特開 2024-80373 オーバーシュート抑圧回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080373

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】オーバーシュート抑圧回路

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/04 20060101AFI20240606BHJP

【ＦＩ】

H02H9/04 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193505

(22)【出願日】2022-12-02

(71)【出願人】

【識別番号】318006365

【氏名又は名称】ＪＲＣモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】関口 隆

(72)【発明者】

【氏名】誉田 環

【テーマコード（参考）】

5G013

【Ｆターム（参考）】

5G013AA02

5G013AA09

5G013BA02

5G013CB02

5G013DA05

5G013DA10

5G013DA11

(57)【要約】

【課題】消費電力などを抑えつつ、オーバーシュートを抑圧可能なオーバーシュート抑圧回路を提供する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力側に接続されるトランジスタ２と、トランジスタ２に接続され、トランジスタ２を制御するツェナーダイオード４と、トランジスタ２に接続され、電気を蓄放電するコンデンサ５と、を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧が所定の電圧を超過すると、ツェナーダイオード４を介してトランジスタ２がオンし、超過した電圧分の電流がトランジスタ２を介してコンデンサ５に流れる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源回路の出力側に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタに接続され、前記トランジスタを制御する制御部と、
前記トランジスタに接続され、電気を蓄放電する蓄放電部と、
を備え、前記電源回路からの出力電圧が所定の電圧を超過すると、前記制御部を介して前記トランジスタがオンし、前記超過した電圧分の電流が前記トランジスタを介して前記蓄放電部に流れる、
ことを特徴とするオーバーシュート抑圧回路。

【請求項2】

前記蓄放電部に接続され、電気を消費する消費部を備え、
前記トランジスタがオフすると、前記蓄放電部に蓄電された電気が前記消費部に流れる、
ことを特徴とする請求項１に記載のオーバーシュート抑圧回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電圧のオーバーシュートを抑圧するためのオーバーシュート抑圧回路に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータでオン・オフさせて矩形波（方形波）状の規定電圧を出力する場合、図２に示すように、矩形波の立ち上がり部分において、出力電圧が一時的・瞬時的に定常値（規定電圧）よりもオーバーシュート・超過する場合がある。そして、オーバーシュートした電圧が、ＰＭＩＣ（Power Management Integrated Circuit）などの回路の許容電圧・絶対定格値を超えると、回路の故障・損傷を招いてしまう。

【0003】

このため、従来から、オーバーシュートの対策として、コンデンサや抵抗で立ち上がり速度を遅くして定常値への制御が間に合うようにしたり、ツェナーダイオードを用いて定常値以上の電圧をカットしたりすることが知られていた（例えば、特許文献１等参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２１７７６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、コンデンサで立ち上がり速度を遅くする場合、回路のサイズが大きくなり、抵抗で立ち上がり速度を遅くしたりツェナーダイオードで超過電圧をカットしたりする場合、消費電力が増大してしまう。

【0006】

そこで本発明は、消費電力などを抑えつつ、オーバーシュートを抑圧可能なオーバーシュート抑圧回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、電源回路の出力側に接続されるトランジスタと、前記トランジスタに接続され、前記トランジスタを制御する制御部と、前記トランジスタに接続され、電気を蓄放電する蓄放電部と、を備え、前記電源回路からの出力電圧が所定の電圧を超過すると、前記制御部を介して前記トランジスタがオンし、前記超過した電圧分の電流が前記トランジスタを介して前記蓄放電部に流れる、ことを特徴とするオーバーシュート抑圧回路である。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のオーバーシュート抑圧回路において、前記蓄放電部に接続され、電気を消費する消費部を備え、前記トランジスタがオフすると、前記蓄放電部に蓄電された電気が前記消費部に流れる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

請求項１に記載の発明によれば、電源回路からの出力電圧が所定の電圧を超過すると、超過した電圧分の電流がトランジスタを介して蓄放電部に流れるため、オーバーシュートした電圧を抑圧することが可能となる。この結果、本オーバーシュート抑圧回路から出力される電圧をＰＭＩＣなどの回路の許容電圧以下とし、ＰＭＩＣなどの回路を保護することが可能となる。

