JP2009284689A - Overvoltage protecting circuit and electronic apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電圧保護回路に関する。 The present invention relates to an overvoltage protection circuit.
過電圧から回路を保護するための、過電圧保護回路が利用される。過電圧保護回路の形式はさまざまであるが、たとえば過電圧が発生しうる端子(入力端子)と、保護対象の回路との間にスイッチ素子としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を設け、入力端子の電圧がしきい値を超えたときに、そのスイッチ素子をオフする形式が知られている。
上記形式の過電圧保護回路では、スイッチ素子がオフからオンに急に切り換えられると、保護対象の回路に突入電流が流れるおそれがある。 In the overvoltage protection circuit of the above type, if the switch element is suddenly switched from off to on, an inrush current may flow through the circuit to be protected.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、突入電流防止機能を備えた過電圧保護回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide an overvoltage protection circuit having an inrush current prevention function.
本発明のある態様は、外部入力端子と外部出力端子を有し、外部入力端子に入力される入力電圧が所定のしきい値電圧を超えると、外部入力端子と外部出力端子の間を遮断する過電圧保護回路に関する。この過電圧保護回路は、外部入力端子と外部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、入力電圧を昇圧し、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、入力電圧をしきい値電圧と比較し、入力電圧がしきい値電圧より低いとき、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。チャージポンプ回路は、少なくともひとつのフライングキャパシタと、出力キャパシタと、フライングキャパシタおよび出力キャパシタを接続する複数のスイッチと、複数のスイッチのオン、オフを制御する複数の制御信号を生成し、出力キャパシタに生ずる本チャージポンプ回路の出力電圧を利用して複数の制御信号をレベルシフトし、複数のスイッチへと出力する制御部と、チャージポンプ回路の入力端子から出力キャパシタにフライングキャパシタを介さず至る経路上に設けられたインピーダンス素子と、インピーダンス素子と並列に設けられ、制御部により制御されるバイパススイッチと、を含む。制御部は、チャージポンプ回路の昇圧動作の開始に先立ち、複数のスイッチのうち、チャージポンプ回路の入力端子から出力キャパシタにフライングキャパシタを介さず至る経路上に直列に設けられたすべてのスイッチを所定時間オンするとともに、バイパススイッチをオフし、所定時間の経過後に、バイパススイッチをオンし、複数のスイッチのオンオフスイッチングを開始する。 An aspect of the present invention has an external input terminal and an external output terminal, and when the input voltage input to the external input terminal exceeds a predetermined threshold voltage, the external input terminal and the external output terminal are disconnected. The present invention relates to an overvoltage protection circuit. This overvoltage protection circuit includes an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) switch transistor provided between an external input terminal and an external output terminal, and a charge pump that boosts the input voltage and outputs it to the gate of the switch transistor. A circuit, and an overvoltage monitoring unit that compares the input voltage with a threshold voltage and instructs the charge pump circuit to perform a boost operation when the input voltage is lower than the threshold voltage. The charge pump circuit generates at least one flying capacitor, an output capacitor, a plurality of switches connecting the flying capacitor and the output capacitor, and a plurality of control signals for controlling on / off of the plurality of switches, and outputs the control signal to the output capacitor. A control unit for level-shifting a plurality of control signals using the generated output voltage of the charge pump circuit and outputting the level to a plurality of switches, and a path extending from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through the flying capacitor And a bypass switch provided in parallel with the impedance element and controlled by the control unit. Prior to the start of the boosting operation of the charge pump circuit, the control unit predetermines all of the switches provided in series on the path from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through the flying capacitor. While the time is on, the bypass switch is turned off, and after a predetermined time has elapsed, the bypass switch is turned on and on / off switching of a plurality of switches is started.
この態様によると、所定時間の間、外部入力端子に印加された入力電圧によって出力キャパシタが充電され、チャージポンプ回路の出力電圧が入力電圧付近まで上昇する。その後、制御回路によって各スイッチのスイッチング動作を開始することにより、入力電圧が低い減電圧状態においてもチャージポンプ回路を確実に起動させることができる。また所定時間の間、出力キャパシタはインピーダンス素子を介して充電される。したがってスイッチトランジスタのゲート電圧が緩やかに上昇し、スイッチトランジスタをオフ状態からオン状態へと緩やかに切り換えることができ、突入電流を抑制することができる。 According to this aspect, the output capacitor is charged by the input voltage applied to the external input terminal for a predetermined time, and the output voltage of the charge pump circuit rises to near the input voltage. After that, by starting the switching operation of each switch by the control circuit, the charge pump circuit can be reliably started even in a reduced voltage state where the input voltage is low. The output capacitor is charged via the impedance element for a predetermined time. Therefore, the gate voltage of the switch transistor rises gently, and the switch transistor can be gradually switched from the off state to the on state, and the inrush current can be suppressed.
インピーダンス素子は、チャージポンプ回路の入力端子から出力キャパシタにフライングキャパシタを介さず至る経路上の最も出力キャパシタ側に設けられてもよい。バイパススイッチはPチャンネルMOSFETであってもよい。制御部は、バイパス制御信号を、インピーダンス素子の高電位側の端子の電位を用いてレベルシフトし、バイパススイッチのゲートに出力するレベルシフト回路を含んでもよい。 The impedance element may be provided on the most output capacitor side on the path from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through the flying capacitor. The bypass switch may be a P-channel MOSFET. The control unit may include a level shift circuit that shifts the level of the bypass control signal using the potential of the terminal on the high potential side of the impedance element and outputs it to the gate of the bypass switch.
チャージポンプ回路は、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ってもよい。 The charge pump circuit may perform a boosting operation using the gate capacitance of the switch transistor as an output capacitor.
チャージポンプ回路の入力端子から出力キャパシタにフライングキャパシタを経ずに至る経路上に直列に設けられたすべてのスイッチをPチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)で構成してもよい。
この場合、起動時にすべてのMOSFETにゲートにローレベルとして接地電圧を印加すればよいため、より確実に起動させることができる。
All the switches provided in series on the path from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through the flying capacitor may be constituted by P-channel MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).
In this case, since it is only necessary to apply the ground voltage as a low level to the gates of all MOSFETs at the time of activation, the activation can be performed more reliably.
