JP2007288882A

JP2007288882A - 自動車用電子機器の電源保護回路

Info

Publication number: JP2007288882A
Application number: JP2006112006A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Suetake; 成規末竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20070242403A1; KR100778203B1; DE102006034780A1; KR20070102351A

Abstract

【課題】パワーツェナーダイオードを使用することなく回路部品の小型化を実現でき、かつ安価な自動車用電子機器の電源保護回路を得る。
【解決手段】電源電圧の保護が必要な被保護回路を有する自動車用電子機器の電源保護回路であって、前記自動車用電子機器のバッテリー電源１にアノード端子が接続されたダイオード２と、ダイオード２のカソード端子にコレクタ端子が接続され、被保護回路３の電源供給端子にエミッタ端子が接続されたトランジスタ４と、バッテリー電源１とグランド端子との間に、抵抗５と直列接続されるように設けられて、グランド端子にアノード端子が接続され、抵抗５及びトランジスタ４のベース端子にカソード端子が接続されたツェナーダイオード６とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車用電子機器の電源保護回路に関するもので、特に、被保護回路がＣＭＯＳプロセスのＩＣを使用する、感熱抵抗体を用いて流体の流量を検出する感熱式流量計に適用して好適な自動車用電子機器の電源保護回路に関するものである。

自動車のバッテリーは、その電圧が通常１２Ｖ〜１６Ｖ程度であるが、発電機レギュレータの故障、バッテリーを２個接続するジャンプスタート、ノイズ信号の発生、または、サービス時の取り扱いによる逆電圧の印加等により、高電圧または負電圧、いわゆる異常電圧となる場合がある。

一般に、自動車用電子機器に用いられる感熱式流量計の電源はバッテリーより供給されるため、前記異常電圧が流量計に印加される環境にあるが、流量計は破壊または誤動作しないようにすることが要求される。

一方、流量計の電子機器には通常ＩＣが使用されており、特に、メモリー機能の追加およびＩＣチップサイズの小型化のため、ＣＭＯＳプロセスのＩＣが採用されることがある。このとき、一般に、ＣＭＯＳプロセスのＩＣはバイポーラプロセスのＩＣに比べ電圧耐量が低い、ＩＣの電源を制限するための保護回路が必要となる。

従来、このような自動車用電子機器の電源保護回路として、被保護回路の回路電源をバッテリー電源より順方向のダイオードを介して供給するものがある（例えば、特許文献１参照）。

この電源保護回路においては、バッテリー電源の電源電圧をＶｂａｔ、回路電源の電源電圧をＶｄｄ、ダイオードの順方向の降下電圧をＶｆ２とすると、回路電源の電源電圧Ｖｄｄは、
Ａ１）Ｖｂａｔ≦Ｖｆ２のとき、
Ｖｄｄ＝０
Ａ２）Ｖｂａｔ＞Ｖｆ２のとき、
Ｖｄｄ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆ２
となる。すなわち、バッテリー電源の電源電圧Ｖｂａｔと回路電源の電源電圧Ｖｄｄの関係は、負電圧を制限することができる。

また、従来、他の自動車用電子機器の電源保護回路として、被保護回路の回路電源をバッテリー電源より抵抗を介して供給し、被保護回路に供給電圧を制限するためのツェナーダイオードを並列接続したものがある（例えば、特許文献２参照）。

この電源保護回路においては、バッテリー電源の電源電圧をＶｂａｔ、回路電源の電源電圧をＶｄｄ、抵抗の抵抗値をＲ２、抵抗の消費電流をＩ２、ツェナーダイオードのツェナー電圧をＶｚ２、ツェナーダイオードの順方向の降下電圧をＶｚｆ２とすると、回路電源の電源電圧Ｖｄｄは、
Ｂ１）Ｖｂａｔ≦−Ｖｚｆ２のとき、
Ｖｂａｔ＝−Ｖｚｆ２
Ｂ２）Ｖｂａｔ＞−Ｖｚｆ２、Ｖｄｄ＜Ｖｚ２のとき、
Ｖｄｄ＝Ｖｂａｔ−Ｒ２×Ｉ２
Ｂ３）Ｖｂａｔ＞−Ｖｚｆ２、Ｖｄｄ≧Ｖｚ２のとき
Ｖｄｄ＝Ｖｚ２
となる。すなわち、バッテリー電源の電源電圧Ｖｂａｔと回路電源の電源電圧Ｖｄｄの関係は、過大電圧および−Ｖｚｆ２以下の負電圧を制限することができる。

