JP2006177724A - Voltage detection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視対象の電圧が所定のしきい値電圧より低い減電圧状態を検出する電圧検出回路に関し、特にその低消費電流化技術に関する。 The present invention relates to a voltage detection circuit that detects a reduced voltage state in which a voltage to be monitored is lower than a predetermined threshold voltage, and more particularly to a technique for reducing the current consumption.
携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)などをはじめとする多くの小型情報機器は電池を搭載し、内部の電子回路を電池から出力される電池電圧によって駆動している。 Many small information devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) are equipped with a battery, and an internal electronic circuit is driven by a battery voltage output from the battery.
ここで電池の出力電圧は、たとえばリチウムイオン電池では満充電時において4.2V程度であり、その後電力消費にともなって出力電圧は低下していく。ここで、小型情報機器の内部の電子回路を安定に動作させるためには、各電子回路には所定の電圧以上が供給されている必要がある。そのため、多くの小型情報機器において、電池の減電圧状態を検出するための電圧検出回路が設けられる。 Here, for example, in the case of a lithium ion battery, the output voltage of the battery is about 4.2 V at the time of full charge, and thereafter, the output voltage decreases with power consumption. Here, in order to stably operate the electronic circuit inside the small information device, each electronic circuit needs to be supplied with a predetermined voltage or more. Therefore, in many small information devices, a voltage detection circuit for detecting a reduced voltage state of the battery is provided.
ここで、電圧検出回路としては、電池の電圧と、所定のしきい値を比較するのが一般的である。たとえば特許文献1には、エミッタ接地されたバイポーラトランジスタのベースに電池電圧を印加し、ベースエミッタ間の順方向電圧Vbeをしきい値とし、トランジスタのオンオフに対応させて減電圧状態を検出する。
Here, the voltage detection circuit generally compares the battery voltage with a predetermined threshold value. For example, in
また、より正確に減電圧状態の検出を行う方法としては、電池電圧と、基準電圧源により生成されるしきい値電圧とを電圧比較器により比較して減電圧状態を検出する方法も考えられる。
ここで、小型情報機器に搭載される電池が充電可能な充電池である場合を考える。このような充電池に対して減電圧状態の検出を行う場合、電力消費によって電池電圧が低下した減電圧状態で充電によって電池電圧が上昇すると、再度通常状態に復帰する。したがって、電池電圧がしきい値電圧より低い減電圧状態においても、電池電圧を監視する必要がある。ここで、減電圧状態において電池電圧を監視するためには、極力、電圧検出回路の消費電流が低いことが望ましい。 Here, the case where the battery mounted in a small information device is a rechargeable battery is considered. When detecting a reduced voltage state for such a rechargeable battery, if the battery voltage rises due to charging in a reduced voltage state where the battery voltage has dropped due to power consumption, the normal state is restored again. Therefore, it is necessary to monitor the battery voltage even in a reduced voltage state where the battery voltage is lower than the threshold voltage. Here, in order to monitor the battery voltage in the reduced voltage state, it is desirable that the current consumption of the voltage detection circuit is as low as possible.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、減電圧状態での消費電流を低減した電圧検出回路の提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a voltage detection circuit with reduced current consumption in a reduced voltage state.
本発明のある態様は電圧検出回路に関する。この電圧検出回路は、監視対象の電圧が所定のしきい値電圧より低い減電圧状態を検出する電圧検出回路であって、監視対象の電圧と第1しきい値電圧とを比較する第1電圧検出部と、監視対象の電圧が第1しきい値電圧より低くなってから、第1しきい値電圧より高く設定される第2しきい値電圧に達するまでの期間、監視対象の電圧と第2しきい値電圧とを比較する第2電圧検出部と、監視対象の電圧が第1しきい値電圧より低くなってから第2しきい値電圧に達するまでの期間を減電圧状態として出力し、かつ減電圧状態において第1電圧検出部をオフする出力部と、を備える。 One embodiment of the present invention relates to a voltage detection circuit. The voltage detection circuit is a voltage detection circuit that detects a reduced voltage state in which a voltage to be monitored is lower than a predetermined threshold voltage, and a first voltage that compares the voltage to be monitored with a first threshold voltage. The detection unit and a period of time from when the monitored voltage becomes lower than the first threshold voltage until reaching the second threshold voltage set higher than the first threshold voltage, A second voltage detector for comparing the two threshold voltages and a period from when the monitored voltage becomes lower than the first threshold voltage to the second threshold voltage being output as a reduced voltage state And an output unit for turning off the first voltage detection unit in the reduced voltage state.
この態様によると、通常電圧状態に動作する第1電圧検出部と、減電圧状態で動作する第2電圧検出部を設けることにより、それぞれの状態において求められる消費電流や検出精度を個別に設定することができる。 According to this aspect, by providing the first voltage detection unit operating in the normal voltage state and the second voltage detection unit operating in the reduced voltage state, the current consumption and detection accuracy required in each state are individually set. be able to.
