JP3259658B2 - Power switch and voltage control method using the same - Google Patents
Power switch and voltage control method using the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電源制御回路等に
おけるスイッチング素子としてＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
（Metal Oxide Semiconductor 形電界効果トランジス
タ）を応用したパワートランジスタに係り、特にチャー
ジポンプ内蔵型のパワースイッチおよびそれを用いた電
圧制御方法に関する。The present invention relates to an N-channel MOSFET as a switching element in a power supply control circuit or the like.
More particularly, the present invention relates to a power switch incorporating a charge pump and a voltage control method using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種チャージポンプ内蔵型パワ
ースイッチとして知られる一般的構造は、ＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴのゲート電極に印加されるゲート電圧ＶG の
値は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧・ソースド
レイン間オン抵抗特性（以下Ｖ G −ＲON特性という）の
飽和点よりも十分大きな値に設定され、ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴのソース・ドレイン間オン抵抗を一定値として
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, this kind of power with built-in charge pump
A common structure, known as a switch, is an N-channel M
Gate voltage V applied to the gate electrode of the OSFETG of
Values are gate voltage and source voltage of N-channel MOSFET.
On-resistance between rain (V G -RONCharacteristic)
The value is set to a value sufficiently larger than the saturation point, and the N-channel MO
SFET source-drain on-resistance is fixed
I have.
【０００３】そのため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソー
ス・ドレイン間を流れる電流が増すと、ソース・ドレイ
ン間の電圧降下が増大して、パワースイッチの出力電圧
を低下させるといった不具合がある。Therefore, when the current flowing between the source and the drain of the N-channel MOSFET increases, there is a problem that the voltage drop between the source and the drain increases and the output voltage of the power switch decreases.
【０００４】図１２は、係るチャージポンプ内蔵型パワ
ースイッチの従来例を示している。ＮチャネルＭＯＳＦ
ＥＴをオン抵抗の非常に小さな領域で使用するために
は、ゲート電極とソース電極の両端子間にＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴの閾値電圧以上の電圧を印加する必要があ
る。電源電圧より閾値電圧が高い場合など、ゲート電圧
を外部から供給できない場合は、チャージポンプで昇圧
された信号をゲート端子に接続し、ＮチャネルＭＯＳＦ
ＥＴを動作させる方法が採られる。FIG. 12 shows a conventional example of such a power switch with a built-in charge pump. N-channel MOSF
In order to use ET in a region where the on-resistance is very small, an N-channel M channel must be connected between both terminals of the gate electrode and the source electrode.
It is necessary to apply a voltage higher than the threshold voltage of the OSFET. When the gate voltage cannot be supplied from outside, such as when the threshold voltage is higher than the power supply voltage, the signal boosted by the charge pump is connected to the gate terminal, and the N-channel MOSF
A method of operating the ET is employed.
【０００５】すなわち、図１２に示すように、入力端子
１と出力端子６の間に挿入されたＮチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔ４がスイッチング素子として、それら入出力端子１，
６間のスイッチの役割を果たしている。ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４がオン動作を行う際、ゲート端子７に対し
て、チャージポンプ８から電源電圧より高い電圧のゲー
ト電圧ＶG を印加する必要がある。That is, as shown in FIG. 12, an N-channel MOSFET inserted between an input terminal 1 and an output terminal 6 is provided.
T4 is a switching element, and the input / output terminals 1,
It plays the role of a switch between six. N-channel MO
SFET4 when performs ON operation, the gate terminal 7, it is necessary to apply a gate voltage V G higher than the power supply voltage the voltage from the charge pump 8.
【０００６】そのようなスイッチ動作を行うために、制
御端子１０がチャージポンプ８に接続されている。した
がって、制御端子１０に入力される信号がアクティブレ
ベルの場合、チャージポンプ８が動作してＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴ４の閾値電圧以上のゲート電圧ＶG をゲート
端子７に印加する。それにより、ドレイン端子３とソー
ス端子５との間の抵抗値が小さくなり、ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４がスイッチ作用して導通状態となる。In order to perform such a switching operation, a control terminal 10 is connected to a charge pump 8. Therefore, when the signal input to control terminal 10 is at the active level, charge pump 8 operates and N-channel M
A gate voltage VG equal to or higher than the threshold voltage of the OSFET 4 is applied to the gate terminal 7. As a result, the resistance between the drain terminal 3 and the source terminal 5 decreases, and the N-channel MO
The SFET 4 operates as a switch and becomes conductive.
【０００７】また、ＯＳＣ１９はチャージポンプ８に一
定周波数の昇圧動作用クロック信号を供給している。チ
ャージポンプ８は、この一定周波数のクロック信号に基
づいて一定値のゲート電圧をＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４
に供給している。The OSC 19 supplies the charge pump 8 with a clock signal for boosting operation at a constant frequency. The charge pump 8 applies a constant gate voltage to the N-channel MOSFET 4 based on the constant frequency clock signal.
To supply.
【０００８】電流リミッタ１３は、電流検出用の固定抵
抗器１１の両端電圧から電流値を検出し、過電流が流れ
た際にチャージポンプ８の動作を止め、過剰な電流が流
れた際、回路を遮断する働きをしている。The current limiter 13 detects a current value from the voltage between both ends of the fixed resistor 11 for current detection, stops the operation of the charge pump 8 when an overcurrent flows, and sets a circuit when an excessive current flows. It works to cut off.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、係る従来の
チャージポンプ内蔵型パワースイッチにあっては、解決
すべき次の問題が残されている。However, the conventional power switch with a built-in charge pump has the following problems to be solved.
【００１０】図１２で示されたように、ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４のソース・ドレイン間オン抵抗を、ソース・
ドレイン間の電流量に関係なく一定の値に設定してい
る。そのため、ソース・ドレイン間電流が増大すると、
ソース・ドレイン間の電圧降下が大きくなり、パワース
イッチの出力電圧が低下する。[0010] As shown in FIG.
The source-drain on-resistance of SFET4 is
It is set to a constant value irrespective of the amount of current between drains. Therefore, when the source-drain current increases,
The voltage drop between the source and the drain increases, and the output voltage of the power switch decreases.
【００１１】このような特性をもつ従来のパワースイッ
チを機器の電源制御回路等に使用すると、機器内の各デ
バイスの消費電流が増大した場合、それら各デバイスに
供給される電源電圧が低下するといった不都合がある。When a conventional power switch having such characteristics is used for a power supply control circuit or the like of a device, if the current consumption of each device in the device increases, the power supply voltage supplied to each device decreases. There are inconveniences.
【００１２】なお、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソース・
ドレイン間オン抵抗を一定値に設定した点は、次の理由
による。Note that the source of the N-channel MOSFET is
The reason why the on-resistance between drains is set to a constant value is as follows.
【００１３】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴをオン動作させる
際、ゲート端子に印加するゲート電圧ＶG の値が、Ｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴのＶG −ＲON特性の「オン状態」に
相当する一定値（例えば図５中のＶG1）であることに対
応させている。[0013] When for N-channel MOSFET ON operation, the value of the gate voltage V G applied to the gate terminal, a constant value corresponding to the "ON state" of V G -R ON characteristics of N-channel MOSFET (e.g. FIG. 5 V G1 ).
