JP4788592B2

JP4788592B2 - 逆流防止回路

Info

Publication number: JP4788592B2
Application number: JP2006342825A
Authority: JP
Inventors: 宏一粕谷; 一平川本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-12-20
Also published as: JP2008154176A

Description

本発明は、電源端子に抵抗を介してプルアップされている信号入力端子について、当該端子から電源側に電流が逆流するのを防止するためにダイオードを備えた回路に関する。

図４は、例えば、自動車の車室内に配置されるスイッチ信号入力回路について設けられる、電源電流の逆流を防止する回路の一例を示すものである。スイッチ入力信号回路１の入力端子２には、外部にスイッチ制御用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）３が接続されている。ＥＣＵ３は、車室内の電装品、例えば、カーエアコンやオーディオ、パワーウインドなどのスイッチ４が乗員により操作された場合に、操作信号をスイッチ入力信号回路１に出力するようになっている。

ＥＣＵ３の出力段には、ＮＰＮトランジスタ５が配置されており、そのコレクタは、抵抗素子６及びヒューズ７を介して車両のバッテリ８の正側端子に接続され、エミッタはグランドに接続されている。そして、トランジスタ５のコレクタがスイッチ入力信号回路１の入力端子２に接続されており、トランジスタ５は、スイッチ４がオン操作されることに伴いオンとなり、コレクタ電位をロウレベル（ＧＮＤ）に変化させる。

スイッチ入力信号回路１の内部において、入力端子２は、プルアップ抵抗９を介して電源側にプルアップされている。また、入力端子２は、入力抵抗１０を介して、例えば、コンパレータ１１の（−）端子に接続されている。コンパレータ１１の（＋）端子には、図示しないが比較用の基準電圧が与えられており、コンパレータ１１は、その比較結果を図示しない次段の回路に出力する。

また、スイッチ信号入力回路１の電源端子１２には、バッテリ８の正側端子がヒューズ１３を介して接続されており、電源端子１２は、スイッチ入力信号回路１の内部でサージ保護用の抵抗素子１４及び逆流防止用のダイオード１５（順方向）を介して、前記プルアップ抵抗９に接続されている。ダイオード１５のカソードは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（例えば、ＬＤＭＯＳ）１６のドレイン，ソースを介してグランドに接続されており、そのＦＥＴ１６にはクランプ回路１７が並列に接続されている。
クランプ回路１７は、ＦＥＴ１６の両端に印加される電圧がクランプレベルを超えた場合に、ＦＥＴ１６にゲート信号を出力して導通させるように動作する。そして、ＦＥＴ１６及びクランプ回路１７は、静電気保護回路１８を構成している。

次に、上記構成の回路動作について説明する。バッテリ８と、ＥＣＵ３，スイッチ信号入力回路１との間には、夫々ヒューズ７，１３が挿入されている。そして、ダイオード１５は、例えば図４に示すようにヒューズ１３側が切れた場合に、電源電流が入力端子２側より電源端子１２側に逆流するのを防止するために配置されている。
一方、入力端子２にはスイッチ制御用のＥＣＵ３が接続されているため、静電気による高電圧が印加され易い。しかし、ダイオード１５はそのような高電圧に弱く、逆方向にブレークして破壊されるおそれがあることから静電気保護回路１８を設けており、入力端子２に高電圧が印加されるとクランプ回路１７がＦＥＴ１６をオンさせて、ダイオード１５に過剰な逆バイアス電圧が印加されることを防止している。

この場合、ＦＥＴ１６の耐圧は例えば４０Ｖ程度であるため、クランプ回路１７は、それ以下の電圧でＦＥＴ１６をオンさせるように設定される。そして、電源端子１２側にも高電圧サージが印加される可能性がある。従って、抵抗素子１４がない状態で、例えば５０Ｖ以上のサージ電圧が印加された場合を想定すると、クランプ回路１７がＦＥＴ１６をオンさせるので、バッテリ８から大きな電流が流れてダイオード１５やＦＥＴ１６が破壊されるおそれがある。そのような事態を回避するため、サージ保護用の電流制限抵抗として、抵抗素子１４が必要となっている。尚、上記の構成と同じではないが、類似した回路構成は、例えば特許文献１に開示されている。
特開２０００−７７５３７号公報