出力部は、第1電圧検出部と第2電圧検出部の出力によってセット、リセットされるフリップフロップを備え、当該フリップフロップの出力にもとづいて、第1電圧検出部と第2電圧検出部のいずれか一方をオンしてもよい。 The output unit includes a flip-flop that is set and reset by the outputs of the first voltage detection unit and the second voltage detection unit, and based on the output of the flip-flop, either the first voltage detection unit or the second voltage detection unit Either one may be turned on.
本発明の別の態様もまた、電圧検出回路である。この電圧検出回路は、検出端子に入力される監視対象の電圧を検出する電圧検出回路であって、検出端子に接続される第1、第2抵抗と、ベース端子が共通に接続され、第1、第2抵抗をコレクタ負荷としてカレントミラー対を構成する第1、第2トランジスタと、第2トランジスタのエミッタ端子に接続される第3抵抗と、第1トランジスタのエミッタ端子と第3抵抗に接続され、固定電圧を供給する固定電圧端子と、ベース端子が第2トランジスタのコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が固定電圧端子に接続される第3トランジスタと、第3トランジスタのコレクタ端子と検出端子間に接続される第4抵抗と、を備え、第3トランジスタのコレクタ端子に現れる電圧にもとづき電圧検出を行う。 Another embodiment of the present invention is also a voltage detection circuit. This voltage detection circuit is a voltage detection circuit for detecting a voltage to be monitored input to a detection terminal, and the first and second resistors connected to the detection terminal and the base terminal are connected in common, and the first The first and second transistors constituting the current mirror pair with the second resistor as the collector load, the third resistor connected to the emitter terminal of the second transistor, and the emitter terminal and the third resistor of the first transistor are connected. A fixed voltage terminal for supplying a fixed voltage, a base terminal connected to the collector terminal of the second transistor, an emitter terminal connected to the fixed voltage terminal, and a collector terminal of the third transistor and the detection terminal A fourth resistor connected thereto, and performs voltage detection based on a voltage appearing at a collector terminal of the third transistor.
この態様によると、監視対象の電圧が低い状態においては、第1から第4トランジスタのエミッタコレクタ間電圧が低いため、各トランジスタはオフ状態となる。監視対象の電圧が上昇し、あるしきい値電圧を超えると、各トランジスタがオンして電流が流れるため、第3トランジスタのコレクタ端子に接続された第4抵抗に電流が流れ、電圧降下が発生するため、監視対象の電圧がしきい値電圧を超えたことを検出することができる。
また、各トランジスタおよび各抵抗の配置をいわゆるバンドギャップリファレンス回路と同様の構成とすることによって、温度変化によるしきい値電圧の変動を抑えることができる。
According to this aspect, when the voltage to be monitored is low, the voltage between the emitter and collector of the first to fourth transistors is low, so that each transistor is turned off. When the voltage to be monitored rises and exceeds a certain threshold voltage, each transistor is turned on and current flows. Therefore, current flows through the fourth resistor connected to the collector terminal of the third transistor, causing a voltage drop. Therefore, it can be detected that the monitored voltage exceeds the threshold voltage.
Further, by arranging each transistor and each resistor in a configuration similar to that of a so-called band gap reference circuit, variation in threshold voltage due to temperature change can be suppressed.
検出端子と固定電圧端子間の電流経路上に、少なくともひとつのダイオードをさらに備えてもよい。
ダイオードを備えることによって、監視対象の電圧をレベルシフトすることができ、ダイオードの段数を調節することにより、しきい値電圧を調節することができる。さらに上述のトランジスタによってダイオードの温度特性をキャンセルすることができる。
At least one diode may be further provided on the current path between the detection terminal and the fixed voltage terminal.
By providing the diode, the voltage to be monitored can be level shifted, and the threshold voltage can be adjusted by adjusting the number of diode stages. Further, the temperature characteristics of the diode can be canceled by the above-described transistor.
第1電圧検出部は、第1しきい値電圧を生成する基準電圧源と、監視対象の電圧と第1しきい値電圧とを比較する電圧比較器と、を備えてもよい。 The first voltage detection unit may include a reference voltage source that generates the first threshold voltage, and a voltage comparator that compares the voltage to be monitored with the first threshold voltage.
第1電圧検出部に基準電圧源と電圧比較器とを備えることによって、正確に減電圧状態への移行を検出することができる。
この基準電圧源は、バンドギャップリファレンス回路であってもよい。
By providing the first voltage detection unit with the reference voltage source and the voltage comparator, it is possible to accurately detect the transition to the reduced voltage state.
The reference voltage source may be a band gap reference circuit.
