JP2014030317A - 逆接続保護回路、及びこれを備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】突入電流が流れることを防止した逆接続保護回路を提供する。
【解決手段】逆接続保護回路２５は、逆接続保護ＦＥＴ１４と、突入電流防止ＦＥＴ２１と、コンデンサ１５と、放電部３０と、を備えている。逆接続保護ＦＥＴ１４は、寄生ダイオード１８が順方向となるように配置される。突入電流防止ＦＥＴ２１は、寄生ダイオード２７が逆方向となるように配置される。コンデンサ１５は、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ゲート間に接続される。放電部３０は、突入電流防止ＦＥＴ２１に流れる電流値が所定の閾値を超えた場合に、コンデンサ１５を放電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆接続保護回路において、大きな突入電流が流れることを防止するための構成に関する。

バッテリー等の直流電源に接続される機器においては、誤って電源の極性を逆に接続してしまった場合に機器を保護するための逆接続保護回路を設ける場合がある。逆接続保護回路としては、ダイオード直列挿入型とダイオード並列挿入型がよく用いられている。

ダイオード直列挿入型の逆接続保護回路は、保護対象の回路に対して直列で順方向にダイオードを挿入するものである。この構成の場合、電源が正常に接続されている場合にも常にダイオードに電流が流れるため、ダイオードの発熱及び電力損失の問題がある。ダイオード並列挿入型の逆接続保護回路は、保護対象の回路に対して並列で逆方向にダイオードを挿入するもので、電源が逆接続されたときだけダイオードに電流が流れる。この構成の場合、逆接続時にはダイオードに大電流が流れるため、ダイオード保護のためのヒューズを挿入する。逆接続時にはヒューズが溶断するため、ヒューズ交換の必要が生じる。このように、ダイオードを用いた逆接続保護回路には一長一短がある。

例えば特許文献１には、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を利用して電流制限を行う電源回路が開示されている。このように、近年では、ＭＯＳＦＥＴをスイッチング素子として利用して各種の電流制限を行う構成が提案されている。そこで、従来のダイオードを用いた逆接続保護回路に代えて、ＭＯＳＦＥＴを利用して逆接続保護回路を構成することが考えられている。

このような逆接続保護回路の例を、図２に示す。図２に示す逆接続保護回路１１は、直流電源（図略）が接続される正極端子１２及び負極端子１３を備えている。また、逆接続保護回路１１は、Ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成された逆接続保護ＦＥＴ１４と、コンデンサ１５と、ダイオード１６と、抵抗１７と、を備えている。逆接続保護ＦＥＴ１４のドレインは正極端子１２に、ゲートは抵抗１７を介して負極端子１３に、それぞれ接続されている。なお、逆接続保護ＦＥＴ１４のドレインと正極端子１２の間には、スイッチ１９が配置されている。また、逆接続保護ＦＥＴ１４のソースとゲートの間には、コンデンサ１５及びダイオード１６が並列で接続されている。なお、ダイオード１６は、そのカソードが逆接続保護ＦＥＴ１４のソースに接続され、アノードが逆接続保護ＦＥＴ１４のゲートに接続されている。そして、逆接続保護回路１１が保護対象とする回路１０は、その正極側の電源接続端子が逆接続保護ＦＥＴ１４のソースに接続されている。また、回路１０の負極側の端子は、負極端子１３に接続されている。

端子１２，１３に対して直流電源が正常な極性で接続された場合、ソース−ゲート間の電位差によって逆接続保護ＦＥＴ１４がオンとなり、当該逆接続保護ＦＥＴ１４を介して回路１０に電流が流れる。

なお、この逆接続保護回路１１において、スイッチ１９が入れられた瞬間は、コンデンサ１５に電荷が蓄積していないために、逆接続保護ＦＥＴ１４のソース−ゲート間に十分な電位差が発生しない。従って、スイッチ１９が入れられた直後、コンデンサ１５が十分に充電されるまでの間は、逆接続保護ＦＥＴ１４はオフとなっている。この過渡的状況では、逆接続保護ＦＥＴ１４の寄生ダイオード１８を介して電流が流れる。寄生ダイオード１８を介して電流が流れると、コンデンサ１５が充電され始める。そして、コンデンサ１５に所定の電荷が溜まり、当該コンデンサ１５の両極の電位差が所定以上になると、逆接続保護ＦＥＴ１４がオンとなる。

