JP2008211940A - 過電圧保護回路および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電圧の入力に対して電源供給ラインのスイッチの動作を追従させる。
【解決手段】電源と前記電圧変換器間に介在され、第１の信号レベルの制御信号が入力されるまでは電源を電圧変換器から遮断しておく第１のスイッチと、第１のスイッチの制御端子に接続され、第２の信号レベルの制御信号が入力されるまでは第１のスイッチに前記第２の信号レベルの制御信号を供給する第２のスイッチと、電源電圧を監視する電圧検出器と、第２のスイッチの制御端子に接続され、電圧検出器が異常電圧を検出するまでは第２のスイッチの制御信号を第２の信号レベルとしている第３のスイッチと備え、電圧検出器が電圧を検出して不安定期間は第１のスイッチを遮断状態、正常電圧検出時は接続状態、異常電圧検出時は遮断状態とすることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、外部から電源が供給される過電圧保護回路およびこの過電圧保護回路を備えたモジュール化された無線通信装置に関する。

近年、無線通信機能を有する通信モジュール（無線通信装置）を様々な機器に組み込み、通信モジュールを介して種々の情報を取得または発信し、機器間の情報交換を行う通信システムが注目されている。例えば、放送受信機と一体化された電話機等がある。

通信モジュールの中には、外部電源から電源供給を受けて動作するものがある。上述の通信モジュールには、過電圧保護回路やＤＣ／ＤＣコンバータ（電力変換器）が内蔵され、外部電源から供給される電源電圧は、過電圧保護回路で保護された後、上記ＤＣ／ＤＣコンバータによって電圧変換されて、通信モジュール内部の各回路ブロックに供給される。特に、送信時には大きな電力が必要なため、ＤＣ／ＤＣコンバータを経由して電源が供給される。例えば電源が供給されるとき、通信モジュールに過電圧が印加されることがあるので過電圧保護回路が備えられる。過電圧保護回路の例は特許文献１から３に示される。

特開平６−３３５１５８号公報 特開平１０−１０８４５７号公報 特開２００４−８８８５７号公報

次に、図７に通常考えられる過電圧保護回路１００の回路を示す。
電源が容量手段１０２，１０４とインダクタ１０３で構成されるＬ．Ｐ．Ｆ（ローパスフィルタ）、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に供給される。
またＬ．Ｐ．Ｆから供給される入力電圧ＶＤＤのレベルを電源検出回路（電源検出デバイスＤＥＴ）１１０で検出し、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５を制御する。過電圧が入力端子１０１から供給されると、入力電圧ＶＤＤを電源検出回路１１０で検出し、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートを制御して、ソース−ドレイン間を遮断して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に過電圧が供給されないようにしている。

しかしながら、入力電圧ＶＤＤが急激に上昇した場合、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲート電位がソース電位と同電位になるまでにはタイムラグ（時間遅れ）が生じるため、過電圧がソース−ドレインを介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に入力されてしまうので、完全に保護できない。
図８に入力電圧ＶＤＤが急激に変化したときの、電源検出回路１１０の応答速度に関する波形図を示す。
入力電圧ＶＤＤが何らかの理由により、通常電圧Ｖ０から過電圧Ｖ１にステップ状に変化する場合があり（図８（ａ））、これに伴い電源検出回路１１０の出力電圧はＬｏｗ（ロー）レベル（ＧＮＤ）からＨｉｇｈ（ハイ）レベルに変化する（図８（ｂ））。しかしながら、電源検出回路１１０の出力がオープンドレインであるため、立ち上がり時間に遅れを生じる。このように、過電圧保護回路１００の電源検出回路１１０の応答にタイムラグがあるため、電源供給ラインのスイッチ手段を遮断する以前に、過電圧がＤＣ／ＤＣコンバータに過電圧が供給されてしまう可能性が生じる。そこで抵抗１０８の抵抗値を上げることにより、応答速度を速めることができるが、この場合には通常動作時における無効電流が増大してしまう。

通信モジュール等では電源の耐電圧が決められ、電源電圧は通信モジュール内部で降圧または昇圧され、通信モジュール各部へ供給される。降圧または昇圧にはＤＣ／ＤＣコンバータが一般に使用されるが、この場合電源電圧にノイズが発生し、外部機器へ影響を及ぼす。そのため、ＤＣ／ＤＣコンバータはノイズが生じても問題ない周波数帯の動作周波数を持つものが選定されなければならない。
ＤＣ／ＤＣコンバータにノイズが生じても良い周波数を選定すると（特に周波数の高いものでＭＨｚ以上）、デバイスプロセス上耐電圧が低いものしかないことがある。そのため、通信モジュールとして要求される耐電圧を満足することができない。
このように、通信モジュールとして耐電圧を満たすためには、外部保護回路でＤＣ／ＤＣコンバータ電源供給ラインにスイッチが設けられている。電源電圧を電源検出回路などで監視・検出し、ある一定以上ではＤＣ／ＤＣコンバータに電源が供給されない保護回路が実装されている。
しかしながら、電源電圧の急激な変動に保護回路のスイッチのオン／オフ動作が追従できないことと電源検出回路が動作するまでに時間がかかるので、その期間ＤＣ／ＤＣコンバータを保護できない。
本発明は、上記問題に鑑み、電源検出回路の応答速度を速くし、かつ無効電流を小さくして、ＤＣ／ＤＣコンバータを保護することにある。

