JP3058381B2 - 電圧検出装置および電子装置 - Google Patents

電圧検出装置および電子装置

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JP3058381B2
JP3058381B2 JP5032427A JP3242793A JP3058381B2 JP 3058381 B2 JP3058381 B2 JP 3058381B2 JP 5032427 A JP5032427 A JP 5032427A JP 3242793 A JP3242793 A JP 3242793A JP 3058381 B2 JP3058381 B2 JP 3058381B2
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    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16504Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed
    • G01R19/16519Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the components employed using FET's

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧が所定値よりも小
さくなったことを検出する電圧検出装置および電子装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、携帯可能な電気機器、例えば、
携帯型オーディオ・カセット・テープ・プレーヤなどで
は、電源として乾電池又は充電式電池(以下、乾電池等
という)を用いている。また、乾電池等が消耗し、乾電
池等の出力電圧がある程度にまで低下すると、テープを
走行しているモータの動作が不安定になって再生音質が
劣化するなどの不都合を生じるため、乾電池等の出力電
圧が低下したことを検出すると、再生動作を打ち切るよ
うにしている。
【0003】図3は、このような携帯可能な電気機器の
要部を示している。
【0004】同図において、制御部1は、この電気機器
の動作を制御するためのものであり、操作表示部2は、
この電気機器をユーザが操作するためのものであり、機
構部3は、モータなど、この電気機器の動作のための機
構である。
【0005】これらの制御部1、操作表示部2、およ
び、機構部3には、乾電池4から出力される電源が印加
されている。また、電圧検出回路5は、乾電池4の出力
電圧が、所定値よりも小さくなったことを検出するため
のものであり、その検出信号DTは、制御部1に出力さ
れている。
【0006】したがって、制御部1は、操作表示部2か
ら出力される操作信号に基づいて、所定の動作を実行す
るとともに、電源検出回路5から出力されている検出信
号DTが、低電圧検出状態に変化すると、そのときの動
作を打ち切るようにしている
【0007】図4は、電圧検出回路5の一例を示してい
る。
【0008】同図において、差動増幅器6のマイナス側
入力端には、基準電圧発生回路7から出力されている基
準電圧信号Vrefが加えられており、差動増幅器6の
プラス側入力端には、電源電圧Vddを分圧抵抗8,9
によって分圧して形成した電圧が印加されている。
【0009】したがって、電源電圧Vddが充分に大き
い値であり、分圧抵抗8,9の分圧出力が、基準電圧信
号Vrefよりも大きくなっているときには、差動増幅
器6から出力される検出信号DTは論理Hレベルにな
る。
【0010】また、乾電池4が消耗して、電源電圧Vd
dが低下し、分圧抵抗8,9の分圧出力が、基準電圧信
号Vrefよりも小さくなると、差動増幅器6から出力
される検出信号DTは論理Lレベルになる。
【0011】さて、乾電池等で駆動される電気機器で
は、乾電池等の寿命をなるべく長くすることができるよ
うに、主要回路をCMOS型の半導体装置で構成してお
り、したがって、この場合、電圧検出回路5は、例え
ば、図5に示すように構成される。なお、同図におい
て、図4と同一部分および相当する部分には、同一符号
を付している。
【0012】同図において、pチャネルMOSトランジ
スタ11,12、および、nチャネルMOSトランジス
タ13,14は、CMOS型の差動増幅回路を構成して
いる。また、定電流源15は、この差動増幅回路を安定
して動作するためのものである。
【0013】基準電圧発生回路7から出力される基準電
圧Vrefは、nチャネルMOSトランジスタ13のゲ
ートに印可され、分圧抵抗8,9の分圧出力は、nチャ
ネルMOSトランジスタ14のゲートに印加されてい
る。そして、pチャネルMOSトランジスタ12とnチ
ャネルMOSトランジスタ14との相互接続端の信号
が、この差動増幅回路の出力信号として、出力信号生成
回路16に加えられている。
【0014】出力信号生成回路16は、差動増幅信号の
