JPH0463014A - 高電圧用比較回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高電圧用比較器回路に関し、 高入力電圧、高基準電圧においても動作可能な比較回路
を得ることを目的とし、 高電圧の電源電圧が供給される第１と第２の電源端子間
に直列接続された３つの抵抗からなり、２つの分圧端子
をもつ分圧回路と、第２の分圧端子に接続されたベース
と、電圧出力用のエミッタをもつエミッタフォロワ型ト
ランジスタ回路と、エミッタと第１の電源端子との間に
設けられた定電圧回路と、定電圧回路の定電圧出力を電
源入力とし、また信号入力端子および第１の分圧端子の
各電圧を比較入力として設けられた比較器と、信号入力
端子および第１の分圧端子にまたがって設けられた双方
向の保護ダイオードとを備え、第１の分圧端子の電圧に
対して、信号入力端子に過大もしくは過小な電圧が入力
された場合、保護ダイオードと、分圧回路と、エミッタ
フォロワ型トランジスタ回路とを介して、比較器への電
圧をフローティング変化させる構成を持つ。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、高電圧において使用する比較回路に関する。

一般的に、高電圧用の比較器の入力電圧は電源電圧端子
に加えられる＋Ｖ　ｃｃと−Ｖｅｃｌ圧の範囲内で動作
するようになっていて、その範囲外の入力電圧が加えら
れると比較器が破壊されることがある。そのため、従来
は、ダイオードにより入力電圧をクランプし、過大な入
力電圧が比較器に加えられないようにしてい・た。　　
しかし、クランプ用ダイオードの逆方向漏れ電流の影響
あるいは、電源投入時等において、ダイオードの接合容
量を介して動作範囲外の高電圧のノイズが入ったりして
比較器が誤動作したり破壊されたりすることがあった。

本発明は、電源入力電圧＋ｙ　ｃｃと−Ｖ　ｃｃの間の
範囲外の信号入力電圧が比較器に入力されてもあるいは
比較器の電源入力電圧の最大定格を超えるような高い基
準電圧が入力された場合にも、比較器が破壊されたり誤
動作したりすることのないような高電圧用比較回路を提
供するものである。

〔従来の技術〕

第５図により、従来の高電圧用比較回路を説明する。

回において、５０は信号入力電圧を基１！電圧と比較し
て比較結果を出力する比較器、５１は外部電源装置から
入力される高電圧を比較器の電源入力電圧（図示の＋■
ｃｃ）まで低下せしめるレベルシフト回路、５２は外部
電源装置から入力される負側の高電圧を比較器の電源入
力端子（図示の■ｃｃ）まで引き上げるレベルシフト回
路、５３．５４は分圧抵抗であって、比較器において信
号入力電圧と比較するための基準電圧を定めるためのも
の、５５は保護ダイオードであって、基準電圧が電源入
力電圧＋ｙ　ｃｃを超えることのないようにするもの、
５５−２は保護ダイオードであって、信号入力端子の変
動から比較器を保護するもの、５６は保護ダイオードで
あって、比較器に入力される信号入力電圧が低電圧側の
電源入力電圧−■ｃｃ以下にならないようにするもの、
５６−２は保護ダイオードであって、基準電圧の変動か
ら比較器を保護するもの、５７は高電圧側の電源入力電
圧＋Ｖ　ＣＣを供給する電源入力端子、５８は比較器に
低電圧側の電源入力電圧−Ｖ−を供給するための電源入
力端子、５９は分圧抵抗の分圧端子であって、基１！電
圧を比較器に入力する端子、６０．６０　はそれぞれ、
正電圧側、負電圧側の電＃電圧供給端子、６１は比較器
の信号出力端子、６２は比較器の信号入力端子である 次に、図の回路の動作を説明する。

抵抗分圧回路５３．５４の分圧端子５９における電圧が
基準電圧として、比較器５０に入力される。

信号入力端子６２より比較対象の信号入力電圧が比較器
５０に入力され、基１！電圧と比較される。

例えば、入力電圧が基準電圧より高い場合には、比較器
はロー（Ｌ）を信号出力端子６１に出力し、信号入力電
圧が基Ｙｓ！圧より低い場合にはハイ（Ｈ）を信号出力
端子６１に出力する。