本発明の過電圧保護回路は、電源電圧を変換する電圧変換器に接続され、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路であって、電源と前記電圧変換器間に介在され、第１の信号レベルの制御信号が入力されるまでは電源を前記電圧変換器から遮断しておく第１のスイッチと、前記第１のスイッチの制御端子に接続され、第２の信号レベルの制御信号が入力されるまでは前記第１のスイッチに前記第２の信号レベルの制御信号を供給する第２のスイッチと、電源電圧を監視する電圧検出器と、前記第２のスイッチの制御端子に接続され、前記電圧検出器が異常電圧を検出するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第２の信号レベルとしている第３のスイッチと、を備え、前記電圧検出器が電圧を検出して不安定期間は前記第１のスイッチを遮断状態、正常電圧検出時は前記第１のスイッチを接続状態、異常電圧検出時は前記第１のスイッチを遮断状態とすることを特徴とする。

本発明の無線通信装置は、電源電圧を変換する電圧変換器と、該電圧変換器により変圧された電圧が供給される無線部と、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路とを備える無線通信装置であって、前記過電圧保護回路は、電源電圧を変換する電圧変換器に接続され、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路であって、電源と前記電圧変換器間に介在され、第１の信号レベルの制御信号が入力されるまでは電源を前記電圧変換器から遮断しておく第１のスイッチと、前記第１のスイッチの制御端子に接続され、第２の信号レベルの制御信号が入力されるまでは前記第１のスイッチに前記第２の信号レベルの制御信号を供給する第２のスイッチと、電源電圧を監視する電圧検出器と、前記第２のスイッチの制御端子に接続され、前記電圧検出器が異常電圧を検出するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第２の信号レベルとしている第３のスイッチと、を備え、前記電圧検出器が電圧を検出して不安定期間は前記第１のスイッチを遮断状態、正常電圧検出時は前記第１のスイッチを接続状態、異常電圧検出時は前記第１のスイッチを遮断状態とすることを特徴とする。

本発明の過電圧保護回路およびこれを備えた無線通信装置は、過電圧が過電圧保護回路に入力されると、電源検出回路でこの過電圧をを検出し、スイッチを遮断して、後段のＤＣ／ＤＣコンバータに過電圧が入力されないようにする。
また、本発明の過電圧保護回路およびこれを備えた通信装置は、電圧変換器の前段にスイッチとこのスイッチを制御する時定数回路を設け、電源検出回路が電圧を検出して不安定期間はスイッチを遮断状態、正常電圧検出時はスイッチを接続状態、異常電圧検出時は遮断状態とする。

本発明の過電圧保護回路は、無効電流を増大させることなく電源供給ラインに設けられたスイッチ手段のオン、オフ動作の動作速度を制御できるようにした。
また、本発明は、無線通信装置において、電源電圧が急激に変動しても過電圧保護回路のオン、オフ動作速度を制御して、後段の電圧変換器を保護するようにした。

図１に本発明の実施の形態に係る無線通信装置の一例として携帯電話機１０の場合の概略構成図を示す。この携帯電話機１０は、例えばＴＶ受像機と電話機が一体化されて備えられ、下側筐体１０Ａと上側筐体１０Ｂのブロックで構成される。

図１に示すように、下側筐体１０ＡはＴＶ受像機の信号処理部と電話機の信号処理部、表示装置の制御部、メモリなどで構成されている。一方、上側筐体１０Ｂは、表示装置、カメラなどの撮像装置やスピーカで構成される。

まず、下側筐体１０Ａについて説明する。ＴＶ受像機において、アンテナ１１がＴＶチューナ（ＴＶ ＴＵＮＥＲ）１２に接続され、ＴＶチューナ１２の出力はビデオデコーダ（Ｖｉｄｅｏ Ｄｅｃｏｄｅｒ）１３に接続され、このビデオデコーダ１３はメインＣＰＵ（マイクロコンピュータ）１７、ＬＣＤ制御部１４に接続される。メインＣＰＵ１７はＴＶチューナ１２、ビデオデコーダ１３、ＬＣＤ制御部１４、メモリ１８に接続される。メインＣＰＵ１７はメモリ１８に記憶されたプログラムにより、または（外部）コマンドにより制御信号を生成し、ＴＶチューナ１２、ビデオデコーダ１３、ＬＣＤ制御部（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ；液晶表示制御）１４や音声処理部１９などを制御する。
一方、アンテナ１５は電話機を構成するＣＤＭＡ ＲＦ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１６の入力に接続され、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６の出力はメインＣＰＵ１７と音声処理部１９に接続される。音声処理部１９はメインＣＰＵ１７とマイク（ＭＩＣ）２０に接続され、メインＣＰＵ１７の出力は、ＬＣＤ制御部１４などに接続される。
また、破線で囲んだスイッチ（ＳＷ）２１がビデオデコーダ１３とＬＣＤ制御部１４の伝送路に接続され、ＬＣＤ制御部１４によりオン／オフ制御されカメラ２３からの画像をサブＬＣＤ２４に転送する。

