JP2012164268A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電源レギュレータの出力トランジスタに継続的に過電流が流れることを防止することのできる半導体集積回路を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体集積回路は、シリーズレギュレータ型の電源レギュレータ１００を有しており、モニター部１が、電源レギュレータ１００の出力電流をモニターし、過電流検知部２が、モニター部１から出力されるモニター電流が基準値を超えたときに過電流検知信号ＤＴを出力し、保持部３が、過電流検知信号ＤＴの信号値を保持した遮断制御信号ＣＴを出力し、遮断制御部４が、保持部３から出力される遮断制御信号ＣＴによって電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１を導通状態から遮断状態へと制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、半導体集積回路に関する。

シリーズレギュレータ型の電源レギュレータは、その内部に安定した電圧を得るためのフィードバック制御ループを有し、負荷装置に安定した電圧を供給するための電源として使用される。このような電源レギュレータでは、出力電圧供給先の負荷装置に経年変化等の劣化による短絡が発生して出力電圧が低下すると、フィードバック制御ループに出力電圧を上昇させようとする作用が生じ、過電流が流れる場合がある。そこで通常は、電源レギュレータの内部にフィードバック制御ループとともに過電流防止回路を設け、過電流が流れることを防止している。

従来、過電流防止回路としては、出力トランジスタとカレントミラー回路を構成するモニタートランジスタを設け、モニタートランジスタに流れる電流が基準電流以上になったら出力トランジスタのゲート・ソース間電圧を低下させ、出力トランジスタに流れる電流を低減させるようにした回路などが用いられている。

しかし、上述の構成の従来の過電流防止回路では、過電流防止回路が動作して出力トランジスタに流れる電流が減少すると、過電流防止回路が動作しなくなり、出力トランジスタに再び過電流が流れるようになる。すると、再び過電流防止回路が動作し、出力トランジスタに流れる電流を低減させる。すなわち、従来の過電流防止回路では、過電流防止回路の動作／停止の繰り返しが発生し、出力トランジスタに断続的に過電流が流れ続ける。そのため、電源レギュレータを搭載する半導体集積回路が過熱し、半導体集積回路の発火／発煙の原因となるおそれがあった。

特開２０１０−１７０３６４号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、電源レギュレータの出力トランジスタに継続的に過電流が流れることを防止することのできる半導体集積回路を提供することにある。

実施形態の半導体集積回路は、シリーズレギュレータ型の電源レギュレータを有しており、モニター手段が、前記電源レギュレータの出力電流をモニターし、過電流検知手段が、前記モニター手段から出力されるモニター電流が基準値を超えたときに過電流検知信号を出力し、保持手段が、前記過電流検知信号の信号値を保持し、遮断制御手段が、前記保持手段の出力信号によって前記電源レギュレータの出力トランジスタを導通状態から遮断状態へと制御する。

本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成の例を示す回路図。 第１の実施形態の半導体集積回路の動作説明図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路の構成の例を示す回路図。 第２の実施形態の半導体集積回路の動作説明図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体集積回路の構成の例を示す回路図である。

本実施形態の半導体集積回路は、シリーズレギュレータ型の電源レギュレータ１００を有する。

電源レギュレータ１００は、ソース端子へ入力電圧Ｖｉｎが印加されドレイン端子から出力電圧Ｖｏｕｔを出力するＰＭＯＳトランジスタである出力トランジスタＭＰ１と、出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した分圧電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１と一致するよう出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧Ｖ１を制御するオペアンプＯＰ１と、を有する。

出力電圧Ｖｏｕｔを分圧してオペアンプＯＰ１へフィードバックすることにより、電源レギュレータ１００は、出力電圧Ｖｏｕｔを定電圧に保つ。

ところが、出力電圧Ｖｏｕｔを供給する負荷装置に短絡等が発生して出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、フィードバック制御ループに出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させようとする作用が生じ、出力トランジスタＭＰ１に過電流が流れる。

