JP3478596B2 - 電源接続回路及び電源線用スイッチic - Google Patents
電源接続回路及び電源線用スイッチicInfo
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Description
する電源接続回路及びそのための電源線用スイッチIC
に関し、特にオン抵抗が小さく、更に非導通状態に切り
換わった時に電源線の電圧安定化のための容量素子内の
電荷をすみやかに放電させ、導通状態時には電流が流れ
ない放電回路を有する電源接続回路及び電源線用スイッ
チICに関する。
ることが重要である。特に、電源として電池が使用され
る場合には、消費電力が電池の寿命に影響するため、消
費電力量が電池の交換又は電池の充電を行わずに使用で
きる時間を決定することになる。消費電力を低減するた
めに、電気機器を複数の部分に分け、使用していない部
分への電源供給を停止させる方法がある。電気機器によ
っては、使用中であるかないかにかかわらず常時動作さ
せる必要のある機能を有する場合がある。例えば、電気
機器自体は使用しなくても、タイマ等の機能は常時動作
させる必要がある。タイマ機能を停止させた場合には、
再度使用する時にタイマを再度設定する必要があり、そ
の設定動作はたいへん煩雑である。しかし、タイマ等の
機能を動作させるために、使用していない時にも電気機
器全体に電力を供給したのでは、動作する必要のない部
分にもスタンバイ電流が流れ、消費電力が大きくなると
いう問題がある。そのため、電気機器の本体部とタイマ
等の部分を分け、使用しない時には本体部への電力の供
給を停止することが行われる。
レイ、ディスク装置等の多くの周辺機器が接続され、コ
ンピュータを介して各機器に電力を供給することが行わ
れる。このような周辺機器はコンピュータが動作中であ
ってもかならずしも動作する必要のない場合が多い。そ
のような場合にはこれらの周辺機器への電力の供給を停
止することにより、スタンバイ電流が流れるのを防止し
ている。
を停止することにより、消費電力の低減を図ることが行
われているが、このためには機器の一部への電力の供給
を自由に制御できることが必要であり、電源線との接続
を制御するために電源線用スイッチが使用される。電源
線用スイッチは、常時動作している制御部からの制御信
号により制御される。
Tが使用され、ディスクリート回路で電源接続回路を構
成するのが一般的である。図10はMOS型トランジス
タを使用した従来の電源接続回路の例を示す図であり、
(1)がNチャンネルMOS型トランジスタの例であ
り、(2)がPチャンネルMOS型トランジスタの例で
ある。なお以下に示す図においては、便宜上同一の機能
部分には同一の参照番号を付して表すこととする。
り、5は機器本体部(負荷回路)であり、6は制御部で
あり、200は電源線である。13と14は電源線用ス
イッチであり、13はNチャンネルMOS型トランジス
タ、14はPチャンネルMOS型トランジスタであり、
15は制御信号を反転するインバータである。図10の
(1)において、NチャンネルMOS型トランジスタ1
3を導通(オン)状態にするには制御部6から正電圧の
信号が供給され、非導通(オフ)状態にするには制御部
6から接地電圧の信号が供給される。図10の(2)に
おいては、PチャンネルMOS型トランジスタ14が使
用されるため、制御部6が図11の(1)と同じ制御信
号を出力するならば、制御信号を反転させるインバータ
15が必要である。
用した構成においては、オン状態時に電源線用スイッチ
の抵抗がほとんど無視できるほど小さく、オフ状態時に
は電源線用スイッチが完全に遮断されているとみなせる
ことが重要である。オン状態時に電源線用スイッチが抵
抗を有するとその分電圧降下が生じ、電力も消費され
る。またオフ状態時に電源線用スイッチが完全に遮断さ
れていないと、オフ状態時に微量ではあるが機器本体部
に電流が流れ、電力が消費される。そのため、MOS型
トランジスタを使用した従来の電源線用スイッチ回路に
おいては、MOS型トランジスタのオン抵抗が十分に小
さく且つオフ抵抗が十分に大きいことが必要である。
