JP3668152B2

JP3668152B2 - オペアンプ入力保護装置

Info

Publication number: JP3668152B2
Application number: JP2001119369A
Authority: JP
Inventors: 昌康伊藤; 仁志武田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP2002314349A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オペアンプ入力保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オペアンプは、外部装置から入力される電圧を増幅または緩衝するのに用いられる。オペアンプは正の電源と負の電源の２電源を用いて使用される場合もあるが、負の電源を用いないで正の電源の単電源で使用される場合もある。単電源で使用されるオペアンプは、正の電圧が入力されるときに正しく動作する。
【０００３】
このオペアンプが使用される一例は、放電灯点灯回路装置である。例えば特開平８−７８１７５は、放電灯点灯回路装置に設けられた電流検出用抵抗の両端の電圧がオペアンプに入力されて、この電圧から電流検出用抵抗に流れる電流を算出して放電灯点灯回路装置を制御する構成が開示されている。オペアンプが単電源で使用されている場合は、外部装置としての放電灯点灯回路が正常状態で動作しているときに正の電圧がオペアンプの入力に印加されるようにする。
【０００４】
しかしながら、放電点灯回路装置において放電灯の出力が異常状態になることがある。その一例は、車両用の放電灯点灯回路装置においてインバータの出力が接地電位としての車体に接触した場合である。そのような異常状態の場合には、電流検出用抵抗には正常時とは逆方向の電流が流れ、オペアンプには負の電圧が入力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
外部装置の異常状態によってオペアンプの入力に大きな負の電圧が入力されると、オペアンプの出力が誤動作したり、オペアンプ自身が故障したりする。
【０００６】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるオペアンプ入力保護装置を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の形態によると、外部装置から入力電圧が印加されるオペアンプの入力端子に対して設けられたオペアンプ入力保護装置は、第１のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタのＶ_ＢＥ特性に基づいて基準電圧を作る基準電圧部と、前記基準電圧を分圧する分圧部と、前記第１のトランジスタと略同一のＶ_ＢＥ特性を有する第２のトランジスタを有し、前記分圧部で分圧された基準電圧に基づいて、前記外部装置から入力される電圧により生成される前記オペアンプの入力端子の電圧を予め定められた範囲内の電圧に規制する規制部とを備える。
【０００８】
このオペアンプ入力保護装置において、前記基準電圧は、前記第1のトランジスタのベース端子に発生してもよい。
【０００９】
このオペアンプ入力保護装置において、前記基準電圧部は、前記第１のトランジスタのコレクタ端子に定電流を供給する定電流部をさらに有してもよい。
【００１０】
さらに、このオペアンプ入力保護装置において、前記基準電圧部の定電流部は、電源と接地電位との間に直列に接続された複数の抵抗と、ベース端子が前記複数の抵抗の接続点に接続され、エミッタ端子の出力が抵抗を介して前記接地電位とされる第３のトランジスタと、エミッタ端子が前記電源に接続され、コレクタ端子が前記第３のトランジスタのエミッタ端子と接続されて、前記複数の抵抗と第３のトランジスタに基づいて定められる電流を前記第３のトランジスタへ供給する第４のトランジスタと、ベース端子に前記第４のトランジスタのコレクタ端子からの出力が入力され、エミッタ端子が前記第４のトランジスタのベース端子に接続される第５のトランジスタと、ベース端子が前記第４のトランジスタのベース端子と接続され、エミッタ端子が前記第４のトランジスタのエミッタ端子と接続され、前記第４のトランジスタが供給する電流と略同一の電流を前記第１のトランジスタに供給する第６のトランジスタとを有してもよい。