本発明の別の態様は第1電圧およびそれよりも高い第2電圧を監視のしきい値として有する電圧検出回路に関する。この電圧検出回路は、監視対象電圧が前記第1電圧を下回ったら監視対象電圧と前記第2電圧との比較を開始する第1の監視部と、前記監視対象電圧が前記第2電圧を上回ったら前記監視対象電圧と前記第1電圧との比較を開始する第2の監視部と、を備える。第1の監視部は、第2の監視部が監視対象電圧を監視する期間オフとなり、第2の監視部は、第1の監視部が監視対象電圧を監視する期間オフとなる。
この態様によれば、ヒステリシスコンパレータなどに代えて用いることができ、第1の監視部と、第2の監視部を設けることにより、それぞれの状態において求められる消費電流や検出精度を個別に設定することができる。
Another aspect of the present invention relates to a voltage detection circuit having a first voltage and a second voltage higher than the first voltage as monitoring thresholds. The voltage detection circuit includes a first monitoring unit that starts comparison between the monitoring target voltage and the second voltage when the monitoring target voltage falls below the first voltage, and when the monitoring target voltage exceeds the second voltage. A second monitoring unit that starts comparison between the monitored voltage and the first voltage. The first monitoring unit is off during the period when the second monitoring unit monitors the monitoring target voltage, and the second monitoring unit is off during the period when the first monitoring unit monitors the monitoring target voltage.
According to this aspect, it can be used in place of the hysteresis comparator and the like, and by providing the first monitoring unit and the second monitoring unit, current consumption and detection accuracy required in each state are individually set. be able to.
まず、本発明の実施の形態の概要を述べる。本実施の形態に係る電圧検出回路は、携帯電話やPDAなどの電池駆動型の小型情報機器で用いられ、リチウムイオンなどの充電池から、内部に使用される各電子回路を安定に駆動するために必要な電圧が出力されているかを監視する。
この電圧検出回路は、監視対象となる電池電圧がしきい値電圧を下回った状態(以下、減電圧状態という)または電池電圧がしきい値電圧より高い状態(以下、通常電圧状態という)を検出し、小型情報機器全体を制御する制御部に通知する。
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described. The voltage detection circuit according to the present embodiment is used in battery-driven small information devices such as mobile phones and PDAs, and stably drives each electronic circuit used inside from a rechargeable battery such as lithium ion. Monitor whether the necessary voltage is output.
This voltage detection circuit detects when the monitored battery voltage is below the threshold voltage (hereinafter referred to as a reduced voltage state) or when the battery voltage is higher than the threshold voltage (hereinafter referred to as a normal voltage state). Then, the control unit that controls the entire small information device is notified.
以下、本実施の形態に係る電圧検出回路について図面をもとに詳細に説明する。
図1は、本実施の形態に係る電圧検出回路1000の構成を示す。電圧検出回路1000は、入出力端子として、入力端子1002と出力端子1004を備える。入力端子1002には、図示しないバッテリから電池電圧Vbatが入力されている。また、出力端子1004には、図示しない制御部が接続されている。電圧検出回路1000は、通常電圧状態、減電圧状態がそれぞれハイレベル、ローレベルに対応付けられた検出信号SIG10を出力端子1004から出力する。
Hereinafter, the voltage detection circuit according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a
この電圧検出回路1000は、第1電圧検出部100、第2電圧検出部200、出力部300を含む。
The
第1電圧検出部100は、通常電圧状態において電池電圧Vbatを監視し、減電圧状態への移行を検出する。第1電圧検出部100の検出端子102には、電池電圧Vbatが入力されており、第1しきい値電圧Vth1と電池電圧Vbatを比較する。第1電圧検出部100の出力端子104からは、Vbat>Vth1のときローレベルの、Vbat<Vth1のときハイレベルの第1検出信号SIG1が出力される。第1検出信号SIG1は、出力部300へと出力される。
The
第1電圧検出部100は、イネーブル端子106を備えている。第1電圧検出部100は、イネーブル端子106に入力されるイネーブル信号がハイレベルのときオン状態となり電池電圧Vbatの監視を行い、イネーブル信号がローレベルのときオフ状態となり、電池電圧Vbatの監視を停止し、電流消費を抑える。
The first
第2電圧検出部200は、減電圧状態において電池電圧Vbatを監視し、通常電圧状態への復帰を監視する。第1電圧検出部100と同様、検出端子202には、電池電圧Vbatが入力されており、第2しきい値電圧Vth2と電池電圧Vbatを比較する。第2電圧検出部200の出力端子204からは、Vbat>Vth2のときハイレベルが、Vbat<Vth1のときローレベルが出力される。第2検出信号SIG2は、出力部300へと入力される。第2電圧検出部200で使用される第2しきい値電圧Vth2は、第1しきい値電圧Vth1よりも高く設定される。
The second
