JP3848265B2 - 電子装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ACアダプタなどの直流電源からの予期せぬ異常電圧から、内蔵する半導体集積回路(IC)チップを保護するようにした電子装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ICチップへの電源電圧を、ACアダプタにより商用交流電源から変圧整流して所定の直流電圧を形成し、供給することが行われている。ACアダプタからの出力電圧は通常は安定して供給されるが、性能の低いACアダプタが用いられる場合や、ACアダプタが不良状態になった場合には、予期せぬ過電圧が発生することが避けられない。この過電圧は、ACアダプタに接続されたICに供給されるから、IC内部の回路素子が破壊されることになる。
【0003】
このような事態を避けるために、従来は図5に示されるように、交流電源1の電圧を、ACアダプタ2で変圧整流して、所定のアダプタ出力電圧Vadを形成し、これを高耐圧のレギュレータ3で安定化して、安定化された直流電圧をIC4に供給するようにしていた。
【0004】
一方、三端子レギュレータからの電源を供給されるICの内部に、その入力端子に抵抗と過電圧制限素子(例えば、ツェナーダイオード)からなる過電圧制限回路を接続し、過電圧制限素子で制限された電圧を得る。そして、制限された電圧を内部回路に供給するようにしたICが提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−41801号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高耐圧のレギュレータをACアダプタとICとの間に設けるものでは、その高耐圧のレギュレータが別に必要となるから、その分コストが上昇してしまう。
【0007】
また、特許文献1のような過電圧制限回路を用いるものでは、過電圧制限素子とともに過電圧制限回路を構成する抵抗もIC内部に形成されるから、ICのプロセス設計は入力される過電圧を基準として行う必要がある。したがって、プロセス設計上の制約から、対応できる過電圧に限界がある。また、過電圧制限回路を構成する抵抗は、過電圧制限時に過電圧制限素子に流れる電流を所定範囲の値に抑えることが必要であり、また、制限された電圧が供給される内部回路(素子ブロック)での電流に応じてその抵抗で発生する熱を所定範囲に抑えることも要求される。これらの要求に応えるために、過電圧制限回路の設計自由度が制限されてしまう。
【0008】
そこで、本発明は、予期せぬ異常電圧を発生してしまうおそれのある直流電源からの異常電圧を、IC外部に簡単な外付け素子を設けることにより、高耐圧レギュレータを不要とするとともに、ICの過電圧耐量を低減し、かつ過電圧制限回路を含めてプロセス設計を容易にすることができる、電子装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の電子装置は、第1電圧入力端子Pin、この第1電圧入力端子Pinに電気的に接続され、前記第1電圧入力端子Pinに印加される入力電圧Vinを所定値Vlimに制限する電圧制限ブロック21、電圧制御端子Pvc、第1定電圧入力端子Pc、前記電圧制限ブロック21で制限された入力電圧Vinが供給され、前記第1定電圧入力端子Pcに印加される定電圧Vcに基づく検出電圧Vdetを基準電圧Vbgと比較してその比較結果による制御信号を前記電圧制御端子Pvcに印加する制御ブロック30とを含む第1IC20と、
外部から直流電源電圧Vadが印加される外部電源端子Tadと、
この外部電源端子Tadと前記第1電圧入力端子Pinとの間に電気的に接続される抵抗器11と、
前記外部電源端子Tadと前記第1定電圧入力端子Pc間に電気的に接続され、前記電圧制御端子Pvcに印加される前記制御信号により制御される制御トランジスタ12と、
前記第1電圧入力端子Pinに印加される入力電圧Vinが印加される第2電圧入力端子PinA、前記定電圧Vcが印加される第2定電圧入力端子PcA、前記第2電圧入力端子PinAに印加された入力電圧Vinを制限する電圧制限ブロックを有せず、その入力電圧Vinが供給される第2回路ブロックと、前記第2定電圧入力端子PcAに印加された前記定電圧Vcが供給される所要の回路ブロックを含む、少なくとも1つの第2IC20Aと、を備え、
