JP5750326B2 - Electronic device protection circuit - Google Patents

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Description

本発明は、過電圧から電子機器を保護する保護回路にかかり、特に、電源端子を有する電子機器の保護回路に関する。   The present invention relates to a protection circuit for protecting an electronic device from overvoltage, and more particularly to a protection circuit for an electronic device having a power supply terminal.

近年、複数の電子機器間のデータ伝送や電力供給が、USB(Universal Sirial Bus)端子を介して行われるようになっている。USB端子を使って行われるデータ伝送の例としては、例えば、USBメモリとパソコンとの間のデータの送受信がある。また、電力供給の例としては、例えば、データを保持するためのUSBメモリ内部の2次電池へパソコンが電力供給することがあげられる。   In recent years, data transmission and power supply between a plurality of electronic devices have been performed via USB (Universal Sirial Bus) terminals. As an example of data transmission performed using a USB terminal, for example, there is data transmission / reception between a USB memory and a personal computer. As an example of power supply, for example, a personal computer supplies power to a secondary battery in a USB memory for holding data.

USB端子は、複数のピンが大気に露出していて、ピン同士の間に隙間がある。このような構造上、USB端子には、パソコン等の電子機器への脱着時にサージ電圧(過電圧)が生じることがある。サージ電圧がUSB端子に生じると、USB端子に接続された電子機器の内部回路が破壊される可能性がある。
このような問題を解消するための従来技術としては、例えば、図13に記載された特許文献1記載の保護回路がある。図13に示した従来技術は、パソコン等にUSB端子を装着し、USBデバイスを介して2次電池の充電を行う電子機器の内部回路をサージ電圧から保護する保護回路である。
The USB terminal has a plurality of pins exposed to the atmosphere, and there is a gap between the pins. Due to such a structure, a surge voltage (overvoltage) may be generated at the USB terminal when the USB terminal is attached to or detached from an electronic device such as a personal computer. When a surge voltage is generated at the USB terminal, the internal circuit of the electronic device connected to the USB terminal may be destroyed.
As a conventional technique for solving such a problem, for example, there is a protection circuit described in Patent Document 1 described in FIG. The prior art shown in FIG. 13 is a protection circuit that protects an internal circuit of an electronic device that mounts a USB terminal on a personal computer or the like and charges a secondary battery via a USB device from a surge voltage.

図13に示した特許文献1の保護回路では、USBデバイス内部の充電制御ICに電力を供給する電力供給線130にスイッチ131が設けられている。また、抵抗素子132、133によって入力電圧を分圧する分圧回路、分圧電圧と基準電圧とを比較してスイッチのオン、オフを制御するコンパレータ134を備えている。そして、サージ電圧が入力されたとき、コンパレータ134がスイッチ131をオフするようにしている。   In the protection circuit of Patent Document 1 shown in FIG. 13, a switch 131 is provided on a power supply line 130 that supplies power to a charging control IC inside the USB device. In addition, a voltage dividing circuit that divides the input voltage by the resistance elements 132 and 133, and a comparator 134 that controls on / off of the switch by comparing the divided voltage with the reference voltage are provided. The comparator 134 turns off the switch 131 when a surge voltage is input.

特開2008−009898号公報JP 2008-009898 A

しかしながら、上記した従来の保護回路は、コンパレータに電源が与えられないと、保護回路として機能することができない。つまり、従来の保護回路は、所定の値以上の内部電圧が保護回路に供給されて初めて保護回路として動作する。このような保護回路において、電子機器内の二次電池の電圧が保護回路を動作させることができないほど低く、保護回路内のLDO(Low Drop Out)が立ち上がる(所定の電圧値以上の内部電圧を生成する)以前にサージ電圧が印加されると、電子機器内部の回路がサージ電圧によって破壊される恐れがある。   However, the above-described conventional protection circuit cannot function as a protection circuit unless power is supplied to the comparator. That is, the conventional protection circuit operates as a protection circuit only when an internal voltage equal to or higher than a predetermined value is supplied to the protection circuit. In such a protection circuit, the voltage of the secondary battery in the electronic device is so low that the protection circuit cannot be operated, and an LDO (Low Drop Out) in the protection circuit rises (an internal voltage equal to or higher than a predetermined voltage value). If a surge voltage is applied before the generation), the circuit inside the electronic device may be destroyed by the surge voltage.

