センサ用出力ＩＣおよびセンサ装置
【課題】センサ装置の回路規模および製造コストを従来よりも抑制しつつ、負荷短絡保護機能を実現する。
【解決手段】センサ用出力ＩＣ１０は、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするための出力用トランジスタ１１を備える。センサ用出力ＩＣ１０は、センサ用出力ＩＣ１０内の温度が所定値以上になると、出力用トランジスタ１１をオフ状態に維持する温度制限回路１３と、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢを所定値以下に制限する電圧制限回路１５とを備えている。
【解決手段】センサ用出力ＩＣ１０は、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするための出力用トランジスタ１１を備える。センサ用出力ＩＣ１０は、センサ用出力ＩＣ１０内の温度が所定値以上になると、出力用トランジスタ１１をオフ状態に維持する温度制限回路１３と、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢを所定値以下に制限する電圧制限回路１５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣおよびセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、センサからの検出信号に基づき、各種の動作を行う一般的なセンサシステムの概略構成を示している。図示のように、センサシステム１００は、センサ装置１１０に電源１１１および負荷１１２が接続された構成である。電源１１１は、センサ装置１１０の電力供給端子１１３・１１３に接続され、センサ装置１１０に電力を供給する。また、負荷１１２は、電力の供給により、センサ１２０（後述）の検出信号に基づく各種の動作を行うものであり、直列に接続された電源１１１および負荷１１２が、出力端子１１４・１１４に接続される。
【０００３】
なお、図示の例では、電力供給端子１１３および出力端子１１４の−側が共通の接地端子ＧＮＤとなっている。以下では、電力供給端子１１３および出力端子１１４の＋側を、それぞれ電力供給端子Ｖccおよび出力端子ＯＵＴと記述する。
【０００４】
センサ装置１１０は、センサ１２０およびセンサ用出力ＩＣ（Integrated Circuit）１２１を備える構成である。センサ１２０は、物理的または化学的な情報を検出するものであり、例えば近接センサ、光電センサなどが挙げられる。センサ１２０が検出した検出信号が、センサ用出力ＩＣ１２１に入力される。
【０００５】
センサ用出力ＩＣ１２１は、出力端子１２２・１２２がセンサ装置１１０の出力端子ＯＵＴ・ＧＮＤにそれぞれ接続される。センサ用出力ＩＣ１２１は、センサ１２０からの検出信号に基づき、出力端子１２２・１２２間をオン・オフするスイッチング素子１２３を備える。これにより、電源１１１から負荷１１２への電力供給がオン・オフされる。従って、センサ１２０の検出に基づき、負荷１１２の動作を制御することができる。
【０００６】
図６に示すセンサシステム１００において、負荷１１２を短絡させた場合、スイッチング素子１２３は、オン状態になると過大な電流が流れて、故障する虞がある。このため、従来から、センサ装置１１０には、負荷１１２を短絡させてもスイッチング素子１２３を故障から保護する負荷短絡保護機能が設けられている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子１２３に第１の所定期間に連続して所定値以上の過電流が流れていることを検出すると、スイッチング素子１２３を第２の所定期間強制的にオフする短絡保護回路が開示されている。第１および第２の所定期間を経過したか否かを判断するため、同文献ではタイマ回路を利用しており、その他、ロジック回路のクロック周波数を分周したものを利用することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１５６７２１号公報（１９９０年６月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記タイマ回路を利用する場合、容量、抵抗などを有する回路素子をセンサ用出力ＩＣ１２１の外部に設ける必要があるため、センサ装置１１０は、回路規模および製造コストが増大することになる。また、上記ロジック回路を利用する場合、上記ロジック回路をセンサ用出力ＩＣ１２１の内部に設ける必要があるため、センサ用出力ＩＣ１２１の製造プロセスが高価なものに限定され、製造コストが増大することになる。このように、従来の短絡保護回路は、センサ装置１１０のさらなる小型化および低価格化を図る上で問題となっている。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ装置の回路規模および製造コストを従来よりも抑制しつつ、負荷短絡保護機能を実現するセンサ用出力ＩＣなどを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするためのスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣにおいて、上記課題を解決するために、該センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する温度制限回路を備えることを特徴としている。
【００１２】
負荷が短絡されている場合、スイッチング素子は、オン状態になると過大な電流が流れて発熱し、センサ用出力ＩＣ内の温度が上昇する。そこで、本発明では、温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する。これにより、スイッチング素子の発熱が停止するので、スイッチング素子を故障から保護することができる。
【００１３】
ところで、ＩＣに組み込まれるトランジスタなどの半導体素子は温度特性を有するものが多い。従って、温度制限回路は、温度特性を有する半導体素子を利用することにより、上記温度が所定値以上であるか否かを検出することができ、上述の動作を行うことができる。これにより、負荷短絡保護機能を実現するために、センサ用出力ＩＣは、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなるので、回路規模および製造コストを従来よりも抑制することができる。
【００１４】
なお、センサは、センサ用出力ＩＣの外部に設けられてもよいし、センサ用出力ＩＣに組み込まれてもよい。
【００１５】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記スイッチング素子は、駆動用電流が供給されるとオン状態になる一方、上記駆動用電流の供給が停止されるとオフ状態になるものであり、上記検出信号に基づき、上記スイッチング素子に上記駆動用電流を供給するか、或いは上記駆動用電流の供給を停止する駆動回路をさらに備えており、上記温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記駆動回路の動作を停止するように制御してもよい。
【００１６】
この場合、温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、駆動回路の動作を停止する。これにより、検出信号に関係なく、駆動回路からスイッチング素子に駆動用電流が供給されなくなるので、上記スイッチング素子がオフ状態に維持され、上述と同様の効果を奏することができる。
【００１７】
ところで、負荷を短絡させたことにより上記スイッチング素子が故障に至る原因としては、上述のような発熱によるものと、電流集中によるものとが挙げられる。上記発熱による故障は、時間の経過と共に上記スイッチング素子の温度が上昇することにより発生する。一方、上記電流集中による故障は、上記スイッチング素子に流せる電流の最大値を超えることにより瞬時に発生する。
【００１８】
