JPS6045326B2 - モノリシツクｉｃにおける高電圧発生回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はモノリシックＩＣにおける高電圧発生回路に係
り、ＮＰＮトランジスタにて構成された回路をモノリシ
ックＩＣ化することによつて各素子の間隔を小に形成し
た場合、各素子の間隔を大にすることなくＮＰＮ寄生効
果を有効に防止し得る高電圧発生回路を提供することを
目的とする。

ガスライター、ガステーブル等の放電式連続着火（点火
）装置においては、ガスを繰り返し自動着火するが、一
旦着火した後は使用電池の長寿命化等を図るために、着
火回路を自動的に停止し、ガス栓開放時何らかの原因に
より火が消えた場合には着火回路を再動作してガスを着
火し、ガスの爆発事故を未然に防止することが行なわれ
る。この自動着火停止方法に従来、大別して次の２っの
方法があつた。その一つの方法は、センサーにサーミス
タ、バリスタ等の感温素子を使用したものであり、他の
一つの方法はフォトトランジスタ、フォトダイオード等
の受光素子をセンサーに用いたものである。

然るに、前者の方法は、感温素子の取付け位置が感温素
子の耐熱性等より制限を受け、また感温素子の熱容量が
あるため、着火回路部のオン、オフまでの時間遅れが生
ずるという欠点があつた。

また後者の方法は、高照度下では照度比をとることが難
しく、動作が不安定であり、ゃたガスの発光波長は短波
長側であるのに対し、受光素子の感度がこの短波長側で
悪いため、後段の増幅器の増幅度を上げる必要があり、
高価となる欠点があつノた。そこで本出願人は、上記の
諸欠点を除去すべく先に特願昭５２−４３３９３号にて
「ガス連続着火装置における自動着火停止回路」を提案
した。このものは、ガスの着火の有無を識別するための
センサグーとして、上記の如き感温素子あるいは受光素
子その他特別なトランスジューサを用いることなく、ガ
スの着火により生じるプラズマ現象を利用してガスの着
火を検知し、着火機能の停止あるいは再動作を行なうよ
うにしたものである。第１図は上記ガス連続着火装置に
おける自動着火停止回路の一実施例の主要動作を説明す
るための概略ブロック系統図を示す。

同図中Ｓ１は電源スイッチで、これを閉成すると電流増
幅回路２、発振昇圧回路３に夫々直流電源電圧Ｖｃｃが
印加され、発振昇圧回路３によりコンデンサＣを充電す
る。コンデンサＣの充電電圧が或るレベルに達すると高
圧発生回路４が動作し、放電ギャップ５に火花が発生す
る。この時、ガス噴出口６よりガスが噴出していると、
ガスに着火し炎７が発生する。一方、火花発生直後、コ
ンデンサＣの両端間の電圧はほぼグラウンド電位となる
。そこで本回路では、炎７は炎内又は炎付近に相対して
配置された導電性の電極８ａ，８ｂにより検出される。

ガス着火後、コンデンサＣの電圧が上昇し、電極８ａ，
８ｂ間に流れるプラズマ作用による電流が電流増幅回路
２により増幅されて発振動作制御用トランジスタＱに供
給される。このプラズマ作用による電流がトランジスタ
Ｑをオンにできるまでの値に達すると、発振昇圧回路３
の動作は停止せしめられ、コンデンサＣの電圧上昇が止
り、ギャップ５の放電が停止し、火花の発生も停止する
。一般に発振昇圧回路３の消費電流は、電流増幅回路２
と発振オン−オフ回路の電流の総和よりも大幅に大きい
ため、消費電流の節約にもなる。次に何らかの原因で火
が消えた場合は、電極間を流れる電流がなくなり、トラ
ンジスタＱがオフとなり、発振昇圧回路３が動作する。
これによ！り、火花放電が再び開始され、着火するまで
繰り返し火花放電が行なわれる。また電極間電圧と電極
間電流との間には第２図に示す如く、比例関係にあるた
め、電流増幅回路２、発振オン−オフトランジスタＱの
電流利得にＳバラツキがあつても、コンデンサＣの電圧
は発振昇圧回路３の動作が停止するまで上昇される。