一方、端子１２，１３に対して直流電源が逆の極性で接続された場合、逆接続保護ＦＥＴ１４のゲート−ソース間に電位差が発生しないので、当該逆接続保護ＦＥＴ１４はオフ状態となる。従って、直流電源が逆接続された場合には、回路１０に電流が流れない。このように、逆接続保護ＦＥＴ１４がスイッチング素子として働くことにより、電源が逆接続された場合に回路１０を保護することができる。また、逆接続時にはそもそも電流が流れないので、逆接続時用のヒューズは必要なく、ヒューズ交換の手間もかからない。

ところで、この種の逆接続保護回路においては、回路１０に供給する電圧を安定化するための平滑コンデンサ２０を設ける場合がある。この平滑コンデンサは、回路１０に対して並列接続される（図２）。逆接続保護回路１１に直流電源が接続されていない状態では、平滑コンデンサ２０の電荷は空の状態であるため、スイッチ１９を入れた直後、平滑コンデンサ２０を充電するための電流が、当該平滑コンデンサ２０に流れる。このとき流れる過渡的な電流を「突入電流」と呼ぶ。

平滑コンデンサ２０と正極端子１２の間には逆接続保護ＦＥＴ１４が配置されているため、当該逆接続保護ＦＥＴ１４に突入電流が流れることになる。この突入電流は、定常時の電流よりも大きい電流であるため、直流電源及び逆接続保護ＦＥＴ１４に過度な負担をかけるおそれがある。このため、突入電流が流れることを抑制するための構成が必要となる。しかし、図２の逆接続保護回路１１においては、突入電流は逆接続保護ＦＥＴ１４の寄生ダイオード１８を流れるため、当該逆接続保護ＦＥＴ１４のソース−ゲート間の電圧では突入電流を制御できない。

そこで例えば、図３のように、逆接続保護ＦＥＴ１４の後段に、突入電流防止ＦＥＴ２１を挿入することにより、突入電流を抑制する構成が考えられる。突入電流防止ＦＥＴ２１はＰチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成され、そのソースは逆接続保護ＦＥＴ１４のソースに接続され、そのゲートは逆接続保護ＦＥＴ１４のゲートに接続されている。また、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインは、平滑コンデンサ２０の正極側に接続されている。

図３に示す構成の逆接続保護回路２２においてスイッチ１９が入れられた瞬間、コンデンサ１５には電荷が無いため、突入電流防止ＦＥＴ２１はオフとなっている。従って、スイッチ１９が入れられた瞬間に突入電流が流れることを防止できる。スイッチ１９が入れられた後は、寄生ダイオード１８を介してコンデンサ１５に電荷が供給され、当該コンデンサ１５が徐々に充電されていくので、これに従って突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ゲート間の電圧が徐々に高まっていく。ソース−ゲート間の電圧が所定以上になると突入電流防止ＦＥＴ２１がオンになるとともに、当該突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ドレイン間に徐々に電流が流れ始める。このように、電流を徐々に流し始めることができるので（いわゆるソフトスタート）、スイッチ１９を入れた直後に大きな突入電流がＦＥＴ１４，２１に流れてしまうことを防止できる。

図３に示す逆接続保護回路２２において、スイッチ１９が切断されると、コンデンサ１５の電荷は、抵抗１７を介して放電される。コンデンサ１５が完全に放電するのに要する時間は、当該コンデンサ１５の容量及び抵抗１７の抵抗値によって設定された時定数で決まっている。この時定数は、上記ソフトスタートを実現するために、コンデンサ１５が時間をかけて徐々充電されていくように決められている。従って、コンデンサ１５から放電する際にも、ある程度の時間をかけて徐々に電荷を放出することになる。

このため、例えばスイッチ１９の入り切りが短時間で繰り返された場合、コンデンサ１５が十分に放電し切っていない状態でスイッチ１９が入れられてしまうことがあり得る。コンデンサ１５が十分に放電し切っていない場合、突入電流防止ＦＥＴ２１はオンのままの状態となっているので、突入電流が流れることを防止できない。