【００１１】
このオペアンプ入力保護装置において、前記分圧部は、前記第１のトランジスタのベース端子と接地電位との間に直列に接続された複数の抵抗を有し、前記複数の抵抗の接続点に前記分圧された基準電圧が生成されてもよい。さらに、前記分圧部の前記複数の抵抗は、略同一の抵抗値を有する２つの抵抗を有し、前記基準電圧を１／２に分圧してもよい。
【００１２】
このオペアンプ保護装置において、前記規制部の前記第２のトランジスタのコレクタ端子に電源の高電位側が接続され、ベース端子には前記分圧部で分圧された基準電圧が入力され、エミッタ端子からの出力は外部装置からの入力電圧が印加されるオペアンプの入力端子に入力されてもよい。さらに、前記第２のトランジスタの前記エミッタ端子は、前記分圧された基準電圧と前記Ｖ_ＢＥ特性に基づくベース・エミッタ間の電圧との電位差を出力してもよい。
【００１３】
このオペアンプ入力保護装置において、前記規制部は、前記外部装置からの入力電圧が印加される接続点と前記オペアンプの入力端子との間に直列に配された抵抗をさらに有してもよい。
【００１４】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態によるオペアンプ入力保護装置１０を示す。この実施形態のオペアンプ入力保護装置１０は、外部装置としての放電灯点灯回路装置の電流検出に用いられるオペアンプ３０に対して適用される一例である。
【００１７】
オペアンプ入力保護装置１０は、後述の基準電圧を作る基準電圧部４０を備える。基準電圧部４０には電源電圧Ｖ_ｃｃが印加され、この電源電圧Ｖ_ｃｃから基準電圧が作られる。オペアンプ入力保護装置１０はさらに、基準電圧部４０で作られた基準電圧を分圧する分圧部５０と、この分圧部５０で分圧された基準電圧に基づいて、外部装置２０から入力される電圧により生成されるオペアンプ３０の入力端子の電圧を予め定められた範囲内の電圧に規制する規制部６０とを備える。
【００１８】
放電灯点灯回路装置としての外部装置２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２と、このＤＣ−ＤＣコンバータ２２の直流電力を交流電力に変換するインバータ２４と、このインバータ２４からの交流電力により点灯する放電灯２８と、インバータ２４と放電灯２８との間に設けられて放電灯２８の起動時にインバータ２４の出力と重畳的に交流出力を放電灯２８に印加するスタータ２６とを有する。外部装置２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２２とインバータ２４の低電位側信号路には、この信号路の電流を検出するための電流検出抵抗２９が直列に挿入されている。
【００１９】
電流検出用抵抗２９のインバータ２４に近い側の接続点７０の電圧は、オペアンプ保護装置１０の規制部６０を介してオペアンプ３０の正入力端子に入力される。電流検出用抵抗２９のＤＣ−ＤＣコンバータに近い側の接続点７２は接地電位Ｖ_Ｇと接続されている。
【００２０】
オペアンプ３０の負入力端子にはオペアンプの出力から負帰還がかけられ、オペアンプ３０は外部装置２０から入力される電圧を緩衝する。オペアンプ３０はここでは、正の電源の単電源で使用される。
【００２１】
図２は、この実施形態によるオペアンプ入力保護装置１０の回路図を示す。オペアンプ入力保護装置１０の基準電圧部４０は、第１トランジスタの一例としてのｎｐｎ型トランジスタ４１と、この第１トランジスタ４１に定電流を供給する定電流部４２を有する。
【００２２】
この定電流部４２は、電源の高電位側と接地電位との間に直列に接続された複数の抵抗４７，４８と、ベース端子がこの複数の抵抗４７，４８の接続点に接続され、エミッタ端子の出力が抵抗４９を介して接地電位Ｖ_Ｇとされる第３トランジスタの一例としてのｎｐｎ型トランジスタ４３とを有する。
【００２３】
