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JP3276996B2 - 保護回路 - Google Patents

保護回路

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JP3276996B2
JP3276996B2 JP24057092A JP24057092A JP3276996B2 JP 3276996 B2 JP3276996 B2 JP 3276996B2 JP 24057092 A JP24057092 A JP 24057092A JP 24057092 A JP24057092 A JP 24057092A JP 3276996 B2 JP3276996 B2 JP 3276996B2
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common line
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孝夫 和泉田
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Toshiba Corp
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
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    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H11/00Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result
    • H02H11/002Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体などの電子回
路の誤動作を防止する保護回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】車載用の集積回路構成の電子回路等にお
いて、使用条件によっては、ボディアースを二箇所でと
ることが必要な場合がある。このような場合には、ボデ
ィアースの接地抵抗が存在することや、車両ボディに誘
導されるサージ電圧などの電位により、この電子回路が
誤動作することがある。このような原因による誤動作を
防止するための従来の回路として、図10に示すような
回路が知られている。
【0003】同図において、集積回路構成の電子回路1
1の制御部12の外部接地点GND1 と出力部13の外
部接地点GND2 との電位が、GND1 電位>GND2
電位である場合は、寄生素子動作による回路誤動作を生
じる可能性があるので、制御部12の外部接地点GND
1 と出力部13の外部接地点GND2 との間にダイオー
ドDを接続し、外部接地点GND1 に対するボディアー
スのアースポイントA(電位VA )と、外部接地点GN
D2 に対するボディアースのアースポイントB(電位V
B )との間にVA >VB の電位差が生じたとき、この電
位差をダイオードDの順方向電圧以下に抑えて電子回路
11の誤動作を防止していた。
【0004】また別の問題として、電子回路を電源に逆
方向接続してしまった場合等において、電子回路を保護
するための従来の回路として、図11(a)(b)に示すよう
な回路が知られている。
【0005】同図(a) に示す回路は、電子回路11の電
源端子11aと接地との間にダイオードDを接続し、電
源12に誤って逆方向に接続したとき、電子回路11に
加わる電圧をダイオードDの順方向電圧以下に抑えて電
子回路11を保護する回路である。
【0006】同図(b) に示す回路は、電子回路11の内
部接地側共通ラインICLと接地との間に保護抵抗Rを
設けて、逆接続の場合における電子回路11に流入する
電流を制限し、電子回路11を保護する回路である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記図10の回路に示
した誤動作防止用のダイオードDは、このダイオードD
により回路誤動作を防ぐ効果を得るためには、大きな順
方向電流を流して置き、GND1 とGND2 との間の電
位を常にダイオードDの順方向電圧に保つ必要がある。
【0008】このことは、ダイオードDとして大容量の
ものが必要であり、電子回路の小型を妨げ、電子回路
が集積回路の場合は、この集積回路内にダイオードDを
形成させることは不適当である。また、ボディアースの
取付け条件、つまり接地抵抗r1 ,r2 やボディを介す
る誘導条件によっては、十分な効果が得られない場合が
ある。
【0009】また、図11(a) の回路に示した回路保護
