JP3881337B2

JP3881337B2 - 信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置

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Publication number: JP3881337B2
Application number: JP2003435187A
Authority: JP
Inventors: 信安坂
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: CN1898868A; WO2005064795A1; TW200525328A; US20070146016A1; KR20060131794A; JP2005197787A

Description

本発明は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタから出力信号を出力する信号出力回路、及び監視すべき電源電圧が所定値より低いときにその信号出力回路から電源電圧監視信号を出力する電源電圧監視装置に関する。

電子回路を含むシステムは、印加電圧（電源電圧）による誤動作を防止するため、その電源電圧が所定値より低いときにはシステム動作停止のための電源電圧監視信号（リセット信号）を出力する電源電圧監視装置（リセット装置）が広く用いられている（例えば特許文献１）。

図２は従来の電源電圧監視装置である。この電源電圧監視装置１０１は、監視すべき電源電圧が所定値より低いときに電源電圧監視信号を出力端子ＯＵＴに出力する信号出力回路１０２と、電源電圧Ｖ_ＣＣを分割する直列接続の抵抗２３、２４と、基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する基準電圧生成回路２２と、直列接続の抵抗２３、２４の中間点の電圧を非反転入力端子に入力し、基準電圧生成回路２２が生成する基準電圧Ｖ_ＲＥＦを反転入力端子に入力してそれらを比較し、比較出力を信号出力回路１０２の入力信号とする比較器２５と、比較器２５の出力に接続され、他端が接地されたプルダウン用抵抗２６と、基準電圧生成回路２２と比較器２５の電源端に所定の定電圧Ｖ_Ｃを供給する定電圧生成回路２１と、から構成される。出力端子ＯＵＴの外部には、電源電圧監視信号（リセット信号）を入力する他の電子回路（図示せず）が接続される。

信号出力回路１０２は、電源電圧監視信号を出力端子ＯＵＴに出力するＮＰＮ型バイポーラトランジスタの出力トランジスタと１１０と、入力信号に応じてオン・オフし、オンしたとき出力トランジスタ１１０のベースの電位を降下させて出力トランジスタ１１０をオフし、オフしたとき出力トランジスタのベースの電位を上昇させて出力トランジスタ１１０をオンする接地側出力制御トランジスタ１１１と、入力電源（電源電圧Ｖ_ＣＣ）から出力トランジスタ１１０のベースに電流を供給するベース電流供給用抵抗１１２と、から構成される。ここで、出力トランジスタ１１０がＮＰＮ型バイポーラトランジスタであるのは、出力端子ＯＵＴに接続される他の電子回路（図示せず）への電源電圧監視信号（リセット信号）の入力電圧を確実に接地側に降下させるためである。

また、電源電圧監視装置１０１の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ（例えば０．７Ｖ）は、高精度が必要とされるため、基準電圧生成回路２２は例えばバンドギャップ電圧源を用いて構成される。また、定電圧Ｖ_Ｃ（例えば４Ｖ）は、基準電圧生成回路２２や比較器２５を安定して動作させるためのものであり、定電圧生成回路２１は例えば直列接続のダイオードなどの比較的簡単な構成になっている。この定電圧生成回路２１の出力は、入力する電源電圧Ｖ_ＣＣが定電圧Ｖ_Ｃ以下ならばハイインピーダンスとなり、従って比較器２５の出力もハイインピーダンスとなり、信号出力回路１０２の入力信号はプルダウン用抵抗２６により接地電位レベルに固定される。すなわち、基準電圧生成回路２２や比較器２５が動作するまで、出力トランジスタ１１０は確実にオンした状態となる（電源電圧監視信号を出力する）。そして、入力する電源電圧Ｖ_ＣＣが定電圧Ｖ_Ｃよりも高ければ、以下に説明する動作をする。

