JP2009232214A - リセット回路および電源制御用半導体集積回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源電圧が所定電圧より低い状態から上昇した場合に誤ってリセット解除信号が出力されてしまうのを回避することができるリセット回路およびそれを内蔵した電源制御用ICを提供する。
【解決手段】電源電圧に比例した電圧と参照電圧とを比較する電圧比較手段(CMP0)と、該電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以上になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第1の遅延手段(DLY1)と、前記電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以下になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第2の遅延手段(DLY2)と、を備えたリセット回路において、前記第2の遅延手段は、該遅延手段内部のノードの電位を論理しきい値で判定する第2判定回路(INV3)と、前記ノードに接続され電源電圧の上昇時に該ノードの電位を引き上げるプルアップ手段(SW3,GT1)とを設けるようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、リセット回路およびリセット回路を内蔵した電源制御用半導体集積回路に関し、例えば充電制御回路を搭載した充電制御用IC(半導体集積回路)に利用して有効な技術に関する。
二次電池の充電装置には、充電電流を制御する充電制御回路を搭載したICが使用されている。このような充電制御用ICにおいては、充電中に商用電源の電圧が低下することがあるが、入力電圧(ICの電源電圧とされる)が低下すると内部回路が誤動作したりするおそれがある。
そのため、例えば5Vの電源電圧が2.5Vのような所定の電圧以下に下がった場合にはそれを検出してリセット信号を発生もしくは立ち上げたり、電源電圧が所定の電圧以上に上昇した場合にはリセット解除信号を発生もしくは立ち下げたりするリセット回路が設けられることがある。
特開平9−54620号公報
充電制御用ICにおけるリセット回路は、所望の動作を保証するため、電源電圧が判定のしきい値となる電圧(例えば4.5V)を越えてからそれぞれ所定の遅延時間後に信号を変化させるように構成することが望ましい。
具体的には、何らかの原因で瞬間的に大きな充電電流が流れて電源電圧が4.5Vよりも若干下回ってしまうような場合があるが、電源電圧が低下している時間が規定された時間よりも短いときは内部回路をリセットするまでもないので、リセット回路にはそのような短時間の電源電圧低下を検出してリセット信号を出力しない機能が望まれる。そこで、本発明者らは、このような機能を有するリセット回路として、図6に示すような回路を開発した。
図6に示すリセット回路は、電源電圧VCCを抵抗R1,R2で分割した電圧V1と基準電圧Vrefとを比較するコンパレータCMP0と、該コンパレータの出力でオン、オフされるスイッチトランジスタSW1と、定電流源CS1と容量C1とからなる遅延回路DLY1と、電位判定用のインバータおよび論理反転用インバータと、該インバータの出力Cでオン、オフされるスイッチトランジスタSW2と、定電流源CS2と容量C2とからなる遅延回路DLY2と、電位判定用のインバータおよび出力用インバータとから構成される。
このリセット回路は、電源電圧VCCが例えば5Vから2.2Vのようなレベルに低下したとすると、各ノードA〜Fの電位が図7(a)のように変化して、電源低下後例えば64μs経過したときに出力RESがハイレベル(2.2V)に変化する。また、電源電圧VCCが例えば2.2Vから5Vに上昇したとすると、各ノードA〜Fの電位が図7(b)のように変化して、電源上昇後例えば38μs経過したときに出力RESがロウレベル(0V)に変化するというものである。電源低下時の遅延時間(64μs)よりも電源上昇時の遅延時間(38μs)を短く設定しておくことによって、電源低下期間が非常に短く電源低下時の遅延時間を経過する前に電源が回復すると、リセット信号を出力しないように動作することができる。
しかしながら、本発明者らが詳細に検討した結果、図4に示すように、後段のインバータINV3のスレッシュホールド電圧VLTは電源電圧VCCの上昇に伴って素速く高くなるのに対し、ノードDの電位は電流源CS2の電流I2に依存してだらだらと上昇するため、図7(b)のFのように、出力RESは一旦ロウレベルに変化してからハイレベルに変化し、その後再びロウレベルに変化することとなる。そのため、始めの立下りで誤ってリセット解除信号が出力されてしまう(立ち下がってしまう)という課題があることが明らかとなった。
なお、電源電圧の低下を検出してリセット信号を発生する回路に関する発明としては、例えば特許文献1に記載されている発明がある。ただし、この発明は、単にノイズの影響を排除することを目的とするもので、本発明のような課題を解決するものではない。
