JP2015201717A - 過電圧保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】回路面積を小さく抑えつつ、過電圧が生じた際に内部回路を保護するとともに通常時よりも少ない電力の供給を継続する。【解決手段】内部回路２の正常動作に必要な電流を流すことができる電流能力を有するメインＳＷ素子４は、電源端子Ｐ１から内部回路２への電力供給経路に直列に介在する。メイン駆動回路８は、メインＳＷ素子４をフルオン駆動する。内部回路２が過電圧発生時の処理に必要な動作を行い得るだけの電流を流すことができる電流能力を有するサブＳＷ素子５は、メインＳＷ素子４に対して並列に設けられる。サブ駆動回路９は、内部回路２への供給電圧が定常範囲の値となるようにサブＳＷ素子５を電圧フォロア動作させる。切替制御回路６は、電源端子Ｐ１の電圧が過電圧判定値より高い過電圧状態であるか否かを検出し、過電圧状態でない場合にはメイン駆動回路８を動作させ、過電圧状態である場合にはサブ駆動回路９を動作させるとともにメイン駆動回路８の動作を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、電源端子に生じる過電圧から内部回路を保護する過電圧保護回路に関する。

内部回路の絶対最大定格を超えるような高い電圧（以下、過電圧と呼ぶ）を持つ電源線や端子などに電源端子がショートする可能性があるシステムでは、その電源端子に生じる過電圧から内部回路を保護するための保護回路が設けられる。ただし、その保護回路が、過電圧が生じたときに内部回路への電源供給を直ちに断つような構成では、内部回路の出力信号が不定のまま動作が停止するといった問題、過電圧が解消した際に直ちに復帰できないといった問題などが生じる懸念がある。

一方、特許文献１には、過電圧が生じていないとき（通常時）に電源供給を行う直流電源とは別の電源（基準電圧電源）を用意しておき、過電圧が生じると、直流電源から内部回路への電源供給を断つとともに基準電圧電源から内部回路に電源供給を行うように切り替えを行う構成が開示されている。このような構成によれば、過電圧が生じた場合、その過電圧から内部回路を保護するとともに、内部回路に対し、シャットダウン、復帰準備などの処理を実行可能な電力の供給を継続することが可能となる。

特開昭４９−５０４４３号公報

しかし、上記した従来技術の構成では、２系統の電源回路を設ける必要があるため、その回路面積が大きくなるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路面積を小さく抑えつつ、過電圧が生じた際に内部回路を保護するとともに通常時よりも少ない電力の供給を継続することができる過電圧保護回路を提供することにある。

請求項１に記載の手段は、電源端子および電源端子から電力供給を受ける内部回路の間に介在して設けられ、電源端子に生じる過電圧から内部回路を保護する過電圧保護回路である。過電圧保護回路は、メインスイッチング素子、メイン駆動回路、サブスイッチング素子、サブ駆動回路および切替制御回路を備えている。切替制御回路は、電源端子の電圧である電源電圧が過電圧判定値より高い過電圧状態であるか否かを検出し、その過電圧状態の検出の有無に応じて、メイン駆動回路およびサブ駆動回路の動作／停止を次のように切り替える。

すなわち、切替制御回路は、過電圧状態が検出されていない場合、つまり通常時には、メイン駆動回路を動作させる。メイン駆動回路は、電源端子から内部回路への電力供給経路に直列に介在するメインスイッチング素子をフルオン駆動する。これにより、電源端子から内部回路に対し、フルオンした状態（オン抵抗が低い状態）のメインスイッチング素子を介して電力の供給が行われる。このとき、内部回路には、電源電圧にほぼ等しい電圧が印加されることになる。また、メインスイッチング素子は、内部回路の正常動作に必要な電流を流すことができる電流能力を有しているので、内部回路は正常に通常時の動作を行うことができる。

また、切替制御回路は、過電圧状態が検出されている場合、つまり過電圧時（異常時）には、サブ駆動回路を動作させるとともにメイン駆動回路の動作を停止する。サブ駆動回路は、メインスイッチング素子に対して並列に設けられるとともにメインスイッチング素子よりも少ない電流能力を有するサブスイッチング素子を電圧フォロア動作させる。これにより、電源端子から内部回路に対し、電圧フォロア動作するサブスイッチング素子を介して電力の供給が行われる。このとき、サブ駆動回路は、内部回路への供給電圧が定常範囲の電圧値となるように上記電圧フォロア動作を行うため、内部回路に過電圧が印加されることが防止される。そして、内部回路には、通常時よりも少ない電力の供給が継続される。