第2電圧検出部200も、イネーブル端子206を備えている。第2電圧検出部200は、イネーブル端子206に入力されるイネーブル信号がハイレベルのときオン状態となり電池電圧Vbatの監視を行い、イネーブル信号がローレベルのときオフ状態となり、電池電圧Vbatの監視を停止して電流消費を抑える。
The second
出力部300には、第1電圧検出部100と第2電圧検出部200から出力される第1検出信号SIG1および第2検出信号SIG2が入力される。
この出力部300は、RSフリップフロップ30、トランジスタM1、M2、抵抗R30を含む。
The
The
RSフリップフロップ30のセット端子Sには、第2電圧検出部200から出力される第2検出信号SIG2が入力され、リセット端子Rには、第1電圧検出部100から出力される第1検出信号SIG1が入力される。
RSフリップフロップ30の出力端子Qは、トランジスタM1のゲート端子に接続されるとともに、第1電圧検出部100のイネーブル端子106に接続される。また、反転出力端子Q’は、第2電圧検出部200のイネーブル端子206に接続される。RSフリップフロップ30の2つの出力端子Q、Q’からは、ハイ、ローが反転した信号が出力されるため、第1電圧検出部100および第2電圧検出部200はいずれか一方が電池電圧Vbatを監視するとき、他方は監視動作を停止する。
The second detection signal SIG2 output from the second
The output terminal Q of the RS flip-
トランジスタM1は、N型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であって、ゲート端子がRSフリップフロップ30の出力端子Qに接続されている。トランジスタM1のソース端子は接地されている。トランジスタM1のドレイン端子には抵抗R30が接続されており、電池電圧Vbatが印加される。
トランジスタM2は、P型のMOSFETであって、ゲート端子がトランジスタM1のドレイン端子に接続されている。トランジスタM2のソース端子には電池電圧Vbatが印加され、ドレイン端子は電圧検出回路1000の出力端子1004となっている。
The transistor M <b> 1 is an N-type MOSFET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor), and has a gate terminal connected to the output terminal Q of the RS flip-
The transistor M2 is a P-type MOSFET, and the gate terminal is connected to the drain terminal of the transistor M1. The battery voltage Vbat is applied to the source terminal of the transistor M2, and the drain terminal is the
RSフリップフロップ30がセットされ、トランジスタM1のゲート端子にハイレベルが入力されると、トランジスタM1がオンし、抵抗R30に電流が流れるため、トランジスタM2のゲート電圧が降下し、トランジスタM2がオンする。トランジスタM2がオンすると、ドレインソース間電圧は小さくなるため、出力端子1004からは電池電圧Vbatに近いハイレベルの検出信号SIG10が出力される。
逆に、RSフリップフロップ30がリセットされ、トランジスタM1のゲート端子にローレベルが入力されると、トランジスタM1がオフするため、抵抗R30に電流は流れず、トランジスタM2もオンしないため、出力端子1004からはローレベルの検出信号SIG10が出力される。
When the RS flip-
Conversely, when the RS flip-
このようにして構成した出力部300は、第1検出信号SIG1および第2検出信号SIG2にもとづいて、監視対象の電池電圧Vbatが第1しきい値電圧Vth1より低くなってから第2しきい値電圧Vth2に達するまでの期間を減電圧状態として出力するとともに、減電圧状態において第1電圧検出部100をオフする。
Based on the first detection signal SIG1 and the second detection signal SIG2, the
つぎに、第1電圧検出部100および第2電圧検出部200の詳細な回路構成について説明する。
Next, detailed circuit configurations of the first
図2は、第1電圧検出部100の構成を示す回路図である。上述のように、第1電圧検出部100は、通常電圧状態において電池電圧Vbatを監視し、減電圧状態への遷移を検出する。第1電圧検出部100は、基準電圧源110、電圧比較部120および定電流源10、トランジスタQ10、第1スイッチSW1、インバータINV1を含む。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of the first
定電流源10は、基準電圧源110および電圧比較部120に供給するための定電流を生成する。この定電流源10と接地端子間には、第1スイッチSW1が設けられている。この第1スイッチSW1は、N型MOSFETであって、イネーブル端子106に入力されるイネーブル信号がハイレベルのときオンし、ローレベルのときオフする。第1スイッチSW1がオフすると、基準電圧源110および電圧比較部120に対する電流供給が停止し、電圧検出動作が停止する。
The constant
基準電圧源110は、バンドギャップリファレンス回路であって、温度変動にかかわらず、ほぼ一定の基準電圧Vrefを生成する。基準電圧源110は、トランジスタQ11〜Q16、抵抗R10、R11を含む。
トランジスタQ11、Q12はカレントミラー回路を構成し、抵抗R10、R11がそれぞれのトランジスタのコレクタ負荷として接続されている。また、トランジスタQ12のエミッタ端子には抵抗R12が接続されている。トランジスタQ13は、トランジスタQ16から定電流が供給されており、温度変動を補償する。トランジスタQ15、Q16は、トランジスタQ10とカレントミラー回路を構成し、定電流源10により生成される定電流Icを定数倍した定電流源として動作する。トランジスタQ14は、基準電圧源110のシンク電流を増加させ、出力インピーダンスを低下させる。このように構成された基準電圧源110は、抵抗R10および抵抗R11の接続点の電位を基準電圧Vrefとして出力する。
The
Transistors Q11 and Q12 constitute a current mirror circuit, and resistors R10 and R11 are connected as collector loads of the respective transistors. A resistor R12 is connected to the emitter terminal of the transistor Q12. The transistor Q13 is supplied with a constant current from the transistor Q16, and compensates for temperature fluctuations. The transistors Q15 and Q16 constitute a current mirror circuit with the transistor Q10, and operate as a constant current source obtained by multiplying the constant current Ic generated by the constant
電圧比較部120は、第2しきい値電圧Vth2と電池電圧Vbatを比較する。