この点、特許文献２は、導通ＦＥＴに電源電圧が印加されていないことを検出した場合に、放電用の抵抗をコンデンサに接続して、電荷を早く放電できるように構成した放電回路を開示している。また、特許文献３は、入力コンデンサの充電状態に応じてスイッチ素子を制御する制御手段を備えた突入電流抑制回路を開示している。

特開２０００−３４１８５５号公報 特許第４２１４１２２号公報 特開２００１−３５２６６９号公報

上記特許文献２及び３の構成は、電源が逆接続されたときの逆接続保護については考慮しておらず、逆接続保護用のＦＥＴを備えていない。従って、特許文献２及び３の構成を、図２や図３に示す逆接続保護回路にそのまま適用することはできない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、突入電流が流れることを防止した逆接続保護回路を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の逆接続保護回路が提供される。即ち、この逆接続保護回路は、逆接続保護ＦＥＴと、突入電流防止ＦＥＴと、コンデンサと、放電部と、を備える。前記逆接続保護ＦＥＴは、寄生ダイオードが順方向となるように配置される。前記突入電流防止ＦＥＴは、寄生ダイオードが逆方向となるように配置される。前記コンデンサは、前記逆接続保護ＦＥＴ及び前記突入電流防止ＦＥＴのソース−ゲート間に接続される。前記放電部は、前記突入電流防止ＦＥＴに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、前記コンデンサを放電する。

このように、突入電流防止ＦＥＴに所定の閾値を超える電流が流れそうになった場合に、コンデンサを放電して、突入電流防止ＦＥＴをオフにする。これによれば、大きな突入電流が流れることを確実に防止できる。

上記の逆接続保護回路は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記放電部は、迂回路と、スイッチ部と、比較部と、を備える。前記迂回路は、前記コンデンサの電荷を逃がす。前記スイッチ部は、前記迂回路を導通させる。前記比較部は、前記突入電流防止ＦＥＴに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチ部をオンにする。

比較部の出力に応じて迂回路を導通させることにより、コンデンサの電荷を逃がすことができる。これにより、突入電流防止ＦＥＴに所定の閾値を超える電流が流れそうになった場合に、コンデンサを放電して当該突入電流防止ＦＥＴをオフにできる。

上記の逆接続保護回路において、前記スイッチ部はトランジスタであることが好ましい。

これにより、スイッチ部を高速で作動させることができるので、突入電流防止ＦＥＴに所定の閾値を超える電流が流れそうになった場合に、コンデンサの放電を素早く行い、突入電流が流れることを確実に防止できる。

上記の逆接続保護回路は、平滑コンデンサを更に備え、前記逆接続保護ＦＥＴ及び前記突入電流防止ＦＥＴのソース及びドレインは、前記平滑コンデンサに流れる電流の経路に直列で接続されていることが好ましい。

これにより、平滑コンデンサに流れる突入電流を、突入電流防止ＦＥＴによって抑制できる。

本発明の別の観点によれば、上記の逆接続保護回路と、前記平滑コンデンサに並列接続された電子回路と、を備える電子機器が提供される。

これにより、電子回路に印加される電圧を、平滑コンデンサによって安定化できる。そして、上記構成によれば、電源が誤って逆極性に接続された場合であっても、逆接続保護回路によって電子回路を保護できる。

上記の電子機器は、船舶に搭載される舶用電子機器とすればより好適である。

即ち、船舶に搭載される電子機器の電源はバッテリーであるため、当該電源を接続する際に誤って極性を逆にしてしまう場合がある。このような場合であっても、上記の逆接続保護回路を電子機器に搭載しておくことにより、電子回路を適切に保護できる。

本発明の一実施形態に係る逆接続保護回路を備えた電子機器の回路図。 従来の逆接続保護回路の回路図。 突入電流を防止する構成を備えた従来の逆接続保護回路の回路図。

次に、図１を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本願発明の一実施形態に係る逆接続保護回路２５を内蔵した電子機器２６の回路図である。なお、図１において、図２及び図３の従来の逆接続保護回路と共通又は類似している構成には、同一の符号を付している。