そこで、出力トランジスタＭＰ１に過電流が流れることを防止するために、本実施形態の半導体集積回路は、電源レギュレータ１００の出力電流をモニターするモニター部１と、モニター部１から出力されるモニター電流を基準値と比較し、モニター電流が基準値を超えたときに過電流検知信号ＤＴを出力する過電流検知部２と、過電流検知部２から出力される過電流検知信号ＤＴの信号値を保持する保持部３と、過電流検知信号ＤＴの信号値を保持しているときに保持部３から出力される遮断制御信号ＣＴによって電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１を導通状態から遮断状態へと制御する遮断制御部４と、を備える。

モニター部１は、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１とカレントミラー回路を構成するＰＭＯＳトランジスタであるモニタートランジスタＭＰ２を有する。モニタートランジスタＭＰ２のドレイン端子からは、カレントミラー回路のミラー比に応じて、出力トランジスタＭＰ１に流れる出力電流に比例したモニター電流が出力される。したがって、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が流れると、モニタートランジスタＭＰ２から出力されるモニター電流も大きくなる。

過電流検知部２は、モニター部１から出力されるモニター電流と基準値との比較を行う。ただし、ここでは、モニター電流を抵抗Ｒ３、Ｒ４によりモニター電圧へ変換し、過電流の判定基準に応じて設定される基準電圧Ｖｒｅｆ２との比較を、オペアンプＯＰ２により実行する。オペアンプＯＰ２の出力を過電流検知信号ＤＴとする。

電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が流れると、抵抗Ｒ４の端子電圧であるモニター電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２より大きくなり、オペアンプＯＰ２の出力電圧は‘Ｌ（低）’レベルとなる。すなわち、オペアンプＯＰ２から出力される過電流検知信号ＤＴは、‘Ｌ’レベルが、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の過電流検知を示す信号となる。

保持部３は、例えば、たすき掛け接続された２つのＮＡＮＤゲートＮＤ１、ＮＤ２と、ＮＡＮＤゲートＮＤ１の出力を反転するインバータＩＶにより構成される、セット・リセット型フリップ・フロップである。ＮＡＮＤゲートＮＤ１の一方の入力に過電流検知部２から出力される過電流検知信号ＤＴが入力される。インバータＩＶの出力が、遮断制御信号ＣＴとなる。

なお、ＮＡＮＤゲートＮＤ２の一方の入力には、リセット信号ＲＳＴが入力される。リセット信号ＲＳＴは、例えば電源投入時に‘Ｌ’レベルとなる信号であり、出力の遮断制御信号ＣＴを‘Ｈ’レベルに初期化する。

保持部３は、‘Ｌ’レベルの過電流検知信号ＤＴが入力されると、出力の遮断制御信号ＣＴを‘Ｌ’レベルにする。一旦遮断制御信号ＣＴが‘Ｌ’レベルになると、その後過電流検知信号ＤＴが‘Ｈ’レベルに変化しても、保持部３は、遮断制御信号ＣＴの‘Ｌ’レベルを継続して保持する。

遮断制御部４は、ソース端子へ入力電圧Ｖｉｎが印加されドレイン端子が電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１のゲート端子に接続され、ゲート端子へ保持部３から出力される遮断制御信号ＣＴが入力されるＰＭＯＳトランジスタであるプルアップトランジスタＭＰ３を有する。

プルアップトランジスタＭＰ３は、ゲート端子へ入力される遮断制御信号ＣＴが‘Ｌ’レベルになると導通し、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧を‘Ｈ’レベル方向へプルアップする。これにより、出力トランジスタＭＰ１がオフし、出力電流の流れが遮断される。すなわち、過電流状態が解消される。

電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が流れなくなると、過電流検知部２から出力される過電流検知信号ＤＴは、‘Ｈ’レベルへ変化する。しかし、保持部３が、出力の遮断制御信号ＣＴの‘Ｌ’レベルを継続して保持するので、遮断制御部４のプルアップトランジスタＭＰ３は導通を継続し、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の遮断状態が継続する。

