JPS63140619A - 負荷保護回路 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばサーマルプリンタにおけるサーマルエレ
メントのように熱容量ないしは負荷耐量の小さな負荷で
あって、出力トランジスタと直列接続され負荷電源から
流入する電流が制御用の電子回路から出力トランジスタ
に与えられる制御信号に応じて？１ｉ１１御とくに開閉
制御される負荷に対する保護回路に関する。

〔従来の技術〕

最近の電子産業の発展に伴って前述のような種々な用途
で電子回路的に負荷駆動をする例が増えている。かかる
いわば新用途では必ずといってもよい程負ｒ＠駆動に高
速が要求され、かつ消費電力も極力少なくすることが望
ましい、従ってこの場合における電子回路の負荷は極小
形で数１Ｓ程度の短時間の駆動に耐える程度の容量しか
持っておらず、従来では短時間と考えられていた１秒足
らずの時間内の通電であっても焼損や劣化が生じるおそ
れがある。

第３図は前述のサーマルプリンタ用のサーマルエレメン
トの例を示すもので、半導体集積回路１００によってサ
ーマルヘッド２００内のサーマルニレメン）ｌｉ（ｉ＝
１〜ｍ、以下おなし）が通電制御される。サーマルヘッ
ドは例えば１字分の印字用である。０，１で表わされた
印字すべきｍビットのデータＰＤは半導体集積回路内の
シフトレジスタ３１の初段に与えられシフトパルスＳＰ
によって該シフトレジスタの１からｍで示された各段に
送られてそこに納められる。ついで、これらの印字デー
タＰＤはランチ指令ＬＳに基づいてｍ個のラッチ回路３
２内に一斉に移される。ＥＮＢで示されているのは補の
書込指令であって、インバータ３４によって反転された
書込指令ＥＮＢによりナントゲート群３３がイネーブル
され、印字データＰＤが１であるビットに対応するゲー
トが開かれる。抵抗３５は電位引き上げ用である。その
上に示された出力トランジスタ２１は、図示の場合イン
バータを兼ねた増幅用であって、前述の開かれたゲート
に対応するサーマルエレメントである負荷ないしは発熱
抵抗体１１に負荷電源ＶＬからの電流を通電させる。な
お、半導体集積回路１００上の３１から３５で示された
回路ないし要素はすべて電子回路型５ｖｏにより給電さ
れており、出力トランジスタ２１は負荷電源ＶＬから負
荷１１を通して流入する電流をいわばシンク電流として
吸収する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、第３図に示された構成だけでは、半導体集積
回路１００に対する電子回路型ＢｖＤが何らかの原因で
例え短時間でも切れると負荷１１が損傷を蒙るおそれが
ある。すなわち電子回路電源ＶＤの停電によってナント
ゲート３３の出力が０になると出力トランジスタ２ｊが
常時オン状態になってしまうことがあり、負荷電源ＶＬ
が生きていて通電が１秒の数分の１程度続くとサーマル
エレメントが損傷することがある。もちろん、負で電源
を電子回路電源と共用にしておけばこのような問題は起
こらないが、電子回路電源が半導体集積回路内のＴＴＬ
レベルの信号用ｔ：ｓであればよいのに対し、負荷電源
には負荷の特性に応じた電圧値が必要なので、これを半
導体集積回路への電子回路電源と共用できることは稀れ
である。

この問題を解決するため、本件出願人は先願（特願昭６
１−９２５０９号）において、半導体集積回路への電源
が遮断されたことを電圧検出回路により検出し、この検
出信号によりアナログスイッチ回路をオフ動作させ、こ
れによって出力トランジスタ回路を強制的にオフ操作さ
せる手段を提案した。この先願にかかる提案は半導体集
積回路への電源が例え短時間でも完全に遮断されてしま
ったときには有効に機能するが、実際には該電源電圧が
完全に失われてしまわないで低い値に落ちるだけの場合
もあり、かかる電源電圧の部分的喪失時には負荷保護の
機能を必ずしも充分には果たせないことがわかった０例
えば、電子回路電源が正規の５ｖから３ｖ程度以下にま
で落ちると半導体集積回路内の回路要素の動作は不確定
になって、これによって出力トランジスタが常時オン状
態になってしまうことが生じうる。