さらに定電流部４２は、これら抵抗４７，４８，４９と第３トランジスタ４３に基づいて定められる電流を第３トランジスタ４３へ供給する第４トランジスタの一例としてのｐｎｐ型トランジスタ４４と、ベース端子にこの第４トランジスタ４４のコレクタ端子の出力が入力され、エミッタ端子が第４トランジスタ４４のベース端子に接続される第５トランジスタの一例としてのｐｎｐ型トランジスタ４５とを有する。このように第５トランジスタ４５を介して第４トランジスタ４４のコレクタ端子とベース端子が接続されており、第４トランジスタ４４のエミッタ・コレクタ間には電源電圧Ｖ_ｃｃから一定の電流が出力される。
【００２４】
この定電流部４２は、ベース端子が第４トランジスタ４４のベース端子と接続され、エミッタ端子が第４トランジスタ４４のエミッタ端子と接続された第６トランジスタの一例としてのｐｎｐ型トランジスタ４６をさらに有する。これら第４、第５および第６トランジスタ４４，４５，４６はカレントミラーを構成する。この第６トランジスタ４６は、第４トランジスタ４４が供給する電流と略同一の電流を電源電圧Ｖ_ｃｃから第１トランジスタ４１に供給する。
【００２５】
この定電流部４２からの電流が供給される第1トランジスタ４１のコレクタ端子とベース端子は短絡され、エミッタ端子は接地電位Ｖ_Ｇに接続されている。この第１トランジスタ４１のベース端子には、Ｖ_ＢＥ特性に基づいて、定電流部４２からの電流供給に対して基準電圧としてのベース・エミッタ間の降下電圧Ｖ_ｆが発生する。
【００２６】
分圧部５０は、第１トランジスタ４１のベース端子と接地電位との間に直列に接続された２個の抵抗５２，５４を有する。２個の抵抗５２，５４は略同一の抵抗値を有し、第１トランジスタ４１のベースに発生する基準電圧を１／２に分圧する。すなわち、これらの抵抗４２，５４の接続点には、分圧された基準電圧Ｖ_ｆ／２が発生する。
【００２７】
規制部６０は、第１トランジスタ４１と略同一のＶ_ＢＥ特性を有する第２トランジスタ６２を有する。この第２トランジスタ６２のコレクタ端子に電源の高電位側が接続される。第２トランジスタ６２のベース端子には、分圧部５０で分圧された基準電圧Ｖ_ｆ／２が入力される。第２トランジスタ６２のエミッタ端子は、外部装置２０からの入力電圧が印加されるオペアンプの入力端子に接続される。規制部６０はさらに、外部装置２０からの入力電圧が印加される接続点７０とオペアンプ３０の入力端子との間に直列に配された抵抗６４をさらに有する。
【００２８】
外部装置２０が正常状態で動作している場合に、電流検出用抵抗２９には図２の実線矢印の方向へ電流が流れる。なお図２においては、外部装置２０を省略して電流検出用抵抗２９のみを示した。電流検出用抵抗２９のＤＣ−ＤＣコンバータに近い側の接続点７２は接地されているので、外部装置２０の正常状態の場合には、電流検出用抵抗２９の他端７０は正の電位になる。よってオペアンプ３０には、オペアンプ入力保護装置１０の規制部６０における抵抗６４を介して、正の電圧が印加される。
【００２９】
この場合、オペアンプ入力保護装置１０の規制部６０における第２トランジスタ６２のエミッタ端子も正の電位Ｖ_６２Ｅ１となる。上述のように第２トランジスタ６２のベース端子は、分圧部５０からの分圧の結果として正の電位Ｖ_ｆ／２になっている。よって第２トランジスタ６２のエミッタ端子からみたベース端子の電圧は、Ｖ_ｆ／２−Ｖ_６２Ｅ１となる。このエミッタ端子からみたベース端子の電圧は、第１トランジスタ４１と略同一のＶ_ＢＥ特性を有する第２トランジスタ６２にベース電流が流れるための降下電圧Ｖ_ｆよりも高くなることはない。よって第２トランジスタ６２のエミッタ端子からは出力電流は流れない。
【００３０】
外部装置２０が正常状態で作動している場合には、電流検出用抵抗２９の接続点７０の電圧が抵抗６４を介してオペアンプ３０に入力され、電流検出用抵抗２９に流れる電流が検出される。この場合には、上述のように電流検出用抵抗２９の電圧降下による電流の検出に対して、オペアンプ入力保護装置１０は影響を与えない。
【００３１】