つまり、内部電源が与えられていないとき、スイッチ131のゲートはフローティング状態(駆動されていない状態)になり、サージ電圧は、ゲートソース間容量、ゲートドレイン間容量を介して、スイッチ131のゲートに伝達する。そして、スイッチ131がオンしてサージ電圧が電子機器内部の回路に伝達される。
また、サージ電圧には、主に高周波成分(AC成分)を含むもの、主に低周波数成分(DC成分)を含むもの、その両方を含むものが考えられる。このような様々なサージ電圧に上記した従来技術の保護回路を使って対応しようとすれば、スイッチ131をサージ電圧の入力と略同時にオフし、内部電圧が所定の電圧に達するまでオフしておかなければならない。
That is, when the internal power is not applied, the gate of the switch 131 is in a floating state (not driven), and the surge voltage is applied to the gate of the switch 131 via the gate-source capacitance and the gate-drain capacitance. introduce. Then, the switch 131 is turned on and the surge voltage is transmitted to a circuit inside the electronic device.
In addition, the surge voltage may include a voltage mainly including a high frequency component (AC component), a voltage mainly including a low frequency component (DC component), or a voltage including both of them. In order to cope with such various surge voltages using the above-described protection circuit of the prior art, the switch 131 is turned off almost simultaneously with the input of the surge voltage and kept off until the internal voltage reaches a predetermined voltage. There must be.

前記したように、従来技術の保護回路は、二次電池の電圧と内部電圧が共に低い場合にはサージ電圧の入力と同時にスイッチ131をオフすることができない。また、スイッチ131をオンするまでの時間が、サージ電圧が入力される時間よりも短ければ電子機器の内部回路が破壊される可能性があり、長ければ電子機器が電力の供給を受けて動作を開始するタイミングが遅くなる。   As described above, the protection circuit according to the prior art cannot turn off the switch 131 simultaneously with the input of the surge voltage when both the voltage of the secondary battery and the internal voltage are low. In addition, if the time until the switch 131 is turned on is shorter than the time when the surge voltage is input, the internal circuit of the electronic device may be destroyed. If the time is longer, the electronic device receives power supply and operates. The start timing is delayed.

本発明は、上記した点に鑑みて行われたものであり、電子機器の内部電源を用いることなく、電源端子に加わったサージ電圧から電子機器内部の回路を保護する保護回路を提供することを目的とする。また、本発明は、入力されたサージ電圧の周波数成分に関わらず、どのようなサージ電圧に対しても、電子機器内部の回路を、内部電源を用いることなく保護する保護回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and provides a protection circuit for protecting a circuit inside an electronic device from a surge voltage applied to a power supply terminal without using an internal power source of the electronic device. Objective. In addition, the present invention provides a protection circuit that protects an internal circuit of an electronic device against any surge voltage regardless of the frequency component of the input surge voltage without using an internal power supply. Objective.

(請求項相当)
以上の課題を解決するため、本発明の電子機器の保護回路は、電源端子を有する電子機器を保護する電子機器の保護回路であって、電圧が入力される入力端子(例えば図1に示した入力端子101)と、前記入力端子から入力された電圧を前記電子機器の内部に出力する出力端子(例えば図1に示した出力端子102)と、前記入力端子と前記出力端子とを電気的に離接するスイッチ(例えば図1に示したスイッチ103)と、前記入力端子から入力された入力電圧が、予め設定されている電圧より大きい場合、前記入力電圧の自己電圧を電力源としてディスチャージ制御信号を発生するディスチャージ信号発生回路(例えば図1に示したディスチャージ信号発生回路105)と、入力電圧を電力源として内部電圧を生成する内部電圧生成回路(例えば、図1に示したLDO106)を有し、前記電子機器の前記内部電圧によって動作する他の保護回路(例えば、実施形態1で記した「一般的な保護回路」)と、を含み、前記ディスチャージ制御信号は、前記スイッチを、前記入力端子と前記出力端子との間の信号伝達経路を切断するように動作させ、前記ディスチャージ信号発生回路は、前記内部電圧の値が予め設定された値に達すると、動作を停止することを特徴とする。
(Claim equivalent)
In order to solve the above problems, the protection circuit for an electronic device according to the present invention is a protection circuit for an electronic device that protects an electronic device having a power supply terminal, and an input terminal (for example, shown in FIG. An input terminal 101), an output terminal (for example, the output terminal 102 shown in FIG. 1) that outputs a voltage input from the input terminal to the inside of the electronic device, and the input terminal and the output terminal are electrically connected When the input voltage input from the switch (eg, the switch 103 shown in FIG. 1) and the input terminal is larger than a preset voltage, the discharge control signal is generated using the self voltage of the input voltage as a power source. a discharge signal generating circuit for generating (e.g., discharge signal generating circuit 105 shown in FIG. 1), an internal voltage generation count for generating an internal voltage of the input voltage as a power source (E.g., LDO106 shown in FIG. 1) has, wherein said other protection circuit which operates by the internal voltage of the electronic device (e.g., noted in embodiment 1 "General Protection circuit"), a The discharge control signal causes the switch to operate so as to cut a signal transmission path between the input terminal and the output terminal, and the discharge signal generation circuit has a value in which the value of the internal voltage is set in advance. When reached, it characterized that you stop the operation.