従って、上記スイッチング素子にてオン状態の場合に流れる電流を制限する回路を設けて、上記スイッチング素子を上記電流集中による故障から保護することが望ましい。具体的には、本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記スイッチング素子は、オン状態の場合に流れる電流が、上記スイッチング素子に印加される駆動用電圧によって決まるものであり、上記駆動用電圧を所定値以下に制限する電圧制限回路をさらに備えることが望ましい。
【００１９】
この場合、電圧制限回路が駆動用電圧を制限することにより、オン状態の場合にスイッチング素子に流れる電流を制限することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２０】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記温度制限回路は、検出した温度が上記所定値よりも低い別の所定値になると、上記駆動回路の動作を再開するように制御することが望ましい。この場合、上記温度が上記所定値以下となり、さらに上記別の所定値以下となるまで、上記駆動回路の動作が停止したままとなり、上記スイッチング素子のオフ状態が維持されるので、上記スイッチング素子を十分に冷却することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２１】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記温度制限回路は、上記スイッチング素子に隣接して配置することが望ましい。この場合、温度制限回路が検出する温度は、スイッチング素子の温度に近くなるので、スイッチング素子に過大な電流が流れて発熱してから、上記温度が所定値以上になったことを検出するまでの期間を短縮することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２２】
なお、上記スイッチング素子の例としては、トランジスタが挙げられる。
【００２３】
また、センサと、上記構成のセンサ用出力ＩＣとを備えるセンサ装置であれば、上述と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、温度特性を有する半導体素子を利用して、センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、スイッチング素子をオフ状態に維持することにより、スイッチング素子を故障から保護するので、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなり、回路規模および製造コストを従来よりも抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態であるセンサ用出力ＩＣの概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記センサ用出力ＩＣにおいて、負荷が短絡された場合に出力用トランジスタに流れる電流と、上記センサ用出力ＩＣの温度との時間変化を示すグラフである。
【図３】上記センサ用出力ＩＣにおける出力用トランジスタおよび温度制限回路の位置関係を示す平面図である。
【図４】上記センサ用出力ＩＣの一実施例を示す回路図である。
【図５】上記センサ用出力ＩＣの他の実施例を示す回路図である。
【図６】一般的なセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、センサシステムの概略構成は、図６に示す従来のセンサシステム１００の概略構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００２７】
図１は、本実施形態のセンサ用出力ＩＣ１０の概略構成を示している。図示のように、センサ用出力ＩＣ１０は、出力用トランジスタ（Ｑ１）１１、抵抗（Ｒ１）１２、温度制限回路１３、駆動回路１４、および電圧制限回路１５を備える構成である。
【００２８】
出力用トランジスタ１１は、図６に示すスイッチング素子１２３として機能するものである。図示の例では、出力用トランジスタ１１は、ＮＰＮ型であり、コレクタ端子が出力端子ＯＵＴに接続され、ベース端子が駆動回路１４および電圧制限回路１５に接続され、かつ、エミッタ端子が抵抗１２を介して接地端子ＧＮＤに接続されている。出力用トランジスタ１１は、駆動回路１４からの電気信号により、オン・オフ動作を行う。
【００２９】
温度制限回路１３は、出力用トランジスタ１１付近の温度が第１の所定値以上になると、駆動回路１４の動作を停止するように指示する。さらに、温度制限回路１３は、上記温度が、第１の所定値よりも低い第２の所定値以下になると、駆動回路１４の動作を再開するように指示するヒステリシス機能を有する。
【００３０】
駆動回路１４は、出力用トランジスタ１１をオフ状態からオン状態に駆動するための駆動用電流の供給を、センサ１２０からの検出信号に基づき制御するものである。具体的には、駆動回路１４は、上記検出信号により出力用トランジスタ１１をオン状態にする場合、出力用トランジスタ１１のベース端子に所定の駆動用電流を供給する。一方、駆動回路１４は、上記検出信号により出力用トランジスタ１１をオフ状態にする場合、上記駆動用電流の供給を停止する。
【００３１】
さらに、駆動回路１４は、上記温度制限回路１３からの指示により、動作を停止したり再開したりする。駆動回路１４が動作を停止すると、上記検出信号に関係なく、上記駆動用電流の出力用トランジスタ１１への供給が停止されるので、出力用トランジスタ１１はオフ状態となる。
【００３２】
電圧制限回路１５は、出力用トランジスタ１１のベース端子の電位（ベース電位）ＶＢを所定値以下に制限するものである。出力用トランジスタ１１は、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）が閾値よりも低いとオフ状態となり、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）が閾値以上になるとオン状態となる。オン状態のとき、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢおよび電流Ｉoutは次式を満たす。
ＶＢ＝ＶＢＥ（Ｑ１）＋Ｉout×Ｒ１ ・・・（式１）。
【００３３】
出力用トランジスタ１１は、流れる電流Ｉoutが変化してもベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）がさほど変化しない。これにより、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutは、ベース電位ＶＢ、すなわち、接地端子ＧＮＤと出力用トランジスタ１１のベース端子との間の電圧（駆動用電圧）ＶＢによって決まることになる。
【００３４】
従って、負荷が短絡された場合など、出力用トランジスタ１１に過剰な電流が流れるような状況では、電圧制限回路１５によってベース電位ＶＢを所定値以下に制限することにより、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutを制限することができる。これにより、出力用トランジスタ１１を電流集中による故障から保護することができる。
【００３５】
上記構成のセンサ用出力ＩＣ１０において、負荷が短絡された場合、出力用トランジスタ１１は、オン状態になると過大な電流が流れて発熱し、センサ用出力ＩＣ１０内の温度が上昇する。このとき、温度制限回路１３は、上記温度が所定値以上になると、駆動回路１４の動作を停止する。これにより、検出信号に関係なく、駆動回路１４から出力用トランジスタ１１に駆動用電流が供給されなくなるので、出力用トランジスタ１１がオフ状態に維持される。これにより、出力用トランジスタ１１の発熱が停止するので、出力用トランジスタ１１を故障から保護することができる。
【００３６】
また、温度制限回路１３は、温度特性を有する半導体素子を利用して、上記温度が所定値以上であるか否かを検出することができ、上述の動作を行うことができる。これにより、負荷短絡保護機能を実現するために、センサ用出力ＩＣ１０は、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなるので、回路規模および製造コストを従来よりも抑制することができる。
【００３７】