即ち、上記の構成では、ダイオード１５を静電気から保護するために静電気保護回路１８を設け、その静電気保護回路１８を設けためにサージ保護用の抵抗素子１４が必要となっている。
ところで、自動車に搭載される電装品については、高機能化・高級化が進んでいるため、アクチュエータと、そのアクチュエータを制御するためのＥＣＵとを一体として、極力小型化や低コスト化を図ることが要求されている。しながら、上記のように構成される回路は回路素子数が比較的多いため、上記の要求を満たすものとは言えなかった。また、回路素子数が多いことで各素子の定数を適切に調整するのにも工数がかかるという問題がある。

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、回路素子数をより削減して適切な回路動作を行なうことができる逆流防止回路を提供することにある。

請求項１記載の逆流防止回路によれば、ＭＯＳＦＥＴが備えている寄生ダイオードによって、信号入力端子側からの電源側への電源電流の逆流を防止できる。そして、信号入力端子に、例えば静電気などの高電圧が印加された場合は、導通制御回路がＭＯＳＦＥＴを導通させて電源側への電流経路を形成するので、寄生ダイオードが高電圧によって破壊されることは回避される。また、電源側に高電圧サージが印加された場合は、順方向の寄生ダイオードを介して信号入力端子側に流れようとする電流は、プルアップ用の抵抗素子によって制限される。従って、従来構成より部品点数を削減しても、保護動作を適切に行なうことができる。

請求項２記載の逆流防止回路によれば、信号入力端子を、車室内に配置される電装品に設けられるスイッチが操作された場合に、その操作信号が入力される端子とする。即ち、車室内に配置される電装品のスイッチは車両の乗員によって操作されるため、静電気が頻繁に印加されることが想定され、その対策が必須となる。従って、本発明の逆流防止回路を適用すれば、極めて有効である。

（第１実施例）
以下、本発明を、自動車の車室内に配置されるスイッチ信号入力回路に適用した場合の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。尚、図４と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。本実施例のスイッチ信号入力回路２１は、図４のスイッチ信号入力回路１より、抵抗素子１４及びダイオード１５を取り除き、プルアップ抵抗（抵抗素子）９にＦＥＴ１６のドレインを接続し、電源端子１２にソースを接続している。その結果、ＦＥＴ１６の寄生ダイオード１６Ｄは、入力端子（信号入力端子）２から見て逆方向となるように接続されている。そして、ＦＥＴ１６のソース−ドレイン間には、クランプ回路１７に替わるクランプ回路（導通制御回路）２２が接続されている。

図２には、そのクランプ回路２２の具体構成を示す。ＦＥＴ１６のソース−ゲート間には抵抗素子２３が接続されており、ゲート−ドレイン間には、順方向に接続された複数のツェナーダイオード２４と、逆方向に接続されたダイオード２５との直列回路が接続されている。即ち、ツェナーダイオード２４のツェナー電圧とその直列接続数によって、クランプ回路２２がＦＥＴ１６をオンさせる電圧が決定される。そして、ＦＥＴ１６とクランプ回路２２とで、逆流防止回路２６が構成されている。

次に、本実施例の作用について説明する。逆流防止回路２６では、ＦＥＴ１６を通常の接続形態とは逆方向に、即ち電源側がソースとなるように接続したことで、寄生ダイオード１６Ｄは、入力端子２から見て逆方向となっている。従って、通常状態でのバッテリ８の電源は、寄生ダイオード１６Ｄを介して供給されると共に、ヒューズ１３が切れた場合は、寄生ダイオード１６Ｄがダイオード１５に替わって逆流を防止する機能を果すようになる。
そして、入力端子２に静電気による高電圧が印加されると、クランプ回路２２がＦＥＴ１６をオンさせて電源端子１２側に電流を流すので、寄生ダイオード１６Ｄが逆方向にブレークすることはない。また、電源端子１２側に高電圧サージが印加された場合には、順方向の寄生ダイオード１６Ｄを介して入力端子２側に流れようとする電流はプルアップ抵抗９によって制限されるので、問題はない。