なお、自己電圧とは、入力電圧そのものの電圧をいい、本発明では、放電された入力電圧がディスチャージ制御信号の電力源になることを指す The self-voltage means the voltage of the input voltage itself, and in the present invention, it means that the discharged input voltage becomes the power source of the discharge control signal .

また、本発明の電子機器の保護回路は、前記ディスチャージ信号発生回路が、前記入力電圧の放電電圧を微分または積分する演算回路(例えば図2に示した容量素子202、抵抗素子203)を含むことが望ましい。
また、本発明の電子機器の保護回路は、前記ディスチャージ信号発生回路が、前記入力端子とグラウンドとの間に、第1インピーダンス素子(例えば図2に示した容量素子202)と、当該第1インピーダンス素子に直列に接続された第2インピーダンス素子(例えば図2に示した抵抗素子203)と、を含み、前記第1インピーダンス素子と第2インピーダンス素子とが直列に接続される接続点(例えば図2に示した接続部p)から前記ディスチャージ制御信号(例えば図2に示したディスチャージ制御信号X)を出力することが望ましい。
In the electronic device protection circuit of the present invention, the discharge signal generation circuit includes an arithmetic circuit (for example, the capacitive element 202 and the resistive element 203 shown in FIG. 2) that differentiates or integrates the discharge voltage of the input voltage. Is desirable.
In the electronic device protection circuit according to the present invention, the discharge signal generation circuit includes a first impedance element (for example, the capacitive element 202 shown in FIG. 2) and the first impedance between the input terminal and the ground. A second impedance element (for example, the resistance element 203 shown in FIG. 2) connected in series to the element, and a connection point (for example, FIG. 2) where the first impedance element and the second impedance element are connected in series. It is desirable to output the discharge control signal (for example, the discharge control signal X shown in FIG. 2) from the connection portion p) shown in FIG.

また、本発明の電子機器の保護回路は、前記第1インピーダンス素子が容量素子(例えば図2に示した容量素子202)であり、前記第2インピーダンス素子が抵抗素子(例えば図2に示した抵抗素子203)であることが望ましい。
また、本発明の電子機器の保護回路は、前記第1インピーダンス素子が抵抗素子(例えば図5に示した抵抗素子502)であり、前記第2インピーダンス素子が、前記入力端子から前記グラウンドへ向かう方向を順方向とするダイオード(例えば図5に示したダイオード503)であることが望ましい。
In the protection circuit for an electronic device according to the present invention, the first impedance element is a capacitive element (for example, the capacitive element 202 shown in FIG. 2), and the second impedance element is a resistive element (for example, the resistance shown in FIG. 2). The element 203) is desirable.
In the electronic device protection circuit of the present invention, the first impedance element is a resistance element (for example, the resistance element 502 shown in FIG. 5), and the second impedance element is directed from the input terminal toward the ground. It is desirable that the diode has a forward direction (for example, the diode 503 shown in FIG. 5).