前記抵抗器11と前記電圧制限ブロック21とにより、前記外部電源端子Tadに印加される前記直流電源電圧Vadが過電圧になったときに、前記第1電圧入力端子Pin及び前記第2電圧入力端子PinAに印加される入力電圧Vinを前記所定値Vlimに制限するとともに、前記定電圧Vcを前記第1IC内及び前記第2IC内の所要の回路ブロックに供給することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子装置の実施の形態について、図を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る回路構成を示す図であり、図2は、電圧制限ブロック(以下、電圧リミッタ)の構成例を示す図であり、図3は、電圧制限特性を示す図である。
【0012】
図1において、商用交流電源1の交流電圧がACアダプタ2に供給され、ACアダプタ2で交流電圧を変圧し整流・平滑して、所定の直流電源電圧Vadを形成する。この直流電源電圧Vadが、電子装置10の外部電源端子Tadに印加される。この直流電源電圧Vadは通常は安定して供給されるが、性能の低いACアダプタが用いられる場合や、ACアダプタが不良状態になった場合には、予期せぬ過電圧が発生することがある。
【0013】
電子装置10には、第1IC20と、複数の第2IC20A〜20Nが設けられる。これら各ICの電圧入力端子Pin、PinA〜PinNは、例えばパッドで形成され、IC外部で共通に接続される。この共通の接続点と外部電源端子Tadとの間に、抵抗器11が接続される。
【0014】
第1IC20には、その電圧入力端子Pinに接続される電圧リミッタ21と回路ブロック30等が設けられる。第2IC20A〜20Nには、それらの電圧入力端子Pinに接続される回路ブロック30A〜30N等が設けられる。なお、これらの第2IC20A〜20Nの数は任意であり、1つでも良く、場合によっては設けないこともある。
【0015】
電圧リミッタ21は、電圧入力端子Pinの電圧を抵抗器11と協働して所定値に制限するためのものであり、図2(a)(b)(c)に示されるような構成の回路構成のものが用いられる。図2(a)〜(c)のいずれの電圧リミッタ21においても、電圧制限時の入力電圧Vinは、所定の制限電圧値Vlimに制限される。この電圧制限時の直流電源電圧Vadと、入力電圧Vinである制限電圧値Vlimとの差電圧は抵抗器11の両端間に印加される。
【0016】
図2(a)の電圧リミッタ21は、電圧入力端子Pinの入力電圧Vinとグランド間に接続されるNPNトランジスタ(以下、NPN)22と、このNPN22のベースと入力電圧点との間に直列接続された1以上のダイオード23とにより構成されている。これらダイオード23の直列数をN、1個当たりの電圧降下をVfとすると、入力電圧Vinが所定電圧「(N+1)×Vf」を越えようとすると、NPN22が導通(オン)するから、入力電圧Vinは所定電圧「(N+1)×Vf」に制限される。
【0017】
図2(b)の電圧リミッタ21は、電圧入力端子Pinの入力電圧Vinとグランド間にツェナーダイオード24が接続されている。入力電圧Vinは、ツェナーダイオード24のツェナー電圧Vzに制限される。
【0018】
図2(c)の電圧リミッタ21は、電圧入力端子Pinの入力電圧Vinとグランド間に接続されるN型MOSトランジスタ(以下、NMOS)25と、このNMOS25のゲートと入力電圧点との間に接続された抵抗器26(抵抗値R1)及びゲートとグランド間に接続された抵抗器27(抵抗値R2)とにより構成されている。これら抵抗器26、27の分圧比により決まるゲート電圧「Vin×R2/(R1+R2)」が、NMOS25のスレッショルド電圧Vthを越えようとすると、NMOS25が導通(オン)するから、入力電圧Vinは所定電圧「Vth×((R1+R2)/R2)」に制限される。
【0019】
さて、図1の電子装置10において、ACアダプタ2からの直流電源電圧Vadが予定通りの電圧値で供給されている場合には、IC20の電圧リミッタ21は動作せず、電圧入力端子Pinへの入力電圧Vinが回路ブロック30に供給される。この場合、抵抗器11には、回路ブロック30へ流入する電流と抵抗器11の抵抗値R11による電圧降下が発生し、これによる損失(発熱)が生じるが、その電圧降下分を所定の範囲内になるように抵抗値、電流値を設定しておくことにより、入力電圧Vinは回路ブロック30の動作に支障を来さない値に保たれる。