図２に、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が発生したときの各信号の波形を示す。

電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が発生し、過電流検知部２のモニター電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えると、過電流検知信号ＤＴが‘Ｌ’レベルへ変化し、保持部３の遮断制御信号ＣＴも‘Ｌ’レベルへ変化する。

保持部３の遮断制御信号ＣＴが‘Ｌ’レベルへ変化すると、遮断制御部４のプルアップトランジスタＭＰ３が導通し、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧を‘Ｈ’レベル方向へプルアップする。これにより、出力トランジスタＭＰ１はオフし、出力電流が流れなくなる。

電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に電流が流れなくなると、過電流検知部２のモニター電圧Ｖ２は基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くなり、過電流検知信号ＤＴは、‘Ｈ’レベルへ変化する。これに対して、保持部３は、出力の遮断制御信号ＣＴの‘Ｌ’レベルを保持するので、遮断制御部４のプルアップトランジスタＭＰ３が導通を継続し、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の遮断状態が継続する。

このような本実施形態によれば、過電流検知部２が電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の過電流を一旦検知すると、保持部３がその検知信号レベルを保持するので、遮断制御部４が電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１を継続して遮断することができる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔの供給先に短絡故障があっても、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に断続的に過電流が流れ続けることを防止でき、電源レギュレータ１００の発熱を防止することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、電源レギュレータの出力電圧の供給先に短絡故障などがあり、放置すれば電源レギュレータに過電流が流れ続けるような場合に、その過電流の発生を防止することのできる例を示した。ところが、電源レギュレータに過電流が流れるのは、出力電圧の供給先の短絡故障などが発生した場合だけとは限らない。負荷の変動等により、一時的に、電源レギュレータに過電流が流れる場合もある。そのような場合には、電源レギュレータの出力を継続した方が、出力電圧供給先の動作上、望ましい。そこで、本実施形態では、電源レギュレータの出力トランジスタに所定期間継続して過電流が流れた場合のみ、出力トランジスタを遮断することのできる半導体集積回路の例を示す。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体集積回路の構成の例を示す回路図である。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、過電流検知部２Ａが、第１の実施形態の過電流検知部２構成する抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４およびオペアンプＯＰ２に加えて、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１の‘Ｌ’レベルの継続期間をカウントするカウンタ２１と、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１とカウンタ２１の出力信号ＤＴ２が入力されるＯＲゲートＯＲを備えている点である。本実施形態では、ＯＲゲートＯＲの出力が、過電流検知信号ＤＴとなる。

カウンタ２１は、リセット信号ＲＳＴにより初期リセット状態とされ、出力信号ＤＴ２が‘Ｈ’レベルに設定されるものとする。カウンタ２１は、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１が‘Ｌ’レベルへ変化するとカウントを開始する。そのカウント値があらかじめ設定された所定値に達すると、カウンタ２１は、出力信号ＤＴ２を‘Ｌ’レベルへ変化させる。この所定値は、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に許容される過電流継続期間にもとづいて設定される。

一方、カウント値が所定値に達する前にオペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１が‘Ｈ’レベルへ戻ると、カウンタ２１は、カウント中であったカウント値をクリアする。したがって、この場合、カウンタ２１の出力信号ＤＴ２が‘Ｌ’レベルへ変化することはない。

ＯＲゲートＯＲは、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１と、カウンタ２１の出力信号ＤＴ２が、ともに‘Ｌ’レベルのときのみ、出力信号である過電流検知信号ＤＴを‘Ｌ’レベルへ変化させる。すなわち、過電流検知信号ＤＴは、カウンタ２１に設定されている所定期間を超える期間継続してオペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１が‘Ｌ’レベルであるときのみ、‘Ｌ’レベルとなる。

図４に、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の過電流発生期間の違いによる本実施形態の動作の違いを示す。

