JP3486892B2 - Excessive voltage input protection circuit for RTD input - Google Patents

Excessive voltage input protection circuit for RTD input

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、測温抵抗体をセン
サとする温度伝送器の入力に過大電圧が加えられた場合
の保護回路に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来の測温抵抗体入力回路の例を図3、
図4に示す。図3において、1は一端がグランドに他端
が抵抗R3の一端に接続された測温抵抗体(以下RTD
という)であり、この抵抗R3の他端はMOSトランジ
スタQ1のソースSに接続されるとともにアノード側が
グランドに接続されたツエナダイオードD1のカソード
側に接続されている。 【0003】MOSトランジスタQ1のソース側は抵抗
R1を介して電源VREFに接続され、ゲートGは抵抗
R2を介してスイッチ制御回路2に接続されている。抵
抗R1とMOSトランジスタQ1のソースSの接続点に
は端子T1が接続されている。 【0004】図4は他の従来例を示すもので、この例で
は図3に示す抵抗R3の代わりにダイオードD2が用い
られ、カソード側がRTD1の一端に接続され、アノー
ド側がMOSトランジスタQ1のドレインDに接続され
ている。また、ここではMOSトランジスタQ1のドレ
インD側にツエナダイオードD3のアノードが接続さ
れ、カソード側がゲートGに接続されている。 【0005】上記の従来例において、図3,図4どちら
の回路も抵抗R1の電圧降下を電源VREFと端子T1
の間で測定することによってRTD1に流れている電流
を求め、これとRTD1の端子間電圧からRTD1の抵
抗値を求めることができる。MOSトランジスタQ1は
RTD1に流れる電流のスイッチとして機能し、制御回
路2(CNT)によって必要な期間だけONになる。 【0006】図3の回路ではMOSトランジスタQ1に
加わる電圧をツェナダイオードD1によって制限し、こ
のツェナダイオードD1に流れる電流を抵抗R3で制限
している。このような回路においては、最大許容電圧は
概ねR3の許容電力損失できまる。 【0007】図4の回路ではMOSトランジスタQ1の
ソースSに正の電圧が加わったときはダイオードD2が
逆バイアスになって電流の流入を防ぎ、負の電圧が加わ
ったときはMOSトランジスタQ1がONになるので、
回路内の電流をR1、R2で制限する。ツェナダイオー
ドD3はQ1のゲート・ソース間電圧を制限する。R2
は比較的高抵抗なので最大許容電圧はダイオードD2の
耐電圧とR1の許容電力損失できまる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】ところで、温度伝送器
では消費電流の制限等から基準電圧VREFを高くとる
ことができず、図3の抵抗R3の電圧降下および図4の
ダイオードD2の順電圧降下が無視できない。 【0009】また、図3の回路ではR3の抵抗値が十分
に大きくないと防爆規格上の制限からサイズの大きな抵
抗器を採用しなければならず、図4の回路ではツェナダ
イオードD3の漏れ電流が比較的大きく測定上の誤差に
なる可能性がある。 【0010】温度伝送器では基板実装面積およびコスト
の点から、より部品点数の多い複雑な保護回路を採用す
るのは困難である.本発明は、上記従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、RTD1を接続する入
力端子に誤って電源等を接続した場合など過電圧が加わ
ったとき、電流スイッチとして機能するMOSトランジ
スタQ1、および他の内部回路を損傷しないような過大
電圧入力保護回路を提供することを目的とする。 【0011】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、MOSトランジスタを用いて測温
抵抗体の測温電流をオンオフする温度伝送器の入力部分
において、一端がグランドまたは回路内の安定電位部に
他端がMOSトランジスタ(Q1)のドレイン端子に接
続された測温抵抗体(RTD)と、前記MOSトランジ
スタのドレイン端子にエミッタ端子が接続され、コレク
タ端子が前記MOSトランジスタのゲートに接続される
とともにベース端子が抵抗(R3)を介してグランドま
たは回路内の安定電位部に接続されたバイポーラトラン
ジスタ(Q2)と、からなり、前記MOSトランジスタ
のソース端子は抵抗(R1)を介して電源に接続され、
ゲート端子は抵抗(R2)を介して制御回路に接続され
ことを特徴とするものである。 【0012】 【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明の実施の形態の一例を示す保護
回路を含む測温抵抗体入力回路の構成図である。 【0013】なお、図3と同一要素には同一符号を付し
て重複する説明は省略する。本発明ではMOSトランジ
スタQ1のゲートGと抵抗R2の接続点にバイポーラト
ランジスタQ2のコレクタCを接続し、エミッタEをM
OSトランジスタQ1のドレインDに接続し、ベースB
を抵抗R3を介してグランドまたは回路内の安定電位部
に接続している。また、図3におけるツエナダイオード
D1はここでは除去する。 【0014】図1において、通常動作時はRTD1の測
定電流は、抵抗R1を通ってMOSトランジスタQ1に
よってON/OFFされ、RTD1に流れる。電流値は
抵抗R1の両端電圧を測定することによって知ることが
でき、この電流値とRTD1の両端電圧からRTD1の
抵抗値を求めることができる。 【0015】このとき、保護回路のバイポーラトランジ
スタQ2のエミッタ・ベース間は逆バイアスになってい
てQ2はOFFになっているのでQ2は回路動作に影響
をあたえない。バイポーラトランジスタQ2のエミッタ
Eの電圧は高々1V程度なのでエミッタ接合のリーク電
流はわずかである。 【0016】入力にマイナスの過大電圧が加えられる
と、バイポーラトランジスタQ2のエミッタがマイナス
電圧になり、抵抗R3を通してベース電流が流れQ2は
ONになる。したがって、MOSトランジスタQ1のゲー
ト電圧はほぼソース電圧に等しくなり、Q1はOFFに