本発明の別の態様もまた、過電圧保護回路である。この過電圧保護回路は、外部入力端子と外部出力端子を有し、外部入力端子に入力される入力電圧が所定のしきい値電圧を超えると、外部入力端子と外部出力端子の間を遮断する過電圧保護回路であって、外部入力端子と外部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、入力電圧を昇圧し、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、入力電圧をしきい値電圧と比較し、入力電圧がしきい値電圧より低いとき、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。チャージポンプ回路は、複数の入力端子と、昇圧された出力電圧を出力する出力端子と、n個(nは自然数)のフライングキャパシタと、第1端子が出力端子に接続され、第2端子が固定電圧端子に接続された出力キャパシタと、いずれかの入力端子と1番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた第1直列スイッチと、i(iは2≦i≦nの整数)番目のフライングキャパシタの第1端子と(i−1)番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた(n−1)個の第2から第n直列スイッチと、出力キャパシタの第1端子と、n番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた第(n+1)直列スイッチと、フライングキャパシタごとに設けられ、対応するフライングキャパシタの第2端子といずれかの入力端子の間に設けられた第1から第n入力スイッチと、フライングキャパシタごとに設けられ、対応するフライングキャパシタの第2端子と固定電圧端子の間に設けられた第1から第n接地スイッチと、直列スイッチおよび入力スイッチ、接地スイッチのオン、オフを制御する制御信号を生成し、出力キャパシタに生ずる本チャージポンプ回路の出力電圧を利用して制御信号をレベルシフトし各スイッチへと出力する制御部と、直列スイッチが形成する経路上に設けられたインピーダンス素子と、インピーダンス素子と並列に設けられ、制御部により制御されるバイパススイッチと、を含む。制御部は、チャージポンプ回路の昇圧動作の開始に先立ち、直列スイッチを所定時間オンするとともにバイパススイッチをオフし、所定時間の経過後に、バイパススイッチをオンし、直列スイッチおよび入力スイッチ、接地スイッチのオンオフスイッチングを開始する。 Another embodiment of the present invention is also an overvoltage protection circuit. This overvoltage protection circuit has an external input terminal and an external output terminal. When the input voltage input to the external input terminal exceeds a predetermined threshold voltage, the overvoltage that shuts off the external input terminal and the external output terminal A protection circuit, an N channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) switch transistor provided between an external input terminal and an external output terminal, and a charge pump that boosts the input voltage and outputs it to the gate of the switch transistor A circuit, and an overvoltage monitoring unit that compares the input voltage with a threshold voltage and instructs the charge pump circuit to perform a boost operation when the input voltage is lower than the threshold voltage. The charge pump circuit includes a plurality of input terminals, an output terminal that outputs a boosted output voltage, n (n is a natural number) flying capacitors, a first terminal connected to the output terminal, and a second terminal fixed. An output capacitor connected to the voltage terminal, a first series switch provided between any one of the input terminals and the first terminal of the first flying capacitor, and i (i is an integer of 2 ≦ i ≦ n) th (N-1) second to n-th series switches provided between the first terminal of the flying capacitor and the first terminal of the (i-1) th flying capacitor, the first terminal of the output capacitor, , A (n + 1) th series switch provided between the first terminals of the nth flying capacitor and a second terminal of the corresponding flying capacitor provided for each of the flying capacitors. First to n-th input switches provided between the terminals, first to n-th ground switches provided for each flying capacitor and provided between the second terminal and the fixed voltage terminal of the corresponding flying capacitor, A control unit that generates a control signal for controlling on / off of the series switch, the input switch, and the ground switch, shifts the level of the control signal using the output voltage of the charge pump circuit generated in the output capacitor, and outputs the control signal to each switch And an impedance element provided on a path formed by the series switch, and a bypass switch provided in parallel with the impedance element and controlled by the control unit. Prior to the start of the boosting operation of the charge pump circuit, the controller turns on the series switch for a predetermined time and turns off the bypass switch, and turns on the bypass switch after the lapse of the predetermined time, and turns on the series switch, the input switch, and the ground switch. Start on-off switching.
この態様によると、所定時間の間、入力端子に印加された入力電圧によって出力キャパシタが充電され、チャージポンプ回路の出力電圧が入力電圧付近まで上昇する。その後、制御回路によって各スイッチのスイッチング動作を開始することにより、確実に起動させることができる。
また、所定時間の間、出力キャパシタがインピーダンス素子を介して充電される。したがってスイッチトランジスタのゲート電圧が緩やかに上昇し、スイッチトランジスタをオフ状態からオン状態へと緩やかに切り換えることができ、突入電流を抑制することができる。
According to this aspect, the output capacitor is charged by the input voltage applied to the input terminal for a predetermined time, and the output voltage of the charge pump circuit rises to near the input voltage. Thereafter, the switching operation of each switch is started by the control circuit, so that it can be surely started.
Further, the output capacitor is charged via the impedance element for a predetermined time. Therefore, the gate voltage of the switch transistor rises gently, and the switch transistor can be gradually switched from the off state to the on state, and the inrush current can be suppressed.
直列スイッチをPチャンネルMOSFETで構成してもよい。この場合、起動時にすべてのMOSFETにゲートにローレベルとして接地電圧を印加すればよいため、より確実に起動させることができる。 The series switch may be composed of a P-channel MOSFET. In this case, since it is only necessary to apply the ground voltage as a low level to the gates of all MOSFETs at the time of activation, the activation can be performed more reliably.
過電圧保護回路は、チャージポンプ回路の前段に設けられ、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をさらに備えてもよい。チャージポンプ回路は第1、第2入力端子を備え、第1入力端子に入力電圧を、第2入力端子にクランプ回路の出力電圧を受けてもよい。 The overvoltage protection circuit may further include a clamp circuit that is provided before the charge pump circuit and clamps the input voltage below a predetermined clamp voltage. The charge pump circuit may include first and second input terminals, and may receive an input voltage at the first input terminal and an output voltage of the clamp circuit at the second input terminal.
第1直列スイッチはNチャンネルMOSFETであって、第1入力端子と1番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられてもよい。 The first series switch may be an N-channel MOSFET, and may be provided between the first input terminal and the first terminal of the first flying capacitor.
過電圧保護回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。 The overvoltage protection circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.
本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、外部電源が着脱可能なコネクタと、2次電池と、コネクタが外部入力端子に接続された過電圧保護回路と、過電圧保護回路の出力電圧を利用して2次電池を充電する充電回路と、を備える。 Yet another embodiment of the present invention is an electronic device. This electronic device has a connector that can be attached and detached from an external power source, a secondary battery, an overvoltage protection circuit in which the connector is connected to an external input terminal, and charging that uses the output voltage of the overvoltage protection circuit to charge the secondary battery. A circuit.