そこで、例えば、信号入力端子６２に加えられる電圧が
高い方に変動し、Ｖ　ｃｃを超えた場合を考える。

このような場合、レベルシフト回路の出力電圧は＋Ｖ　
ｔｃで一定になるように保持されているので１、保護ダ
イオード５５−２が導通し、分圧端子５９の電圧は、電
源入力端子５７の電圧とほぼ同等になり比較器が保護さ
れる。

また、　Ｖ　ｃｅより低い電圧が信号入力端子６２に加
えられた場合には、保護ダイオード５６が導通し、比較
器５０の信号入力電圧が電源入力端子５８の電圧とほぼ
同等になり比較器５０が保護される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の高電圧用比較回路においては、保護ダイオードに
逆漏れ電流が流れると、比較器の入力部における差動増
幅回路において誤動作を生じることがあった。

また、ダイオードの接合容量を介して、比較器のｉｔ源
電電圧端子側らノイズが比較器の入力側に加わることが
あり、そのような場合も、同様に誤動作の原因になって
いた。

本発明は、上記の誤動作の原因になっていた保護ダイオ
ードを用いることなく、信号入力電圧が電源電圧＋■ゎ
、と−Ｖ　ｃｃの範囲外であっても誤動作することなく
、さらに基準電圧が比較器の電源電圧の最大定格を超え
ても比較器が破壊されたりすることのない高電圧用比較
回路を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、比較器へ入力される比較対象電圧が基準電圧
に対して過大あるいは過小になったとき、その比較対象
電圧が比較器の電源入力電圧が比較対象電圧に追従して
フローティング変化するようにするものである。

そのようにして、比較器の信号入力電圧、基準電圧、電
源入力電圧の関係が、常に正常値の範囲に抑えられるよ
うにした。

第１図により本発明の基本構成を説明する。

図において、１は比較器、２はエミッタフォロワ型トラ
ンジスタ回路、２゛は信号入力電圧もしくは基！１！電
圧の変化に応して比較器１の電源入力電圧を定める電圧
制御トランジスタであって、例として、ＰＮＰ型トラン
ジスタで構成したもの、３は分圧回路であって、３つの
分圧抵抗より構成され、第１の分圧点と第２の分圧点を
持つもの、４は双方向の保護ダイオードであって、過大
な信号入力電圧もしくは過大な基準電圧が人力された場
合に比較器ｌを保護するもの、５は定電圧回路であって
、比較器１の高電圧側の電源入力端子と低電圧側の電源
入力端子間の電圧を常に一定にし、比較器を保護するも
の、６．７．８は分圧回路３の分圧抵抗、９．１０はそ
れぞれ保護ダイオード４における逆方向に並列接続され
た双方向のダイオード、１１はダイオード９、ＩＯに流
れる電流を制限してダイオードを保護するための抵抗、
１２は定電圧回路５におけるツェナーダイオード１３に
流れる電流を制限するための抵抗、１３は比較器１の電
源入力端子間の電圧を一定に保つためのツェナーダイオ
ード、１４．１４”はそれぞれ、高電圧側の電源電圧供
給端子と定電圧側の電源電圧供給端子、１５は比較器１
の信号出力端子、１６は信号入力端子、１８は第１の分
圧端子、１９は第２の分圧端子、２０．２１はそれぞれ
比較器の電源入力端子である。

〔作用］ 第１回の基本構成の動作を説明する。

先ず、基準電圧および信号入力電圧が正常値の範囲にあ
る場合について考える。

この場合は、基準電圧に対する信号入力電圧の大きさが
保護ダイオードの順方向時下電圧以下にあるため、保護
ダイオードは導通しない。そのため、電源電圧供給端子
１４．１４”間に電源装置（図示せず）より入力される
電圧により定められる第１の分圧端子１８に生じる電圧
が基準電圧として比較器１に入力される。