分割された電源電圧Ｖ_ＣＣの電圧（直列接続の抵抗２３、２４の中間点の電圧）が基準電圧Ｖ_ＲＥＦよりも低ければ、比較器２５は比較出力としてローレベルを信号出力回路１０２に出力し、これにより接地側出力制御トランジスタ１１１はオフとなり、ベース電流供給用抵抗１１２に流れる電流Ｉ_１は出力トランジスタ１１０のベース電流となる。その結果、出力トランジスタ１１０はオンとなり、このベース電流を出力トランジスタ１１０の電流増幅率（ｈ_ＦＥ）倍した出力電流Ｉ_Ｏが電源電圧監視信号として出力端子ＯＵＴに流れる。この出力電流Ｉ_Ｏにより、他の電子回路（図示せず）の入力電圧は接地側に降下する。ここで、ベース電流供給用抵抗１１２の抵抗値は出力電流Ｉ_Ｏの値を考慮して決められる。例えば、必要な出力電流Ｉ_Ｏの値を２ｍＡとし、上記のｈ_ＦＥを２００とすれば、出力トランジスタ１１０のベース電流は１０μＡが必要であり、電源電圧Ｖ_ＣＣが１０Ｖで出力トランジスタ１１０がオンするとすれば、ベース電流供給用抵抗１１２はほぼ１ＭΩの抵抗値となる。

分割された電源電圧Ｖ_ＣＣの電圧が基準電圧Ｖ_ＲＥＦよりも高ければ、比較器２５は比較出力としてハイレベルを信号出力回路１０２に出力し、これにより接地側出力制御トランジスタ１１１はオンとなり、出力トランジスタ１１０のベースの電位を降下させてこれをオフする。このとき、ベース電流供給用抵抗１１２に流れる電流Ｉ_１は、接地側出力制御トランジスタ１１１に全て流れ込む。この電流Ｉ_１は、例えば上記の条件では、ほぼ１０μＡである。

特開平１１−２２０３７０号公報

こうして、この電源電圧監視装置１０１は、電源電圧Ｖ_ＣＣを監視し、電源電圧Ｖ_ＣＣが所定値よりも低いと信号出力回路１０２の出力トランジスタ１１０がオンして電源電圧監視信号（リセット信号）を出力し、所定値より高いと信号出力回路１０２の出力トランジスタ１１０はオフする。

しかし、ベース電流供給用抵抗１１２に流れる電流Ｉ_１は、出力トランジスタ１１０がオンする場合は必要な電流であるが、オフする場合は無駄な消費電流となる。そして、電源電圧Ｖ_ＣＣが上昇すれば更に消費電流は増加する。例えば上記の条件で、出力トランジスタ１１０がオン又はオフする電源電圧Ｖ_ＣＣの境界を１０Ｖとし、電源電圧Ｖ_ＣＣが３０Ｖまで上昇し得るとすると、ベース電流供給用抵抗１１２に流れる無駄な電流Ｉ_１は３０μＡとなる。

本発明は、以上の事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタの出力トランジスタのベース電流を確保しつつ可能な限り消費電流を低減させることができる信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る信号出力回路は、出力信号を出力するＮＰＮ型バイポーラトランジスタの出力トランジスタと、入力信号に応じてオン・オフし、オンしたとき出力トランジスタのベースの電位を降下させて出力トランジスタをオフし、オフしたとき出力トランジスタのベースの電位を上昇させて出力トランジスタをオンする接地側出力制御トランジスタと、入力電源から出力トランジスタのベースに電流を供給するベース電流供給用抵抗と、ベース電流供給用抵抗と出力トランジスタのベースとの間に介装され、入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタと逆にオフ・オンする電源側出力制御トランジスタと、入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタと同様にオン・オフし、オンしたときベース電流供給用抵抗の電流を流し込み、ベース電流供給用抵抗に電圧降下を起こさせ、オフしたときベース電流供給用抵抗の電流を流さないようにする接地側電流バイパス用トランジスタと、接地側電流バイパス用トランジスタとベース電流供給用抵抗との間に介装され、接地側電流バイパス用トランジスタがオンしたときにベース電流供給用抵抗に流れる電流を制限する電流制限用抵抗と、を備えてなることを特徴とする。

請求項２に係る信号出力回路は、請求項１に記載の信号出力回路において、接地側電流バイパス用トランジスタと電流制限用抵抗との間の電圧を入力し、その電圧を反転して電源側出力制御トランジスタを制御する反転回路を更に備えてなることを特徴とする。