従って、上記構成によれば、内部回路の絶対最大定格を超える過電圧を持つ電源線や端子などに電源端子がショートした場合でも、その過電圧から内部回路を保護するとともに、内部回路に対し、必要最低限の処理（シャットダウン、復帰準備など）を行うことができる程度の電力の供給を継続することができる。しかも、上記構成によれば、従来技術のように２系統の電源回路を設ける必要がないため、その回路面積を小さく抑えることができる。

請求項２に記載の手段では、サブスイッチング素子は、内部回路が過電圧発生時の処理に必要な動作を行い得るだけの電流を流すことができる電流能力を有している。従って、過電圧が生じた場合、内部回路の動作が不安定なまま停止する問題、過電圧が解消した際に直ちに復帰できなくなる問題などの発生を確実に防止することができる。

請求項３に記載の手段では、切替制御回路は、過電圧状態が検出されていない状態（通常状態）から過電圧状態が検出されている状態（過電圧状態）に遷移した際、サブ駆動回路が動作している状態でメイン駆動回路の動作を停止する。このようにすれば、通常状態から過電圧状態へと遷移する際、内部回路への電力供給が瞬間的に途絶えるといった瞬停の発生を防止することができる。

請求項４に記載の手段では、切替制御回路は、過電圧状態が検出されている状態から過電圧状態が検出されていない状態に遷移した際、サブ駆動回路の動作を停止するのに先立って、メイン駆動回路の動作を開始する。このようにすれば、過電圧状態から通常状態へと遷移する際、内部回路への電力供給が瞬間的に途絶えるといった瞬停の発生を防止することができる。

請求項１３に記載の手段では、内部回路は、車両に搭載される回路、つまり車載用途の回路である。車載用途の回路は、電源端子に過電圧が生じた場合であっても、その動作を直ちに停止してはならない場合が多く、最低限の電力供給を継続する必要がある。従って、このような車載用途の内部回路を保護するために上記各手段の過電圧保護回路を用いれば、前述した効果が一層有益なものとなる。

第１の実施形態を示すもので、過電圧保護回路を備えた直噴制御装置の概略的な構成図 内部回路の構成を表すブロック図 各部の動作波形を示すタイミングチャート 第２の実施形態を示す図１相当図 図３相当図 第３の実施形態を示す図３相当図 第４の実施形態を示す図１相当図 第５の実施形態を示す図１相当図 第６の実施形態を示す図１相当図 第７の実施形態を示す図１相当図

以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
図１に示す直噴制御装置１は、車載用の半導体集積回路装置（ＩＣ）として構成されている。直噴制御装置１は、車両に搭載された内燃機関の気筒に燃料を噴射供給するインジェクタの駆動を制御する。直噴制御装置１の電源端子Ｐ１には、外部から電源電圧ＶDD（例えば、定常値５Ｖ）が与えられる。なお、本実施形態では、電源端子Ｐ１は、例えば車載のバッテリから出力されるバッテリ電圧（例えば、定常値１２Ｖ）が与えられた電源ラインや端子などとショートする（短絡する）可能性がある。

直噴制御装置１は、電源端子Ｐ１から電力供給を受ける内部回路２と、電源端子Ｐ１に生じる過電圧から内部回路２を保護する過電圧保護回路３とを備えている。過電圧保護回路３は、メインスイッチング素子４、抵抗Ｒ１、Ｒ２、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ツェナーダイオードＤ１、サブスイッチング素子５および切替制御回路６を備えている。

メインスイッチング素子４（以下、メインＳＷ素子４とも称す）は、Ｐチャネル型のＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。メインＳＷ素子４は、電源端子Ｐ１から内部回路２への電力供給経路に直列に介在している。つまり、メインＳＷ素子４のソースは電源端子Ｐ１に接続され、そのドレインは内部回路２の電源供給端子に接続される電源線７に接続されている。メインＳＷ素子４は、少なくとも内部回路２の正常動作に必要な電流を流すことができる電流能力を有する。

メインＳＷ素子４のゲートは、抵抗Ｒ１を介して電源端子Ｐ１に接続されるとともに、制御スイッチＳＷ１を介してグランドに接続されている。制御スイッチＳＷ１は、例えば半導体スイッチング素子などにより構成されたものであり、そのオン／オフは切替制御回路６から出力される制御信号Ｓ１により制御される。具体的には、制御スイッチＳＷ１は、制御信号Ｓ１がＬレベル（グランド電位＝０Ｖ）のときにオフされるとともに、Ｈレベル（電源電圧ＶDD＝５Ｖ）のときにオンされる。