特開２００２−１５９１３６号公報特開２００３−１２１２３０号公報

しかしながら、従来の技術では、特許文献１に記載の発明の場合は、負電圧を制限するのみであり、過電圧までは制限できないため、別途の過電圧保護回路が必要になる。また、特許文献２に記載の発明の場合は、過電圧および負電圧を制限できるが、抵抗の抵抗値Ｒ２は、抵抗を流れる消費電流により発生する電圧降下を抑えるため、小さな値とする必要があり、その結果、抵抗およびツェナーダイオードは高耐圧仕様、特にツェナーダイオードはパワーツェナーダイオードとなることが必要となる。

ところで、被保護回路がバイポーラプロセスのＩＣで構成されるのであればＩＣチップにパワーツェナーダイオード相当の保護機能を有することは比較的容易に実現できるが、ＣＭＯＳプロセスのＩＣではＩＣチップに前記のような保護機能を有することは困難であり、パワーツェナーダイオードはＩＣと別部品として必要になる。

このとき、パワーツェナーダイオードは、一般に、部品サイズが大きいため、特に、流量計のように近年小型化を要求される製品には設計自由度が著しく阻害される。また、一般に、パワーツェナーダイオードは高価であり、さらに、パワーツェナーダイオードを覆うアンプケースのサイズが大きくなることに伴って、費用も高価となる問題点がある。

この発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、パワーツェナーダイオードを使用することなく、回路部品の小型化を実現でき、かつ安価な自動車用電子機器の電源保護回路を得ることを目的とする。

この発明に係る自動車用電子機器の電源保護回路は、電源電圧の保護が必要な被保護回路を有する自動車用電子機器の電源保護回路であって、前記自動車用電子機器の電源にアノード端子が接続されたダイオードと、前記ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記被保護回路の電源供給端子にエミッタ端子が接続されたトランジスタと、前記自動車用電子機器の電源とグランド端子との間に、抵抗と直列接続されるように設けられて、前記グランド端子にアノード端子が接続され、前記抵抗及び前記トランジスタのベース端子にカソード端子が接続されたツェナーダイオードとを備えたものである。

この発明によれば、パワーツェナーダイオードを使用することなく小電力部品で構成して、過電圧及び負電圧の両電圧を制限することができ、保護機能を向上させることができると共に、回路部品の小型化を実現でき、かつ安価な電源保護回路を構成することができる。

以下、この発明の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態に係る自動車用電子機器の電源保護回路の構成を示す回路図であり、電源電圧の保護が必要な被保護回路としては、熱式流量計に係るＣＭＯＳプロセスのＩＣである。

図１に示す自動車用電子機器の電源保護回路は、自動車用電子機器のバッテリー電源１にアノード端子が接続されたダイオード２と、ダイオード２のカソード端子にコレクタ端子が接続され、被保護回路３の電源供給端子にエミッタ端子が接続されたトランジスタ４と、バッテリー電源１とグランド端子との間に、抵抗５と直列接続されるように設けられて、グランド端子にアノード端子が接続され、抵抗５及びトランジスタ４のベース端子にカソード端子が接続されたツェナーダイオード６とを備えている。

図１に示す自動車用電子機器の電源保護回路において、バッテリー電源１の電源電圧をＶｂａｔ、ダイオード２の順方向降下電圧をＶｆ１、トランジスタ４のコレクタ−エミッタ間飽和電圧及びベース−エミッタ間電圧をＶｃｅ（ｓａｔ）及びＶｃｅ、被保護回路３の電源電圧をＶｄｄ、抵抗５の抵抗値及び消費電流をＲ１及びＩ１、ツェナーダイオード６のツェナー電圧をＶｚ１とすると、被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄは、次に示すものとなる。