出力信号を、所定の論理レベルにレベル変換するための
ものであり、この出力生成回路16の出力信号が、検出
信号DTとして、次段回路に出力される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置には、次のような不都合があった。
【0016】例えば、携帯型オーディオ・カセット・テ
ープ・プレーヤでは、消費電力の削減に伴い、単3乾電
池1本で駆動できるものも実用されている。このように
して、乾電池1本で駆動される機器では、上述した電圧
検出回路5で検出する電圧レベルは、例えば、0.9
(ボルト)程度の値となる。
【0017】一方、図5に示した回路では、pチャネル
MOSトランジスタ11,12、および、nチャネルM
OSトランジス、タ13,14を飽和領域で動作する必
要があるため、この差動増幅回路が動作可能な電源電圧
Vdd(=(Vdd−Vss);Vssは接地レベル)
の範囲は、次の式(1)のようになる。
【0018】 (Vdd−Vss)≧Vth11+Vref−Vth13 +Vd15 (1)
【0019】ここで、Vth11はpチャネルMOSト
ランジスタ11のスレッショルド電圧を示し、Vth1
3はnチャネルMOSトランジスタ13のスレッショル
ド電圧を示し、Vd15は定電流源15の電圧降下分を
示す。
【0020】このようにして、図5に示した差動増幅回
路では、動作可能な電圧範囲が、pチャネルMOSトラ
ンジスタ11のスレッショルド電圧、nチャネルMOS
トランジスタ13のスレッショルド電圧、基準電圧、お
よび、定電流源15の電圧降下分という4つの要素の影
響を受ける。
【0021】通常、差動増幅回路を構成する集積回路の
製造工程でこれらの各要素がばらつくため、完成した集
積回路には、その差動増幅回路の動作可能な電圧範囲
が、0.9(ボルト)よりも大きくなるものが含まれ、
また、電圧範囲に影響を与える要素が4つと比較的多い
ため、そのようなものが含まれる割合が比較的高くな
り、その結果、この集積回路の歩留まりが非常に悪くな
り、製造コストが非常に高くなるという不都合を生じて
いた。
【0022】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、0.9(ボルト)程度の低い電圧でも安
定して動作するとともに、製造コストを大幅に削減する
ことができる電圧検出装置および電子装置を提供するこ
とを目的としている。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明は、検出されるべ
き電圧を所定の比率で分割する分割抵抗と、ソースとゲ
ートと基板が相互接続されたディプレッション型MOS
トランジスタと、上記ディプレッション型MOSトラン
ジスタと同一導電チャネルでありスレッショルド電圧の
温度特性が等しく且つ等しい導電係数を有し、ソースと
基板が相互接続され、かつ、ゲートに上記分割抵抗の出
力が印加されるとともに、上記ディプレッション型MO
Sトランジスタと直列接続されるエンハンスメント型M
OSトランジスタを備え、直列接続された上記ディプレ
ッション型MOSトランジスタと上記エンハンスメント
型MOSトランジスタの両端に上記電圧を印加し、上記
ディプレッション型MOSトランジスタと上記エンハン
スメント型MOSトランジスタとの相互接続端の信号を
検出信号として出力するとともに、上記分割抵抗の前記
出力が、上記ディプレッション型MOSトランジスタと
上記エンハンスメント型MOSトランジスタとがともに
飽和領域で動作する値となるように、前記所定の比率が
設定されていることを特徴としている。
【0024】また、乾電池又は充電式電池を電源として
用いる電子装置において、検出されるべき電圧を所定の
比率で分割する分割抵抗と、ソースとゲートと基板が相
互接続されたディプレッション型MOSトランジスタ
と、上記ディプレッション型MOSトランジスタと同一
導電チャネルでありスレッショルド電圧の温度特性が等
しく且つ等しい導電係数を有し、ソースと基板が相互接
続され、かつ、ゲートに上記分割抵抗の出力が印加され
るとともに、上記ディプレッション型MOSトランジス
タと直列接続されるエンハンスメント型MOSトランジ
スタを備え、直列接続された上記ディプレッション型M
OSトランジスタと上記エンハンスメント型MOSトラ
ンジスタの両端に上記電圧を印加し、上記ディプレッシ
ョン型MOSトランジスタと上記エンハンスメント型M
OSトランジスタとの相互接続端の信号を検出信号とし
て出力し、この検出信号に基づいて、電源をオフすると
ともに、上記分割抵抗の前記出力が、上記ディプレッシ
ョン型MOSトランジスタと上記エンハンスメント型M
OSトランジスタとがともに飽和領域で動作する値とな
るように、前記所定の比率が設定されていることを特徴
としている。
【0025】
【作用】したがって、回路要素が2つのMOSトランジ
スタと分割抵抗とから構成されるため、回路の動作可能
な電圧範囲の変動幅が非常に小さくなり、回路を構成す
る集積回路の歩留まりを大幅に向上でき、製造コストを