このような構成によれば、メインＳＷ素子４は、制御信号Ｓ１がＬレベルのときにオフ駆動され、制御信号Ｓ１がＨレベルのときにフルオン駆動される。メインＳＷ素子４がフルオン駆動されると、そのドレインの電圧、つまり電源線７の電圧がほぼ電源電圧ＶDDとなる。なお、本実施形態では、抵抗Ｒ１および制御スイッチＳＷ１により、メインＳＷ素子４を駆動するメイン駆動回路８が構成される。

サブスイッチング素子５（以下、サブＳＷ素子５とも称す）は、Ｎチャネル型のＬＤＭＯＳトランジスタである。サブＳＷ素子５は、メインＳＷ素子４に対して並列に設けられている。つまり、サブＳＷ素子５のドレインは電源端子Ｐ１に接続され、そのソースは電源線７に接続されている。サブＳＷ素子５は、メインＳＷ素子４よりも少ない電流能力であり、且つ、内部回路２が過電圧発生時の処理に必要な動作（後述する）を行い得るだけの電流を流すことができる電流能力を有する。

サブＳＷ素子５のゲート（制御端子に相当）は、抵抗Ｒ２を介して電源端子Ｐ１に接続されるとともに、ツェナーダイオードＤ１のカソードに接続されている。ツェナーダイオードＤ１のアノードは、制御スイッチＳＷ２を介してグランドに接続されている。ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧（降伏電圧）は、内部回路２の電源電圧の定常範囲内の値となっている。制御スイッチＳＷ２は、制御スイッチＳＷ１と同様の構成であり、そのオン／オフは切替制御回路６から出力される制御信号Ｓ２により制御される。具体的には、制御スイッチＳＷ２は、制御信号Ｓ２がＬレベルのときにオフされるとともに、Ｈレベルのときにオンされる。

このような構成によれば、サブＳＷ素子５は、制御信号Ｓ２がＬレベルのときにオフ駆動され、制御信号Ｓ２がＨレベルのときにオン駆動される。サブＳＷ素子５は、オン駆動されると、そのゲート電圧がツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧に固定される（クランプされる）。そして、サブＳＷ素子５がソースフォロアの形態となっているため、そのソースの電圧、つまり電源線７の電圧は、ツェナー電圧よりサブＳＷ素子５のゲート・ソース間電圧（閾値電圧Ｖｔ）だけ低い電圧に固定される（電圧フォロア動作）。なお、本実施形態では、抵抗Ｒ２、ツェナーダイオードＤ１および制御スイッチＳＷ２により、サブＳＷ素子５を駆動するサブ駆動回路９が構成される。

切替制御回路６は、電源端子Ｐ１の電圧である電源電圧ＶDDが過電圧判定値より高い過電圧状態であるか否かを検出し、その過電圧状態の検出の有無に基づいて、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する。なお、過電圧判定値は、内部回路２の絶対最大定格より所定のマージン分だけ低い値に設定されている。

切替制御回路６は、電圧検出部１０、基準電圧生成部１１、コンパレータ１２およびインバータ１３を備えている。電圧検出部１０は、電源端子Ｐ１およびグランドの間に接続された抵抗Ｒ３、Ｒ４の直列回路により構成されており、その直列回路の相互接続ノードから電源端子Ｐ１の電圧（電源電圧ＶDD）に応じた検出電圧Ｖd1を出力する。基準電圧生成部１１は、例えばバンドギャップリファレンス回路などから構成されており、過電圧判定値に対応する基準電圧Ｖr1を生成する。

コンパレータ１２（第１コンパレータに相当）は、非反転入力端子に与えられる検出電圧Ｖd1および反転入力端子に与えられる基準電圧Ｖr1を比較する。従って、コンパレータ１２の出力信号は、電源電圧ＶDDが過電圧判定値より高い過電圧状態であるとき（過電圧時）にはＨレベルになり、過電圧状態でないとき（通常時）にはＬレベルになる。

コンパレータ１２の出力信号は、制御信号Ｓ２として制御スイッチＳＷ２に与えられるとともに、インバータ１３および内部回路２に与えられる。インバータ１３は、コンパレータ１２の出力信号を反転して出力する。インバータ１３の出力信号は、制御信号Ｓ１として制御スイッチＳＷ１に与えられる。内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号のレベルに基づいて、過電圧状態であるか否かを判断する。

