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JP2007189513A - Clamp circuit and test signal generator - Google Patents

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JP2007189513A JP2006006060A JP2006006060A JP2007189513A JP 2007189513 A JP2007189513 A JP 2007189513A JP 2006006060 A JP2006006060 A JP 2006006060A JP 2006006060 A JP2006006060 A JP 2006006060A JP 2007189513 A JP2007189513 A JP 2007189513A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein a clamp voltage is fluctuated due to dynamic resistance to generate a bump on a clamped waveform at a clamp circuit using a Zener diode, and a pulse width is shortened or a feedback loop performance becomes unstable at a clamp circuit of a conventional feedback system due to delay for turning off a surge absorption semiconductor device, thereby, to provide a clamp circuit and a test signal generator capable of generating a flat and accurate load dumping surge test voltage with proper repeatability. <P>SOLUTION: An output of a window comparator with a first reference voltage and a second reference voltage inputted thereinto is adopted as a loop performance reference voltage for a feedback loop circuit. A detected voltage of a load dumping surge waveform is feedback controlled into a voltage width range specified by the two reference voltages, and a flat clamped waveform is acquired. Since the loop performance reference voltage is maintained at substantially constant, loop performance becomes stable at wide range of surge voltage and surge absorption current. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、クランプ回路および試験信号を発生する装置に関する。より詳細には、車載電子機器等の試験信号発生装置に使用されるクランプ回路に関する。   The present invention relates to a clamp circuit and an apparatus for generating a test signal. More specifically, the present invention relates to a clamp circuit used in a test signal generator such as an in-vehicle electronic device.

車載バッテリから電源電圧を入力し動作する車載電子機器においては、走行中に何らかの理由により車載バッテリの電源端子が離れたりすると、サージが発生する。このサージは、ロードダンプサージとも呼ばれる。車載電子機器は、このロードダンプサージに対して所定の耐性を備えている必要がある。車載電子機器の信頼性を評価するために、ロードダンプサージに対する耐性を試験する場合には、規定の試験信号を被試験機器に印加する必要がある。   In a vehicle-mounted electronic device that operates by inputting a power supply voltage from a vehicle-mounted battery, a surge occurs when the power-source terminal of the vehicle-mounted battery is separated for some reason during traveling. This surge is also called a load dump surge. The in-vehicle electronic device needs to have a predetermined resistance against the load dump surge. In order to evaluate the reliability of the in-vehicle electronic device, when testing the resistance against the load dump surge, it is necessary to apply a prescribed test signal to the device under test.

図2は、国際規格によって規定された試験信号波形の例を示す図である。図2aおよび図2bは、それぞれISO(非特許文献1)によって規定されているTest Pulse 5aとtest Pulse 5bである。本明細書では以後、簡単のためテストパルス5a、テストパルス5bと呼ぶ。これらの試験信号は周知のものでありここで詳細は述べない。テストパルス5bは、テストパルス5aを所定の閾値(クランプ電圧)レベルによってクランプしたものとなっている。また、図2a、図2bにおいて、tdはパルスの持続時間を表しており、波尾長とも呼ばれる。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a test signal waveform defined by an international standard. 2a and 2b are Test Pulse 5a and Test Pulse 5b defined by ISO (Non-Patent Document 1), respectively. In the present specification, for the sake of simplicity, they are referred to as a test pulse 5a and a test pulse 5b. These test signals are well known and will not be described in detail here. The test pulse 5b is obtained by clamping the test pulse 5a with a predetermined threshold (clamp voltage) level. In FIG. 2a and FIG. 2b, td represents the duration of the pulse and is also called the wave tail length.

信頼性試験は、本来的に被試験機器に大きなストレスを加えるものであるため、一回だけ行われることが多い。ロードダンプサージを模擬して被試験機器に印加される上述のような試験信号は、規定された波形に忠実なものを発生させる必要がある。すなわち、試験信号波形における最大電圧値や持続時間(波尾長td)を、再現性よく安定して発生させることが求められている。   Since the reliability test inherently applies a great stress to the device under test, the reliability test is often performed only once. The above test signal applied to the device under test by simulating a load dump surge needs to generate a signal faithful to a prescribed waveform. That is, it is required to stably generate the maximum voltage value and duration (wave tail length td) in the test signal waveform with good reproducibility.

テストパルス5a、テストパルス5bの試験信号波形を発生させる具体的な方法についても、ISO国際規格に例示されており、従来、コンデンサ充放電方式、クランプ回路のような構成が知られている。   A specific method for generating the test signal waveforms of the test pulse 5a and the test pulse 5b is also exemplified in the ISO international standard, and conventionally a configuration such as a capacitor charge / discharge system and a clamp circuit is known.

図3は、コンデンサの充放電を利用したロードダンプサージ発生回路の構成を示す図である。本回路により、テストパルス5aを発生させることができる。高電圧源21から充電抵抗22を介してコンデンサ26に充電された電荷を、スイッチ28を閉じることによって放電し、抵抗25の両端にテストパルス5aを発生することができる。抵抗23、抵抗25によりパルス幅を調整することができ、また、インダクタ29によってパルス立ち上がり時間を調整することができる(非特許文献2を参照)。高電圧源21の電圧値は、例えば、図2aにしめしたサージ電圧波形におけるピーク高さUsに対応する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a load dump surge generation circuit using charge / discharge of a capacitor. With this circuit, the test pulse 5a can be generated. The charge charged in the capacitor 26 from the high voltage source 21 through the charging resistor 22 is discharged by closing the switch 28, and the test pulse 5 a can be generated at both ends of the resistor 25. The pulse width can be adjusted by the resistors 23 and 25, and the pulse rise time can be adjusted by the inductor 29 (see Non-Patent Document 2). The voltage value of the high voltage source 21 corresponds to, for example, the peak height Us in the surge voltage waveform shown in FIG.

図4は、ツエナーダイオードを使用したクランプ回路を示す図である。ツエナーダイオードの定電圧特性を利用したクランプ回路であり、周知のものである(非特許文献1参照)。図4のクランプ回路を用いて、サージ波形をクランプすることにより、テストパルス5bを形成することができる。例えば、図5に示すように、図3のサージ発生回路の出力端に図4のクランプ回路を並列に接続することにより、この出力端にテストパルス5bの波形を得ることができる。   FIG. 4 is a diagram showing a clamp circuit using a Zener diode. This is a clamp circuit that uses the constant voltage characteristic of a Zener diode, and is well known (see Non-Patent Document 1). The test pulse 5b can be formed by clamping the surge waveform using the clamp circuit of FIG. For example, as shown in FIG. 5, the waveform of the test pulse 5b can be obtained at the output terminal by connecting the clamp circuit of FIG. 4 in parallel to the output terminal of the surge generating circuit of FIG.

他のロードダンプサージ波形発生方法としては、パワーアンプを利用する方法が知られている。この方法では、増幅素子の制御信号入力として目的のロードダンプサージ波形に相似した波形を入力して、パワーアンプ(増幅素子)により所定の試験信号電圧・電流にまで増幅をして、試験信号波形を発生させる。   As another load dump surge waveform generation method, a method using a power amplifier is known. In this method, a waveform similar to the target load dump surge waveform is input as the control signal input of the amplifying element, amplified to a predetermined test signal voltage / current by a power amplifier (amplifying element), and the test signal waveform Is generated.