この発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電源電圧が所定電圧より低い状態から上昇した場合に誤ってリセット解除信号が出力されてしまうのを回避することができるリセット回路およびそれを内蔵した電源制御用ICを提供することにある。
この発明の他の目的は、電源電圧が所定の電圧以下に下がった場合や、低電圧から所定の電圧以上に上昇した場合に、それが生じてからリセット検出信号が変化するまでの遅延時間とリセット解除信号が変化するまでの遅延時間をそれぞれ別個に設定することができるリセット回路およびそれを内蔵した電源制御用ICを提供することにある。
上記目的を達成するため、この発明は、電源電圧に比例した電圧と参照電圧とを比較する電圧比較手段と、該電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以上になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第1の遅延手段と、前記電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以下になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第2の遅延手段と、を備えたリセット回路において、前記第2の遅延手段は、該遅延手段内部のノードの電位を論理しきい値で判定する第2判定回路と、前記ノードに接続され電源電圧の上昇時に該ノードの電位を引き上げるプルアップ手段とを有するように構成したものである。
上記した手段によれば、第1の遅延手段と第2の遅延手段により、電源電圧の検出タイミングからリセット信号の立ち上がりと立ち下がりまでの遅延時間をそれぞれ任意に設定することができるとともに、プルアップ手段による電位の引き上げで第2判定回路が誤った判定をするのを回避することができる。
ここで、望ましくは、前記第1の遅延手段は、第1容量素子と該第1容量素子を充電する第1定電流源と前記第1容量素子の電荷を放電させる第1スイッチ素子と前記第1容量素子の充放電ノードの電位を判定する第1判定回路とを有し、前記第1スイッチ素子が前記電圧比較手段の出力に応じてオン、オフされるように構成され、前記第2の遅延手段は、第2容量素子と該第2容量素子を充電する第2定電流源と前記第2容量素子の電荷を放電させる第2スイッチ素子と前記第2容量素子の充放電ノードの電位を判定する前記第2判定回路とを有し前記第2スイッチ素子が前記第1判定回路の出力に応じてオン、オフされるように構成する。これにより、容量素子の容量値と定電流源の電流値を適切に設定することにより、第1の遅延手段と第2の遅延手段それぞれの遅延時間を容易に所望の時間に設定することができる。
また、望ましくは、前記プルアップ手段は、電源電圧端子と前記第2の遅延手段内の前記充放電ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、前記電圧比較手段の出力と前記第1の遅延手段の出力とを入力とする論理和回路とを有し、該論理和回路の出力によって前記第3スイッチ素子が前記第1スイッチ素子のオフ状態で電源電圧の上昇時にオンされて該ノードの電位を引き上げるように構成する。これにより、電源電圧の上昇に応じて確実に前記遅延手段内部のノードの電位を引き上げ、リセット信号の誤った動作を回避することができる。また、前記プルアップ手段は、電源電圧端子と前記遅延手段内部のノードとの間に接続された容量素子としてもよい。これにより、素子を1つ追加するという簡単な変更のみで前記第2遅延手段内のノードの電位を引き上げ、リセット信号の誤った動作を回避することができる。
さらに、望ましくは、前記第1の遅延手段の遅延時間は前記第2の遅延手段の遅延時間よりも短く設定する。これにより、電源電圧の上昇検出からリセット解除までの時間を、電源電圧の低下検出からリセット信号出力までの時間よりも短くすることができ、電源電圧低下期間が短い場合にはリセット信号が出力されないようにすることができる。
また、望ましくは、上記のように構成されたリセット回路と、電流制御用トランジスタに所定の電流が流れるように制御する制御回路とを備え、前記制御回路は前記リセット回路により生成されたリセット信号が第1状態の時に前記電流制御用トランジスタに所定の電流が流れるように制御し、前記リセット信号が第2状態の時に前記電流制御用トランジスタに流れる電流を遮断するように電源制御用半導体集積回路を構成する。これにより、電源電圧が低下した場合に電流制御用トランジスタを遮断し充電電流が流れないように制御することができ、逆方向電流が流れたり回路が誤動作するのを防止することができる。
さらに、望ましくは、前記電流制御用トランジスタと、直流入力電圧が印加される電圧入力端子と、電流出力端子とを備え、前記電流制御用トランジスタが、前記電圧入力端子と前記電流出力端子との間に接続されるように構成する。これにより、電流制御用トランジスタと制御回路を1つのチップに搭載した電源制御用半導体集積回路において、電源電圧が低下した場合に自動的に電流制御用トランジスタを遮断し充電電流が流れないように制御することができる。