【0020】
直流電源電圧Vadが、ACアダプタが不良状態になったことなどにより、予期せぬ過電圧になり、入力電圧Vinが電圧リミッタ21の制限電圧値Vlimを越えるようになると、電圧リミッタ21が動作して入力電圧Vinは制限電圧値Vlimに制限される。この直流電源電圧Vadと入力電圧Vinとの関係を示す電圧制限特性が図3に示されている。
【0021】
この過電圧制限動作状態では、直流電源電圧Vadと制限電圧値Vlimとの差電圧(Vad−Vlim)が抵抗器11の両端間に印加され、その差電圧に応じた電圧制限電流Ilimが流れる。したがって、この電流Ilimと抵抗値R11とによる損失分が抵抗器11で発生し、発熱する。しかし、電圧リミッタ21とともに過電圧制限回路を構成する抵抗器11が、IC20の外部に設けられているから、IC20には過電圧が印加されず、また過電圧制限電流Ilimに伴う発熱の影響を受けることはない。
【0022】
このように、IC20内部に設けた電圧リミッタ21と、IC20の電圧入力端子Pinと外部電源端子Padとの間に設けた抵抗器11とにより、ACアダプタ2に発生する予期せぬ異常電圧を制限するから、IC20には所定値Vlim以上の電圧が印加されることはない。さらに、過電圧制限回路を構成する抵抗器11はIC20の外側に設けるから、過電圧制限時に電圧リミッタ21に流れる電流Ilimを所定範囲の値に抑えること、その抵抗器11で発生する熱を所定範囲に抑えることなどの要求にも容易に応えることができる。したがって、IC20の過電圧耐量を低減し、かつ電圧リミッタ21を含めてプロセス設計を容易にする。
【0023】
また、電子装置10に電圧リミッタ21を有するIC20とともに、他の複数のIC20A〜20Nを設ける場合に、本発明では過電圧制限回路を構成する抵抗器11はIC20の外側に設けるから、他のIC20A〜20Nには電圧リミッタを設ける必要がなく、電圧制限された入力電圧Vinをそれぞれ電圧入力端子PinA〜PinNに供給することができる。即ち、他のIC20A〜20Nは、何らの過電圧保護対策を行うことなく、過電圧から保護される。
【0024】
なお、図1の第1の実施の形態では、電圧リミッタ21を1つのIC20のみに設けることとして説明した。しかし、これに限ることなく、他のIC(例えば、IC20A)にも、同様の電圧リミッタを設けることができる。この場合、複数の電圧リミッタが電気的に並列に接続されるから、最も制限電圧Vlimが低い電圧リミッタが電圧制限動作を行うと他の電圧リミッタはもはや電圧制限動作を行うことはない。したがって、他の電圧リミッタはバックアップ用の電圧リミッタとして機能することになる。これにより、万一、1つの電圧リミッタが故障して電圧制限動作が行えなくなった場合でも、他の電圧リミッタがバックアップ動作するから、電圧制限動作を確実に行うことができる。この点は、第2の実施の形態でも、同様である。
【0025】
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る電子装置の回路構成を示す図であり、図1の第1の実施の形態に係る電子装置に、さらに各IC20、20A〜20Nにおいて、制御された定電圧を利用することができるように構成したものである。なお、図1の電子装置における構成と同じものには同一の符号を付しており、再度の説明は省略する。
【0026】
図4において、外部電源端子TadからPNPトランジスタ(以下、PNP)の制御トランジスタ12を介して定電圧Vcを得て、この定電圧VcをIC20の定電圧入力端子Pcに入力する。制御トランジスタ12のベースは、NPN14を介してIC20の電圧制御端子Pvcに接続され、また、NPN14のベースはダイオード13のカソードが接続され、そのアノードは電圧入力端子Pinに接続される。
【0027】
IC20には、回路ブロックの1つとして制御ブロック30が設けられている。制御ブロック30には、エラーアンプ32が設けられ、定電圧入力端子Pcに入力される定電圧Vcを分圧抵抗器34、35で分圧した検出電圧Vdetを、バンドギャップ(BG)定電圧回路33で形成された一定の基準電圧Vbgと比較する。さらに、電圧制御端子Pvcとグランド間にNPNの駆動トランジスタ31が設けられており、この駆動トランジスタ31のベースにエラーアンプ32の制御出力が供給される。
【0028】
また、IC20において、入力電圧Vinを他の所要の回路ブロックに供給するとともに、定電圧Vcを所要の回路ブロックに供給するように構成されている。