一方、外部装置２０が異常状態となることがある。その一例は、外部装置２０が搭載される車両の事故などにより、インバータ２４の出力が接地電位Ｖ_Ｇとしての車体に接触した場合である。この外部装置２０の異常状態によって、電流検出用抵抗２９に図２の破線矢印の方向へ電流が流れる。この場合、電流検出用抵抗２９の接続点７０は負の電位となり、第２トランジスタ６２のエミッタ端子も負の電位（−Ｖ_６２Ｅ２）になる。よって第２トランジスタ６２のエミッタ端子から見たベース端子の電圧は、Ｖ_ｆ／２＋Ｖ_６２Ｅ１となる。
【００３２】
異常状態にある外部装置２０からのエミッタ端子への負の電圧（−Ｖ_６２Ｅ２）が（−Ｖ_ｆ／２）よりも低くなると、第２トランジスタ６２のベース・エミッタ間に印加される電圧は第２トランジスタ６２の降下電圧Ｖ_ｆよりも大きくなる。エミッタ端子へこのような大きな負の電圧が印加されると第２トランジスタ６２にベース電流が流れて、電源電圧Ｖ_ｃｃから第２トランジスタ６２へコレクタ電流が流れる。電流検出用抵抗２９の接続端７０と第２トランジスタ６２のエミッタ端子との間には抵抗６４が設けられているので、第２トランジスタ６２のエミッタ端子の出力電流が規制部６０の抵抗６４に流れて、第２トランジスタ６２のエミッタ端子と抵抗６４との接続点の電位は（−Ｖ_ｆ／２）に保持される。このようにして規制部６０は、オペアンプの入力電圧を（−Ｖ_ｆ／２）よりも低くならないように規制する。
【００３３】
上述のように、この実施形態によるオペアンプ保護装置１０によれば、外部装置２０の異常状態などによってオペアンプ３０の入力側に大きな負の電圧が発生した場合に、オペアンプ３０の入力前段に設けられたオペアンプ入力保護装置１０により、オペアンプ３０の入力される電圧を（−Ｖ_ｆ／２）よりも低くならないように規制することができる。したがってこの実施形態のオペアンプ保護装置１０によれば、オペアンプ３０の出力が誤動作したり、オペアンプ３０自身が故障したりするのを防ぐことができる。
【００３４】
この実施形態によるオペアンプ保護装置１０は、集積化することができる。集積化することにより、部品点数を減らすことができ、装置を安価にすることができる。集積回路（ＩＣ）を使用する場合に、各ＩＣの端子に静電保護用ダイオードが電源電圧の高電位側と接地電位との間、接地電位から電源電圧の高電位側を順方向として設けられることがある。しかし、ＩＣの端子７４と接地電位との間に接地電位からＩＣの端子７４を順方向とする静電保護用ダイオードを設けた場合には、ＩＣの端子７４には外部装置２０の異常状態による負の電圧に対するオペアンプ保護装置１０による電圧の保持は及ばない。よって、異常状態によって静電保護用ダイオードの順方向に大電流が流れ、この静電保護用ダイオードが短絡故障する恐れがある。この静電保護用ダイオードが短絡故障すると、オペアンプ３０への入力が常に０Ｖとなってしまい、外部装置２０の電流検出用抵抗２９に電流が流れていても検出されない。したがって、オペアンプ保護装置１０を集積化してＩＣとした場合には、電流検出用抵抗２９に接続されるこのＩＣの端子７４には、静電保護用ダイオードを設けていない。
【００３５】
この実施形態において、オペアンプ保護装置１０は、分圧された基準電圧Ｖ_ｆ／２からの第２トランジスタ６２のＶ_ＢＥ特性に基づくベース・エミッタ間の降下電圧Ｖ_ｆの電位差である（−Ｖ_ｆ／２）に相当する電圧に、オペアンプ３０の入力電圧を規制する。しかし、オペアンプ３０の入力を保護するために規制する電圧の値はこれに限られない。
【００３６】
オペアンプ３０に入力される負の電圧が大きいと、上述のようにオペアンプ２０の誤動作や故障を引き起こす一方、オペアンプ３０に入力される電圧を０Ｖよりも大きい正の値で規制すると正確な電流検出が困難となる。よって、オペアンプ３０の入力を規制する電圧の値は０Ｖからトランジスタの降下電圧Ｖ_ｆまでのいずれかが好ましい。
【００３７】
特に、この入力を規制する電圧は、オペアンプ３０の誤動作を防ぐためになるべく小さい負の値のほうがよい一方で、外部装置２０の正常状態で電流が流れない０Ｖの場合のマージンを考慮すると、０Ｖからなるべく離れていたほうがよい。よって、オペアンプ３０への入力を規制する電圧の値は（−Ｖ_ｆ／２）付近であることがより好ましい。オペアンプ３０への入力を規制する電圧の値は、分圧部５０の複数の抵抗すなわち図２における２個の抵抗５２，５４の抵抗値の比によって制御させることができる。