請求項３に係る信号出力回路は、請求項２に記載の信号出力回路において、前記反転回路の出力に接続される第２の電流制限用抵抗を更に備えてなることを特徴とする。

請求項４に係る電源電圧監視装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の信号出力回路を有する電源電圧監視装置であって、電源電圧を分割する直列接続の抵抗と、基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記直列接続の抵抗の中間点の電圧と前記基準電圧生成回路が生成する基準電圧とを比較し、比較出力を信号出力回路の入力信号とする比較器と、を備え、電源電圧が所定値より低いときに信号出力回路の出力信号を電源電圧監視信号として出力することを特徴とする。

本発明の信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置は、信号出力回路の出力トランジスタがオフのときに電流制限用抵抗を通してベース電流供給用抵抗からの電流を接地側電流バイパス用トランジスタに流し込むので、消費電流を低減させることが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態である信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置の回路図である。この電源電圧監視装置１は、先の背景技術とは信号出力回路が異なっており、その他は先の背景技術の電源電圧監視装置１０１と実質的に同じ構成要素を備える。すなわち、電源電圧監視装置１は、監視すべき電源電圧が所定値より低いときに電源電圧監視信号を出力端子ＯＵＴに出力する信号出力回路２と、電源電圧Ｖ_ＣＣを分割する直列接続の抵抗２３、２４と、基準電圧Ｖ_ＲＥＦを生成する基準電圧生成回路２２と、直列接続の抵抗２３、２４の中間点の電圧を非反転入力端子に入力し、基準電圧生成回路２２が生成する基準電圧Ｖ_ＲＥＦを反転入力端子に入力してそれらを比較し、比較出力を信号出力回路２の入力信号とする比較器２５と、比較器２５の出力に接続され、他端が接地されたプルダウン用抵抗２６と、基準電圧生成回路２２と比較器２５の電源端に所定の定電圧Ｖ_Ｃを供給する定電圧生成回路２１と、を備える。出力端子ＯＵＴの外部には、電源電圧監視信号（リセット信号）を入力する他の電子回路（図示せず）が接続される。

信号出力回路２は、電源電圧監視信号（出力信号）を出力端子ＯＵＴに出力するＮＰＮ型バイポーラトランジスタの出力トランジスタ１０と、入力信号に応じてオン・オフし、オンしたとき出力トランジスタ１０のベースの電位を降下させて出力トランジスタ１０をオフし、オフしたとき出力トランジスタ１０のベースの電位を上昇させて出力トランジスタ１０をオンするＮ型ＭＯＳトランジスタである接地側出力制御トランジスタ１１と、入力電源（電源電圧Ｖ_ＣＣ）から出力トランジスタ１０のベースに電流を供給するベース電流供給用抵抗１２と、ベース電流供給用抵抗１２と出力トランジスタ１０のベースとの間に介装され、入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタ１１と逆にオン・オフするＰ型ＭＯＳトランジスタである電源側出力制御トランジスタ１３と、入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタ１１と同様にオン・オフし、オンしたときベース電流供給用抵抗１２の電流を流し込み、オフしたときベース電流供給用抵抗１２の電流を流さないようにするＮ型ＭＯＳトランジスタである接地側電流バイパス用トランジスタ１４と、接地側電流バイパス用トランジスタ１４とベース電流供給用抵抗１２との間に介装される電流制限用抵抗１５と、を主な構成要素として備える。更に、信号出力回路２は、接地側電流バイパス用トランジスタ１４と電流制限用抵抗１５との間の電圧を入力し、その電圧を反転して電源側出力制御トランジスタ１３を制御する反転回路として、ベース電流供給用抵抗１２と電流制限用抵抗１５との間の節点から接地電位まで直列に接続されたＰ型ＭＯＳトランジスタ１６とＮ型ＭＯＳトランジスタ１７とを備える。更に、反転回路の出力、すなわちＰ型ＭＯＳトランジスタ１６とＮ型ＭＯＳトランジスタ１７の接続点に接続される第２の電流制限用抵抗１８を備える。