次に、図１に示す、携帯電話機１０の動作について説明する。ＴＶ受像機において、ＴＶチューナ１２は、アンテナ１１から受信したＲＦ信号から所望のチャンネルを選択して特定チャンネルのＲＦ信号をＩＦ（中間）周波数に変換する。ビデオデコーダ１３は、中間周波数に変換された映像信号を検波してビデオ信号を生成する。音声処理部１９は、ＴＶチューナ１２から出力された音声信号を検波、増幅してスピーカ２６に出力する。

一方、電話機において、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６はアンテナ１５から無線信号を受信し、ＲＦ信号増幅、周波数変換、復調などを行い、または、音声処理部１９から出力された信号を、変調、無線周波数に周波数変換し、電力増幅してアンテナ１５へ出力する。音声処理部１９は、逆スペクトラム拡散拡散、デインターリーブ、誤り訂正、音声伸張などの信号処理を行い、あるいは音声圧縮、符号化、インターリーブ、スペクトラム拡散などの信号処理を行う。復調された音声信号をスピーカ２６に供給し、通信相手の音声を出力する。マイク２０は音声を音声信号に変換する。
メインＣＰＵ１７は、例えばマイクロコンピュータなどで構成され、メモリ１８に記憶されているプログラムに従って、ＴＶチューナ１２のチャンネル選択、ビデオデコーダ１３の調整を行う。また、電話機においては、メインＣＰＵ１７は、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６の送受信切り替え、パワー制御、その他の通信制御を行い、電話機で受信した画像データ、文字情報、通信履歴などのデータ処理を行う。
また、メインＣＰＵ１７は、ＬＣＤ制御部１４を制御して、カメラ２３やビデオデコーダ１３から出力される映像を切り替え、サブ（Ｓｕｂ）ＬＣＤ２４、メインＬＣＤ２５に映像信号を出力する。メモリ１８は、ＴＶ受像機や電話機の制御用プログラムや種々のデータが格納される。
ＬＣＤ制御部１４は、スイッチ２１を制御し、カメラ２３からの画像を取り込むよう制御する。この他、ＬＣＤ制御部１４は、カメラ２３から出力される画像とビデオデコーダ１３から出力される映像信号を選択し、サブＬＣＤ２４またはメインＬＣＤ２５に画像表示する。

次に、上側筐体１０Ｂのブロック構成について説明する。上側筐体１０Ｂは、主に表示装置と音声出力装置が備えられている。具体的には、カメラ（ＣＡＭＥＲＡ）２３、サブＬＣＤ（Ｓｕｂ ＬＣＤ）２４、メインＬＣＤ（Ｍａｉｎ ＬＣＤ）２５とスピーカ（ＳＰ）２６で構成される。
カメラ２３の出力はスイッチ（ＳＷ）２１に接続され、サブＬＣＤ（Ｓｕｂ ＬＣＤ）２４とメインＬＣＤ（Ｍａｉｎ ＬＣＤ）２５はＬＣＤ制御部１４に接続される。また、スピーカ２６は音声処理部１９に接続される。

カメラ２３は、例えば、表示装置と一体化されて上側筐体１０Ｂに設けられている。カメラ２３またはＴＶ受像機から転送された映像はサブＬＣＤ２４またはメインＬＣＤ２５に表示される。スピーカ２６は、ＴＶ受像機の音声や、電話機の音声を出力する。

次に図１の携帯電話機１０の動作について説明する。
メインＣＰＵ１７によりＴＶ受像機が選択され、ＴＶ信号がアンテナ１１を介してＴＶチューナ１２に入力され、所望のチャンネルが選択されると、チャンネルＲＦ信号がＩＦ変換された後ビデオデコーダ１３に転送される。ビデオデコーダ１３でビデオ検波が行われ、ビデオ信号や同期信号がＬＣＤ制御部１４を介してメインＬＣＤ２５に供給されて、選択されたＴＶチャンネルの映像が表示される。
音声信号は、ＴＶチューナ１２から音声処理部１９に供給され、そこで信号処理されて音声信号に復調されてスピーカ２６から音声が出力される。
メインＣＰＵ１７でカメラ２３が選択されると、ＬＣＤ制御部１４を介してスイッチ２１が動作状態となり、カメラ２３から転送された画像がＬＣＤ制御部１４を介してサブＬＣＤ２４に表示される。また、このメインＣＰＵ１７により、カメラ２３から出力された画像の編集、拡大、削除などを行い、サブＬＣＤ２４に表示でき、拡大画像を表示したいときは、ＬＣＤ制御部１４を制御してメインＬＣＤ２５に表示することもできる。