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、減電圧状態においてチャージポンプ回路を確実に起動可能できるとともに、突入電流を防止できる。 According to the present invention, the charge pump circuit can be reliably started in a reduced voltage state, and an inrush current can be prevented.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are in an electrically connected state. Including the case of being indirectly connected through other members that do not affect the above. Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図1は、実施の形態に係る過電圧保護回路100を搭載する電子機器1000の構成を示すブロック図である。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、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が、ここでは省略されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an electronic device 1000 that includes an
電池114は、リチウムイオンやNiCd(ニッケルカドミウム)電池などの2次電池であり、その電池電圧Vbatが、電子機器1000のその他の回路ブロックへと供給される。
The
電子機器1000は、外部電源110が着脱可能なコネクタ202を備える。外部電源110は、たとえば商用交流電圧を直流電圧に変換するACアダプタや、車載バッテリ等の電圧を降圧するDC/DCコンバータ、USB電源や乾電池を利用した緊急用電源である。外部電源110は電池114に対して直流の電源電圧Vdcを供給する。
The electronic device 1000 includes a connector 202 to which the
過電圧保護回路100は、外部入力端子102、外部出力端子104、スイッチトランジスタM1、過電圧監視部20、チャージポンプ回路10、クランプ回路40を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化されている。過電圧保護回路100は、入力電圧Vdcが所定の過電圧しきい値電圧Vovpより大きいとき、外部出力端子104と外部入力端子102の間を遮断し、保護対象の負荷である充電回路112に対する電圧供給を停止する。
The
スイッチトランジスタM1はNチャンネルMOSFETであり、外部入力端子102と外部出力端子104の間に設けられる。ここでは便宜的にスイッチトランジスタM1の外部出力端子104側の端子をソース、外部入力端子102側の端子をドレインと称する。スイッチトランジスタM1のバックゲートはソースと接続される。スイッチトランジスタM1をオンさせるためには、そのゲートソース間電圧をMOSFETのオン、オフのしきい値電圧Vtより高くする必要がある。スイッチトランジスタM1がフルオンした状態では、Vout≒Vdcであるから、スイッチトランジスタM1のゲートには、Vdc+Vtより高い電圧を与える必要がある。
The switch transistor M1 is an N-channel MOSFET and is provided between the
チャージポンプ回路10は、スイッチトランジスタM1をオンさせるために必要なゲート電圧Vgを生成する。チャージポンプ回路10の前段には、クランプ回路40が設けられる。
The
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。クランプ回路の構成は特に限定されない。以下、クランプ回路40の出力電圧をクランプ出力電圧Vdc2と称す。
The
クランプ電圧Vclは、スイッチトランジスタM1のゲートソース間耐圧をVgst、チャージポンプ回路10の昇圧率をαとするとき、(α−1)×Vgstより低く設定される。
The clamp voltage Vcl is set lower than (α−1) × Vgst, where Vgst is the gate-source breakdown voltage of the switch transistor M1 and α is the step-up rate of the
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。チャージポンプ回路10の昇圧率αは、スイッチトランジスタM1がフルオンするように設定する。スイッチトランジスタM1がフルオンする条件は、スイッチトランジスタM1のゲートソース間しきい値電圧Vtを用いて、
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。
The
α × Vdc2−Vdc ≧ Vt
It is. If approximated to Vdc2≈Vdc,
α ≧ Vt /
Get. For example, when the input voltage Vdc is input at 5 V or more with respect to Vt = 5 V, a charge pump circuit of a double boosting rate or a 2-input addition type may be used. However, the boosting rate of the
チャージポンプ回路10は、スイッチトランジスタM1のゲート容量を出力キャパシタCoとして昇圧動作を行ってもよい。
The
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、比較結果に応じた制御信号S1を出力する。過電圧監視部20は、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。反対に入力電圧Vdcが過電圧しきい値電圧Vovpより高いとき、チャージポンプ回路10に昇圧動作の停止を指示する。
The
以上が過電圧保護回路100の構成である。過電圧保護回路100のスイッチトランジスタM1がオフからオンへと急激にスイッチすると、外部電源110から充電回路112に対して突入電流が流れてしまう。この問題を解決するために、チャージポンプ回路10はその出力電圧、つまりスイッチトランジスタM1のゲート電圧を緩やかに上昇させるソフトスタート機能を備える。
The above is the configuration of the
以下、チャージポンプ回路10の具体的な構成を説明する。図2は、チャージポンプ回路10の構成を示す回路図である。以下では、理解の容易のためチャージポンプ回路10の昇圧率が3倍の場合を説明するが、本発明は任意の昇圧率に適用可能である。
Hereinafter, a specific configuration of the
チャージポンプ回路10は、第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2、出力端子Poを備え、第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2に入力された第1入力電圧Vi1、第2入力電圧Vi2を昇圧して、出力電圧Voを出力端子Poから出力する。出力端子Poには図1のスイッチトランジスタM1のゲートが接続される。
The
チャージポンプ回路10は、第1フライングキャパシタCf1、第2フライングキャパシタCf2、出力キャパシタCo、第1スイッチSW1〜第7スイッチSW7、制御部12、ソフトスタート抵抗R20、バイパススイッチSW20を備える。
The
出力キャパシタCoは、第1端子(A)が出力端子Poに接続され、第2端子(B)が固定電圧端子である接地端子に接続される。
第1スイッチSW1は、第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2のいずれか一方と、第1フライングキャパシタCf1の第1端子(A)の間に設けられる。図2では、第1スイッチSW1は第2入力端子Pi2と接続される。
The output capacitor Co has a first terminal (A) connected to the output terminal Po, and a second terminal (B) connected to a ground terminal which is a fixed voltage terminal.
The first switch SW1 is provided between one of the first input terminal Pi1 and the second input terminal Pi2 and the first terminal (A) of the first flying capacitor Cf1. In FIG. 2, the first switch SW1 is connected to the second input terminal Pi2.
第2スイッチSW2は、第1フライングキャパシタCf1の第2端子(B)と接地端子の間に設けられる。第3スイッチSW3は、第1フライングキャパシタCf1の第2端子(B)と第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2のいずれかの間に設けられる。図2では、第3スイッチSW3は第1入力端子Pi1と接続される。 The second switch SW2 is provided between the second terminal (B) of the first flying capacitor Cf1 and the ground terminal. The third switch SW3 is provided between the second terminal (B) of the first flying capacitor Cf1 and any one of the first input terminal Pi1 and the second input terminal Pi2. In FIG. 2, the third switch SW3 is connected to the first input terminal Pi1.