【００１４】したがって、本発明の目的は、パワースイ
ッチの出力電流が増大した場合でも、出力電圧の変化を
小さく抑え、また機器の消費電流が増大して電源電圧が
低下したような場合でも、誤動作の発生などを防止でき
る所要のスイッチング素子機能を備えた特にチャージポ
ンプ内蔵型のパワースイッチと、これを用いた電圧制御
方法を提供することにある。[0014] Therefore, an object of the present invention is to suppress a change in the output voltage even when the output current of the power switch is increased, and to prevent a malfunction even when the power consumption voltage is reduced due to an increase in the current consumption of the device. In particular, it is an object of the present invention to provide a power switch with a built-in charge pump, which has a required switching element function capable of preventing generation of a voltage, and a voltage control method using the power switch.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、入力端子と出
力端子間に、直列に、ソース端子とドレイン端子を接続
して挿入された電界効果トランジスタのゲート電圧を、
制御端子に入力されたスイッチ信号に応じて制御し、前
記電界効果トランジスタのソース・ドレイン間電流をオ
ン／オフすることによりスイッチ動作を行うパワースイ
ッチにおいて、前記電界効果トランジスタとして、ソー
ス・ドレイン間電圧よりも高いゲート電圧が印加された
ときにスイッチオン動作を行うオン抵抗の極めて小さい
電界効果トランジスタを用い、前記入力端子と出力端子
間を流れる電流値を検出し、検出した電流値に比例する
制御電圧を出力する電流検出回路と、前記電流検出回路
から制御電圧を供給され、この制御電圧に正の相関を持
つ周波数の矩形波信号を生成して出力する電圧制御発振
回路と、前記電圧制御発振回路からの矩形波信号が入力
され、前記入力端子と出力端子間を流れる電流に正の相
関を持ち、前記電界効果トランジスタのしきい値電圧以
上で、電界効果トランジスタのオン抵抗が十分小さくか
つゲート電圧の増加と共に緩やかに減少する状態の電圧
範囲の電圧を、前記電界効果トランジスタのゲート端子
に出力するチャージポンプと、を備えている。According to the present invention, a gate voltage of a field effect transistor inserted between an input terminal and an output terminal by connecting a source terminal and a drain terminal in series is provided.
In a power switch which controls according to a switch signal input to a control terminal and performs a switching operation by turning on / off a source-drain current of the field-effect transistor, a source-drain voltage is used as the field-effect transistor. Using a field-effect transistor with an extremely small on-resistance that performs a switch-on operation when a higher gate voltage is applied, detects a current value flowing between the input terminal and the output terminal, and performs control in proportion to the detected current value. A current detection circuit that outputs a voltage, a voltage control oscillation circuit that receives a control voltage from the current detection circuit, generates and outputs a rectangular wave signal having a frequency that has a positive correlation with the control voltage, and A rectangular wave signal from a circuit is input, and has a positive correlation with a current flowing between the input terminal and the output terminal. Greater than or equal to the threshold voltage effect transistor, or the on-resistance of the field effect transistor is sufficiently small
Voltage that gradually decreases as the gate voltage increases
A charge pump for outputting a voltage in a range to a gate terminal of the field effect transistor.
【００１６】この場合、前記電流検出回路を電圧検出手
段に代えて、入力端子および出力端子間の電圧すなわち
前記電界効果トランジスタの両端間の電圧を検出し、増
幅して出力するように構成することも可能である。In this case, the current detection circuit is configured to detect a voltage between an input terminal and an output terminal, that is, a voltage between both ends of the field effect transistor, and amplify and output the voltage between the input terminal and the output terminal instead of the voltage detection means. Is also possible.
【００１７】また、本発明は、入力端子と出力端子間
に、直列に、ソース端子とドレイン端子を接続して挿入
された電界効果トランジスタのゲート電圧を、制御端子
に入力されたスイッチ信号に応じて制御し、前記電界効
果トランジスタのソース・ドレイン間電流をオン／オフ
することによりスイッチ動作を行うパワースイッチを用
いた電圧制御方法において、前記電界効果トランジスタ
として、ソース・ドレイン間電圧よりも高いゲート電圧
が印加されたときにスイッチオン動作を行うオン抵抗値
の極めて小さい電界効果トランジスタをスイッチング素
子として用い、電流検出回路を用いて、前記入力端子と
出力端子間を流れる電流値を検出し、検出した電流値に
比例する制御電圧を出力し、前記電流検出回路から制御
電圧を供給され、この制御電圧に正の相関を持つ周波数
の矩形波信号を生成して出力する電圧制御発振回路と、
前記電圧制御発振回路からの矩形波信号を受け取るチャ
ージポンプを用いて、前記入力端子と出力端子間を流れ
る電流に正の相関を持ち、前記電界効果トランジスタの
しきい値電圧以上で、電界効果トランジスタのオン抵抗
が十分小さくかつゲート電圧の増加と共に緩やかに減少
する状態の電圧範囲の電圧を、前記電界効果トランジス
タのゲート端子に印加することにより前記電界効果トラ
ンジスタのソース・ドレイン間の電圧降下を抑制する。Also, the present invention provides a gate voltage of a field effect transistor inserted between an input terminal and an output terminal by connecting a source terminal and a drain terminal in series according to a switch signal input to a control terminal. A voltage control method using a power switch that performs switching operation by turning on / off a current between a source and a drain of the field effect transistor.
As a switching element, an extremely small on-resistance field-effect transistor that performs a switch-on operation when a gate voltage higher than a source-drain voltage is applied is used as a switching element, and the input terminal and the output are output using a current detection circuit. A current value flowing between the terminals is detected, a control voltage proportional to the detected current value is output, a control voltage is supplied from the current detection circuit, and a rectangular wave signal having a frequency having a positive correlation with the control voltage is generated. A voltage controlled oscillator circuit for outputting
Using a charge pump that receives a rectangular wave signal from the voltage-controlled oscillation circuit, the current flowing between the input terminal and the output terminal has a positive correlation, and the threshold voltage of the field-effect transistor On-resistance of
Is small enough and gradually decreases with increasing gate voltage
By applying a voltage in a voltage range in a state in which the voltage is in a state of being applied to a gate terminal of the field effect transistor, a voltage drop between a source and a drain of the field effect transistor is suppressed.
【００１８】したがって、以上から、本発明のパワース
イッチを流れる電流は、電流検出回路によって検出され
る。この電流検出回路では、入力端子から入って出力端
子から流出する電流を電圧に変換する。その際、出力端
子以外への漏れ電流は極めて小さいために無視できる。Therefore, from the above, the current flowing through the power switch of the present invention is detected by the current detection circuit. In this current detection circuit, a current flowing from an input terminal and flowing out of an output terminal is converted into a voltage. At this time, the leakage current to the terminals other than the output terminal can be ignored because it is extremely small.
【００１９】また、この電流検出回路内においては、検
出した電流値に比例した電圧値を適当な大きさに増幅
し、パワースイッチの入出力間電流すなわちスイッチン
グ素子のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間
電流に比例した電圧を生成する。この生成電圧は、電流
検出回路内の電圧出力端子から出力され、電圧制御発振
回路に供給される。この電圧制御発振回路は、電圧出力
端子からの出力電圧に正の相関をもつ周波数の矩形波信
号を生成してチャージポンプ回路に供給する。Further, in this current detection circuit, a voltage value proportional to the detected current value is amplified to an appropriate magnitude, and the current between the input and output of the power switch, that is, between the source and drain of the N-channel MOSFET of the switching element is amplified. Generates a voltage proportional to the current. This generated voltage is output from a voltage output terminal in the current detection circuit and is supplied to a voltage controlled oscillation circuit. This voltage controlled oscillation circuit generates a rectangular wave signal having a frequency having a positive correlation with the output voltage from the voltage output terminal, and supplies it to the charge pump circuit.
【００２０】チャージポンプ回路では、入力される矩形
波の周波数に対応した出力電圧特性を有しており、ソー
ス・ドレイン間電流が増大して電圧制御発振回路からの
出力周波数が増加するに伴い、チャージポンプ出力電圧
すなわちＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が増大す
る。The charge pump circuit has an output voltage characteristic corresponding to the frequency of the input rectangular wave. As the source-drain current increases and the output frequency from the voltage controlled oscillation circuit increases, The charge pump output voltage, that is, the gate voltage of the N-channel MOSFET increases.
