CN100431234C

CN100431234C - 电子装置

Info

Publication number: CN100431234C
Application number: CNB2004100033618A
Authority: CN
Inventors: 新山贤一; 山本精一
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: US7312967B2; US20040150930A1; CN1521913A; KR20040067968A; KR100864346B1; JP3848265B2; TW200415834A; JP2004229365A

Abstract

本发明的电子装置通过在IC外部设置简单的外加元件，限制来自可能会产生预料不到的异常电压的某个直流电源的异常电压，不需要耐高压的稳压器，同时能减小IC的过电压容许量，而且包含过电压限制电路，使处理设计容易进行。通过在IC内部设置的电压限制模块、在IC的电压输入端子和外部端子之间设置的电阻器，限制在AC适配器等的直流电源中产生的预料不到的异常电压，从而防止在IC上施加超过规定值的电压。

Description

电子装置

技术领域

本发明涉及一种电子装置，它可以保护内置的半导体集成电路(IC)芯片免受来自AC适配器等的直流电源的预料不到的异常电压的影响。

背景技术

专利文献1：特开平11-41801号公报

以前，通过AC适配器从商用交流电源进行变压整流、形成规定的直流电压，来提供供给IC芯片的电源电压。通常能稳定地提供来自AC适配器的输出电压，但是，在使用低性能的AC适配器的情况、或AC适配器处于不良状态的情况下，不能避免产生预料不到的过电压。由于这种过电压被提供给连接到AC适配器上的IC，因此会破坏IC内部的电路元件。

为了避免这种情况，如图5所示，以前通过AC适配器2对交流电源1的电压进行变压整流，形成规定的适配器输出电压Vad，由耐高压的稳压器3使其稳定，将稳定后的直流电压提供给IC4。

另一方面，在被提供来自三端子稳压器的电源的IC内部，将由电阻和过电压限制元件(例如，齐纳二极管)组成的过电压限制电路连接到其输入端子上，获得由过电压限制元件进行了限制的电压。从而，提出了将进行了限制的电压提供给内部电路的IC的方案(参照专利文献1)。

在现有的将耐高压的稳压器设置在AC适配器和IC之间的方法中，由于必须另外设置该耐高压的稳压器，因此成本升高。

此外，在使用专利文献1那样的过电压限制电路的方法中，由于在IC内部形成了过电压限制元件以及构成过电压限制电路的电阻，因此IC的处理设计必须以输入的过电压为基准来进行。因此，由于处理设计上的制约，能够对应的过电压存在限度。此外，构成过电压限制电路的电阻，在过电压限制时，必须将流向过电压限制元件的电流抑制为规定范围的值，此外，还要求根据被供给进行了限制的电压的内部电路(元件模块)中的电流，将该电阻中产生的热抑制在规定范围内。为了满足该要求，过电压限制电路的设计自由度受到限制。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种电子装置，其通过在IC外部设置简单的外加元件，抑制来自可能会产生预料不到的异常电压的直流电源的异常电压，不需要耐高压的稳压器，同时能减小IC的过电压容许量，而且包含过电压限制电路，使处理设计容易进行。

本发明第1方面的电子装置的特征在于，具有：第1 IC，该第1 IC包括第1电压输入端子、与该第1电压输入端子电连接并将施加到所述第1电压输入端子上的输入电压限制为规定值的电压限制模块、电压控制端子、第1恒定电压输入端子和控制模块，所述控制模块被供给由所述电压限制模块进行了限制的电压，该控制模块将基于施加到所述第1恒定电压输入端子的恒定电压的检测电压与基准电压进行比较，将由该比较结果得出的控制信号施加给所述电压控制端子；从外部施加直流电源电压的外部电源端子；电连接在该外部电源端子和所述第1电压输入端子之间的电阻器；电连接在所述外部电源端子和所述第1恒定电压输入端子之间，并由施加到所述电压控制端子上的所述控制信号进行控制的控制晶体管；至少一个第2IC，该第2IC包括：施加有施加到所述第1电压输入端子上的输入电压的第2电压输入端子、施加有所述恒定电压的第2恒定电压输入端子、被供给了施加到所述第2电压输入端子上的输入电压的第2电路模块和被供给施加在所述第2恒定电压输入端子上的所述恒定电压的所需电路模块，其中，所述第2电路模块不具有电压限制模块；通过所述电阻器和所述电压限制模块，在施加到所述外部电源端子上的所述直流电源电压变为过电压时，将施加到所述第1电压输入端子和第2电压输入端子上的输入电压限制为所述规定值，同时将所述恒定电压供给到所述第1IC内及所述第2IC内的所需电路模块。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的电路结构的图。