また、温度制限回路１３は、上述のヒステリシス機能を有するので、出力用トランジスタ１１を十分に冷却することができる。従って、出力用トランジスタ１１を故障から確実に保護することができる。
【００３８】
図２は、上記構成のセンサ用出力ＩＣ１０において、負荷が短絡された場合に出力用トランジスタ１１に流れる電流Ｉoutと、センサ用出力ＩＣ１０の温度との時間変化を示すグラフである。なお、図示の例では、出力用トランジスタ１１がオン状態となるような検出信号がセンサ１２０から入力されているとする。
【００３９】
図２に示すように、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、出力用トランジスタ１１に電流Ｉoutが流れて、センサ用出力ＩＣ１０のチップ温度が上昇する。このとき、電流Ｉoutは、電圧制限回路１５によって制限値に制限される。
【００４０】
そして、上記チップ温度が第１の所定値に達すると、出力用トランジスタ１１がオフ状態となる。これにより、上記チップ温度が徐々に低下する。そして、上記チップ温度が第２の所定値に達すると、駆動回路１４の動作が再開されて、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、上記の動作を繰り返す。
【００４１】
図３は、センサ用出力ＩＣ１０における出力用トランジスタ１１および温度制限回路１３の配置例を示している。図示のように、温度制限回路１３は、出力用トランジスタ１１に隣接して配置されることが望ましい。この場合、温度制限回路１３が検出する温度は、出力用トランジスタ１１の温度に近くなるので、出力用トランジスタ１１に過大な電流が流れて発熱してから、上記温度が所定値以上になったことを検出するまでの期間を短縮することができる。従って、出力用トランジスタ１１を故障から確実に保護することができる。なお、温度制限回路１３では、上記温度の検出に利用される素子（後述のトランジスタＱ２１および抵抗Ｒ２１）を出力用トランジスタ１１に近い側に設けることがさらに望ましい。
【実施例１】
【００４２】
図４は、図１に示すセンサ用出力ＩＣ１０の回路の一例を示している。まず、センサ用出力ＩＣ１０における駆動回路１４の回路例について説明する。図示のように、駆動回路１４は、定電流源ＣＣ１１、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１１・Ｑ１２、および抵抗Ｒ１１を備える構成である。
【００４３】
トランジスタＱ１１は、コレクタ端子が、電力供給線Ｖccに接続され、ベース端子にセンサ１２０からの検出信号が入力され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１１を介して出力用トランジスタ１１のベース端子に接続される。また、トランジスタＱ１２は、コレクタ端子が定電流源ＣＣ１１およびトランジスタＱ１１のベース端子に接続され、ベース端子がトランジスタＱ１１のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続される。
【００４４】
従って、上記検出信号により定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ１１・Ｑ１２に供給されると、トランジスタＱ１１がオン状態となって、出力用トランジスタ１１のベース端子に駆動用電流Ｉ１１が供給される。このとき、Ｉ１１＝ＶＢＥ（Ｑ１２）／Ｒ１１となる。ここで、ＶＢＥ（Ｑ１２）は、トランジスタＱ１２のベース−エミッタ間電圧を意味する。一方、上記検出信号により定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ１１・Ｑ１２に供給されなくなると、トランジスタＱ１１がオフ状態となって、駆動用電流Ｉ１１の供給が停止される。
【００４５】
次に、センサ用出力ＩＣ１０における温度制限回路１３の回路例について説明する。温度制限回路１３は、図４に示すように、定電流源ＣＣ２１・ＣＣ２２・ＣＣ２３・ＣＣ２４、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２１・Ｑ２２・Ｑ２３・Ｑ２４、抵抗Ｒ２１、およびダイオードＤ２１を備える構成である。
【００４６】
図４に示す回路例では、トランジスタＱ２１および抵抗Ｒ２１が、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が所定値以上になったことを検出することになる。本実施例では、トランジスタＱ２１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥが負の温度特性を有し、抵抗Ｒ２１が正の温度特性を有するとする。
【００４７】
定電流源Ｃ２１は、トランジスタＱ２１のベース端子に接続され、定電流源Ｃ２２は、トランジスタＱ２１のコレクタ端子とトランジスタＱ２２・Ｑ２３のベース端子とに接続される。また、定電流源Ｃ２３は、トランジスタＱ２２のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ２１を介してトランジスタＱ２１のベース端子に接続される。
また、定電流源Ｃ２４は、トランジスタＱ２３のコレクタ端子とトランジスタＱ２４のベース端子とに接続される。
【００４８】
トランジスタＱ２１は、ベース端子が抵抗Ｒ２１を介して接地線ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＱ２４は、コレクタ端子が駆動回路１４のトランジスタＱ１１のベース端子に接続される。なお、全てのトランジスタＱ２１〜Ｑ２４は、エミッタ端子が接地線ＧＮＤに接続される。
【００４９】
従って、出力端子ＯＵＴが、電力供給端子Ｖccと短絡され、出力用トランジスタ１１に大電流が流れると、出力用トランジスタ１１が発熱し、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が上昇する。このとき、ＶＢＥ（Ｑ２１）が小さくなり、Ｒ２１が大きくなる。なお、定電流源ＣＣ２１〜ＣＣ２４からの電流は、温度にほとんど依存しないとする。
【００５０】
そして、上記温度が第１の所定値以上になると、トランジスタＱ２１がオン状態となる。すると、定電流源ＣＣ２２からの電流がトランジスタＱ２１の方に流れるので、トランジスタＱ２２・Ｑ２３がオフ状態となる。これにより、定電流源ＣＣ２４からの電流がトランジスタＱ２４の方に流れるので、トランジスタＱ２４がオン状態となる。これにより、駆動回路１４の定電流源ＣＣ１１からの電流が、トランジスタＱ２４の方に流れるので、トランジスタＱ１１がオフ状態となる。その結果、出力用トランジスタ１１は、ベース端子に駆動用電流Ｉ１１が供給されなくなるので、オフ状態となる。
【００５１】
また、トランジスタＱ２２がオフ状態となることにより、定電流源ＣＣ２３からの電流がダイオードＤ２１を介してトランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される。すなわち、トランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される電流が増加することになる。これにより、出力用トランジスタ１１がオフ状態となり、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が低下して第１の所定値以下となっても、上記電流の増加によりトランジスタＱ２１はオン状態を維持する。
【００５２】
そして、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度がさらに低下して第２の所定値以下となると、トランジスタＱ２１がオフ状態となる。すると、定電流源ＣＣ２２からの電流がトランジスタＱ２２・Ｑ２３の方に流れるので、トランジスタＱ２２・Ｑ２３がオン状態となり、これにより、定電流源ＣＣ２４からの電流がトランジスタＱ２３の方に流れるので、トランジスタＱ２４がオフ状態となる。これにより、駆動回路１４は、定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ２４の方に流れなくなるので、上記検出信号に基づく動作を再開する。
【００５３】