なる。 【0017】入力電圧はMOSトランジスタQ1が負担
することになるから、抵抗R2およびR3が十分に高い
抵抗値であれば(たとえば100KΩ)入力の過大電圧
はMOSトランジスタQ1のソース−ドレイン耐圧から
VREFを差し引いた電圧まで耐えることができる。 【0018】入力にプラスの過大電圧が加えられたとき
はMOSトランジスタQ1の寄生ダイオードが導通する
から、入力電圧のほとんどは抵抗R1が負担することに
なる.R1の抵抗値はたとえば10KΩ程度にしておけ
ば40V程度の入力電圧に耐えることができ、温度伝送
器の仕様としては十分である。 【0019】このときにはまた、バイポーラトランジス
タQ2のエミッタにプラスの過大電圧が加わるので、Q
2のエミッタ−ベース間は逆バイアスになる.シリコン
トランジスタのエミッタ接合は通常8〜9V程度でブレ
ークダウンし、ツェナダイオードと等価になるから、ベ
ース電圧はプラスになり、ベース・コレクタ間は順バイ
アスになるので、等価的には図2の回路のようになり、
MOSトランジスタQ1のソース−ゲート間電圧は高々
10V程度に抑えられ、ゲート酸化膜の破壊から保護さ
れる。 【0020】なお、本発明の以上の説明は、説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの
変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特
許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲
は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。 【0021】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、M
OSトランジスタを用いて測温抵抗体の測温電流をオン
オフする温度伝送器の入力部分において、一端がグラン
ドまたは回路内の安定電位部に他端がMOSトランジス
タ(Q1)のドレイン端子に接続された測温抵抗体(R
TD)と、前記MOSトランジスタのドレイン端子にエ
ミッタ端子が接続され、コレクタ端子が前記MOSトラ
ンジスタのゲートに接続されるとともにベース端子が抵
抗(R3)を介してグランドまたは回路内の安定電位部
に接続されたバイポーラトランジスタ(Q2)と、から
なり、前記MOSトランジスタのソース端子は抵抗(R
1)を介して電源に接続され、ゲート端子は抵抗(R
2)を介して制御回路に接続されるように構成した。そ
の結果、 (1)電流スイッチと測温抵抗体の間に抵抗器やダイオ
ードが入らないので電圧降下がない。 (2)部品点数が少ない。トランジスタ1個と抵抗器1
個である。 (3)使用部品が比較的低コストである。 等の効果がある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit when an excessive voltage is applied to an input of a temperature transmitter using a resistance temperature sensor as a sensor. 2. Description of the Related Art FIG. 3 shows an example of a conventional resistance thermometer input circuit.
As shown in FIG. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a resistance thermometer (hereinafter referred to as RTD) having one end connected to ground and the other end connected to one end of a resistor R3.
The other end of the resistor R3 is connected to the source S of the MOS transistor Q1 and is connected to the cathode of a zener diode D1 whose anode is connected to the ground. The source side of the MOS transistor Q1 is connected to a power supply VREF via a resistor R1, and the gate G is connected to a switch control circuit 2 via a resistor R2. A terminal T1 is connected to a connection point between the resistor R1 and the source S of the MOS transistor Q1. FIG. 4 shows another conventional example. In this example, a diode D2 is used instead of the resistor R3 shown in FIG. 3, the cathode is connected to one end of the RTD1, and the anode is the drain D of the MOS transistor Q1. It is connected to the. Here, the anode of the Zener diode D3 is connected to the drain D side of the MOS transistor Q1, and the cathode side is connected to the gate G. [0005] In the above-mentioned conventional example, in both the circuits shown in FIGS. 3 and 4, the voltage drop of the resistor R 1 is controlled by the power supply VREF and the terminal T 1.