第4スイッチSW4は、第1フライングキャパシタCf1の第1端子(A)と第2フライングキャパシタCf2の第1端子(A)の間に設けられる。第5スイッチSW5は、第2フライングキャパシタCf2の第2端子(B)と接地端子の間に設けられる。第6スイッチSW6は、第2フライングキャパシタCf2の第2端子(B)と第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2のいずれかの間に設けられる。図2において、第6スイッチSW6は第2入力端子Pi2と接続される。第7スイッチSW7は、第2フライングキャパシタCf2の第1端子(A)と出力端子Poの間に設けられる。 The fourth switch SW4 is provided between the first terminal (A) of the first flying capacitor Cf1 and the first terminal (A) of the second flying capacitor Cf2. The fifth switch SW5 is provided between the second terminal (B) of the second flying capacitor Cf2 and the ground terminal. The sixth switch SW6 is provided between the second terminal (B) of the second flying capacitor Cf2 and any one of the first input terminal Pi1 and the second input terminal Pi2. In FIG. 2, the sixth switch SW6 is connected to the second input terminal Pi2. The seventh switch SW7 is provided between the first terminal (A) of the second flying capacitor Cf2 and the output terminal Po.
制御部12は、第1スイッチSW1〜第7スイッチSW7のオン、オフを制御する制御信号S1〜S7を生成する。さらに出力キャパシタCoに生ずるチャージポンプ回路10の出力電圧Voを利用して制御信号をレベルシフトし、各スイッチSW1〜SW7へと出力する。
The
制御部12は、第1フェーズφ1と第2フェーズφ2を交互に繰り返す。第1フェーズφ1において、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2、第6スイッチSW6、第7スイッチSW7をオンとし、その他をオフとする。第2フェーズφ2において、第3スイッチSW3、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5をオンとする。制御部12は、第1フェーズφ1と第2フェーズφ2を交互に繰り返すことにより、入力電圧Vi1、Vi2を昇圧した出力電圧Voを生成する。
The
第1フェーズφ1において、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2がオンすると、第1フライングキャパシタCf1が第2入力電圧Vi2で充電される。続く第2フェーズφ2において、第3スイッチSW3がオンすると、第1フライングキャパシタCf1の第1端子(A)の電位は、Vi1+Vi2となる。このとき、第4スイッチSW4、第5スイッチSW5がオンしているため、第2フライングキャパシタCf2が第1フライングキャパシタCf1の第1端子(A)点の電圧(Vi1+Vi2)によって充電される。 In the first phase φ1, when the first switch SW1 and the second switch SW2 are turned on, the first flying capacitor Cf1 is charged with the second input voltage Vi2. In the subsequent second phase φ2, when the third switch SW3 is turned on, the potential of the first terminal (A) of the first flying capacitor Cf1 becomes Vi1 + Vi2. At this time, since the fourth switch SW4 and the fifth switch SW5 are on, the second flying capacitor Cf2 is charged by the voltage (Vi1 + Vi2) at the first terminal (A) point of the first flying capacitor Cf1.
続いて、第1フェーズφ1において、第6スイッチSW6がオンすると、第2フライングキャパシタCf2の第1端子(A)の電位は、Vi2+(Vi1+Vi2)となる。このとき第7スイッチSW7がオンすると、出力キャパシタCoが第2フライングキャパシタCf2の第1端子(A)の電位で充電され、出力電圧Vo=Vi1+2×Vi2の電圧が生成される。 Subsequently, in the first phase φ1, when the sixth switch SW6 is turned on, the potential of the first terminal (A) of the second flying capacitor Cf2 becomes Vi2 + (Vi1 + Vi2). At this time, when the seventh switch SW7 is turned on, the output capacitor Co is charged with the potential of the first terminal (A) of the second flying capacitor Cf2, and a voltage of output voltage Vo = Vi1 + 2 × Vi2 is generated.
なおVi1=Vi2のとき、つまり第1入力端子Pi1と第2入力端子Pi2を共通に接続した場合、図2のチャージポンプ回路10は昇圧率が3倍となる。
Note that when Vi1 = Vi2, that is, when the first input terminal Pi1 and the second input terminal Pi2 are connected in common, the
ソフトスタート抵抗R20は、チャージポンプ回路10の第2入力端子Pi2から出力キャパシタCoにフライングキャパシタCf1、Cf2を介さず至る経路(直列経路ともいう)上に設けられる。たとえばソフトスタート抵抗R20の抵抗値は、数百kΩ〜数MΩの範囲に設定される。この抵抗値によって出力キャパシタCoの充電速度を調整できる。図2においてソフトスタート抵抗R20は直列経路上の、最も出力キャパシタCo側に設けられる。ただしソフトスタート抵抗R20の位置はこれに限定されず、直列経路上のいずれに設けられてもよい。またソフトスタート抵抗R20は有意な抵抗成分を有する抵抗以外の素子で置換可能である。
The soft start resistor R20 is provided on a path (also referred to as a series path) from the second input terminal Pi2 of the
バイパススイッチSW20はPチャンネルMOSFETであり、ソフトスタート抵抗R20と並列に設けられる。バイパススイッチSW20のオン、オフは、制御部12により生成されるバイパス制御信号S20によって切り換えられる。
The bypass switch SW20 is a P-channel MOSFET, and is provided in parallel with the soft start resistor R20. The bypass switch SW20 is turned on / off by a bypass control signal S20 generated by the
制御部12は、オシレータ13、カウンタ14、制御信号生成部15、第1レベルシフト回路16、第2レベルシフト回路18、を含む。オシレータ13は所定の周波数のクロック信号CKを生成する。制御部12はクロック信号CKにもとづいて、第1フェーズφ1と第2フェーズφ2を繰り返すように、制御信号S1〜S7を生成する。制御信号S1〜S7は、第1スイッチSW1〜第7スイッチSW7のオン、オフを指示する信号である。
The
制御信号生成部15は、制御信号S1〜S7のポジティブエッジまたはネガティブエッジのタイミングを調節し、第1フェーズφ1にオンするスイッチ群と、第2フェーズφ2にオンするスイッチ群が同時にオンしないように、すべてのスイッチがオフとなるデッドタイムを設ける。
The control
オシレータ13、カウンタ14、制御信号生成部15は、チャージポンプ回路10に供給される入力電圧Vi1もしくはVi2を電源電圧Vddとして動作する。制御信号生成部15の出力信号は、電源電圧Vddと接地電圧0Vの間でスイングする。
The
第1レベルシフト回路16は、出力端子Poに生ずる出力電圧Voを受け、出力電圧Voを用いて制御信号S1〜S7をレベルシフトする。制御信号S1〜S7は供給されるスイッチに応じて、適切な電圧レベルにレベルシフトされる。第1レベルシフト回路16から出力される制御信号をS1’〜S7’と記す。
The first
制御信号生成部15は、バイパススイッチSW20をオンすべき期間においてローレベル、オフすべき期間においてハイレベルとなるバイパス制御信号S20を生成する。第2レベルシフト回路18は、バイパス制御信号S20のハイレベルを、ソフトスタート抵抗R20の高電位側の端子の電位を用いてレベルシフトする。レベルシフトされたバイパス制御信号S20’は、バイパススイッチSW20のゲートに入力される。
The
制御部12は、チャージポンプ回路10の昇圧動作開始に先立ち、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7を所定時間τの間オンする。第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7は、第2入力端子Pi2から出力キャパシタCoの第1端子(A)(出力端子Po)に、フライングキャパシタCfを介さず至る直列経路上に直列に設けられたすべてのスイッチである。起動時にオンする第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7はPチャンネルMOSFETである。この構成によれば、起動時に制御信号S1’、S4’、S7’をすべてローレベル(接地レベル)に固定すればよいため、回路の構成を簡潔化できる。
Prior to the start of the boosting operation of the
なお、第2スイッチSW2、第5スイッチSW5はNチャンネルMOSFETである。図2において、第3スイッチSW3はNチャンネルMOSFET、第6スイッチSW6はPチャンネルMOSFETであるが、これらの2つについてはPチャンネル、Nチャンネルのいずれを用いてもよい。 The second switch SW2 and the fifth switch SW5 are N-channel MOSFETs. In FIG. 2, the third switch SW3 is an N-channel MOSFET, and the sixth switch SW6 is a P-channel MOSFET. However, for these two, either the P-channel or the N-channel may be used.