従つて、着火は確実に停止する。第３図は上記回路の具
体的回路図を示す。

同図中、第１図と同一部分には同一符号を付し、その１
説明を省略する。ＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ３，Ｑ５
及びＰＮＰトランジスタＱ４、感度調整用半固定抵抗器
ＲＴ等はシユミツト動作を行なう電流増幅回路２を構成
している。炎７が無い時は、電極間電流は流れず、トラ
ンジスタＱ２はオフ、トランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ５は
オンとなる。オン時のトランジスタＱ，のコレクタ出力
は略アースレベルでＮＰＮトランジスタｑのベースに供
給され、これをオフする。ＮＰＮトランジスタＱ７、コ
イルＬｌ，Ｌ２，Ｌ３を有するトランスＴ１、半固定抵
抗器Ｒ８、トランジスタＱ，のベースと接地間に接続さ
れたダイオードＤ１、コイルＬ３と接地間に接続された
ダイオード７Ｄ２はブロッキング発振器（第１図の発振
昇圧回路３に相当）を構成している。

ダイオードＤ１はバックパルス除去用ダイオード、ダイ
オードＤ２は整流用ダイオードで、ＲＢは発振出力パル
ス電圧の時間幅調整用半固定抵抗器である。上記トラン
ジスタＱ６のオフにより、ブロッキング発振器は所定の
発振動作を行ない、所定パルス幅で波高値が時間と共に
指数関数的に上昇するパルス電圧（バックパルス）がコ
イルＬより昇圧されて発振出力され、このパルス電圧は
電極８ａに印加される一方、コンデンサＣＯ（第１図示
のコンデンサＣに相当）に印加され、これを充電し始め
る。一方、トランジスタＱ７のコレクタより取り出され
た発振パルス電圧は、ＮＰＮトランジスタＱ８のコレク
タに印加される一方、抵抗Ｒｌ，Ｒ２、温度補償用ダイ
オードＤ４，Ｄ３及びコンデンサＣ２よりなる回路を通
じてトランジスタｑのベースに印加される。

ここぇトランジスタｑのエミッタと接地間にはトリガダ
イオード（ダイアツク）Ｄ及び抵抗Ｒ８が直列に接続さ
れており、トリガダイオードＤと抵拍只。の接続点は逆
阻止３端子制御整流素子（以下サイリスタという）Ｘの
ゲートに接続されている。またサイリスタｘのアノード
はコンデンサＣＯの一端に接続され、そのカソードは接
地されている。これにより、コンデンサＣｃの充電が進
み充電電圧が、トランジスタＱ８、トリガダイオードＤ
よりなる回路のブレークオーバ電圧以上に達した時、サ
イリスタＸのゲートに電流が流れ、サイリスタＸはター
ンオフする。これにより、コンデンサＣＣｌサイリスタ
Ｘ１トランスＴ２の１次巻線よりなるループを通してコ
ンデンサＣ。の充電電荷は瞬時に放電される。そしてこ
の時、トランスＴ２の２次巻線に高電圧（例えば７００
０■程度）が誘起され、放電ギャップ５の間に電気火花
が発生してガスを着火する。この着火は、上記コンデン
サＣＯの放電によりサイリスタＸのアノード電流が保持
電流以下になつてサイリスタＸが自己保持作用を失ない
ターンオフした後、上記と同様動作が再び繰り返される
ことにより、自動的に繰り返して着火される。

着火すると、前述したように電極間電流が流れ、保護抵
抗ＲＳｌ抵抗Ｒ，を介してトランジスタＱ２のベースに
供給され、これをオンとする。これにより、トランジス
タＱ３，Ｑ４，Ｑ５はオフとなり、トランジスタＱ５の
コレクタより電流増幅された信号がトランジスタ９のベ
ースに供給され、これをオンとする。従つて、トランジ
スタＱ７のベース電位は略アースレベルとなり、ブロッ
キング発振器の発振動作が停止せしめられ、火花放電も
停止せしめられる。火が消えた場合は、前述したように
電極間電流がなくなるので、再びブロッキング発振器が
動作を開始し、着火するまで繰り返し火花放電が行なわ
れる。

なお、第３図中、一点鎖線内の回路部が、モノリシック
ＩＣ化される回路部である。

このモノリシックＩＣ化により、本回路が第４図に示す
如き横断面図の回路部分を有するときには、ＮＰＮ寄生
効果を生じ好ましくない。

すなわち、第４図において、Ｔ、１，Ｔｒ２はＮＰＮト
ランジスタで、同一のＰ型半導体の基板（サブストレー
ト）１１に設けられている。いま、何らかの原因により
、トランジスタＴｒ２のコレクタＣの電位がサブストレ
ート１１よりも負になつた場合、Ｔｒｌのコレクタ、サ
ブストレート１１、Ｔｒ２のコレクタ間で夫々コレクタ
０１ベース８、エミッタ［Ｆ］となるトランジスタを形
成する、いわゆるＮＰＮ寄生効果を生ずる問題点がある
。この寄生効果を低減する方法として、従来は各素子間
の物理的な距離をとつていた。