タを電源線用スイッチに使用した回路においても上記の
条件を満たすことが必要であり、そのためにはパワーF
ETのゲート電圧を上記の条件を満たすことができる電
圧値にする。例えば、NチャンネルMOS型トランジス
タの場合には、オン状態にするための電圧を制御部6の
正の論理値に対応する電圧より高い電圧にし、Pチャン
ネルMOS型トランジスタの場合にはオフ状態にするた
めの電圧を制御部6の正の論理値に対応する電圧より高
い電圧にする。
接続回路の従来例を示す図である。図11において、参
照番号5は機器本体部(負荷)であり、16は電源線用
スイッチであるNチャンネルMOS型トランジスタであ
り、41は直流5V電源であり、42は直流12V電源
であり、61は制御回路である。201は5V用電源線
であり、202は12V用電源線である。L1は制御回
路61からの約5Vの制御信号を12Vの信号に変換す
る電圧変換回路であり、その出力はNチャンネルMOS
型トランジスタ16のゲートに印加される。抵抗R1は
制御回路61からの制御信号の動作速度を向上させるプ
ルダウン抵抗であり、容量素子C1は電圧変換回路L1
の出力を安定化するためのものである。
安定化するためにコンデンサ等の容量素子を接続するの
が一般的であり、このような容量素子を使用することに
より、機器本体部での消費電力の変動に対して安定した
電源電圧が維持される。抵抗R2と容量素子C2はこの
目的で使用されるものである。図11に示すように、N
チャンネルMOS型トランジスタ16のゲートに印加さ
れる制御信号を上記の条件を満たすものにするには、制
御信号の電圧をNチャンネルMOS型トランジスタのゲ
ート電圧に合った電圧に変換する電圧変換回路L1が必
要であり、このような電圧変換回路L1を動作させるに
は、5V電源41の他に12V電源42が必要である。
いては電源電圧を切り換えて使用するものがある。図1
2はそのような機器における従来の電源接続回路の構成
を示す図である。図12の回路において、5V電源4
4、12V電源45、NチャンネルMOS型トランジス
タ18、電圧変換回路L3、負荷51、及び抵抗R4、
R5、容量素子C4、C5はそれぞれ図11の回路の各
要素に対応する。図12の回路では、図11に回路に更
に直流3Vを発生する3V電源43を設け、3Vの電源
線204と負荷51の間に電源線スイッチとしてNチャ
ンネルMOS型トランジスタ17を設けたもので、Nチ
ャンネルMOS型トランジスタ17のゲートに印加され
る制御信号の電圧を変化させる電圧変換回路L2も設け
られている。そして、制御回路からは、NチャンネルM
OS型トランジスタ17、18のいずれかを導通状態に
するか、又はいずれも非導通状態にする制御信号が出力
される。
あり、フラッシュメモリと呼ばれる電気的に一括消去可
能な不揮発性メモリの電源接続回路の従来例を示す図で
ある。フラッシュメモリには、データの読み出し時に電
源電圧として5Vを供給するタイプと3.3Vを供給す
るタイプの2種類がある。いずれのタイプでも書き込み
時には電源電圧として12Vが供給される。5Vタイプ
が通常型であるが、低電力版として3.3Vタイプがあ
る。フラッシュメモリを使用する機器では、いずれのタ
イプも使用できることが望ましい。そこで、図13に示
すように、12V電源46と、5V電源47と、3.3
V電源48を設け、各電源の電源線とフラッシュメモリ
52の間に設けたPチャンネルMOS型トランジスタ1
91と、NチャンネルMOS型トランジスタ192、1
93を制御回路63からの制御信号a、b、cで制御す
るようにしている。制御信号aはデータ書き込み時には
「低」状態で、それ以外の時には「高」状態(12V)
になる。通常タイプのフラッシュメモリを使用する場合
には、データ読み出し時には制御信号bが「高」状態
(12V)になり、省エネルギタイプのフラッシュメモ
リを使用する場合には、データ読み出し時には制御信号
cが「高」状態(12V)になり、それ以外の時には制
御信号b、cとも「低」状態になる。
は5Vの電源電圧が供給されるが、マイクロプロセッサ
が動作しない状態が所定時間以上続くと、自動的に3.