大幅に低減することができる。さらに、検出電圧が温度
変化により変動することがなく、その温度特性は非常に
優れたものとなる。
【0026】また、乾電池等を電源として用いる電子装
置における電源範囲の変動幅が非常に小さくなり、安定
した動作を行うことができる。
【0027】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例を詳細に説明する。
【0028】図1は、本発明の一実施例にかかる電圧検
出回路を示している。なお、同図において、図5と同一
部分、および、相当する部分には同一符号を付してい
る。
【0029】同図において、nチャネルディプレッショ
ン型MOSトランジスタ(以下、ディプレッション型M
OSトランジスタという)21のドレイン(D)には、
電圧Vddが接続され、また、このディプレッション型
MOSトランジスタ21のソース(S)とゲート(G)
と基板(B)は、相互接続されているとともに、ソース
には、nチャネルエンハンスメント型MOSトランジス
タ(以下、エンハンスメント型MOSトランジスタとい
う)22のドレインが接続されている。
【0030】エンハンスメント型MOSトランジスタ2
2のソースと基板は相互接続されており、このエンハン
スメント型MOSトランジスタ22のゲートには、電圧
Vddを分圧する分割抵抗23,24の分割点の電圧が
印加されている。そして、ディプレッション型MOSト
ランジスタ21とエンハンスメント型MOSトランジス
タ22の相互接続端の信号VOは、出力信号生成回路1
6に加えられており、この出力信号生成回路16の出力
は、検出信号DTとして、次段装置(図示略)に出力さ
れている。
【0031】以上の構成で、ディプレッション型MOS
トランジスタ21は、そのゲートとソースが相互接続さ
れているため、その特性上、飽和領域で動作する。ま
た、エンハンスメント型MOSトランジスタ22を電圧
検出動作させるためには、飽和領域で駆動する必要があ
る。
【0032】そこで、ディプレッション型MOSトラン
ジスタ21に流れる電流をIaとし、エンハンスメント
型MOSトランジスタ22に流れる電流をIbとする
と、ディプレッション型MOSトランジスタ21および
エンハンスメント型MOSトランジスタ22を飽和領域
で駆動するための条件として、次の式(2),(3)が
成立する(サーの式)。
【0033】 Ia=(K21)×(Vg21−Vth21)**2 (2)
【0034】 Ib=(K22)×(Vg22−Vth22)**2 (3)
【0035】ここで、K21はディプレッション型MO
Sトランジスタ21の導電係数を示し、Vg21はディ
プレッション型MOSトランジスタ21のゲートとソー
ス間の電圧を示し、Vth21はディプレッション型M
OSトランジスタ21のスレッショルド電圧を示し、演
算子{(x)**2}はxの2乗を演算するための演算
子である。また、K22はエンハンスメント型MOSト
ランジスタ22の導電係数を示し、Vg22はエンハン
スメント型MOSトランジスタ22のゲートとソース間
の電圧を示し、Vth22はエンハンスメント型MOS
トランジスタ22のスレッショルド電圧を示す。
【0036】また、電圧Vddが所定値、例えば、0.
9(ボルト)に一致して、信号VOが反転するときに
は、電流Iaと電流Ibが等しい値になるため、次の式
(4)が成立する。
【0037】 Ia=Ib ∴(K21)×(Vg21−Vth21)**2 =(K22)×(Vg22−Vth22)**2 (4)
【0038】ここで、ディプレッション型MOSトラン
ジスタ21の導電係数K21とエンハンスメント型MO
Sトランジスタ22の導電係数K22が等しくなるよう
に、ディプレッション型MOSトランジスタ21とエン
ハンスメント型MOSトランジスタ22のおのおののサ
イズを調整すると、式(4)は、次の式(5)のように
なる。
【0039】 Vg21−Vth21=Vg22−Vth22 ∴ Vg22=Vg21+Vth22−Vth21 (5)
【0040】さらに、ディプレッション型MOSトラン
ジスタ21のゲートとソースが相互接続されているの
で、そのゲートとソースの間の電圧Vg21は0に等し
く(すなわち、Vg21=0)、したがって、式(5)
は、次の式(6)のようになる。
【0041】 Vg22=Vth22−Vth21 (6)
【0042】このようにして、電圧Vddが検出したい
所定値(検出電圧値という;以下同じ)に一致すると
き、エンハンスメント型MOSトランジスタ22のゲー
トとソースの間の電圧Vg22、すなわち、分割抵抗2
3,24の分割値は、エンハンスメント型MOSトラン
ジスタ22のスレッショルド電圧Vth22からディプ
レッション型MOSトランジスタ21のスレッショルド
電圧Vth21を減算した結果に等しくなる。
【0043】そこで、例えば、エンハンスメント型MO
Sトランジスタ22のスレッショルド電圧Vth22を
0.3(ボルト)とし、ディプレッション型MOSトラ
ンジスタ21のスレッショルド電圧Vth21を−0.
