JP2014087254A - 回路入力保護デバイスおよび回路入力保護デバイスを組立てる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット回路への突入電流を制限する回路入力保護デバイスを提供する。
【解決手段】回路入力保護デバイス１００は、ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイス１０２と、電流制限デバイスに結合されたダイオード１０４とを含む。回路入力保護デバイスを組立てる方法は、突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスを設けること、および、ダイオードを前記電流制限デバイスに結合させることを含む。システムは、正電源リードおよび負電源リードを備える電源と、前記電源から電力を受取るように構成されたターゲット回路と、前記電源と前記ターゲット回路との間で結合された回路入力保護デバイスとを備え、前記回路入力保護デバイスは、ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスと、前記電流制限デバイスに結合されたダイオードとを備える。
【選択図】図１

Description

本開示の分野は、一般に、突入電流保護に関し、より詳細には、電力が電子回路に最初に供給されるときに、回路入力保護デバイスを使用して突入電流を制限することに関する。

少なくともいくつかの既知の電気システムおよび／またはデバイスは、システムの構成要素を損傷または破壊する場合がある電流サージを制限するための突入電流保護回路を含む。大きな突入電流は、通常、電力調整を改善するための、電気ノイズを低減するための、および／または、電磁放射を防止するための電源ライン上の大きな減結合キャパシタの存在による。こうしたキャパシタが、低インピーダンスを有する電源に接続されると、電流が流れ、電源の電位までキャパシタを充電する。突入電流は、一般に非常に低い回路抵抗によってだけ制限され、突入電流が、電気構成要素の破壊レベルを容易に超えることを可能にする。

通常、突入電流は、複数段で回路に電源投入するスイッチング回路を構築することによって対処される、または、大きなチョークが使用されて、電源キャパシタの引き出しに抗する。突入電流を低減するために、種々のタイプの回路が使用されている。たとえば、突入電流を低減する１つの既知の方法は、キャパシタを通る電流を制限するために、電源キャパシタに直列に抵抗器を結合することである。キャパシタが充電されると、スイッチが投入されて、抵抗器を短絡し、キャパシタが、電源上の交流（ＡＣ）ノイズを減結合させることを可能にする。しかし、この方法は、かさばりおよび／またはコストがかかりうるさらなる回路要素（すなわち、充電が行われると、スイッチを投入するための、抵抗器、スイッチ、およびロジック）を必要とする。突入電流を低減する別の方法は、突入電流を制限するための直列結合式インダクタを使用することを含む。インダクタは、さらなる電源フィルタリングを提供するが、かなりの電力を必要とする電源にとって著しく大きくかつ費用がかかりうる。

米国特許第７４２０８２７号公報

一態様では、回路入力保護デバイスが設けられる。回路入力保護デバイスは、ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスと、電流制限デバイスに結合されたダイオードとを含む。

別の態様では、回路入力保護デバイスを組立てるための方法が提供される。方法は、突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスを設けること、および、ダイオードを電流制限デバイスに結合させることを含む。

さらに別の態様では、システムが設けられる。システムは、電源と、電源から電力を受取るように構成されたターゲット回路と、電源とターゲット回路との間で結合された回路入力保護デバイスとを含む。電源は、正電源リードおよび負電源リードを含む。回路入力保護デバイスは、ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスと、電流制限デバイスに結合されたダイオードとを含む。

例示的な回路入力保護デバイスのブロック図である。 図１に示す回路入力保護デバイスと共に使用することができる例示的な電流制限デバイスの略図である。 図１に示す回路入力保護デバイスと共に使用することができる代替の電流制限デバイスの略図である。 ターゲット回路を保護するために図１に示す回路入力保護デバイスを使用することができる例示的な電子システムのブロック図である。 図１に示す回路入力保護デバイスを組立てる例示的な方法のフローチャートである。