従って、本発明の目的は、出力トランジスタの制御用の
電子回路に対する電源電圧が部分的に喪失されて制御回
路の動作保証電圧値ないしは動作限界電圧値以下になる
ような場合にも、出力トランジスタを介して通電される
負荷を保護できる負荷保護回路を得ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的は本発明によれば、出力トランジスタと直列
接続され負荷電源から流入する電流が制御用の電子回路
から出力トランジスタに与えられる制御信号に応じて制
御される負荷に対する保護回路として、制御信号を発す
る電子回路に給電する電子回路電源の電圧を受け該電圧
値を検出電圧値に変換する電圧値変換回路と、出力トラ
ンジスタが制御信号入力に対してもつ第１の動作しきい
値よりは低い第２の動作しきい値をもち前記検出電圧値
を受けてその値が該第２の動作しきい値を下回ったとき
に動作して出力トランジスタに対して開動作指令を発す
るトランジスタスイッチ回路とを設け、電子回路電源の
電圧値が電子回路の動作限界電圧値を下回ったときに電
圧値変換回路がそれを第２の動作しきい値を下回る検出
電圧値に変換するようにし、この検出電圧値をトランジ
スタスイッチ回路が受けて開動作指令により出力トラン
ジスタを開操作して負荷を流れる電流を強制的に断つよ
うにすることにより達成される。

〔作用〕

上述の構成中の電圧値変換回路は電子回路電源値が動作
限界電圧値以上か以下かを正確に判定できるように電子
回路電源値を検出電圧値に変換す。

るもので、この動作限界電圧値はトランジスタスイッチ
回路のもつ第２の動作しきい値よりも高いから、最も簡
単には２個の抵抗による電圧分割回路として動作限界電
圧値を第２の動作しきい値に対応する検出電圧値に下げ
てやればよいが、ダイオードと抵抗とを組み合わせるこ
とにより上の対応関係がより正確な検出電圧値を発生す
ることができる。このようにして発生された検出電圧値
はトランジスタスイッチ回路に与えられてそれがもつ第
２の動作しきい値と比較されるので、電子回路電源値が
動作限界電圧値を下回わったときトランジスタスイッチ
回路のオンオフ動作状態が変化する。これによってトラ
ンジスタスイッチ回路からは開動作指令が出力トランジ
スタに対して発しられ、出力トランジスタを開操作して
負荷への通流を強制的に断として負荷を保護するのであ
るが、厄介なことにはかかる電圧の異常時にはトランジ
スタスイッチ回路の動作も異常となりやすいこ＃乃＼ゝ １ある。

つまり折角トランジスタスイッチ回路から開動作指令を
出すようにして置いても、その内容が不定になったので
は目的とする保護効果が得られな（なってしまう、しか
し、このような動作異常が生じるのは電圧がかなり低く
なって、経験によればトランジスタスイッチ回路のもつ
第２の動作しきい値付近にまで下がったときに限られる
。もちろん、電圧値がまだ電子回路の動作限界電圧値付
近にあるときには幸いトランジスタスイッチ回路の動作
異常は生ぜず、電圧値がこれよりさらに下がって例えば
その２程変以下になったとき始めて開動作指令が不定に
なりゃすくなる。そこで本発明においては、トランジス
タスイッチ回路のもつ第２の動作しきい値を出力トラン
ジスタが制御信号入力に対してもつ第１の動作しきい値
よりも低く設定しておく、すなわち、トランジスタスイ
ッチ回路に対するｔａの電圧値が仮りにその第２の動作
しきい値付近にまで低く落ちて、それが発する開動作指
令が信頼できなくなったとしても、その出力電圧値は必
ず出力トランジスタがもつ第１の動作しきい値よりも低
いのであるから、出力トランジスタが誤った開動作指令
によって閉操作されることは生じ得す、かかる際にも本
発明によれば負荷を安全に保護することができる。

