JP2014230394A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】より小型化した過電圧保護回路を提供すること。【解決手段】本発明にかかる過電圧保護回路は、異常を検出すると第１の報知信号を出力する負荷３と、電源ＶＣＣと負荷３との間に接続され、電源ＶＣＣから負荷３へ入力電圧を出力するトランジスタ１０１を、電源電圧が過電圧の際にオフし、第２の報知信号を出力する遮断回路１０と、負荷３からの第１の報知信号と電源電圧からの第２の報知信号とに応じて、外部に異常を報知する報知手段１１とを有するものである。【選択図】図１

Description

本発明は過電圧保護回路に関する。

電源電圧が過電圧の際に、負荷への入力電圧を遮断する保護回路が知られている。
保護回路は、ユーザに、負荷への異常を報知するため、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の報知手段を有する。

特許文献１には、被保護回路と保護回路とを有する電源保護回路が記載されている。保護回路は、ユーザに異常電圧を報知する表示部と、保護回路への電源供給を制御するスイッチと、を有する。また、保護回路には、過電圧の閾値が２つ設定されており、閾値１より閾値２の方が大きい。保護回路は、被保護回路に供給される電圧値を取得し、取得した電圧値と閾値との比較結果に応じて、被保護回路への電源の供給と表示部の表示方法とを変更する。

特許文献２には、電源電圧の異常を感知する電圧感知手段と、電圧感知手段からの負荷への電源の供給路を開閉する電源伝送路開閉手段と、電圧感知手段から出力された感知信号に応じて電源伝送路開閉手段への伝送遮断制御信号を出力する制御信号変換手段と、制御信号変換手段が伝送遮断制御信号を出力した場合に使用者に警告する警告手段と、を備える過電圧保護回路が記載されている。

特開２００９−２８４５６１号公報 特開平１０−１５０７２８号公報

特許文献１及び２に記載の保護回路では、電源電圧の異常時に、使用者に報知することが可能である。

ところで、電源電圧の異常とは別に、被保護回路に異常が発生することがある。このような場合、被保護回路に異常が発生したことを装置の使用者に報知する必要がある。被保護回路の異常を外部に報知するためには、被保護回路から出力される信号で動作する報知手段を設けなければならない。

しかし、被保護回路から出力される信号に応じて動作する報知手段では、保護回路が過電圧を検出して被保護回路への入力電圧を遮断すると、報知手段も電源から切り離されてしまう。よって、電源電圧の異常時に使用者に報知するための報知手段と、被保護回路の異常時に使用者に報知するための報知手段と、は別に設けなくてはならず、装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、より小型化した過電圧保護回路を提供することを目的とする。

本発明にかかる過電圧保護回路は、異常を検出すると第１の報知信号を出力する負荷と、電源と負荷との間に接続され、電源から負荷へ入力電圧を出力するトランジスタを、電源電圧が過電圧の際にオフし、第２の報知信号を出力する遮断回路と、負荷からの第１の報知信号と電源電圧からの第２の報知信号とに応じて、外部に異常を報知する報知手段と、を有するものである。これにより、本願発明にかかる過電圧保護回路では、電源電圧が過電圧の場合と被保護回が異常を検出した場合とで共通の報知手段により報知することができる。

本発明によれば、より小型化した過電圧保護回路を提供することができる。

実施の形態にかかる通知装置を示す図である。 実施の形態にかかる通知装置の動作をまとめた図である。 実施の形態にかかる通知装置の詳細を示す図である。 特許文献２に記載の保護回路を示す図である。 実施の形態にかかる通知装置の変形例を示す図である。 実施の形態にかかる異常項目とＬＥＤの点灯方法とを示す表である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる過電圧保護回路１を示す図である。

過電圧保護回路１は、電源ＶＣＣと負荷３との間に接続されている。負荷３は、具体的にはマイコン３１等を有する。マイコン３１は、内部の異常を検出するダイアグノーシス機能を有し、内部回路の異常を検出した場合に、ＬＥＤ１２の制御信号を出力する。

過電圧保護回路１は、遮断回路１０と、報知手段としてのＬＥＤ点灯回路１１及びＬＥＤ（Light Emitting Diode）１２と、を備える。

遮断回路１０は、Ｐ型のＭＯＳＥＦＴであるＰＭＯＳ１０１を有する。ＰＭＯＳ１０１は、ソースが電源ＶＣＣに接続され、ドレインが負荷３に接続されている。また、遮断回路１０は、ＬＥＤ点灯回路１１に接続される。ＬＥＤ点灯回路１１は、遮断回路１０と、負荷３と、に接続されている。ＬＥＤ点灯回路１１は、抵抗１３を介してＬＥＤ１２が接続されている。負荷３とＬＥＤ点灯回路１１との間には、抵抗１４を介して電源ＶＣＣが接続されている。