本明細書で述べる実施形態は、突入電流保護に関する。より詳細には、その実施形態は、電力が電子回路に最初に供給されるときに、回路入力保護デバイスを使用して突入電流を制限することに関する。一般に、例示的な実施形態は、任意の既存の電子回路の電源リード上に設置することができるデバイスを提供する。そのデバイスは、電源に関する偶発的な逆バイアス駆動および／または大きな信号過渡事象（雷撃など）による回路破壊のリスクを低減し、電力が回路に最初に供給されるときに、大きなバイパスフィルタキャパシタまたは他の構成要素によって引き出される電流を制限することによって回路構成要素に損傷を与える過剰な突入電流を低減する。結果として、信号過渡事象および／または突入電流によって引起される回路構成要素に対する損傷を低減することができる。本明細書で述べる方法およびデバイスは、過渡事象電圧および／または突入電流保護が所望される任意のプラットフォームに適用することができる。デバイスを、新しい回路上に設置することができる、または、既存の回路のために改造することができる。さらに、デバイスは、既知の方法と比較して、ターゲット回路を保護する安価で費用効果的な方法を提供する。さらに、本明細書で述べる実施形態は、全てのタイプの電子回路に一般化された方法で適用することができる。

本明細書で使用されるように、単数形で述べられ、「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」という語に伴う要素またはステップは、排除が明示的に述べられない限り、複数の要素またはステップを排除しないものとして理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「例示的な実施形態（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する参照は、述べる特徴を同様に組込むさらなる実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図されない。

図１は、例示的な回路入力保護デバイス１００のブロック図である。例示的な実施形態では、回路入力保護デバイス１００は、ダイオード１０４に結合した高電圧制限デバイス１０２を含む。より具体的には、電流制限デバイス１０２は、ダイオード１０４に直列に結合される。例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２は、ダイオード１０４の上流に配置される。しかし、代替の実施形態では、電流制限デバイス１０２を、ダイオード１０４の下流に配置することができる。例示的な実施形態では、回路入力保護デバイス１００は、たとえば単一集積化半導体ダイなどの単一回路ダイ１０６上に集積化される。代替的に、回路入力保護デバイス１００を、ディスクリート構成要素を使用して実装することができる。例示的な実施形態では、回路入力保護デバイス１００は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）技術を使用して作製される。しかし、回路入力保護デバイス１００は、こうした材料に限定されるのではなく、回路入力保護デバイス１００が本明細書で述べるように機能することを可能にする任意の他の既知の半導体プロセスに適応されうる。

例示的な実施形態では、ダイオード１０４は、ターゲット回路（図４に示す）を保護するように構成された整流器ダイオードである。より具体的には、例示的な実施形態では、ダイオード１０４は、電源の偶発的な誤印加および／または電磁ノイズ、落雷などによる負の過渡事象によって引起される場合がある、たとえば不注意な逆極性接続または逆バイアスによる損傷を防止する。

例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２は、電源投入中、また、電力ラインの乱れおよび／または雷撃による過渡事象中に過剰な突入電流を防止する。図２は、回路入力保護デバイス１００（図１に示す）と共に使用することができる例示的な電流制限デバイス１０２（図１に示す）の略図である。例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２は、空乏Ｎチャネル接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を含み、ＪＥＦＴのゲート端子はＪＦＥＴのソース端子に電気結合される。例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２は、単一ダイ、たとえばダイ１０６（図１に示す）上でダイオード、たとえばダイオード１０４（図１に示す）に直列に結合される。

図３は、回路入力保護デバイス１００（図１に示す）と共に使用することができる代替の電流制限デバイス１０２（図１に示す）の略図である。例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２は、単一ダイ、たとえばダイ１０６（図１に示す）上でダイオード、たとえばダイオード１０４（図１に示す）と直列のカスコード電流源を含む。図２および図３に示す電流制限デバイスは、例示であり、制限的であることを意図されない。したがって、回路入力保護デバイス１００が本明細書で述べるように機能することを可能にする任意の既知の電流制限デバイスを使用することができる。