また、トランジスタＱ２２がオン状態となることにより、定電流源ＣＣ２３からの電流がトランジスタＱ２２の方へ流れるので、トランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される電流が元に戻る。
【００５４】
上記構成の温度制限回路１３には、Ｉ２１＝ΔＶＢＥ／Ｒ２１で決まる電流源が用いられる。ここで、ΔＶＢＥは、トランジスタの面積により決まるＶＢＥの差電圧を意味する。この電流源は、温度特性が比較的フラットである点と、トランジスタのＶＢＥが負の温度特性であるので温度上昇を検出し易い点とを特徴としているので、本願発明の温度制限回路として望ましい。
【００５５】
次に、センサ用出力ＩＣ１０における電圧制限回路１５の回路例について説明する。図４に示すように、電圧制限回路１５は、定電流源ＣＣ３１、ＮＰＮ型のトランジスタＱ３１・Ｑ３２・Ｑ３４、ＰＮＰ型のトランジスタＱ３３、および抵抗Ｒ３１・Ｒ３２を備える構成である。
【００５６】
トランジスタＱ３１・３２および抵抗Ｒ３１は、出力用トランジスタ１１のベース端子と接地線ＧＮＤとの間に設けられたカレントミラー回路を構成している。また、トランジスタＱ３２のコレクタ端子は、定電流源ＣＣ３１およびトランジスタＱ３３のベース端子に接続される。
【００５７】
また、トランジスタＱ３３は、エミッタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続され、コレクタ端子が、トランジスタＱ３４のベース端子に接続されると共に、抵抗Ｒ３２を介して接地線ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＱ３４は、コレクタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続され、エミッタ端子が接地線ＧＮＤに接続される。
【００５８】
従って、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、出力用トランジスタ１１および抵抗１２に流れる電流が大きくなると、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが大きくなり、トランジスタＱ３１・Ｑ３２に流れる電流が大きくなる。そして、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが所定値以上となった場合、定電流源ＣＣ３１からの電流Ｉ３１以上の電流がトランジスタＱ３２に流れて、トランジスタＱ３３がオン状態となり、トランジスタＱ３４がオン状態となる。これにより、駆動回路１４のトランジスタＱ１１および抵抗Ｒ１１を流れる電流Ｉ１１がトランジスタＱ３４の方へ流れることになる。従って、ベース電位ＶＢが所定値までに制限されるので、該所定値によって決まる電流値に、出力用トランジスタ１１のコレクタ電流Ｉoutを制限することができる。
【００５９】
また、トランジスタＱ３４がオン状態である場合、次式を満たすことになる。
ＶＢＥ（Ｑ３４）＝｛（ＶＢ−ＶＢＥ（Ｑ３１））／Ｒ３１‐Ｉ３１｝×ｈＦＥ（Ｑ３３）×Ｒ３２ ・・・（式２）。
【００６０】
ここで、ｈＦＥは電流増幅率を意味する。ｈＦＥ≒∞とすると、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢは、ＶＢ＝Ｉ３１×Ｒ３１＋ＶＢＥ（Ｑ３１）を満たすことになり、平衡を保つことになる。従って、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが一定に維持されるので、コレクタ電流Ｉoutを一定に維持されることができる。
【実施例２】
【００６１】
図５は、図１に示すセンサ用出力ＩＣ１０の回路の他の例を示している。なお、図５に示す回路例は、図４に示す回路例に比べて、電圧制限回路１５の構成が異なるのみであり、その他の構成は同じである。
【００６２】
上述の実施例では、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutは、上記の式（１）に基づき、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢによって検出しているが、本実施例では、出力用トランジスタ１１のエミッタ端子における電位（エミッタ電位）ＶＥによって検出している。換言すれば、本実施例では、抵抗１２における電圧ＶＥによって、出力用トランジスタ１１から抵抗１２に流れる電流Ｉoutを検出している。なお、上記実施形態および上記実施例で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６３】
図５に示す電圧制限回路１５は、図４に示す電圧制限回路１５に比べて、抵抗Ｒ３１の接続先が変更されている点と、定電流源ＣＣ４１、およびダイオードＤ４１・Ｄ４２が追加されている点とが異なり、その他の構成は同様である。定電流源ＣＣ４１は、ダイオードＤ４１・Ｄ４２を介して出力用トランジスタ１１のエミッタ端子に接続される。そして、ダイオードＤ４１・４２の間の接続点に、抵抗Ｒ３１が接続される。
【００６４】
従って、出力用トランジスタ１１および抵抗１２に流れる電流が大きくなると、出力用トランジスタ１１のエミッタ電位ＶＥが大きくなる。これにより、ダイオードＤ４１・４２の間の接続点における電位Ｖ４１も大きくなり、トランジスタＱ３１・Ｑ３２に流れる電流が大きくなる。そして、出力用トランジスタ１１のエミッタ電位ＶＥが所定値以上となった場合、定電流源ＣＣ３１からの電流Ｉ３１以上の電流がトランジスタＱ３２に流れて、トランジスタＱ３３がオン状態となり、トランジスタＱ３４がオン状態となる。従って、上述の実施例と同様に、ベース電位ＶＢが制限されることになる。
【００６５】
以上のように、電圧制限回路１５の回路構成は種々のものが考えられる。同様に、温度制限回路１３および駆動回路１４の回路構成も種々のものが考えられる。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６７】
例えば、上記実施形態および上記実施例では、センサ１２０は、センサ用出力ＩＣ１０の外部に設けられているが、一体に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、温度特性を有する半導体素子を利用して、センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、スイッチング素子をオフ状態に維持することにより、スイッチング素子を故障から保護するので、近接センサ、光電センサなどの任意のセンサに対して適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ センサ用出力ＩＣ
１１ 出力用トランジスタ（スイッチング素子）
１２ 抵抗
１３ 温度制限回路
１４ 駆動回路
１５ 電圧制限回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣおよびセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、センサからの検出信号に基づき、各種の動作を行う一般的なセンサシステムの概略構成を示している。図示のように、センサシステム１００は、センサ装置１１０に電源１１１および負荷１１２が接続された構成である。電源１１１は、センサ装置１１０の電力供給端子１１３・１１３に接続され、センサ装置１１０に電力を供給する。また、負荷１１２は、電力の供給により、センサ１２０（後述）の検出信号に基づく各種の動作を行うものであり、直列に接続された電源１１１および負荷１１２が、出力端子１１４・１１４に接続される。
【０００３】
なお、図示の例では、電力供給端子１１３および出力端子１１４の−側が共通の接地端子ＧＮＤとなっている。以下では、電力供給端子１１３および出力端子１１４の＋側を、それぞれ電力供給端子Ｖccおよび出力端子ＯＵＴと記述する。
【０００４】
センサ装置１１０は、センサ１２０およびセンサ用出力ＩＣ（Integrated Circuit）１２１を備える構成である。センサ１２０は、物理的または化学的な情報を検出するものであり、例えば近接センサ、光電センサなどが挙げられる。センサ１２０が検出した検出信号が、センサ用出力ＩＣ１２１に入力される。