また、信号入力端子１６から比較対象の電圧が比較器ｌ
に入力される（抵抗１１による入力電圧の低下は無視で
きる）。

そして、第２の分圧端子１９における電圧がエミッタフ
ォロワ型トランジスタ回路２の電圧制御トランジスタ２
゛のベースに入力される。

ここで、エミッタフォロワ型トランジスタ回路の入力イ
ンピーダンスは高いので、第２の分圧端子に生しる電圧
がエミッタフォロワ型トランジスタ回路を設けたことに
より影響されることはない。

その結果、比較器１の電源入力端子２１から流れ出す電
流および定電圧回路５に流れる電流の和として、エミッ
タフォロワ型トランジスタ回路２のエミッタ電流が流れ
る。そして、その結果、定電圧回路５の抵抗１２に流れ
る電流により生しる電圧降下分だけ電源電圧供給端子１
４に加えられる電圧より低い電圧が比較器１の高電圧側
の電源入力電圧＋■ｃｃとして定められる。

さらに、高電圧側の電源入力端子２０と低電圧側の電源
入力端子２１間の電圧は、定電圧回路５のツェナーダイ
オード１３により定められる定電圧に保持される。

そこで、過大な信号入力電圧が信号入力端子１６に加え
られた場合を考える。

その場合には、信号入力端子１６−抵抗１１ダイオード
９−分圧抵抗７−分圧抵抗８−１ｉｉｆＩ電圧供給端子
１４゛に流れる電流が、基準電圧、信号入力電圧が正常
値にあったとき分圧抵抗７．８に流れていた電流に加わ
り、第１の分圧端子１８、第２の分圧端子１９の電圧が
上昇する。さらに電圧制御トランジスタ２”の入力イン
ピーダンスは高いので、信号入力電圧の増加分に応した
変動電圧が第２、第１の分圧端子に生し、その電圧が電
圧制御トランジスタ２”に入力される。

その結果、トランジスタ２゛のベースに加えられる電圧
が上昇し、低インピーダンス側のエミッタ電流が減少す
る。

そのため、定電圧回路５の抵抗１２の電圧降下が小さく
なり、比較器１の電源入力端子２０の電源入力電圧＋Ｖ
　Ｃｅが上昇する。

また、電源入力端子２０．２１間はツェナーダイオード
により一定の電圧に保持されるので電源入力電圧−Ｖ　
ｅＣも、同時に低下する。

従って、比較器１の信号入力電圧が過大になるにともな
って、基準電圧、比較器の電源入力電圧も上昇する結果
、比較器における各入力電圧の相対的関係は正常値の範
囲に抑えられ、比較器が破壊されたり、誤動作するよう
なことが防止される。

次に、正常値を超えた低い信号入力電圧（過小電圧）が
比較器１に入力された場合を考える。

その場合には、ダイオード１０が導通し、電源電圧供給
端子１４−分圧抵抗６−ダイオード′１０抵抗１１−信
号入力端子１６に電流が流れる。

その結果、その電流の分だけ、分圧抵抗６に流れる電流
が基準電圧、信号入力電圧が正常値にあった場合より増
加するため分圧抵抗６における電圧降下が大きくなり、
第１、第２の分圧端子における電圧が低下する。

そのため、電圧制御トランジスタ２゛のエミッタ電流が
増加し、抵抗１２の電圧降下が大きくなって、比較器１
の電源入力端子２０の電圧＋Ｖ　ｃｃが低下する。同時
に、電源入力端子２０と２１の間がツェナーダイオード
１３で一定に保持されているため、電源入力端子２１の
電圧も＋Ｖ　ｅｃよりツェナー電圧だけ低い−ｙ　ｃｃ
’　に定められる。

また電源電圧供給端子１４に加えられる電圧が正常値よ
り高くなった場合も、ダイオード１０が導通して、比較
器に入力される基準電圧と信号入力電圧の差は低く維持
され、同時に、第１、第２の分圧端子１８．１９の電圧
が高くなり、その結果電圧制御トランジスタ２°のエミ
ッタ電流が減少し、抵抗１２の電圧降下が小さ（なる。