ISO 7637-2:2004 Second edition, 2004-06-15, Road vehicles -- Electrical disturbances from conduction and couplingISO 7637-2: 2004 Second edition, 2004-06-15, Road vehicles-Electrical disturbances from conduction and coupling IEC61000-4-5 Edition 1.1 2001-04IEC61000-4-5 Edition 1.1 2001-04

しかしながら、従来のロードダンプサージ試験信号の発生方法においては、以下に述べるような様々な問題点があった。図5に示した構成のロードダンプサージ発生器の場合では、クランプ回路内のツエナーダイオードによってクランプされるサージ波形のピーク部分において、急激なツエナー電流の増大のためにツエナー電圧自身が変動する。ツエナーダイオードは、ツエナー動作領域において有限の動作抵抗を持っているため、現実には理想的な定電圧特性は得られない。一定電圧以上がツエナーダイオードに印加されると、動作抵抗は急激に低下し、ツエナーダイオードに流れる電流値に依存したツエナー電圧が生じる。テストパルス5bのロードダンプサージ試験信号を形成する場合は、閾値電圧(クランプ電圧)を越えたときに高電圧がクランプ回路に印加され、ツエナーダイオードに大電流が流れる。このため、上述した動作抵抗の影響が顕著となる。図2bに示したような平坦な理想的クランプ波形を得ることは困難である。   However, the conventional load dump surge test signal generation method has various problems as described below. In the case of the load dump surge generator configured as shown in FIG. 5, the Zener voltage itself fluctuates due to a sudden increase in Zener current at the peak portion of the surge waveform clamped by the Zener diode in the clamp circuit. Since a Zener diode has a finite operating resistance in the Zener operating region, an ideal constant voltage characteristic cannot be obtained in reality. When a voltage higher than a certain voltage is applied to the Zener diode, the operating resistance rapidly decreases, and a Zener voltage depending on the current value flowing through the Zener diode is generated. When the load dump surge test signal of the test pulse 5b is formed, a high voltage is applied to the clamp circuit when a threshold voltage (clamp voltage) is exceeded, and a large current flows through the Zener diode. For this reason, the influence of the operation resistance mentioned above becomes remarkable. It is difficult to obtain a flat ideal clamp waveform as shown in FIG.

図6は、従来のロードダンプサージ波形発生回路において生じる問題点を説明する図である。図6aは、ISO規格におけるテストパルス5aの波形を示している。図6bは、テストパルス5aが理想的クランプ回路によりクランプされた場合の理想的なテストパルス5bの波形を示す。実際には、ツエナーダイオードの動作抵抗が動的に変動することにより、図6cのA部に示したようなこぶが生じる。したがって、平坦なクランプ特性を得ることは困難である。   FIG. 6 is a diagram for explaining a problem that occurs in a conventional load dump surge waveform generation circuit. FIG. 6a shows the waveform of the test pulse 5a in the ISO standard. FIG. 6b shows the waveform of an ideal test pulse 5b when the test pulse 5a is clamped by an ideal clamp circuit. Actually, the operating resistance of the Zener diode is dynamically changed to cause a hump as shown in part A of FIG. 6c. Therefore, it is difficult to obtain a flat clamping characteristic.

さらに、図5に示したようなコンデンサ充放電方式のサージ発生回路によりロードダンプサージを発生させる場合、コンデンサ26に充電された電荷のエネルギーは、クランプ回路内のツエナーダイオードの動作抵抗によって消費され、図6cのB部に示したように、波尾長が短縮してしまう問題点も発生する。波尾長の短縮量は、サージ電圧のピーク電圧値や目標とする波尾長の長さ、また被試験体のインピーダンス条件、そのばらつき等によって変化する。したがって、所定の形状のサージ波形を再現性よく生成することは困難である。さらに、図5のロードダンプサージ発生回路を使用する場合には、印加する試験電圧や個々の被試験体に応じて、波尾長の短縮量を予め考慮した波尾長設定値の調整作業が必要となる場合もある。この調整作業は面倒で複雑であり、被試験体をこの調整作業のために破壊してしまう恐れもある。   Furthermore, when a load dump surge is generated by the capacitor charge / discharge surge generating circuit as shown in FIG. 5, the energy of the electric charge charged in the capacitor 26 is consumed by the operating resistance of the Zener diode in the clamp circuit, As shown in part B of FIG. 6c, there also arises a problem that the wave tail length is shortened. The shortening amount of the wave tail length changes depending on the peak voltage value of the surge voltage, the target length of the wave tail length, the impedance condition of the device under test, its variation, and the like. Therefore, it is difficult to generate a surge waveform having a predetermined shape with high reproducibility. In addition, when using the load dump surge generation circuit of FIG. 5, it is necessary to adjust the wave tail length setting value in consideration of the shortening amount of the wave tail length in accordance with the test voltage to be applied and the individual DUTs. Sometimes it becomes. This adjustment operation is troublesome and complicated, and there is a possibility that the DUT is destroyed due to this adjustment operation.

このような問題点を解決するロードダンプサージ波形の発生方法として、フィードバック制御を使用したクランプ回路が考えられている。図7は、フィードバック制御を利用したクランプ回路の構成を示す図である。テストパルス5aのロードダンプサージ試験信号が入力端子に入力されると、抵抗31、32により入力サージ電圧は分圧される。分圧されたサージ電圧は、比較器34の反転入力端子に入力され、基準電圧V33が比較器34の非反転入力端子に接続されている。比較器34の出力はアンプ35によって反転増幅された後に、サージ吸収用半導体素子36の制御入力端子に接続されている。分圧されたサージ電圧が基準電圧33より大きくなると、サージ吸収用半導体素子36がオンとなり、サージ電圧はサージ吸収用半導体素子36と抵抗37を通じて吸収されて、出力電圧を所定のクランプ電圧に保つように動作する。 As a method for generating a load dump surge waveform that solves such a problem, a clamp circuit using feedback control has been considered. FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a clamp circuit using feedback control. When the load dump surge test signal of the test pulse 5a is input to the input terminal, the input surge voltage is divided by the resistors 31 and 32. The divided surge voltage is input to the inverting input terminal of the comparator 34, and the reference voltage V L 33 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 34. The output of the comparator 34 is inverted and amplified by the amplifier 35 and then connected to the control input terminal of the surge absorbing semiconductor element 36. When the divided surge voltage becomes larger than the reference voltage 33, the surge absorbing semiconductor element 36 is turned on, the surge voltage is absorbed through the surge absorbing semiconductor element 36 and the resistor 37, and the output voltage is maintained at a predetermined clamp voltage. To work.

しかし、ツエナーダイオードによるクランプ回路の代わりに図6のクランプ回路を使用した場合においても、依然として次のような問題点があった。一般に半導体素子においては、素子の動作状態をオンとする場合には高速に制御ができる。一方、動作状態をオンからオフとする場合には、制御応答は相対的に遅いという性質がある。ロードダンプサージをクランプ波形に整形しようとする場合、サージ吸収用半導体素子36は高電圧・大電流動作のパワートランジスタやパワーFETなどとなる。動作状態をオンからオフへ遷移させるときの遅延時間は特に大きい。この遅延時間により、サージ吸収用半導体素子36がオンからオフ状態に戻るまでにサージ発生回路のコンデンサ26の電荷が放電してしまう。このため、図6cに示した波尾長が短縮してしまう問題が顕著となる。波尾長の短縮は、比較的より大きな吸収電流を供給できるパワーアンプを使用した方式の場合であっても、同様に発生する。   However, even when the clamp circuit of FIG. 6 is used instead of the clamp circuit using the Zener diode, there are still the following problems. In general, a semiconductor device can be controlled at high speed when the operation state of the device is turned on. On the other hand, when the operation state is changed from on to off, the control response is relatively slow. When the load dump surge is to be shaped into a clamp waveform, the surge absorbing semiconductor element 36 is a power transistor, power FET, or the like that operates at a high voltage and a large current. The delay time when changing the operating state from on to off is particularly large. Due to this delay time, the charge of the capacitor 26 of the surge generating circuit is discharged before the surge absorbing semiconductor element 36 returns from the on state to the off state. For this reason, the problem that the wave tail length shown in FIG. The shortening of the wave tail occurs similarly even in the case of a system using a power amplifier that can supply a relatively larger absorption current.