【０００５】
センサ用出力ＩＣ１２１は、出力端子１２２・１２２がセンサ装置１１０の出力端子ＯＵＴ・ＧＮＤにそれぞれ接続される。センサ用出力ＩＣ１２１は、センサ１２０からの検出信号に基づき、出力端子１２２・１２２間をオン・オフするスイッチング素子１２３を備える。これにより、電源１１１から負荷１１２への電力供給がオン・オフされる。従って、センサ１２０の検出に基づき、負荷１１２の動作を制御することができる。
【０００６】
図６に示すセンサシステム１００において、負荷１１２を短絡させた場合、スイッチング素子１２３は、オン状態になると過大な電流が流れて、故障する虞がある。このため、従来から、センサ装置１１０には、負荷１１２を短絡させてもスイッチング素子１２３を故障から保護する負荷短絡保護機能が設けられている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子１２３に第１の所定期間に連続して所定値以上の過電流が流れていることを検出すると、スイッチング素子１２３を第２の所定期間強制的にオフする短絡保護回路が開示されている。第１および第２の所定期間を経過したか否かを判断するため、同文献ではタイマ回路を利用しており、その他、ロジック回路のクロック周波数を分周したものを利用することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１５６７２１号公報（１９９０年６月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記タイマ回路を利用する場合、容量、抵抗などを有する回路素子をセンサ用出力ＩＣ１２１の外部に設ける必要があるため、センサ装置１１０は、回路規模および製造コストが増大することになる。また、上記ロジック回路を利用する場合、上記ロジック回路をセンサ用出力ＩＣ１２１の内部に設ける必要があるため、センサ用出力ＩＣ１２１の製造プロセスが高価なものに限定され、製造コストが増大することになる。このように、従来の短絡保護回路は、センサ装置１１０のさらなる小型化および低価格化を図る上で問題となっている。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ装置の回路規模および製造コストを従来よりも抑制しつつ、負荷短絡保護機能を実現するセンサ用出力ＩＣなどを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするためのスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣにおいて、上記課題を解決するために、該センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する温度制限回路を備えることを特徴としている。
【００１２】
負荷が短絡されている場合、スイッチング素子は、オン状態になると過大な電流が流れて発熱し、センサ用出力ＩＣ内の温度が上昇する。そこで、本発明では、温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する。これにより、スイッチング素子の発熱が停止するので、スイッチング素子を故障から保護することができる。
【００１３】
ところで、ＩＣに組み込まれるトランジスタなどの半導体素子は温度特性を有するものが多い。従って、温度制限回路は、温度特性を有する半導体素子を利用することにより、上記温度が所定値以上であるか否かを検出することができ、上述の動作を行うことができる。これにより、負荷短絡保護機能を実現するために、センサ用出力ＩＣは、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなるので、回路規模および製造コストを従来よりも抑制することができる。
【００１４】
なお、センサは、センサ用出力ＩＣの外部に設けられてもよいし、センサ用出力ＩＣに組み込まれてもよい。
【００１５】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記スイッチング素子は、駆動用電流が供給されるとオン状態になる一方、上記駆動用電流の供給が停止されるとオフ状態になるものであり、上記検出信号に基づき、上記スイッチング素子に上記駆動用電流を供給するか、或いは上記駆動用電流の供給を停止する駆動回路をさらに備えており、上記温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記駆動回路の動作を停止するように制御してもよい。
【００１６】
この場合、温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、駆動回路の動作を停止する。これにより、検出信号に関係なく、駆動回路からスイッチング素子に駆動用電流が供給されなくなるので、上記スイッチング素子がオフ状態に維持され、上述と同様の効果を奏することができる。
【００１７】
ところで、負荷を短絡させたことにより上記スイッチング素子が故障に至る原因としては、上述のような発熱によるものと、電流集中によるものとが挙げられる。上記発熱による故障は、時間の経過と共に上記スイッチング素子の温度が上昇することにより発生する。一方、上記電流集中による故障は、上記スイッチング素子に流せる電流の最大値を超えることにより瞬時に発生する。
【００１８】
従って、上記スイッチング素子にてオン状態の場合に流れる電流を制限する回路を設けて、上記スイッチング素子を上記電流集中による故障から保護することが望ましい。具体的には、本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記スイッチング素子は、オン状態の場合に流れる電流が、上記スイッチング素子に印加される駆動用電圧によって決まるものであり、上記駆動用電圧を所定値以下に制限する電圧制限回路をさらに備えることが望ましい。
【００１９】
この場合、電圧制限回路が駆動用電圧を制限することにより、オン状態の場合にスイッチング素子に流れる電流を制限することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２０】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記温度制限回路は、検出した温度が上記所定値よりも低い別の所定値になると、上記駆動回路の動作を再開するように制御することが望ましい。この場合、上記温度が上記所定値以下となり、さらに上記別の所定値以下となるまで、上記駆動回路の動作が停止したままとなり、上記スイッチング素子のオフ状態が維持されるので、上記スイッチング素子を十分に冷却することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２１】
本発明に係るセンサ用出力ＩＣでは、上記温度制限回路は、上記スイッチング素子に隣接して配置することが望ましい。この場合、温度制限回路が検出する温度は、スイッチング素子の温度に近くなるので、スイッチング素子に過大な電流が流れて発熱してから、上記温度が所定値以上になったことを検出するまでの期間を短縮することができる。従って、上記スイッチング素子を故障から確実に保護することができる。
【００２２】
なお、上記スイッチング素子の例としては、トランジスタが挙げられる。
【００２３】
また、センサと、上記構成のセンサ用出力ＩＣとを備えるセンサ装置であれば、上述と同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、温度特性を有する半導体素子を利用して、センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、スイッチング素子をオフ状態に維持することにより、スイッチング素子を故障から保護するので、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなり、回路規模および製造コストを従来よりも抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態であるセンサ用出力ＩＣの概略構成を示すブロック図である。