2(ボルト)として、電圧Vddが0.9(ボルト)に
なったことを検出するためには、分割抵抗23と分割抵
抗24の抵抗値の比を、4:5に設定するとよい。
【0044】さて、ディプレッション型MOSトランジ
スタ21における電圧Vddと電流Iaとの関係は、電
圧Vddを検出電圧よりも大きい値Vdd(H)にまで
変化したときには図2の曲線PL1のようになり、電圧
Vddを検出電圧よりも小さい値Vdd(L)まで変化
したときには、同図の曲線PL1’のようになる。
【0045】また、エンハンスメント型MOSトランジ
スタ22における電圧Vddと電流Ibとの関係は、ゲ
ートとソース間に電圧Vddが値Vdd(H)になって
いるときに対応した電圧を印可した状態で、電圧Vdd
を値Vdd(H)にまで変化したときには、図2の曲線
PL2のようになり、ゲートとソース間に電圧Vddが
値Vdd(L)になっているときに対応した電圧を印可
した状態で、電圧Vddを値Vdd(L)にまで変化し
たときには、同図の曲線PL2’のようになる
【0046】以上のことから、電圧Vddが値Vdd
(H)になっているときには、信号VOの電圧値は、曲
線PL1と曲線PL2の交点P1に相当する電圧値VO
1(低電圧レベル)になり、電圧Vddが値Vdd
(L)になっているときには、信号VOの電圧値は、曲
線PL1’と曲線PL2’の交点P2に相当する電圧値
VO2(高電圧レベル)になる。
【0047】したがって、電圧Vddが検出電圧値より
も大きい電圧値になっているときには、出力信号生成回
路16に出力される信号VOの値は低電圧レベルの電圧
値VO1になり、また、電圧Vddが検出電圧値よりも
小さい電圧値になっているときには、信号VOの値は高
電圧レベルの電圧値VO2になるので、出力信号生成回
路16は、電圧Vddと検出電圧値の大小関係をあらわ
す検出信号DTを適切に生成することができる。
【0048】次に、この実施例の電圧検出回路における
検出電圧の温度特性について説明する。
【0049】検出電圧の温度特性の式は、式(6)の両
辺を温度で偏微分することで得られる(式(7))。
【0050】 δVg22/δT=δVth22/δT−δVth21/δT (7)
【0051】ここで、ディプレッション型MOSトラン
ジスタ21とエンハンスメント型MOSトランジスタ2
2のスレッショルド電圧の温度特性を合わせ込むことに
より、δVth22/δT=δVth21/δTとする
と、式(7)は、次の式(8)のようになる。
【0052】 δVg22/δT=0 (8)
【0053】すなわち、検出電圧は、温度変化により変
動することがなく、したがって、この電圧検出回路の検
出電圧の温度特性は、非常に優れたものになる。
【0054】また、この電圧検出回路が動作するための
電圧範囲は、次の式(9)のようになる。
【0055】 (Vdd−Vss)≧Vth22−2×Vth21 (9)
【0056】このようにして、この電圧検出回路の動作
可能な電圧範囲は、ディプレッション型MOSトランジ
スタ21のスレッショルド電圧とエンハンスメント型M
OSトランジスタ22のスレッショルド電圧の2つの要
素によって決定されるため、低電圧で動作する電圧検出
回路を容易に製造することができる。また、例えば、発
明者の実験によれば、0.7(ボルト)程度の低い電圧
でも動作する電圧検出回路を実現することもできた。
【0057】また、電圧検出回路を集積回路として製造
するときの製造工程上でのばらつきによる動作可能な電
圧範囲の変動は、次の式(11)のようになる。
【0058】 Δ(Vdd−Vss)≧ΔVth22−2×ΔVth21 (11)
【0059】ここで、ディプレッション型MOSトラン
ジスタ21とエンハンスメント型MOSトランジスタ2
2がともにnチャネルで構成されているため、製造工程
上でのスレッショルド電圧のばらつきは、これらのディ
プレッション型MOSトランジスタ21とエンハンスメ
ント型MOSトランジスタ22で同じ方向にあらわれる
ので、ΔVth22とΔVth21がほぼ等しい値にな
り、したがって、式(11)は、次の式(12)のよう
になる。
【0060】 Δ(Vdd−Vss)≧−ΔVth21 (12)
【0061】すなわち、製造された電圧検出回路の動作
可能な電圧範囲の変動は、ほぼディプレッション型MO
Sトランジスタ21のスレッショルド電圧の変動に相当
し、したがって、電圧検出回路の製造歩留まりが非常に
高くなり、電圧検出回路の製造コストを大幅に引き下げ
ることができる。例えば、本発明者の実験では、製造歩
留まりは98%程度の高い値となる。
【0062】ところで、上述した実施例では、電圧検出
回路を構成するディプレッション型MOSトランジスタ
とエンハンスメント型MOSトランジスタとして、とも