電圧比較部120は、トランジスタQ17〜Q22を含む。トランジスタQ18、Q19は差動入力対を構成し、トランジスタQ20、Q21はカレントミラー負荷として機能する。差動入力対を構成するトランジスタQ18、Q19のベース端子にはそれぞれ、基準電圧Vrefおよび電池電圧Vbat’が入力される。この電池電圧Vbat’は、電池電圧Vbatが、抵抗R13およびR14によって分圧され、R14/(R13+R14)倍された電圧である。
トランジスタQ19のコレクタ端子は、トランジスタQ22のベース端子に接続され、抵抗R15によって電流電圧変換される。インバータINV1は、トランジスタQ22のコレクタ電圧を反転し出力端子104から出力する。
The
The collector terminal of the transistor Q19 is connected to the base terminal of the transistor Q22 and is subjected to current-voltage conversion by the resistor R15. The inverter INV1 inverts the collector voltage of the transistor Q22 and outputs it from the
この電圧比較部120において、Vbat’<VrefのときトランジスタQ22のベース電流およびコレクタ電流は増加し、抵抗R15での電圧降下が増加する。その結果、トランジスタQ22のコレクタ電圧は低下し、出力端子104からはハイレベルが出力される。
また、Vbat’>Vrefのとき、トランジスタQ22のベース電流およびコレクタ電流が減少するため、抵抗R15での電圧降下が減少し、トランジスタQ22のコレクタ電圧が上昇する。その結果、出力端子104からはローレベルが出力される。
In this
Further, when Vbat ′> Vref, the base current and the collector current of the transistor Q22 are reduced, so that the voltage drop at the resistor R15 is reduced and the collector voltage of the transistor Q22 is increased. As a result, a low level is output from the
いま、第1しきい値電圧Vth1を、Vth1=Vbat×(R13+R14)/R14と書けば、この第1電圧検出部100は、電池電圧Vbatと第1しきい値電圧Vth1を比較することになり、Vbat<Vth1のとき、すなわち減電圧状態を検出すると、ハイレベルを出力し、Vbat>Vth1のとき、すなわち通常電圧状態ではローレベルを出力する。
なお、第1スイッチSW1がオフしているとき、電圧比較部120には電流が流れず、抵抗R15での電圧降下が生じないため、第1検出信号SIG1はローレベルとなる。
If the first threshold voltage Vth1 is written as Vth1 = Vbat × (R13 + R14) / R14, the
When the first switch SW1 is off, no current flows through the
この第1電圧検出部100では、第1しきい値電圧Vth1を、バンドギャップリファレンス回路により生成される基準電圧Vrefにもとづいて設定するため、減電圧状態への移行を高い精度で検出することができる。
In the first
つぎに、第2電圧検出部200の構成について図3および図4をもとに説明する。図3は、第2電圧検出部200の構成を示す回路図である。
上述のように、第2電圧検出部200は、減電圧状態において電池電圧Vbatを監視し、通常電圧状態への復帰を検出する回路であり、検出端子202に電池電圧Vbatが入力され、出力端子204から第2検出信号SIG2を出力する。
Next, the configuration of the second
As described above, the second
第2電圧検出部200は、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3およびトランジスタQ30〜Q32、第2スイッチSW2、インバータINV2を含む。
トランジスタQ30〜Q32は、それぞれベースコレクタ間が接続され、ダイオードを構成している。バイポーラトランジスタのベースエミッタ間の順方向電圧をVfとすると、トランジスタQ32のエミッタ端子の電圧は(Vbat−3×Vf)で与えられ、電池電圧Vbatをレベルシフトする。
The
Transistors Q30 to Q32 each have a base-collector connected to form a diode. Assuming that the forward voltage between the base and emitter of the bipolar transistor is Vf, the voltage at the emitter terminal of the transistor Q32 is given by (Vbat−3 × Vf), and the battery voltage Vbat is level-shifted.
検出端子202には、ダイオードとして機能するトランジスタQ30〜Q32を介して第1抵抗R1、第2抵抗R2が接続される。
第1トランジスタQ1および第2トランジスタQ2は、NPN型のバイポーラトランジスタであって、ベース端子が共通に接続されたカレントミラー回路を構成する。第1抵抗R1および第2抵抗R2は、それぞれ第1、第2トランジスタQ1、Q2の負荷としてコレクタ端子に接続されている。第3抵抗R3は、第2トランジスタQ2のエミッタ端子に接続されている。第1トランジスタQ1のエミッタ端子と第3抵抗R3には、第2スイッチSW2を介して固定電圧が供給される。
第3トランジスタQ3はNPN型のバイポーラトランジスタであって、そのベース端子は第2トランジスタQ2のコレクタ端子に接続されている。第3トランジスタQ3のコレクタ端子と検出端子202間には第4抵抗R4が設けられている。第2電圧検出部200は、第3トランジスタQ3のコレクタ端子に現れる電圧をインバータINV2によって反転し、第2検出信号SIG2として出力端子204から出力する。
A first resistor R1 and a second resistor R2 are connected to the
The first transistor Q1 and the second transistor Q2 are NPN-type bipolar transistors, and constitute a current mirror circuit having base terminals connected in common. The first resistor R1 and the second resistor R2 are connected to the collector terminal as loads of the first and second transistors Q1 and Q2, respectively. The third resistor R3 is connected to the emitter terminal of the second transistor Q2. A fixed voltage is supplied to the emitter terminal of the first transistor Q1 and the third resistor R3 via the second switch SW2.