【図２】上記センサ用出力ＩＣにおいて、負荷が短絡された場合に出力用トランジスタに流れる電流と、上記センサ用出力ＩＣの温度との時間変化を示すグラフである。
【図３】上記センサ用出力ＩＣにおける出力用トランジスタおよび温度制限回路の位置関係を示す平面図である。
【図４】上記センサ用出力ＩＣの一実施例を示す回路図である。
【図５】上記センサ用出力ＩＣの他の実施例を示す回路図である。
【図６】一般的なセンサシステムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、センサシステムの概略構成は、図６に示す従来のセンサシステム１００の概略構成と同様であるので、その説明を省略する。
【００２７】
図１は、本実施形態のセンサ用出力ＩＣ１０の概略構成を示している。図示のように、センサ用出力ＩＣ１０は、出力用トランジスタ（Ｑ１）１１、抵抗（Ｒ１）１２、温度制限回路１３、駆動回路１４、および電圧制限回路１５を備える構成である。
【００２８】
出力用トランジスタ１１は、図６に示すスイッチング素子１２３として機能するものである。図示の例では、出力用トランジスタ１１は、ＮＰＮ型であり、コレクタ端子が出力端子ＯＵＴに接続され、ベース端子が駆動回路１４および電圧制限回路１５に接続され、かつ、エミッタ端子が抵抗１２を介して接地端子ＧＮＤに接続されている。出力用トランジスタ１１は、駆動回路１４からの電気信号により、オン・オフ動作を行う。
【００２９】
温度制限回路１３は、出力用トランジスタ１１付近の温度が第１の所定値以上になると、駆動回路１４の動作を停止するように指示する。さらに、温度制限回路１３は、上記温度が、第１の所定値よりも低い第２の所定値以下になると、駆動回路１４の動作を再開するように指示するヒステリシス機能を有する。
【００３０】
駆動回路１４は、出力用トランジスタ１１をオフ状態からオン状態に駆動するための駆動用電流の供給を、センサ１２０からの検出信号に基づき制御するものである。具体的には、駆動回路１４は、上記検出信号により出力用トランジスタ１１をオン状態にする場合、出力用トランジスタ１１のベース端子に所定の駆動用電流を供給する。一方、駆動回路１４は、上記検出信号により出力用トランジスタ１１をオフ状態にする場合、上記駆動用電流の供給を停止する。
【００３１】
さらに、駆動回路１４は、上記温度制限回路１３からの指示により、動作を停止したり再開したりする。駆動回路１４が動作を停止すると、上記検出信号に関係なく、上記駆動用電流の出力用トランジスタ１１への供給が停止されるので、出力用トランジスタ１１はオフ状態となる。
【００３２】
電圧制限回路１５は、出力用トランジスタ１１のベース端子の電位（ベース電位）ＶＢを所定値以下に制限するものである。出力用トランジスタ１１は、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）が閾値よりも低いとオフ状態となり、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）が閾値以上になるとオン状態となる。オン状態のとき、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢおよび電流Ｉoutは次式を満たす。
ＶＢ＝ＶＢＥ（Ｑ１）＋Ｉout×Ｒ１ ・・・（式１）。
【００３３】
出力用トランジスタ１１は、流れる電流Ｉoutが変化してもベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ１）がさほど変化しない。これにより、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutは、ベース電位ＶＢ、すなわち、接地端子ＧＮＤと出力用トランジスタ１１のベース端子との間の電圧（駆動用電圧）ＶＢによって決まることになる。
【００３４】
従って、負荷が短絡された場合など、出力用トランジスタ１１に過剰な電流が流れるような状況では、電圧制限回路１５によってベース電位ＶＢを所定値以下に制限することにより、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutを制限することができる。これにより、出力用トランジスタ１１を電流集中による故障から保護することができる。
【００３５】
上記構成のセンサ用出力ＩＣ１０において、負荷が短絡された場合、出力用トランジスタ１１は、オン状態になると過大な電流が流れて発熱し、センサ用出力ＩＣ１０内の温度が上昇する。このとき、温度制限回路１３は、上記温度が所定値以上になると、駆動回路１４の動作を停止する。これにより、検出信号に関係なく、駆動回路１４から出力用トランジスタ１１に駆動用電流が供給されなくなるので、出力用トランジスタ１１がオフ状態に維持される。これにより、出力用トランジスタ１１の発熱が停止するので、出力用トランジスタ１１を故障から保護することができる。
【００３６】
また、温度制限回路１３は、温度特性を有する半導体素子を利用して、上記温度が所定値以上であるか否かを検出することができ、上述の動作を行うことができる。これにより、負荷短絡保護機能を実現するために、センサ用出力ＩＣ１０は、外部に部品を接続したり、内部にロジック回路を設けたりする必要が無くなるので、回路規模および製造コストを従来よりも抑制することができる。
【００３７】
また、温度制限回路１３は、上述のヒステリシス機能を有するので、出力用トランジスタ１１を十分に冷却することができる。従って、出力用トランジスタ１１を故障から確実に保護することができる。
【００３８】
図２は、上記構成のセンサ用出力ＩＣ１０において、負荷が短絡された場合に出力用トランジスタ１１に流れる電流Ｉoutと、センサ用出力ＩＣ１０の温度との時間変化を示すグラフである。なお、図示の例では、出力用トランジスタ１１がオン状態となるような検出信号がセンサ１２０から入力されているとする。
【００３９】
図２に示すように、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、出力用トランジスタ１１に電流Ｉoutが流れて、センサ用出力ＩＣ１０のチップ温度が上昇する。このとき、電流Ｉoutは、電圧制限回路１５によって制限値に制限される。
【００４０】
そして、上記チップ温度が第１の所定値に達すると、出力用トランジスタ１１がオフ状態となる。これにより、上記チップ温度が徐々に低下する。そして、上記チップ温度が第２の所定値に達すると、駆動回路１４の動作が再開されて、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、上記の動作を繰り返す。
【００４１】
図３は、センサ用出力ＩＣ１０における出力用トランジスタ１１および温度制限回路１３の配置例を示している。図示のように、温度制限回路１３は、出力用トランジスタ１１に隣接して配置されることが望ましい。この場合、温度制限回路１３が検出する温度は、出力用トランジスタ１１の温度に近くなるので、出力用トランジスタ１１に過大な電流が流れて発熱してから、上記温度が所定値以上になったことを検出するまでの期間を短縮することができる。従って、出力用トランジスタ１１を故障から確実に保護することができる。なお、温度制限回路１３では、上記温度の検出に利用される素子（後述のトランジスタＱ２１および抵抗Ｒ２１）を出力用トランジスタ１１に近い側に設けることがさらに望ましい。
【実施例１】
【００４２】
図４は、図１に示すセンサ用出力ＩＣ１０の回路の一例を示している。まず、センサ用出力ＩＣ１０における駆動回路１４の回路例について説明する。図示のように、駆動回路１４は、定電流源ＣＣ１１、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１１・Ｑ１２、および抵抗Ｒ１１を備える構成である。
【００４３】
トランジスタＱ１１は、コレクタ端子が、電力供給線Ｖccに接続され、ベース端子にセンサ１２０からの検出信号が入力され、エミッタ端子が抵抗Ｒ１１を介して出力用トランジスタ１１のベース端子に接続される。また、トランジスタＱ１２は、コレクタ端子が定電流源ＣＣ１１およびトランジスタＱ１１のベース端子に接続され、ベース端子がトランジスタＱ１１のエミッタ端子に接続され、エミッタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続される。