にnチャネルのものを用いたが、ディプレッション型M
OSトランジスタとエンハンスメント型MOSトランジ
スタとしてともにpチャネルのものを用いることもでき
る。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回路要素が2つのMOSトランジスタと分割抵抗とから
構成されるため、回路の動作可能な電圧範囲の変動幅が
非常に小さくなり、回路を構成する集積回路の歩留まり
を大幅に向上でき、製造コストを大幅に低減することが
できるという効果を得る。さらに、検出電圧が温度変化
により変動することがなく、その温度特性は非常に優れ
たものとなる。
【0064】また、乾電池等を電源として用いる電子装
置における電源範囲の変動幅が非常に小さくなり、安定
した動作を行うことができるという効果も得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる電圧検出回路を示し
た回路図。
【図2】図1の回路の動作を説明するためのグラフ図。
【図3】電池駆動される電気機器の構成例を示したブロ
ック図。
【図4】電圧検出回路の従来例を示したブロック図。
【図5】電圧検出回路の差動増幅器の一例を示した回路
図。
【符号の説明】 16 出力信号生成回路 21 nチャネルディプレッション型MOSトランジス
タ 22 nチャネルエンハンスメント型MOSトランジス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−11068(JP,A) 特開 昭55−128162(JP,A) 特開 昭53−73340(JP,A) 特開 昭61−34471(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出されるべき電圧を所定の比率で分割
    する分割抵抗と、 ソースとゲートと基板が相互接続されたディプレッショ
    ン型MOSトランジスタと、 上記ディプレッション型MOSトランジスタと同一導電
    チャネルでありスレッショルド電圧の温度特性が等しく
    且つ等しい導電係数を有し、ソースと基板が相互接続さ
    れ、かつ、ゲートに上記分割抵抗の出力が印加されると
    ともに、上記ディプレッション型MOSトランジスタと
    直列接続されるエンハンスメント型MOSトランジスタ
    を備え、 直列接続された上記ディプレッション型MOSトランジ
    スタと上記エンハンスメント型MOSトランジスタの両
    端に上記電圧を印加し、上記ディプレッション型MOS
    トランジスタと上記エンハンスメント型MOSトランジ
    スタとの相互接続端の信号を検出信号として出力すると
    ともに、 上記分割抵抗の前記出力が、上記ディプレッション型M
    OSトランジスタと上記エンハンスメント型MOSトラ
    ンジスタとがともに飽和領域で動作する値となるよう
    に、前記所定の比率が設定されていることを特徴とする
    電圧検出装置。
  2. 【請求項2】 乾電池又は充電式電池を電源として用い
    る電子装置において、 検出されるべき電圧を所定の比
    率で分割する分割抵抗と、 ソースとゲートと基板が相互接続されたディプレッショ
    ン型MOSトランジスタと、 上記ディプレッション型MOSトランジスタと同一導電
    チャネルでありスレッショルド電圧の温度特性が等しく
    且つ等しい導電係数を有し、ソースと基板が相互接続さ
    れ、かつ、ゲートに上記分割抵抗の出力が印加されると
    ともに、上記ディプレッション型MOSトランジスタと
    直列接続されるエンハンスメント型MOSトランジスタ
    を備え、 直列接続された上記ディプレッション型MOSトランジ
    スタと上記エンハンスメント型MOSトランジスタの両
    端に上記電圧を印加し、上記ディプレッション型MOS
    トランジスタと上記エンハンスメント型MOSトランジ
    スタとの相互接続端の信号を検出信号として出力し、こ
    の検出信号に基づいて、電源をオフするとともに、 上記分割抵抗の前記出力が、上記ディプレッション型M
    OSトランジスタと上記エンハンスメント型MOSトラ
    ンジスタとがともに飽和領域で動作する値となるよう
    に、前記所定の比率が設定されていることを特徴とする
    電子装置。
JP5032427A 1993-01-29 1993-01-29 電圧検出装置および電子装置 Expired - Lifetime JP3058381B2 (ja)

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