图2是表示电压限制器的结构例的图。

图3是表示电压限制器的电压限制特性的图。

图4是表示本发明第2实施方式的电路结构的图。

图5是表示现有的将电源从AC适配器提供给IC芯片的结构的图。

符号说明：

1：交流电源；2：AC适配器；10：电子装置；11：电阻器；12：控制晶体管；13：二极管；14：辅助晶体管；15：电池；20、20A~20N：IC；21：电压限制器；30；控制模块(电路模块)31：驱动晶体管；32：误差放大器；33：BG恒定电压电路；34、35：分压电阻；Vad：直流电源电压；Vin：输入电压；Vc：恒定电压；Tad：外部电源端子；Pin、PinA~PinN：电压输入端子；Pc、PcA~PcN：恒定电压输入端子；Pvc：电压控制端子。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的电子装置的实施方式。图1是表示本发明第1实施方式的电路结构的图，图2是表示电压限制器(以下为电压限制器)的结构例的图，图3是表示电压限制特性的图。

图1中，将商用交流电源1的交流电压提供给AC适配器2，由AC适配器2对交流电压进行变压整流、平滑，从而形成规定的直流电源电压Vad。将该直流电源电压Vad施加到电子装置10的外部电源端子Tad上。通常能稳定地提供该直流电源电压Vad，但是在使用低性能的AC适配器的情况下、或AC适配器处于不良状态的情况下，会产生预料不到的过电压。

在电子装置10中设置了第1 IC20、多个第2 IC 20A~20N。这些各IC的电压输入端子Pin、PinA~PinN，例如可以在焊盘上形成，并共同连接到IC外部。在该共同连接点和外部电源端子之间连接电阻器11。在第1 IC20上设置了连接到该电压输入端子Pin上的电压限制器21和电路模块30等。在第2 IC 20A~20N上设置了连接到这些电压输入端子PinA~PinN上的电路模块30A~30N等。而且这些第2 IC 20A~20N的数目为任意的，可以是一个，也可以根据情况不设置。

电压限制器21用来与电阻器11协作使电压输入端子Pin的电压限制为规定值，并使用如图2(a)、(b)、(c)所示的结构组成的电路。图2(a)~(c)中的任一个中的电压限制器21中，都在电压限制时将输入电压Vin限制为规定的限制电压值Vlim。在电阻器11的两端之间施加该电压限制时的直流电源电压Vad和作为输入电压Vin的限制电压值Vlim之间的差电压。

图2(a)的电压限制器21由连接于电压输入端子Pin的输入电压Vin和地之间的NPN晶体管(以下，称为NPN)22、以及串联连接于该NPN晶体管22的基极和输入电压点之间的至少1个二极管23构成。如果将这些二极管23的串联数设为N，每个二极管的电压下降设为Vf，在输入电压Vin将要超过规定电压“(N+1)×Vf”时，由于NPN22导通(ON)，因此可以将输入电压Vin限制为规定电压“(N+1)×Vf”。