3Vの電源電圧が供給される低消費電力モードに切り換
わるものがある。この場合にも、図12と同様の回路が
使用される。図14は電源線スイッチとしてNチャンネ
ルMOS型トランジスタを使用する場合のスイッチ電圧
とオン抵抗の関係を説明するための図である。(1)が
測定回路を示し、(2)が(1)の回路で測定された特
性を示す。図14から明らかなように、ゲートに同じ1
2Vの電圧が印加されていても、電源電圧Vsによって
オン抵抗が異なる。
NチャンネルMOS型トランジスタ17、18として同
一の特性のものが使用される場合には、それらのオン抵
抗が異なることになる。電気機器においては、電源線ス
イッチのオン抵抗として要求される範囲が仕様として決
められおり、図12のような回路のままではこの仕様を
満たすことができないため、NチャンネルMOS型トラ
ンジスタ17と18は異なる特性の別の部品を使用する
か、電圧変換回路L2、L3を構成する抵抗等の部品を
調整して仕様が満たされるようにしていた。しかし、異
なるNチャンネルMOS型トランジスタを使用したり、
部品を調整するのは工程管理上も好ましくなく、そのた
めにコストが増加するという問題がある。
圧を変化させる場合だけでなく、機器内で異なる負荷に
印加する電源電圧が異なる場合にも、同様の問題が生じ
る。更に、図12、13に示した回路や電池を使用する
機器等では、使用モードによって電源線に供給する電源
電圧を変化させるものもある。そのような場合、同一の
MOSトランジスタに印加される電源電圧が変化するこ
とになり、使用モードによって電源線スイッチのオン抵
抗が異なることになる。
してNチャンネルMOSトランジスタを使用する場合に
ついて説明したが、PチャンネルMOSトランジスタを
使用する場合には、ゲート電圧を0Vにすれば通常十分
なオン抵抗が得られるが、電源線の電圧が変化した場合
にはオフ抵抗が変化することになる。図12、13のよ
うな1個の負荷回路が複数の電源線に接続される回路に
おいて、電源線の電圧によって十分なオフ抵抗が得られ
ない場合には、電源線の間で電流が流れることになり、
消費電力が大きくなるという問題が生じる。
電源線には電源電圧を安定化するために容量素子を接続
している。しかし容量素子を接続すると、容量素子に蓄
積された電荷のため、電源線用スイッチをオフ状態にし
た時に電源線の電圧はゆっくりと低下することになり、
機器本体部での誤動作を生じる恐れが増大するという問
題がある。図15はこのような誤動作発生を防止するた
めに、容量素子に並列に抵抗素子を接続した放電回路を
有する従来例の構成を示す図である。
0の電圧を安定化するためにコンデンサ7と放電用の抵
抗8を接続した構成を有する。コンデンサ7に蓄積され
た電荷は、電源線用スイッチ1がオフ状態になると同時
に抵抗8を介してアース(接地線)に流れ、電源線20
0の電圧はすみやかに低下する。
電源接続回路においては、電源線スイッチとしてパワー
FETを使用するディスクリート回路で構成し、ゲート
に印加する電圧を生成するために別に高圧発生回路を設
けていたため、回路が大きく製造コストの高くなるとい
う問題があった。そのため必要な部品をできるだけIC
化することで回路の小型化及びコスト低減を図ることが
望まれている。
制御信号の電圧は一定であるため、異なる電源電圧の電
源線との接続に同一特性のパワーFETを使用した場合
には、オン抵抗が仕様を満たすことができなくなるとい
う問題が生じる。特に、上記のように、パワーFETを
含む部品をIC化する場合、複数個のパワーFETを1
パッケージに収めることが行われるが、その場合には個
々のオン抵抗を調整するのは不可能であり、この点から
もIC化は難しいのが現状である。
る構成においては、オン状態時に電源線200からアー
スに抵抗8を介して常時電流が流れるという問題があ
る。通常この抵抗は非常に大きな抵抗値を有するためこ
の抵抗を流れる電流による消費電力は小さいが、電池を
使用する機器ではそのような消費電力も大きな問題であ
る。
であり、電源線の電圧が変化しても一定のオン抵抗及び
オフ抵抗が得られる電源接続回路及び電源線用スイッチ
ICの提供と、電源線の電圧安定化のための容量素子内
の電荷をオフ状態に切り換わった時にすみやかに放電さ
