PNPトランジスタとPNPトランジスタを用いた過電圧保護回路
PNPトランジスタとPNPトランジスタを組み合わせた過電圧保護回路は、高電圧保護設計、特に電源入力ポートやバッテリ駆動のデバイスにおいて、自動遮断および電圧制限による保護機能を提供するために広く使用されています。この構成の核心となる考え方は、トランジスタの導通特性と遮断特性を利用して過電圧を検知して遮断することであり、これにより能動型の過電圧保護回路となっています。
この回路は低電力の直流回路に適しており、自動過電圧遮断機能を備え、過電圧状態に迅速に対応することができます。供給電圧が設定された閾値を超えると、出力は遮断されます。また、遅延復帰機能（ラッチされていない場合）を備えており、入力電圧が正常に戻ると出力が再開されます（設計によって異なります）。マイクロコントローラを必要とせず、アナログ部品のみを用いて高速応答を実現し、独立して動作します。また、数個のトランジスタと抵抗だけで低コストで実装できます。
PNPトランジスタとPNPトランジスタを用いた過電圧保護回路の回路図例
上記の例では、主要な制御素子はQ2とD2であり、Q1はメインスイッチとして機能します。入力電圧が4.5～5.1V DCの範囲にある場合、D2は逆バイアスされて遮断状態となり、Q2も遮断されます。その結果、Q1のベース電圧は0となり、Q1が導通して回路は正常に動作します。入力電圧が5.1Vを超えると、ツェナーダイオードD2がブレークダウンし、Q2のベース電圧が5.1Vにクランプされます。入力電圧が5.7Vを超えると、Q2が導通し、Q1のベース電圧がVCCと同じになるため、Q1が遮断され、入力を切り離します。入力電圧が正常範囲に戻ると、回路は自動的に電源供給を再開します。
この回路を設計する際は、PNPトランジスタの選定に注意してください。その耐電圧は最大入力電圧よりも高くする必要があり（20～30%の安全マージンを推奨）、電流容量は負荷の最大電流を上回る必要があります。消費電力を低減するため、飽和電圧VCE(sat)が低いモデルを選択してください。閾値設計では、分圧抵抗とツェナーダイオードを組み合わせて、Q2の導通条件を設定します。より精密な制御を行う場合は、 TIの TL431 などの可変電圧リファレンスの使用を検討してください。
熱および電力の観点から、主電流経路であるQ1では電力損失が発生するため、放熱およびPCBの銅箔設計を考慮する必要があります。Q1と直列に低抵抗（例：0.1Ω）を接続することで、電流を検出し、ベースを保護することができます。起動時の過渡的な電圧変動による誤動作を防ぐため、遅延用のコンデンサを追加して安定性を高めます。
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