本実施形態の電子機器２６は、船舶に搭載される舶用電子機器を想定している。このような舶用電子機器としては、例えば、レーダ装置、魚群探知機、各種の航行支援装置などが挙げられる。船上においては、このような機器の電源はバッテリー（直流電源）であるため、電子機器２６を電源に接続する際には極性に注意する必要がある。しかし、不注意によって電源の極性を逆にして電子機器２６を接続してしまうことがあり、これを完全に防止することはできない。そこで、本実施形態の電子機器２６は、電源の極性が逆に接続された場合に当該電子機器２６を保護する逆接続保護回路２５を備えている。

逆接続保護回路２５は、直流電源（バッテリー）が接続される正極端子１２及び負極端子１３を備えている。また、本実施形態の逆接続保護回路２５は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成された逆接続保護ＦＥＴ１４と、同じくＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成された突入電流防止ＦＥＴ２１と、コンデンサ１５と、ダイオード１６と、抵抗１７と、抵抗２８と、を備えている。

逆接続保護ＦＥＴ１４のドレインは負極端子１３に、ゲートは抵抗１７を介して正極端子１２に、それぞれ接続されている。突入電流防止ＦＥＴ２１のソースは逆接続保護ＦＥＴ１４のソースに接続され、ゲートは逆接続保護ＦＥＴ１４のゲートに接続されている。また、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１のソース及びゲートの間には、コンデンサ１５及びダイオード１６が並列で接続されている。ダイオード１６は、そのカソードがＦＥＴ１４，２１のゲートに接続され、アノードがＦＥＴ１４，２１のソースに接続されている。また、突入電流防止ＦＥＴ２１のソースとドレインの間には、抵抗２８が並列で接続されている。

逆接続保護回路２５が保護対象とする回路１０は、その正極側の電源接続端子が正極端子１２に接続されている。回路１０の負極側の接続端子は、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインに接続されている。また、回路１０に供給する電圧を安定化するための平滑コンデンサ２０が、回路１０に対して並列に接続されている。平滑コンデンサ２０の一方の端子は正極端子１２に接続され、他方の端子は突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインに接続されている。以上のように、回路１０及び平滑コンデンサ２０から負極端子１３に向けて流れる電流の経路上に、突入電流防止ＦＥＴ２１及び逆接続保護ＦＥＴ１４が直列で接続された構成となっている。ＦＥＴ１４，２１が上記のように接続されているので、逆接続保護ＦＥＴ１４の寄生ダイオード１８は順方向、突入電流防止ＦＥＴ２１の寄生ダイオード２７は逆方向に接続されているといえる。なお、ここでの「順方向」及び「逆方向」は、逆接続保護回路２５に直流電源が正常な極性で接続された状態で定常的に流れている電流の向きに対しての方向を言うものとする。

次に、本実施形態の逆接続保護回路２５において、端子１２，１３に対して直流電源が逆の極性で接続された場合、つまり、正極端子１２が直流電源の負極に接続され、負極端子１３が直流電源の正極に接続された場合について説明する。

この状態でスイッチ１９を入れたとしても、逆接続保護ＦＥＴ１４のソース−ドレイン間には電位差が生じないため、逆接続保護ＦＥＴ１４はオフの状態を維持する。このため、回路１０に電流が流れることはない。このように、本実施形態の逆接続保護回路２５によれば、直流電源が逆接続された場合であっても、回路１０に逆方向の電流が流れることを防止できるので、当該回路１０を適切に保護することができる。

続いて、端子１２，１３に対して直流電源が正常な極性で接続された場合、つまり、正極端子１２に直流電源の正極が接続され、負極端子１３が直流電源の負極に接続された場合について説明する。なお、以下の説明では、特に断らない限り、直流電源が正常な極性で接続された場合を前提としている。

スイッチ１９が入れられる前の状態では、コンデンサ１５の電荷は空であり、当該コンデンサ１５の両端には電位差が発生していない。従って、この状態では２つのＦＥＴ１４，２１のソース−ゲート間に電位差が発生していないので、ＦＥＴ１４，２１は両方ともオフとなっている。

この状態では平滑コンデンサ２０の電荷も空の状態であるため、スイッチ１９が入れられた直後は、平滑コンデンサ２０を充電するための電流が流れる。しかし、ＦＥＴ１４，２１が依然としてオフの状態であるため、突入電流はＦＥＴ１４，２１を流れることができない。このため、突入電流は、正極端子１２、スイッチ１９、平滑コンデンサ２０、抵抗２８、逆接続保護ＦＥＴ１４の寄生ダイオード１８、及び負極端子１３の順に流れる。