【００４４】
従って、上記検出信号により定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ１１・Ｑ１２に供給されると、トランジスタＱ１１がオン状態となって、出力用トランジスタ１１のベース端子に駆動用電流Ｉ１１が供給される。このとき、Ｉ１１＝ＶＢＥ（Ｑ１２）／Ｒ１１となる。ここで、ＶＢＥ（Ｑ１２）は、トランジスタＱ１２のベース−エミッタ間電圧を意味する。一方、上記検出信号により定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ１１・Ｑ１２に供給されなくなると、トランジスタＱ１１がオフ状態となって、駆動用電流Ｉ１１の供給が停止される。
【００４５】
次に、センサ用出力ＩＣ１０における温度制限回路１３の回路例について説明する。温度制限回路１３は、図４に示すように、定電流源ＣＣ２１・ＣＣ２２・ＣＣ２３・ＣＣ２４、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２１・Ｑ２２・Ｑ２３・Ｑ２４、抵抗Ｒ２１、およびダイオードＤ２１を備える構成である。
【００４６】
図４に示す回路例では、トランジスタＱ２１および抵抗Ｒ２１が、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が所定値以上になったことを検出することになる。本実施例では、トランジスタＱ２１のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥが負の温度特性を有し、抵抗Ｒ２１が正の温度特性を有するとする。
【００４７】
定電流源Ｃ２１は、トランジスタＱ２１のベース端子に接続され、定電流源Ｃ２２は、トランジスタＱ２１のコレクタ端子とトランジスタＱ２２・Ｑ２３のベース端子とに接続される。また、定電流源Ｃ２３は、トランジスタＱ２２のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ２１を介してトランジスタＱ２１のベース端子に接続される。
また、定電流源Ｃ２４は、トランジスタＱ２３のコレクタ端子とトランジスタＱ２４のベース端子とに接続される。
【００４８】
トランジスタＱ２１は、ベース端子が抵抗Ｒ２１を介して接地線ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＱ２４は、コレクタ端子が駆動回路１４のトランジスタＱ１１のベース端子に接続される。なお、全てのトランジスタＱ２１〜Ｑ２４は、エミッタ端子が接地線ＧＮＤに接続される。
【００４９】
従って、出力端子ＯＵＴが、電力供給端子Ｖccと短絡され、出力用トランジスタ１１に大電流が流れると、出力用トランジスタ１１が発熱し、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が上昇する。このとき、ＶＢＥ（Ｑ２１）が小さくなり、Ｒ２１が大きくなる。なお、定電流源ＣＣ２１〜ＣＣ２４からの電流は、温度にほとんど依存しないとする。
【００５０】
そして、上記温度が第１の所定値以上になると、トランジスタＱ２１がオン状態となる。すると、定電流源ＣＣ２２からの電流がトランジスタＱ２１の方に流れるので、トランジスタＱ２２・Ｑ２３がオフ状態となる。これにより、定電流源ＣＣ２４からの電流がトランジスタＱ２４の方に流れるので、トランジスタＱ２４がオン状態となる。これにより、駆動回路１４の定電流源ＣＣ１１からの電流が、トランジスタＱ２４の方に流れるので、トランジスタＱ１１がオフ状態となる。その結果、出力用トランジスタ１１は、ベース端子に駆動用電流Ｉ１１が供給されなくなるので、オフ状態となる。
【００５１】
また、トランジスタＱ２２がオフ状態となることにより、定電流源ＣＣ２３からの電流がダイオードＤ２１を介してトランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される。すなわち、トランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される電流が増加することになる。これにより、出力用トランジスタ１１がオフ状態となり、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度が低下して第１の所定値以下となっても、上記電流の増加によりトランジスタＱ２１はオン状態を維持する。
【００５２】
そして、センサ用出力ＩＣ１２１内の温度がさらに低下して第２の所定値以下となると、トランジスタＱ２１がオフ状態となる。すると、定電流源ＣＣ２２からの電流がトランジスタＱ２２・Ｑ２３の方に流れるので、トランジスタＱ２２・Ｑ２３がオン状態となり、これにより、定電流源ＣＣ２４からの電流がトランジスタＱ２３の方に流れるので、トランジスタＱ２４がオフ状態となる。これにより、駆動回路１４は、定電流源ＣＣ１１からの電流がトランジスタＱ２４の方に流れなくなるので、上記検出信号に基づく動作を再開する。
【００５３】
また、トランジスタＱ２２がオン状態となることにより、定電流源ＣＣ２３からの電流がトランジスタＱ２２の方へ流れるので、トランジスタＱ２１のベース端子および抵抗Ｒ２１に供給される電流が元に戻る。
【００５４】
上記構成の温度制限回路１３には、Ｉ２１＝ΔＶＢＥ／Ｒ２１で決まる電流源が用いられる。ここで、ΔＶＢＥは、トランジスタの面積により決まるＶＢＥの差電圧を意味する。この電流源は、温度特性が比較的フラットである点と、トランジスタのＶＢＥが負の温度特性であるので温度上昇を検出し易い点とを特徴としているので、本願発明の温度制限回路として望ましい。
【００５５】
次に、センサ用出力ＩＣ１０における電圧制限回路１５の回路例について説明する。図４に示すように、電圧制限回路１５は、定電流源ＣＣ３１、ＮＰＮ型のトランジスタＱ３１・Ｑ３２・Ｑ３４、ＰＮＰ型のトランジスタＱ３３、および抵抗Ｒ３１・Ｒ３２を備える構成である。
【００５６】
トランジスタＱ３１・３２および抵抗Ｒ３１は、出力用トランジスタ１１のベース端子と接地線ＧＮＤとの間に設けられたカレントミラー回路を構成している。また、トランジスタＱ３２のコレクタ端子は、定電流源ＣＣ３１およびトランジスタＱ３３のベース端子に接続される。
【００５７】
また、トランジスタＱ３３は、エミッタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続され、コレクタ端子が、トランジスタＱ３４のベース端子に接続されると共に、抵抗Ｒ３２を介して接地線ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＱ３４は、コレクタ端子が出力用トランジスタ１１のベース端子に接続され、エミッタ端子が接地線ＧＮＤに接続される。
【００５８】
従って、出力用トランジスタ１１がオン状態となり、出力用トランジスタ１１および抵抗１２に流れる電流が大きくなると、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが大きくなり、トランジスタＱ３１・Ｑ３２に流れる電流が大きくなる。そして、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが所定値以上となった場合、定電流源ＣＣ３１からの電流Ｉ３１以上の電流がトランジスタＱ３２に流れて、トランジスタＱ３３がオン状態となり、トランジスタＱ３４がオン状態となる。これにより、駆動回路１４のトランジスタＱ１１および抵抗Ｒ１１を流れる電流Ｉ１１がトランジスタＱ３４の方へ流れることになる。従って、ベース電位ＶＢが所定値までに制限されるので、該所定値によって決まる電流値に、出力用トランジスタ１１のコレクタ電流Ｉoutを制限することができる。
【００５９】
また、トランジスタＱ３４がオン状態である場合、次式を満たすことになる。
ＶＢＥ（Ｑ３４）＝｛（ＶＢ−ＶＢＥ（Ｑ３１））／Ｒ３１‐Ｉ３１｝×ｈＦＥ（Ｑ３３）×Ｒ３２ ・・・（式２）。
【００６０】