カウンタ14には起動を指示する起動信号S10が入力される。カウンタ14は起動が指示されると、クロック信号CKを利用して所定時間τをカウントする。カウンタ14は、所定時間τが経過したことを示すタイマ信号S12を生成する。制御信号生成部15はタイマ信号S12を受け、所定時間τの経過前は第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7をオンに固定し、その他のスイッチをオフに固定する。
The
また制御部12は所定時間τの間、バイパス制御信号S20をハイレベルとしてバイパススイッチSW20をオフとする。
Further, the
所定時間τの間、出力キャパシタCoは、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7およびソフトスタート抵抗R20を介して充電され、出力キャパシタCoの第1端子(A)の電位は緩やかに第1入力電圧Vi1付近まで上昇する。 During a predetermined time τ, the output capacitor Co is charged via the first switch SW1, the fourth switch SW4, the seventh switch SW7 and the soft start resistor R20, and the potential of the first terminal (A) of the output capacitor Co is moderate. To the vicinity of the first input voltage Vi1.
所定時間τの経過後に、制御部12はバイパス制御信号S20をローレベルとしてバイパススイッチSW20をオンし、複数のスイッチSW1〜SW7のオンオフスイッチング、具体的には上述の第1フェーズφ1と第2フェーズφ2を交互に繰り返して、昇圧動作を開始する。
After the elapse of the predetermined time τ, the
図3は、図2のチャージポンプ回路10の動作状態を示すタイムチャートである。
時刻t0にチャージポンプ回路10に起動が指示されると、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7がオンし、またバイパススイッチSW20がオフする。この状態は初期化フェーズφ0として示される。初期化フェーズφ0によって、出力電圧VoがVi2付近まで上昇する。このときの上昇速度は、ソフトスタート抵抗R20の抵抗値と出力キャパシタCoの容量値によって定まる。
FIG. 3 is a time chart showing an operation state of the
When the
起動開始から所定時間τ経過後の時刻t1に、タイマ信号S12がハイレベルとなると、制御信号生成部15はバイパス制御信号S20をローレベルとしてバイパススイッチSW20をフルオンさせた状態で、第1フェーズφ1と第2フェーズφ2を交互に繰り返す。その結果、出力電圧Voが上昇していく。
When the timer signal S12 becomes a high level at a time t1 after the elapse of a predetermined time τ from the start of the start, the
図2のチャージポンプ回路10の効果を明確とするため、初期化フェーズφ0を設けない場合の動作を説明する。初期化フェーズφ0を設けない場合、第1フェーズφ1において第1スイッチSW1、第7スイッチSW7がオンとなり、第4スイッチSW4がオフとなる。つまり、出力キャパシタCoは第1スイッチSW1、第4スイッチSW4のボディダイオード(不図示)、第7スイッチSW7を介して充電される。つまり、Vo=Vi2−Vfとなる。Vfは、ボディダイオードの順方向電圧である。
In order to clarify the effect of the
第1レベルシフト回路16は、出力電圧Voを利用して制御信号S1’〜S7’を生成する。つまり第1レベルシフト回路16から出力される制御信号S1’〜S7’は、電圧Voを上限としてスイングする。したがって、入力電圧Vi2が低い減電圧状態においては、出力電圧Voも低くなるため、続く第2フェーズφ2において、第1スイッチSW1〜第7スイッチSW7を適切にオン、オフさせることができない場合がある。
The first
これに対して、図2のチャージポンプ回路10は、初期化フェーズφ0において、第1スイッチSW1、第4スイッチSW4、第7スイッチSW7をオンするため、出力電圧Voを入力電圧Vi2まで上昇させることができる。初期化フェーズφ0を設けない場合に、チャージポンプ回路10がVi2>Vth1にて起動可能であるとき、初期化フェーズφ0を設けることにより図2のチャージポンプ回路10はVi2>Vth1−Vfの電圧範囲で回路を起動させることができる。つまり、従来よりも広い電圧範囲で起動させることができる。
In contrast, the
チャージポンプ回路10は、その前段にクランプ回路40を備えてもよい。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。たとえばクランプ回路40は、トランジスタQ1、抵抗R1、ツェナーダイオードD1を含む。トランジスタQ1はNPN型のバイポーラトランジスタであって、コレクタが外部入力端子102と接続され、入力電圧Vdcが印加されている。抵抗R1は、トランジスタQ1のベースコレクタ間に設けられる。トランジスタQ1のベースと接地端子の間には、アノードが接地端子側の向きでツェナーダイオードD1が設けられる。図2のクランプ回路40では、トランジスタQ1のベース電圧が、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧Vz以下にクランプされる。トランジスタQ1はエミッタフォロア回路を形成するため、トランジスタQ1のエミッタ電圧、つまりクランプ出力電圧Vdc2は、クランプ電圧Vcl(=Vz−Vf)以下にクランプされる。
The
ツェナーダイオードD1に替えて、カソードが接地端子側となる向きで多段接続された複数m個のダイオードを利用してもよい。この場合、クランプ電圧Vclは、Vcl=(m−1)×Vfとなる。 Instead of the Zener diode D1, a plurality of m diodes connected in multiple stages in a direction in which the cathode is on the ground terminal side may be used. In this case, the clamp voltage Vcl is Vcl = (m−1) × Vf.