用のダイオードDは、電源逆接続の場合、このダイオー
ドDを通して大きな電流が流れるため、大容量で大形の
ものが必要であり、したがって、電子回路の小型化を妨
げ、集積回内蔵方式とすることは不適当である。
【0010】なお、図11(b) の回路に示した保護回路
は、集積回路内蔵方式に適用可能であるが、この回路方
式はサージ耐圧が弱く、通常の動作時において電源と接
地間に印加されるサージ電圧により、保護用抵抗Rが破
壊されるおそれがある。このためこの回路は、サージ電
圧が常時発生し易い自動車などの車載用の電子回路には
適さない。
【0011】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、複数点の接地が必要な集積回路構成の電子回
路に適用され誤動作防止に適した保護回路を提供するこ
とを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の保護回路は、
少なくとも電源端子、入力端子、出力端子、及び外部接
続用の複数のポイントを有する集積回路に関し、制御電
流を扱う制御部と、前記制御電流より高い出力電流を扱
うための出力部とを有する前記集積回路の内部回路と、
前記集積回路の内部回路に関連する接地側共通ライン
と、前記制御部の前記制御電流のための接地経路が前記
接地側共通ラインを経て接続される第1の接地端子と、
前記出力部の前記出力電流のための接地経路が前記接地
側共通ラインを経て接続される第2の接地端子と、前記
制御部の前記制御電流のための接地経路と、前記接地側
共通ライン中の前記出力部の前記出力電流のための接地
経路とを接続するダイオードと、前記第1の接地端子と
前記接地側共通ラインとの間に接続された電流制限抵抗
と、前記抵抗と並列接続されたサージ電圧を制限するた
めの回路手段とを具備している。
【0013】
【0014】
【作用】このように保護回路を構成することにより、集
積回路の寄生素子の動作を抑えて電子回路の誤動作を防
止する。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の一実施
例を説明する。
【0016】図1は、誤動作防止を目的とした第1の実
施例の構成を示す回路図である。同図において、1は集
積回路構成になる電子回路であり、制御部2および出力
部3で構成され、この電子回路1はCPU4により制御
部2の入力を介して制御されて、出力部3の出力により
図示しない機器を制御するものである。
【0017】電子回路1の集積回路内には内部接地側共
通ラインICLと第1の外部接地端子GND1 との間に
抵抗R1 と、内部接地側共通ラインICLから外部接地
端子GND1 方向に順方向が向いたダイオードD1 を並
列に接続した回路を設けるとともに、内部接地側共通ラ
インICLと出力部3側の第2の外部接地端子GND2
との間に順方向が内部接地側共通ラインICLから外部
接地端子GND2 の方向に向いたダイオードD2 を設け
て、誤動作防止回路としている。なお、この実施例にお
いて、内部接地側共通ラインICLとは集積回路基板を
指している。
【0018】このような電子回路1は使用状態におい
て、第1の外部接地端子GND1 は車体のアースポイン
トAに接続され、出力部3側の第2の外部接地端子GN
D2 はアースポイントBに接続されて使用される。
【0019】上記したような誤動作防止回路を設けるこ
とにより、使用状態において、第1の外部接地端子GN
D1 と第2の外部接地端子GND2 との間に電位差が発
生して、それらの電位関係がVGND1>VGND2であったと
き、この両者の電位差の絶対値|VGND1−VGND2|は次
式のような電圧に分割される。 |VGND1−VGND2|=R1 ・i+VF 但し iは抵抗R1 をGND1 からICLに流れる電流 VF はダイオードD2 の順方向電圧
【0020】つまり、電位関係がVGND1>VGND2である
ので、外部接地端子GND1 の方が内部接地側共通ライ
ンICLより高電位であり、ダイオードD1 に対して逆
電圧となり、電流はダイオードD1 には流れず、抵抗R
1 にのみ流れて大きい電圧降下値となるので、内部接地
側共通ラインICLと出力部3側の第2の外部接地端子
GND2 との間の電圧をダイオードD2 の順方向電圧V
F の低い電圧に確実に抑えて、誤動作を防止することが
できる。この実施例の回路は、素子数が少なく簡単な構
成であり、集積回路への内蔵も容易である。
【0021】図2は、同じく誤動作防止回路の第2の実
施例の構成を示すブロック回路図である。この実施例
は、第1の外部接地端子GND1 と外部接地端子GND
2 との間に電圧検出回路5を設けるとともに、内部接地
側共通ラインICLと外部接地端子GND1 との間に、