また、本発明の電子機器の保護回路は、上記した発明において、前記ディスチャージ信号発生回路が、前記入力端子とグラウンドとの間に接続される第1ユニットと、当該第1ユニットと並列に、前記入力端子とグラウンドとの間に接続される第2ユニットと、を含み、前記第1ユニットは、容量素子(例えば図8に示した容量素子202)と、当該容量素子に直列に接続された第1抵抗素子(例えば図8に示した抵抗素子203)と、を含み、前記第2ユニットは、抵抗素子(例えば図8に示した抵抗素子502)と、当該抵抗素子に直列に接続された、前記入力端子から前記グラウンドへ向かう方向を順方向とするダイオード(例えば図8に示したダイオード503)と、を含み、前記容量素子と前記第1抵抗素子とが直列に接続される接続点(例えば図8に示した接続部p)から第1ディスチャージ制御信号(例えば図8に示したディスチャージ制御信号X)を出力し、前記第2抵抗素子と前記ダイオードとが直列に接続される接続点(例えば図8に示した接続部q)から第2ディスチャージ制御信号(例えば図8に示したディスチャージ制御信号Y)を出力することが望ましい。   According to the protection circuit for an electronic device of the present invention, in the above-described invention, the discharge signal generation circuit includes a first unit connected between the input terminal and the ground, and the first unit in parallel. A second unit connected between the input terminal and the ground, wherein the first unit includes a capacitive element (for example, the capacitive element 202 shown in FIG. 8) and a first connected in series to the capacitive element. 1 resistance element (for example, the resistance element 203 shown in FIG. 8), and the second unit is connected to the resistance element (for example, the resistance element 502 shown in FIG. 8) and the resistance element in series. A diode having a forward direction from the input terminal toward the ground (for example, a diode 503 shown in FIG. 8), and the capacitive element and the first resistive element are connected in series. A first discharge control signal (for example, the discharge control signal X illustrated in FIG. 8) is output from the connection point (for example, the connection portion p illustrated in FIG. 8), and the second resistance element and the diode are connected in series. It is desirable to output the second discharge control signal (for example, the discharge control signal Y illustrated in FIG. 8) from the connection point (for example, the connection portion q illustrated in FIG. 8).

以上の本発明は、内部電源を用いることなくサージ電圧から電子機器内部の回路を保護する電子機器の保護回路を提供することができる。   The present invention as described above can provide a protection circuit for an electronic device that protects a circuit inside the electronic device from a surge voltage without using an internal power supply.

本発明の実施形態1の電子機器の保護回路を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the protection circuit of the electronic device of Embodiment 1 of this invention. 図1に示したディスチャージ信号発生回路の回路構成を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a circuit configuration of a discharge signal generation circuit shown in FIG. 1. 本発明の実施形態1のディスチャージ制御信号Xとサージ電圧とを比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares and shows the discharge control signal X and surge voltage of Embodiment 1 of this invention. 実施形態1の保護回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining the operation of the protection circuit of the first embodiment. 本発明の実施形態2のディスチャージ信号発生回路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the discharge signal generation circuit of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態2のディスチャージ制御信号Yとサージ電圧とを比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares and shows the discharge control signal Y and surge voltage of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3のUSBデバイスの保護回路を説明するための回路図である。It is a circuit diagram for demonstrating the protection circuit of the USB device of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3のディスチャージ信号発生回路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the discharge signal generation circuit of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態3のディスチャージ制御信号X、Yと、高周波数のサージ電圧とを比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares and shows the discharge control signals X and Y of Embodiment 3 of this invention, and the high frequency surge voltage. 本発明の実施形態3のディスチャージ制御信号Xと、ディスチャージ制御信号Yと、低周波数のサージ電圧とを比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares and shows the discharge control signal X of Embodiment 3 of this invention, the discharge control signal Y, and the surge voltage of a low frequency. 本発明の実施形態3のディスチャージ制御信号X、Yと、サージ電圧と、を比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares and shows the discharge control signals X and Y of Embodiment 3 of this invention, and a surge voltage. 実施形態3の保護回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。10 is a timing chart for explaining the operation of the protection circuit of the third embodiment. 本発明の従来技術を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the prior art of this invention.

以下、図面を参照して本発明の電子機器の保護回路(以下、本明細書の実施形態では、単に保護回路と記す)の実施形態1〜3を説明する。
(実施形態1)
(構成)
図1は、実施形態1の電子機器の保護回路を説明するための回路図である。図示した保護回路は、電子機器の内部に設けられ、ケーブル等の端子(図示せず)が装着される電源端子から入力されるサージ電圧から電子機器を保護するよう機能する。なお、実施形態1では、ケーブル端子と電源端子の両方がUSB規格に則って製造されたUSB端子であるものとする。
Hereinafter, Embodiments 1 to 3 of a protection circuit for an electronic device according to the present invention (hereinafter, simply referred to as a protection circuit) will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
(Constitution)
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a protection circuit for an electronic apparatus according to the first embodiment. The illustrated protection circuit is provided inside the electronic device and functions to protect the electronic device from a surge voltage input from a power supply terminal to which a terminal (not shown) such as a cable is attached. In the first embodiment, it is assumed that both the cable terminal and the power supply terminal are USB terminals manufactured according to the USB standard.