そこで、半導体素子をオフに遷移させようとするときの応答遅延を補償するためフィードバックループ特性を広帯域化しようとすると、ループ動作は不安定となり最悪の場合には発振に至るという問題点があった。広帯域化するためには、スイッチングが高速なトランジスタ36を使用したり、広帯域のオペアンプを使用したりすることができる。しかし、広帯域のループ構成要素をフィードバック回路内に配置すると、ループ動作の不安定化につながる。ロードダンプサージが印加される被試験体の条件は様々であり、広範なピーク電圧、クランプ電圧、吸収電流条件に対して、再現性よくロードダンプサージ波形が発生できることを保障しなければならない。例えば、サージ吸収用半導体素子に印加される電圧は50〜200V、サージ吸収用半導体素子に流れる電流は5〜400Aもの広範囲に対して、安定動作を保障しなければならない。一般に半導体素子36をオン・オフさせる制御電圧(例えば、ゲート電圧)の範囲は非常に狭く、前述のような広範な半導体素子の動作電圧・動作電流のすべての条件に渡って、上述のクランプ動作を正常に実現するようにループ設計を行うのは困難だった。サージ吸収用半導体素子の電圧・電流の動作状況によって、半導体素子のオン・オフ制御特性も変動するからである。
パワーアンプを用いてロードダンプサージを発生させる方式においては、サージ発生源インピーダンス(Zsurge)とサージが印加される被試験体のインピーダンス(Zeutによりクランプされた電圧が分圧されてしまい、所定のサージ電圧を被試験体に安定して再現性よく印加することもまた困難であった。
Therefore, when trying to widen the feedback loop characteristics in order to compensate for the response delay when trying to switch off the semiconductor element, there is a problem that the loop operation becomes unstable and oscillation occurs in the worst case. . In order to increase the bandwidth, it is possible to use a transistor 36 that switches at high speed or a broadband operational amplifier. However, placing broadband loop components in the feedback circuit leads to instability of the loop operation. The conditions of the DUT to which the load dump surge is applied vary, and it must be ensured that a load dump surge waveform can be generated with high reproducibility over a wide range of peak voltage, clamp voltage, and absorption current conditions. For example, stable operation must be ensured over a wide range of 50 to 200 V applied to the surge absorbing semiconductor element and a current flowing to the surge absorbing semiconductor element of 5 to 400 A. In general, the range of the control voltage (for example, gate voltage) for turning on and off the semiconductor element 36 is very narrow, and the above-described clamping operation is performed over all the conditions of the operating voltage and operating current of a wide range of semiconductor elements as described above. It was difficult to design a loop to achieve this normally. This is because the on / off control characteristics of the semiconductor element also vary depending on the voltage / current operation state of the surge absorbing semiconductor element.
In the method of generating a load dump surge using a power amplifier, the surge source impedance (Zsurge) and the impedance of the DUT to which the surge is applied (the voltage clamped by Zeut is divided and a predetermined surge It was also difficult to apply a voltage stably and reproducibly to the device under test.

以上述べたように、国際規格を満足するロードダンプサージ波形を、試験設定条件、被試験体の条件に関わらず再現性良く発生させる試験電圧発生装置はまだ実現されていない。本発明は、以上に述べたよう問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、国際規格を満足するロードダンプサージ試験信号波形を再現性良く安定に発生させることのできるクランプ回路および試験信号発生装置を提供することにある。   As described above, a test voltage generator that generates a load dump surge waveform that satisfies international standards with high reproducibility regardless of test setting conditions and conditions of the device under test has not yet been realized. The present invention has been made in view of the problems as described above, and the object of the present invention is to provide a clamp circuit capable of stably generating a load dump surge test signal waveform satisfying international standards with high reproducibility. And providing a test signal generator.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、サージ電圧信号が所定の閾値電圧にクランプされた信号を生成するクランプ回路であって、前記所定の閾値電圧に対応した第1の基準電圧および前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧が入力され、前記サージ電圧に比例したサージ検出電圧が、前記第1の基準電圧および前記第2の基準電圧の間の電圧範囲内にあるときに、所定の動的ループ動作基準電圧を出力する動的ループ動作基準電圧生成手段と、前記サージ電圧信号が印加され、前記サージ電圧が前記所定の閾値電圧よりも高いときに、サージ吸収制御端子へ入力されるサージ吸収制御電圧の制御にしたがって前記サージ電圧を吸収するサージ電圧吸収手段と、前記動的ループ動作基準電圧と前記サージ電圧に比例したサージ検出電圧とを比較する比較手段を含み、前記サージ吸収制御電圧を前記サージ電圧吸収手段へ出力するフィードバック回路であって、前記比較の結果に基づいて、前記サージ検出電圧が増加方向に変化するときには前記サージ電圧吸収手段は前記サージ電圧を短絡して前記サージ電圧を吸収するように動作し、前記サージ検出電圧が減少方向に変化するときには前記サージ電圧吸収手段を開放して前記サージ電圧の吸収を停止するように動作する前記サージ吸収制御電圧を生成することとを備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the present invention provides a clamp circuit for generating a signal in which a surge voltage signal is clamped to a predetermined threshold voltage, wherein the predetermined threshold voltage is provided. And a second reference voltage higher than the first reference voltage are input, and a surge detection voltage proportional to the surge voltage is represented by the first reference voltage and the second reference voltage. A dynamic loop operation reference voltage generating means for outputting a predetermined dynamic loop operation reference voltage when the voltage is between, and the surge voltage signal is applied, and the surge voltage is greater than the predetermined threshold voltage. Surge voltage absorbing means for absorbing the surge voltage according to the control of the surge absorption control voltage input to the surge absorption control terminal, the dynamic loop operation reference voltage and the surge A feedback circuit for comparing the surge detection voltage proportional to the pressure and outputting the surge absorption control voltage to the surge voltage absorption means, wherein the surge detection voltage increases based on the result of the comparison The surge voltage absorbing means operates to short-circuit the surge voltage and absorb the surge voltage when changing in the direction, and opens the surge voltage absorbing means when the surge detection voltage changes in the decreasing direction. Generating the surge absorption control voltage that operates to stop absorption of the surge voltage.

請求項2に記載の発明は、請求項1の発明において、前記動的ループ動作基準電圧生成手段は、前記第1の基準電圧および前記サージ検出電圧が入力される第1の比較器と、前記第2の基準電圧および前記サージ検出電圧が入力される第2の比較器とを備えるウィンドコンパレータであることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the dynamic loop operation reference voltage generating means includes a first comparator to which the first reference voltage and the surge detection voltage are input, and the A window comparator comprising a second reference voltage and a second comparator to which the surge detection voltage is input.

請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれかの発明において、前記サージ電圧吸収手段は、ドレイン・ソース間に前記サージ電圧が印加され、前記サージ吸収制御電圧がゲートに印加されるMOSFETであることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the surge voltage absorbing means applies the surge voltage between a drain and a source, and the surge absorption control voltage is applied to the gate. It is a MOSFET to be applied.