分割された電源電圧Ｖ_ＣＣの電圧（直列接続の抵抗２３、２４の中間点の電圧）が基準電圧Ｖ_ＲＥＦよりも低ければ、比較器２５は比較出力としてローレベルを信号出力回路２に出力し、これにより接地側出力制御トランジスタ１１はオフとなる。それと同時に接地側電流バイパス用トランジスタ１４もオフとなり、それと電流制限用抵抗１５との間の電圧は上昇してＮ型ＭＯＳトランジスタ１７はオンとなる。一方、電流制限用抵抗１５に電流は流れず、その両端には電圧は生じないので、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６はオフとなる。よって、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６とＮ型ＭＯＳトランジスタ１７の接続点の電圧はローレベルになり電源側出力制御トランジスタ１３はオンとなる。従って、ベース電流供給用抵抗１２に流れる電流Ｉ_１は全て出力トランジスタ１０のベース電流となる。ここで、ベース電流供給用抵抗１２の抵抗値をＲ_１とすると、電流Ｉ_１は、ほぼＶ_ＣＣ／Ｒ_１の電流値となる。その結果、このベース電流を出力トランジスタ１０の電流増幅率（ｈ_ＦＥ）倍した出力電流Ｉ_Ｏが電源電圧監視信号として出力端子ＯＵＴに流れる。この出力電流Ｉ_Ｏは、他の電子回路（図示せず）の入力電圧を接地側に降下させる。

分割された電源電圧Ｖ_ＣＣの電圧が基準電圧Ｖ_ＲＥＦよりも高ければ、比較器２５は比較出力として信号出力回路２にハイレベルを出力し、これにより接地側出力制御トランジスタ１１はオンとなる。それと同時に接地側電流バイパス用トランジスタ１４もオンとなり、それと電流制限用抵抗１５との間の電圧は接地電位レベルになりＮ型ＭＯＳトランジスタ１７はオフとなる。一方、電流制限用抵抗１５に電流が流れ、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６はオンとなる。よって、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６とＮ型ＭＯＳトランジスタ１７の接続点の電圧はハイレベルになり、電源側出力制御トランジスタ１３はオフになると共に、第２の電流制限用抵抗１８に電流が流れる。こうして、接地側出力制御トランジスタ１１が出力トランジスタ１０のベースの電位を降下させて出力トランジスタ１０をオフにして電源電圧監視信号の出力を停止させる一方、ベース電流供給用抵抗１２に流れる電流Ｉ_１は、電流制限用抵抗１５を流れる電流Ｉ_２と第２の電流制限用抵抗１８を流れる電流Ｉ_３に分流する。ここで、ベース電流供給用抵抗１２の抵抗値をＲ_１、電流制限用抵抗１５の抵抗値をＲ_２、第２の電流制限用抵抗１８の抵抗値をＲ_３、とすると、電流Ｉ_１は、ほぼＶ_ＣＣ／（Ｒ_１＋（Ｒ_２Ｒ_３）／（Ｒ_２＋Ｒ_３））の電流値となる。

ベース電流供給用抵抗１２の抵抗値Ｒ_１は、出力トランジスタ１０がオンのときの出力電流Ｉ_Ｏの値を考慮して決められる。一方、電流制限用抵抗１５及び第２の電流制限用抵抗１８の抵抗値Ｒ_２、Ｒ_３は、電源側出力制御トランジスタ１３及びＰ型ＭＯＳトランジスタ１６の素子耐圧を考慮して決められる。すなわち、通常のＭＯＳトランジスタの耐圧は大体１０Ｖ乃至１５Ｖ程度であるので、電源電圧Ｖ_ＣＣがそれよりも高いと、素子（電源側出力制御トランジスタ１３及びＰ型ＭＯＳトランジスタ１６）にかかる電圧がその耐圧以下になるようベース電流供給用抵抗１２に電流を流して電圧降下を起こさせる。具体的には、素子耐圧を１５Ｖとし、入力する電源電圧Ｖ_ＣＣが３０Ｖまで上昇する場合、抵抗値Ｒ_２、Ｒ_３を共に抵抗値Ｒ_１の２倍にすれば、出力トランジスタ１０がオフのときに素子にかかる電圧を１５Ｖに抑えることができる。

従って、例えばベース電流供給用抵抗１２の抵抗値を１ＭΩの抵抗値とし、電流制限用抵抗１５及び第２の電流制限用抵抗１８の抵抗値Ｒ_２、Ｒ_３を２ＭΩとすれば、電源電圧Ｖ_ＣＣが３０Ｖであり出力トランジスタ１０がオフであると、ベース電流供給用抵抗１２に流れる電流Ｉ_１は１５μＡとなる。こうして、出力トランジスタ１０がオフのときのベース電流供給用抵抗１２に流れる無駄な電流Ｉ_１を減少させることができ、信号出力回路２及び電源電圧監視装置１の消費電流を低減させることができる。