メインＣＰＵ１７により電話機が選択されると、アンテナ１５、音声処理部１９、マイク２０、サブＬＣＤ２４，スピーカ２６が動作状態となる。このメインＣＰＵ１７で送信状態に設定されると、マイク２０から入力した音声信号が音声処理部１９でディジタル音声処理され、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６で変調、電力増幅などを行いアンテナ１５から無線信号が輻射される。
一方、メインＣＰＵ１７の制御により電話機が受信状態に設定されると、アンテナ１５から無線信号が入力され、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６に入力されて復調され、音声処理部でディジタル信号処理されて、音声がスピーカから出力される。一方入力信号がデータ信号のときは、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６からメインＣＰＵ１７に入力され、ディジタル処理されてＬＣＤ制御部１４を介して例えばサブＬＣＤ２４に文字情報、記号、絵などが表示される。

図２に、図１に示した携帯電話機１０の電話機などの送受信機に関するブロック構成図を示す。図２に示す無線通信装置５０は、図１に示した、例えばアンテナ１５、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６、メインＣＰＵ１７、メモリ１８、音声処理部１９、マイク２０、カメラ２３、サブＬＣＤ２４、スピーカ２６などに相当する。
アンテナ５６は送受信機５５に接続され、送受信機５５は制御ブロックと電源供給ブロックに接続される。
電源供給ブロックにおいて、電源（外部）５１が過電圧保護回路５２の入力に接続され、過電圧保護回路５２の出力は電圧変換器５３の入力に接続され、この電圧変換器５３の出力は突入電流削減回路５４の入力に接続される。突入電流削減回路５４の出力は送受信機５５に接続され、電源を供給する。
一方、制御ブロックにおいて、インターフェース５８が制御部５７に接続され、この制御部５７は、送受信機５５、突入電流削減回路５４と電圧変換器５３に接続される。なお、制御部５７は図１に示すメインＣＰＵ１７、メモリ１８を用いて構成しても良い。
また、インターフェース５８は、無線通信装置５０が携帯電話機１０に適用される場合には、音声処理部やＬＣＤなどの各ブロックに接続され、無線通信装置５０が、車載用や自動販売機用などの通信モジュールである場合には、外部機器とのインターフェースとなる。

次に、図２に示す無線通信装置５０の動作について説明する。送受信機５５は省電力のため、非使用時には電源供給されておらず、送信の必要が生じると、制御部５７により電源供給されるよう処理を開始する。すなわち、電源５１、例えば車載バッテリーからＤＣ電源が送受信機５５に供給されるが、電源５１と電圧変換器５３の間に過電圧保護回路５２が備えられ、また電圧変換器５３と送受信機５５の間に突入電流を保護する突入電流削減回路５４が備えられている。
インターフェース５８を介して制御コマンドが制御部５７に供給されると、制御部５７から電圧変換器５３、突入電流削減回路５４、送受信機５５に制御信号が供給され、動作が制御される。
電源５１から出力されたＤ．Ｃ（直流）電圧が過電圧保護回路５２を介して電圧変換器５３に供給され、例えばＤＣ／ＤＣコンバータなどで電圧が降圧（または昇圧）されて電圧変換される。この電圧変換された電圧が突入電流削減回路５４を経由して送受信機５５に供給される。

送受信機５５が受信状態に設定されると、アンテナ５６から無線信号が入力される。
送受信機５５の受信部で受信した無線信号を、ＣＤＭＡ ＲＦ部（１６）で周波数変換、スペクトラム逆拡散などを行い、音声処理部（１９）でデインターリーブ、誤り訂正、音声伸張などの信号処理を行う。そして、復調された音声信号をスピーカ（２６）に供給し、通信相手の音声を出力する。また、メインＣＰＵ１７で文字情報、記号、文字などを生成し、ＬＣＤ制御部１４を介してサブＬＣＤ２４に表示する。

一方、送受信機５５が動作中に、受信状態から送信状態に切り替わると、送信部が起動する。また、送信状態に切り替わると同時に、制御部５７から電圧変換器５３、突入電流削減回路５４に制御信号が供給される。
通話者の音声がマイク（２０）で音声信号に変換され、音声処理部１９に供給される。音声処理部１９に入力された音声信号はディジタル音声信号処理が行われ、ＣＤＭＡ ＲＦ部１６に供給される。ＣＤＭＡ ＲＦ部１６で変調、周波数変換された信号は、無線信号としてアンテナ５６から放射される。