【0029】
さらに、電子装置10において、バッテリー15が、定電圧Vc点の個所に接続され、浮動充電されるように構成されている。また、他のIC20A〜20Nに設けられた電圧入力端子PinA〜PinN及び定電圧入力端子PcA〜PcNに、入力電圧Vin及び定電圧Vcを供給するように構成している。そして、IC20A〜20Nの内部において、所要の回路ブロック(図示省略)に入力電圧Vin及び定電圧Vcを供給する。なお、バッテリー15に代えてコンデンサを用いても良いし、或いはバッテリー15を設けなくてもよい。
【0030】
この図4の第2の実施の形態において、電圧制限された入力電圧Vinが制御ブロック30に供給されて、所定の制御動作を行わせる。
【0031】
制御ブロック30においては、エラーアンプ32の(+)入力端子に供給される基準電圧Vbgと、(−)入力端子に入力される検出電圧Vdetとの比較に基づく制御信号により駆動トランジスタ31が制御される。
【0032】
この駆動トランジスタ31の制御にしたがって、補助トランジスタ14を介して制御トランジスタ12の導通度が制御され、定電圧Vcが出力される。
【0033】
また、電圧制御端子Pvcの電圧は、入力電圧Vinからダイオード13の順方向電圧降下分の電圧Vfと補助トランジスタ14のベース−エミッタ間の電圧降下分の電圧Vbeを引いた電圧(Vin−Vf−Vbe)が印加される。
【0034】
したがって、電圧入力端子Pinには電圧制限された入力電圧Vinが入力され、電圧制御端子Pvcには入力電圧Vinより所定量だけ低い電圧が入力され、さらに定電圧入力端子Pcには定電圧Vcが入力されるから、IC20は制限された電圧以下の電圧しか入力されない。
【0035】
また、IC20A〜20Nには、電圧制限された入力電圧Vinと定電圧Vcとが入力されるから、過電圧に対する保護を考慮する必要がない。なお、IC20A〜20Nにおいて、入力電圧Vinを使用しない場合には、電圧入力端子PinA〜PinNを削減することができる。
【0036】
この第2の実施の形態では、第1の実施の形態におけると同様の効果を得る他、ACアダプタ2からの直流電源電圧Vadの変動やノイズに影響されることなく、定電圧VcをIC20、20A〜20N内の所要の回路ブロックに供給する。また、制御トランジスタ12は外部電源端子Tad側に接続されているから、定電圧Vcが供給される回路ブロック電流や、定電圧Vcにより充電されるバッテリー15への充電電流が、過電圧制限回路を構成する抵抗器11に流れることがない。したがって、その分の抵抗器11による電圧降下や熱損失がなく、十分な大きさの定電圧Vcを確保でき、かつ余分な損失を低減できる。
【0037】
また、複数のIC20、20A〜20Nが使用される場合に、制御ブロックが設けられる第1IC20以外のIC20A〜20Nは、何らの過電圧保護対策を行うことなく過電圧から保護されるとともに、所定の定電圧Vcを利用できる。
【0038】
さらに、電圧制御端子にPvcは入力電圧Vinより低い電圧までしか印加されないから、過電圧による影響を避けることができる。
【0039】
また、本発明の電子装置は、第1電圧入力端子、この第1電圧入力端子に電気的に接続され、前記第1入力端子に印加される電圧を所定値に制限する電圧制限ブロック、電圧制御端子、第1定電圧入力端子、前記電圧制限ブロックで制限された電圧が供給され、前記第1定電圧入力端子に印加される定電圧に基づく検出電圧を基準電圧と比較してその比較結果による制御信号を前記電圧制御端子に印加する制御ブロックとを含む第1ICと、外部から直流電源電圧が印加される外部電源端子と、この外部電源端子と前記第1電圧入力端子との間に電気的に接続される抵抗器と、前記外部電源端子と前記前記第1定電圧入力端子間に電気的に接続され、前記電圧制御端子に印加される前記制御信号により制御される制御トランジスタとを備え、前記抵抗器と前記電圧制限ブロックとにより、前記外部電源端子に印加される前記直流電源電圧が過電圧になったときに、前記第1電圧入力端子に印加される入力電圧を前記所定値に制限するとともに、前記定電圧を前記第1IC内の所要の回路ブロックに供給するように構成できる。
【0040】
また、本発明の電子装置は、さらに、前記定電圧が印加される第2定電圧入力端子、前記第2定電圧入力端子に印加された前記定電圧が供給される所要の回路ブロックを含む、少なくとも1つの第2ICとを備えることができる。