請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれかの発明において、前記サージ電圧吸収手段は、コレクタ・エミッタ間に前記サージ電圧が印加され、前記サージ吸収制御電圧がベースに印加されるトランジスタであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect, the surge voltage absorbing means is configured such that the surge voltage is applied between a collector and an emitter, and the surge absorption control voltage is based on the base. It is a transistor to be applied.

請求項5に記載の発明は、パワーアンプ方式のロードダンプサージ発生回路のサージ出力端子に、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のクランプ回路を接続して構成されることを特徴とするロードダンプサージ電圧発生装置である。   The invention according to claim 5 is configured by connecting the clamp circuit according to any one of claims 1 to 4 to a surge output terminal of a load dump surge generating circuit of a power amplifier system. This is a load dump surge voltage generator.

以上説明したように、本発明によれば、国際規格を満足するロードダンプサージ試験信号波形を再現性良く安定に発生させることのできるクランプ回路および試験信号発生装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a clamp circuit and a test signal generator capable of stably generating a load dump surge test signal waveform satisfying international standards with high reproducibility.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明においては、フィードバック制御回路の基準電圧として、第1の基準電圧と第2の基準電圧を設け、この2つの基準電圧の間の一定幅の電圧範囲内にクランプ電圧を制御することにより、安定したロードダンプサージ試験信号を発生することができる点に特徴がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, as the reference voltage of the feedback control circuit, the first reference voltage and the second reference voltage are provided, and the clamp voltage is controlled within a voltage range of a certain width between the two reference voltages. It is characterized in that a stable load dump surge test signal can be generated.

図1は、本発明の実施例にかかるロードダンプサージ試験信号装置の構成図を示す。本発明に係るロードダンプサージ試験信号発生装置は、サージ電圧発生回路部20とクランプ回路10から構成されている。サージ電圧発生回路20からは、前述のテストテストパルス5aが出力され、このテストパルス5aは、本発明のクランプ回路10によってクランプされて、テストパルス5bを出力するように動作する。   FIG. 1 is a configuration diagram of a load dump surge test signal device according to an embodiment of the present invention. The load dump surge test signal generator according to the present invention includes a surge voltage generation circuit unit 20 and a clamp circuit 10. The above-described test test pulse 5a is output from the surge voltage generation circuit 20, and this test pulse 5a is clamped by the clamp circuit 10 of the present invention and operates to output the test pulse 5b.

サージ発生回路20は、パワーアンプ方式のサージ発生回路である。電源21は、充電用の抵抗22を経て充電用コンデンサ26に接続される。抵抗22は、出力制御用の半導体増幅素子27に接続され、抵抗23、24、25により構成されるΠ型の抵抗ネットワークを経て、サージ出力電圧が出力される。抵抗24は、サージの電流制限抵抗であり、通常0.5から8Ωの範囲に設定される。半導体素子27は、例えばFETとすることができ、この場合は、抵抗22とFET27のドレインが接続され、抵抗23にFET27のソースが接続される。抵抗23、25は、FET27のソースが開放状態とならないようにして、サージ電圧を安定化させるためのものである。FET27のゲートには、制御信号が入力される。この制御信号として、目的とするサージ電圧波形に相似の制御信号を入力することで、所望のサージ出力波形をサージ発生回路20の出力端に出力させる。FET27が完全にオンとなった時の電圧は、サージ波形のピーク電圧に対応する。コンデンサ26は、出力サージ波形が高速で変化する場合において電源21からの電力供給が間に合わないときに、コンデンサ26から電力をはきだして所望のサージ波形が得られるように動作をする。   The surge generation circuit 20 is a power amplifier type surge generation circuit. The power source 21 is connected to a charging capacitor 26 through a charging resistor 22. The resistor 22 is connected to the output control semiconductor amplifying element 27, and a surge output voltage is output through a saddle type resistor network composed of resistors 23, 24, and 25. The resistor 24 is a surge current limiting resistor, and is usually set in the range of 0.5 to 8Ω. The semiconductor element 27 can be, for example, an FET. In this case, the resistor 22 and the drain of the FET 27 are connected, and the source of the FET 27 is connected to the resistor 23. The resistors 23 and 25 are for stabilizing the surge voltage by preventing the source of the FET 27 from being opened. A control signal is input to the gate of the FET 27. By inputting a control signal similar to the target surge voltage waveform as this control signal, a desired surge output waveform is output to the output terminal of the surge generation circuit 20. The voltage when the FET 27 is completely turned on corresponds to the peak voltage of the surge waveform. When the output surge waveform changes at high speed, the capacitor 26 operates so that a desired surge waveform can be obtained by discharging the power from the capacitor 26 when the power supply from the power source 21 is not in time.

クランプ回路10は、サージ発生回路20から出力されるテストパルス5aをクランプするように動作する。クランプ回路10は、サージ発生回路20の出力に並列に接続される構成となっている。サージ電圧が一定の閾値電圧(クランプ電圧)を超えた場合に、クランプ回路10によってサージ電圧が一定電圧となるようにフィードバック制御され、結果として、クランプされたテストパルス5bが出力端Voutに得られる。
クランプ回路10に入力されるサージ電圧は、抵抗6および抵抗7によって、後述するフィードバック回路が取り扱いやすい範囲の電圧に分圧される。抵抗6および抵抗7の分岐点Aは、アンプ1の入力に接続される。アンプ1の出力は、比較器4の反転入力端子に接続される。また、抵抗6および抵抗7の分岐点Aはウィンドコンパレータ50にも接続される。抵抗6、7による分圧回路は、フィードバック制御を行うために制御対象であるサージ電圧を検出する機能を持っている。このサージ電圧を検出する機能を果たすことができる限り、抵抗分圧回路に限られることはなく、他の構成によっても実現できる。サージ電圧の一部を取り出して、クランプ回路10への入力サージ波形の瞬時変動を検出し、サージ電圧に比例した検出電圧を次に述べるフィードバック回路に供給できれば良い。
The clamp circuit 10 operates to clamp the test pulse 5 a output from the surge generation circuit 20. The clamp circuit 10 is configured to be connected in parallel to the output of the surge generation circuit 20. When the surge voltage exceeds a certain threshold voltage (clamp voltage), feedback control is performed by the clamp circuit 10 so that the surge voltage becomes a constant voltage, and as a result, a clamped test pulse 5b is obtained at the output terminal Vout. .
The surge voltage input to the clamp circuit 10 is divided by the resistor 6 and the resistor 7 into a voltage in a range that can be easily handled by a feedback circuit described later. A branch point A of the resistors 6 and 7 is connected to the input of the amplifier 1. The output of the amplifier 1 is connected to the inverting input terminal of the comparator 4. Further, the branch point A of the resistors 6 and 7 is also connected to the window comparator 50. The voltage dividing circuit including the resistors 6 and 7 has a function of detecting a surge voltage that is a control target in order to perform feedback control. As long as the function of detecting the surge voltage can be achieved, the circuit is not limited to the resistance voltage dividing circuit, and can be realized by other configurations. It is only necessary to extract a part of the surge voltage, detect an instantaneous fluctuation of the input surge waveform to the clamp circuit 10, and supply a detection voltage proportional to the surge voltage to the feedback circuit described below.