图2(b)的电压限制器21在电压输入端子Pin的输入电压Vin和地之间连接了齐纳二极管24。将输入电压Vin限制为齐纳二极管24的齐纳电压Vz。

图2(c)的电压限制器21由连接于电压输入端子Pin的输入电压Vin和地之间的N型MOS晶体管(以下，称为NMOS)25、连接于该NMOS晶体管25的栅极和输入电压点之间的电阻器26(电阻值为R1)以及连接于栅极和地之间的电阻器27(电阻值为R2)构成。由这些电阻器26、27的分压比确定的栅极电压“Vin×R2/(R1+R2)”将要超过NMOS25的阀值电压Vth时，由于NMOS25导通(ON)，因此将输入电压Vin限制为“Vin×((R1+R2)/R2)”。

在图1的电子装置10中，在以预定的电压值来提供来自AC适配器2的直流电源电压Vad的情况下，IC20的电压限制器21不工作，输入到电压输入端子Pin上的输入电压Vin被提供给电路模块30。这种情况下，虽然在电阻器11上产生由流入电路模块30的电流和电阻器11的电阻值R11引起的电压下降，产生由此而引起的损耗(发热)，但是通过设定电阻值、电流值使该电压下降部分在规定的范围内，可以将输入电压Vin保持为不会妨碍电路模块30动作的值。

在由于AC适配器变为不良状态等，直流电源电压Vad变为预料不到的过电压，输入电压Vin将要超过电压限制器21的限制电压值Vlim时，电压限制器21工作，将输入电压Vin限制为限制电压值Vlim。在图3中示出了表示该直流电源电压Vad和输入电压Vin之间关系的电压限制特性。

该过电压限制动作状态中，在电阻器11两端之间施加直流电源电压Vad和限制电压值Vlim之间的差电压(Vad-Vlim)，电阻器11中流过与该差电压对应的电压限制电流Ilim。因此，在电阻器11中产生由该电流Ilim和电阻值R11决定的损耗并发热。但是，由于在IC20的外部设置了电压限制器21以及构成过电压限制电路的电阻器11，因此，在IC20上不施加过电压，也不会受到伴随过电压限制电流Ilim而产生的发热的影响。

这样，由于通过在IC20内部设置的电压限制器21以及设置在IC20的电压输入端子Pin和外部电源端子Pad之间的电阻器11，限制了在AC适配器2中产生的预料不到的异常电压，因此在IC20上不会施加超过规定值Vlim的电压。另外，由于在IC20的外侧设置了构成过电压限制电路的电阻器11，因此，能够容易满足以下要求：在进行过电压限制时，将流向电压限制器21的电流Ilim抑制为规定范围的值，以及将电阻器11中产生的热抑制在规定范围内等。因此，减小了IC20的过电压容许量，并且包括电压限制器21，使处理设计容易进行。

另外，在电子装置10中设置具有电压限制器21的IC20的同时，设置其它多个IC20A~20N的情况下，本发明由于将构成过电压限制电路的电阻器11设置在IC20的外侧，因此没有必要在其它IC20A~20N中设置电压限制器，从而能够将进行了电压限制的输入电压Vin提供给各个电压输入端子PinA~PinN。即，不用实施任何过电压保护对策就能保护其它IC20A~20N免受过电压影响。

而且，在图1的第1实施方式中，说明了仅将电压限制器21设置在1个IC20中的情况。但是，不局限于此，也可以在其它IC(例如，IC20A)中设置同样的电压限制器。这种情况下，由于电并联连接多个电压限制器，因此，如果限制电压Vlim最低的电压限制器进行电压限制动作，其它电压限制器就不进行电压限制动作。因此，其它电压限制器起到作为后备电压限制器的作用。由此，即使在万一1个电压限制器有故障而不能执行电压限制动作的情况下，由于其它电压限制器可进行后备动作，因此能够确实地进行电压限制动作。这一点在第2实施方式中也相同。