本発明によると、電源電圧が所定電圧より低い状態から上昇した場合に誤ってリセット解除信号が出力されてしまうのを回避することができるリセット回路およびそれを内蔵した電源制御用ICを実現できる。また、電源電圧が所定の電圧以下に下がった場合や、低電圧から所定の電圧以上に上昇した場合に、それが生じてからリセット検出信号及びリセット解除信号が変化するまでの遅延時間をそれぞれ別個に設定することができるという効果がある。
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した二次電池の充電制御用ICの一実施形態の概略構成を示す。
図1に示されているように、この実施形態の充電制御用IC10には、外部のACアダプタのような直流電源20からの直流電圧が入力される電圧入力端子VINと、充電対象のリチウムイオン電池のような二次電池40が接続されるバッテリ端子BATと、前記電圧入力端子VINとバッテリ端子BATとの間に設けられた電流制御用トランジスタQ1と、定電圧制御を行うためバッテリ電圧Vbatと参照電圧Vref1とを比較してQ1のゲート制御電圧を生成する定電圧制御アンプAMP1とを備えている。
また、前記トランジスタQ1に流される電流に比例した電流を検出して電流制御を行うため、Q1の1/Nの大きさを有しソース端子が前記電圧入力端子VINに接続されQ1と同一の電圧が制御端子(ゲート端子)に印加されたモニタ用トランジスタQ2と、Q2のドレイン端子が接続され外部には外付け抵抗Rpが接続可能な外部端子PROGと、定電流制御を行うため該端子PROGの電圧と参照電圧Vcrefとを比較してQ1のゲート制御電圧を生成する定電流制御アンプAMP2とを備えている。
さらに、この実施形態の充電制御用IC10には、外部から前記電圧入力端子VINに入力される直流電圧Vinからチップを保護するため、例えば5.8Vのような参照電圧Vref2とVinとを比較して異常電圧を検出するコンパレータCMP1と、バッテリ端子BATの電圧と参照電圧Vref3とを比較するコンパレータCMP2と、これらのコンパレータCMP1,CMP2の出力に基いて監視対象の電圧が異常な電圧になっているか否か判定し、異常な電圧の場合には電流制御用トランジスタQ1をオフ状態にすべくQ1のゲートにドレインが接続されたオープンコレクタのトランジスタQ3のゲートを制御する電圧を生成して出力する内部制御回路11を備える。
また、入力電圧Vinを監視して所定電圧以下である2.5V以下に低下したことを検出すると、例えば64μsのような所定時間経過後にハイレベルに変化し、電源電圧Vinが所定電圧以上に上昇したことを検出すると、例えば38μsのような所定時間経過後にロウレベルに変化するリセット信号RESを出力するリセット回路13が設けられている。なお、ここで述べている所定電圧とは、充電制御用IC10の内部回路が正常に動作できる電圧のことである。
なお、この実施形態の充電制御用IC10の内部回路は、入力電圧Vinが電源電圧VCCとして供給されることで動作するようにされている。従って、リセット回路13は電源電圧VCCが下がったか否か監視する低電圧監視回路として機能する。リセット回路13により生成されたリセット信号RESは、内部制御回路11に供給されて低電源電圧時に電流制御用トランジスタQ1をオフにしたり内部回路をリセットするなどの制御が行なわれる。
図2には、前記リセット回路13の具体的な回路構成例が示されている。
この実施例のリセット回路13は、電源電圧VCC(例えば5V)を分圧してVCCに比例した電圧を生成する直列形態の抵抗R1,R2からなる抵抗分圧回路と、抵抗R1とR2の接続ノードN1の電圧V1と基準電圧Vrefとを比較する電圧比較手段としてのコンパレータCMP0と、該コンパレータの出力でオン、オフされるNチャネルMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ;以下MOSトランジスタと称する)からなるスイッチMOSトランジスタSW1と、定電流源CS1と容量C1および電位判定用のインバータINV1からなる第1の遅延回路DLY1と、論理反転用のインバータINV2を有する。
さらに、リセット回路13は、前記インバータINV2の出力でオン、オフされるスイッチMOSトランジスタSW2と、定電流源CS2と容量C2および電位判定用のインバータINV3からなる第2の遅延回路DLY2と、出力用のインバータINV4と、定電流源CS2と容量C2との接続ノードN2と電源電圧端子VCCとの間に接続されたPチャネルMOSFETからなるプルアップ用のMOSトランジスタSW3および前記コンパレータCMP0の出力とインバータINV2の出力を入力としトランジスタSW3をオン、オフ制御するORゲートGT1を有する。この実施形態では、インバータINV1〜INV4としてCMOSインバータが用いられている。