一方、トランジスタQ1のベース電圧がツェナーダイオードD1によってクランプされない電圧範囲においては、クランプ出力電圧Vdc2と入力電圧Vdcの間には、Vdc2=Vdc−Vfの関係が成り立つ。 On the other hand, in a voltage range in which the base voltage of the transistor Q1 is not clamped by the Zener diode D1, a relationship of Vdc2 = Vdc−Vf is established between the clamp output voltage Vdc2 and the input voltage Vdc.
チャージポンプ回路10は、クランプ回路40の入力電圧Vdcを第1入力端子Pi1に受け、クランプ回路40の出力電圧Vdc2を第2入力端子Pi2に受けてもよい。この場合、PチャンネルMOSFETの第6スイッチSW6のゲートソース間に過電圧が印加されるのを防止できる。
The
ただし、MOSFETの耐圧が十分に高い場合、入力電圧Vdc、クランプ出力電圧Vdc2を、第1入力端子Pi1、第2入力端子Pi2のいずれに入力してもよい。 However, when the withstand voltage of the MOSFET is sufficiently high, the input voltage Vdc and the clamp output voltage Vdc2 may be input to either the first input terminal Pi1 or the second input terminal Pi2.
チャージポンプ回路10の前段にクランプ回路40を設け、チャージポンプ回路10のスイッチのうち耐圧の低いスイッチが接続される入力端子に、クランプ回路40の出力電圧を与えることにより、信頼性を向上することができる。
Reliability is improved by providing a
図1の過電圧保護回路100によれば、入力電圧Vdcが過電圧しきい値電圧Vovpを超えると、スイッチトランジスタM1のゲート電圧Vgが印加されず、外部入力端子102と外部出力端子104間がスイッチトランジスタM1によって遮断される。つまりスイッチ素子としてNチャンネルMOSFETを用い、ゲート電圧をチャージポンプ回路によって供給することにより、過電圧保護を実現できる。NチャンネルMOSFETは、同等の性能を有するPチャンネルMOSFETに比べて高耐圧であり、また小面積であるため、PチャンネルMOSFETを用いた過電圧保護回路に比べて有利である。
According to the
また、チャージポンプ回路10の昇圧対象である入力電圧Vdcを、クランプ回路40によってクランプすることにより、スイッチトランジスタM1のゲート電圧Vgが過電圧となるのを抑制できる。半導体製造プロセスによっては、NチャンネルMOSFETであっても、ゲートソース間耐圧が低い場合があるため、ゲート電圧Vgを抑制することによって、ゲートソース間に過電圧が印加されるのを防止できる。これによってスイッチトランジスタM1のゲートソース間耐圧によって設計条件を拘束されなくなるため、半導体製造プロセスの選択の自由度が高まるという利点がある。
Further, by clamping the input voltage Vdc, which is the boost target of the
さらに、初期化フェーズφ0において出力キャパシタCoへの充電経路上にソフトスタート抵抗R20が挿入される。したがって出力キャパシタCoの充電速度が遅くなり、チャージポンプ回路10の出力電圧Vo、すなわち図1のスイッチトランジスタM1のゲート電圧Vgが緩やかに上昇することになる。したがってスイッチトランジスタM1はオフ状態から緩やかにオン状態に切り換えられ、外部電源110から充電回路112に流れ込む突入電流を防止することができる。
Further, in the initialization phase φ0, the soft start resistor R20 is inserted on the charging path to the output capacitor Co. Therefore, the charging speed of the output capacitor Co is decreased, and the output voltage Vo of the
所定時間τの経過後、つまりチャージポンプ回路10がチャージポンプ動作を開始した後は、ソフトスタート抵抗R20はバイパススイッチSW20によってバイパスされるため、回路動作にほとんどあるいは全く影響を及ぼさない。もしバイパススイッチSW20がない場合、第1レベルシフト回路16の消費電流の分だけ、ソフトスタート抵抗R20の電圧降下が増加するため、チャージポンプ回路10の出力電圧Voは低くなり、実効的な昇圧率が低下してしまう。これに対して、実施の形態に係るチャージポンプ回路10ではチャージポンプ動作中にソフトスタート抵抗R20をバイパスするため、昇圧率の低下も抑制できる。
After the elapse of the predetermined time τ, that is, after the
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.
図2の回路は、別の観点からみれば以下のように把握することができる。
チャージポンプ回路10は、複数の入力端子Pi1、Pi2と、昇圧された出力電圧Voを出力する出力端子Poと、n個(nは自然数)のフライングキャパシタCf1、Cf2と、出力キャパシタCo、第1直列スイッチSWs1〜第3直列スイッチSWs3、第1入力スイッチSWi1〜第3入力スイッチSWi3、第1接地スイッチSWg1〜第3接地スイッチSWg3、制御部12を備える。出力キャパシタCoは、第1端子(A)が出力端子Poに接続され、第2端子(B)が接地端子に接続される。
The circuit of FIG. 2 can be grasped as follows from another viewpoint.
The
第1直列スイッチSWs1は、いずれかの入力端子Pi2と1番目のフライングキャパシタCf1の第1端子(A)の間に設けられる。i番目の直列スイッチSWsi(iは2≦i≦nの整数)は、i番目のフライングキャパシタCfiの第1端子(A)と(i−1)番目のフライングキャパシタCf(i−1)の第1端子(A)の間に設けられる。(n+1)番目の直列スイッチSWs(n+1)は、出力キャパシタCoの第1端子(A)と、n番目のフライングキャパシタCfnの第1端子(A)の間に設けられる。 The first series switch SWs1 is provided between any one of the input terminals Pi2 and the first terminal (A) of the first flying capacitor Cf1. The i-th series switch SWsi (i is an integer satisfying 2 ≦ i ≦ n) is connected to the first terminal (A) of the i-th flying capacitor Cfi and the (i−1) -th flying capacitor Cf (i−1). Provided between one terminal (A). The (n + 1) th series switch SWs (n + 1) is provided between the first terminal (A) of the output capacitor Co and the first terminal (A) of the nth flying capacitor Cfn.
n個の入力スイッチSWi1〜SWi2は、フライングキャパシタCf1、Cf2ごとに設けられ、対応するフライングキャパシタCfの第2端子(B)といずれかの入力端子(Pi1、Pi2)の間に設けられる。 The n input switches SWi1 to SWi2 are provided for each of the flying capacitors Cf1 and Cf2, and are provided between the second terminal (B) of the corresponding flying capacitor Cf and any one of the input terminals (Pi1, Pi2).
n個の接地スイッチSWg1〜SWg2は、フライングキャパシタCf1、Cf2ごとに設けられ、対応するフライングキャパシタCfの第2端子(B)と接地端子の間に設けられる。 The n ground switches SWg1 to SWg2 are provided for each of the flying capacitors Cf1 and Cf2, and are provided between the second terminal (B) of the corresponding flying capacitor Cf and the ground terminal.