せると共にオン状態時には電流が流れないようにした電
源接続回路及び電源線用スイッチICの提供を目的とす
る。
憶装置の第一の原理構成図である。図1に示すように、
本発明の第一の態様の電源接続回路は、制御部6からの
制御信号をゲートに印加することにより導通状態が変化
するMOS型トランジスタ10を、負荷回路5と電源線
200との間に設け、負荷回路5の電源線200との接
続状態を制御する回路であり、電圧変換手段2とクラン
プ手段9とを備える。電圧変換手段2は、制御信号の電
圧を変化させてMOS型トランジスタ10のゲートに印
加する。クランプ手段9は、電圧変換手段2の出力電圧
が電源線200の電圧に対して所定の差を有するように
する。
理構成図である。図2に示すように、本発明の第二の態
様の電源接続回路は、負荷回路5と電源線200との間
に設けられた電源線用スイッチ1を備え、電源線用スイ
ッチ1を導通状態又は非導通状態にすることにより負荷
回路5の電源線200との接続状態を制御可能にした回
路であり、電源線用スイッチ1が非導通状態の時に負荷
回路5に接続される電源線を接地線に接続し、電源線用
スイッチ1が導通状態の時には負荷回路5に接続される
電源線を接地線から遮断状態にする放電回路3を備え
る。
は、クランプ手段9が電源線用スイッチを構成するMO
S型トランジスタ10のゲートに印加される電圧を電源
線200の電圧に対して所定の差を有するようにクラン
プするため、電源線の電圧が変化してもMOS型トラン
ジスタ10のオン抵抗は一定になる。
ては、電源線用スイッチ1がオフ状態の時に出力側の電
源線と接地線とを接続状態にし、電源線用スイッチ1が
オン状態の時には出力側の電源線と接地線とを遮断状態
にする放電手段3を備えるため、電源線用スイッチ1が
オフ状態になった時にはこの放電回路3を介して電源線
200の電圧安定のための容量素子に蓄積された電荷が
すみやかに放電され、電源線用スイッチ1がオン状態の
時にはこの放電手段3は遮断されるため、不要な電流が
流れることもない。従って、消費電力を低減できる。
段9、放電手段3の少なくとも1つを電源線用スイッチ
と一緒にIC化すれば、ディスクリート部品で構成する
のに比べて、回路構成を簡単にすることができる。図1
及び図2における参照番号100は、IC化する場合の
好ましい範囲を示す。
ある。図3において、11はNチャンネルMOSトラン
ジスタを、4は電源を、5は負荷回路を、6は制御回路
を、21は制御信号の電圧を昇圧するチャージポンプ回
路を、91はクランプ回路を、200は電源線を示す。
チャージポンプ回路21が電圧変換手段2に相当し、ク
ランプ回路91がクランプ手段9に相当する。電源4は
例えば5V電源である。
1はリング発振回路211と、5個のダイオードD1、
D2、D3、D4、D5と、容量素子C1、C2、C
3、C4と、2個のインバータINV1、INV2を有
する。クランプ回路91は、ツェナーダイオードZ1
と、ダイオードDbと、PNPランジスタQ1、Q2を
有する。
態にする時、制御回路6からは電源4の出力する電圧5
Vに近似した電圧の信号が出力される。この信号はダイ
オードD1のアノードに印加されると共に、リング発振
回路211に印加される。これに応じてリング発振回路
211が発振し、クロック信号を出力する。クロック信
号はインバータINV1に入力され、その出力は更にイ
ンバータINV2に入力され、相補クロック信号CK、
/CKが生成される。CKが「低」の時ノードN1は約
5Vになり、容量素子C1はこの電圧に充電される。次
に、CKが「高」に変化すると、容量素子C1の一方の
電極の電位が上昇するため、ノードN1の電位も上昇す
る。ノードN1と制御回路6の間にはダイオードD1が
あるため、ノードN1は制御信号以上の電位になる。ノ
ードN1の電位が高くなると、ダイオードD2を通して
ノードN2の電位が上昇する。この時、容量素子C2の
一方の電極に印加されている/CKは「低」状態であ
り、容量素子C2はノードN2の電位になるように充電
されることになる。再びCKが「低」状態に、/CKが
「高」状態になると、ノードN2の電位は更に上昇し、
これに応じてノードN3の電位も上昇する。このような
動作を繰り返すことで、ノードN5の電位が上昇、すな