ウィンドコンパレータ50は、比較器2および比較器3からなり、2つの比較器を並列に接続した構成となっている。比較器3の半転入力端子には第1の基準電圧V12が接続される。比較器2の非反転入力端子には第2の基準電圧V11が接続される。抵抗6および抵抗7の分岐点Aは、比較器2の反転入力端子および比較器3の非反転入力端子にそれぞれ接続される。比較器2および比較器3の出力は共通接続され、ウィンドコンパレータ50の出力として、比較器4の非反転入力端子に接続される。 The window comparator 50 includes a comparator 2 and a comparator 3, and has a configuration in which two comparators are connected in parallel. A first reference voltage V L 12 is connected to the half-turn input terminal of the comparator 3. A second reference voltage V h 11 is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 2. The branch points A of the resistors 6 and 7 are connected to the inverting input terminal of the comparator 2 and the non-inverting input terminal of the comparator 3, respectively. The outputs of the comparator 2 and the comparator 3 are connected in common and connected to the non-inverting input terminal of the comparator 4 as the output of the window comparator 50.

比較器4の出力はアンプ5に入力に接続され、アンプ5の出力はサージ吸収用半導体素子9の制御端子に接続される。サージ吸収用半導体素子9は、例えばFETやトランジスタなどで構成される。サージ吸収用半導体素子9は、サージ発生回路20の出力端に、抵抗8を直列に介して並列に接続される。一例として、サージ吸収用半導体素子9をFETとする場合、FET9のドレインはサージ発生回路20のピーク電圧が現われる端子側に接続され、ソースは抵抗8を介してアース側に接続される。   The output of the comparator 4 is connected to the input of the amplifier 5, and the output of the amplifier 5 is connected to the control terminal of the surge absorbing semiconductor element 9. The surge absorbing semiconductor element 9 is composed of, for example, an FET or a transistor. The surge absorbing semiconductor element 9 is connected to the output end of the surge generating circuit 20 in parallel via a resistor 8 in series. As an example, when the surge absorbing semiconductor element 9 is an FET, the drain of the FET 9 is connected to the terminal side where the peak voltage of the surge generating circuit 20 appears, and the source is connected to the ground side via the resistor 8.

上述の抵抗6、7による分圧回路、アンプ1、比較器4およびアンプ5は、制御対象であるサージ電圧をフィードバック制御するフィードバック回路を構成し、それぞれループ構成要素である。サージ吸収用半導体9は制御手段であるが、フィードバック回路のループ構成要素の一つに含めても良い。図1においては簡単のため、各ループ構成要素の動作点やゲインを設定する部品(抵抗、コンデンサなど)などは記載されていない。   The voltage dividing circuit using the resistors 6 and 7 described above, the amplifier 1, the comparator 4, and the amplifier 5 constitute a feedback circuit that feedback-controls the surge voltage to be controlled, and each is a loop component. The surge absorbing semiconductor 9 is a control means, but may be included in one of the loop components of the feedback circuit. In FIG. 1, for the sake of simplicity, components (resistors, capacitors, etc.) for setting the operating point and gain of each loop component are not shown.

図9は、クランプ回路10の各部の動作波形を説明する図である。以下、本発明にかかるロードダンプサージ試験信号発生装置の動作について説明する。本クランプ回路10における基本的な動作は、フィードバック制御に基づいている。その動作は、クランプ回路10に入力されるサージ電圧の電圧範囲によって異なる。また、フィードバック動作が働いているときに観測できる各部の波形は、制御が達成された後の定常状態にある波形である。従って、フィードバック制御がされないと仮定した状態と、フィードバック制御が働いている状態とを対比しながら、その動作を説明する。   FIG. 9 is a diagram for explaining operation waveforms of each part of the clamp circuit 10. The operation of the load dump surge test signal generator according to the present invention will be described below. The basic operation of the clamp circuit 10 is based on feedback control. The operation differs depending on the voltage range of the surge voltage input to the clamp circuit 10. In addition, the waveform of each part that can be observed when the feedback operation is working is a waveform in a steady state after the control is achieved. Therefore, the operation will be described while comparing the state assumed that the feedback control is not performed and the state where the feedback control is working.

図9aは、クランプ回路10がフィードバック制御動作をしていない場合の、抵抗6、7の分岐点Aにおける電圧波形を示す図である。後述するが、フィードバック制御が動的に働いていない場合には、サージ吸収用半導体素子9はオフのままである。FETを例とすると、FETのドレインとソース間は、開放状態になっている。したがって、A点においても、サージ発生回路20から出力されたサージ波形と相似形のサージ検出電圧として観察される。ただし、電圧値の絶対値は、抵抗6および抵抗7の抵抗値の比により分圧されており、アンプ1、アンプ5、比較器4、比較器2、比較器3が安定に動作するような電圧範囲に変換されている。   FIG. 9A is a diagram illustrating a voltage waveform at the branch point A of the resistors 6 and 7 when the clamp circuit 10 is not performing the feedback control operation. As will be described later, when the feedback control is not working dynamically, the surge absorbing semiconductor element 9 remains off. Taking the FET as an example, the drain and source of the FET are open. Therefore, even at the point A, it is observed as a surge detection voltage similar to the surge waveform output from the surge generation circuit 20. However, the absolute value of the voltage value is divided by the ratio of the resistance values of the resistors 6 and 7, so that the amplifier 1, the amplifier 5, the comparator 4, the comparator 2, and the comparator 3 operate stably. It has been converted to a voltage range.

図9cは、ウィンドコンパレータの動作を説明する図である。クランプ回路10がフィードバック制御動作をしていない場合のウィンドコンパレータ50の出力点Bの波形を示している。したがって、フィードバック制御が働いていないという点において共通しており、図9aおよび図9cは対応する関係にある。ウィンドコンパレータ50への入力電圧が、第1の基準電圧V12と第2の基準電圧V11との間にあるとき、ウィンドコンパレータ50の出力はHとなる。ここで、第2の基準電圧Vは第1の基準電圧Vよりも高く、両者はV<Vの関係にある。図9cに示すように、前述の分岐点Aの電圧がVからVの範囲内にあるときだけ、ウィンドコンパレータ50の出力はHとなる(B点)。 FIG. 9c is a diagram for explaining the operation of the window comparator. The waveform at the output point B of the window comparator 50 when the clamp circuit 10 is not performing the feedback control operation is shown. Therefore, they are common in that feedback control is not working, and FIGS. 9a and 9c are in a corresponding relationship. When the input voltage to the window comparator 50 is between the first reference voltage V L 12 and the second reference voltage V h 11, the output of the window comparator 50 is H. Here, the second reference voltage V h is higher than the first reference voltage V L , and both have a relationship of V L <V h . As shown in FIG. 9c, only when it is in the range of V h voltage at the branch point A of the aforementioned from V L, the output of the window comparator 50 becomes H (B point).

次に、本発明のクランプ回路10が正常にフィードバック制御動作を行い、クランプ波形を出力している状態における動作を説明する。図9bは、クランプ回路10がフィードバック制御動作を行っている場合の、ウィンドコンパレータ50の出力点Bの電圧波形を示す図である。抵抗6、7の分岐点Aのサージ検出電圧が第1の基準電圧Vよりも低い場合は、ウィンドコンパレータ50の出力点Bは、出力Lの状態となっている。この時、サージ吸収用半導体素子9がオフとなるサージ吸収制御電圧がC点に印加される。B点にL電圧が出力されている限り、サージ吸収用半導体素子9がオフとなるように、フィードバック回路のループ構成要素のアンプ1、比較器4、およびアンプ5の各直流ループ動作点を設定する。この状態では、動的なフィードバック制御は働いていない。すなわち、ウィンドコンパレータ出力点(B点)は、一定値の出力Lのままである。サージ電圧の分圧電圧(A点)が第1の基準電圧Vより低い限り、フィードバック回路の各ループ構成要素の少なくとも1つは、直流ループ動作の限界点の上限または下限の一端に張り付いたままとなっている。したがって、静的(直流的)にフィードバック制御が働いていても、動的な(交流的)フィードバック制御は働いていないことに留意されたい。 Next, the operation in a state where the clamp circuit 10 of the present invention normally performs a feedback control operation and outputs a clamp waveform will be described. FIG. 9B is a diagram illustrating a voltage waveform at the output point B of the window comparator 50 when the clamp circuit 10 is performing a feedback control operation. When the surge detection voltage at the branch point A of the resistors 6 and 7 is lower than the first reference voltage VL , the output point B of the window comparator 50 is in the output L state. At this time, a surge absorption control voltage for turning off the surge absorbing semiconductor element 9 is applied to the point C. As long as the L voltage is output at point B, the DC loop operating points of the amplifier 1, the comparator 4 and the amplifier 5 of the loop component of the feedback circuit are set so that the surge absorbing semiconductor element 9 is turned off. To do. In this state, dynamic feedback control is not working. That is, the window comparator output point (point B) remains the output L having a constant value. As long as the divided voltage (point A) of the surge voltage is lower than the first reference voltage V L , at least one of the loop components of the feedback circuit sticks to one end of the upper limit or the lower limit of the limit point of the DC loop operation. It has been left. Therefore, it should be noted that even if the feedback control is working statically (direct current), the dynamic (alternating current) feedback control is not working.