図２に示すように、内部回路２は、インジェクタを駆動する駆動信号を出力するＩＮＪドライバ１４、噴射量を制御するゲートアレイ（Ｇ／Ａ）１５、燃費を向上させるための各種制御（補正処理など）を行うゲートアレイ（Ｇ／Ａ）１６および追加制御部１７などを備えている。内部回路２は、過電圧状態であると判断すると、ＩＮＪドライバ１４およびゲートアレイ１５（負荷駆動系）を継続して動作させるとともに、ゲートアレイ１６および追加制御部１７の動作を直ちに停止させる。これは、次のような理由による。

すなわち、過電圧時、ＩＮＪドライバ１４およびゲートアレイ１５の動作を直ちに止めると、インジェクタを駆動する駆動信号が不定になるなどして誤噴射が生じるおそれがある。そこで、内部回路２は、過電圧状態であると判断しても、ＩＮＪドライバ１４およびゲートアレイ１５の動作を継続させ、噴射を確実に停止するような論理に駆動信号を固定するとともに（シャットダウン処理）、過電圧状態からの復帰に備える（復帰準備処理）。これに対し、ゲートアレイ１６および追加制御部１７の動作は、上記誤噴射の発生とは無関係である。また、過電圧状態から復帰する際にも時間的な余裕が大きい。そのため、内部回路２は、過電圧状態であると判断すると、ゲートアレイ１６および追加制御部１７の動作を直ちに停止する。

次に、上記構成による動作について図３のタイミングチャートを参照して説明する。
ここでは、電源端子Ｐ１の電圧が過電圧判定値以下である「通常時」と、電源端子Ｐ１の電圧が過電圧判定値を超える「過電圧時（異常時）」とに分けて動作の説明を行う。

「１」通常時の動作
図３の時刻ｔ１以前の期間および時刻ｔ２以降の期間は、通常時である。通常時、コンパレータ１２の出力信号がＬレベルとなるため、「制御信号Ｓ１＝Ｈレベル、制御信号Ｓ２：Ｌレベル」となり、「制御スイッチＳＷ１：オン、制御スイッチＳＷ２：オフ」となる。そのため、メインＳＷ素子４がフルオン駆動されるとともに、サブＳＷ素子５がオフ駆動される。

これにより、電源端子Ｐ１から内部回路２に対し、フルオンした状態（オン抵抗が低い状態）のメインＳＷ素子４を介して電力の供給が行われる。このとき、内部回路２には、電源電圧ＶDDにほぼ等しい電圧が印加されることになる。また、メインＳＷ素子４は、内部回路２の正常動作に必要な電流を流すことができる電流能力を有しているので、内部回路２は、その全ての構成要素を正常に動作させることができる。

「２」過電圧時の動作
図３の時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、過電圧時である。過電圧時、コンパレータ１２の出力信号がＨレベルとなるため、「制御信号Ｓ１＝Ｌレベル、制御信号Ｓ２＝Ｈレベル」となり、「制御スイッチＳＷ１：オフ、制御スイッチＳＷ２：オン」となる。そのため、メインＳＷ素子４がオフ駆動されるとともに、サブＳＷ素子５がオン駆動される。

これにより、電源端子Ｐ１から内部回路２に対し、電圧フォロア動作するサブＳＷ素子５を介して電力の供給が行われる。このとき、サブＳＷ素子５は、ソース側の電圧つまり電源線７の電圧が内部回路２の定常範囲の電圧値となるように駆動されるので、内部回路２に、その絶対最大定格を超えるような過電圧が印加されることはない。そして、内部回路２には、通常時より少ない電力ではあるものの、過電圧発生時の処理に必要な動作を行い得るだけの電力の供給が継続される。

以上説明したように、本実施形態の過電圧保護回路３によれば、内部回路２の絶対最大定格を超える過電圧を持つ電源線や端子などに電源端子Ｐ１がショートした場合でも、その過電圧から内部回路２を適切に保護するとともに、内部回路２に対し、必要最低限の処理（シャットダウン処理、復帰準備処理など）を行うことができる程度の電力の供給を継続することができる。しかも、過電圧保護回路３は、従来技術のように２系統の電源回路を設ける必要がないため、その回路面積を小さく抑えることができる。

また、この場合、サブＳＷ素子５は、内部回路２が過電圧発生時の処理に必要な処理を行い得るだけの電流を流すことができる程度の電流能力を有していればよい。従って、過電圧が生じた場合、内部回路２の動作が不安定なまま停止する問題、過電圧が解消した際に直ちに復帰できなくなる問題などの発生を確実に防止しつつ、サブＳＷ素子５のチップ面積を極力小さくすることができ、その結果、過電圧保護回路３の回路面積を一層削減することができる。

