KR100778203B1 - 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로 - Google Patents

Abstract

과제

파워 제너 다이오드를 사용한 일이 없고 회로 부품의 소형화를 실현할 수 있고, 또한 염가의 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로를 얻는다.

해결 수단

전원 전압의 보호가 필요한 피보호 회로를 갖는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로로서, 상기 자동차용 전자기기의 배터리 전원(1)에 애노드 단자가 접속된 다이오드(2)와, 다이오드(2)의 캐소드 단자에 컬렉터 단자가 접속되고, 피보호 회로(3)의 전원 공급 단자에 이미터 단자가 접속된 트랜지스터(4)와, 배터리 전원(1)과 그라운드 단자 사이에, 저항(5)과 직렬 접속되도록 마련되고, 그라운드 단자에 애노드 단자가 접속되고, 저항(5) 및 트랜지스터(4)의 베이스 단자에 캐소드 단자가 접속된 제너 다이오드(6)를 구비한다.

전원 보호 회로

Description

자동차용 전자기기의 전원 보호 회로{POWER SUPPLY PROTECTION CIRCUIT FOR AN IN-VEHICLE ELETRONIC DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로의 구성을 도시한 회로도.

도 2는 도 1의 배터리 전원(1)의 전원 전압(Vbat) - 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)의 특성을 도시한 도면.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 배터리 전원

2 : 다이오드

3 : 피보호 회로

4 : 트랜지스터

5 : 저항

6 : 제너 다이오드

기술분야

본 발명은, 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로에 관한 것으로, 특히, 피보호 회로가 CMOS 프로세스의 IC를 사용하는, 감열(感熱) 저항체를 이용하여 유체의 유량을 검출하는 감열식 유량계에 적용하는데 알맞는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로에 관한 것이다.

배경 기술

자동차의 배터리는, 그 전압이 통상 12V 내지 16V 정도이지만, 발전기 레귤레이터의 고장, 배터리를 2개 접속하는 점프 스타트, 노이즈 신호의 발생, 또는 서비스시의 취급에 의한 역전압의 인가 등에 의해, 고전압 또는 부(負)전압, 이른바 이상(異常) 전압이 되는 경우가 있다.

일반적으로, 자동차용 전자기기에 이용되는 감열식 유량계의 전원은 배터리로부터 공급되기 때문에, 상기 이상 전압이 유량계에 인가되는 환경에 있지만, 유량계는 파괴 또는 오동작하지 않도록 하는 것이 요구된다.

한편, 유량계의 전자기기에는 통상 IC가 사용되고 있고, 특히, 메모리 기능의 추가 및 IC 칩 사이즈의 소형화를 위해, CMOS 프로세스의 IC가 채용되는 것이 있다. 이때, 일반적으로, CMOS 프로세스의 IC는 바이폴러 프로세스의 IC에 비하여 전압 내량(耐量)이 낮아서, IC의 전원을 제한하기 위한 보호 회로가 필요하게 된다.

종래, 이와 같은 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로로서, 피보호 회로의 회로 전원을 배터리 전원으로부터 순방향의 다이오드를 통하여 공급하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

이 전원 보호 회로에서는, 배터리 전원의 전원 전압을 Vbat, 회로 전원의 전원 전압을 Vdd, 다이오드의 순방향의 강하 전압을 Vf2로 하면, 회로 전원의 전원 전압(Vdd)은,

A1) Vbat≤Vf2일 때,

Vdd=0

A2) Vbat>Vf2일 때,

Vdd=Vbat-Vf2

가 된다. 즉, 배터리 전원의 전원 전압(Vbat)과 회로 전원의 전원 전압(Vdd)의 관계는, 부전압을 제한할 수 있다.

또한, 종래, 다른 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로로서, 피보호 회로의 회로 전원을 배터리 전원으로부터 저항을 통하여 공급하고, 피보호 회로에 공급 전압을 제한하기 위한 제너 다이오드를 병렬 접속한 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

이 전원 보호 회로에서는, 배터리 전원의 전원 전압을 Vbat, 회로 전원의 전원 전압을 Vdd, 저항의 저항치를 R2, 저항의 소비 전류를 I2, 제너 다이오드의 제너 전압을 Vz2, 제너 다이오드의 순방향의 강하 전압을 Vzf2로 하면, 회로 전원의 전원 전압(Vdd)은,