このように、スイッチ１９が入れられた直後の突入電流は、突入電流防止ＦＥＴ２１を回避するようにして、抵抗２８を流れる。この抵抗２８には比較的大きな抵抗値が設定されており、平滑コンデンサ２０及び抵抗２８で構成される微分回路の時定数が大きくなっている。従って、平滑コンデンサ２０は徐々に充電されていくため、当該平滑コンデンサ２０を充電するための電流は徐々に流れる。これにより、スイッチ１９が入れられた直後に、大きな突入電流がＦＥＴ１４，２１を流れることを抑制できる。

また、スイッチ１９が入れられた直後は、コンデンサ１５を充電するための電流も流れる。この電流は、正極端子１２、スイッチ１９、抵抗１７、コンデンサ１５、逆接続保護ＦＥＴ１４の寄生ダイオード１８、及び負極端子１３の順に流れる。抵抗１７には比較的大きな抵抗値が設定されており、コンデンサ１５及び抵抗１７で構成される微分回路の時定数が大きくなっている。従って、コンデンサ１５は徐々に充電されていく。このため、スイッチ１９が入れられた後も、ＦＥＴ１４，２１はしばらくの間オフの状態を維持し続けるので、スイッチ１９が入れられた直後に大きな突入電力が流れることを、確実に抑制できる。

コンデンサ１５がある程度充電され、突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ゲート間の電位差が所定以上になると、当該突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態になる。これにより、突入電流防止ＦＥＴ２１を介して電流を流すことができるようになるので、電流が抵抗２８を流れることによる電力の損失を減少させることができる。

突入電流防止ＦＥＴ２１がオンになった後、当該突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ゲート間の電位差は徐々に大きくなっていくので、突入電流防止ＦＥＴ２１を流れる電流は徐々に大きくなっていく。このように、突入電流防止ＦＥＴ２１を流れる電流をソフトスタート的に制限できるので、ＦＥＴ１４，２１に大きな突入電流が流れることを確実に抑制できる。

突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態になるのと前後して、逆接続保護ＦＥＴ１４のソース−ゲート間の電位差が所定以上になり、当該逆接続保護ＦＥＴ１４もオン状態となる。これにより、寄生ダイオード１８を流れていた電流が、逆接続保護ＦＥＴ１４を通常通り流れるようになるので、電力の損失を最小限に抑えることができる。

ＦＥＴ１４，２１がオン状態となり、コンデンサ１５，２０が十分に充電された後は、逆接続保護回路２５に定常的な直流電流が流れる。この定常電流は、正極端子１２、スイッチ１９、回路１０、突入電流防止ＦＥＴ２１、逆接続保護ＦＥＴ１４、及び負極端子１３の順で流れる。以上のように、定常状態においては、オン状態のＦＥＴ１４，２１を介して電流を流すので、回路１０への電力供給を効率的に行うことができる。

スイッチ１９が切られた場合、平滑コンデンサ２０の電荷は、回路１０を介して放電される。一方、コンデンサ１５の電荷は、平滑コンデンサ２０の電圧がコンデンサ１５の電圧より高い間は放電されない。平滑コンデンサ２０の電圧が低くなれば、コンデンサ１５の電荷は抵抗１７を介して徐々に放電される。そのため、スイッチ１９が切られた後もＦＥＴ１４，２１は即座にはオフにならない。

再びスイッチ１９が入れられると、空の平滑コンデンサ２０を充電するために電流が流れ始める。このとき、コンデンサ１５を十分に放電していない場合は、突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態のままであるため、当該突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな突入電流が流れる。

そこで本実施形態の逆接続保護回路２５は、突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな電流が流れた場合、これを検出して、瞬時にコンデンサ１５を放電させる放電部３０を備えている。