図４は、ターゲット回路４０２を保護するために回路入力保護デバイス１００（図１に示す）を使用することができる例示的な電子システム４００のブロック図である。例示的な実施形態では、電子システム４００は、ターゲット回路４０２に電力を提供するように構成された電源４０４を含む。より具体的には、例示的な実施形態では、電源４０４は、正電源リード４０６および負電源リード４０８を有する直流（ＤＣ）電源である。例示的な実施形態では、回路入力保護デバイス１００は、突入電流からターゲット回路４０２を保護するために、電源４０４の正電源リード４０６に結合される。代替の実施形態では、回路入力保護デバイス１００を、電源４０４の負電源リード４０８に結合することができる。

動作中、回路入力保護デバイス１００は、回路入力保護デバイス１００を通って流れる電流が電流制限デバイス１０２（図１に示す）の電流制限閾値未満のままである間に電源４０４に対して低インピーダンスを呈する。電流制限デバイス１０２の下流のターゲット回路４０２が閾値より多くの電流を引き出そうと試みると、電流制限デバイス１０２は、その電流を所定の値に制限し、任意の過剰な電圧を消散させる。たとえば、正電源リード４０６上に大きな電圧過渡事象がある場合、電流制限デバイス１０２は、ターゲット回路４０２への電流を制限し、それ自身にわたる一括の過渡事象（ｂｕｌｋ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）を消散させ、ターゲット回路４０２に対する損傷を防止する。例示的な実施形態では、ダイオード１０４（図１に示す）は、電源の偶発的な誤印加および／または電磁ノイズ、落雷などによる負の過渡事象によって引起される場合がある、たとえば不注意な逆極性接続または逆バイアスによる損傷を防止する。

図５は、回路入力保護デバイス、たとえば回路入力保護デバイス１００（図１に示す）を組立てる例示的な方法のフローチャートである。例示的な実施形態では、回路入力保護デバイス１００は、電源とターゲット回路との間で結合される。

例示的な実施形態では、方法は、突入電流を制限するように構成された電流制限デバイス、たとえば電流制限デバイス１０２（図１〜３に示す）を設けること、５０２、を含む。

例示的な実施形態では、方法は、ダイオード、たとえばダイオード１０４（図１に示す）を電流制限デバイス１０２に結合すること、５０４、をさらに含む。より具体的には、例示的な実施形態では、ダイオード１０４は、電流制限デバイスに直列に結合される。例示的な実施形態では、電流制限デバイス１０２およびダイオード１０４は、単一回路ダイ上で結合される。代替の実施形態では、電流制限デバイス１０２およびダイオード１０４は、複数のディスクリート構成要素として結合される。

本明細書で述べる例示的な方法およびシステムは、突入電流保護に関する。より詳細には、例示的な実施形態は、電力が電子回路に最初に供給されるときに、回路入力保護デバイスを使用して突入電流を制限することに関する。一般に、例示的な実施形態は、任意の既存の電子回路の電源リード上に設置することができるデバイスを提供する。そのデバイスは、電源に関する偶発的な逆バイアス駆動および／または大きな信号過渡事象（雷撃など）による回路破壊のリスクを低減し、電力が回路に最初に供給されるときに、大きなバイパスフィルタキャパシタまたは他の構成要素によって引き出される電流を制限することによって回路構成要素に損傷を与える過剰な突入電流を低減する。したがって、信号過渡事象および／または突入電流によって引起される回路構成要素に対する損傷を低減することができる。本明細書で述べる方法およびデバイスは、過渡事象電圧および／または突入電流保護が所望される任意のプラットフォームに適用することができる。デバイスを、新しい回路上に設置することができる、または、既存の回路のために改造することができる。さらに、デバイスは、既知の方法と比較して、ターゲット回路を保護する安価で費用効果的な方法を提供する。さらに、本明細書で述べる実施形態は、全てのタイプの電子回路に一般化された方法で適用することができる。