より具体的な例として、サージ吸収用半導体素子9がMOSFETの場合について説明する。このMOSFETがターンオンするゲート・ソース間電圧は、4Vとする。クランプ回路10に入力されるサージ電圧が低い場合であって、分岐A点の検出電圧がVを超えないときは、C点のサージ吸収制御電圧(ゲート・ソース間電圧)が4V以下となるように、アンプ1、比較器4、アンプ5の構成(反転型、非反転型)、直流動作点の設定、ゲイン設定などを行う。一例として、アンプ1は非反転型の演算増幅器、比較器4は、反転型の加算器、アンプ5は反転型の演算増幅器とすることができる。 As a more specific example, a case where the surge absorbing semiconductor element 9 is a MOSFET will be described. The gate-source voltage at which this MOSFET is turned on is 4V. When the surge voltage input to the clamp circuit 10 is low and the detection voltage at the branch A point does not exceed VL , the surge absorption control voltage (gate-source voltage) at the C point becomes 4 V or less. As described above, the configuration of the amplifier 1, the comparator 4, and the amplifier 5 (inversion type and non-inversion type), setting of the DC operating point, gain setting, and the like are performed. As an example, the amplifier 1 can be a non-inverting operational amplifier, the comparator 4 can be an inverting adder, and the amplifier 5 can be an inverting operational amplifier.

次に、入力サージ電圧がさらに上昇して、A点のサージ検出電圧がVを越えた場合には、ウィンドコンパレータ50の出力はHとなる(出力点B)。この時、比較器4の非反転入力端子への入力はHとなり、C点におけるサージ吸収制御電圧(ゲート電圧)が立ち上がってMOSFET9はオンに遷移する。MOSFET9がオンとなると、サージ電圧はMOSFET9と放電用の抵抗8を介してアースに接続される。サージ発生回路20の出力の電荷は放電され、サージ電圧が下がる。この状態では、動的なフィードバック制御が働いている。 Next, when the input surge voltage further increases and the surge detection voltage at point A exceeds VL , the output of the window comparator 50 becomes H (output point B). At this time, the input to the non-inverting input terminal of the comparator 4 becomes H, the surge absorption control voltage (gate voltage) at the point C rises, and the MOSFET 9 is turned on. When the MOSFET 9 is turned on, the surge voltage is connected to the ground via the MOSFET 9 and the discharge resistor 8. The electric charge at the output of the surge generation circuit 20 is discharged, and the surge voltage decreases. In this state, dynamic feedback control is working.

逆にA点のサージ検出電圧がVからVの範囲内にある場合において、サージ電圧が下降してくると、動的なフィードバック制御により、C点のサージ吸収制御電圧(ゲート電圧)が次第に下がる。この時、ドレイン・ソース間の電流は減少し、MOSFET9がオフとなる方向に動作点は移動する。MOSFET9のドレイン・ソース間を流れるサージ吸収電流は絞り込まれ、サージ吸収能力が低下する。この結果、サージ電圧の吸収は停止して、サージ電圧低下が抑えられる。 When the surge detection voltage at the point A to the contrary is in the range of V L of V h, a surge voltage descends, by dynamic feedback control, the surge absorption control voltage at the point C (the gate voltage) Gradually go down. At this time, the current between the drain and the source decreases, and the operating point moves in the direction in which the MOSFET 9 is turned off. The surge absorption current flowing between the drain and source of the MOSFET 9 is narrowed down, and the surge absorption capability is reduced. As a result, the absorption of the surge voltage is stopped, and the surge voltage drop is suppressed.

A点の電圧が第1の基準電圧Vを超えている間は、前述の動的なフィードバック制御によって、A点の電圧はVからVの間に維持される。図9bに示すようにB点の電圧はH出力のまま、ほぼ一定値となる。また、C点におけるサージ吸収制御電圧(ゲート電圧)は、図9dに示すように入力されたサージ電圧と相似波形となる。フィードバック回路が正常に動作中には、図9aおよび図9cの波形はいずれも観察できないことに注意すべきである。先にも述べたように、ウィンドコンパレータ50の出力(B点)がL出力の場合には、MOSFET9は完全にオフとなるようにC点の電圧が設定され、フィードバック回路はその直流動作の限界点の上限または下限の一端に張り付いている。すなわち、フィードバック回路のループ構成要素のうちの少なくとも1つのループ構成要素は、その直流動作限界点の上限または下限のいずれかの状態にある。したがって、ウィンドコンパレータ50の出力(B点)がL出力である限り、クランプ回路への入力電圧の変化は制御されず、「動的な制御は働いていない状態」にあることを意味する。しかし、各ループ構成要素が、ウィンドコンパレータ50のL出力に対応した動作点に設定されている点において、フィードバック回路の静的(直流的)な制御が働いていることに注意されたい。 While the voltage of the point A exceeds the first reference voltage V L is the dynamic feedback control described above, the voltage at point A is maintained between the V L of V h. As shown in FIG. 9b, the voltage at the point B remains at the H output and becomes a substantially constant value. Further, the surge absorption control voltage (gate voltage) at the point C has a waveform similar to the input surge voltage as shown in FIG. 9d. It should be noted that neither of the waveforms of FIGS. 9a and 9c can be observed during normal operation of the feedback circuit. As described above, when the output (point B) of the window comparator 50 is an L output, the voltage at the point C is set so that the MOSFET 9 is completely turned off, and the feedback circuit is limited in its DC operation. Sticks to one end of the upper or lower limit of the point. That is, at least one of the loop components of the feedback circuit is in either the upper limit or the lower limit of its DC operating limit point. Therefore, as long as the output (point B) of the window comparator 50 is an L output, the change in the input voltage to the clamp circuit is not controlled, which means that “dynamic control is not working”. However, it should be noted that the static (direct current) control of the feedback circuit works in that each loop component is set to an operating point corresponding to the L output of the window comparator 50.