また、電源端子Ｐ１から内部回路２への電力供給経路に直列に介在するメインＳＷ素子４として、Ｐチャネル型のＬＤＭＯＳトランジスタを用いている。従って、メインＳＷ素子４は、そのゲートをグランド電位に接続するだけでフルオンすることができる。そのため、メインＳＷ素子４をフルオン駆動するためのメイン駆動回路８を抵抗Ｒ１および制御スイッチＳＷ１だけで構成することが可能となる。このようにメイン駆動回路８の構成を簡素化することにより、過電圧保護回路３の回路面積を一層削減することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図４および図５を参照して説明する。
図４に示すように、本実施形態の直噴制御装置２１の過電圧保護回路２２は、第１の実施形態の過電圧保護回路３に対し、切替制御回路６に代えて切替制御回路２３を備えている点が異なる。切替制御回路２３は、電圧検出部１０、基準電圧生成部１１、コンパレータ１２および内部回路２により構成される。そして、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフは、内部回路２から出力される制御信号Ｓ１、Ｓ２により制御される。

内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号のレベルに基づいて過電圧状態であるか否かを検出し、その過電圧状態の検出の有無に基づいて制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御する。具体的には、内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号がＬレベルであるとき、制御信号Ｓ１をＨレベルにするとともに、制御信号Ｓ２をＬレベルにする。これにより、通常時、メインＳＷ素子４がフルオン駆動されるとともに、サブＳＷ素子５がオフ駆動される。

また、内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号がＨレベルであるとき、制御信号Ｓ１をＬレベルにするとともに、制御信号Ｓ２をＨレベルにする。これにより、過電圧時、メインＳＷ素子４がオフ駆動されるとともに、サブＳＷ素子５が電圧フォロア動作するようにオン駆動される。

ただし、この場合、内部回路２は、通常時から過電圧時に切り替わる際（遷移する際）、サブＳＷ素子５をオン駆動している状態（サブ駆動回路９が動作している状態）で、メインＳＷ素子４をオフ駆動する（メイン駆動回路８の動作が停止する）ように、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する。すなわち、図５に示すように、通常時から過電圧時に切り替わる際、制御信号Ｓ１、Ｓ２がいずれもＨレベルになる期間（制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオンする期間）が設けられている。

また、この場合、内部回路２は、過電圧時から通常時に切り替わる際（遷移する際）、サブＳＷ素子５をオフ駆動する（サブ駆動回路９の動作を停止する）のに先立って、メインＳＷ素子４をフルオン駆動する（メイン駆動回路８の動作を開始する）ように、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する。すなわち、図５に示すように、過電圧時から通常時に切り替わる際、制御信号Ｓ１、Ｓ２がいずれもＨレベルになる期間（制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２がいずれもオンする期間）が設けられている。

このように制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２を制御する本実施形態によれば、次のような効果が得られる。すなわち、第１の実施形態における制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の制御方法（図３参照）では、通常時から過電圧時に切り替わる際、メインＳＷ素子４がオフとなるタイミングが、サブＳＷ素子５がオンとなるタイミングより少しでも早くなると、内部回路２への電力供給が瞬間的に途絶える（瞬停が発生する）おそれがある。また、過電圧時から通常時に切り替わる際、サブＳＷ素子５がオフとなるタイミングが、メインＳＷ素子４がオンとなるタイミングより少しでも早くなると、瞬停が発生するおそれがある。つまり、第１の実施形態の制御方法では、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフの切替タイミングについて高い精度が必要であった。

これに対し、本実施形態の制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の制御方法では、通常時および過電圧時の切り替わりにおいて、制御信号Ｓ１、Ｓ２がいずれもＨレベルになる期間を設けている。このようにすれば、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフの切替タイミングの精度が低くても、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方がオフする期間が発生することが無くなるため、内部回路２への電力供給が瞬間的に途絶えるといった瞬停の発生を確実に防止することができる。

（第３の実施形態）
以下、第２の実施形態に対し、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の制御方法に変更を加えた第３の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示すように、本実施形態では、内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号がＬレベルである期間（通常時）、制御信号Ｓ１、Ｓ２をいずれもＨレベルにする。また、内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号がＨレベルである期間（過電圧時）、制御信号Ｓ１をＬレベルにするとともに、制御信号Ｓ２をＨレベルにする。

つまり、本実施形態では、制御信号Ｓ２は、コンパレータ１２の出力信号のレベルに関係なく、常にＨレベルとなっている。そのため、サブＳＷ素子５は、通常時および過電圧時のいずれにおいても、電圧フォロア動作するようにオン駆動される。このような本実施形態の制御方法によっても、第２の実施形態と同様、通常時および過電圧時の切り替わりにおいて、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方がオフする期間が発生しないため、瞬停の発生を確実に防止することができる。