The current flowing through the RTD1 is determined by measuring the current between the two, and the resistance value of the RTD1 can be determined from this and the voltage between the terminals of the RTD1. The MOS transistor Q1 functions as a switch for the current flowing through the RTD1, and is turned on only for a necessary period by the control circuit 2 (CNT). In the circuit of FIG. 3, the voltage applied to the MOS transistor Q1 is limited by a Zener diode D1, and the current flowing through the Zener diode D1 is limited by a resistor R3. In such a circuit, the maximum allowable voltage is approximately determined by the allowable power loss of R3. In the circuit shown in FIG. 4, when a positive voltage is applied to the source S of the MOS transistor Q1, the diode D2 is reverse-biased to prevent the inflow of current, and when a negative voltage is applied, the MOS transistor Q1 is turned on. So
The current in the circuit is limited by R1 and R2. Zener diode D3 limits the gate-source voltage of Q1. R2
Is relatively high resistance, the maximum allowable voltage is determined by the withstand voltage of the diode D2 and the allowable power loss of R1. However, in the temperature transmitter, the reference voltage VREF cannot be set high due to the limitation of current consumption, etc., and the voltage drop of the resistor R3 in FIG. 3 and the voltage drop of the diode D2 in FIG. The forward voltage drop cannot be ignored. In the circuit of FIG. 3, if the resistance value of R3 is not sufficiently large, a resistor having a large size must be adopted due to the restriction on the explosion-proof standard. In the circuit of FIG. May be relatively large and result in measurement errors. In a temperature transmitter, it is difficult to employ a complicated protection circuit having a larger number of components in terms of a board mounting area and cost. The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. When an overvoltage is applied, for example, when a power supply or the like is erroneously connected to an input terminal connecting the RTD1, a MOS transistor Q1 functioning as a current switch is provided. And an overvoltage input protection circuit which does not damage other internal circuits. [0011] According to an aspect of the present invention to achieve the above object, in the input portion of the temperature transmitter for turning on and off the temperature measuring current RTD using MOS transistors, one end To ground or a stable potential section in the circuit
The other end is connected to the drain terminal of the MOS transistor (Q1)
The connected RTD and the MOS transistor
The emitter terminal is connected to the drain terminal of the
Data terminal is connected to the gate of the MOS transistor.
At the same time, the base terminal is connected to ground via a resistor (R3).
Or a bipolar transistor connected to a stable potential
A MOS transistor, comprising: a transistor (Q2);
Is connected to a power supply via a resistor (R1),
The gate terminal is connected to the control circuit via the resistor (R2)
It is characterized in that the. The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a resistance thermometer input circuit including a protection circuit according to an embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In the present invention, the collector C of the bipolar transistor Q2 is connected to the connection point between the gate G of the MOS transistor Q1 and the resistor R2, and the emitter E is connected to M
Connected to the drain D of the OS transistor Q1, the base B
Is connected to ground or a stable potential portion in the circuit via a resistor R3. The zener diode D1 in FIG. 3 is removed here. In FIG. 1, during normal operation, the measured current of the RTD1 is turned on / off by the MOS transistor Q1 through the resistor R1 and flows to the RTD1. The current value can be known by measuring the voltage across the resistor R1, and the resistance value of the RTD1 can be obtained from this current value and the voltage across the RTD1. At this time, since the emitter-base of the bipolar transistor Q2 of the protection circuit is reverse-biased and Q2 is OFF, Q2 does not affect the circuit operation. Since the voltage at the emitter E of the bipolar transistor Q2 is at most about 1 V, the leakage current at the emitter junction is small. When a negative excessive voltage is applied to the input, the emitter of the bipolar transistor Q2 becomes a negative voltage, a base current flows through the resistor R3, and Q2
Turns on. Therefore, the gate voltage of the MOS transistor Q1 becomes substantially equal to the source voltage, and Q1 is turned off. Since the input voltage is borne by the MOS transistor Q1, if the resistors R2 and R3 have sufficiently high resistance values (for example, 100 KΩ), an excessive input voltage will cause VREF to be reduced from the source-drain breakdown voltage of the MOS transistor Q1. It can withstand the deducted voltage. When a positive excessive voltage is applied to the input, the parasitic diode of the MOS transistor Q1 conducts, so that most of the input voltage is borne by the resistor R1. If the resistance value of R1 is, for example, about 10 KΩ, it can withstand an input voltage of about 40 V, which is sufficient for the specification of the temperature transmitter. At this time, a positive excessive voltage is applied to the emitter of bipolar transistor Q2.
