JP2009106039A - 過電圧保護回路およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチトランジスタM1は、NチャンネルMOSFETであり入力端子102と出力端子104の間に設けられる。クランプ回路40は、入力電圧Vdcを所定のクランプ電圧Vcl以下にクランプする。チャージポンプ回路10は、クランプ回路40の出力電圧Vdc2を昇圧し、スイッチトランジスタM1のゲートに出力する。過電圧監視部20は、入力電圧Vdcを所定の過電圧しきい値電圧Vovpと比較し、入力電圧Vdcが過電圧しきい値電圧Vovpより低いとき、チャージポンプ回路10に昇圧動作を指示する。
【選択図】図1
Description
クランプ回路はエミッタフォロア形式であるから、クランプ回路の出力電圧と入力電圧との間には順方向電圧Vf分の電位差が生ずる。したがってクランプ回路の出力電圧を単純に昇圧すると、電圧の損失は2×Vfとなる。そこで、入力電圧とクランプ電圧を加算することにより、電圧の損失を1×Vfに低減できる。
この場合、フライングキャパシタが複数設けられる場合に、各フライングキャパシタの充電電圧がクランプされる。したがって、スイッチトランジスタのゲートソース間電圧を一定に保つことができる。
入力電圧が直接印加されるスイッチにPチャンネルMOSFETを利用すると、入力電圧が大きいとき、ゲートソース間に過電圧が印加されてしまう。これに対して、NチャンネルMOSFETを利用すれば、ゲートソース間には過電圧が印加されないため、回路の信頼性を高めることができる。
この場合、スイッチトランジスタのゲートソース間に過電圧が印加されるのを抑制できる。
電子機器1000は、たとえば携帯電話端末や、PDA、ノート型PCなどの電池駆動型の情報端末機器である。電子機器1000は、過電圧保護回路100、充電回路112および電池114を備える。電子機器1000はその他に、図示しないCPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、液晶パネルをはじめとするデジタル回路、アナログ回路を備える。
α×Vdc2−Vdc≧Vt
である。Vdc2≒Vdcと近似すれば、
α≧Vt/Vdc+1
を得る。たとえば、Vt=5Vに対して、入力電圧Vdcが5V以上で入力される場合、昇圧率2倍、または2入力加算型のチャージポンプ回路を利用すればよい。ただしチャージポンプ回路10の昇圧率は任意であり、昇圧率が切りかえ可能であってもよい。
Vg=Vdc+Vdc2=2×Vdc−Vf
となる。
Vg−Vout=Vz−Vf
となり入力電圧Vdcによらず一定値となる。したがって、入力電圧Vdcが過電圧となっても、スイッチトランジスタM1のゲートソース間に過電圧が印加されるのが防止される。入力電圧Vdcが過電圧しきい値電圧Vovpを超えると、チャージポンプ回路10が停止し、ゲート電圧Vgが0Vとなるため、スイッチトランジスタM1がオフして出力電圧Voutも0Vとなる。
チャージポンプ回路10の構成は図2のそれに限定されない。たとえば、第1入力端子Pi1にクランプ出力電圧Vdc2を、第2入力端子Pi2に入力電圧Vdcを印加してもよい。この場合、スイッチSW1をNチャンネルMOSFETとするとよい。この構成の場合、NチャンネルMOSFETで構成されるスイッチSW1は、フライングキャパシタCfを充電するときにオンするスイッチである。
チャージポンプ回路10の第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2の両方を共通に接続し、クランプ出力電圧Vdc2を印加してもよい。この場合、チャージポンプ回路10の昇圧率は2倍となる。この場合、スイッチSW2をPチャンネルMOSFETで構成してもよい。過電圧が印加されないからである。ただしこの場合、入力電圧Vdcがクランプされない状態で、スイッチトランジスタM1のゲート電圧Vgは、
Vg=2×Vdc−2×Vf
となり、図2の回路よりVfだけ低くなる。つまり昇圧効率の観点からは不利である。言い換えれば、図2の回路は、入力電圧Vdcとクランプ出力電圧Vdc2を加算することによって、昇圧効率を改善している。
チャージポンプ回路10は2入力加算型、あるいは2倍昇圧型に限定されず、3入力、4入力もしくは3倍、4倍のチャージポンプ回路であってもよい。この場合でも、上述した図2のチャージポンプ回路10の特徴を利用することにより、同様の効果を得ることが可能である。
Claims (9)
- 外部から入力電圧が入力される入力端子と、
出力電圧を出力するための出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子の間に設けられたNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のスイッチトランジスタと、
前記入力電圧を所定のクランプ電圧以下にクランプするクランプ回路と、
前記クランプ回路の出力電圧を昇圧し、前記スイッチトランジスタのゲートに出力するチャージポンプ回路と、
前記入力電圧を所定の過電圧しきい値電圧と比較し、前記入力電圧が前記過電圧しきい値電圧より低いとき、前記チャージポンプ回路に昇圧動作を指示する過電圧監視部と、
を備えることを特徴とする過電圧保護回路。 - 前記チャージポンプ回路は、2入力加算型のチャージポンプ回路であって、前記入力電圧と前記クランプ回路の出力電圧を加算した電圧を出力することを特徴とする請求項1に記載の過電圧保護回路。
- 前記クランプ回路の出力電圧を、前記チャージポンプ回路のフライングキャパシタを充電するための電圧として利用することを特徴とする請求項2に記載の過電圧保護回路。
- 前記チャージポンプ回路を構成するスイッチのうち、一端に前記入力電圧が印加され他端がフライングキャパシタに接続されるスイッチを、NチャンネルMOSFETで構成したことを特徴とする請求項2に記載の過電圧保護回路。
- 前記NチャンネルMOSFETで構成されるスイッチは、前記フライングキャパシタに蓄えられた電荷を出力キャパシタに転送するときにオンするスイッチであることを特徴とする請求項4に記載の過電圧保護回路。
- 前記クランプ電圧は、前記スイッチトランジスタのゲートソース間耐圧をVgst、前記チャージポンプ回路の昇圧率をαとするとき、(α−1)×Vgstより低く設定されることを特徴とする請求項1に記載の過電圧保護回路。
- 前記チャージポンプ回路は、前記スイッチトランジスタのゲート容量を出力キャパシタとして昇圧動作を行うことを特徴とする請求項1に記載の過電圧保護回路。
- ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の過電圧保護回路。
- 外部電源が着脱可能なコネクタと、
2次電池と、
前記コネクタが前記入力端子に接続された請求項1から7のいずれかに記載の過電圧保護回路と、
前記過電圧保護回路の出力電圧を利用して前記2次電池を充電する充電回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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