このリセット回路13は、電源電圧VCCが例えば5Vから2.2Vのようなレベルに低下したとすると、図3(a)に示されているように、先ずコンパレータCMP0の出力Aがロウレベルから2.2Vのようなハイレベルに変化して、スイッチMOSトランジスタSW1がオンされることで、容量C1の電荷がディスチャージされてノードBの電位さらにノードCの電位がロウレベル(0V)に変化する。これにより、スイッチMOSトランジスタSW2がオフ状態にされる。また、CMP0の出力AとノードCの電位が共にロウレベルになることで、ノードGの電位がロウレベルにされスイッチMOSトランジスタSW3がオフ状態にされる。
そのため、容量C2が電流源CS2の電流I2によってチャージされてノードDの電位が徐々に高くされる。そして、電源電圧低下後例えば64μsが経過するとノードDの電位が次段のインバータINV3の論理しきい値電圧VLT(例えば1.1V)を越えることによってノードFの電位すなわち出力RESがハイレベル(2.2V)に変化する。このようなリセット検出時の動作は、図7(a)に示されている図6のリセット回路の動作とほぼ同様である。
一方、電源電圧VCCが例えば2.2Vから5Vに上昇したとすると、図3(b)に示されているように、先ずコンパレータCMP0の出力Aが2.2Vのようなレベルからロウレベル(0V)に変化して、スイッチMOSトランジスタSW1がオフされることで、容量C1が電流源CS1の電流I1によってチャージされてノードBの電位が徐々に高くなり始める。また、コンパレータCMP0の出力Aがロウレベルに変化すると、このときノードCの電位はロウレベルであるため、ORゲートGT1の出力Gがハイレベルからロウレベルに変化して、MOSトランジスタSW3がオンされることで容量C2が一気にチャージされてノードDの電位が急速に5Vまで持ち上げられる。
そして、電源電圧上昇後例えば38μsが経過するとノードBの電位が次段のインバータINV1の論理しきい値電圧VLTを越えることによってノードCの電位がハイレベル(5V)に変化する。これにより、スイッチMOSトランジスタSW2がオン状態にされる。また、ノードCの電位がハイレベルになることで、ノードGの電位がハイレベルにされスイッチMOSトランジスタSW3がオフ状態にされる。そのため、容量C2の電荷がトランジスタSW2によってディスチャージされてノードDの電位が0Vまで低下し、次段のインバータINV3,INV4の出力がそれぞれ反転してノードFすなわち出力RESがロウレベル(0V)に変化する。
ところで、インバータINV3がCMOSインバータである場合、図4に示すように、電源電圧VCCが2.2Vから5Vに上昇したときにインバータの論理しきい値電圧VLTもこれに追従して素速く上昇する。図6のリセット回路にはORゲートGT1が設けられていないため、VCCが変化するとノードDの電位は、容量C2が電流源CS2によってチャージされることで、図4に一点鎖線で示すように徐々にしか上昇しない。
そのため、インバータINV3の論理しきい値電圧VLTの方がノードDの電位よりも一時的に高くなることがあり、それによって、図7(b)のEのように、インバータINV3の出力がVCCの上昇直後に一時的にハイレベルに持ち上がってしまい、ノードFの電位すなわち出力RESがロウレベル(0V)に変化する誤動作を起こしてしまう。
これに対して、本実施形態のリセット回路においては、電源電圧VCCが2.2Vから5Vに上昇するときに、トランジスタSW3がオンされることでノードDの電位が図4に破線で示すように急速に5Vまで持ち上げられる。そのため、ノードDの電位がインバータINV3の論理しきい値電圧VLTを横切ることがなくなって、誤ってインバータINV3の出力が一時的に反転してしまうのを回避することができる。また、ノードDと電源電圧VCCとの間に設けられたMOSトランジスタSW3がオンされるときは必ずMOSトランジスタSW2がオフ状態に、またSW2がオンされるときは必ずSW3がオフ状態にされているため貫通電流が流れることもない。
図5には、前記リセット回路13の他の実施成例が示されている。
この実施例のリセット回路13は、電源電圧VCCとノードDとの間に、スイッチMOSトランジスタSW3の代わりに、容量C3を設けたものである。他の構成は図2の回路と同じである。容量C3を設けたことにより、電源電圧VCCが2.2Vから5Vに上昇するときに、ノードDの電位が図4に破線で示すように急速に持ち上げられるため、ノードDの電位がインバータINV3の論理しきい値電圧VLTを横切ることがなくなって、第1の実施例と同様に誤ってインバータINV3の出力が一時的に反転してしまうのを回避することができる。
以上本発明の一実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能である。例えば、前記実施例(図2)では、電源電圧端子VCCとノードN2との間に接続されたプルアップ用のMOSトランジスタSW3を、コンパレータCMP0の出力とインバータINV2の出力を入力とするORゲートGT1で制御しているが、ORゲートGT1の入力はコンパレータCMP0の出力とインバータINV2の出力に限定されず、同様なタイミングが得られるものであれば他の信号であっても良い。