図２は、過電圧保護回路１の動作を表にまとめた図である。電源電圧ＶＣＣと、負荷３からの異常検出信号であるダイアグノーシス機能による、内部回路の異常検出と、ＰＭＯＳ１０１のオンオフと、負荷３のマイコン３１の動作状況と、ＬＥＤ１２の点灯状況が記載されている。

電源電圧ＶＣＣが過電圧の際、遮断回路１０は、ＰＭＯＳ１０１をオフし、負荷３への入力電圧を遮断する。そして、ＬＥＤ点灯回路１１に、過電圧を報知するためにＬＥＤ１２を点灯させる報知信号を出力する。ＬＥＤ点灯回路１１は、遮断回路１０から報知信号が入力されると、ＬＥＤ１２を点灯する。

また、電源電圧ＶＣＣが通常電圧の場合であって、負荷３が異常を検出すると、負荷３はＬＥＤ点灯回路１１に、ＬＥＤ１２を点灯させるための点灯信号を出力する。ＬＥＤ点灯回路１１は、負荷３からＬＥＤを点灯させる点灯信号が入力されると、ＬＥＤ１２を点灯させる。

本実施の形態にかかる過電圧保護回路１においては、通常時と、電源ＶＣＣが過電圧である場合と、で同じＬＥＤ１２が点灯される。そのため、電源ＶＣＣの過電圧を検出した場合と負荷３が異常を検出した場合とで別のＬＥＤ１２を用意する必要がなく、過電圧保護回路１をよりコンパクトにすることができる。

次に、本実施の形態にかかる通知装置の構成についてより詳細に説明する。図３は、本実施の形態にかかる過電圧保護回路１をより詳細に示す回路図である。遮断回路１０は、ＰＭＯＳ１０１と、ツェナーダイオード１０４と、抵抗１０２、１０３、１０６と、バイポーラトランジスタ１０５と、を備える。

ＰＭＯＳ１０１は、ゲートが抵抗１０６を介してグランドＧＮＤに接続されている。抵抗１０２の一端は、電源ＶＣＣとＰＭＯＳ１０１のソースとの間に接続され、他端は抵抗１０３の一端と接続されている。抵抗１０３の他端はツェナーダイオード１０４のカソードと接続され、ツェナーダイオード１０４のアノードはグランドＧＮＤに接続されている。つまり抵抗１０２、抵抗１０３、及びツェナーダイオード１０４は、電源ＶＣＣとグランドＧＮＤとの間に直列に接続されている。

バイポーラトランジスタ１０５は、ＰＮＰ型である。バイポーラトランジスタ１０５のエミッタは、抵抗１０２の一端とＰＭＯＳ１０１のソースとの間に接続され、ベースは抵抗１０２の他端に接続され、コレクタは抵抗１０６を介してグランドＧＮＤに接続されている。

ＬＥＤ点灯回路１１は、抵抗１１１〜１１５と、バイポーラトランジスタ１１６〜１１８と、を有する。
バイポーラトランジスタ１１６はＮＰＮ型である。バイポーラトランジスタ１１６は、エミッタがバイポーラトランジスタ１０５のエミッタに接続され、コネクタが抵抗１３を介してＬＥＤ１２に接続され、ベースが抵抗１１２を介してバイポーラトランジスタ１１８のコネクタとバイポーラトランジスタ１１７のコネクタと接続されている。

バイポーラトランジスタ１１７はＰＮＰ型である。バイポーラトランジスタ１１７は、コネクタがバイポーラトランジスタ１１６のベースに抵抗１１２を介して接続され、エミッタがグランドＧＮＤに接続され、ベースが抵抗１１４を介して負荷３と抵抗１１５を介してグランドＧＮＤとに接続されている。

バイポーラトランジスタ１１８はＰＮＰ型である。バイポーラトランジスタ１１８は、コネクタが抵抗１１２を介してバイポーラトランジスタ１１６のベースに接続され、エミッタがグランドＧＮＤに接続され、ベースはＰＭＯＳ１０１のゲートとバイポーラトランジスタ１０５との間に接続されている。

次に、過電圧保護回路１の動作について詳細に説明する。まず、電源ＶＣＣが過電圧になった場合について説明する。電源ＶＣＣが過電圧になると、抵抗１０２、１０３を介してツェナーダイオード１０４に降状電圧がかかり、ツェナーダイオード１０４がオンする。そして、ツェナーダイオード１０４に逆方向に電流が流れる。