しかし、この方法では、１モノリシックＩＣチップ上に
デツドスペースが生じチップが大きくなり、コストが高
くなる。２この方法でも寄生効果を完全に除去すること
はできず、モノリシック１Ｃ以外のダイオード等を付け
る必要がある等の欠点があつた。

本発明は上記欠点を除去し、かつ、上記問題点を解決し
たものであり、第３図及び第５図Ａ−Ｃと共にその各実
施例について説明する。第５図Ａ−Ｃは本発明になるモ
ノリシックＩＣにおける高電圧発生回路の要部をなす回
路図で、第３図中、ＮＰＮ寄生効果が問題となる回路部
分に使用される。

このＮＰＮ寄生効果が問題となる回路部分は、例えば第
３図にＤ１で示されるバックパルス除去用ダイオードで
ある。第５図Ａ中、Ｑｌ４，Ｑｌ５はＮＰＮトランジス
タで、トランジスタＱ７は第３図中のトランジスタＱ７
と同一のトランジスタである。トランジスタＱｌ，のコ
レクタは、トランジスタＱｌ４，Ｑｌ５の各ベースに夫
々接続される一方、抵抗Ｒ５を介して正の直流電源電圧
端子に接続されている。トランジスタＱｌ５のエミッタ
はトランジスタＱ７のベースに接続されている。なお、
トランジスタＱｌ４，Ｑｌ５、抵抗Ｒ，にて構成される
回路が第３図中のダイオードＤ１に相当する。上記の構
成回路の動作について説明すると、通常時、トランジス
タＱｌ５のベース・エミッタ間電圧はＱｌ４により例え
ば０．１Ｖ程度にクランプされるため、Ｑｌ５のコレク
タ電流は抑えられ、トランジスタＱｌ５はカットオフの
状態を保持する。

ここで６点で示すトランジスタＱｌ５のエミッタ電位が
何らかの原因で負の電位に下がつた場合、トランジスタ
Ｑｌ５はオンとなり、電源ＶｃｃよりトランジスタＱｌ
５を介して電流が３点に供給され、３点の電位が低下す
るのを減少する。従つて、ＮＰＮ寄生効果を低減できる
。しかも３点が正の電位の場合、トランジスタＱｌ５は
カットオフであるため何）ら本来の動作に影響を及ぼさ
ない。第５図Ｂは、寄生効果を低減させるための第２実
施例の回路図で、１２は定電流源、Ｑｌ６，Ｑｌ７はダ
ーリントン接続されたＮＰＮトランジスタ、Ｄ７，Ｄ８
はダイオードである。

なお、定電流源１７２、トランジスタＱｌ６，Ｑｌ７、
ダイオードＤ７，Ｄ８、にて構成される回路が第３図中
のダイオードＤ１に相当する。この場合、トランジスタ
Ｑｌ７のエミッタ電位が負に下がつた場合、トランジス
タＱｌ６，Ｑｌ７がオンとなり、これにより、定電流源
２１２より定電流が４点に供給され、３点の電位が低下
するのを減少する。尚この場合トランジスタＱｌ６，Ｑ
ｌ７の能動素子は２個に限らず３個以上をダーリントン
に接続してもよい。

第５図Ｃは本発明回路に用いられる寄生効果低減のため
の第３実施例の回路図を示す。本実施例は、ＮＰＮトラ
ンジスタＱｌ８のコレクタを保護抵抗ＲｌＯを介して正
の直流電源電圧端子に接続される一方、エミッタを順方
向の耐圧向上用ダイオードＤ６を介して４点に接続され
ている。トランジスタＱｌ８のベースは定電流源１２よ
り定電流が供給されている。この場合も６点の電位が負
に下がつた場合、トランジスタＱｌ８がオンになり、定
電流源１２より定電流が３点に供給される。