また、前記実施例では、後段の遅延手段DLY2における容量C2の充放電ノードN2の電位を判定する判定回路としてCMOSインバータを使用したが、例えばCMOS回路で構成されたNANDゲート回路などの論理ゲートを使用することも可能である。なお、NANDゲート回路を使用する場合、2つの入力端子のうち一方をノードN2に接続し、他方の入力端子には例えば判定動作を許可するイネーブル信号のような制御信号を入力するように構成することが考えられる。
以上の説明では、本発明を二次電池の充電制御用ICに適用した例を説明したが、本発明にそれに限定されるものではなく、DC−DCコンバータやLDO(低飽和型シリーズレギュレータ)のような直流電源回路の電源制御用ICにも利用することができる。
本発明を適用して好適な電源制御用ICの一例としての充電制御用ICの概略構成を示す説明図である。 本発明におけるリセット回路の実施例を示す回路構成図である。 実施例のリセット回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 実施例のリセット回路におけるノードDの電位と次段のインバータの論理しきい値電圧VLTとの関係を示す説明図である。 リセット回路の他の実施例を示す回路構成図である。 本発明に先立って検討したリセット回路を示す回路構成図である。 図6のリセット回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
符号の説明
10 充電制御用IC
11 内部制御回路
13 リセット回路
20 直流電源
40 二次電池
Q1 電流制御用トランジスタ
CMP0 コンパレータ
DLY1,DLY2 遅延回路
INV1,INV3 判定回路(インバータ)
VLT 論理しきい値電圧

Claims (7)

  1. 電源電圧に比例した電圧と参照電圧とを比較する電圧比較手段と、該電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以上になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第1の遅延手段と、前記電圧比較手段によって電源電圧が所定の電位以下になったことが検出された場合にその検出タイミングを遅らせて後段に伝える第2の遅延手段と、を備えたリセット回路であって、
    前記第2の遅延手段は、該遅延手段内部のノードの電位を論理しきい値で判定する第2判定回路と、前記ノードに接続され電源電圧の上昇時に該ノードの電位を引き上げるプルアップ手段とを有することを特徴とするリセット回路。
  2. 前記第1の遅延手段は、第1容量素子と該第1容量素子を充電する第1定電流源と前記第1容量素子の電荷を放電させる第1スイッチ素子と前記第1容量素子の充放電ノードの電位を判定する第1判定回路とを有し、前記第1スイッチ素子が前記電圧比較手段の出力に応じてオン、オフされるように構成され、
    前記第2の遅延手段は、第2容量素子と該第2容量素子を充電する第2定電流源と前記第2容量素子の電荷を放電させる第2スイッチ素子と前記第2容量素子の充放電ノードの電位を判定する前記第2判定回路とを有し前記第2スイッチ素子が前記第1判定回路の出力に応じてオン、オフされるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のリセット回路。
  3. 前記プルアップ手段は、電源電圧端子と前記第2の遅延手段内の前記充放電ノードとの間に接続された第3スイッチ素子と、前記電圧比較手段の出力と前記第1の遅延手段の出力とを入力とする論理和回路とを有し、該論理和回路の出力によって前記第3スイッチ素子が前記第1スイッチ素子のオフ状態で電源電圧の上昇時にオンされて該ノードの電位を引き上げるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載のリセット回路。
  4. 前記プルアップ手段は、電源電圧端子と前記第2の遅延手段内の前記充放電ノードとの間に接続された容量素子であることを特徴とする請求項2に記載のリセット回路。
  5. 前記第1の遅延手段の遅延時間は前記第2の遅延手段の遅延時間よりも短く設定されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のリセット回路。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のリセット回路と、電流制御用トランジスタに所定の電流が流れるように制御する制御回路とを備え、前記制御回路は前記リセット回路により生成されたリセット信号が第1状態の時に前記電流制御用トランジスタに所定の電流が流れるように制御し、前記リセット信号が第2状態の時に前記電流制御用トランジスタに流れる電流を遮断するように構成されていることを特徴とする電源制御用半導体集積回路。
  7. 前記電流制御用トランジスタと、直流入力電圧が印加される電圧入力端子と、電流出力端子とを備え、
    前記電流制御用トランジスタが、前記電圧入力端子と前記電流出力端子との間に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の電源制御用半導体集積回路。
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