図４（ａ）は、所定期間以上、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の過電流が発生したときの動作波形である。

電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が発生し、過電流検知部２のモニター電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えると、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１が‘Ｌ’レベルへ変化する。この変化を受けて、過電流検知部２Ａのカウンタ２１は、カウントを開始し、過電流発生期間が所定のカウント期間に達すると、出力信号ＤＴ２を‘Ｌ’レベルへ変化させる。

カウンタ２１の出力信号ＤＴ２が‘Ｌ’レベルへ変化すると、過電流検知部２ＡのＯＲゲートＯＲから出力される過電流検知信号ＤＴが‘Ｌ’レベルへ変化する。

過電流検知信号ＤＴが‘Ｌ’レベルへ変化すると、第１の実施形態と同様、遮断制御部４のプルアップトランジスタＭＰ３が導通し、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１のゲート電圧を‘Ｈ’レベル方向へプルアップする。これにより、出力トランジスタＭＰ１はオフし、出力電流が流れなくなる。

一方、図４（ｂ）は、一時的に、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の過電流が発生したときの動作波形である。

この場合も、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１に過電流が発生し、過電流検知部２のモニター電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えると、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１は‘Ｌ’レベルへ変化し、過電流検知部２Ａのカウンタ２１はカウントを開始する。

しかし、カウンタ２１の所定カウント期間に達する前に、出力トランジスタＭＰ１に過電流が解消するので、オペアンプＯＰ２の出力信号ＤＴ１は‘Ｈ’レベルへ戻り、カウンタ２１のカウント値はクリアされる。したがって、カウンタ２１の出力信号ＤＴ２は‘Ｈ’レベルのままであり、過電流検知部２ＡのＯＲゲートＯＲから出力される過電流検知信号ＤＴも‘Ｈ’レベルのままである。

したがって、この場合、遮断制御部４による電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１の遮断は行われない。

このような本実施形態によれば、所定期間継続して過電流が発生したときのみ、電源レギュレータ１００の出力トランジスタＭＰ１が遮断される。これにより、過電流の発生が、負荷変動等による一時的なものである場合には、電源レギュレータ１００は、出力を停止することなく、継続して出力電圧Ｖｏｕｔを供給することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の半導体集積回路によれば、電源レギュレータの出力トランジスタに継続的に過電流が流れることを防止することができる。

また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ モニター部
２、２Ａ 過電流検知部
３ 保持部
４ 遮断制御部
２１ カウンタ
１００ 電源レギュレータ
ＭＰ１ 出力トランジスタ
ＭＰ２ モニタートランジスタ
ＭＰ３ プルアップトランジスタ
ＯＰ１、ＯＰ２ オペアンプ
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
ＮＤ１、ＮＤ２ ＮＡＮＤゲート
ＯＲ ＯＲゲート
ＩＶ インバータ

Claims (5)

1. シリーズレギュレータ型の電源レギュレータを有する半導体集積回路であって、
   前記電源レギュレータの出力電流をモニターするモニター手段と、
   前記モニター手段から出力されるモニター電流を基準値と比較し、前記モニター電流が前記基準値を超えたときに過電流検知信号を出力する過電流検知手段と、
   前記過電流検知手段から出力される前記過電流検知信号の信号値を保持する保持手段と、
   前記保持手段の出力信号によって前記電源レギュレータの出力トランジスタを導通状態から遮断状態へと制御する遮断制御手段と
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。
2. 前記保持手段が、電源起動時にリセットされる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記過電流検知手段が、前記モニター電流が所定期間継続して前記基準値を超えたときに前記過電流検知信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体集積回路。
4. 前記過電流検知手段が、前記モニター電流の前記基準値を超える期間を計測するカウンタを備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路。
5. 前記カウンタが、前記計測中に前記モニター電流が前記基準値よりも小さくなったときは、計測中のカウント値をクリアする
   ことを特徴とする請求項４に記載の半導体集積回路。

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