region, the voltage of the
そして、この電源電圧Vddは、クランプライン26を介して分岐ライン20におけるクランプ接続部30に外部から印加されるため、従来のツェナーダイオードの如く入力電圧Vinの変動によって変動することがない。したがって、図2に示す如く、上記式(1)を満たす領域Bでは、ポート電圧Vpは、電源電圧Vddすなわち許容入力電圧Vpaに精度良く一致して制限され、該電源電圧Vddに一致する許容入力電圧Vpaを超えてしまうことが確実に防止される。このため、領域Bでは、ポート電圧Vpが入力ポート14Aの許容入力電圧Vpaを超えることがなく、マイコン14の入力ポート14Aが過電圧に対し保護される。
Since the power supply voltage Vdd is externally applied to the
また、ポート電圧Vpを電源電圧Vddに制限することができる入力電圧Vinの範囲を、第1抵抗18の抵抗値R1=20KΩ、第2抵抗24の抵抗値R2=1KΩ、電源電圧Vdd=5V、第1ダイオード22の順方向電圧降下Vf=0.6Vを式(1)に代入して計算すると、5V<Vin≦93Vとなる。したがって、入力ポート14Aは、許容入力電圧Vpaに対し十分に高い入力電圧Vinが印加された場合でも、過電圧に対し保護される。
Further, the range of the input voltage Vin that can limit the port voltage Vp to the power supply voltage Vdd is as follows. The resistance value R1 of the
以上により、例えば、電圧入力部12にセンサ出力として車両のバッテリ電圧等が入力される場合において、該入力電圧Vinが0Vから5Vの範囲ではこの入力電圧Vinが正確にポート電圧Vpとして入力され、何らかの原因によって5Vを超えるバッテリ電圧が電圧入力部12に印加された場合でも、入力電圧Vinが5Vから93Vの広い範囲でポート電圧Vpが許容入力電圧Vpaに一致して設定された電源電圧Vddに制限され、マイコン14の入力ポート14Aが過電圧に対し保護される。
As described above, for example, when a vehicle battery voltage or the like is input to the
なお、Vin>(Vdd−Vf)×(R1+R2)/R2+Vf(本実施の形態では、93V)になると、第1ダイオード22に電流が流れる状態が維持されつつ第2ダイオード28すなわちクランプライン26には電流が流れなくなり(第2ダイオード28がカットオフし)、図2に示す領域Cの如く、ポート電圧Vpが入力電圧Vinの増加に伴って増加して電源電圧Vdd(=5V)を超えてしまうことが判る。具体的には、領域Cでは、ポート電圧Vpは、第1抵抗18と第2抵抗24との分圧比に応じて決まり、本実施の形態では、第1ダイオード22の順方向電圧降下Vfを考慮して、以下の式(2)で表される如くなり、入力ポートの制限電圧(5V)を超える。
When Vin> (Vdd−Vf) × (R1 + R2) / R2 + Vf (93V in the present embodiment), a state in which a current flows through the
Vp=(R2×Vin+R1×Vf)/(R1+R2) … (2)
すなわち、式(2)にVin=93Vを代入すると、Vp=5Vが得られ、Vinが93Vを超えるとポート電圧Vpが許容電圧に一致して設定された電源電圧Vdd(=5V)を超えてしまうことが判る。
Vp = (R2 × Vin + R1 × Vf) / (R1 + R2) (2)
That is, if Vin = 93V is substituted into the equation (2), Vp = 5V is obtained. When Vin exceeds 93V, the port voltage Vp exceeds the set power supply voltage Vdd (= 5V) in accordance with the allowable voltage. You can see that.