放電部３０の構成について詳しく説明する。放電部３０は、コンパレータ（比較部）３１と、トランジスタ（スイッチ部）３２と、迂回路３３と、から構成されている。

迂回路３３は、突入電流防止ＦＥＴ２１のゲート−ドレイン間を接続している。迂回路３３の途中には、トランジスタ３２が配置されている。トランジスタ３２はＮＰＮ型で構成されており、そのコレクタは突入電流防止ＦＥＴ２１のゲートに、エミッタは突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインに、それぞれ接続されている。また、迂回路３３の途中には、適宜の抵抗３９が直列で挿入されている。

コンパレータ３１の非反転入力端子は、抵抗３５を介して、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインに接続されている。コンパレータ３１の反転入力端子は、抵抗３６を介して、突入電流防止ＦＥＴ２１のソースに接続されている。また、この反転入力端子には、抵抗３７を介して直流電源（電圧Ｖ_cc）が接続されている。コンパレータの出力端子は、適宜の抵抗３８を介して、トランジスタ３２のベースに接続されている。なお、トランジスタ３２のベースとエミッタの間には、適宜の抵抗４０が接続されている。

続いて、突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな電流が流れたことをコンパレータ３１によって検出する構成について説明する。

突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインの電圧をＶ_D、ソースの電圧をＶ_Sとした場合、当該突入電流防止ＦＥＴ２１に流れる電流Ｉ_DSは以下の数式１で求めることができる。なお、式中のＲ_ONは突入電流防止ＦＥＴ２１のオン抵抗の値である。

コンパレータ３１の反転入力端子の電圧をＶ’とした場合、以下の式が成り立つ。なお、式中のＩは抵抗３６及び抵抗３７に流れる電流の大きさであり、Ｒ₁は抵抗３６の抵抗値、Ｒ₂は抵抗３７の抵抗値である。

コンパレータ３１の非反転入力端子の電圧は、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレインと同じ電圧Ｖ_Dである。コンパレータ３１の非反転入力端子の電圧Ｖ_Dが、反転入力端子の電圧Ｖ’よりわずかでも大きい場合、当該コンパレータ３１の出力端子からトランジスタ３２のベースに電流が流れ、当該トランジスタ３２がオンになる。一方、非反転入力端子の電圧Ｖ_Dが、反転入力端子の電圧Ｖ’以下の場合、トランジスタ３２はオフとなる。従って、トランジスタ３２がオンになる条件は、Ｖ_D＞Ｖ’である。この条件に数式２を代入すれば、トランジスタ３２がオンになる条件を以下の数式３のように表すことができる。

上記数式３の条件を変形すれば、トランジスタ３２がオンになる条件を以下の数式４のように表すことができる。

上記数式４の左辺は、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレイン−ソース間の電位差である。つまり、本実施形態のコンパレータ３１は、突入電流防止ＦＥＴ２１のドレイン−ソース間の電位差が所定の閾値（Ｒ１×（Ｖcc−Ｖ_D）÷Ｒ２）を超えた場合に、トランジスタ３２をオンにするように構成されている。

数式４の条件を数式１に代入すれば、トランジスタ３２がオンになる条件を以下の数式５のように表すことができる。

数式５においてを仮にＶ_D＝０と置けば、数式５の右辺が最大になる。そこで、トランジスタ３２をオンにすることなく突入電流防止ＦＥＴ２１に流すことができる電流の最大値Ｉ_DSmaxを、以下の数式６で表すことができる。逆に言うと、本実施形態のコンパレータ３１は、突入電流防止ＦＥＴ２１を流れる電流がＩ_DSmaxを超えた場合には、トランジスタ３２を確実にオンにするように構成されている。

以上のように、本実施形態のコンパレータ３１は、突入電流防止ＦＥＴ２１を流れる電流が所定の閾値（Ｉ_DSmax）を超えたことを検出した場合に、トランジスタ３２をオンに切り替えるように機能する。

次に、コンデンサ１５が十分に放電されていない状態でスイッチ１９が入れられた場合における、放電部３０の動作について説明する。

スイッチ１９が入れられたときにコンデンサ１５が十分に放電されていない場合、突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態のままなので、当該突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな突入電流が流れようとする。突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな電流が流れると、突入電流防止ＦＥＴ２１のオン抵抗Ｒ_ONによってソース−ドレイン間にある程度の電位差が生じる。コンパレータ３１は、上記電位差が所定の閾値を超えたことを検出した場合（つまり、突入電流防止ＦＥＴ２１に所定の閾値Ｉ_SDmaxを超える大電流が流れそうになったことを検出した場合）、トランジスタ３２をオン状態に切り替える。