【００２１】ＮチャネルＭＯＳＦＥＴとしては、保有す
るオン抵抗特性によって、ソース・ドレイン間電流の増
大に伴って、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は低く
なり、ソース・ドレイン間の電圧降下すなわちパワース
イッチの出力電圧が低下するのを抑えることができる。As the N-channel MOSFET has an on-resistance characteristic, the on-resistance of the N-channel MOSFET decreases with an increase in the current between the source and the drain, and the voltage drop between the source and the drain, that is, the output voltage of the power switch. Can be suppressed from decreasing.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明によるパワースイッ
チおよびこれを用いた電源電圧制御方法の実施の形態に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power switch and a power supply voltage control method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【００２３】図１のブロック図に示すように、本発明に
よるパワースイッチの最良の実施の形態は、次の各部よ
りなっている。As shown in the block diagram of FIG. 1, the preferred embodiment of the power switch according to the present invention comprises the following units.
【００２４】電流検出回路２を有し、ここではパワース
イッチとしての入出力端子１，６間を流れる電流値を電
圧値に変換する。また、スイッチング素子として働くパ
ワートランジスタであるＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４を有
し、これはパワースイッチ内でスイッチ動作するオン抵
抗値の極めて小さいものであり、ソース・ドレイン電極
の各端子３，５とゲート電極の端子７よりなっている。
また、電圧制御発振回路（以下、ＶＣＯという）９を有
し、ここでは入力電圧の上昇に伴い、周波数の増加する
矩形波信号を出力するようになっている。さらに、ＶＣ
Ｏ９から供給される矩形波信号の周波数増加に伴って出
力電圧が上昇する特性をもつチャージポンプ８が備わっ
ている。A current detection circuit 2 is provided, which converts a current value flowing between the input / output terminals 1 and 6 as a power switch into a voltage value. It also has an N-channel MOSFET 4 which is a power transistor serving as a switching element, which has an extremely small on-resistance value for performing a switching operation in the power switch, and has terminals 3 and 5 of source / drain electrodes and a gate electrode. It consists of terminal 7.
It also has a voltage-controlled oscillation circuit (hereinafter, referred to as VCO) 9 which outputs a rectangular wave signal whose frequency increases with an increase in input voltage. Furthermore, VC
A charge pump 8 having a characteristic that the output voltage increases with an increase in the frequency of the rectangular wave signal supplied from O9 is provided.
【００２５】入力端子１は電流検出回路２の入力端子Ｉ
IN に接続され、出力端子Ｉ O とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４のドレイン端子３が接続されている。ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４のソース端子５はパワースイッチの出力端子
６に接続されている。電流検出回路２の電圧出力端子Ｖ
O はＶＣＯ９の制御端子に接続されている。ＶＣＯ９の
出力端子はチャージポンプ８の昇圧動作用クロック入力
端子に接続され、チャージポンプ８の電圧出力端子はＮ
チャネルＭＯＳＦＥＴ４のゲート端子７に接続されてい
る。パワースイッチの制御端子１０はチャージポンプ８
の制御入力端子に接続されている。また、電流検出回路
２の過電流検出信号端子Limitから出力される過電流検
出信号は、チャージポンプ８の過電流検出信号入力端子
に接続されている。The input terminal 1 is an input terminal I of the current detection circuit 2.
Is connected to the IN, the output terminal I O and N-channel MOSFET
4 are connected to the drain terminal 3. N-channel MO
The source terminal 5 of the SFET 4 is connected to the output terminal 6 of the power switch. Voltage output terminal V of current detection circuit 2
O is connected to the control terminal of the VCO 9. The output terminal of the VCO 9 is connected to the clock input terminal for boosting operation of the charge pump 8, and the voltage output terminal of the charge pump 8 is N
It is connected to the gate terminal 7 of the channel MOSFET 4. The control terminal 10 of the power switch is a charge pump 8
Is connected to the control input terminal of The overcurrent detection signal output from the overcurrent detection signal terminal Limit of the current detection circuit 2 is connected to the overcurrent detection signal input terminal of the charge pump 8.
【００２６】以上の構成により、次のように動作および
作用する。図１〜図６の各図において、パワースイッチ
は、制御端子１０に入力される制御信号が「オフ状態」
であれば、チャージポンプ８が昇圧動作を行わない。そ
のため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のゲート電圧（ゲー
ト端子７の電圧）がＭＯＳＦＥＴの閾値電圧未満とな
り、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース・ドレイン抵抗
が大きい状態（「オフ状態」）になる。その結果として
スイッチもまた「オフ状態」となる。With the above configuration, the operation and operation are performed as follows. In each of FIGS. 1 to 6, the power switch has a control signal input to the control terminal 10 in an “off state”.
If so, the charge pump 8 does not perform the boosting operation. Therefore, the gate voltage of the N-channel MOSFET 4 (the voltage of the gate terminal 7) becomes lower than the threshold voltage of the MOSFET, and the source / drain resistance of the N-channel MOSFET 4 becomes large (“OFF state”). As a result, the switch is also in the “off state”.
【００２７】制御信号１０に入力される制御信号が「オ
ン状態」になると、チャージポンプ８が昇圧動作を行
い、電源電圧より高く、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４に対
してこれが概略オン状態になるゲート電圧を供給する。
それにより、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース・ドレ
イン抵抗値が１００ミリオーム程度まで抵下し、パワー
スイッチとして「オン動作」を行う。When the control signal input to the control signal 10 is turned on, the charge pump 8 performs a boosting operation, and supplies a gate voltage higher than the power supply voltage to the N-channel MOSFET 4 which substantially turns on. I do.
As a result, the source / drain resistance of the N-channel MOSFET 4 drops to about 100 mOhm, and the power switch performs an “ON operation”.
【００２８】パワースイッチの入出力端子１，６間を流
れる電流は、電流検出回路２によって検出される。電流
検出回路２では、入力端子ＩINから流入し、出力端子Ｉ
O から流出する電流を電圧に変換する。この際、出力端
子ＩO 以外への漏れ電流は極めて小さいため無視するこ
とができる。The current flowing between the input / output terminals 1 and 6 of the power switch is detected by a current detection circuit 2. In the current detection circuit 2, the current flows from the input terminal I IN and the output terminal I IN
Converts the current flowing out of O to voltage. At this time, since the leakage current to portions other than the output terminal IO is extremely small, it can be ignored.
【００２９】また、この電流検出回路２内では、検出し
た電流量に比例した電圧を適当な大きさに増幅し、パワ
ースイッチの入出力間電流、つまりＮチャネルＭＯＳＦ
ＥＴ４のソース・ドレイン間に比例した電圧を生成して
いる。この電圧は、電流検出回路２の電圧出力端子ＶO
から出力され、ＶＣＯ９に供給される。In the current detection circuit 2, a voltage proportional to the detected current amount is amplified to an appropriate magnitude, and a current between the input and output of the power switch, that is, an N-channel MOSFET is amplified.
A voltage proportional to the source and drain of ET4 is generated. This voltage is a voltage output terminal V O of the current detection circuit 2.
And is supplied to the VCO 9.
【００３０】図３中、符号１４で示す特性のように、Ｖ
ＣＯ９は、その電圧に正の相関をもつ周波数の矩形波信
号を生成してチャージポンプ回路８に供給する。In FIG. 3, as indicated by the characteristic indicated by reference numeral 14, V
The CO 9 generates a rectangular wave signal having a frequency having a positive correlation with the voltage and supplies the signal to the charge pump circuit 8.
【００３１】また、図４中の符号１５で示すように、チ
ャージポンプ回路８は、入力される矩形波の周波数に対
し出力電圧特性を有している。したがって、ソース・ド
レイン間電流が増加し、ＶＣＯ９の出力周波数が増加す
るに伴い、チャージポンプ回路８の出力電圧すなわちＮ
チャネルＭＯＳＦＥＴ４のゲート電圧ＶG が増加する。As shown by reference numeral 15 in FIG. 4, the charge pump circuit 8 has an output voltage characteristic with respect to the frequency of the input rectangular wave. Therefore, as the source-drain current increases and the output frequency of the VCO 9 increases, the output voltage of the charge pump circuit 8, that is, N
Gate voltage V G of the channel MOSFET4 increases.