わちダイオードD5のカソードから出力される電圧が昇
圧される。
ダイオードDb及びトランジスタQ1、Q2を介して電
源線200に接続されている。そのため、チャージポン
プ回路21によってノードN5の電位が上昇しても、電
源線200の電位よりツェナーダイオードZ1の閾値V
FZ1とダイオードDbの閾値VFDbと、トランジス
タQ1又はQ2の閾値VBEPNPの和以上に高くなる
ことはない。すなわち、ノードN5の電位は、電源線2
00の電圧よりVFZ1+VFDb+VBEPNPだけ
高い電圧になる。この電圧がNチャンネルMOSトラン
ジスタ11のゲートに印加される。従って、Nチャンネ
ルMOSトランジスタ11のゲートに印加される電圧
を、常に電源線200の電圧よりVFZ1+VFDb+
VBEPNPだけ高くすることができる。
ートに印加される電圧と電源線の電圧の差が一定であれ
ばオン抵抗は一定であるから、図3の回路であれば、た
とえ電源線の電圧が変化してもオン抵抗は変化しないこ
とになる。NチャンネルMOSトランジスタ11をオフ
状態にする時には、制御回路6から出力される制御信号
を「低」状態にすればよい。通常のNチャンネルMOS
トランジスタならば、0Vで十分高いオフ抵抗が得られ
る。
NチャンネルMOSトランジスタ11、チャージポンプ
回路21、クランプ回路91をまとめてIC化すること
が望ましいが、チャージポンプ回路21とクランプ回路
91のいずれか一方のみをNチャンネルMOSトランジ
スタ11と一緒にIC化してもよい。図3の第一実施例
では、NチャンネルMOSトランジスタを使用している
が、PチャンネルMOSトランジスタを使用することも
可能である。その場合、図10で説明したように、負荷
回路を電源線に接続する場合にはゲートに「低」の信
号、すなわち約0Vを印加し、負荷回路を電源線から切
り離す場合にはゲートに電源線の電圧より所定量高い電
圧を印加するようにする。これにより、オフ抵抗が十分
に高くなる。PチャンネルMOSトランジスタを使用す
るとNチャンネルMOSトランジスタに比べて、同一サ
イズではオン抵抗が高くなるが、回路構成が簡単になる
等の利点がある。
である。図4において、121は電源線用スイッチに相
当するNチャンネルMOSトランジスタを示し、321
はインバータを示し、322は電源線200とアース
(接地線)の間を接続するNチャンネルMOSトランジ
スタを示し、7は電源線200とアースの間に接続され
た電源線200の電圧安定用コンデンサを示す。2個の
NチャンネルMOSトランジスタ121、322とイン
バータ321は電源線用スイッチIC内に形成される。
ネルMOSトランジスタ121のゲートに印加されると
共に、インバータ321を介してNチャンネルMOSト
ランジスタ322のゲートに印加される。従って、Nチ
ャンネルMOSトランジスタ121がオン状態の時には
NチャンネルMOSトランジスタ322はオフ状態にな
り、逆にNチャンネルMOSトランジスタ121がオフ
状態の時にはNチャンネルMOSトランジスタ322は
オン状態になる。NチャンネルMOSトランジスタ32
2のオフ抵抗は十分に大きくすることが可能であり、電
源線200に電源電圧が印加される場合でも、電源線2
00からアースに流れる電流は非常に小さくすることが
できる。また電源線200への電源電圧の供給が停止さ
れた場合、コンデンサ7の電荷はNチャンネルMOSト
ランジスタ322を介してすみやかにアースに流れるた
め、負荷回路5で誤動作を生じる恐れも低減される。
図4の第二実施例におけるNチャンネルMOSトランジ
スタ322のかわりにPチャンネルMOSトランジスタ
332を設けたものであり、インバータが不要になる。
図6は第四実施例の構成を示す図であり、図4の第二実
施例に抵抗344とNPNトランジスタ343を付加し
たものである。このような構成をとることにより、Nチ
ャンネルMOSトランジスタ342がオン状態又はオフ
状態になるのに応じてNPNトランジスタ343もオン
状態又はオフ状態になり、NPNトランジスタ343が
オン状態になると図4のNMOSトランジスタ322だ
けでコンデサに蓄積された電荷を放電させるより、もっ
と、急速にアースに流れる。
放電用のトランジスタをPNPトランジスタ355とし
たものであり、PNPトランジスタ355のベースには