The third transistor Q3 is an NPN-type bipolar transistor, and its base terminal is connected to the collector terminal of the second transistor Q2. A fourth resistor R4 is provided between the collector terminal of the third transistor Q3 and the
検出端子202から接地端子への電流経路にはN型MOSFETで構成される第2スイッチSW2が設けられ、第2スイッチSW2がオンのとき第2電圧検出部200による電圧検出が行われ、第2スイッチSW2がオフのとき第2電圧検出部200による電圧検出は停止する。
A second switch SW2 composed of an N-type MOSFET is provided in the current path from the
この第2電圧検出部200に使用される第1抵抗R1から第4抵抗R4の抵抗値は、消費電流を抑えるために高く設定しておくのが好ましい。たとえば、第1抵抗R1および第2抵抗R2の抵抗値を数MΩ、第4抵抗R4の抵抗値を数十MΩとすることにより、第2スイッチSW2がオンした状態での第2電圧検出部200の消費電流を1μA以下に抑えることができる。第2電圧検出部200の消費電流は、電圧監視期間中において電池電圧Vbatが第2しきい値電圧よりもある程度低いときには第1、第2トランジスタQ1、Q2がオフしているためほとんど0であり、電池電圧が第2しきい値電圧に近づき、第1、第2トランジスタQ1、Q2がオンし始めたときにも微少な電流しか流れないため、消費電流が非常に小さい。
The resistance values of the first resistor R1 to the fourth resistor R4 used in the second
図4は、このように構成された第2電圧検出部200の入出力特性を示す図である。図4の横軸は検出端子202に印加される電池電圧Vbatを、縦軸は出力端子204から出力される第2検出信号SIG2および第3トランジスタQ3のコレクタ電圧Vc3を表す。
同図に示すように、電池電圧Vbatが小さな領域においては、ダイオードとして機能するトランジスタQ30〜Q32がオンしないため、第1トランジスタQ1から第3トランジスタQ3もオフ状態となっており、第4抵抗R4での電圧降下が発生せず、第3トランジスタQ3のコレクタ電圧Vc3は、電池電圧Vbatとほぼ等しい電圧となる。
FIG. 4 is a diagram illustrating input / output characteristics of the second
As shown in the figure, in the region where the battery voltage Vbat is small, the transistors Q30 to Q32 functioning as diodes are not turned on, so the first transistor Q1 to the third transistor Q3 are also turned off, and the fourth resistor R4 In this case, the collector voltage Vc3 of the third transistor Q3 is substantially equal to the battery voltage Vbat.
電池電圧Vbatが上昇して所定の第2しきい値電圧Vth2より高くなると、トランジスタQ30〜Q32がオンし、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2に電流が流れ、第3トランジスタQ3がオンして第4抵抗R4での電圧降下が発生し、第3トランジスタQ3のコレクタ電圧Vc3は低下する。
第2しきい値電圧Vth2は、第2スイッチSW2の両端の電圧Vsw、第1トランジスタQ1のベースエミッタ間電圧Vbe、第1抵抗R1の抵抗値、第1トランジスタQ1に流れる電流Iq1を用いて、Vth2=Vf×3+Vsw+R1×Iq1+Vbe1で与えられる。
When the battery voltage Vbat rises and becomes higher than the predetermined second threshold voltage Vth2, the transistors Q30 to Q32 are turned on, current flows through the first transistor Q1 and the second transistor Q2, and the third transistor Q3 is turned on. A voltage drop occurs at the fourth resistor R4, and the collector voltage Vc3 of the third transistor Q3 decreases.
The second threshold voltage Vth2 is obtained by using the voltage Vsw across the second switch SW2, the base-emitter voltage Vbe of the first transistor Q1, the resistance value of the first resistor R1, and the current Iq1 flowing through the first transistor Q1. Vth2 = Vf × 3 + Vsw + R1 × Iq1 + Vbe1.