制御部12はチャージポンプ回路10の起動時に、直列スイッチSWs1〜SWs3を所定時間オンする。直列スイッチSWs1〜SWs3は、PチャンネルMOSFETで構成することが好ましい。
When the
ソフトスタート抵抗R20は、直列スイッチSWSs1〜SWs3が形成する経路上に設けられる。バイパススイッチSW20はソフトスタート抵抗R20と並列に設けられ、制御部12により制御される。
The soft start resistor R20 is provided on a path formed by the series switches SWSs1 to SWs3. The bypass switch SW20 is provided in parallel with the soft start resistor R20 and is controlled by the
図2ではn=2の場合を示すが、n=1もしくはn≧3以上の場合にも拡張が可能である。 Although FIG. 2 shows the case of n = 2, the expansion is possible even when n = 1 or n ≧ 3 or more.
実施の形態では、過電圧保護回路100と充電回路112を別々のICとして構成する場合を説明したが、これらを一体として、電源管理ICとして構成してもよい。あるいは反対に過電圧保護回路100をディスクリート素子で構成してもよい。
In the embodiment, the case where the
実施の形態では、チャージポンプ回路10を利用した過電圧保護回路100を説明したがチャージポンプ回路10のアプリケーションはこれに限定されない。本発明は、入力電圧を昇圧するチャージポンプ回路に広く利用可能である。
In the embodiment, the
以上、実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, it should be understood that the embodiments merely illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are within the scope of the claims. Needless to say, many modifications and arrangements can be made without departing from the concept of the present invention.
Pi1…第1入力端子、Pi2…第2入力端子、Po…出力端子、Cf1…第1フライングキャパシタ、Cf2…第2フライングキャパシタ、Co…出力キャパシタ、10…チャージポンプ回路、12…制御部、13…オシレータ、14…カウンタ、15…制御信号生成部、16…第1レベルシフト回路、18…第2レベルシフト回路、SWs1…第1直列スイッチ、SWs2…第2直列スイッチ、SWs3…第3直列スイッチ、SWi1…第1入力スイッチ、SWi2…第2入力スイッチ、SWi3…第3入力スイッチ、SWo1…第1接地スイッチ、SWo2…第2接地スイッチ、SWo3…第3接地スイッチ、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチ、SW3…第3スイッチ、SW4…第4スイッチ、SW5…第5スイッチ、SW6…第6スイッチ、SW7…第7スイッチ、100…過電圧保護回路、102…外部入力端子、104…外部出力端子、110…外部電源、112…充電回路、114…電池、M1…スイッチトランジスタ、20…過電圧監視部、40…クランプ回路、Q1…トランジスタ、R1…抵抗、D1…ツェナーダイオード、R20…ソフトスタート抵抗、SW20…バイパススイッチ、S20…バイパス制御信号、1000…電子機器。 Pi1 ... first input terminal, Pi2 ... second input terminal, Po ... output terminal, Cf1 ... first flying capacitor, Cf2 ... second flying capacitor, Co ... output capacitor, 10 ... charge pump circuit, 12 ... control unit, 13 ... Oscillator, 14 ... Counter, 15 ... Control signal generator, 16 ... First level shift circuit, 18 ... Second level shift circuit, SWs1 ... First series switch, SWs2 ... Second series switch, SWs3 ... Third series switch , SWi1... 1st input switch, SWi2... 2nd input switch, SWi3... 3rd input switch, SLo1... 1st ground switch, SLo2. ... second switch, SW3 ... third switch, SW4 ... fourth switch, SW5 ... fifth switch, S 6 ... 6th switch, SW7 ... 7th switch, 100 ... Overvoltage protection circuit, 102 ... External input terminal, 104 ... External output terminal, 110 ... External power supply, 112 ... Charging circuit, 114 ... Battery, M1 ... Switch transistor, 20 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Overvoltage monitoring part, 40 ... Clamp circuit, Q1 ... Transistor, R1 ... Resistance, D1 ... Zener diode, R20 ... Soft start resistance, SW20 ... Bypass switch, S20 ... Bypass control signal, 1000 ... Electronic equipment.
Claims (10)
前記外部入力端子と前記外部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、
前記入力電圧を前記しきい値電圧と比較し、前記入力電圧が前記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、
前記チャージポンプ回路は、
少なくともひとつのフライングキャパシタと、
出力キャパシタと、
前記フライングキャパシタおよび前記出力キャパシタを接続する複数のスイッチと、
前記複数のスイッチのオン、オフを制御する複数の制御信号を生成し、前記出力キャパシタに生ずる本チャージポンプ回路の出力電圧を利用して前記複数の制御信号をレベルシフトし、前記複数のスイッチへと出力する制御部と、
前記チャージポンプ回路の入力端子から前記出力キャパシタにフライングキャパシタを介さず至る経路上に設けられたインピーダンス素子と、
前記インピーダンス素子と並列に設けられ、前記制御部により制御されるバイパススイッチと、
を含み、
前記制御部は、
前記チャージポンプ回路の昇圧動作の開始に先立ち、前記複数のスイッチのうち、前記チャージポンプ回路の入力端子から前記出力キャパシタにフライングキャパシタを介さず至る経路上に直列に設けられたすべてのスイッチを所定時間オンするとともに、前記バイパススイッチをオフし、
前記所定時間の経過後に、前記バイパススイッチをオンし、前記複数のスイッチのオンオフスイッチングを開始することを特徴とする過電圧保護回路。 An overvoltage protection circuit that has an external input terminal and an external output terminal, and shuts off between the external input terminal and the external output terminal when an input voltage input to the external input terminal exceeds a predetermined threshold voltage. There,
An N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) switch transistor provided between the external input terminal and the external output terminal;
A charge pump circuit that boosts the input voltage and outputs the boosted voltage to the gate of the switch transistor;
An overvoltage monitoring unit that compares the input voltage with the threshold voltage and instructs the charge pump circuit to perform a boost operation when the input voltage is lower than the threshold voltage;
With
The charge pump circuit
At least one flying capacitor;
An output capacitor;
A plurality of switches connecting the flying capacitor and the output capacitor;
A plurality of control signals for controlling on / off of the plurality of switches are generated, and the plurality of control signals are level-shifted by using an output voltage of the charge pump circuit generated in the output capacitor, to the plurality of switches. A control unit that outputs,
An impedance element provided on a path from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through a flying capacitor;
A bypass switch provided in parallel with the impedance element and controlled by the control unit;
Including
The controller is
Prior to the start of the step-up operation of the charge pump circuit, all the switches provided in series on the path from the input terminal of the charge pump circuit to the output capacitor without passing through the flying capacitor are predetermined among the plurality of switches. Turn on the time and turn off the bypass switch,
An overvoltage protection circuit, wherein after the predetermined time has elapsed, the bypass switch is turned on to start on / off switching of the plurality of switches.