なお本発明においては、トランジスタスイッチ回路への
電源は電子回路電源側から取ってもよいし負荷電源側か
ら取ってもよい、前者の場合の保護動作はすでに上述の
とおりであるし、後者の場合であって電子回路電源側に
電圧値の異常低下があっても、負荷電源の電圧値に異常
がなければトランジスタスイッチ回路の動作は確実で保
護が確実になされることは明らかである。後者の場合で
あって電子回路電源と負荷電源の電圧値にともに異常が
あるときは、過渡的な両者の電圧値間の大小関係によっ
ても違って来るが、多（の場合負荷電源の方の電圧値の
落ち方が電子回路ｉｔ源よりも遅いので、事情は最初に
述べた状況とほぼ同じになり前述と同じ効果が得られる
。もちろん、負荷電源の落ち方が電子回路電源より早い
ときには、負荷保護上の問題は元来生じえない。

以上のようにして、本発明によれば負荷電源側の電圧値
の変動挙動のいかんに関せず、電子回路電源の電圧値が
動作限界電圧値付近に落ちてから完全に消去に至るまで
の間中−貫して負荷に対する完全な保護作用が行われる
。

〔実施例〕

以下、第１図と第２図を参照しながら本発明の詳細な説
明する。第１図は本発明をサーマルプリンタのサーマル
エレメントの保護に通用した例を示すもので、前の第１
図と同じ部分には同じ符号が用いられている。この第１
図の例では出力トランジスタ２１〜２麟とじてダーリン
トントランジスタが用いられており、これに制御信号を
発する制御用電子回路すなわち′１ＰＪ３図における半
導体集積回路１００内の信号部が一点鎖線で囲んで符号
３０で示されている。ただし、その内のゲート３３はダ
ーリントントランジスタとして構成された出力トランジ
スタに対してアンドゲートで示されていることを諒解さ
れたい。また、出力トランジスタであるダーリントント
ランジスタは第１の動作しきい値Ｖｔ１をもつものとす
る。

電圧値変換回路４０は電子回路電源の電圧ＶＤを受け、
この例では抵抗４１と複数個のダイオード４２ないしは
１個のツェナダイオードとの直列回路で構成され、抵抗
４１に生じる電圧値が検出電圧値Ｖｄとして出力される
。この電圧値変換回路４０は最も簡単には２個の抵抗を
直列接続した電圧分割回路として、第２図で鎖線で示す
ように検出電圧値が電子回路ｉ源の電圧値ＶＤに対して
直線的に変化するようにしてよいのであるが、トランジ
スタスイッチ回路５０がもつ第２の動作しきい値Ｖｔ２
との交叉点をより明確に決めるには図示のようにダイオ
ード４２を用いるのが望ましい、これらのダイオード４
２がもつ順方向電圧降下は電子回路電源の電圧値ＶＤに
ほぼ無関係に一定なので、検出電圧値Ｖｄの特性は第２
図に示すように折線状となり、その傾斜部のもつ勾配が
急峻になって第２の動作しきい値Ｖｔ２との交点が正確
に決まる。前述のようにこの交点は電子回路電源の電圧
値側の動作限界電圧値に対応するように設定すべきであ
るが、この設定を正確にするには第１図に示すように抵
抗４１を可調整抵抗とするのがよい。

トランジスタスイッチ回路５０は図示の例では電子回路
電源から給電されており、１個のｎチャネルＭＯ３）ラ
ンジスタ５１と抵抗５２との直列回路である。ＭＯＳ）
ランジスタ５１は第２の動作しきい値Ｖｔ２を持ち、こ
の値は第２図に示すように出力トランジスタの第１の動
作しきい値ｖＢよりも低く選定されるが、この例では出
力トランジスタがダーリントントランジスタであってベ
ース・エミッタ間電圧が二重になっているだけ第１の動
作しきい値がもともと高いので、ＭＯＳトランジスタ５
１に動作しきい値のとくに低いものを用いる要はない、
なお、この種のトランジスタスイッチ回路としては、Ｃ
ＭＯＳインバータにおけるように抵抗５２の方をｐチャ
ネルＭＯ３Ｉ−ランジスタとするのがむしろふつうであ
るが、０ＭＯ３構成にするとトランジスタスイッチ回路
５０の第２の動作しきい値が両ＭＯ３）ランジスタの動
作しきい値の和になって高くなってしまうので、本発明
に関するかぎり望ましくなく、図示のように１個のＭＯ
Ｓトランジスタ５１に抵抗５１を負荷抵抗ないしは電位
引き上げ抵抗として組み合わせる方がよい、なお、この
トランジスタスイッチ回路に対する給電は図で鎖線で示
すように負荷電源ＶＬ側からしてもよいことは前述のと
おりである。