以上説明したように、本実施の形態に係る電圧制限回路10では、分岐ライン20における第1ダイオード22の下流にクランプライン26を介して電源電圧Vddに基づく一定電圧を印加するようにしたので、入力電圧Vinが許容入力電圧Vpaに一致する電源電圧Vdd以下である場合はポート電圧Vpに誤差を生じさせることなく、入力電圧Vinが電源電圧Vddを超える場合はポート電圧Vpを確実に制限することができる。
As described above, in the
特に、第2抵抗24の抵抗値R2が第1抵抗18の抵抗値R1に対し十分に小とされているため、式(1)にて算出される、ポート電圧Vpを許容入力電圧Vpaに一致する電源電圧Vdd以下に制限(クランプ)することができる入力電圧Vinの範囲、すなわち領域Bを広く設定することができる。すなわち、該領域Bの上限を、従来の如くツェナーダイオードを用い入力電圧の上昇に応じてポート電圧が徐々に上昇してしまう(単調増加する)構成と比較して高く設定することができ、高い入力電圧Vinに対しマイコン14の入力ポート14Aを確実に保護することができる。
In particular, since the resistance value R2 of the
また、クランプライン26に設けた第2ダイオード28が、分岐ライン20の第1ダイオード22と実質的に同じ電気的特性を有するため、上記領域Bでは、第1ダイオード22の順方向電圧降下Vfが第2ダイオード28の順方向電圧降下Vfによって相殺され、ポート電圧Vpが電源電圧Vddに制限される。すなわち、第1ダイオード22の順方向電圧降下Vfを考慮することなく、クランプライン26に印加する電圧(本実施の形態では電源電圧Vdd)を入力ポート14Aの許容入力電圧Vpaに一致させて設定すれば良く、電圧制限回路10の回路設計が容易である。しかも、第1ダイオード22と第2ダイオード28とが近接して配置され、これらがほぼ等温環境下で作動することで温度特性が相殺されるため、第1ダイオード22及び第2ダイオード28の温度特性を考慮する必要もなく、ポート電圧Vpを正確に電源電圧Vddに制限することができる。また、ポート電圧Vpを正確に電源電圧Vddに制限することができる電圧制限回路10の設計が容易である。
In addition, since the
なお、上記の実施の形態では、電圧制限回路10をマイコン14の入力ポート14Aに接続されるポート入力ライン16に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、出力電圧(ポート電圧Vp)を制限する如何なる用途にも適用可能である。また、電圧制限回路10は、図2に示す領域A及び領域Bに跨って使用される用途には限定されず、例えば、領域Aまたは領域Bのみで使用される用途、領域Bと領域Cとに跨って使用される用途にも適用することが可能である。
In the above embodiment, the
また、上記の実施の形態では、クランプライン26に第2ダイオード28を設けた好ましい構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、第2ダイオード28を設けないクランプライン26に、許容入力電圧Vpaから第1ダイオード22の順方向電圧降下Vfを差し引いた電圧(Vpa−Vf)に相当する電圧を印加するようにしても良く、第2ダイオード28に代えて抵抗または第1ダイオード22とは異なる電気的特性を有するダイオードを設けた構成としても良い。
In the above embodiment, the
さらに、本発明は、第1ダイオード22、第2ダイオード28、第1抵抗18、第2抵抗24の上記した電気的特性や、許容入力電圧Vpa等によって限定されることはなく、これらの特性等を適宜変更して実施可能であることは言うまでもない。したがって、本発明は、第2抵抗24の抵抗値R2が第1抵抗18の抵抗値R1よりも小である好ましい構成にも限定されることはない。また、本発明は、第2抵抗24によってクランプ接続部30の電圧保持する構成に限定されることもない。
Further, the present invention is not limited by the above-described electrical characteristics of the
10 電圧制限回路
16 ポート入力ライン(電圧印加ライン)
18 第1抵抗
20 分岐ライン
22 第1ダイオード
24 第2抵抗
26 クランプライン
28 第2ダイオード
10
18
Claims (3)
前記電圧印加ラインにおける前記分岐ラインよりも上流に設けられた第1抵抗と、
前記分岐ラインにおける前記第1ダイオードの下流に接続され、該接続部に一定電圧を印加するためのクランプラインと、
を備えた電圧制限回路。 A branch line provided with a first diode that branches from between a voltage input part and a voltage output part in the voltage application line, and that allows energization to the opposite side of the branch part;
A first resistor provided upstream of the branch line in the voltage application line;
A clamp line connected downstream of the first diode in the branch line for applying a constant voltage to the connection;
Voltage limiting circuit with
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004017600A JP2005210641A (en) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Voltage limiting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004017600A JP2005210641A (en) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Voltage limiting circuit |
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JP2005210641A true JP2005210641A (en) | 2005-08-04 |
Family
ID=34902369
Family Applications (1)
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JP2004017600A Withdrawn JP2005210641A (en) | 2004-01-26 | 2004-01-26 | Voltage limiting circuit |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005210641A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013243907A (en) * | 2012-05-22 | 2013-12-05 | Honeywell Internatl Inc | High precision clipping regulator circuit |
-
2004
- 2004-01-26 JP JP2004017600A patent/JP2005210641A/en not_active Withdrawn
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