そのため、電源入力端子２０．２１の電圧＋ｙ　ｃｃ、
−ｙｃｃ’がともに、差をツェナーダイオードで定めら
れる定電圧に保たれたまま上昇する。

また、電源電圧供給端子１４に加えられる電圧が正常範
囲より低下した場合も、同様の動作により、第１、第２
のの分圧端子１８．１９の電圧が低くなり、その結果電
圧制御トランジスタ２゛のエミッタ電流が増加し、抵抗
１２の電圧降下が大きくなる。

その結果、ｉｉ源大入力端子２０電圧＋Ｖ　ｃ　ｃが低
下し、電源入力端子２１の電圧−ｙ　ｃｃ’　もツェナ
電圧分だけ低下する。

上記のように、本発明では、比較器１の電源入力電圧が
、フローティング電圧となっていて、信号入力電圧が信
号入力電圧、基準電圧の変動にともなって変化し、基準
電圧、信号入力電圧、電源入力電圧の関係が相対に、常
に一定の正常な範囲に保つことができる。

そのため、過大もしくは過小な電圧変動が外部から加え
られても、比較器１が破壊されたり、誤動作を生じたり
することをなくすことができる。

また、本発明では、基準電圧と信号入力電圧の差が双方
向の保護ダイオードによりクランプされて小さくしであ
るので、過大な信号入力電圧もしくは基準電圧が入力さ
れても、比較器の入力端子に流入もしくは流出する電流
を最小とすることができる。

なお、上記説明では、エミッタフォロワ型回路の電圧制
御トランジスタ２“をＰＮＰ型トランジスタで構成する
場合について説明したが、他のトランジスタでもよい。

定電圧回路の構成もツェナーダイオードと抵抗のみの回
路により構成するようにしたが、他の回路構成でもよい
。

［実施例］ 第２図は、本発明の第１の実施例を示す。

図は、エミッタフォロワ型トランジスタ回路の電圧制御
トランジスタをＮＰＮ型トランジスタで構成した点で第
１図の基本構成と異なる。

図において、２５は比較器、２６は電圧制御トランジス
タ、２７はツェナーダイオード、２８はツェナーダイオ
ードの電流制限用の抵抗、２９．３０は双方向の保護ダ
イオード、３１はダイオード２９．３０の保護のための
抵抗、３２．３３．３４は分圧回路の分圧抵抗、３７．
３７　は電源電圧供給端子、３８は信号出力端子、３９
は信号入力端子、４０．４１は比較器２５の第１、第２
の電源入力端子である。

図示の回路は、電圧制御トランジスタ２６をＮＰＮ型ト
ランジスタにより構成したため、エミッタ電流の比較器
２５、ツェナーダイオード２７、抵抗２８が、電圧制御
トランジスタ２６のエミッタ側より低電圧側に位置する
点で第１図の回路構成と異る。そのため、第１の分圧点
３６は、第２の分圧点３５より低電圧側に位置する。

図示の回路の動作の概略は、次の通りである。

基準電圧と信号入力電圧が正常値の範囲で入力される場
合には、保護ダイオード２９．３０が導通せず、それぞ
れの電圧が比較器２５に入力される。

そして、例えば、過大な信号入力電圧が信号入力端子３
９に加えられた場合には、第１の分圧点３６の電圧が上
昇する。そのため、第２の分圧点３５の電圧が上昇し、
電圧制御トランジスタ２６のベース電流が増加して、エ
ミッタ電流が増加する。

その結果、抵抗２８に流れる電流が増加し、第２の電源
入力端子４１の電圧−Ｖ　ｃｃ′が高くなる。

同時に−Ｖ　ｃｃ′　よりツェナー電圧骨だけ高い−Ｖ
　ｃｃ”　も高くなる。

逆に、信号入力電圧が正常値より低下した場合には、ダ
イオード３０が導通し、第１の分圧点３６の電圧が低下
する。

その結果、第２の分圧点３５の電圧も下がり電圧制御ト
ランジスタ２６のエミッタ電流が減少する結果、抵抗２
８の電圧鋒下が小さくなり＋ｙ　ｃｃ、Ｖ　ｃｃ′が低
くなる。また、比較器２５の２つの電源入力端子間はツ
ェナーダイオード２７により一定に保持される。