この回路切断用のスイッチ回路6および内部接地側共通
ラインICLに対して負電圧を与える負電圧発生回路7
を設けた構成になっている。図3は、この実施例の細部
構成を示す回路図である。
【0022】電圧検出回路5は電位差検出用の抵抗R2
,R3 を介して外部接地端子GND1 と外部接地端子
GND2 との電位差を基準電圧Vref と比較し比較結果
を検出出力とするコンパレータCMP,このコンパレー
タCMPの検出出力を負電圧発生回路7に送るインバー
タINV1 よりなっている。
【0023】スイッチ回路6は、電圧検出回路5のコン
パレータCMPの出力から送られる電圧検出出力により
解放動作して、内部接地側共通ラインICLと外部接地
端子GND1 との接続を断つリードリレーSW1 と、こ
のリードリレーSW1に直列に接続され、内部寄生素子
の動作を抑えるための抵抗R4 とダイオードD3 との並
列素子および電圧検出回路5のインバータINV1 の出
力により動作し、ダイオードD4 を外部接地端子GND
2 と内部接地側共通ラインICLとの間に挿入するリー
ドリレーSW2 よりなっている。
【0024】また、負電圧発生回路7は、電圧検出回路
5のインバータINV1 を介して送られる電圧検出出力
を受けて動作するリードリレーSW3 ,パルス発生器P
G,このパルス発生器PGから送られるパルスをコンデ
ンサ1 ,C2 に充電するインバータINV2 ,INV3
,コンデンサ1 ,C2 に充電された負電圧を外部接地
端子GND1と内部接地側共通ラインICLとの間に印
加させるためのダイオードD5 ,D6 ,D7 よりなって
いる。なお、ダイオードD8 は外部接地端子GND1 ,
GND2 の電位が瞬間的に変化した場合に内部の寄生素
子の動作を抑えるためのものである。
【0025】このような構成の実施例において、第1お
よび第2の外部接地端子GND1 ,GND2 との間に設
けられた電圧検出回路5が、電位差検出用の抵抗R2 ,
R3を介して外部接地端子GND1 と外部接地端子GN
D2 との電位差をコンパレータCMPにおいて基準電圧
Vref と比較し、両接地端子電位がVGND1>VGND2であ
り、しかも差電圧が設定基準電圧Vref より大きい場合
は、その検出出力をコンパレータCMPの出力およびイ
ンバータINV1 を介してスイッチ回路6と負電圧発生
回路7に送る。
【0026】スイッチ回路6は検出出力を受けて、リー
ドリレーSW1 が動作して内部接地側共通ラインICL
と外部接地端子GND1との間の接続を断つとともに、
リードリレーSW2 が動作してダイオードD4 を外部接
地端子GND2 と内部接地側共通ラインICLとの間に
挿入する。
【0027】負電圧発生回路7は、電圧検出回路5から
の検出出力を受けてリードリレーSW3 が動作し、パル
ス発生器PGから送られるパルスをインバータINV2
,INV3 を介してコンデンサ1 ,C2 に送り負電圧
を充電する。
【0028】コデンサ1 ,C2 に充電された電圧は、ダ
イオード5 ,D6 ,D7 を介して内部接地側共通ライン
ICLの電位を、外部接地端子GND1 に対して負電位
に保つようにする。なお、このとき内部接地側共通ライ
ンICLと外部接地端子GND2 との間の電位は、リー
ドリレーSW2 で挿入したダイオードD4 により規定さ
れる。
【0029】このように負電圧発生回路7は、内部接地
側共通ラインICLの電位がVICL≦VGND2となるよう
に、負電圧を内部接地側共通ラインICLに与えて、内
部寄生素子が動作しないように抑え、電子回路1の誤動
作を防止するものである。
【0030】この実施例によれば、従来の回路あるいは
第1の実施例の回路に較べても誤動作を確実に防止でき
る。また、こ実施例も集積回路内に内蔵させることがで
き、回路の小形化が図れる。
【0031】図4は、第1および第2の実施例を集積回
路に適用した場合の集積回路の断面で、同図の41は、
図1,図2および図3において説明した内部接地側共通
ラインICLであり、42および43は、それぞれ集積
回路基板内のP + - sub基板部分とP/N接合分離層
である。図5,図6および図7は、電子回路の保護を目
的とした第1乃至第3の各例の構成を示す回路図であ
る。
【0032】図5は、ハイサイドスイッチ回路に適用し
第1の例である。同図において、8はハイサイドスイ
ッチ回路8aと保護回路をも含んだ集積回路構成の電子
回路である。保護回路は、内部接地側共通ラインICL
と外部接地端子GNDとの間に設けられた抵抗R5 と、
この抵抗R5 に並列に接続される共通ラインICLから
接地端子GND方向に向いたダイオードD9 で構成され
ている。
【0033】このように構成することで、電源9に誤っ
て逆接続した場合に抵抗R5 で電流を制限するととも
に、常時の動作状態で各種原因で発生し抵抗R5 に印加