【0010】

また、コンデンサや抵抗で立ち上がり速度を遅くしたり、ツェナーダイオードを用いて電圧をカットしたりしないため、消費電力やサイズ・大きさを抑えることが可能となる。

【0011】

請求項２に記載の発明によれば、トランジスタがオフする度に、蓄放電部に蓄電された電気が消費部に流れて消費されるため、オーバーシュートが繰り返し生じても、継続してオーバーシュートを抑圧することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態に係るオーバーシュート抑圧回路を示す構成図である。

【図2】オーバーシュートの発生状態を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0014】

図１は、この発明の実施の形態に係るオーバーシュート抑圧回路１を示す構成図である。このオーバーシュート抑圧回路１は、電圧のオーバーシュートを抑圧するための回路であり、この実施の形態では、車両などに搭載される周辺監視レーダに適用する場合を例にして説明するが、その他の装置にも適用できることは勿論である。

【0015】

すなわち、この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源回路）１０１から出力される電圧をＰＭＩＣ１０２に入力する場合において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１でオン・オフさせて矩形波状の規定電圧を出力する際に、オーバーシュートが発生するものとする。そして、この電圧のオーバーシュートを抑圧するために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１とＰＭＩＣ１０２との間にオーバーシュート抑圧回路１が配設されている。

【0016】

オーバーシュート抑圧回路１は、主として、トランジスタ２と、ツェナーダイオード（制御部）４と、コンデンサ（蓄放電部）５と、第１の抵抗（消費部）６と、を備える。

【0017】

トランジスタ２は、ＰＮＰ型で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１とＰＭＩＣ１０２との間に接続される。つまり、トランジスタ２のエミッタ側が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力側とＰＭＩＣ１０２の入力側に接続される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１を、トランジスタ２を介してＰＭＩＣ１０２に入力電圧Ｖ２として給電する。そして、後述するように、ツェナーダイオード４を介してトランジスタ２がオンされると、トランジスタ２を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの電流が第１の抵抗６に流れるようになっている。このトランジスタ２の動作・仕様などについては、後述する。

【0018】

ツェナーダイオード４は、そのカソード側が第２の抵抗３を介してトランジスタ２のベース側に接続され、アノード側が接地され、トランジスタ２をオン・オフ制御する。すなわち、後述するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が所定の電圧を超過すると、トランジスタ２をオンし、その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が低下すると、トランジスタ２をオフする。このツェナーダイオード４および第２の抵抗３の動作・仕様などについては、後述する。

【0019】

コンデンサ５は、トランジスタ２のコレクタ側に接続され、後述するように、トランジスタ２がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの電流が流れて電気を蓄電するようになっている。このコンデンサ５の容量仕様などについては、後述する。

【0020】

第１の抵抗６は、コンデンサ５に接続され、電気を消費する負荷である。つまり、コンデンサ５と並列にトランジスタ２のコレクタ側に接続され、後述するように、トランジスタ２がオフすると、コンデンサ５に蓄電された電気が第１の抵抗６に流れて消費されるようになっている。

【0021】

次に、このような構成のオーバーシュート抑圧回路１の作用・動作および各構成要素２～６の動作・仕様などについて説明する。

【0022】

まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１の定格電圧・規定電圧や、ＰＭＩＣ１０２の許容電圧・入力絶対定格電圧（許容される最大の入力電圧Ｖ２）に応じて、各構成要素２～６の動作・仕様などが設定されている。この実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力定格電圧が５．１Ｖで、ＰＭＩＣ１０２の入力絶対定格電圧が６Ｖの場合における、各構成要素２～６の動作・仕様などについて説明する。

【0023】

このようなＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力定格電圧やＰＭＩＣ１０２の入力絶対定格電圧に対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１の制限電圧（所定の電圧）を５．８Ｖとする。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からツェナーダイオード４までの電圧差（例えば、０．７Ｖ）を考慮して、ツェナーダイオード４がトランジスタ２をオンさせる電圧（降伏電圧）が５．１Ｖに設定され、第２の抵抗３の抵抗値が１００Ωに設定されている。