また、本実施形態によれば、通常時、電源端子Ｐ１からメインＳＷ素子４およびサブＳＷ素子５を並列に経由して内部回路２への電力供給が行われる。従って、上記各実施形態に比べ、メインＳＷ素子４の電流能力を、サブＳＷ素子５の電流能力分だけ小さくすることができる。そのため、メインＳＷ素子４のチップ面積を小さくすることができ、その結果、過電圧保護回路２２の回路面積を一層削減することができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示すように、本実施形態の直噴制御装置３１は、第１の実施形態の直噴制御装置１に対し、端子Ｐ２が追加されている点が異なる。端子Ｐ２は、外付けのコンデンサを接続するための端子であり、電源線７に接続されている。

このような構成において、比較的静電容量の大きいコンデンサＣ１を外付けすれば（端子Ｐ２およびグランドの間に接続）、制御スイッチＳＷ１、ＳＷ２の双方がオフする期間が発生したとしても、電源線７の電圧が急激に低下することはない。従って、本実施形態によれば、通常時から過電圧時へと遷移する際および過電圧時から通常時へと遷移する際、内部回路２への電力供給が瞬間的に途絶える瞬停の発生を防止することができる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について、図８を参照して説明する。
図８に示すように、本実施形態の直噴制御装置４１の過電圧保護回路４２は、第１の実施形態の過電圧保護回路３に対し、サブ駆動回路９に代えてサブ駆動回路４３を備えている点が異なる。そして、この場合、サブＳＷ素子５およびサブ駆動回路４３により、高耐圧のシリーズ電源回路４４が構成されている。

サブ駆動回路４３は、サブＳＷ素子５のゲート電圧をフィードバック制御することにより、サブＳＷ素子５を電圧フォロア動作させる。この場合、ゲート電圧の目標値は、第１の実施形態におけるツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧と同様に、内部回路２の電源電圧の定常範囲内の値に設定されている。サブ駆動回路４３は、制御信号Ｓ２がＨレベルである期間には上記動作を実行し、Ｌレベルである期間には上記動作の実行を停止してサブＳＷ素子５をオフ駆動する。

このような構成によっても、過電圧時、電源端子Ｐ１から内部回路２に対し、電圧フォロア動作するサブＳＷ素子５を介して電力の供給が行われる。そして、この場合も、サブＳＷ素子５は、そのソース電圧（電源線７の電圧）が内部回路２の定常範囲の電圧値となるように駆動されるので、内部回路２に、その絶対最大定格を超えるような過電圧が印加されることはない。従って、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について、図９を参照して説明する。
図９に示すように、本実施形態の直噴制御装置５１の過電圧保護回路５２は、第１の実施形態の過電圧保護回路３に対し、メインＳＷ素子４に代えてメインＳＷ素子５３を備えている点およびメイン駆動回路８に代えてメイン駆動回路５４を備えている点が異なる。

メインＳＷ素子５３は、メインＳＷ素子４と同等の電流能力を有するＮチャネル型のＬＤＭＯＳトランジスタであり、電源端子Ｐ１から内部回路２への電力供給経路に直列に介在している。つまり、メインＳＷ素子５３のドレインは電源端子Ｐ１に接続され、そのソースは電源線７に接続されている。メインＳＷ素子５３のゲートには、メイン駆動回路５４から出力される駆動電圧が与えられる。

メイン駆動回路５４は、電源電圧ＶDDを昇圧した昇圧電圧を生成する高耐圧の昇圧回路５４ａを備えている。昇圧回路５４ａは、例えばチャージポンプ回路により構成されている。メイン駆動回路５４は、制御信号Ｓ１がＬレベルのとき、例えば０Ｖのオフ駆動電圧を出力する。また、メイン駆動回路５４は、制御信号Ｓ１がＨレベルのとき、昇圧回路５４ａにより生成される昇圧電圧であるオン駆動電圧を出力する。

このような構成によれば、メインＳＷ素子５３は、制御信号Ｓ１がＬレベルのときにオフ駆動され、制御信号Ｓ１がＨレベルのときにフルオン駆動される。そのため、通常時、電源端子Ｐ１から内部回路２に対し、フルオンした状態のメインＳＷ素子５３を介して電力の供給が行われる。従って、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について、図１０を参照して説明する。
図１０に示すように、本実施形態の直噴制御装置６１の過電圧保護回路６２は、第２の実施形態の過電圧保護回路２２に対し、切替制御回路２３に代えて切替制御回路６３を備えている点が異なる。