されるサージ電圧を並列に接続されているダイオードD
9 により制限することで、抵抗R5 の破壊を防ぎ、電子
回路8のサージ耐圧を向上させている。
【0034】図6は、パワーMOSFETを出力素子と
したローサイドスイッチ回路8aに適用した第2の例
ある。同図において、8はローサイドスイッチ回路8a
と保護回路をも含んだ集積回路構成の電子回路である。
【0035】この例では、制御電流が流れる制御ライン
と大電流が流れる出力ラインとを分離し、制御ライン側
の内部接地側共通ラインICLと外部接地端子GND1
との間に保護素子の抵抗R5 とダイオードD9 を設け、
出力ラインは直接外部接地端子GND2 に接続する
ある。
【0036】このように構成することで、電源9に誤っ
て逆接続した場合に制御回路側の電流を制限するととも
に、常時の動作状態に発生するサージ電圧による抵抗R
5 の破壊をダイオードD9 により保護している。
【0037】図7は、H−ブリッジ回路8cに適用した
第3の例である。このも制御ライン側の内部接地側共
通ラインICLと外部接地端子GND1 との間に保護素
子の抵抗R5 とダイオードD9 を設け、出力ラインは直
接外部接地端子GND2 に接続するであり、作用効果
第2の例と同様である。図8(a)(b)は、それぞれP/
N接合分離型集積回路にこの発明の保護回路を適用した
場合の集積回路内の構造を説明する集積回路の断面図で
ある。
【0038】第1〜第3の例は、保護用抵抗に並列に接
続してサージ電圧印加時において、この保護用抵抗に掛
かる電圧を制限してその破壊を防止する素子として、上
記したダイオードのほか、図9(b) 〜(e) に示すよう
な、ツェナーダイオード,トランジスタ,MOSFE
T,ジャンクションも使用できる。
【0039】この発明は上記したように、内部接地側共
通ラインICLと外部接地端子GNDとの間に誤動作防
止用素子や回路または回路保護用の素子を挿入して、集
積回路構成の電子回路の誤動作防止や回路を保護するも
のである。なお、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、要旨を変更しない範囲で変形して実施でき
る。
【0040】
【発明の効果】この発明によれば、集積回路内への内蔵
が可能で、しかも複数接地等の使用条件の電子回路へ適
用でき誤動作を防止可能な保護回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例の保護回路の回路図。
【図2】第2の実施例の保護回路の回路図。
【図3】第2の実施例の細部構成を示す回路図。
【図4】集積回路における内部接地側共通ラインICL
の説明用の断面図。
【図5】保護回路の第1の例を示す回路図。
【図6】保護回路の第2の例を示す回路図。
【図7】保護回路の第3の例を示す回路図。
【図8】P/N接合分離型集積回路に保護回路を内蔵さ
せる構造説明用の断面図。
【図9】各例の保護回路において抵抗と組合わされる素
子の説明図。
【図10】従来の誤動作防止回路の回路図。
【図11】従来の保護回路の回路図。
【符号の説明】
1…電子回路(集積回路構成)、2…制御部、3…出力
部、4…CPU、5…電圧検出回路、6…スイッチ回
路、7…負電圧発生回路、8…電子回路(集積回路構
成)、8a…ハイサイドスイッチ回路、8b…ローサイ
ドスイッチ回路、8c…H−プリッジ回路、9…電源、
GND1 …第1の外部接地端子、GND2 …第2の外部
接地端子、ICL…内部接地側共通ライン、CMP…コ
ンパレータ、INV1 ,INV2 ,INV3 …インバー
タ、PG…パルス発生器、SW1 ,SW2 ,W3 …リー
ドスイッチ、C1 ,C2 …コンデンサ、D1 ,D2 ,D
3 ,〜D9 …ダイオード、R1 ,R2 ,R3 ,R4 ,R
5 …抵抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−101634(JP,A) 実開 平2−146943(JP,U) 実開 平3−48330(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02H 7/20 H02H 9/04 H03K 17/16 H03K 19/003

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも電源端子、入力端子、出力端
    子、及び外部接続用の複数のポイントを有する集積回路
    に関し、 制御電流を扱う制御部と、前記制御電流より高い出力電
    流を扱うための出力部とを有する前記集積回路の内部回
    路と、 前記集積回路の内部回路に関連する接地側共通ライン