图4是表示有关本发明第2实施方式的电子装置的电路结构的图，在图1的第1个实施方式的电子装置中，特别是在各个IC20、20A~20N中，能够利用进行了控制的恒定电压。另外，对与图1的电子装置中结构相同的部分附加相同的符号，并省略对其的再次说明。

图4中，通过PNP晶体管(以下，称为PNP)的控制晶体管12，从外部电源端子Tad得到恒定电压Vc，将该恒定电压Vc输入到IC20的恒定电压输入端子Pc上。控制晶体管12的基极通过NPN14连接到IC20的电压控制端子Pvc上，并且NPN14的基极连接到二极管13的负极，其正极与电压输入端子Pin相连。

在IC20中，作为一个电路模块设置有控制模块30。在控制模块30中设置了误差放大器32，将输入到恒定电压输入端子Pc上的恒定电压Vc用分压电阻器34、35分压后得到的检测电压Vdet与在带隙(BG)恒定电压电路33中形成的一定的基准电压Vbg进行比较。而且，在电压控制端子Pvc和地之间设置NPN驱动晶体管31，将误差放大器32的控制输出提供给该驱动晶体管31的基极。

此外，在IC20中，将输入电压Vin提供给其它所需的电路模块，同时将恒定电压Vc提供给所需的电路模块。

而且，在电子装置10中，将电池15连接到恒定电压Vc的位置处，以便可以进行浮动充电。此外，将输入电压Vin和恒定电压Vc提供给设置在其它IC20A~20N上的电压输入端子PinA~PinN以及恒定电压输入端子PcA~PcN。然后，在IC20A~20N的内部，将输入电压Vin和恒定电压Vc提供给所需的电路模块(图中省略)。另外，还可以使用电容器来代替电池15，或者不设置电池15。

在该图4的实施方式2中，将进行了电压限制的输入电压Vin提供给控制模块30，执行规定的控制动作。

在控制模块30中，根据基于提供给误差放大器32的(+)输入端子的基准电压Vbg和输入到(-)输入端子的检测电压Vdet的比较而得到的控制信号来控制驱动晶体管31。

按照该驱动晶体管31的控制，通过辅助晶体管14对控制晶体管12的导通度进行控制，输出恒定电压Vc。

此外，电压控制端子Pvc上施加的电压为从输入电压Vin中减去二极管13正向电压下降部分的电压Vf和辅助晶体管14的基极-集电极之间的电压下降部分的电压Vbe后得到的电压(Vin-Vf-Vbe)。

因此，由于将进行了电压限制的输入电压Vin输入到电压输入端子Pin上，将比输入电压Vin低规定量的电压输入到电压控制端子Pvc上，而且，由于将恒定电压Vc输入到恒定电压输入端子Pc上，因此，IC20只能输入小于等于限制电压的电压。

另外，由于在IC20A~20N上输入了进行了电压限制的输入电压Yin和恒定电压Vc，因此，没有必要考虑针对过电压的保护。而且，在IC20A~20N中没有使用输入电压Vin的情况下，可以减少电压输入端子PinA~PinN。

该第2实施方式除了能够获得与第1实施方式相同的效果外，还不会受到来自AC适配器2的直流电源电压Vad的变化以及噪声的影响，而将恒定电压Vc提供给IC20、20A~20N内所需的电路模块。另外，由于将控制晶体管12连接到外部电源端子Tad上，因此被供给恒定电压Vc的电路模块电流、流向由恒定电压Vc充电的电池15的充电电流都不会流到构成过电压限制电路的电阻器11上。因此，不会造成因该电阻器11而导致相应量的电压下降以及热损耗，能够确保足够大的恒定电压Vc并降低多余的损耗。

此外，在使用多个IC20、20A~20N的情况下，设置了控制模块的第1IC20以外的IC20A~20N不需采用任何的过电压保护对策就能得到过电压保护，同时能利用规定的恒定电压Vc。