【００３２】図５中の符号１６で示すように、Ｎチャネ
ルＭＯＳＦＥＴ４がオン抵抗特性をもっているため、ソ
ースドレイン間の電流が増加するに伴い、ＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴ４のオン抵抗が低くなる。そのため、ソース
ドレイン間の電圧降下すなわちパワースイッチの出力電
圧の低下を抑えることができる。As indicated by reference numeral 16 in FIG. 5, the N-channel MOSFET 4 has an on-resistance characteristic.
The on-resistance of the OSFET 4 decreases. Therefore, a voltage drop between the source and the drain, that is, a decrease in the output voltage of the power switch can be suppressed.
【００３３】その結果、図６に示すように、本実施の形
態のパワースイッチの電流電圧特性１８は、従来例の電
流電圧特性１７に比べて、ソース・ドレイン間電流が増
加しても出力電圧の低下が少なくなる。As a result, as shown in FIG. 6, the current-voltage characteristic 18 of the power switch of the present embodiment is different from the current-voltage characteristic 17 of the prior art in that the output voltage is higher even if the source-drain current increases. Is less reduced.
【００３４】なお、電流検出回路２が過電流を検出した
場合は、出力信号Limitをアクティブにしてチャージポ
ンプ回路８の動作を停止させ、パワースイッチに過電流
が流れるのを防止することができる。When the current detection circuit 2 detects an overcurrent, the operation of the charge pump circuit 8 is stopped by activating the output signal Limit to prevent the overcurrent from flowing to the power switch.
【００３５】[0035]
【実施例】図２を参照すると、本実施例は、ゲートカッ
トオフ電圧が５Ｖで、ソースゲート間電圧が８Ｖの場
合、約５０ミリオーム、ソースゲート間電圧が１２Ｖの
場合約３０ミリオームのオン抵抗値を有するパワースイ
ッチ内においてスイッチの役割をするＮチャネルＭＯＳ
ＦＥＴ４を有し、パワースイッチの入出力端子１，６間
を流れる電流値を電圧値に変換する抵抗値約１０ミリオ
ームの固定抵抗器１１を有し、増幅率１００程度の入力
端子が高インピーダンスな演算増幅器１２を有し、入力
電圧の上昇とともに周波数の増加する矩形波信号を出力
する電圧制御発振回路（ＶＣＯ）９を有し、そして入力
矩形波信号の周波数増加とともに出力電圧が上昇する特
性を有するチャージポンプ回路８を有している。Referring to FIG. 2, this embodiment has an on-resistance of about 50 mOhm when the gate cut-off voltage is 5 V and the source-gate voltage is 8 V, and about 30 mOhm when the source-gate voltage is 12 V. N-channel MOS acting as switch in power switch having value
It has an FET 4 and a fixed resistor 11 having a resistance value of about 10 milliohms for converting a current value flowing between the input / output terminals 1 and 6 of the power switch into a voltage value. A voltage controlled oscillator (VCO) 9 that has an operational amplifier 12 and outputs a rectangular wave signal whose frequency increases with an increase in the input voltage, and has a characteristic that the output voltage increases with an increase in the frequency of the input rectangular wave signal. Charge pump circuit 8.
【００３６】入力端子１は電流検出用の固定抵抗器１１
のマイナス端子に接続され、他方の端子はＮチャネルＭ
ＯＳＦＥＴ４のドレイン端子３に接続されている。Ｎチ
ャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース端子５はパワースイッチ
の出力端子６に接続されている。固定抵抗器１１の両端
は、演算増幅器１２の２つの入力端子にそれぞれ接続さ
れている。演算増幅器１２の出力端子はＶＣＯ９の制御
端子に接続されている。ＶＣＯ９の出力端子はチャージ
ポンプ８の昇圧動作用クロック入力端子に接続され、チ
ャージポンプ８の電圧出力端子はＮチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔ４のゲート端子７に接続されている。パワースイッチ
の制御端子１０はチャージポンプ８の制御入力端子に接
続されている。また、固定抵抗器１１の両端は電流リミ
ツタ１３の２カ所の入力端子に接続されており、電流リ
ミツタ１３の過電流検出信号端子から出力される過電流
検出信号は、チャージポンプ８の過電流検出信号入力端
子に接続されている。The input terminal 1 is a fixed resistor 11 for detecting current.
, And the other terminal is an N-channel M
It is connected to the drain terminal 3 of the OSFET 4. The source terminal 5 of the N-channel MOSFET 4 is connected to the output terminal 6 of the power switch. Both ends of the fixed resistor 11 are connected to two input terminals of the operational amplifier 12, respectively. An output terminal of the operational amplifier 12 is connected to a control terminal of the VCO 9. The output terminal of the VCO 9 is connected to the clock input terminal for boost operation of the charge pump 8, and the voltage output terminal of the charge pump 8 is an N-channel MOSFET.
It is connected to the gate terminal 7 of T4. The control terminal 10 of the power switch is connected to the control input terminal of the charge pump 8. Further, both ends of the fixed resistor 11 are connected to two input terminals of the current limiter 13, and an overcurrent detection signal output from an overcurrent detection signal terminal of the current limiter 13 detects an overcurrent detection of the charge pump 8. Connected to signal input terminal.
【００３７】以上の構成により、本実施例では次のよう
に動作および作用する。図２に示すパワースイッチは、
制御端子１０に入力される制御信号がＴＴＬレベルの
“Ｌ”状態（「オフ状態」）の場合は、チャージポンプ
８が昇圧動作を行わないため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４のゲート電圧（ゲート端子７の電圧）がほとんどゼロ
ボルトとなり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のカットオフ
電圧（５Ｖ）以下となるため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４のソースドレイン抵抗は、１００キロオーム以上とな
り、パワースイッチとしても「オフ状態」となる。With the above configuration, the present embodiment operates and operates as follows. The power switch shown in FIG.
When the control signal input to the control terminal 10 is in the “L” state (“off state”) of the TTL level, the charge pump 8 does not perform the boosting operation, so that the N-channel MOSFET
4 becomes almost zero volts and is equal to or lower than the cut-off voltage (5 V) of the N-channel MOSFET 4, so that the N-channel MOSFET
The source / drain resistance of No. 4 is 100 kΩ or more, and the power switch is in the “off state”.
【００３８】制御信号１０に入力される制御信号がＴＴ
Ｌレベルの“Ｈ”状態（「オン状態」）になると、チャ
ージポンプ８が昇圧動作を行い、概略１０Ｖという、電
源電圧５Ｖより高い、ゲート電圧をＮチャネルＭＯＳＦ
ＥＴ４のゲート端子７に供給するため、ＮチャネルＭＯ
ＳＦＥＴ４のソースドレイン抵抗値が５０ミリオーム程
度まで低下し、パワースイッチとして「オン動作」を行
う。The control signal input to the control signal 10 is TT
Fall to L level "H" state ( "ON state"), the charge pump 8 performs a boosting operation, as schematically 10V, electrostatic
Gate voltage higher than source voltage 5 V
In order to supply to the gate terminal 7 of ET4, an N-channel MO
The source / drain resistance value of the SFET 4 decreases to about 50 mOhm, and the power switch performs "ON operation".
【００３９】パワースイッチの入出力端子１，６間を流
れる電流は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４と直列に接続し
た固定抵抗１１での電圧降下として検出される。本実施
例での抵抗値は１０ミリオームのため、１アンペアの電
流が流れると１０ミリボルトの電圧降下が発生する。The current flowing between the input / output terminals 1 and 6 of the power switch is detected as a voltage drop across a fixed resistor 11 connected in series with the N-channel MOSFET 4. Since the resistance value in this embodiment is 10 milliohms, a voltage drop of 10 millivolts occurs when a current of 1 amp flows.
【００４０】なお、この場合、電流リミツタ１３や演算
増幅器１２の入力端子は高インピーダンスであるため、
これらに流れる電流は無視できる。In this case, since the input terminals of the current limiter 13 and the operational amplifier 12 have high impedance,
The current flowing through them is negligible.