【0024】

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が５．８Ｖ（所定の電圧）を超過して（以上になって）、ツェナーダイオード４に５．１Ｖ以上の電圧がかかると、ツェナーダイオード４から逆方向電流が流れてトランジスタ２のベースに電圧が印加される。そして、トランジスタ２のエミッタ側とコレクタ側が導通し（トランジスタ２がオンし）、超過した電圧分の電流がトランジスタ２を介してコンデンサ５に流れて蓄電される。

【0025】

このように、ツェナーダイオード４でオーバーシュートを検出してトランジスタ２をオンさせ、オーバーシュート分の電流をコンデンサ５に蓄える。これにより、オーバーシュートした電圧・電流分がＰＭＩＣ１０２に給電されず、つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が抑圧されて、ＰＭＩＣ１０２への入力電圧Ｖ２が入力絶対定格電圧以内に制限される。ここで、コンデンサ５の容量値によって、上記のような出力電圧Ｖ１の抑圧動作のスピード・収束時間が左右され、この実施の形態では、１μＦに設定されている。

【0026】

その後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が５．８Ｖ以下に低下すると、ツェナーダイオード４の逆方向電流が停止してトランジスタ２がオフされ、コンデンサ５への蓄電が停止される。そして、コンデンサ５に蓄電された電気が第１の抵抗６に流れて消費される。

【0027】

ここで、第１の抵抗６の容量・抵抗値は、コンデンサ５に蓄電された電気が確実・迅速に消費されるように設定され、この実施の形態では、５Ωに設定されている。また、ツェナーダイオード４の動作・仕様は、上記のように、トランジスタ２をオン・オフ動作させ、かつ、オーバーシュートが生じていない定常時における消費電力が抑えられるように設定されている。

【0028】

次に、このオーバーシュート抑圧回路１による電圧抑圧効果を確認した検証結果について説明する。この検証・実験は、パルス・ファンクションジェネレータからの出力電圧を、オーバーシュート抑圧回路１を介さない場合と介した場合とで比較確認したものである。この検証によって、次のような結果が得られた。

【0029】

（ａ）印加パルス電圧６Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介さない場合、６．１６７Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介した場合、５．５００Ｖ
（ｂ）印加パルス電圧７Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介さない場合、７．０３３Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介した場合、５．７６７Ｖ
（ｃ）印加パルス電圧８Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介さない場合、８．３００Ｖ
・オーバーシュート抑圧回路１を介した場合、５．８３３Ｖ
以上のような検証結果から、オーバーシュート抑圧回路１を介することで、出力電圧を許容電圧（６Ｖ）以下に抑圧できることが確認された。

【0030】

以上のように、このオーバーシュート抑圧回路１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１からの出力電圧Ｖ１が所定の電圧（５．８Ｖ）を超過すると、超過した電圧分の電流がトランジスタ２を介してコンデンサ５に流れるため、オーバーシュートした電圧を抑圧することが可能となる。この結果、本オーバーシュート抑圧回路１から出力される電圧をＰＭＩＣ１０２の許容電圧・入力絶対定格電圧（６Ｖ）以下とし、ＰＭＩＣ１０２を保護することが可能となる。

【0031】

また、従来のように、コンデンサや抵抗で立ち上がり速度を遅くしたり、ツェナーダイオードを用いて電圧をカットしたりしないため、消費電力やサイズ・大きさを抑えることが可能となる。

【0032】

さらに、トランジスタ２がオフする度に、コンデンサ５に蓄電された電気が第１の抵抗６に流れて消費されるため、オーバーシュートが繰り返し生じても、継続してオーバーシュートを抑圧することが可能となる。

【0033】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ツェナーダイオード４が制御部の場合について説明したが、その他の回路や素子で制御部を構成してもよく、例えば、ツェナーダイオード４に代ってシャントレギュレータで構成してもよい。また、電源回路がＤＣ／ＤＣコンバータ１０１の場合について説明したが、その他の電源回路にも適用できることは勿論である。

【符号の説明】

【0034】

１ オーバーシュート抑圧回路
２ トランジスタ
３ 第２の抵抗
４ ツェナーダイオード（制御部）
５ コンデンサ（蓄放電部）
６ 第１の抵抗（消費部）
１０１ ＤＣ／ＤＣコンバータ（電源回路）

【図1】

【図2】