另外，由于在电压控制端子上只能施加比输入电压Vin低的电压，因此能避免过电压带来的影响。

此外，本发明的电子装置具有：第1 IC，该第1 IC包含第1电压输入端子、与该第1电压输入端子电连接并将施加到所述第1电压输入端子上的电压限制为规定值的电压限制模块、电压控制端子、第1恒定电压输入端子、控制模块，该控制模块提供由所述电压限制模块限制电压并根据施加在所述第1恒定电压输入端子上的恒定电压，将检测电压与基准电压进行比较，根据比较结果将控制信号施加到所述电压控制端子上；从外部施加直流电源电压的外部电源端子；电连接在该外部电源端子和所述第1电压输入端子之间的电阻器；电连接在所述外部电源端子和所述第1恒定电压输入端子之间、并由施加在所述电压控制端子上的所述控制信号进行控制的控制晶体管，通过所述电阻器和所述电压限制模块，在施加到所述外部电源端子上的所述直流电源电压变为过电压时，将施加到所述第1电压输入端子上的输入电压限制为规定值，同时，将所述恒定电压提供给所述第1IC内的所需电路模块。

此外，本发明的电子装置可以至少还具有一个第2IC，该第2 IC包含被施加了所述恒定电压的第2恒定电压输入端子、被供给施加在所述第2恒定电压输入端子上的所述恒定电压的所需电路模块。

此外，本发明的电子装置还可以在所述控制晶体管的控制输入单元和所述电压控制端子之间设置辅助晶体管，通过二极管将所述输入电压提供给该辅助晶体管的控制输入单元。

根据本发明第1方面的电子装置，由于通过设置在IC内部的电压限制模块、以及设置在IC电压输入端子和外部端子之间的电阻器，限制在AC适配器等的直流电源中产生的预料不到的异常电压，因此，在IC中不会施加超过规定值的电压。因此，不需要耐高压的稳压器，从而能够降低成本。

此外，由于将构成过电压限制电路的电阻器设置在IC外侧，可以在过电压限制时，将流向过电压限制元件的电流抑制为规定范围的值，也容易满足将该电阻器中产生的热抑制在规定范围内等要求，减少IC的过电压容许量，而且包含过电压限制模块，使处理设计容易进行。

根据本发明第2方面的电子装置，在使用多个IC的情况下，设置了电压限制模块的IC之外的IC不需采用任何过电压保护对策，就能进行过电压保护。

Claims

1.一种电子装置，其特征在于，

具有：第1 IC，该第1 IC包括第1电压输入端子、与该第1电压输入端子电连接并将施加到所述第1电压输入端子上的输入电压限制为规定值的电压限制模块、电压控制端子、第1恒定电压输入端子和控制模块，所述控制模块被供给由所述电压限制模块进行了限制的输入电压，该控制模块将基于施加到所述第1恒定电压输入端子的恒定电压的检测电压与基准电压进行比较，将由该比较结果得出的控制信号施加给所述电压控制端子；

从外部施加直流电源电压的外部电源端子；

电连接在该外部电源端子和所述第1电压输入端子之间的电阻器；

电连接在所述外部电源端子和所述第1恒定电压输入端子之间，并由施加到所述电压控制端子上的所述控制信号进行控制的控制晶体管；

至少一个第2 IC，该第2 IC包括：施加有施加到所述第1电压输入端子上的输入电压的第2电压输入端子、施加有所述恒定电压的第2恒定电压输入端子、被供给了施加到所述第2电压输入端子上的输入电压的第2电路模块和被供给施加在所述第2恒定电压输入端子上的所述恒定电压的所需电路模块，其中，所述第2电路模块不具有电压限制模块；

通过所述电阻器和所述电压限制模块，在施加到所述外部电源端子上的所述直流电源电压变为过电压时，将施加到所述第1电压输入端子和第2电压输入端子上的输入电压限制为所述规定值，同时将所述恒定电压供给到所述第1 IC内及所述第2 IC内的所需电路模块。