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» 2018年04月02日 11時00分 公開

故障保護機能を搭載したデータ収集システムDesign Ideas 計測とテスト(2/2 ページ)

[Catherine Redmond(Analog Devices),EDN Japan]
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複数のセンサーでチャンネル保護を必要とする場合にも

 保護ICに搭載された回路は、双方向の故障保護および過電圧保護機能を提供する。従って、入力と出力を入れ替えて使うことも可能である。図3は正の過電圧が発生したときの保護回路各点の電圧とMOSFETの飽和状態を表す。

図3:過電圧発生時の回路状態 (クリックで拡大)
正の過電圧(20V)が発生したときの、チャンネル保護回路各点における電圧値とMOSFETの飽和状態を示した。クランプ電圧は13.5Vである。

 故障状態で発生する電流(IOUT)は出力負荷(RL)によってVCLAMP/RLに制限される(図4)。電源(VDDとVSS)がオフの場合には、IOUTの値はナノアンペア(nA)のオーダーに抑えられる。図5は、保護回路を3チャンネル内蔵した保護IC「ADG466」を使って、感度の高い計装用アンプの入力をセンサー故障から保護する回路である。

図4:出力負荷によって電流が制限される (クリックで拡大)
初段のnチャンネルMOSFETは、ドレイン電圧(VD)がゲート電圧(VG)からしきい値電圧を差し引いた値(VG−VTN)を超えると飽和状態に達する。このときのソース電圧(VS)はVG−VTNに等しくなる。この状態では、故障状態で発生する電流(IOUT)の大きさは出力負荷(RL)の値で決まり、VCLAMP/RLになる。
図5:計装アンプを保護する (クリックで拡大)
保護回路を3チャンネル内蔵したICを使って、高感度の計装用アンプ入力をセンサー故障から保護する。

 複数のセンサーを使ったシステムでチャンネル保護を必要とする場合は、故障保護を備えた4対1チャンネルアナログマルチプレクサーIC「ADG439F」が利用可能である(図6)。このICに集積されたマルチプレクサーは、nチャンネルMOSFETとpチャンネルMOSFET、nチャンネルMOSFETを直列に接続した入出力インタフェースを備える。故障状態が発生すると、このインタフェースが開放状態になり、出力回路と同様にセンサーや計装アンプを保護する。

図6:保護機能付きマルチプレクサーを利用する (クリックで拡大)
複数のセンサーを使ったシステムのチャンネルを保護する場合は、故障保護機能を備えたマルチプレクサーICを使う。

Design Ideas〜回路設計アイデア集

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※本記事は、2008年7月29日にEDN Japan臨時増刊として発刊した「珠玉の電気回路200選」に掲載されたものです。著者の所属や社名、部品の品番などは掲載当時の情報ですので、あらかじめご了承ください。
「珠玉の電気回路200選」:EDN Japanの回路アイデア寄稿コラム「Design Ideas」を1冊にまとめたもの。2001〜2008年に掲載された記事から200本を厳選し、5つのカテゴリーに分けて収録した。

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