B1) Vbat≤-Vzf2일 때,

Vbat=-Vzf2

B2) Vbat>-Vzf2, Vdd<Vz2일 때,

Vdd=Vbat-R2×I2

B3) Vbat>-Vzf2, Vdd≥Vz2일 때

Vdd=Vz2

가 된다. 즉, 배터리 전원의 전원 전압(Vbat)과 회로 전원의 전원 전압(Vdd)의 관계는, 과대 전압 및 -Vzf2 이하의 부전압을 제한할 수 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개2002-159136호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개2003-121230호 공보

그러나, 종래의 기술에서는, 특허 문헌 1에 기재된 발명의 경우는, 부전압을 제한할 뿐, 과전압까지는 제한할 수 없기 때문에, 별도의 과전압 보호 회로가 필요하게 된다. 또한, 특허 문헌 2에 기재된 발명의 경우는, 과전압 및 부전압을 제한할 수 있지만, 저항의 저항치(R2)는, 저항을 흐르는 소비 전류에 의해 발생하는 전압 강하를 억제하기 위해, 작은 값으로 할 필요가 있고, 그 결과, 저항 및 제너 다이오드는 고내압 사양, 특히 제너 다이오드는 파워 제너 다이오드로 되는 것이 필요하게 된다.

그런데, 피보호 회로가 바이폴러 프로세스의 IC로 구성되는 것이라면 IC 칩에 파워 제너 다이오드 상당의 보호 기능을 갖는 것은 비교적 용이하게 실현할 수 있지만, CMOS 프로세스의 IC에서는 IC 칩에 상기와 같은 보호 기능을 갖기는 곤란하고, 파워 제너 다이오드는 IC와 별개의 부품으로서 필요하게 된다.

이때, 파워 제너 다이오드는, 일반적으로, 부품 사이즈가 크기 때문에, 특 히, 유량계와 같이 근래 소형화가 요구되는 제품에는 설계 자유도가 현저하게 저해된다. 또한, 일반적으로, 파워 제너 다이오드는 고가이고, 또한, 파워 제너 다이오드를 덮는 앰프 케이스의 사이즈가 커지는 것에 수반하여, 비용도 고가로 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 파워 제너 다이오드를 사용하는 일이 없고, 회로 부품의 소형화를 실현할 수 있고, 또한 염가의 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로를 얻는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 관한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로는, 전원 전압의 보호가 필요한 피보호 회로를 갖는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로로서, 상기 자동차용 전자기기의 전원에 애노드 단자가 접속된 다이오드와, 상기 다이오드의 캐소드 단자에 컬렉터 단자가 접속되고, 상기 피보호 회로의 전원 공급 단자에 이미터 단자가 접속된 트랜지스터와, 상기 자동차용 전자기기의 전원과 그라운드 단자 사이에, 저항과 직렬 접속되도록 마련되고, 상기 그라운드 단자에 애노드 단자가 접속되고, 상기 저항 및 상기 트랜지스터의 베이스 단자에 캐소드 단자가 접속된 제너 다이오드를 구비한 것이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시의 형태에 관한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로의 구성을 도시 한 회로도이고, 전원 전압의 보호가 필요한 피보호 회로로서는, 열식 유량계에 관한 CMOS 프로세스의 IC이다.

도 1에 도시한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로는, 자동차용 전자기기의 배터리 전원(1)에 애노드 단자가 접속된 다이오드(2)와, 다이오드(2)의 캐소드 단자에 컬렉터 단자가 접속되고, 피보호 회로(3)의 전원 공급 단자에 이미터 단자가 접속된 트랜지스터(4)와, 배터리 전원(1)과 그라운드 단자 사이에, 저항(5)과 직렬 접속되도록 마련되고, 그라운드 단자에 애노드 단자가 접속되고, 저항(5) 및 트랜지스터(4)의 베이스 단자에 캐소드 단자가 접속된 제너 다이오드(6)를 구비하고 있다.

도 1에 도시한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로에 있어서, 배터리 전원(1)의 전원 전압을 Vbat, 다이오드(2)의 순방향 강하 전압을 Vf1, 트랜지스터(4)의 컬렉터-이미터간 포화 전압 및 컬렉터-이미터간 전압을 Vce(sat) 및 Vce, 트랜지스터(4)의 베이스-이미터 사이의 전압을 Vbe, 피보호 회로(3)의 전원 전압을 Vdd, 저항(5)의 저항치 및 소비 전류를 R1 및 I1, 제너 다이오드(6)의 제너 전압을 Vz1로 하면, 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)은, 다음에 나타낸 것으로 된다.