１）Ｖｂａｔ≦０Ｖのとき、
Ｖｄｄ＝０Ｖ
２）０＜Ｖｂａｔ≦Ｖｚ１のとき、
Ｉ）Ｒ１×Ｉ１＋Ｖｂｅ＞Ｖｆ１＋Ｖｃｅ（ｓａｔ）の場合、
Ｖｄｄ＝Ｖｂａｔ−Ｒ１×Ｉ１−Ｖｂｅ
ＩＩ）Ｒ１×Ｉ１＋Ｖｂｅ＜Ｖｆ１＋Ｖｃｅ（ｓａｔ）の場合、
Ｖｄｄ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆ１−Ｖｃｅ（ｓａｔ）
３）Ｖｂａｔ＞Ｖｚ１のとき、
Ｖｄｄ＝Ｖｚ１−Ｖｂｅ
となる。また、このとき、バッテリー電源１の電源電圧Ｖｂａｔと被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄとの関係は、図２に示す通りとなる。

したがって、被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄの電圧範囲は、０Ｖ〜（Ｖｚ１−Ｖｂｅ）の範囲で制限される。このとき、ツェナーダイオード６のツェナー電圧Ｖｚ１は、被保護回路３を形成するＣＭＯＳプロセスのＩＣの耐圧を満足するよう選定すれば、ＩＣの電源保護回路を構成できる。

なお、このとき、抵抗５に流れる消費電流Ｉ１は、ダイオード２及びトランジスタ４を介して被保護回路３に流れる回路電流に比べ十分小さいため、抵抗５およびツェナーダイオード６は高耐圧仕様とする必要がない。他方、トランジスタ４に耐圧が必要となるが、従来のパワーツェナーダイオードに比べるとサイズが小さく、安価なトランジスタで構成することができる。

従って、図１に示す自動車用電子機器の電源保護回路によれば、高価なパワーツェナーダイオードを用いることなく小電力部品で構成し、また、被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄは、図２に示されるように、最小電圧０Ｖ〜最大電圧（Ｖｚ１−Ｖｂｅ）の範囲に制限されて、従来の如く過電圧及び負電圧の両電圧を制限するようにしたため、保護機能を向上させることができると共に、回路部品の小型化を実現でき、さらに安価な電源保護回路を提供できる。

また、特に、パワーツェナーダイオードを用いた仕様と比較して、約１／２程度安価に構成することができ、実装に必要な面積も約１／２程度小さく、実装高さも約１／２程度に小型化することが可能になる。

また、電源保護回路の電圧降下が少ないためバッテリー電源１の電源電圧Ｖｂａｔが低電圧となっても回路電源を確保するのに有利となる。すなわち、バッテリー電源１の電源電圧Ｖｂａｔが低電圧となったときの被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄは、
Ｖｆ１＋Ｖｃｅ（ｓａｔ）またはＲ１×Ｉ１＋Ｖｂｅ
のどちらか高い電圧に依存し、両者を加算した値とはならないため、バッテリー電源１の電源電圧Ｖｂａｔが低電圧となっても回路電源を確保するのに有利となる。

この発明の実施の形態に係る自動車用電子機器の電源保護回路の構成を示す回路図である。図１のバッテリー電源１の電源電圧Ｖｂａｔ−被保護回路３の電源電圧Ｖｄｄの特性を示す図である。

符号の説明

１バッテリー電源、２ダイオード、３被保護回路、４トランジスタ、５抵抗、６ツェナーダイオード。

Claims

電源電圧の保護が必要な被保護回路を有する自動車用電子機器の電源保護回路であって、
前記自動車用電子機器の電源にアノード端子が接続されたダイオードと、
前記ダイオードのカソード端子にコレクタ端子が接続され、前記被保護回路の電源供給端子にエミッタ端子が接続されたトランジスタと、
前記自動車用電子機器の電源とグランド端子との間に、抵抗と直列接続されるように設けられて、前記グランド端子にアノード端子が接続され、前記抵抗及び前記トランジスタのベース端子にカソード端子が接続されたツェナーダイオードと
を備えた自動車用電子機器の電源保護回路。
請求項１に記載の自動車用電子機器の電源保護回路において、
前記被保護回路はＣＭＯＳプロセスのＩＣでなり、
前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は前記ＩＣの耐圧を満たす値に設定される
ことを特徴とする自動車用電子機器の電源保護回路。