過電圧保護回路５２は通常動作時は動作せず電源５１から供給された電源を電圧変換器５３に供給する。しかし、電源５１から入力される電圧が動作範囲以上になると動作し、電源供給ラインを遮断し、電圧変換器５３へ電源を供給することを停止して、急激な電圧の上昇に対して後段の回路を保護する。

突入電流削減回路５４は、例えば、無線通信装置５０が受信状態から送信状態に切り替わったときに動作する。送受信機５５が非使用状態から送信状態に切り替わると、電圧変換器５３を介して送受信機５５の受信部に電源が供給される。このとき、送受信機５５の入力側に平滑用容量手段やノイズ除去用容量手段があると突入電流が発生する。突入電流削減回路５４は、突入電流を削減するため制御部５７から供給されたコマンド（制御信号）により、突入電流削減回路５４を制御して回路動作を遅延させ送信開始時の突入電流が送信部に供給されないようにする。

次に、図３に過電圧保護回路５２の実施形態例を示す。外部電源が供給される端子１０１に容量手段（コンデンサ）１０２の一端とインダクタ１０３の一端が接続され、容量手段１０２の他方の端子がグランドに接続される。インダクタ１０３の他方の端子が容量手段１０４の一方の端子とＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のソースに接続され、容量手段１０４の他方の端子がグランドに接続される。ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートは電源検出回路１１０の出力に接続され、ドレインは容量手段１０７の一方の端子とＤＣ／ＤＣコンバータの入力に接続される。容量手段１０７の他方の端子はグランドに接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６の出力は無線通信装置５０の内部の後段の回路に接続される。

電源検出回路（または電圧検出器とも称する）１１０において、抵抗１１１の一方の端子と基準電圧発生器（Ｖｒｅｆ）１１３の電源端子に接続され、抵抗１１１の他方の端子は抵抗１１２の一方の端子と比較器１１４の反転入力端子に接続される。抵抗１１２の他方の端子はグランドに接地され、基準電圧発生器１１３の出力は非反転入力端子に接続される。
比較器１１４の出力は、ＣＭＯＳスイッチを構成するＰチャネルＦＥＴ１１５とＮチャネルＦＥＴ１１６のゲートに接続され、ＰチャネルＦＥＴ１１５のソースは入力電圧ＶＤＤが供給される電源に接続され、ドレインはＮチャネルＦＥＴ１１６のドレインとＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートに接続される。またＮチャネルＦＥＴ１１６のソースはグランドに接続される。

次に、過電圧保護回路５２の動作について図３と図４を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１までの期間、無線通信装置のモジュール外部から電源が過電圧保護回路５２に正常な値で供給されていたとする。Ｌ．Ｐ．Ｆ．（ローパスフィルタ）から供給される入力電圧ＶＤＤが通常動作範囲であり、この入力電圧ＶＤＤが電源検出回路Ｔ１１０に供給される。抵抗１１１と抵抗１１２で分圧された電圧が比較器１１４の反転入力端子に供給され、非反転入力端子に基準電圧発生器１１３から基準電圧が供給される。通常動作時は、基準電圧発生器１１３の出力電圧が抵抗１１１，１１２で分圧された電圧より高いので、比較器１１４の出力は高電圧（“Ｈ”レベル；電源電圧）になる。
すると、ＣＭＯＳスイッチのＰチャネルＦＥＴ１１５はオフし、ＮチャネルＦＥＴ１１６はオンするので、ＮチャネルＦＥＴ１１６のドレイン電圧はグランドレベルになる。すなわち電源検出回路１１０の出力がグランドレベルとなり、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートはグランドに接地される（図４（ｂ））。
その結果、ＰチャネルＦＥＴ１０５はオン動作状態となり、ソース−ドレイン間は導通し、電源ＶＤＤが容量手段１０７とＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に供給される。

その後時刻ｔ１に、電源電圧ＶＣＣが何らかの理由により急激に上昇し、それに伴いＬＰＦからの入力電圧ＶＤＤがステップ状に上昇したとする（図４（ａ））。この上昇した過電圧がＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５と電源検出回路１１０に供給される。抵抗１１１，１１２で分圧される電圧は上昇し、基準電圧発生器１１３の出力電圧より高くなる。すると比較器１１４の非反転入力端子に供給される電圧が反転入力端子に供給される電圧より高くなるので、比較器１１４の出力はグランドレベル（“Ｌ”ローレベル；接地電位）となる（図４（ｂ））。比較器１１４から出力される“Ｌ”レベルの電圧がＣＭＯＳスイッチのＰチャネルＦＥＴ１１５とＮチャネルＦＥＴ１１６のゲートに供給されるので、ＰチャネルＦＥＴ１１５はオン動作状態になり、ＮチャネルＦＥＴ１１６はオフ動作状態になる。ＰチャネルＦＥＴ１１５がオンするので、ドレインは“Ｈ”レベルとなり、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートも“Ｈ”レベルとなる（図４（ｂ）参照）。その結果、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５は時刻ｔ２でオフ動作状態となり、ソース−ドレイン間は遮断され、過電圧ＶＤＤは容量手段１０７とＤＣ／ＤＣコンバータ１０６に供給されない。そのために、過電圧が入力されても電源供給ラインが遮断されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は保護される。