このトランジスタスイッチ回路からの出力としての開動
作指令Ｃ５ばＭＯＳトランジスタ５１と抵抗５２との相
互接続点から導出され、この例では論理的にはｒＨＪの
形をとり、各出力トランジスタ１１〜１−のベース・エ
ミッタ間に接続された別のＭＯＳトランジスタ５３のゲ
ートに与えられる。これによって各ＭＯＳトランジスタ
は閉操作されて出力トランジスタのベース・エミッタ間
を短絡するので、出力トランジスタは一斉に開操作され
て負荷１１〜Ｉｍに流れる電流を強制的に断とする。も
っとも、ＭＯＳ）ランジスタ５３は各出力トランジスタ
ごとに設けずにトランジスタスイッチ回路５０内に組み
込んで全部の出力トランジスタに対して共用とする方が
全体の構成はむしろ簡単になるのであるが、この例では
各出力トランジスタのベース・エミッタ間を現地で短絡
して負荷に対する保護効果を完全にするねらいで各出力
トランジスタごとに設けられている。

電子回路電源の電圧値ＶＤが正規のときＭＯＳ）ランジ
スタ５１は閉、ＭＯＳ）ランジスタ５２は開の状態にあ
り、電子回路３０と出力トランジスタ２１〜２ｍは正常
な印字動作をするが、電圧値ｖＯが第２図に示す動作限
界電圧値Ｖｌにまで落ちると逆にＭＯＳトランジスタ５
１は開、ＭＯＳ）ランジスタ５２は閉となって、出力ト
ランジスタは開操作され負荷１１〜１−中を流れる電流
が断たれる。電圧値ｖ口がさらに下がって第２図に示す
限界り以下になるとトランジスタスイッチ回路５０の動
作状態が不定になって来るが、このとき出力トランジス
タのベースに掛かる電圧はその第１の動作しきい値を越
えることがないので、前述のように出力トランジスタが
誤って閉操作されるおそれはない。

なお、以上説明した本発明による負荷保護回路の全回路
要素は、電圧値変換回路内の抵抗４１を可調整なように
外付けとする場合を除いて、出力トランジスタおよび制
御用電子回路とともに共通の半導体基板内に容易に集積
化することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明からすでに明らかなように、本発明によれば
負荷保護回路を構成する電圧値変換回路とトランジスタ
スイッチ回路との共同動作により、電子回路電源の電圧
値が電子回路に対する動作限界電圧値まで落ちたとき、
トランジスタスイッチ回路から発しられる開動作指令に
よって出力トランジスタが開操作されて負荷への電流を
断つことにより負荷を損傷から保護する。電子回路電源
の電圧値がさらに落ちてトランジスタスイッチ回路の動
作すら保証できないようになっても、出力トランジスタ
のもつ第１の動作しきい値がトランジスタスイッチ回路
の第２の動作しきい値よりも高いので、このような最悪
の事態でも出力トランジスタが誤って閉動作するおそれ
がない、従って本発明によれば、電子回路電源の電圧値
が動作限界電圧値からゼロに落ちるまでの全電圧値につ
いて負荷を一貫して安全に保護することができ、しかも
このことは電子回路電源の電圧値と負荷電源の電圧値が
相対的にどのように変動しても変わらない。