なお、第２の電流制限用抵抗１８は、電源起動時に電源側出力制御トランジスタ１３の制御が不安定になるのを防止するために、付加されるのが望ましいが、省略することも可能である。この場合、電流制限用抵抗１５の抵抗値Ｒ_２は、素子耐圧を考慮して下げる（例えば１ＭΩにする）必要がある。

また、信号出力回路２の入力信号のハイレベル電圧（すなわち定電圧生成回路２１が供給する定電圧Ｖ_Ｃ）が、出力トランジスタ１０がオフの場合に、電源側出力制御トランジスタ１３をオフにさせるに十分な電圧であれば、信号出力回路２の入力信号を直接電源側出力制御トランジスタ１３に入力することも可能である。この場合、電流制限用抵抗１５の抵抗値Ｒ_２を更に下げる必要があり、出力トランジスタ１０がオフのときのベース電流供給用抵抗１２に流れる無駄な電流Ｉ_１は増えるが、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６とＮ型ＭＯＳトランジスタ１７とからなる反転回路及び第２の電流制限用抵抗１８は不必要となる。

また、本発明の実施形態である信号出力回路２は、電源電圧監視装置１に好適なものとして案出したものであるが、出力段の電源電圧Ｖ_ＣＣが比較的高くかつＮＰＮ型バイポーラトランジスタで出力を行う、例えばモータドライブ装置などの信号出力に用いることも可能である。

本発明の実施形態に係る信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置の回路図。背景技術の実施形態に係る信号出力回路及びそれを有する電源電圧監視装置の回路図。

符号の説明

１電源電圧監視装置
２信号出力回路
１０出力トランジスタ
１１接地側出力制御トランジスタ
１２ベース電流供給用抵抗
１３電源側出力制御トランジスタ
１４接地側電流バイパス用トランジスタ
１５電流制限用抵抗
１６、１７反転回路を構成するトランジスタ
１８第２の電流制限用抵抗
２２基準電圧生成回路
２３、２４入力する電源電圧Ｖ_ＣＣを分割する直列接続の抵抗
２５比較器

Claims

出力信号を出力するＮＰＮ型バイポーラトランジスタの出力トランジスタと、
入力信号に応じてオン・オフし、オンしたとき出力トランジスタのベースの電位を降下させて出力トランジスタをオフし、オフしたとき出力トランジスタのベースの電位を上昇させて出力トランジスタをオンする接地側出力制御トランジスタと、
入力電源から出力トランジスタのベースに電流を供給するベース電流供給用抵抗と、
ベース電流供給用抵抗と出力トランジスタのベースとの間に介装され、入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタと逆にオフ・オンする電源側出力制御トランジスタと、
入力信号に応じて接地側出力制御トランジスタと同様にオン・オフし、オンしたときベース電流供給用抵抗の電流を流し込み、ベース電流供給用抵抗に電圧降下を起こさせ、オフしたときベース電流供給用抵抗の電流を流さないようにする接地側電流バイパス用トランジスタと、
接地側電流バイパス用トランジスタとベース電流供給用抵抗との間に介装され、接地側電流バイパス用トランジスタがオンしたときにベース電流供給用抵抗に流れる電流を制限する電流制限用抵抗と、
を備えてなることを特徴とする信号出力回路。
請求項１に記載の信号出力回路において、
接地側電流バイパス用トランジスタと電流制限用抵抗との間の電圧を入力し、その電圧を反転して電源側出力制御トランジスタを制御する反転回路を更に備えてなることを特徴とする信号出力回路。
請求項２に記載の信号出力回路において、
前記反転回路の出力に接続される第２の電流制限用抵抗を更に備えてなることを特徴とする信号出力回路。
請求項１乃至３のいずれかに記載の信号出力回路を有する電源電圧監視装置であって、
電源電圧を分割する直列接続の抵抗と、
基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記直列接続の抵抗の中間点の電圧と前記基準電圧生成回路が生成する基準電圧とを比較し、比較出力を信号出力回路の入力信号とする比較器と、
を備え、電源電圧が所定値より低いときに信号出力回路の出力信号を電源電圧監視信号として出力することを特徴とする電源電圧監視装置。