【００４１】次に、固定抵抗１１の電圧降下として検出
されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソースドレイン電流
に比例した電圧は、演算増幅器１２で約１００倍に増幅
される。本発明のパワースイッチに１アンペアの電流が
流れると約１Ｖの電圧がＶＣＯ９に供給される。Next, the voltage proportional to the source / drain current of the N-channel MOSFET 4 detected as the voltage drop of the fixed resistor 11 is amplified about 100 times by the operational amplifier 12. When a current of 1 amp flows through the power switch of the present invention, a voltage of about 1 V is supplied to the VCO 9.
【００４２】図８の特性図において、本実施例のＶＣＯ
９は符号２０のように入力電圧に対し指数関数的に増加
する周波数ｆの矩形波信号を発振し、例えば、パワース
イッチに１Ａの電流が流れた場合ＶＣＯ出力周波数は約
４０ＫＨｚとなる。次に、ＶＣＯ９から発振された該矩
形波信号はチャージポンプ８の昇圧動作用クロック入力
端子に供給される。チャージポンプ８は、入力される矩
形波の周波数ｆに対して、図１０の２１のような出力電
圧特性を有している。したがって、パワースイッチに流
れる電流が０．１Ａの場合、ＶＣＯ９の入力電圧は０．
１Ｖ、ＶＣＯ９の出力周波数は約１０ＫＨｚ、チャージ
ポンプ８の出力電圧は約８Ｖとなる。また、パワースイ
ッチに流れる電流が２Ａの場合、ＶＣＯ９の入力電圧は
２Ｖ、ＶＣＯ９の出力周波数は約１００ＫＨｚ、チャー
ジポンプ８の出力電圧は約１２Ｖとなる。このように本
実施例のパワースイッチでは、パワースイッチを流れる
電流が０．１Ａから２Ａへ増加するとＮチャネルＭＯＳ
ＦＥＴ４のゲート電圧ＶＧが８Ｖから１２Ｖへと増加す
る。In the characteristic diagram of FIG. 8, the VCO of this embodiment
Numeral 9 oscillates a rectangular wave signal having a frequency f that increases exponentially with respect to the input voltage as indicated by reference numeral 20. For example, when a current of 1 A flows through the power switch, the VCO output frequency is about 40 KHz. Next, the rectangular wave signal oscillated from the VCO 9 is supplied to a clock input terminal for boost operation of the charge pump 8. The charge pump 8 has an output voltage characteristic as indicated by 21 in FIG. 10 with respect to the frequency f of the input rectangular wave. Therefore, when the current flowing through the power switch is 0.1 A, the input voltage of the VCO 9 is 0.1 V.
The output frequency of the VCO 9 is about 10 KHz, and the output voltage of the charge pump 8 is about 8 V. When the current flowing through the power switch is 2 A, the input voltage of the VCO 9 is 2 V, the output frequency of the VCO 9 is about 100 KHz, and the output voltage of the charge pump 8 is about 12 V. Thus, in the power switch of this embodiment, when the current flowing through the power switch increases from 0.1 A to 2 A, the N-channel MOS
The gate voltage VG of the FET 4 increases from 8V to 12V.
【００４３】ここで、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４は、図
１０中の符号２２ようなオン抵抗特性を有してるため、
前述のようにパワースイッチに流れる電流が０．１Ａか
ら２Ａに増加し、ゲート電圧ＶG が８Ｖから１２Ｖに上
昇するにつれて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のオン抵抗
は、５０ミリオームから３０ミリオームまで低下する。
このＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のオン抵抗の低下によ
り、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース・ドレイン間の
電圧降下は抑制され、パワースイッチ全体での電圧降下
も抑制される。Here, the N-channel MOSFET 4 has an on-resistance characteristic as indicated by reference numeral 22 in FIG.
As the current flowing in the power switch as described above is increased to 2A from 0.1 A, the gate voltage V G rises to 12V 8V, the on-resistance of N-channel MOSFET4 is reduced from 50 milliohms to 30 milliohms.
Due to the decrease in the on-resistance of the N-channel MOSFET 4, the voltage drop between the source and the drain of the N-channel MOSFET 4 is suppressed, and the voltage drop in the entire power switch is also suppressed.
【００４４】結果的に、本実施例のパワースイッチの出
力電流一出力電圧特性は図１１中の符号２３のようにな
る。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のオン抵抗値が一定の場
合の電流電圧特性２４に比較して、本実施例の電流電圧
特性２３は、パワースイッチを流れる電流が増加しても
出力電圧の低下が少ないことを表わしている。As a result, the output current-output voltage characteristic of the power switch according to the present embodiment is as indicated by reference numeral 23 in FIG. Compared to the current-voltage characteristic 24 in the case where the on-resistance value of the N-channel MOSFET 4 is constant, the current-voltage characteristic 23 of the present embodiment indicates that the output voltage does not decrease much even if the current flowing through the power switch increases. ing.
【００４５】なお、図２で示された電流リミッタ１３
は、固定抵抗器１１の両端の電位差を監視しており、パ
ワースイッチに流れる電流量が規定値（本実施例では
２．５Ａ）を超過して過電流となった場合、出力信号を
アクティブにしてチャージポンプ８の動作を停止させ、
パワースイッチに過電流が流れるのを防止している。The current limiter 13 shown in FIG.
Monitors the potential difference between both ends of the fixed resistor 11, and activates the output signal when the amount of current flowing through the power switch exceeds a specified value (2.5 A in this embodiment) and becomes an overcurrent. To stop the operation of the charge pump 8,
This prevents overcurrent from flowing through the power switch.
【００４６】一方、図７は、第２の実施の形態を示して
いる。FIG. 7 shows a second embodiment.
【００４７】この場合、パワースイッチ内のスイッチ動
作を行うオン抵抗値の極めて小さいＮチャネルＭＯＳＦ
ＥＴ４と、該ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４の両端の電圧を
検出する演算増幅器１２と、入力電圧の上昇とともに周
波数の増加する矩形波信号を出力する電圧制御発振回路
（ＶＣＯ）９と、入力矩形波信号の周波数増加とともに
出力電圧が上昇する特性を有するチャージポンプ８で構
成される。In this case, an N-channel MOSF having an extremely small on-resistance for performing a switching operation in the power switch is provided.
ET4, an operational amplifier 12 for detecting a voltage between both ends of the N-channel MOSFET 4, a voltage controlled oscillator (VCO) 9 for outputting a square wave signal whose frequency increases with an increase in the input voltage, and a frequency of the input square wave signal It comprises a charge pump 8 having the characteristic that the output voltage increases with the increase.
【００４８】入力端子１は電流リミッタ１３の電流入力
端子に接続され、電流リミッタ１３の電流出力端子はＮ
チャネルＭＯＳＦＥＴ４のドレイン端子３と接続されて
いる。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース端子５はパワ
ースイッチの出力端子６に接続されている。演算増幅器
１２の入力端子の一方は入力端子１に接続され、他方
は、出力端子６に接続されている。演算増幅器１２の出
力端子はＶＣ０９の制御電圧入力端子に接続されてい
る。ＶＣＯ９の出力端子はチャージポンプ８の昇圧動作
用クロック入力端子に接続されている。チャージポンプ
８の電圧出力端子はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のゲート
端子７に接続されている。パワースイッチの制御端子１
０はチャージポンプ８の制御入力端子に接続されてい
る。また、電流リミッタ１３の過電流検出信号端子Limi
t から出力される過電流検出信号は、チャージポンプ８
の過電流検出信号入力端子に接続されている。The input terminal 1 is connected to the current input terminal of the current limiter 13, the current output terminal of the current limiter 13 N
It is connected to the drain terminal 3 of the channel MOSFET 4. The source terminal 5 of the N-channel MOSFET 4 is connected to the output terminal 6 of the power switch. One of the input terminals of the operational amplifier 12 is connected to the input terminal 1, and the other is connected to the output terminal 6. The output terminal of the operational amplifier 12 is connected to the control voltage input terminal of VC09. An output terminal of the VCO 9 is connected to a clock input terminal for boost operation of the charge pump 8. The voltage output terminal of the charge pump 8 is connected to the gate terminal 7 of the N-channel MOSFET 4. Power switch control terminal 1
0 is connected to the control input terminal of the charge pump 8. Also, the overcurrent detection signal terminal Limi of the current limiter 13
The overcurrent detection signal output from the t
Is connected to the overcurrent detection signal input terminal.