PチャンネルMOSトランジスタ352とNチャンネル
MOSトランジスタ353で構成されるCMOSインバ
ータ回路の出力が印加される。但し、この実施例におい
ては、電源線200の電位をアース電位(GND)まで
低下させることはできないため、そのような状態でも支
障のない場合に使用する必要がある。
図5の第三実施例に抵抗364とNPNトランジスタ3
64を付加したものであり、同様にNPNトランジスタ
364を介して放電が急速に行われる。図9は第七実施
例の構成を示す図であり、第七実施例は図3のチャージ
ポンプ回路とクランプ回路を有する第一実施例の構成に
図4の第二実施例の放電回路のNチャンネルMOS型ト
ランジスタを付加した実施例である。このような構成を
とることにより、これまで説明した両方の効果が得られ
る。
要とせずに所望のオン抵抗及びオフ抵抗が得られる電源
線用スイッチICが提供されると共に、電源線の電圧安
定化のための容量素子内の電荷をオフ状態に切り換わっ
た時にすみやかに放電させると共にオン状態時には無駄
な電流が流れないようにした電源接続回路及び電源線用
スイッチICが提供される。
る。
である。
す図である。
示す図である。
電圧、電源電圧、オン抵抗の関係を説明する図である。
る従来の電源回路の構成例を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 第1の被制御端子が電源線に接続され、
第2の被制御端子が負荷回路に接続され、ゲートに制御
信号が供給されることにより導通状態が変化するMOS
トランジスタと、 電圧を変化させた制御信号を前記MOSトランジスタの
ゲートに供給するチャージポンプ回路と、 前記チャージポンプ回路の出力電圧が前記電源線の電圧
に対して所定の電圧差を有するようにするクランプ手段
と、 を有し、 前記クランプ手段は、 一端において、前記チャージポンプ回路と前記MOSト
ランジスタのゲートとに接続された電圧降圧回路と、 前記電圧降圧回路の他端と接地とに接続され、前記MO
Sトランジスタの前記第1の被制御端子の電圧によって
制御される第1のトランジスタと、 前記電圧降圧回路の他端と接地とに接続され、前記MO
Sトランジスタの前記第2の被制御端子の電圧によって
制御される第2のトランジスタと、 を有することを特徴とする電源接続回路。 - 【請求項2】 前記電圧降圧回路は、少なくとも一個以
上のダイオードを有することを特徴とする請求項1に記
載の電源接続回路。 - 【請求項3】 前記第1のトランジスタと前記第2のト
ランジスタとはバイポーラトランジスタであることを特
徴とする請求項1又は2に記載の電源接続回路。 - 【請求項4】 第1の被制御端子が電源線に接続され、
第2の被制御端子が負荷回路に接続され、ゲートに制御
信号が供給されることにより導通状態が変化するMOS
トランジスタと、 電圧を変化させた制御信号を前記MOSトランジスタの
ゲートに供給するチャージポンプ回路と、 前記チャージポンプ回路の出力電圧が前記電源線の電圧
に対して所定の電圧差を有するようにするクランプ手段
と、 を有し、 前記クランプ手段は、 一端において、前記チャージポンプ回路と前記MOSト
ランジスタのゲートとに接続された電圧降圧回路と、 前記電圧降圧回路の他端と接地とに接続され、前記MO
Sトランジスタの前記第1の被制御端子の電圧によって
制御される第1のトランジスタと、 前記電圧降圧回路の他端と接地とに接続され、前記MO
Sトランジスタの前記第2の被制御端子の電圧によって
制御される第2のトランジスタと、 を有することを特徴とする電源用スイッチIC。 - 【請求項5】 前記電圧降圧回路は、少なくとも一個以
上のダイオードを有することを特徴とする請求項4に記
載の電源用スイッチIC。 - 【請求項6】 前記第1のトランジスタと前記第2のト
ランジスタとはバイポーラトランジスタであることを特
徴とする請求項4又は5に記載の電源用スイッチIC。
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JP12627193 | 1993-05-27 | ||
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