トランジスタ３２がオン状態に切り替わると、迂回路３３が導通状態になる。この場合、突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態であるため、コンデンサ１５の両端は、抵抗３９、トランジスタ３２、及び突入電流防止ＦＥＴ２１を介して接続されることになる。

本実施形態において、迂回路３３に配置された抵抗３９の抵抗値は、抵抗１７の抵抗値に比べて小さな値が設定されている。これにより、コンデンサ１５の電荷は速やかに放電されるので、突入電流防止ＦＥＴ２１が速やかにオフに切り替わる。

このように、本実施形態の構成によれば、突入電流防止ＦＥＴ２１に所定の閾値を超える電流が流れそうになった場合に、コンデンサ１５を瞬時に放電して、突入電流防止ＦＥＴ２１をオフに切り替えることができる。従って、例えばコンデンサ１５が十分に放電されていない状態でスイッチ１９が入れられたとしても、突入電流防止ＦＥＴ２１や逆接続保護ＦＥＴ１４に大きな突入電流が流れることを防止できる。

なお、仮に、閾値を超える大きな突入電流が流れたとしても、その場合にはコンパレータ３１がトランジスタ３２を確実にオンに切り替えてコンデンサ１５の電荷を瞬時に放電するので、その突入電流が流れる時間は極めて短いものとなる。このように、仮に大きな突入電流が突入電流防止ＦＥＴ２１に流れるとしても、その時間を極めて短い時間に制限できるので、当該突入電流を許容できるＭＯＳＦＥＴの選択が容易になる。

次に、コンデンサ１５が十分に放電された状態（突入電流防止ＦＥＴ２１がオフの状態）でスイッチ１９が入れられた場合における、放電部３０の動作について説明する。

この状態でスイッチ１９を入れると、平滑コンデンサ２０を充電する突入電流は、抵抗２８を流れる。従って、抵抗２８の両端には電位差が生じる。このとき、抵抗２８の両端の電位差（突入電流防止ＦＥＴ２１のドレイン−ソース間の電位差）が所定の閾値を超えると、コンパレータ３１がトランジスタ３２をオン状態に切り替える。このように、突入電流防止ＦＥＴ２１がオフの状態（突入電流防止ＦＥＴ２１に電流が流れていない状態）であっても、ドレイン−ソース間に電位差が生じてトランジスタ３２がオンになり得る。

トランジスタ３２がオン状態になると、迂回路３３が導通状態になる。この場合、突入電流防止ＦＥＴ２１がオフ状態であるため、コンデンサ１５の両端は、抵抗３９、トランジスタ３２、及び抵抗２８を介して接続されることになる。しかし前述のように、抵抗２８には大きな抵抗値が設定されているため、コンデンサ１５の両端にはある程度の電位差が生じる。このため、トランジスタ３２がオン状態になって迂回路３３が導通したとしても、コンデンサ１５からの放電は進まない。これにより、既に説明したようにコンデンサ１５が徐々に充電されていく。

コンデンサ１５が十分に充電されると、突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態となり、当該突入電流防止ＦＥＴ２１に電流が流れる。この時点で平滑コンデンサ２０はある程度充電されているので、突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態に切り替わったとしても、大きな突入電流が流れることはない。なお、仮に突入電流防止ＦＥＴ２１がオン状態となったタイミングで閾値を超える大きな突入電流が流れたとしても、コンパレータ３１がトランジスタ３２を確実にオンに切り換えてコンデンサ１５の電荷を瞬時に放電するので、その突入電流が流れる時間は極めて短いものとなる。

オン状態に切り替わった突入電流防止ＦＥＴ２１に大きな突入電流が流れなければ、当該突入電流防止ＦＥＴ２１のドレイン−ソース間の電位差が閾値を下回わるので、コンパレータ３１がトランジスタ３２をオフ状態に切り替える。これにより迂回路３３が非導通状態となるので、以降はコンデンサ１５への充電が通常通り行われる。