【００４９】以上の構成により、第２の実施の形態にお
いては、次のように動作および作用する。With the above-described configuration, the second embodiment operates and operates as follows.
【００５０】図２のパワースイッチは、制御端子１０に
入力される制御信号が「オフ状態」の場合は、チャージ
ポンプ８が昇圧動作を行わないため、ＮチャネルＭＯＳ
ＦＥＴ４のゲート電圧（ゲート端子７の電圧）がＭＯＳ
ＦＥＴの閾値電圧未満となり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
４のソース・ドレイン抵抗が大きい状態（「オフ状
態」）になるため、スイッチとしても「オフ状態」とな
る。In the power switch shown in FIG. 2, when the control signal input to the control terminal 10 is in the "OFF state", the charge pump 8 does not perform the boosting operation.
The gate voltage of FET4 (the voltage of gate terminal 7) is MOS
N-channel MOSFET below the threshold voltage of the FET
Since the source / drain resistance of No. 4 is large ("off state"), the switch is also "off state".
【００５１】制御信号１０に入力される制御信号が「オ
ン状態」になると、チャージポンプ８が昇圧動作を行
い、電源電圧より高く、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４にＮ
チャネルＭＯＳＦＥＴ４が概略オン状態になるゲート電
圧を供給するため、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のソース
・ドレイン抵抗値が１００ミリオーム程度まで低下し、
パワースイッチとして「オン動作」を行う。When the control signal input to the control signal 10 is turned on, the charge pump 8 performs a boosting operation and is higher than the power supply voltage.
In order to supply a gate voltage at which the channel MOSFET 4 is substantially turned on, the source / drain resistance of the N-channel MOSFET 4 is reduced to about 100 mOhm,
Perform "ON operation" as a power switch.
【００５２】入力端子１と出力端子６に接続された演算
増幅器１２は、入力端子１と出力端子６の間の電位差を
検出している。この入出力端子間電圧ＶI −ＶO は、主
にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のオン抵抗による電圧降下
であり、電流リミッタ１３は、その内部抵抗が非常に小
さく作られているため無視できる。演算増幅器１３で検
出された入出力端子間電圧は、演算増幅器内で適当な大
きさに増幅され、ＶＣＯ９に供給される。ＶＣＯ９は、
図３中の符号１４のように、該電圧に正の相関を持つ周
波数の矩形波信号を生成し、該矩形波信号をチャージポ
ンプ回路８に供給する。チャージポンプ回路８は、入力
される矩形波の周波数に対して図４中の符号１５のよう
な出力電圧特性を有している。The operational amplifier 12 connected to the input terminal 1 and the output terminal 6 detects a potential difference between the input terminal 1 and the output terminal 6. The voltage V I -V O between the input and output terminals is mainly a voltage drop due to the ON resistance of the N-channel MOSFET 4, and the current limiter 13 can be ignored since the internal resistance is made very small. The voltage between the input and output terminals detected by the operational amplifier 13 is amplified to an appropriate magnitude in the operational amplifier and supplied to the VCO 9. VCO 9
As shown by reference numeral 14 in FIG. 3, a rectangular wave signal having a frequency having a positive correlation with the voltage is generated, and the rectangular wave signal is supplied to the charge pump circuit 8. The charge pump circuit 8 has an output voltage characteristic as indicated by reference numeral 15 in FIG. 4 with respect to the frequency of the input rectangular wave.
【００５３】したがって、パワースイッチの入出力間電
圧ＶI −ＶO が増加するにつれて、ＶＣＯ９に入力され
る電圧が上昇し、チャージポンプ８に入力される矩形波
信号の周波数も増加する。すると、チャージポンプ８の
出力電圧、つまり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４のゲート
電圧ＶG も増加することとなる。Therefore, as the input / output voltage V I -V O of the power switch increases, the voltage input to the VCO 9 increases, and the frequency of the rectangular wave signal input to the charge pump 8 also increases. Then, the output voltage of the charge pump 8, i.e., so that also increases the gate voltage V G of the N-channel MOSFET 4.
【００５４】ここで、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４は、図
５中の符号１６のようなオン抵抗特性を有しているた
め、パワースイッチの入出力間電流が増加し、入出力電
圧ＶI−ＶO が増加するにつれてＮチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔのオン抵抗が低くなり、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４の
ソース・ドレイン間の電圧降下がそれだけ抑制される。Since the N-channel MOSFET 4 has an on-resistance characteristic as indicated by reference numeral 16 in FIG. 5, the current between the input and output of the power switch increases, and the input / output voltage V I -V O is reduced. N channel MOSFE as it increases
The ON resistance of T is reduced, and the voltage drop between the source and the drain of the N-channel MOSFET 4 is suppressed accordingly.
【００５５】結果的に、図６に示すように、本発明のパ
ワースイッチの電流−電圧特性１８は、従来例の電流電
圧特性１７に比べて、ソースドレイン間電流が増加して
も出力電圧の低下が少なくなる。As a result, as shown in FIG. 6, the current-voltage characteristic 18 of the power switch of the present invention is different from the current-voltage characteristic 17 of the prior art in that the output voltage of the power switch increases even if the source-drain current increases. The drop is less.
【００５６】なお、電流リミッタ１３は、過電流を検出
した場合、出力信号Limitをアクティブにしてチャージ
ポンプ回路８の動作を停止させ、パワースイッチに過電
流が流れるのを防止している。When an overcurrent is detected, the current limiter 13 activates the output signal Limit to stop the operation of the charge pump circuit 8, thereby preventing the overcurrent from flowing to the power switch.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるチャ
ージポンプ内蔵型パワースイッチは、パワースイッチに
流れる電流量が増加した場合の電圧降下を抑制できるこ
とである。これにより、本発明のパワースイッチを使用
した機器において、消費電流が大きく変動した場合に
も、該機器内のデバイスに供給される電源電圧の変動が
小さくする事ができ、電源電圧変動による誤動作を防止
することができる。As described above, the power switch with a built-in charge pump according to the present invention can suppress a voltage drop when the amount of current flowing through the power switch increases. As a result, in a device using the power switch of the present invention, even when the current consumption fluctuates greatly, the fluctuation of the power supply voltage supplied to the devices in the device can be reduced, and malfunction due to the power supply voltage fluctuation can be prevented. Can be prevented.
【００５８】その理由は、本発明のパワースイッチは、
電圧降下の原因となっている内部ＮチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔのオン抵抗を、パワースイッチに流れる電流の増加と
ともに、減少させることができる構造となっているため
である。The reason is that the power switch of the present invention
Internal N-channel MOSFE causing voltage drop
This is because the ON resistance of T can be reduced as the current flowing through the power switch increases.
【図１】本発明によるチャージポンプ内蔵型パワースイ
ッチの第１の実施の形態を示すブロック図であるFIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power switch with a built-in charge pump according to the present invention.
【図２】第１の実施例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment.
【図３】第１の実施の形態のＶＣＯのＶＣＯ発振周波数
特性を表すグラフである。FIG. 3 is a graph showing VCO oscillation frequency characteristics of the VCO according to the first embodiment.
【図４】第１の実施の形態のチャージポンプのチャージ
ポンプ出力電圧特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a charge pump output voltage characteristic of the charge pump according to the first embodiment.
【図５】第１の実施の形態のＮチャネルＭＯＳＦＥＴの
オン抵抗特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing on-resistance characteristics of the N-channel MOSFET according to the first embodiment.