1) Vbat≤0V일 때,

Vdd=0V

2) 0<Vbat≤Vz1일 때,

I) R1×I1+Vbe>Vf1+Vce(sat)인 경우,

Vdd=Vbat-R1×I1-Vbe

Ⅱ) R1×I1+Vbe<Vf1+Vce(sat)인 경우,

Vdd=Vbat-Vf1-Vce(sat)

3) Vbat>Vz1일 때,

Vdd=Vz1-Vbe

가 된다. 또한, 이때, 배터리 전원(1)의 전원 전압(Vbat)과 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)과의 관계는, 도 2에 도시한 바와 같이 된다.

따라서, 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)의 전압 범위는, 0V 내지 (Vz1-Vbe)의 범위에서 제한된다. 이때, 제너 다이오드(6)의 제너 전압(Vz1)은. 피보호 회로(3)를 형성하는 CMOS 프로세스의 IC의 내압을 만족하도록 선정하면, IC의 전원 보호 회로를 구성할 수 있다.

또한, 이때, 저항(5)에 흐르는 소비 전류(I1)는, 다이오드(2) 및 트랜지스터(4)를 통하여 피보호 회로(3)에 흐르는 회로 전류에 비하여 충분히 작기 때문에, 저항(5) 및 제너 다이오드(6)는 고내압 사양으로 할 필요가 없다. 다른 한편, 트랜지스터(4)에 내압이 필요하게 되지만, 종래의 파워 제너 다이오드에 비하면 사이즈가 작고, 염가의 트랜지스터로 구성할 수 있다.

따라서, 도 1에 도시한 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로에 의하면, 고가인 파워 제너 다이오드를 이용하는 일 없이 소전력 부품으로 구성하고, 또한, 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 최소 전압 0V 내지 최대 전압(Vz1 - Vbe)의 범위로 제한되어, 종래와 같이 과전압 및 부전압의 양전압을 제한하도록 하였기 때문에, 보호 기능을 향상시킬 수 있음과 함께, 회로 부품의 소 형화를 실현할 수 있고, 또한 염가의 전원 보호 회로를 제공할 수 있다.

또한, 특히, 파워 제너 다이오드를 이용한 사양과 비교하고, 약 1/2 정도 염가로 구성할 수 있고, 실장(實裝)에 필요한 면적도 약 1/2 정도로 작고, 실장 높이도 약 1/2 정도로 소형화하는 것이 가능해진다.

또한, 전원 보호 회로의 전압 강하가 적기 때문에 배터리 전원(1)의 전원 전압(Vbat)이 저전압으로 되어도 회로 전원을 확보하는데 유리해진다. 즉, 배터리 전원(1)의 전원 전압(Vbat)이 저전압으로 되었을 때의 피보호 회로(3)의 전원 전압(Vdd)은,

Vf1+Vce(sat) 또는 R1×I1+Vbe

의 어느 쪽인지 높은 전압에 의존하고, 양자를 가산한 값으로는 되지 않기 때문에, 배터리 전원(1)의 전원 전압(Vbat)이 저전압으로 되어도 회로 전원을 확보하는데 유리해진다.

본 발명에 의하면, 파워 제너 다이오드를 사용한 일 없이 소전력 부품으로 구성하고, 과전압 및 부전압의 양 전압을 제한할 수 있고, 보호 기능을 향상시킬 수 있음과 함께, 회로 부품의 소형화를 실현할 수 있고, 또한 염가의 전원 보호 회로를 구성할 수 있다.

Claims (2)

1. 전원 전압의 보호가 필요한 피보호 회로를 갖는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로로서,

   상기 자동차용 전자기기의 전원에 애노드 단자가 접속된 다이오드와,

   상기 다이오드의 캐소드 단자에 컬렉터 단자가 접속되고, 상기 피보호 회로의 전원 공급 단자에 이미터 단자가 접속된 트랜지스터와,

   상기 자동차용 전자기기의 전원과 그라운드 단자 사이에, 저항과 직렬 접속되도록 마련되고, 상기 그라운드 단자에 애노드 단자가 접속되고, 상기 저항 및 상기 트랜지스터의 베이스 단자에 캐소드 단자가 접속된 제너 다이오드를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피보호 회로는 CMOS 프로세스의 IC로 이루어지고,

   상기 제너 다이오드의 제너 전압은 상기 IC의 내압을 충족시키는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 전자기기의 전원 보호 회로.

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