以上のような本発明回路はサーマルプリンタのサーマル
エレメントのように高速で動作するがその負荷耐量が小
さな負荷の保護に適用して著効を有するもので、その駆
動用出力トランジスタや制御用電子回路とともに半導体
チップ内に集積化することにより負荷を含めたそれらの
動作信軌性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図が本発明に関するもので、第１図は
本発明による負荷保護回路をサーマルプリンタのサーマ
ルエレメントの保護に適用した実施例を示す回路図、第
２図は本発明回路における検出電圧値、動作しきい値等
の関連を示す線図である。第３図は上記適用例の保護効
果がない従来例の回路図である０図において、 １ｉ（ｉ＝１〜ｍ、以下おなし）：負荷ないしはサーマ
ルエレメント、２１：出力トランジスタないしはダーリ
ントントランジスタ、３０：出力トランジスタ制御用電
子回路、３１：シフトレジスフ、３２：ラッチ回路群、
３３：アンドゲート、４０：電圧値変換回路、４１：抵
抗ないしは可調整抵抗、４２：ダイオードないしはツェ
ナダイオード、５０：トランジスタスイッチ回路、５１
，５３：Ｍ　ＯＳ　）ランジスタ、５２：抵抗、１００
：半導体集積回路、２００：サーマルヘフド、Ｃ３：開
動作指令、ｖＤ：電子回路！源ないしはその電圧値、ｖ
ｄ：検出電圧値、ｖＬ：負荷電源ないしはその電圧値、
ｖｅ：動作限界電圧値、Ｖｔｌ：第１の動作しきい値、
Ｖｔ２：第２の動作しきい値、である。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）出力トランジスタと直列接続され負荷電源から流入
   する電流が制御用の電子回路から出力トランジスタに与
   えられる制御信号に応じて制御されるようにした負荷に
   対する保護回路であって、制御信号を発する電子回路に
   給電する電子回路電源の電圧を受け該電圧値を検出電圧
   値に変換する電圧値変換回路と、出力トランジスタが制
   御信号入力に対してもつ第１の動作しきい値よりは低い
   第２の動作しきい値をもち前記検出電圧値を受けてその
   値が該第２の動作しきい値を下回ったときに動作して出
   力トランジスタに対して開動作指令を発するトランジス
   タスイッチ回路とを備え、電子回路電源の電圧値が電子
   回路の動作限界電圧値を下回ったときに電圧値変換回路
   がそれを第２の動作しきい値を下回る検出電圧値に変換
   するようにし、この検出電圧値をトランジスタスイッチ
   回路が受けて開動作指令により出力トランジスタを開操
   作して負荷を流れる電流を強制的に断つようにしたこと
   を特徴とする負荷保護回路。 ２）特許請求の範囲第１項記載の回路において、出力ト
   ランジスタがダーリントントランジスタであることを特
   徴とする負荷保護回路。 ３）特許請求の範囲第１項記載の回路において、負荷が
   サーマルプリンタ用のサーマルエレメントであることを
   特徴とする負荷保護回路。 ４）特許請求の範囲第１項記載の回路において、電圧値
   変換回路が電子回路電源電圧を受けるダイオードと抵抗
   との直列回路であり、抵抗電圧を検出電圧値として出力
   するようにしたことを特徴とする負荷保護回路。 ５）特許請求の範囲第１項記載の回路において、トラン
   ジスタスイッチ回路が電子回路電源から給電されるよう
   にしたことを特徴とする負荷保護回路。 ６）特許請求の範囲第１項記載の回路において、トラン
   ジスタスイッチ回路が負荷電源から給電されるようにし
   たことを特徴とする負荷保護回路。 ７）特許請求の範囲第１項記載の回路において、トラン
   ジスタスイッチ回路がゲートに検出電圧値を受ける単一
   のＭＯＳトランジスタと抵抗との直列回路であり、ＭＯ
   Ｓトランジスタと抵抗との接続点から開動作指令が発し
   られるようにしたことを特徴とする負荷保護回路。 ８）特許請求の範囲第１項記載の回路において、抵抗が
   可調整抵抗であることを特徴とする負荷保護回路。 ９）特許請求の範囲第１項記載の回路において、トラン
   ジスタスイッチ回路から発しられる開動作指令が出力ト
   ランジスタのベースとエミッタ間の短絡を指令する短絡
   指令であることを特徴とする負荷保護回路。 １０）特許請求の範囲第１項記載の回路において、電子
   回路の動作限界電圧値よりも出力トランジスタのもつ第
   １の動作しきい値が低く選定されたことを特徴とする負
   荷保護回路。 １１）特許請求の範囲第１項記載の回路において、負荷
   電源と電子回路電源とが互いに異なる電圧値を有するこ
   とを特徴とする負荷保護回路。