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]

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（I_OUT）は出力負荷（R_L）によってV_CLAMP/R_Lに制限される（図4）。電源（V_DDとV_SS）がオフの場合には、I_OUT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（V_D）がゲート電圧（V_G）からしきい値電圧を差し引いた値（V_G−V_TN）を超えると飽和状態に達する。このときのソース電圧（V_S）はV_G−V_TNに等しくなる。この状態では、故障状態で発生する電流（I_OUT）の大きさは出力負荷（R_L）の値で決まり、V_CLAMP/R_L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

【アナログ機能回路】：フィルター回路や発振回路、センサー回路など

【パワー関連と電源】：ノイズの低減手法、保護回路など

【ディスプレイとドライバー】：LEDの制御、活用法など

【計測とテスト】：簡易テスターの設計例、旧式の計測装置の有効な活用法など

【信号源とパルス処理】：その他のユニークな回路

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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。