なお、図４（ｂ）に示すように、出力電圧が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルにステップ状に変化し、しかも入力電圧が変化した時刻ｔ１から出力電圧が“Ｈ”レベルになるまでのタイムラグは時刻ｔ２−ｔ１であり、このようにタイムラグが多少生じるものの、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５よりも前段に元々、ＬＣフィルタが介在しているため、この時定数分の遅延があるため長さによっては無視できる。
このように、過電圧がＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５に入力されても、ゲート制御時間の遅延時間を無視できる程度であるならば、入力電圧ＶＤＤの変化に追従してＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５をオン、オフ動作させて、電源供給ラインを遮断でき、後段のＤＣ−ＤＣコンバータを保護することができる。

図５に図３の変形例の過電圧保護回路の回路構成を示す。この過電圧保護回路５２は、図３の回路構成に、過電圧保護回路１００が動作開始するまでに、入力電圧ＶＤＤがＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５に供給されるのを防止する回路を追加した。なお、図５で図３と同じ回路素子の番号は同一番号を付与する。また、図３と同じ回路構成についての説明は省略する。

図５に示すように、過電圧保護回路５２において、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のソース−ゲート間にＰＮＰ１トランジスタ１２０が設けられ、ソースにエミッタが、ゲートにコレクタが接続される。またＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートは抵抗１２３を介してグランドに接続される。
ＰＮＰ１トランジスタ１２０のエミッタとベース間に抵抗１２１が接続され、このベースは抵抗１２２の一方の端子に接続される。抵抗１２２の他方の端子は、ＰＮＰ２トランジスタ１２７のエミッタと、ＮＰＮトランジスタ１２８のコレクタに接続される。
電源検出回路１１０の出力が抵抗１２９を介してＮＰＮトランジスタ１２８のベースと抵抗１３０の一方の端子に接続され、また抵抗１３０の他方の端子はグランドに接続される。
ＰＮＰ２トランジスタのコレクタはグランドに接続され、ベースは容量手段１２６の一方の端子と抵抗１２４と抵抗１２５の共通接続点に接続される。容量手段１２６の他方の端子と抵抗１２５の他方の端子はグランドに接続され、抵抗１２４の一端は入力電圧ＶＤＤが供給される。
なお、電源検出回路１１０は図３の回路と同一構成である。

次に、図５の過電圧保護回路５２の動作について説明する。
まず、外部電源が投入された時の通常動作について説明する。電源から電源電圧ＶＣＣが投入された直後、電源検出回路１１０の出力レベルにかかわらず、ＰＮＰ２トランジスタ１２７が先に動作する。ＰＮＰ２トランジスタのベースとグランド間に容量手段１２６が接続されているので、電源投入直後のベース電圧はグランドレベルであり、オン動作状態に設定され、エミッタ−コレクタ間は導通する。
すると、抵抗１２２の他方の端子がグランドレベルとなり、ＰＮＰ１トランジスタのベースは抵抗１２１と抵抗１２２で分圧された電圧が供給され、エミッタの電圧がベースの電圧よりＶｆ以上になり、オン動作状態となる。ＰＮＰ１トランジスタのコレクタ−ベースがショート（導通）状態となるので、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートは“Ｈ”レベル（＝ＶＣＣ）となり、ソース−ドレイン間はオープン（遮断）となる。
従って、電源投入時に過電圧が入力されても、過電圧保護回路５２の入力が遮断されるので、後段のＤＣ／ＤＣコンバータ１０６は保護される。

その後、電源が安定化し電源電圧ＶＣＣが正常範囲であれば、電源検出回路１１０が正常動作し、電源検出回路１１０の出力は“Ｌ”レベルで、ＮＰＮトランジスタ１２８のベースは“Ｌ”レベルとなるので、オフ動作状態となり、コレクタ−エミッタ間はオープンとなる。
このとき、ＰＮＰ２トランジスタ１２７の前段に構成されたＲＣ回路（抵抗１２４，１２５、容量手段１２６）が飽和するため、ベースに“Ｈ”レベルの電圧が供給され、オフ動作状態となり、エミッタ−コレクタ間もオープンとなる。
すると、ＰＮＰ１トランジスタ１２０のベースは抵抗１２１でプルアップされているので、ベースはエミッタと同電位になり、オフ状態となる。その結果、ＰＮＰ１トランジスタ１２０のエミッタ−コレクタ間はオープンとなる。
ＰＮＰ１トランジスタ１２０がオフするので、エミッタ−コレクタを介して電流が抵抗１２３に供給されないので、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートはグランドレベルである。

ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のソース−ゲート間の電圧は閾値電圧Ｖｔｈ以上となり、オン動作状態となり、ソース−ドレイン間が接続（ショート）され、入力電圧ＶＤＤがＤＣ／ＤＣコンバータ１０６と容量手段１０７に供給される。

次に、通常動作時に過電圧が発生したときの過電圧保護回路５２の動作について述べる。
過電圧が電源検出回路１１０に供給されると、抵抗Ｒ１１１とＲ１１２で分圧される電圧が、基準電圧発生器１１３の出力電圧より高くなるので、比較器１１４の出力は“Ｌ”レベルとなる。ＣＭＯＳスイッチのＰチャネルＦＥＴ１１５がオンするので、ＮＰＮトランジスタ１２８のベースは“Ｈ”レベルが供給される。ＮＰＮトランジスタ１２８のエミッタは直接グランドに接続されているので、即座にコレクタは“Ｌ”レベルとなる。

一方、電源投入後、所定時間経過すると、ＣＲ時定数により抵抗１２４，１２５と容量手段（コンデンサ）１２６で構成される時定数回路の容量手段１２６の一方の端子の電圧は上昇する。すなわち、ＰＮＰ２トランジスタのベース電圧が上昇するので、オフ状態となる。
抵抗１２２とＮＰＮトランジスタ１２８のコレクタ接続点はグランドレベルとなり、ＰＮＰ１トランジスタ１２０が即座に応答してオン動作状態となり、エミッタとコレクタがショートされるので、ＰチャネルＦＥＴスイッチ１０５のゲートの電圧は入力電圧ＶＤＤとなる。
その結果、ＰチャネルＦＥＴ１０５のゲートが入力電圧ＶＤＤの電圧になり、ソース−ドレイン間が遮断され、ＤＣ／ＤＣコンバータが保護される。

なお、図５に追加したＰＮＰ２トランジスタ１２７は通常動作時は開放されているので、電流は流れない。またＰＮＰ２トランジスタ１２７の前段のＲＣ時定数は定数の大きい抵抗を選べば、電流はほぼ無視できる。
また、入力電圧ＶＤＤが通常動作範囲であれば電源検出回路１１０の出力は“Ｌ”レベルであるため、ＮＰＮトランジスタ１２８のコレクタ−エミッタ間もオープンとなり、無駄な電流は消費しない。同様に、ＰＮＰ１トランジスタ１２０のコレクタ−エミッタ間もオープンであり、無駄な電流は消費しない。

次に、図６に示す突入電流削減回路５４について述べる。
図６の突入電流削減回路５４は、図２に示した様に、電圧変換器５３と送受信機５５の間に備えられていて、特に電話機などの無線通信機の送信回路では、送信時のみ電源を供給することがある。送信回路のパワーアンプ回路では、電源部に平滑用の容量手段（コンデンサ）が挿加されているため、電源を印加した際にその平滑用コンデンサへ突入電流が発生する。この突入電流が発生すると入力電圧が変動し、無線通信機の特性劣化の要因となる。
また、送信時のみパワーアンプへ電源を供給することでパワーアンプの信頼性を高めることができ、パワーアンプを保護することもできる。

図６に示す突入電流削減回路５４は、電源供給ラインに設けられたスイッチとこのスイッチのタイミングを調整する時定数回路と、時定数回路にスイッチを制御する制御信号を供給する制御回路で構成される。スイッチは主にＰチャネルＦＥＴスイッチ２０３で構成され、制御回路は主にＮチャネルＦＥＴ２０６、時定数回路は抵抗と容量手段で構成される。

突入電流削減回路５４において、入力端子２０１はＰチャネルＦＥＴスイッチ２０３のソースと抵抗２０２の一方の端子に接続され、抵抗２０２の他方の端子はＰチャネルＦＥＴスイッチ２０３のゲートとＮチャネルＦＥＴ２０６のドレインと容量手段２０４の一方の端子に接続される。ＰチャネルＦＥＴスイッチ２０３のドレインは容量手段２０４の他方の端子と、容量手段２０５の一方の端子に接続される。容量手段２０５の他方の端子はグランドに接続される。
ＮチャネルＦＥＴ２０６のソースは抵抗２０７の一方の端子に接続され、抵抗２０７の他方の端子はグランドに接続される。またＮチャネルＦＥＴ２０６のゲート２０８には制御信号が供給される。

以上述べたように、本発明の過電圧保護回路は、無効電流を増大させることなく電源供給ラインに設けられたスイッチ手段のオン、オフ動作の動作速度を制御できる。
また、本発明は、無線通信装置において、電源電圧が急激に変動しても過電圧保護回路のオン、オフ動作速度を制御して、後段に接続された回路を保護することができる。