    と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第1の接地端子と、 前記出力部の前記出力電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第2の接地端子と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路と、前記接
    地側共通ライン中の前記出力部の前記出力電流のための
    接地経路とを接続するダイオードと、 前記第1の接地端子と前記接地側共通ラインとの間に接
    続された電流制限抵抗と、 前記抵抗と並列接続されたサージ電圧を制限するための
    回路手段とを具備したことを特徴とする保護回路。
  2. 【請求項2】 前記回路手段は、前記接地側共通ライン
    に接続されたアノードと前記接地端子に接続されたカソ
    ードとを伴うダイオード手段で構成されることを特徴と
    する請求項記載の保護回路。
  3. 【請求項3】 前記集積回路は、前記第1、第2の接地
    端子間の電位差を検出するため前記集積回路内部に挿入
    された電圧検出手段と、 前記電圧検出手段に応じて前記第1の接地端子と前記接
    地側共通ラインとの間に負電圧を印加する電圧発生手段
    と、 前記第1の接地端子と前記接地側共通ラインとの間、及
    び前記第2の接地端子と前記接地側共通ラインとの間に
    接続されたスイッチング手段とをさらに具備したことを
    特徴とする請求項1または2記載の保護回路。
  4. 【請求項4】 少なくとも電源端子、入力端子、出力端
    子、及び外部接続用の複数のポイントを有する集積回路
    に関し、 制御電流を扱う制御部と、前記制御電流より高い出力電
    流を扱うための出力部とを有する前記集積回路の内部回
    路と、 前記集積回路の内部回路に関連する接地側共通ライン
    と、 前記出力部の前記出力電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第1の接地端子と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第2の接地端子と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路と、前記接
    地側共通ライン中の前記出力部の前記出力電流のための
    接地経路とが接続される、前記接地側共通ラインに接続
    されたアノードと前記第1の接地端子に接続されたカソ
    ードとを含む第1のダイオード手段と、 前記第2の接地端子と前記接地側共通ラインとの間に接
    続された電流制限抵抗と、 前記抵抗と並列接続されたサージ電圧を制限するため、
    前記接地側共通ラインに接続されたアノードと前記第2
    の接地端子に接続されたカソードとを含む第2のダイオ
    ード手段とを具備したことを特徴とする保護回路。
  5. 【請求項5】 少なくとも電源端子、入力端子、出力端
    子、及び外部接続用の複数のポイントを有する集積回路
    に関し、 制御電流を扱う制御部と、前記制御電流より高い出力電
    流を扱うための出力部とを有する前記集積回路の内部回
    路と、 前記集積回路の内部回路に関連する接地側共通ライン
    と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第1の接地端子と、 前記出力部の前記出力電流のための接地経路が前記接地
    側共通ラインを経て接続される第2の接地端子と、 前記第2の接地端子と前記接地側共通ラインとの間に接
    続された電流制限抵抗と、 前記制御部の前記制御電流のための接地経路と、前記接
    地側共通ライン中の前記出力部の前記出力電流のための
    接地経路とを接続するダイオードと、 前記抵抗と並列接続されたサージ電圧を制限するため、
    前記接地側共通ラインに接続されたアノードと前記第2
    の接地端子に接続されたカソードとを含む第2のダイオ
    ード手段と、 前記抵抗と並列接続されたサージ電圧を制限するための
    回路手段と、 前記第1、第2の接地端子間の電位差を検出するため前
    記集積回路内部に挿入された電圧検出手段と、 前記電圧検出手段に応じて前記第1の接地端子と前記接
    地側共通ラインとの間に負電圧を印加する電圧発生手段
    と、 前記第1の接地端子と前記接地側共通ラインとの間、及
    び前記第2の接地端子と前記接地側共通ラインとの間に
    接続されたスイッチング手段とを具備したことを特徴と
    する保護回路。
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