異なる有利な実施形態の説明は、例証および説明のために提示されており、網羅的であることまたは開示される形態の実施形態に制限されることを意図されない。多くの変更形態および変形形態が当業者に明らかになるであろう。さらに、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態と比較して異なる利点を提供することができる。選択される１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理、実用的な適用形態を最もよく説明するために、また、企図される特定の使用に適した種々の変更形態と共に種々の実施形態のための開示を当業者が理解することを可能にするために選択され述べられる。この書面による説明は、種々の実施形態を、その最良のモードを含めて開示するために、また、当業者が、任意のデバイスまたはシステムを作り使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めてこれらの実施形態を実施することを可能にするために、例を使用する。特許性のある範囲は特許請求の範囲によって規定され、かつ、当業者が思いつく他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の字義通りの言葉に相違しない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の字義通りの言葉とごくわずかな差違を有する等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。

１００ 回路入力保護デバイス
１０２ 電流制限デバイス
１０４ ダイオード
１０６ ダイ
４００ 例示的な電子システム
４０２ ターゲット回路
４０４ 電源
４０６ 正電源リード
４０８ 負電源リード
５００ フローチャート
５０２ 設けること
５０４ 結合すること

Claims (20)

1. 回路入力保護デバイスであって、
   ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスと、
   前記電流制限デバイスに結合されたダイオードと
   を備えるデバイス。
2. 前記ダイオードは、前記電流制限デバイスに直列に結合される請求項１記載のデバイス。
3. 単一回路ダイを備える請求項１記載のデバイス。
4. 複数のディスクリート構成要素を備える請求項１記載のデバイス。
5. 前記電流制限デバイスは、前記ターゲット回路の電源投入中に過剰な突入電流を防止するように構成される請求項１記載のデバイス。
6. 前記電流制限デバイスは、電力ラインの乱れおよび雷撃の少なくとも一方によって引起される過渡事象中に前記ターゲット回路を保護するように構成される請求項１記載のデバイス。
7. 前記電流制限デバイスは、空乏Ｎチャネル接合ゲート電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を備える請求項１記載のデバイス。
8. 前記電流制限デバイスは、カスコード電流源である請求項１記載のデバイス。
9. 前記ダイオードは、電源の偶発的な誤印加、電磁ノイズによる電圧過渡事象、および落雷による電圧過渡事象の少なくとも１つによる損傷を防止するように構成される請求項１記載のデバイス。
10. 回路入力保護デバイスを組立てる方法であって、
    突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスを設けること、および、
    ダイオードを前記電流制限デバイスに結合させること
    を含む方法。
11. 単一回路ダイ上で前記電流制限デバイスおよび前記ダイオードを結合させることをさらに含む請求項１０記載の方法。
12. 複数のディスクリート構成要素として前記電流制限デバイスおよび前記ダイオードを結合させることをさらに含む請求項１０記載の方法。
13. ダイオードを前記電流制限デバイスに結合させることは、前記ダイオードを前記電流制限デバイスに直列に結合させることをさらに含む請求項１０記載の方法。
14. 電源とターゲット回路との間で前記回路入力保護デバイスを結合させることをさらに含む請求項１０記載の方法。
15. システムであって、
    正電源リードおよび負電源リードを備える電源と、
    前記電源から電力を受取るように構成されたターゲット回路と、
    前記電源と前記ターゲット回路との間で結合された回路入力保護デバイスとを備え、前記回路入力保護デバイスは、
    ターゲット回路への突入電流を制限するように構成された電流制限デバイスと、
    前記電流制限デバイスに結合されたダイオードと
    を備えるシステム。
16. 前記回路入力保護デバイスは、前記電源の前記正電源リードに結合される請求項１５記載のシステム。
17. 前記ダイオードは、前記電流制限デバイスに直列に結合される請求項１５記載のシステム。
18. 前記電流制限デバイスは、前記回路入力保護デバイスを通って流れる電流が前記電流制限デバイスの電流制限閾値未満であるとき、前記電源に低インピーダンスを呈する請求項１５記載のシステム。
19. 前記電流制限デバイスは、前記回路入力保護デバイスの電流制限閾値を超える電流を前記ターゲット回路が引き出すとき、突入電流を所定の値に制限する請求項１５記載のシステム。
20. 前記電流制限デバイスは、前記電源からの電圧過渡事象を消散させるように構成される請求項１５記載のシステム。