【図６】第１の実施の形態のチャージポンプ内蔵型パワ
ースイッチの電流電圧特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing current-voltage characteristics of the power switch with a built-in charge pump according to the first embodiment;
【図７】本発明による第２の実施の形態を示すブロック
図である。FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment according to the present invention.
【図８】第１の実施例のＶＣＯのＶＣＯ発振周波数特性
を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing VCO oscillation frequency characteristics of the VCO of the first embodiment.
【図９】第１の実施例のチャージポンプのチャージポン
プ出力電圧特性を示すすグラフである。FIG. 9 is a graph showing a charge pump output voltage characteristic of the charge pump of the first embodiment.
【図１０】第１の実施例のＮチャネルＭＯＳＦＥＴのオ
ン抵抗特性を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing on-resistance characteristics of the N-channel MOSFET of the first embodiment.
【図１１】第１の実施例のチャージポンプ内蔵型パワー
スイッチの電流電圧特性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing current-voltage characteristics of the power switch with a built-in charge pump according to the first embodiment.
【図１２】従来のチャージポンプ内蔵型パワースイッチ
を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a conventional power switch with a built-in charge pump.
１ 入力端子 ２ 電流検出回路 ３ ドレイン端子 ４ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ ５ ソース端子 ６ 出力端子 ７ ゲート端子 ８ チャージポンプ回路 ９ ＶＣＯ ｌＯ 制御端子 １１ 固定抵抗器 １２ 演算増幅器 １３ 電流リミツタ １４ ＶＣＯ発振周波数特性 １５ チャージポンプ出力電圧特性 １６ ＮチャネルＭＯＳＦＥＴオン抵抗特性 １７ 従来例の電流電圧特性 １８ 電流電圧特性 １９ ０ＳＣ ２０ 第１の実施例のＶＣＯ発振周波数特性 ２１ 第１の実施例のチャージポンプ出力電圧特性 ２２ 第１の実施例のＮチャネルＭＯＳＦＥＴオン抵抗
特性 ２３ 第１の実施例の電流電圧特性 ２４ 従来例の電流電圧特性REFERENCE SIGNS LIST 1 input terminal 2 current detection circuit 3 drain terminal 4 N-channel MOSFET 5 source terminal 6 output terminal 7 gate terminal 8 charge pump circuit 9 VCO 10 control terminal 11 fixed resistor 12 operational amplifier 13 current limiter 14 VCO oscillation frequency characteristic 15 charge pump Output voltage characteristic 16 N-channel MOSFET on-resistance characteristic 17 Current-voltage characteristic of conventional example 18 Current-voltage characteristic 19 0SC 20 VCO oscillation frequency characteristic of first example 21 Charge pump output voltage characteristic of first example 22 First N-channel MOSFET on-resistance characteristics of the embodiment 23 Current-voltage characteristics of the first embodiment 24 Current-voltage characteristics of the conventional example
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05F 1/445,1/56 G05F 1/613,1/618 H02M 1/00 - 1/30 H03K 17/00 - 17/70 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05F 1 / 445,1 / 56 G05F 1 / 613,1 / 618 H02M 1/00-1/30 H03K 17 / 00-17/70
Claims (11)
端子とドレイン端子を接続して挿入された電界効果トラ
ンジスタのゲート電圧を、制御端子に入力されたスイッ
チ信号に応じて制御し、前記電界効果トランジスタのソ
ース・ドレイン間電流をオン／オフすることによりスイ
ッチ動作を行うパワースイッチにおいて、前記電界効果トランジスタとして、 ソース・ドレイン間
電圧よりも高いゲート電圧が印加されたときにスイッチ
オン動作を行うオン抵抗の極めて小さい電界効果トラン
ジスタを用い、 前記入力端子と出力端子間を流れる電流値を検出し、検
出した電流値に比例する制御電圧を出力する電流検出回
路と、 前記電流検出回路から制御電圧を供給され、この制御電
圧に正の相関を持つ周波数の矩形波信号を生成して出力
する電圧制御発振回路と、 前記電圧制御発振回路からの矩形波信号が入力され、前
記入力端子と出力端子間を流れる電流に正の相関を持
ち、前記電界効果トランジスタのしきい値電圧以上で、
電界効果トランジスタのオン抵抗が十分小さくかつゲー
ト電圧の増加と共に緩やかに減少する状態の電圧範囲の
電圧を、前記電界効果トランジスタのゲート端子に出力
するチャージポンプと、 を備えることを特徴とするパワースイッチ。1. A gate voltage of a field effect transistor inserted by connecting a source terminal and a drain terminal in series between an input terminal and an output terminal is controlled in accordance with a switch signal input to a control terminal. In a power switch which performs a switching operation by turning on / off a current between a source and a drain of the field-effect transistor, the switch-on operation is performed when a gate voltage higher than a source-drain voltage is applied as the field-effect transistor. A current detection circuit that detects a current value flowing between the input terminal and the output terminal, and outputs a control voltage proportional to the detected current value , using a field-effect transistor having an extremely small on-resistance. A voltage that is supplied with a control voltage and generates and outputs a rectangular wave signal with a frequency that has a positive correlation with this control voltage. A control oscillation circuit, a rectangular wave signal from the voltage control oscillation circuit is input, has a positive correlation with the current flowing between the input terminal and the output terminal, and at least the threshold voltage of the field effect transistor,
The on-resistance of the field effect transistor is sufficiently small and
Voltage range that gradually decreases with increasing
And a charge pump for outputting a voltage to a gate terminal of the field-effect transistor.
圧値に変換する固定抵抗器と、その電圧値を所要の増幅
率で増幅する高インピーダンス特性の演算増幅器とから
なっていることを特徴とする請求項１に記載のパワース
イッチ。2. The method according to claim 1, wherein the current detection circuit comprises a fixed resistor for converting the circuit current value to a voltage value, and an operational amplifier having a high impedance characteristic for amplifying the voltage value at a required amplification factor. The power switch according to claim 1, wherein:
固定抵抗器の入出力両端の電位差を監視して前記回路電
流値が規定値を超えて過電流となったとき、前記チャー
ジポンプ回路の動作をオフにするオフ信号を出力する過
電流防止用の電流リミッタを有していることを特徴とす
る請求項２に記載のパワースイッチ。3. The charge pump is connected in parallel with the fixed resistor and monitors a potential difference between input and output terminals of the fixed resistor. When the circuit current value exceeds a specified value and becomes overcurrent, the charge pump 3. The power switch according to claim 2, further comprising a current limiter for preventing an overcurrent that outputs an off signal for turning off the operation of the circuit.
ＭＯＳ形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載のパワースイッチ。4. The power switch according to claim 1, wherein said field effect transistor is an N-channel MOS type.
端子とドレイン端子を接続して挿入された電界効果トラ
ンジスタのゲート電圧を、制御端子に入力されたスイッ
チ信号に応じて制御し、前記電界効果トランジスタのソ
ース・ドレイン間電流をオン／オフすることによりスイ
ッチ動作を行うパワースイッチにおいて、前記電界効果トランジスタとして、 ソース・ドレイン間
電圧よりも高いゲート電圧が印加されたときにスイッチ
オン動作を行うオン抵抗値の極めて小さい電界効果トラ
ンジスタを用い、 前記入力端子と出力端子間の電圧値を検出し、検出した
電圧値に比例する制御電圧を出力する電圧検出回路と、 前記電圧検出回路から制御電圧を供給され、この制御電
圧に正の相関を持つ周波数の矩形波信号を生成して出力
する電圧制御発振回路と、 前記電圧制御発振回路からの矩形波信号が入力され、前
記入力端子と出力端子間の電圧に正の相関を持ち、前記
電界効果トランジスタのしきい値電圧以上で、電界効果
トランジスタのオン抵抗が十分小さくかつゲート電圧の
増加と共に緩やかに減少する状態の電圧範囲の電圧を、
前記電界効果トランジスタのゲート端子に出力するチャ
ージポンプと、 を備えることを特徴とするパワースイッチ。5. A gate voltage of a field-effect transistor inserted by connecting a source terminal and a drain terminal in series between an input terminal and an output terminal is controlled according to a switch signal input to a control terminal; In a power switch which performs a switching operation by turning on / off a current between a source and a drain of the field-effect transistor, the switch-on operation is performed when a gate voltage higher than a source-drain voltage is applied as the field-effect transistor. A voltage detection circuit that detects a voltage value between the input terminal and the output terminal and outputs a control voltage proportional to the detected voltage value , using a field-effect transistor having an extremely small on-resistance value. Voltage control that receives a control voltage and generates and outputs a square wave signal with a frequency that has a positive correlation with the control voltage An oscillation circuit, the rectangular wave signal from the voltage controlled oscillator circuit is input, has a positive correlation to the voltage between the input terminal and the output terminal, at least the threshold voltage of the field effect transistor, the field effect
The on-resistance of the transistor is sufficiently small and the gate voltage
The voltage in the voltage range that gradually decreases with increasing
And a charge pump that outputs a signal to a gate terminal of the field effect transistor.