【0041】
また、本発明の電子装置は、さらに、前記制御トランジスタの制御入力部と前記電圧制御端子との間に補助トランジスタが設けられ、該補助トランジスタの制御入力部にダイオードを介して前記入力電圧が供給されるように構成できる。
【0042】
【発明の効果】
本発明の請求項1の電子装置によれば、IC内部に設けた電圧制限ブロックと、ICの電圧入力端子と外部端子との間に設けた抵抗器とにより、ACアダプタなどの直流電源に発生する予期せぬ異常電圧を制限するから、ICには所定値以上の電圧が印加されることはない。したがって、高耐圧レギュレータを不要としてコストを低減できる。
また、ACアダプタからの直流電源電圧の変動やノイズに影響されることなく、定電圧をIC内の所要の回路ブロックに供給する。また、制御トランジスタは外部電源端子側に接続されているから、定電圧が供給される回路ブロック電流や、定電圧により充電されるバッテリーへの充電電流が、過電圧制限回路を構成する抵抗器に流れることがない。したがって、その分の抵抗器による電圧降下や熱損失がなく、十分な大きさの定電圧を確保でき、かつ余分な損失を低減できる。
【0043】
さらに、過電圧制限回路を構成する抵抗器はICの外側に設けるから、過電圧制限時に過電圧制限素子に流れる電流を所定範囲の値に抑えること、その抵抗器で発生する熱を所定範囲に抑えることなどの要求にも容易に応えることができるから、ICの過電圧耐量を低減し、かつ過電圧制限ブロックを含めてプロセス設計を容易にする。
【0044】
また、複数のICが使用される場合に、電圧制限ブロックが設けられるIC以外のICは、何らの過電圧保護対策を行うことなく、過電圧から保護される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る回路構成を示す図。
【図2】電圧リミッタの構成例を示す図。
【図3】電圧リミッタの電圧制限特性を示す図。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る回路構成を示す図。
【図5】従来の、ACアダプタからICチップへ電源を供給する構成を示す図。
【符号の説明】
1 交流電源
2 ACアダプタ
10 電子装置
11 抵抗器
12 制御トランジスタ
13 ダイオード
14 補助トランジスタ
15 バッテリー
20、20A〜20N IC
21 電圧リミッタ
30 制御ブロック(回路ブロック)
31 駆動トランジスタ
32 エラーアンプ
33 BG定電圧回路
34、35 分圧抵抗
Vad 直流電源電圧
Vin 入力電圧
Vc 定電圧
Tad 外部電源端子
Pin、PinA〜PinN 電圧入力端子
Pc、PcA〜PcN 定電圧入力端子
Pvc 電圧制御端子

Claims (1)

  1. 第1電圧入力端子、この第1電圧入力端子に電気的に接続され、前記第1電圧入力端子に印加される入力電圧を所定値に制限する電圧制限ブロック、電圧制御端子、第1定電圧入力端子、前記電圧制限ブロックで制限された入力電圧が供給され、前記第1定電圧入力端子に印加される定電圧に基づく検出電圧を基準電圧と比較してその比較結果による制御信号を前記電圧制御端子に印加する制御ブロックとを含む第1ICと、
    外部から直流電源電圧が印加される外部電源端子と、
    この外部電源端子と前記第1電圧入力端子との間に電気的に接続される抵抗器と、
    前記外部電源端子と前記第1定電圧入力端子間に電気的に接続され、前記電圧制御端子に印加される前記制御信号により制御される制御トランジスタと、
    前記第1電圧入力端子に印加される入力電圧が印加される第2電圧入力端子、前記定電圧が印加される第2定電圧入力端子、前記第2電圧入力端子に印加された入力電圧を制限する電圧制限ブロックを有せず、その入力電圧が供給される第2回路ブロックと、前記第2定電圧入力端子に印加された前記定電圧が供給される所要の回路ブロックを含む、少なくとも1つの第2ICと、を備え、
    前記抵抗器と前記電圧制限ブロックとにより、前記外部電源端子に印加される前記直流電源電圧が過電圧になったときに、前記第1電圧入力端子及び前記第2電圧入力端子に印加される入力電圧を前記所定値に制限するとともに、前記定電圧を前記第1IC内及び前記第2IC内の所要の回路ブロックに供給することを特徴とする、電子装置。
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