この際、トランジスタＱｌ８のベースが正方向に上昇し
た場合の耐圧を上昇するためのダイオードＤ６が接続さ
れており、負の方向の電位はＤ６によりクランプされる
。従つて、本実施例を寄生効果が殆どない（トランジス
タＱｌ８の電圧一電流特性は指数関数的に変化する）。
また上記第５図Ａ−Ｃに示す回路により、チップ面積を
他の寄生効果除去法に比し大幅に小さくでき、更に、略
完全に寄生効果が除けるため、レベル差の大きい信号の
扱いが楽になる。

なお、本発明回路は電子ライタの着火回路にのみ適用さ
れるものではなく、モノリシックＩＣにした場合ＮＰＮ
寄生効果を生じる虞れのある部分に広く適用し得る。

上述の如く、本発明になるモノリシックＩＣにおける高
電圧発生回路は、ブロッキング発振を制御する制御用ト
ランジスタのコレクタに、通常動作時及び該コレクタの
電位が負になつた時に夫々カットオフ及びオンとなる能
動素子のエミッタを．直接的に又は少なくとも１個の直
列ダイオードを介して間接的に接続すると共に、該制御
用トランジスタのエミッタ及び能動素子のベース間に該
制御用トランジスタのエミッタ及び能動素子のベース間
の順方向電圧に見合う適宣数のダイオードを；接続して
おき、該能動素子のオン時、該制御用トランジスタのコ
レクタに大なる電流を流して該コレクタの電位低下を抑
えるよう構成してなるため、制御用トランジスタ及び発
振用トランジスタをＮＰＮトランジスタにて構成し、こ
れらをモノリシックＩＣにて形成した場合、該能動素子
は通常時は該適宣数のダイオードによりカットオフされ
ているが、例えば制御用トランジスタのコレクタが何ら
かの原因によつて負電位になつや際該能動素子はオンと
なり該制御用トランジスタのコレクタの電位低下を抑え
得、これにより、制御用卜）ランジスタのコレクタの電
位低下によつて発振用トランジスタのコレクタを制御用
トランジスタのコレクタとの間に基板を介して発生され
るいわゆるＮＰＮ寄生効果を防止し得、従来のようにモ
ノリシック■Ｃ化特有の寄生効果を防止するために・各
素子間の間隔を大にする必要がなく、チップ面積を従来
のものに比して大幅に小にし得、更に、略完全にＮＰＮ
寄生効果を除去し得るため、レベル差の大きい信号の扱
いが容易である等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願人が先に提案したガス連続着火装置にお
ける自動着火停止回路の主要動作を説明するための概略
ブロック系統図、第２図は第１図の動作説明用電極間電
流対電極電流特性図、第３図は第１図に示す回路の具体
的回路図、第４図は第３図に示す回路をＩＣ化した場合
の要部の横断面図、第５図Ａ−Ｃは本発明になるモノリ
シックＩＣにおける高電圧発生回路の要部の各実施例の
具体的回路図である。 ２・・・・・・電流増幅回路、３・・・・・・発振昇圧
回路、４・・・高圧発生回路、５・・・・・・放電ギャ
ップ、８ａ，８ｂ・・・・・電極、Ｌェ〜Ｌ３・・・・
・・コイル、Ｘ・・・・・・サイリスタ、Ｔｒｌ，Ｔ，
２，ｑ，Ｑ７，Ｑｌ４〜Ｑｌ８・・・・・・トランジス
タ、Ｃ，Ｏ・・・・・・コレクタ、Ｂ，８・・・・・・
ベース、Ｅ，［Ｆ］・・・・・・エミッタ、Ｄｌ，Ｄ６
〜Ｄ８・・・・・・ダイオード、Ｒ５，ＲｌＯ・・・・
・・抵抗、１２・・・・・定電流源、■ｏ・・・・・・
電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ブロッキング発振用トランジスタのベースにその発
   振を始動、停止せしめるための制御用トランジスタのコ
   レクタを接続されたモノリシックＩＣにおける高電圧発
   生回路において、該制御用トランジスタのコレクタに、
   通常動作時及び該コレクタの電位が負になつた時に夫々
   カットオフ及びオンとなる能動素子のエミッタを直接的
   に又は少なくとも１個の直列ダイオードを介して間接的
   に接続すると共に、該制御用トランジスタのエミッタ及
   び能動素子のベース間に該制御用トランジスタのエミッ
   タ及び能動素子のベース間の順方向電圧に見合う適宣数
   のダイオードを接続しておき、該能動素子のオン時、該
   制御用トランジスタのコレクタに大なる電流を流して該
   コレクタの電位低下を抑えるように構成してなることを
   特徴とするモノリックＩＣにおける高電圧発生回路。