携帯電話機の全体ブロック構成を示す図である。 無線通信装置のブロック構成を示す図である。 過電圧保護回路の回路構成を示す図である。 過電圧保護回路の電源検出回路の動作を説明するための波形図である。 過電圧保護回路の回路構成を示す図である。 突入電流削減回路の回路構成を示す図である。 従来の過電圧保護回路の回路構成を示す図である。 従来の過電圧保護回路の電源検出回路の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１０…携帯電話機、１０Ａ…下側筐体、１０Ｂ…上側筐体、１１，１５，５６…アンテナ、１２…ＴＶチューナ（ＴＶ ＴＵＮＥＲ）、１３…ビデオデコーダ、１４…ＬＣＤ制御部、１６…ＣＤＭＡ ＲＦ部、１７…メインマイクロコンピュータ（Ｍａｉｎ ＣＰＵ）、１９…音声処理部、２０…マイク（ＭＩＣ）、２１…スイッチ（ＳＷ）、２３…カメラ、２４…サブＬＣＤ、２５…メインＬＣＤ、２６…スピーカ、５０…無線通信装置、５１…電源、５２，１００…過電圧保護回路、５３…電圧変換器、５４…突入電流削減回路、５５…送受信機、５７…制御部、５８…インターフェース、１０２，１０４，１０７，１２６，２０４，２０５…容量、１０３…インダクタ、１０５，１１５，２０３…ＰチャネルＦＥＴ（スイッチ）、１０６…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１０…電源検出回路（電源検出デバイスＤＥＴ；電圧検出器）、１１１，１１２，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２９，１３０，２０２，２０７…抵抗、１１３…基準電圧発生器、１１４…比較器、１１６，２０６…ＮチャネルＦＥＴ、１２０，１２７…ＰＮＰ１，２トランジスタ、１２８…ＮＰＮトランジスタ。

Claims (8)

1. 電源電圧を変換する電圧変換器に接続され、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路であって、
   電源と前記電圧変換器間に介在され、第１の信号レベルの制御信号が入力されるまでは電源を前記電圧変換器から遮断しておく第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチの制御端子に接続され、第２の信号レベルの制御信号が入力されるまでは前記第１のスイッチに前記第２の信号レベルの制御信号を供給する第２のスイッチと、
   電源電圧を監視する電圧検出器と、
   前記第２のスイッチの制御端子に接続され、前記電圧検出器が異常電圧を検出するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第２の信号レベルとしている第３のスイッチと、
   を備え、
   前記電圧検出器が電圧を検出して不安定期間は前記第１のスイッチを遮断状態、正常電圧検出時は前記第１のスイッチを接続状態、異常電圧検出時は前記第１のスイッチを遮断状態とする
   ことを特徴とする過電圧保護回路。
2. 前記第２のスイッチの制御端子に接続され、所定時間満了するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第１の信号レベルとする時定数回路をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧保護回路。
3. 前記電圧検出器は出力に相補的レベルを出力するＣＭＯＳスイッチを有し、当該出力により前記第３のスイッチを制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧保護回路。
4. 前記第１のスイッチはＭＯＳＦＥＴで構成され、前記第２と第３のスイッチの少なくとも一方はバイポーラトランジスタで構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の過電圧保護回路。
5. 電源電圧を変換する電圧変換器と、該電圧変換器により変圧された電圧が供給される無線部と、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路とを備える無線通信装置であって、
   前記過電圧保護回路は、
   電源電圧を変換する電圧変換器に接続され、電源電圧の異常から前記電圧変換器を保護する過電圧保護回路であって、
   電源と前記電圧変換器間に介在され、第１の信号レベルの制御信号が入力されるまでは電源を前記電圧変換器から遮断しておく第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチの制御端子に接続され、第２の信号レベルの制御信号が入力されるまでは前記第１のスイッチに前記第２の信号レベルの制御信号を供給する第２のスイッチと、
   電源電圧を監視する電圧検出器と、
   前記第２のスイッチの制御端子に接続され、前記電圧検出器が異常電圧を検出するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第２の信号レベルとしている第３のスイッチと、
   を備え、
   前記電圧検出器が電圧を検出して不安定期間は前記第１のスイッチを遮断状態、正常電圧検出時は前記第１のスイッチを接続状態、異常電圧検出時は前記第１のスイッチを遮断状態とする
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. 前記第２のスイッチの制御端子に接続され、所定時間満了するまでは前記第２のスイッチの制御信号を前記第１の信号レベルとする時定数回路をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５記載の無線通信装置。
7. 前記電圧検出器は出力に相補的レベルを出力するＣＭＯＳスイッチを有し、当該出力により前記第３のスイッチを制御する
   請求項５記載の無線通信装置。
8. 前記第１のスイッチはＭＯＳＦＥＴで構成され、前記第２と第３のスイッチの少なくとも一方はバイポーラトランジスタで構成された
   ことを特徴とする請求項５記載の無線通信装置。

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