以上で説明したように、本実施形態の逆接続保護回路２５は、逆接続保護ＦＥＴ１４と、突入電流防止ＦＥＴ２１と、コンデンサ１５と、放電部３０と、を備えている。逆接続保護ＦＥＴ１４は、寄生ダイオード１８が順方向となるように配置される。突入電流防止ＦＥＴ２１は、寄生ダイオード２７が逆方向となるように配置される。コンデンサ１５は、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ゲート間に接続される。放電部３０は、突入電流防止ＦＥＴ２１に流れる電流値が所定の閾値を超えた場合に、コンデンサ１５を放電する。

なお、本実施形態の放電部３０は、突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ドレイン間の電位差が所定の閾値を超えた場合に、コンデンサ１５を放電している。即ち、ＦＥＴにはオン抵抗があるため、突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ドレイン間の電位差を検出することで、当該突入電流防止ＦＥＴ２１に流れる電流の大きさを知ることができる。そこで上記のように、突入電流防止ＦＥＴ２１のソース−ドレイン間の電位差が所定の閾値を超えた場合に、コンデンサ１５を放電して当該突入電流防止ＦＥＴ２１をオフにすることで、大きな突入電流が流れることを確実に防止できる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記実施形態では、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１はＮチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとしたが、図２や図３に示した従来例と同じようにＰチャンネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成することもできる。

比較部はコンパレータに限定されず、突入電流防止ＦＥＴ２１を流れる電流の大きさに応じてスイッチ部（トランジスタ３２）のオン／オフを切り替えることができる構成であれば良い。

スイッチ部はトランジスタに限らず、例えばリレーであっても良い。但し、上記のようにスイッチ部をトランジスタとして構成すれば、迂回路３３の導通／非導通を高速で切り替えることができるので、突入電流防止ＦＥＴ２１に大電流が流れそうになったときに速やかにコンデンサ１５を放電させることができるので好適である。

直流電源はバッテリーに限らず、例えばＡＣ／ＤＣコンバータから電源が供給されても良いことはもちろんである。

上記実施形態では、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１をソフトスタートさせるためのコンデンサ１５は、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１で共通となっている。しかしこれに代えて、ソフトスタート用のコンデンサを、逆接続保護ＦＥＴ１４及び突入電流防止ＦＥＴ２１のそれぞれに個別に設けても良い。

また、本願発明の逆接続保護回路は、舶用電子機器に限らず、直流電源によって駆動される電子機器に広く採用することができる。

１０ 回路（電子回路）
１４ 逆接続保護ＦＥＴ
１５ コンデンサ
２０ 平滑コンデンサ
２１ 突入電流防止ＦＥＴ
２５ 逆接続保護回路
３０ 放電部
３１ コンパレータ（比較部）
３２ トランジスタ（スイッチ部）
３３ 迂回路

Claims (6)

1. 寄生ダイオードが順方向となるように配置された逆接続保護ＦＥＴと、
   寄生ダイオードが逆方向となるように配置された突入電流防止ＦＥＴと、
   前記逆接続保護ＦＥＴ及び前記突入電流防止ＦＥＴのソース−ゲート間に接続されたコンデンサと、
   前記突入電流防止ＦＥＴに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に、前記コンデンサを放電する放電部と、
   を備えることを特徴とする逆接続保護回路。
2. 請求項１に記載の逆接続保護回路であって、
   前記放電部は、
   前記コンデンサの電荷を逃がす迂回路と、
   前記迂回路を導通させるスイッチ部と、
   前記突入電流防止ＦＥＴに流れる電流が所定の閾値を超えた場合に前記スイッチ部をオンにする比較部と、
   を備えることを特徴とする逆接続保護回路。
3. 請求項２に記載の逆接続保護回路であって、
   前記スイッチ部はトランジスタであることを特徴とする逆接続保護回路。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の逆接続保護回路であって、
   平滑コンデンサを更に備え、
   前記逆接続保護ＦＥＴ及び前記突入電流防止ＦＥＴのソース及びドレインは、前記平滑コンデンサに流れる電流の経路に直列で接続されていることを特徴とする逆接続保護回路。
5. 請求項４に記載の逆接続保護回路と、
   前記平滑コンデンサに並列接続された電子回路と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
6. 請求項５に記載の電子機器であって、
   船舶に搭載される舶用電子機器であることを特徴とする電子機器。

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