上記の説明から理解されるように、ウィンドコンパレータ50の出力電圧は、フィードバック回路において動的なフィードバック制御が働くように、動的ループ動作の基準電圧をフィードバック回路に与える機能を持っている。すなわち、各ループ構成要素の(バイアス)動作点を静的なフィードバック制御の状態から動的なフィードバック制御の状態に切り替える機能を持っている。上述のように、ウィンドコンパレータは、L出力またはH出力を出力して、論理回路的な出力電圧をフィードバック回路に供給しているように説明してきた。しかし、フィードバック回路が正常動作中のC点電圧波形(図9d)が示すように、動的なループ動作の基準電圧を与えるという観点からは、H出力はアナログ的なバイアス電圧をフィードバック回路に与える機能を含み得ることにも留意されたい。   As can be understood from the above description, the output voltage of the window comparator 50 has a function of giving a reference voltage for dynamic loop operation to the feedback circuit so that dynamic feedback control works in the feedback circuit. That is, it has a function of switching the (bias) operating point of each loop component from a static feedback control state to a dynamic feedback control state. As described above, the window comparator has been described as outputting the L output or the H output and supplying the output voltage like a logic circuit to the feedback circuit. However, as indicated by the point C voltage waveform during normal operation of the feedback circuit (FIG. 9d), from the viewpoint of providing a reference voltage for dynamic loop operation, the H output provides an analog bias voltage to the feedback circuit. Note also that it may include functionality.

本発明のクランプ回路においては、フィードバック回路において動的なフィードバック制御を働かせる動作範囲を、ウィンドコンパレータからの動的ループ動作基準電圧により決定している点に特徴がある。さらに、動的なフィードバック制御は、ウィンドコンパレータへの第1の基準電圧と第2の基準電圧の間の一定幅の電圧範囲内において動作する点にも特徴がある。これらの特徴は、図7に示した従来技術のクランプ回路の動作と対比させることによって、さらに明確となる。   The clamp circuit of the present invention is characterized in that the operating range in which dynamic feedback control is activated in the feedback circuit is determined by the dynamic loop operation reference voltage from the window comparator. Furthermore, the dynamic feedback control is also characterized in that it operates within a voltage range with a constant width between the first reference voltage and the second reference voltage to the window comparator. These features are further clarified by contrast with the operation of the prior art clamp circuit shown in FIG.

図7の従来技術のクランプ回路においては、分圧電圧はフィードバック制御の基準となる基準電圧V33と直接比較さる。両電圧の比較結果に従って、比較器34、アンプ35のループ動作点はいずれかの方向に瞬時に変動する。サージ吸収用半導体36をオンからオフへ遷移させるときの遅延の解消(広帯域化)とループの発振回避(ループ安定化)とを両立しうるループ構成要素の動作条件(ループゲイン、バイアス点)の設定範囲は非常に狭い。さらに、試験用のサージ電圧に求められる広範なピーク電圧、クランプ電圧、サージ吸収電流の各範囲に渡って、フィードバック制御を安定に動作させるのは困難である。 In the prior art clamp circuit of FIG. 7, the divided voltage is directly compared with a reference voltage V L 33 which is a reference for feedback control. According to the comparison result of both voltages, the loop operating point of the comparator 34 and the amplifier 35 is instantaneously changed in either direction. The operating conditions (loop gain, bias point) of the loop components that can achieve both elimination of delay (broadband) and avoidance of loop oscillation (loop stabilization) when the surge absorbing semiconductor 36 is switched from on to off. The setting range is very narrow. Furthermore, it is difficult to stably operate feedback control over a wide range of peak voltages, clamp voltages, and surge absorption currents required for a test surge voltage.

一方、本発明の構成のクランプ回路においは、2つの基準電圧により規定される所定の電圧幅の範囲において、ウィンドコンパレータから出力される動的ループ動作基準電圧によって、フィードバック回路を一定の良好なループ動作点に維持することができる。これにより、所定の電圧幅に対応するクランプ電圧の範囲内において、動的なフィードバック制御によりサージ電圧の安定したクランプが実現される。動的なフィードバック制御が働いている基準電圧は一定の幅を持つので、結果として得られるクランプ電圧値も一定の幅を持つことになる。しかし、国際規格に規定された許容範囲内の変動量となるように、第1の基準電圧と第2の基準電圧を設定することができる。   On the other hand, in the clamp circuit of the configuration of the present invention, the feedback circuit is fixed to a good loop by the dynamic loop operation reference voltage output from the window comparator within a predetermined voltage range defined by the two reference voltages. The operating point can be maintained. Thus, stable clamping of the surge voltage is realized by dynamic feedback control within the range of the clamping voltage corresponding to the predetermined voltage width. Since the reference voltage for which dynamic feedback control is working has a certain width, the resulting clamp voltage value also has a certain width. However, the first reference voltage and the second reference voltage can be set so that the fluctuation amount is within the allowable range defined in the international standard.

以上、詳細に述べたように、本発明のクランプ回路においては、所定の電圧幅を持つ基準電圧に応じて動作するウィンドコンパレータを採用して、フィードバック回路の各ループ構成要素の動作点を一定範囲に維持することによって、広範なピーク電圧、クランプ電圧、サージ吸収電流の各条件に渡って、安定したクランプ波形を生成することができる。クランプ電圧が安定化されるため、信頼性試験を行う際の印加電圧の調整をより簡略化することができ、被試験体のサンプル数が限られるような場合であっても、所定の条件によって信頼性試験を行うことができる。   As described above in detail, the clamp circuit of the present invention employs a window comparator that operates in accordance with a reference voltage having a predetermined voltage width, so that the operating point of each loop component of the feedback circuit is within a certain range. By maintaining the above, a stable clamp waveform can be generated over a wide range of peak voltage, clamp voltage, and surge absorption current conditions. Since the clamp voltage is stabilized, the adjustment of the applied voltage when performing a reliability test can be simplified, and even if the number of samples of the device under test is limited, depending on the predetermined conditions A reliability test can be performed.

図1の実施例においては、サージ発生回路20として、パワーアンプ方式のローダンプサージ発生回路を例として説明しているが、図3で示したコンデンサ充放電方式のロードダンプサージ発生回路からサージ電圧を与える場合でも、上述の効果が得られる。しかし、パワーアンプ方式のロードダンプサージ発生回路の場合に、波尾長の短縮が防止される効果とあいまって、より再現性良く安定してロードダンプサージ試験信号波形を発生させることができる。   In the embodiment of FIG. 1, a power amplifier type low dump surge generation circuit is described as an example of the surge generation circuit 20, but the surge voltage from the capacitor charge / discharge type load dump surge generation circuit shown in FIG. Even in the case of providing the above, the above-described effects can be obtained. However, in the case of a power amplifier type load dump surge generation circuit, combined with the effect of preventing the shortening of the wave tail length, the load dump surge test signal waveform can be generated stably with better reproducibility.

図1の実施例においては、所定の電圧幅の基準電圧に応じて動的ループ動作基準電圧を生成する方法として、ウィンドコンパレ−タを採用しているが、同様な動作を行う他の手段を採ることもできる。(例えば、サージ電圧をADコンバータによって検出して、所定の検出電圧値のときに対応する動的ループ動作基準電圧をDAコンバータにより生成し、比較器4に与える方法などがある。)
実施例においては、フィードバック回路は、アンプ1、比較器4およびアンプ4により構成されているが、この構成に限定されるものではない。すなわち、抵抗6、7による分圧回路などにより検出したサージ検出電圧(制御対象)に基づいて、サージ吸収用半導体9など(制御手段)に作用をし、フィードバック制御ができる構成であれば、どのような構成も可能である。従って、アンプ1、5における反転・非反転の増幅動作タイプや、増幅段数などは、様々な変更や修正が可能である。サージ吸収用半導体素子は、MOSFETに限られず、バイポーラトランジスタなど各種のものを使用できる。
In the embodiment of FIG. 1, a window comparator is employed as a method for generating a dynamic loop operation reference voltage in accordance with a reference voltage having a predetermined voltage width, but other means for performing the same operation are used. It can also be taken. (For example, there is a method in which a surge voltage is detected by an AD converter, a dynamic loop operation reference voltage corresponding to a predetermined detection voltage value is generated by a DA converter, and applied to the comparator 4).
In the embodiment, the feedback circuit includes the amplifier 1, the comparator 4, and the amplifier 4, but is not limited to this configuration. In other words, any configuration can be used as long as it can act on the surge absorbing semiconductor 9 (control means) and perform feedback control based on the surge detection voltage (control target) detected by the voltage dividing circuit using the resistors 6 and 7. Such a configuration is also possible. Accordingly, the inversion / non-inversion amplification operation type and the number of amplification stages in the amplifiers 1 and 5 can be variously changed or modified. The semiconductor element for surge absorption is not limited to a MOSFET, and various devices such as a bipolar transistor can be used.