ツェナーダイオード１０４に電流が流れると、抵抗１０２と抵抗１０３との間の電位が低下し、バイポーラトランジスタ１０５のエミッタ−ベース間の電圧が閾値電圧を超えるので、バイポーラトランジスタ１０５がオンする。バイポーラトランジスタ１０５がオンすると、バイポーラトランジスタ１０５のエミッタからコレクタに電流が流れる。

バイポーラトランジスタ１０５のエミッタからコレクタに電流が流れると、ＰＭＯＳ１０１ゲート電位が上昇し、ＰＭＯＳ１０１がオフする。これにより、遮断回路１０が負荷３への入力電圧を遮断する。

また、バイポーラトランジスタ１０５のエミッタからコレクタに電流が流れると、抵抗１０６に電流が流れ、抵抗１０６の両端に電圧が発生する。すると、バイポーラトランジスタ１１８のベース−エミッタ間の電圧が閾値電圧を超えるため、バイポーラトランジスタ１１８がオンする。すると、バイポーラトランジスタ１１８のコレクタからエミッタ間に電流が流れる。

バイポーラトランジスタ１１８のコレクタからエミッタ間に電流が流れると、抵抗１１１と抵抗１１２とに電流がながれる。すると、バイポーラトランジスタ１１６のエミッタ−ベース間の電圧が閾値電圧を超えるため、バイポーラトランジスタ１１６がオンする。バイポーラトランジスタ１１６がオンすると、バイポーラトランジスタ１１６のエミッタからコレクタ間に電流が流れ、ＬＥＤ１２が点灯する。

次に、電源電圧ＶＣＣが正常時に、負荷３からの信号によりＬＥＤ１２を点灯させる際の動作について説明する。まず、負荷３から制御信号としてハイレベルの信号が出力される。

負荷３からのハイレベルの信号は、バイポーラトランジスタ１１７のベースに印加され、バイポーラトランジスタ１１７のベース−エミッタ間の電圧が閾値電圧を超え、バイポーラトランジスタ１１７がオンする。

バイポーラトランジスタ１１７がオンすると、抵抗１１１と抵抗１１２とに電流が流れ、バイポーラトランジスタ１１６がオンする。バイポーラトランジスタ１１６がオンすることにより、バイポーラトランジスタ１１６のエミッタからコレクタ間に流れた電流が抵抗１３を介してＬＥＤ１２に流れ、ＬＥＤ１２が点灯する。

本実施の形態にかかる過電圧保護回路１は、電源電圧が過電圧時の外部への報知と、負荷３による異常検出の外部への報知と、をＬＥＤ１２で行うことできる。これにより、外部への報知のために設ける報知手段を、電源電圧の過電圧時と回路の異常時とで共通にすることができ、よりコンパクトな装置を提供することができる。さらに、電源電圧ＶＣＣが過電圧の場合、ソフトウェアの動作に頼ることなく、負荷３への入力電圧の遮断を行うことができる。

さらに、本実施の形態にかかるＰＭＯＳ１０１はドレイン−ソース間の電圧降下を抑制した構成である。説明のため、図４に、特許文献２に記載の保護回路を示す。特許文献２に記載の保護回路は、電源電圧から負荷への入力電圧を遮断する手段として、ＮＭＯＳであるトランジスタＮ２を用いている。Ｐが正常な電圧を出力している場合において、トランジスタＮ２のドレインには５Ｖが印加される。また、特許文献２の段落[００２２]の記載から、抵抗Ｒ１＜＜Ｒ２であるため、トランジスタＮ２のゲートには５Ｖが印加される。

一般に、ＮＭＯＳをオンさせるためのソース−ゲート間の電圧は２Ｖ程度必要である。よって、このときトランジスタＮ２のソース電圧は３Ｖ程度となり、トランジスタＮ２のドレイン−ソース間の電圧降下Ｖｄｓは２Ｖ程度となる。トランジスタＮ２に流れる電流をＩ_Ｎ２とすると、トランジスタＮ２の消費電力Ｗは、Ｗ＝Ｖｄｓ×Ｉ_Ｎ２となる。

従って、引用文献２に記載の回路では、負荷の消費電力が増えるのと同時に、トランジスタＮ２の消費電力も増加する。そのため、負荷の消費電力の大きいシステムには使用できないという問題があった。