第2電圧検出部200の検出端子202からは、第3トランジスタQ3のコレクタ電圧がインバータINV2を介して出力されるため、電池電圧Vbatが第2しきい値電圧Vth2より高いときハイレベルが、電池電圧Vbatが第2しきい値電圧Vth2より低いときローレベルが出力される。なお、電池電圧Vbatが図4にVxで示す電圧より低い領域では、第2検出信号SIG2の論理が反転するが、本実施の形態に係る電圧検出回路1000においては、Vbat>Vxの領域で使用する。
Since the collector voltage of the third transistor Q3 is output from the
なお、第2電圧検出部200において第2スイッチSW2がオフのとき、第3トランジスタQ3がオフするため、第4抵抗R4での電圧降下が発生せず、第2検出信号SIG2はローレベルとなる。
When the second switch SW2 is turned off in the second
以下、上述のように構成された電圧検出回路1000の動作について、図5をもとに説明する。図5は、本実施の形態に係る電圧検出回路1000の動作状態を示すタイムチャートである。
Hereinafter, the operation of the
ある時刻T0において、第1電圧検出部100に入力される電池電圧Vbatは、第1しきい値電圧Vth1、第2しきい値電圧Vth2のいずれよりも高い通常電圧状態となっている。このとき、図1のRSフリップフロップ30の出力端子Qからはハイレベルが出力されており、出力端子1004からは通常電圧状態を示すハイレベルの検出信号SIG10が出力されている。
At a certain time T0, the battery voltage Vbat input to the first
電池の電力消費によって電池電圧Vbatは徐々に低下していく。RSフリップフロップ30の出力端子Qからハイレベルが出力されるとき、第1電圧検出部100がオン、第2電圧検出部200がオフとなるため、第1電圧検出部100によって第1しきい値電圧Vth1と電池電圧Vbatが比較される。
時刻T1に電池電圧Vbatが第1しきい値電圧Vth1より低くなると、第1電圧検出部100の出力端子104からはハイレベルが出力される。第1電圧検出部100から出力される第1検出信号SIG1がハイレベルとなると、RSフリップフロップ30はリセットされ、出力端子Qからはローレベルが出力される。
The battery voltage Vbat gradually decreases with battery power consumption. When the high level is output from the output terminal Q of the RS flip-
When the battery voltage Vbat becomes lower than the first threshold voltage Vth1 at time T1, a high level is output from the
時刻T1にRSフリップフロップ30がリセットされると、第1電圧検出部100のイネーブル端子106にローレベルが入力され、第1電圧検出部100がオフするため、第1電圧検出部100から出力される第1検出信号SIG1はローレベルに下がる。
一方、RSフリップフロップ30がリセットされると、第2電圧検出部200のイネーブル端子206にハイレベルが入力され、第2電圧検出部200がオンする。第2電圧検出部200は、電池電圧Vbatと第2しきい値電圧Vth2の比較を開始する。
When the RS flip-
On the other hand, when the RS flip-
時刻T2に、電池の充電が開始されると、電池電圧Vbatが上昇し始める。時刻T2以降、電池電圧Vbatが上昇していき、時刻T3に第2しきい値電圧Vth2より高くなると、第2電圧検出部200から出力される第2検出信号SIG2がハイレベルになる。第2検出信号SIG2がハイレベルになると、RSフリップフロップ30がセットされ、RSフリップフロップ30の出力、すなわち検出信号SIG10がハイレベルになる。
When charging of the battery is started at time T2, the battery voltage Vbat starts to increase. After time T2, the battery voltage Vbat rises, and when it becomes higher than the second threshold voltage Vth2 at time T3, the second detection signal SIG2 output from the second
RSフリップフロップ30の出力端子Qからハイレベルが出力されると、第2電圧検出部200はオフし、第1電圧検出部100がオンする。その後、第1電圧検出部100は、ふたたび第1しきい値電圧Vth1と電池電圧Vbatの比較を開始する。
When a high level is output from the output terminal Q of the RS flip-
このように、電圧検出回路1000は、電池電圧Vbatが第1しきい値電圧Vth1より低くなる時刻T1から、充電によって第2しきい値電圧Vth2より高くなる時刻T3までの期間、検出信号SIG10をローレベルとして減電圧状態であることを制御部に通知する。
Thus, the
本実施の形態に係る電圧検出回路1000によれば、時刻T0から時刻T1および時刻T3以降の通常電圧状態においては、基準電圧源110および電圧比較部120を含み、高精度な電圧検出が可能な第1電圧検出部100をオンして減電圧状態への移行を正確に検出することができる。
また、時刻T1に減電圧状態に移行すると、消費電流の低い第2電圧検出部200により電圧検出を行うことで、電池の消耗を低減することができる。さらに、第2電圧検出部200における第2しきい値電圧Vth2を第1しきい値電圧Vth1よりも高く設定することによって、第2電圧検出部200における検出精度が悪化した場合でも、通常電圧状態への復帰を誤って検出することを防止することができる。
According to
Further, when the voltage is shifted to the reduced voltage state at time T1, battery consumption can be reduced by performing voltage detection using the second
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
実施の形態において、第1電圧検出部100、第2電圧検出部200を構成するトランジスタは、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタを置換して構成してもよい。また、バイポーラトランジスタのNPN型、PNP型の置換、電界効果トランジスタのN型、P型の置換も当然に本発明の範囲に含まれるものである。
In the embodiment, the transistors constituting the first
実施の形態において、電圧検出回路1000を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、または別の集積回路に分けて構成されていてもよく、さらにはその一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。
In the embodiment, all the elements constituting the
1000 電圧検出回路、 100 第1電圧検出部、 110 基準電圧源、 200 第2電圧検出部、 300 出力部、 R2 第2抵抗、 R3 第3抵抗、 R4 第4抵抗、 Q1 第1トランジスタ、 Q2 第2トランジスタ、 Q3 第3トランジスタ。 1000 voltage detection circuit, 100 first voltage detection unit, 110 reference voltage source, 200 second voltage detection unit, 300 output unit, R2 second resistance, R3 third resistance, R4 fourth resistance, Q1 first transistor, Q2 first 2 transistors, Q3 3rd transistor.