抵抗6、7による分圧回路からのサージ検出電圧は、共通の分圧回路からフィードバック回路およびウィンドコンパレータに供給されているが、別々の検出回路からそれぞれ供給することもできる。   The surge detection voltage from the voltage dividing circuit by the resistors 6 and 7 is supplied from the common voltage dividing circuit to the feedback circuit and the window comparator, but can also be supplied from separate detection circuits.

本発明の一実施形態にかかるロードダンプサージ波形発生回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the load dump surge waveform generation circuit concerning one Embodiment of this invention. 国際規格によって規定されたロードダンプサージ波形を示す図である。It is a figure which shows the load dump surge waveform prescribed | regulated by the international standard. コンデンサ充放電方式のロードダンプサージ発生回路である。This is a load dump surge generating circuit of a capacitor charging / discharging method. 国際規格に推奨されたZDによるクランプ回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the clamp circuit by ZD recommended to the international standard. 従来技術のロードドダンサージ発生回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the loaded danceage generation circuit of a prior art. 従来技術の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem of a prior art. 従来技術によるクランプ回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the clamp circuit by a prior art. パワーアンプ方式のロードダンプサージ発生回路における分圧の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem of the partial pressure in the load dump surge generation circuit of a power amplifier system. 本発明に係るクランプ回路の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the clamp circuit which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、5、35 アンプ
2、3、4、34 比較器
6、7、31、32 分圧用抵抗
8、22、23、24、25、37 抵抗
9、36 サージ吸収用半導体素子
10 クランプ回路
11 第2の基準電圧
12 第1の基準電圧
20 サージ発生回路
21 高圧直流電源
26 エネルギー充放電用コンデンサ
27 サージ波形形成用半導体スイッチ
28 スイッチ
29 立ち上がり時間形成インダクタ
33 基準電圧
40 パワーアンプ方式のサージ発生回路
41 被試験体
50 ウィンドコンパレータ
1, 5, 35 Amplifier 2, 3, 4, 34 Comparator 6, 7, 31, 32 Voltage dividing resistor 8, 22, 23, 24, 25, 37 Resistor 9, 36 Surge absorbing semiconductor element 10 Clamp circuit 11 First Reference voltage of 2 12 First reference voltage 20 Surge generating circuit 21 High voltage DC power supply 26 Energy charging / discharging capacitor 27 Surge waveform forming semiconductor switch 28 Switch 29 Rise time forming inductor 33 Reference voltage 40 Power amplifier type surge generating circuit 41 DUT 50 Wind comparator

Claims (5)

サージ電圧信号が所定の閾値電圧にクランプされた信号を生成するクランプ回路であって、
前記所定の閾値電圧に対応した第1の基準電圧および前記第1の基準電圧より高い第2の基準電圧が入力され、前記サージ電圧に比例したサージ検出電圧が、前記第1の基準電圧および前記第2の基準電圧の間の電圧範囲内にあるときに、所定の動的ループ動作基準電圧を出力する動的ループ動作基準電圧生成手段と、
前記サージ電圧信号が印加され、前記サージ電圧が前記所定の閾値電圧よりも高いときに、サージ吸収制御端子へ入力されるサージ吸収制御電圧の制御にしたがって前記サージ電圧を吸収するサージ電圧吸収手段と、
前記動的ループ動作基準電圧と前記サージ電圧に比例したサージ検出電圧とを比較する比較手段を含み、前記サージ吸収制御電圧を前記サージ電圧吸収手段へ出力するフィードバック回路であって、前記比較の結果に基づいて、前記サージ検出電圧が増加方向に変化するときには前記サージ電圧吸収手段は前記サージ電圧を短絡して前記サージ電圧を吸収するように動作し、前記サージ検出電圧が減少方向に変化するときには前記サージ電圧吸収手段を開放して前記サージ電圧の吸収を停止するように動作する前記サージ吸収制御電圧を生成することと、
を備えることを特徴とするクランプ回路。
A clamp circuit that generates a signal in which a surge voltage signal is clamped to a predetermined threshold voltage,
A first reference voltage corresponding to the predetermined threshold voltage and a second reference voltage higher than the first reference voltage are input, and a surge detection voltage proportional to the surge voltage is the first reference voltage and the Dynamic loop operation reference voltage generating means for outputting a predetermined dynamic loop operation reference voltage when in a voltage range between the second reference voltages;
Surge voltage absorbing means for absorbing the surge voltage according to control of the surge absorption control voltage input to the surge absorption control terminal when the surge voltage signal is applied and the surge voltage is higher than the predetermined threshold voltage; ,
Comparing means for comparing the dynamic loop operation reference voltage and a surge detection voltage proportional to the surge voltage, the feedback circuit for outputting the surge absorption control voltage to the surge voltage absorbing means, the result of the comparison When the surge detection voltage changes in the increasing direction, the surge voltage absorbing means operates to absorb the surge voltage by short-circuiting the surge voltage, and when the surge detection voltage changes in the decreasing direction. Generating the surge absorption control voltage that operates to open the surge voltage absorbing means and stop absorbing the surge voltage;
A clamp circuit comprising:
前記動的ループ動作基準電圧生成手段は、前記第1の基準電圧および前記サージ検出電圧が入力される第1の比較器と、前記第2の基準電圧および前記サージ検出電圧が入力される第2の比較器とを備えるウィンドコンパレータであることを特徴とする請求項1に記載のクランプ回路。   The dynamic loop operation reference voltage generating means includes a first comparator to which the first reference voltage and the surge detection voltage are input, and a second comparator to which the second reference voltage and the surge detection voltage are input. The clamp circuit according to claim 1, wherein the comparator is a window comparator. 前記サージ電圧吸収手段は、ドレイン・ソース間に前記サージ電圧が印加され、前記サージ吸収制御電圧がゲートに印加されるMOSFETであることを特徴とする請求項1または2に記載のクランプ回路。   The clamp circuit according to claim 1 or 2, wherein the surge voltage absorbing means is a MOSFET in which the surge voltage is applied between a drain and a source, and the surge absorption control voltage is applied to a gate. 前記サージ電圧吸収手段は、コレクタ・エミッタ間に前記サージ電圧が印加され、前記サージ吸収制御電圧がベースに印加されるトランジスタであることを特徴とする請求項1または2に記載のクランプ回路。   3. The clamp circuit according to claim 1, wherein the surge voltage absorbing means is a transistor to which the surge voltage is applied between a collector and an emitter, and the surge absorption control voltage is applied to a base. パワーアンプ方式のロードダンプサージ発生回路のサージ電圧出力端子に、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のクランプ回路を接続して構成されることを特徴とするロードダンプサージ試験信号発生装置。
5. A load dump surge test signal generator comprising the clamp circuit according to claim 1 connected to a surge voltage output terminal of a power amplifier type load dump surge generator circuit. .
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