【００３８】
この実施形態において、オペアンプ保護装置１０は電圧緩衝に用いられるオペアンプ３０に対して適用される。しかしこれにかぎられず、オペアンプ保護装置１０が適用される他の例は、非反転増幅及び差動増幅に用いられるオペアンプである。
【００３９】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば外部装置の異常状態などによりオペアンプの入力側に大きな負の電圧が発生した場合でも、オペアンプの入力前段に設けられた入力保護装置により、オペアンプに入力される電圧を予め定められた範囲内に規制することができる。したがって本発明によれば、オペアンプの出力が誤動作したり、オペアンプ自身が故障したりするのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるオペアンプ入力保護装置
【図２】図１のオペアンプ入力保護装置の回路図
【符号の説明】
１０オペアンプ入力保護装置
２０外部装置
２２ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４インバータ
２６スタータ
２８放電灯
２９電流検出抵抗
３０オペアンプ
４０基準電圧部
４１第1トランジスタ
４２定電流部
４３第３トランジスタ
４４第４トランジスタ
４５第５トランジスタ
４６第６トランジスタ
４７，４８，５２，５４，６４抵抗
５０分圧部
６０規制部
６２第２トランジスタ

Claims

外部装置から入力電圧が印加されるオペアンプの入力端子に対して設けられたオペアンプ入力保護装置であって、
第１のトランジスタを有し、前記第１のトランジスタのＶ_ＢＥ特性に基づいて基準電圧を作る基準電圧部と、
前記基準電圧を分圧する分圧部と、
前記第１のトランジスタと略同一のＶ_ＢＥ特性を有する第２のトランジスタを有し、前記分圧部で分圧された基準電圧に基づいて、前記外部装置から入力される電圧により生成される前記オペアンプの入力端子の電圧を予め定められた範囲内の電圧に規制する規制部と
を備え、
前記規制部は、前記外部装置から前記オペアンプに負の入力電圧が印加された場合、前記オペアンプに入力される電圧を、前記分圧部で分圧された基準電圧から前記第２のトランジスタの降下電圧を差し引いた電圧より低くならないように規制することを特徴とするオペアンプ入力保護装置。
前記基準電圧部は、前記第１のトランジスタのコレクタ端子に定電流を供給する定電流部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のオペアンプ入力保護装置。
前記分圧部は、前記第１のトランジスタのベース端子と接地電位との間に直列に接続された複数の抵抗を有し、前記複数の抵抗の接続点に前記分圧された基準電圧を生成することを特徴とする請求項１または２に記載のオペアンプ入力保護装置。
前記分圧部は、略同一の抵抗値を有する２つの抵抗を有し、前記基準電圧（Ｖ _ｆ）をＶ _ｆ／２に分圧し、
前記規制部は、前記分圧部で分圧された基準電圧（Ｖ _ｆ／２）から前記第２のトランジスタの降下電圧（Ｖｆ）を差し引いた電圧（−Ｖ _ｆ／２）より低くならないように規制することを特徴とする請求項３に記載のオペアンプ入力保護装置。
前記規制部の前記第２のトランジスタのコレクタ端子に電源の高電位側が接続され、前記第２のトランジスタのベース端子には前記分圧部で分圧された基準電圧が入力され、前記第２のトランジスタのエミッタ端子からの出力電流は前記外部装置からの入力電圧が印加される前記オペアンプに入力されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のオペアンプ入力保護装置。
前記規制部は、前記外部装置からの入力電圧が印加される接続点と前記オペアンプの入力端子との間に直列に配された抵抗をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のオペアンプ入力保護装置。
前記オペアンプの入力端子には、前記外部装置からの入力直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載のオペアンプ入力保護装置。