前記バイパススイッチはPチャンネルMOSFETであり、
前記制御部は、前記バイパス制御信号を、前記インピーダンス素子の高電位側の端子の電位を用いてレベルシフトし、前記バイパススイッチのゲートに出力するレベルシフト回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の過電圧保護回路。 The impedance element is provided on the most output capacitor side on the path,
The bypass switch is a P-channel MOSFET;
2. The control unit according to claim 1, further comprising a level shift circuit that shifts the level of the bypass control signal using a potential of a terminal on the high potential side of the impedance element and outputs the level to the gate of the bypass switch. The overvoltage protection circuit described in 1.
前記外部入力端子と前記外部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、
前記入力電圧を前記しきい値電圧と比較し、前記入力電圧が前記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、
前記チャージポンプ回路は、
複数の入力端子と、
昇圧された出力電圧を出力する出力端子と、
n個(nは自然数)のフライングキャパシタと、
第1端子が前記出力端子に接続され、第2端子が固定電圧端子に接続された出力キャパシタと、
いずれかの入力端子と1番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた第1直列スイッチと、
i(iは2≦i≦nの整数)番目のフライングキャパシタの第1端子と(i−1)番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた(n−1)個の第2から第n直列スイッチと、
前記出力キャパシタの第1端子と、n番目のフライングキャパシタの第1端子の間に設けられた第(n+1)直列スイッチと、
フライングキャパシタごとに設けられ、対応するフライングキャパシタの第2端子といずれかの入力端子の間に設けられた第1から第n入力スイッチと、
フライングキャパシタごとに設けられ、対応するフライングキャパシタの第2端子と固定電圧端子の間に設けられた第1から第n接地スイッチと、
前記直列スイッチおよび前記入力スイッチ、前記接地スイッチのオン、オフを制御する制御信号を生成し、前記出力キャパシタに生ずる本チャージポンプ回路の出力電圧を利用して前記制御信号をレベルシフトし各スイッチへと出力する制御部と、
前記直列スイッチが形成する経路上に設けられたインピーダンス素子と、
前記インピーダンス素子と並列に設けられ、前記制御部により制御されるバイパススイッチと、
を含み、
前記制御部は、
前記チャージポンプ回路の昇圧動作の開始に先立ち、前記直列スイッチを所定時間オンするとともに前記バイパススイッチをオフし、
前記所定時間の経過後に、前記バイパススイッチをオンし、前記直列スイッチおよび前記入力スイッチ、前記接地スイッチのオンオフスイッチングを開始することを特徴とする過電圧保護回路。 An overvoltage protection circuit that has an external input terminal and an external output terminal, and shuts off between the external input terminal and the external output terminal when an input voltage input to the external input terminal exceeds a predetermined threshold voltage. There,
An N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) switch transistor provided between the external input terminal and the external output terminal;
A charge pump circuit that boosts the input voltage and outputs the boosted voltage to the gate of the switch transistor;
An overvoltage monitoring unit that compares the input voltage with the threshold voltage and instructs the charge pump circuit to perform a boost operation when the input voltage is lower than the threshold voltage;
With
The charge pump circuit
Multiple input terminals,
An output terminal for outputting the boosted output voltage;
n (n is a natural number) flying capacitors;
An output capacitor having a first terminal connected to the output terminal and a second terminal connected to a fixed voltage terminal;
A first series switch provided between any one of the input terminals and the first terminal of the first flying capacitor;
The (n−1) second to (n−1) second terminals provided between the first terminal of the i th (i is an integer of 2 ≦ i ≦ n) th flying capacitor and the first terminal of the (i−1) th flying capacitor. An nth series switch;
An (n + 1) th series switch provided between the first terminal of the output capacitor and the first terminal of the nth flying capacitor;
A first to nth input switch provided for each flying capacitor and provided between the corresponding second terminal of the flying capacitor and any one of the input terminals;
A first to n-th ground switch provided for each flying capacitor and provided between a second terminal and a fixed voltage terminal of the corresponding flying capacitor;
A control signal for controlling ON / OFF of the series switch, the input switch, and the ground switch is generated, and the control signal is level-shifted by using the output voltage of the charge pump circuit generated in the output capacitor to each switch. A control unit that outputs,
An impedance element provided on a path formed by the series switch;
A bypass switch provided in parallel with the impedance element and controlled by the control unit;
Including
The controller is
Prior to the start of the boosting operation of the charge pump circuit, the series switch is turned on for a predetermined time and the bypass switch is turned off,
An overvoltage protection circuit comprising: turning on the bypass switch after the predetermined time has elapsed; and starting on-off switching of the series switch, the input switch, and the ground switch.
前記チャージポンプ回路は第1、第2入力端子を備え、第1入力端子に前記入力電圧を、第2入力端子に前記クランプ回路の出力電圧を受けることを特徴とする請求項3に記載の過電圧保護回路。 A clamp circuit that is provided in a preceding stage of the charge pump circuit and clamps the input voltage to a predetermined clamp voltage or less;
4. The overvoltage according to claim 3, wherein the charge pump circuit includes first and second input terminals, the input voltage is received at a first input terminal, and the output voltage of the clamp circuit is received at a second input terminal. Protection circuit.
2次電池と、
前記コネクタが前記外部入力端子に接続された請求項1から8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。 A connector to which an external power supply can be attached and detached;
A secondary battery;
The overvoltage protection circuit according to any one of claims 1 to 8, wherein the connector is connected to the external input terminal;
A charging circuit for charging the secondary battery using an output voltage of the overvoltage protection circuit;
An electronic device comprising:
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