これに対し、本実施の形態にかかる過電圧保護回路１では、電源遮断用の素子としてＰＭＯＳ１０１を使用している。電源が正常な電圧（ここでは例として５Ｖ）を出力している場合において、ＰＭＯＳ１０１のソースには５Ｖ、ゲートには０Ｖが印加される。本実施の形態にかかるＰＭＯＳ１０１では、ゲート電圧として−５Ｖ印加されているので、ＰＭＯＳ１０１は完全にオンする。よって、ＰＭＯＳ１０１のソース−ドレイン間の電圧降下Ｖｄｓはほぼ発生せず、ＰＭＯＳ１０１のドレイン電圧は５Ｖとなる。

ＰＭＯＳ１０１に流れる電流をＩ_１０１とすると、ＰＭＯＳ１０１の消費電力Ｗは、Ｗ＝Ｖｄｓ×Ｉ_１０１となる。ＰＭＯＳ１０１の電圧降下Ｖｄｓが小さいため、負荷の消費電流が増えたとしても、ＰＭＯＳ１０１の消費電力を小さく抑えることができる。従って、本実施の形態にかかる過電圧保護回路１及び２は、負荷が要求する消費電流が大きいシステムにも採用することが可能である。

また、負荷３は、マイコン３１のみでなく、他にも異常検出手段を備える構成としてもよい。図５は本実施の形態にかかる過電圧保護回路１の変形例としての過電圧保護回路２を示す図である。過電圧保護回路２では、負荷３がマイコン３１とセンサ３２とを有する。負荷３は、マイコン３１が異常を検出した際に出力する制御信号に加えて、更に、センサ３２が異常を検出した際に、制御信号を出力する。

過電圧保護回路１及び２においては、ＬＥＤ１２により電源ＶＣＣの過電圧という異常項目に対して、ＬＥＤ１２を点灯可能となる。従って、負荷３のマイコン３１のダイアグノーシス機能による異常検出の項目と合わせて、より多くの異常をＬＥＤ１２により報知可能となる。

図６は異常項目とＬＥＤ１２の点灯方法（ソフトウェアであるかハードウェアであるか）とを示す表である。異常項目として、ＲＫＥ（Remote Keyless Entry）の通信異常、ＲＫＥモジュール異常、ＢＴ（Bluetooth(登録商標)）通信異常、ＢＴモジュール異常、ＣＡＮ（Controller Area Network）定期通信の異常、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信異常、加速度センサ異常、加速度センサ出力異常、ＷＤ（Watchdog）異常、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）データ読み出し異常、ＥＥＰＲＯＭモジュール異常、ＣＰＵ（Central Processing Unit）・ＲＯＭ・ＲＡＭ（Random Access Memory）のチェック、及びＣＰＵコア温度異常、が検出された場合には、ソフトウェア制御によりＬＥＤ１２が点灯される。また、電源電圧の過電圧異常とマイコン３１が起動しない場合には、ハードウェアによりＬＥＤ１２が点灯される。

ここで、電源電圧ＶＣＣの過電圧によるＬＥＤ１２の点灯輝度は、電圧が高ければ高いほど明るくなる特徴を持つ。また、マイコン３１からＬＥＤ１２を点灯させる場合には、電源ＶＣＣの過電圧発生時よりもＬＥＤ１２の明るさは暗くなる。

さらに、ソフトウェアの制御によりＬＥＤ１２が点灯する場合と、ハードウェアによりＬＥＤ１２が点灯する場合と、で点灯の仕方に差異をつけるようにしてもよい。例えば、負荷３からの異常を知らせる場合には、ＬＥＤ１２を点滅させる。そして電源ＶＣＣの過電圧を知らせる場合には、ＬＥＤ１２を点灯させる。これにより、使用者はＬＥＤ１２の点灯の仕方で負荷３の異常なのか、電源ＶＣＣの過電圧による異常なのかを判別可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 過電圧保護回路
２ 過電圧保護回路
３ 負荷
３１ マイコン
３２ センサ
１０ 遮断回路
１１ 点灯回路
１２ ＬＥＤ
１３ 抵抗
１４ 抵抗
１０１ ＰＭＯＳ
１０２ 抵抗
１０３ 抵抗
１０４ ツェナーダイオード
１０５ バイポーラトランジスタ
１０６ 抵抗
１１１〜１１５ 抵抗
１１６〜１１８ バイポーラトランジスタ
ＧＮＤ グランド
ＶＣＣ 電源
ＶＣＣ 電源電圧

Claims (1)

1. 異常を検出すると第１の報知信号を出力する負荷と、
   電源と前記負荷との間に接続され、前記電源から負荷へ入力電圧を出力するトランジスタを、前記電源電圧が過電圧の際にオフし、第２の報知信号を出力する遮断回路と、
   前記負荷からの第１の報知信号と前記電源電圧からの第２の報知信号とに応じて、外部に異常を報知する報知手段と、を有する過電圧保護回路。

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