以上のように本実施例によれば、電源端子１２と入力端子２をプルアップする抵抗素子９との間に、寄生ダイオード１６Ｄの方向が入力端子２側から見て逆方向となるようにＦＥＴ１６を接続し、クランプ回路２２は、入力端子２に過電圧が印加されるとＦＥＴ１６をオンさせるようにした。即ち、寄生ダイオード１６Ｄにより電源電流の逆流を防止し、入力端子２側に印加される過電圧に対しては、ＦＥＴ１６をオンさせて寄生ダイオード１６Ｄを保護し、電源端子１２側に過電圧が印加された場合に流れようとする電流は、プルアップ抵抗９によって制限できる。従って、従来構成より、抵抗素子１４やダイオード１５を削減しても、保護動作を適切に行なうことができる。
そして、入力端子２を、車室内に配置される電装品に設けられるスイッチ４が操作された場合に、ＥＣＵ３よりその操作信号が入力される端子とするので、車両の乗員によって操作されるため、静電気保護対策が必須となる構成に、逆流防止回路２６を極めて有効に適用することができる。

（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例の逆流防止回路３１は、第１実施例のＦＥＴ１６に替えて、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２を使用している。そのＦＥＴ３２のソースはプルアップ抵抗９に接続され、ドレインは電源端子１２に接続されていることで、寄生ダイオード３２Ｄは、第１実施例と同様に入力端子２側から見て逆方向となっている。

また、クランプ回路（導通制御回路）３３は、第１実施例のクランプ回路２２の上下配列を入れ替えたもので、ＦＥＴ３２のドレイン−ゲート間には抵抗素子２３が接続され、ゲート−ソース間には、複数の順方向ツェナーダイオード２４と、逆方向ダイオード２５との直列回路が接続されている。

次に、第２実施例の作用について説明する。入力端子２に静電気による高電圧が印加されると、クランプ回路３３がＦＥＴ３２をオンさせる。即ち、ツェナーダイオード２４の直列回路がブレークすれば、抵抗素子２３に電流が流れてＦＥＴ３２がオンするので、保護動作は第１実施例の場合と同様になる。
以上のように、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２を使用した第２実施例による場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
ＦＥＴは、ＬＤＭＯＳ型に限ることなく、ＵＰドレイン型やプレーナ型、コンケーブ型やトレンチ型などどのようなタイプであっても、そのＦＥＴが備えている寄生ダイオードを利用することができる。
車室内に配置される電装品に設けられるスイッチ制御用のＥＣＵ３に限ることなく、広く適用することができる。

本発明の第１実施例であり、スイッチ信号入力回路の構成を示す図逆流防止回路の構成を、クランプ回路の内部を中心に示す図本発明の第２実施例を示す図２相当図従来技術を示す図１相当図

符号の説明

図面中、２は入力端子（信号入力端子）、８はバッテリ（電源）、９はプルアップ抵抗（抵抗素子）、１２は電源端子、１６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、１６Ｄは寄生ダイオード、２２はクランプ回路（導通制御回路）、２６は逆流防止回路、３１は逆流防止回路、３２はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３２、３２Ｄは寄生ダイオード、３３はクランプ回路（導通制御回路）を示す。

Claims

電源端子と信号入力端子をプルアップするための抵抗素子との間に、寄生ダイオードの方向が前記信号入力端子側から見て逆方向となるように接続されるＭＯＳＦＥＴと、
前記信号入力端子に過電圧が印加されると、前記ＭＯＳＦＥＴを導通させるように制御する導通制御回路とを備えることを特徴とする逆流防止回路。
前記信号入力端子は、車室内に配置される電装品に設けられるスイッチが操作された場合に、その操作信号が入力される端子であることを特徴とする請求項１記載の逆流防止回路。