切替制御回路６３は、切替制御回路２３が備える構成に加え、電圧検出部６４、基準電圧生成部６５およびコンパレータ６６を備えている。電圧検出部６４は、電源線７およびグランドの間に接続された抵抗Ｒ６１、Ｒ６２の直列回路により構成されており、その直列回路の相互接続ノードから電源線７の電圧に応じた検出電圧Ｖd2を出力する。基準電圧生成部６５は、例えばバンドギャップリファレンス回路などから構成されており、過電圧判定値に対応する基準電圧Ｖr2を生成する。なお、この場合、基準電圧Ｖr2は、基準電圧Ｖr1と同じ値となっている。

コンパレータ６６（第２コンパレータに相当）は、非反転入力端子に与えられる検出電圧Ｖd2および反転入力端子に与えられる基準電圧Ｖr2を比較する。従って、コンパレータ６６の出力信号は、電源線７の電圧（内部回路２への供給電圧）が過電圧判定値より高い状態であるときにはＨレベルになり、電源線７の電圧が過電圧判定値より低い状態であるときにはＬレベルになる。

上記構成では、通常時、電源線７の電圧は、電源電圧ＶDDとほぼ等しくなっている。そこで、内部回路２は、通常時、コンパレータ６６の出力信号に基づいて、過電圧状態の検出を行う。具体的には、内部回路２は、コンパレータ６６の出力信号がＬレベルであるときには過電圧状態ではないと判断し、Ｈレベルであるときには過電圧状態であると判断する。

また、上記構成において、過電圧時、電源線７の電圧は、電源電圧ＶDDとは無関係の電圧値に制御されている。そこで、内部回路２は、過電圧時、コンパレータ１２の出力信号に基づいて、過電圧状態の検出を行う。具体的には、内部回路２は、コンパレータ１２の出力信号がＬレベルであるときには過電圧状態ではない（通常時に復帰した）と判断し、Ｈレベルであるときには過電圧状態であると判断する。

そして、内部回路２は、過電圧状態でないと判断した場合には、制御信号Ｓ１をＨレベルにするとともに、制御信号Ｓ２をＬレベルにする。これにより、通常時、メインＳＷ素子４がフルオン駆動されるとともに、サブＳＷ素子５がオフ駆動される。また、内部回路２は、過電圧状態であると判断した場合には、制御信号Ｓ１をＬレベルにするとともに、制御信号Ｓ２をＨレベルにする。これにより、過電圧時、メインＳＷ素子４がオフ駆動されるとともに、サブＳＷ素子５が電圧フォロア動作するようにオン駆動される。従って、本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

なお、本実施形態の構成は、基準電圧Ｖr1、Ｖr2を互いに異なる値に設定するように変形してもよい。このような変形例によれば、通常時の動作（メインＳＷ素子４をフルオン駆動）から過電圧時の動作（サブＳＷ素子５を電圧フォロア動作）に切り替える判定を行うための判定値（過電圧判定値）と、過電圧時の動作から通常時の動作に切り替える判定を行うための判定値（復帰判定値）とを別々の値にすることができる。

例えば、復帰判定値が過電圧判定値よりも十分に低くなるように基準電圧Ｖr1、Ｖr2の値を設定すれば、次のような効果が得られる。すなわち、復帰判定値および過電圧判定値が同一である場合、電源端子Ｐ１に過電圧が生じた際において、その過電圧が過電圧判定値付近で変動すると、過電圧時の動作および通常時の動作の切り替えが頻繁に繰り返されるおそれがある。これに対し、復帰判定値および過電圧判定値を互いに異なる値に設定しておけば、電源端子Ｐ１に過電圧判定値付近で変動するような過電圧が生じた場合でも、各動作の切り替えが頻繁に繰り返されることがなくなり、過電圧時の動作を継続して実施することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
メインＳＷ素子４は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタでもよい。メインＳＷ素子５３は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタでもよい。サブＳＷ素子５は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタでもよい。

第１〜第６の実施形態において、コンパレータ１２にヒステリシスを持たせてもよい。または、第１〜第６の実施形態において、基準電圧生成部１１およびコンパレータ１２を２組設け、２つの基準電圧生成部１１が生成する基準電圧の値を互いに異ならせてもよい。このようにすれば、通常時の動作から過電圧時の動作に切り替える判定を行うための判定値と、過電圧時の動作から通常時の動作に切り替える判定を行うための判定値とを別々の値に設定できるため、第７の実施形態で説明した変形例と同様の効果が得られる。
本発明の過電圧保護回路の保護対象としては、車載用途の内部回路２に限らずともよく、様々な用途に用いられる回路を保護対象とすることができる。