第３図は本発明の第２の実施例を示す。

図において、４２は抵抗４４の電流を少なくすませるた
めに設けた電流制御トランジスタである。

図示の回路は、比較器４０の低電圧側（−Ｖｅ。

）の電源端子から流れ出す電流を、トランジスタ４２で
受けるようにしである。電圧制御トランジスタ４２のベ
ースに流れる電流は、エミッタ電流の１／（１＋ｈｆｅ
）なので、比較器から流れ出る電流のうち抵抗４４に流
れる電流を、電流制御トランジスタ４２がない場合に比
べて、１／（１＋ｈｆｅ）に減少せしめることができる
。

上記の点板外は、第２図の実施例の動作と変わらないの
で説明は省略する。

第４図は本発明の第３の実施例を示す。

図示の回路は第３図における電流制御トランジスタ４２
がＰＮＰ型トランジスタであったのをＮＰＮ）ランジス
タとした点および電圧制御トランジスタがＮＰＮ型トラ
ンジスタであったのをＰＮＰトランジスタで構成した点
で異なるのみであるので説明は省略する。

（発明の効果〕 本発明によれば、信号入力電圧の変化に追随して比較器
の高電圧側の電源入力電圧および低電圧側の電源入力電
圧がその差を一定に保ったまま変動するので、過大な信
号入力電圧および過大な基準電圧が人力されても、比較
器が破壊されたり誤動作したりすることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示す図である。 第２図は、本発明の第１の実施例を示す図である。 第３図は、 る。 第４回は、 る。 第５回は、 本発明の第２の実施例を示す図であ 本発明の第３の実施例を示す図であ 従来の高電圧用比較回路を示す図で ある。 第１図において、 １　：比較器、 ２　：エミソタフオロワ型トランジスタ回路、２′　二
を圧制御トランジスタ、 ３　：分圧回路、 ４　：保護ダイオード、 ５　：定電圧回路、 ６．７．８：分圧抵抗、 ９　１０：ダイオード、 １１：抵抗、 １２：抵抗、 １３：ツェナーダイオード、 １４：電＃電圧供給端子（第１の電源端子）、１５　： １６二 ｌ　８　： １９　： ２０、 ：電源電圧供給端子（第２の電源端子）信号出力端子、 信号入力端子、 第１の分圧端子（第１の分圧点）、 第２の分圧端子（第２の分圧点）、 ２１：電源入力端子。 特許出願人　株式会社ビーエフニー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　外部から比較対象電圧が入力される信号入力端子（１
   ６）と、 高電圧の電源電圧が供給される第１と第２の２つの電源
   端子（１４、１４′）と、 上記２つの電源端子間に直列接続された３つの抵抗（６
   、７、８）からなり、第１と第２の２つの分圧端子（１
   ８、１９）をもつ分圧回路と、上記第２の分圧端子（１
   ９）に接続されたベースと、電圧出力用のエミッタとを
   もつエミッタフォロワ形トランジスタ回路（２）と、 上記エミッタフォロワ型トランジスタ回路（２）のエミ
   ッタと上記第１の電源端子（１４）との間に設けられた
   定電圧回路（５）と、 上記定電圧回路（５）の定電圧出力を電源入力とし、ま
   た上記信号入力端子（１６）および第１の分圧端子（１
   ８）の各電圧を比較入力として設けられた比較器（１）
   と、 上記信号入力端子（１６）および第１の分圧端子（１８
   ）にまたがって設けられた双方向の保護ダイオード（４
   ）とを備え、 上記第１の分圧端子（１８）の電圧に対して、信号入力
   端子（１６）に過大なあるいは過小な電圧が入力された
   場合、上記保護ダイオード（４）と、分圧回路（３）と
   、エミッタフォロワ型トランジスタ回路（２）とを介し
   て、比較器（１）への電源入力電圧をフローティング変
   化させることを特徴とする高電圧用比較回路。