Reverse bias is applied between the emitter and base of No. 2. Since the emitter junction of a silicon transistor normally breaks down at about 8 to 9 V and becomes equivalent to a zener diode, the base voltage becomes positive and the base-collector becomes forward-biased. Like
The voltage between the source and the gate of the MOS transistor Q1 is suppressed to at most about 10 V, and is protected from the destruction of the gate oxide film. It is to be noted that the above description of the present invention has been presented by way of illustration and example only, and of particular preferred embodiments. Thus, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be modified or modified in many ways without departing from its essentials. The scope of the present invention defined by the description of the claims is intended to cover alterations and modifications within the scope. As described above, according to the present invention, M
One end of the input terminal of the temperature transmitter that turns on and off the temperature measurement current of the resistance temperature detector using the OS transistor is grounded.
The other end is a MOS transistor at the stable potential portion in the circuit or circuit.
Resistance (R) connected to the drain terminal of the
TD) and the drain terminal of the MOS transistor
The emitter terminal is connected and the collector terminal is connected to the MOS transistor.
Connected to the transistor gate and the base terminal
Ground via a resistor (R3) or stable potential part in the circuit
And a bipolar transistor (Q2) connected to
And the source terminal of the MOS transistor is a resistor (R
1), and the gate terminal is connected to a resistor (R
It was configured to be connected to the control circuit via 2) . As a result, (1) there is no voltage drop because no resistor or diode is inserted between the current switch and the resistance bulb. (2) The number of parts is small. One transistor and one resistor
Individual. (3) The parts used are relatively inexpensive. And so on.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係る測温抵抗体入力の過大電圧入力保
護回路の実施の形態の一例を示す構成図である。 【図2】図1に示すバイポーラトランジスタQ2のベー
ス・コレクタ間の等価回路図である。 【図3】従来の測温抵抗体入力の過大電圧入力保護回路
の一例を示す構成図である。 【図4】従来の測温抵抗体入力の過大電圧入力保護回路
の他の例を示す構成図である。 【符号の説明】 1 測温抵抗体(RTD) 2 制御回路(CNT) D1,D3 ツエナダイオード D2 ダイオード Q1 MOSトランジスタ Q2 バイポーラトランジスタ R1〜R3 抵抗.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an embodiment of an excessive voltage input protection circuit for temperature measuring resistor input according to the present invention. FIG. 2 is an equivalent circuit diagram between a base and a collector of the bipolar transistor Q2 shown in FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional excessive voltage input protection circuit for resistance temperature detector input. FIG. 4 is a configuration diagram showing another example of a conventional excessive voltage input protection circuit for resistance bulb input. [Explanation of Signs] 1 RTD 2 Control circuit (CNT) D1, D3 Zener diode D2 Diode Q1 MOS transistor Q2 Bipolar transistor R1 to R3 Resistance.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】MOSトランジスタを用いて測温抵抗体の
測温電流をオンオフする温度伝送器の入力部分におい
て、一端がグランドまたは回路内の安定電位部に他端が
MOSトランジスタ(Q1)のドレイン端子に接続され
た測温抵抗体(RTD)と、前記MOSトランジスタの
ドレイン端子にエミッタ端子が接続され、コレクタ端子
が前記MOSトランジスタのゲートに接続されるととも
にベース端子が抵抗(R3)を介してグランドまたは回
路内の安定電位部に接続されたバイポーラトランジスタ
(Q2)と、からなり、前記MOSトランジスタのソー
ス端子は抵抗(R1)を介して電源に接続され、ゲート
端子は抵抗(R2)を介して制御回路に接続されたこと
を特徴とする測温抵抗体入力の過大電圧入力保護回路。
(57) [Claim 1] In an input part of a temperature transmitter for turning on / off a temperature measuring current of a temperature measuring resistor using a MOS transistor, one end is connected to a ground or a stable potential portion in a circuit. End
Connected to the drain terminal of the MOS transistor (Q1)
Resistance temperature detector (RTD) and the MOS transistor
The emitter terminal is connected to the drain terminal, and the collector terminal
Is connected to the gate of the MOS transistor.
When the base terminal is grounded or turned via a resistor (R3)
Bipolar transistor connected to a stable potential section in the path
(Q2), the source of the MOS transistor
Terminal is connected to a power supply via a resistor (R1),
An excessive voltage input protection circuit for temperature measuring resistor input, wherein a terminal is connected to a control circuit via a resistor (R2) .
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