て入力端子が高インピーダンス特性の演算増幅器である
ことを特徴とする請求項５に記載のパワースイッチ。6. The power switch according to claim 5, wherein said voltage detection means is an operational amplifier having a required amplification factor and an input terminal having a high impedance characteristic.
ＭＯＳ形であることを特徴とする請求項５または６に記
載のパワースイッチ。7. The power switch according to claim 5, wherein said field effect transistor is an N-channel MOS type.
端子とドレイン端子を接続して挿入された電界効果トラ
ンジスタのゲート電圧を、制御端子に入力されたスイッ
チ信号に応じて制御し、前記電界効果トランジスタのソ
ース・ドレイン間電流をオン／オフすることによりスイ
ッチ動作を行うパワースイッチを用いた電圧制御方法に
おいて、前記電界効果トランジスタとして、 ソース・ドレイン間
電圧よりも高いゲート電圧が印加されたときにスイッチ
オン動作を行うオン抵抗値の極めて小さい電界効果トラ
ンジスタをスイッチング素子として用い、 電流検出回路を用いて、前記入力端子と出力端子間を流
れる電流値を検出し、検出した電流値に比例する制御電
圧を出力し、 前記電流検出回路から制御電圧を供給され、この制御電
圧に正の相関を持つ周波数の矩形波信号を生成して出力
する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路からの
矩形波信号を受け取るチャージポンプを用いて、前記入
力端子と出力端子間を流れる電流に正の相関を持ち、前
記電界効果トランジスタのしきい値電圧以上で、電界効
果トランジスタのオン抵抗が十分小さくかつゲート電圧
の増加と共に緩やかに減少する状態の電圧範囲の電圧
を、前記電界効果トランジスタのゲート端子に印加する
ことにより前記電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ン間の電圧降下を抑制する、ことを特徴とするパワース
イッチを用いた電圧制御方法。8. A gate voltage of a field effect transistor inserted by connecting a source terminal and a drain terminal in series between an input terminal and an output terminal is controlled in accordance with a switch signal input to a control terminal; In a voltage control method using a power switch that performs a switching operation by turning on / off a current between a source and a drain of the field-effect transistor, a gate voltage higher than a source-drain voltage is applied as the field-effect transistor. A field effect transistor having an extremely small on-resistance value that performs a switch-on operation when the switch is turned on is used as a switching element, a current detection circuit is used to detect a current value flowing between the input terminal and the output terminal, and the detected current value The control circuit outputs a proportional control voltage, and is supplied with a control voltage from the current detection circuit. A current flowing between the input terminal and the output terminal is corrected by using a voltage controlled oscillation circuit that generates and outputs a square wave signal having a frequency having a correlation, and a charge pump that receives the square wave signal from the voltage controlled oscillation circuit. It has a correlation, at least the threshold voltage of the field effect transistor, the field effect
The on-resistance of the transistor is small enough and the gate voltage
Voltage in a voltage range that gradually decreases with increasing
And the field effect of suppressing the voltage drop between the source and the drain of the transistor, the voltage control method using a power switch, characterized in that by applying to the gate terminal of the field effect transistor.
値に変換し、この電圧値を演算増幅器によって増幅する
ことを特徴とする請求項８に記載のパワースイッチを用
いた電圧制御方法。9. The voltage control method using a power switch according to claim 8, wherein the circuit current value is converted into a voltage value by a fixed resistor, and the voltage value is amplified by an operational amplifier.
ス端子とドレイン端子を接続して挿入された電界効果ト
ランジスタのゲート電圧を、制御端子に入力されたスイ
ッチ信号に応じて制御し、前記電界効果トランジスタの
ソース・ドレイン間電流がオン／オフすることによりス
イッチ動作を行うパワースイッチを用いた電圧制御方法
において、前記電界効果トランジスタとして、 ソース・ドレイン間
電圧よりも高いゲート電圧が印加されたときにスイッチ
オン動作を行うオン抵抗値の極めて小さい電界効果トラ
ンジスタをスイッチング素子として用い、 電圧検出回路を用いて、前記入力端子と出力端子間の電
圧値を検出し、検出した電圧値に比例する制御電圧を出
力し、 前記電圧検出回路から制御電圧を供給され、この制御電
圧に正の相関を持つ周波数の矩形波信号を生成して出力
する電圧制御発振回路と、前記電圧制御発振回路からの
矩形波信号を受け取るチャージポンプを用いて、前記入
力端子と出力端子間の電圧に正の相関を持ち、前記電界
効果トランジスタのしきい値電圧以上で、電界効果トラ
ンジスタのオン抵抗が十分小さくかつゲート電圧の増加
と共に緩やかに減少する状態の電圧範囲の電圧を、前記
電界効果トランジスタのゲート端子に印加することによ
り、前記電界効果トランジスタのソース・ドレイン間の
電圧降下を抑制する、ことを特徴とするパワースイッチ
を用いた電圧制御方法。10. A gate voltage of a field effect transistor inserted by connecting a source terminal and a drain terminal in series between an input terminal and an output terminal is controlled in accordance with a switch signal input to a control terminal; In a voltage control method using a power switch that performs a switching operation by turning on / off a source-drain current of the field-effect transistor, a gate voltage higher than a source-drain voltage is applied as the field-effect transistor. A field-effect transistor having an extremely small on-resistance value that performs a switch-on operation when the switch is turned on, a voltage detection circuit is used to detect a voltage value between the input terminal and the output terminal, and the voltage is proportional to the detected voltage value. A control voltage is supplied from the voltage detection circuit, and a positive phase is applied to the control voltage. A voltage-controlled oscillating circuit that generates and outputs a square-wave signal having a frequency having the following formula, and a charge pump that receives the square-wave signal from the voltage-controlled oscillating circuit. the have at least the threshold voltage of the field effect transistor, the field effect tiger
The on-resistance of the transistor is sufficiently small and the gate voltage increases
By applying a voltage in a voltage range of a gradual decrease together with the gate terminal of the field-effect transistor, a voltage drop between the source and the drain of the field-effect transistor is suppressed. The voltage control method used.
ルＭＯＳ形であることを特徴とする請求項８〜１０のい
ずれかに記載のパワースイッチを用いた電圧制御方法。11. The voltage control method using a power switch according to claim 8, wherein said field effect transistor is an N-channel MOS type.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13310197A JP3259658B2 (en) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Power switch and voltage control method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13310197A JP3259658B2 (en) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Power switch and voltage control method using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10326117A JPH10326117A (en) | 1998-12-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP13310197A Expired - Fee Related JP3259658B2 (en) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | Power switch and voltage control method using the same |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3259658B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117439013A (en) * | 2023-11-29 | 2024-01-23 | 无锡力芯微电子股份有限公司 | Load switch chip with rapid overvoltage response |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP13310197A patent/JP3259658B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH10326117A (en) | 1998-12-08 |
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