図面中、２は内部回路、３、２２、４２、５２、６２は過電圧保護回路、４、５３はメインスイッチング素子、５はサブスイッチング素子、６、２３、６３は切替制御回路、８、５４はメイン駆動回路、９、４３はサブ駆動回路、１２はコンパレータ（第１コンパレータ）、５４は昇圧回路、６６はコンパレータ（第２コンパレータ）、Ｄ１はツェナーダイオード、Ｐ１は電源端子を示す。

Claims (13)

1. 電源端子（Ｐ１）および前記電源端子から電力供給を受ける内部回路（２）の間に介在して設けられ、前記電源端子に生じる過電圧から前記内部回路を保護する過電圧保護回路（３、２２、４２、５２、６２）であって、
   前記電源端子から前記内部回路への電力供給経路に直列に介在するとともに、少なくとも前記内部回路の正常動作に必要な電流を流すことができる電流能力を有するメインスイッチング素子（４、５３）と、
   前記メインスイッチング素子をフルオン駆動するメイン駆動回路（８、５４）と、
   前記メインスイッチング素子に対して並列に設けられるとともに、前記メインスイッチング素子よりも少ない電流能力を有するサブスイッチング素子（５）と、
   前記内部回路への供給電圧が定常範囲の電圧値となるように、前記サブスイッチング素子を電圧フォロア動作させるサブ駆動回路（９、４３）と、
   前記電源端子の電圧である電源電圧が判定値より高い過電圧状態であるか否かを検出し、前記過電圧状態が検出されていない場合には前記メイン駆動回路を動作させ、前記過電圧状態が検出されている場合には前記サブ駆動回路を動作させるとともに前記メイン駆動回路の動作を停止する切替制御回路（６、２３、６３）と、
   を備えていることを特徴とする過電圧保護回路。
2. 前記サブスイッチング素子は、前記内部回路が過電圧発生時の処理に必要な動作を行い得るだけの電流を流すことができる電流能力を有することを特徴とする請求項１に記載の過電圧保護回路。
3. 前記切替制御回路（２３、６３）は、前記過電圧状態が検出されていない状態から前記過電圧状態が検出されている状態に遷移した際、前記サブ駆動回路が動作している状態で前記メイン駆動回路の動作を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の過電圧保護回路。
4. 前記切替制御回路（２３、６３）は、前記過電圧状態が検出されている状態から前記過電圧状態が検出されていない状態に遷移した際、前記サブ駆動回路の動作を停止するのに先立って、前記メイン駆動回路の動作を開始することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
5. 前記切替制御回路（２３、６３）は、前記過電圧状態が検出されていない場合には、前記サブ駆動回路の動作を停止することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
6. 前記切替制御回路（２３、６３）は、前記過電圧状態が検出されていない場合には、前記メイン駆動回路および前記サブ駆動回路の双方を動作させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
7. 前記サブ駆動回路（９）は、
   ツェナーダイオード（Ｄ１）を備え、
   前記ツェナーダイオードのツェナー電圧により前記サブスイッチング素子の制御端子の電圧をクランプすることにより、前記サブスイッチング素子を電圧フォロア動作させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
8. 前記サブ駆動回路（４３）は、
   前記サブスイッチング素子の制御端子の電圧をフィードバック制御することにより、前記サブスイッチング素子を電圧フォロア動作させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
9. 前記メインスイッチング素子（４）は、Ｐチャネル型またはＰＮＰ形のトランジスタであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
10. 前記メインスイッチング素子（５３）は、Ｎチャネル型またはＮＰＮ形のトランジスタであり、
    前記メイン駆動回路（５４）は、前記メインスイッチング素子をフルオン駆動するための昇圧電圧を生成する昇圧回路（５４ａ）を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
11. 前記切替制御回路（６、２３）は、
    前記電源電圧および前記判定値を比較する第１コンパレータ（１２）を備え、
    前記第１コンパレータの出力に基づいて前記過電圧状態の検出を行うことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。
12. 前記切替制御回路（６３）は、
    前記内部回路への供給電圧および前記判定値を比較する第２コンパレータ（６６）を備え、
    前記過電圧状態が検出されていない期間には前記第２コンパレータの出力に基づいて前記過電圧状態の検出を行い、前記過電圧状態が検出されている期間には前記第１コンパレータの出力に基づいて前記過電圧状態の検出を行うことを特徴とする請求項１１に記載の過電圧保護回路。
13. 前記内部回路は、車両に搭載される回路であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の過電圧保護回路。

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