ここで、ｈＦＥは電流増幅率を意味する。ｈＦＥ≒∞とすると、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢは、ＶＢ＝Ｉ３１×Ｒ３１＋ＶＢＥ（Ｑ３１）を満たすことになり、平衡を保つことになる。従って、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢが一定に維持されるので、コレクタ電流Ｉoutを一定に維持されることができる。
【実施例２】
【００６１】
図５は、図１に示すセンサ用出力ＩＣ１０の回路の他の例を示している。なお、図５に示す回路例は、図４に示す回路例に比べて、電圧制限回路１５の構成が異なるのみであり、その他の構成は同じである。
【００６２】
上述の実施例では、出力用トランジスタ１１を流れる電流Ｉoutは、上記の式（１）に基づき、出力用トランジスタ１１のベース電位ＶＢによって検出しているが、本実施例では、出力用トランジスタ１１のエミッタ端子における電位（エミッタ電位）ＶＥによって検出している。換言すれば、本実施例では、抵抗１２における電圧ＶＥによって、出力用トランジスタ１１から抵抗１２に流れる電流Ｉoutを検出している。なお、上記実施形態および上記実施例で説明した構成と同様の機能を有する構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００６３】
図５に示す電圧制限回路１５は、図４に示す電圧制限回路１５に比べて、抵抗Ｒ３１の接続先が変更されている点と、定電流源ＣＣ４１、およびダイオードＤ４１・Ｄ４２が追加されている点とが異なり、その他の構成は同様である。定電流源ＣＣ４１は、ダイオードＤ４１・Ｄ４２を介して出力用トランジスタ１１のエミッタ端子に接続される。そして、ダイオードＤ４１・４２の間の接続点に、抵抗Ｒ３１が接続される。
【００６４】
従って、出力用トランジスタ１１および抵抗１２に流れる電流が大きくなると、出力用トランジスタ１１のエミッタ電位ＶＥが大きくなる。これにより、ダイオードＤ４１・４２の間の接続点における電位Ｖ４１も大きくなり、トランジスタＱ３１・Ｑ３２に流れる電流が大きくなる。そして、出力用トランジスタ１１のエミッタ電位ＶＥが所定値以上となった場合、定電流源ＣＣ３１からの電流Ｉ３１以上の電流がトランジスタＱ３２に流れて、トランジスタＱ３３がオン状態となり、トランジスタＱ３４がオン状態となる。従って、上述の実施例と同様に、ベース電位ＶＢが制限されることになる。
【００６５】
以上のように、電圧制限回路１５の回路構成は種々のものが考えられる。同様に、温度制限回路１３および駆動回路１４の回路構成も種々のものが考えられる。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６７】
例えば、上記実施形態および上記実施例では、センサ１２０は、センサ用出力ＩＣ１０の外部に設けられているが、一体に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係るセンサ用出力ＩＣは、温度特性を有する半導体素子を利用して、センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、スイッチング素子をオフ状態に維持することにより、スイッチング素子を故障から保護するので、近接センサ、光電センサなどの任意のセンサに対して適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ センサ用出力ＩＣ
１１ 出力用トランジスタ（スイッチング素子）
１２ 抵抗
１３ 温度制限回路
１４ 駆動回路
１５ 電圧制限回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするためのスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣにおいて、
該センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する温度制限回路を備えることを特徴とするセンサ用出力ＩＣ。
【請求項２】
上記スイッチング素子は、駆動用電流が供給されるとオン状態になる一方、上記駆動用電流の供給が停止されるとオフ状態になるものであり、
上記検出信号に基づき、上記スイッチング素子に上記駆動用電流を供給するか、或いは上記駆動用電流の供給を停止する駆動回路をさらに備えており、
上記温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記駆動回路の動作を停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項３】
上記スイッチング素子は、オン状態の場合に流れる電流が、上記スイッチング素子に印加される駆動用電圧によって決まるものであり、
上記駆動用電圧を所定値以下に制限する電圧制限回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項４】
上記温度制限回路は、検出した温度が上記所定値よりも低い別の所定値になると、上記駆動回路の動作を再開するように制御することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項５】
上記温度制限回路は、上記スイッチング素子に隣接して配置することを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項６】
上記スイッチング素子はトランジスタであることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項７】
センサと、請求項１から６までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣとを備えるセンサ装置。
【請求項１】
センサからの検出信号に基づき、出力端子間をオン・オフするためのスイッチング素子を備えるセンサ用出力ＩＣにおいて、
該センサ用出力ＩＣ内の温度が所定値以上になると、上記スイッチング素子をオフ状態に維持する温度制限回路を備えることを特徴とするセンサ用出力ＩＣ。
【請求項２】
上記スイッチング素子は、駆動用電流が供給されるとオン状態になる一方、上記駆動用電流の供給が停止されるとオフ状態になるものであり、
上記検出信号に基づき、上記スイッチング素子に上記駆動用電流を供給するか、或いは上記駆動用電流の供給を停止する駆動回路をさらに備えており、
上記温度制限回路は、上記温度が所定値以上になると、上記駆動回路の動作を停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項３】
上記スイッチング素子は、オン状態の場合に流れる電流が、上記スイッチング素子に印加される駆動用電圧によって決まるものであり、
上記駆動用電圧を所定値以下に制限する電圧制限回路をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項４】
上記温度制限回路は、検出した温度が上記所定値よりも低い別の所定値になると、上記駆動回路の動作を再開するように制御することを特徴とする請求項２または３に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項５】
上記温度制限回路は、上記スイッチング素子に隣接して配置することを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項６】
上記スイッチング素子はトランジスタであることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣ。
【請求項７】
センサと、請求項１から６までの何れか１項に記載のセンサ用出力ＩＣとを備えるセンサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１９３１５８（Ｐ２０１１−１９３１５８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５６６２８（Ｐ２０１０−５６６２８）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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