Claims (7)
前記監視対象の電圧と第1しきい値電圧とを比較する第1電圧検出部と、
前記監視対象の電圧が前記第1しきい値電圧より低くなってから、前記第1しきい値電圧より高く設定される第2しきい値電圧に達するまでの期間、前記監視対象の電圧と前記第2しきい値電圧とを比較する第2電圧検出部と、
前記監視対象の電圧が前記第1しきい値電圧より低くなってから前記第2しきい値電圧に達するまでの期間を減電圧状態として出力し、かつ前記減電圧状態において前記第1電圧検出部をオフする出力部と、
を備えることを特徴とする電圧検出回路。 A voltage detection circuit that detects a reduced voltage state in which a voltage to be monitored is lower than a predetermined threshold voltage,
A first voltage detector for comparing the voltage to be monitored with a first threshold voltage;
During the period from when the voltage to be monitored becomes lower than the first threshold voltage to the second threshold voltage set higher than the first threshold voltage, the voltage to be monitored and the voltage A second voltage detector for comparing the second threshold voltage;
A period from when the voltage to be monitored becomes lower than the first threshold voltage to when the voltage reaches the second threshold voltage is output as a reduced voltage state, and the first voltage detector in the reduced voltage state An output section for turning off,
A voltage detection circuit comprising:
前記検出端子に接続される第1、第2抵抗と、
ベース端子が共通に接続され、前記第1、第2抵抗をコレクタ負荷としてカレントミラー対を構成する第1、第2トランジスタと、
前記第2トランジスタのエミッタ端子に接続される第3抵抗と、
前記第1トランジスタのエミッタ端子と前記第3抵抗に接続され、固定電圧を供給する固定電圧端子と、
ベース端子が前記第2トランジスタのコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が前記固定電圧端子に接続される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタのコレクタ端子と前記検出端子間に接続される第4抵抗と、
を備え、前記第3トランジスタのコレクタ端子に現れる電圧にもとづき電圧検出を行うことを特徴とする電圧検出回路。 A voltage detection circuit for detecting a voltage to be monitored input to a detection terminal,
First and second resistors connected to the detection terminal;
First and second transistors having a base terminal connected in common and forming a current mirror pair using the first and second resistors as collector loads;
A third resistor connected to the emitter terminal of the second transistor;
A fixed voltage terminal connected to the emitter terminal of the first transistor and the third resistor to supply a fixed voltage;
A third transistor having a base terminal connected to the collector terminal of the second transistor and an emitter terminal connected to the fixed voltage terminal;
A fourth resistor connected between the collector terminal of the third transistor and the detection terminal;
And a voltage detection circuit that performs voltage detection based on a voltage appearing at a collector terminal of the third transistor.
前記第1しきい値電圧を生成する基準電圧源と、
前記監視対象の電圧と前記第1しきい値電圧とを比較する電圧比較器と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電圧検出回路。 The first voltage detector is
A reference voltage source for generating the first threshold voltage;
A voltage comparator that compares the monitored voltage with the first threshold voltage;
The voltage detection circuit according to claim 1, further comprising:
監視対象電圧が前記第1電圧を下回ったら監視対象電圧と前記第2電圧との比較を開始する第1の監視部と、
前記監視対象電圧が前記第2電圧を上回ったら前記監視対象電圧と前記第1電圧との比較を開始する第2の監視部と、を備え、
前記第1の監視部は、前記第2の監視部が前記監視対象電圧を監視する期間オフとなり、前記第2の監視部は、前記第1の監視部が前記監視対象電圧を監視する期間オフとなることを特徴とする電圧検出回路。 A voltage detection circuit having a first voltage and a second voltage higher than the first voltage as monitoring thresholds,
A first monitoring unit that starts comparison between the monitoring target voltage and the second voltage when the monitoring target voltage falls below the first voltage;
A second monitoring unit that starts a comparison between the monitored voltage and the first voltage when the monitored voltage exceeds the second voltage;
The first monitoring unit is off during the period when the second monitoring unit monitors the monitoring target voltage, and the second monitoring unit is off during the period when the first monitoring unit monitors the monitoring target voltage. A voltage detection circuit characterized by:
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