保護回路は、入力端子101と、出力端子102とを有している。入力端子101は、装着されたUSBと接続する。出力端子102は、電子機器(以降、USBデバイスと記す)の後段の回路と接続し、入力端子から入力された電圧(以下、入力電圧と記す)を後段の回路に供給している。そして、入力電圧にサージが発生した場合、サージ電圧が出力端子102に伝わって後段の回路が損なわれることを防いでいる。   The protection circuit has an input terminal 101 and an output terminal 102. The input terminal 101 is connected to the attached USB. The output terminal 102 is connected to a subsequent circuit of an electronic device (hereinafter referred to as a USB device), and supplies a voltage input from the input terminal (hereinafter referred to as an input voltage) to the subsequent circuit. When a surge occurs in the input voltage, the surge voltage is prevented from being transmitted to the output terminal 102 and the subsequent circuit is damaged.

図1に示した保護回路は、従来技術と同様の一般的な保護回路と、USBデバイスの内部電圧が所定の電圧(以降、Vddとする)に達する以前にサージ電圧に対応できる保護回路とを含んでいる。以下、本明細書では、実施形態1の保護回路は、USBデバイスの内部電圧がVddに達する以前にサージ電圧に対応できる保護回路を指すものとする。また、一般的な保護回路は、USBデバイスの内部電圧がVddに達した後に動作する保護回路である。   The protection circuit shown in FIG. 1 includes a general protection circuit similar to the prior art and a protection circuit that can cope with a surge voltage before the internal voltage of the USB device reaches a predetermined voltage (hereinafter referred to as Vdd). Contains. Hereinafter, in this specification, the protection circuit of the first embodiment refers to a protection circuit that can cope with a surge voltage before the internal voltage of the USB device reaches Vdd. A general protection circuit is a protection circuit that operates after the internal voltage of the USB device reaches Vdd.

実施形態1の保護回路は、入力端子101と出力端子102との間を離接するスイッチ103を備えている。スイッチ103はMOSトランジスタによって構成され、そのゲート端子にはゲート容量に蓄えられた電荷の充放電を制御するためのMOSトランジスタ104が接続されている。また、実施形態1の保護回路は、MOSトランジスタ104のゲート端子にディスチャージ制御信号を出力するディスチャージ信号発生(DSCGEN)回路105を備えている。   The protection circuit of Embodiment 1 includes a switch 103 that connects and disconnects between the input terminal 101 and the output terminal 102. The switch 103 is constituted by a MOS transistor, and a MOS transistor 104 for controlling charge / discharge of charges stored in the gate capacitance is connected to a gate terminal of the switch 103. In addition, the protection circuit according to the first embodiment includes a discharge signal generation (DSCGEN) circuit 105 that outputs a discharge control signal to the gate terminal of the MOS transistor 104.

図1に示した回路では、スイッチ103は、MOSトランジスタ104は、いずれもNチャネルMOSトランジスタで構成されている。スイッチ103のボディダイオードの順方向は出力端子102から入力端子101への方向である。
なお、スイッチ103、104は、上記した極性のMOSトランジスタとして構成されるものに限定されるものではない。スイッチ103をPチャネルMOSトランジスタで構成する場合、スイッチ103のゲートにはNチャネルMOSトランジスタで構成する場合の逆極性の信号が与えられる。また、MOSトランジスタ104をPチャネルMOSトランジスタで構成する場合、MOSトランジスタ104のゲートには、MOSトランジスタ104をNチャネルMOSトランジスタで構成する場合と逆極性のディスチャージ制御信号が与えられる。
In the circuit shown in FIG. 1, the switch 103 and the MOS transistor 104 are both N-channel MOS transistors. The forward direction of the body diode of the switch 103 is the direction from the output terminal 102 to the input terminal 101.
The switches 103 and 104 are not limited to those configured as MOS transistors having the above-described polarity. When the switch 103 is configured by a P-channel MOS transistor, a signal having a reverse polarity to that of an N-channel MOS transistor is applied to the gate of the switch 103. When the MOS transistor 104 is composed of a P-channel MOS transistor, a discharge control signal having a reverse polarity to that when the MOS transistor 104 is composed of an N-channel MOS transistor is applied to the gate of the MOS transistor 104.

ディスチャージ信号発生回路105は、サージ電圧が発生すると受動的にディスチャージ制御信号XをMOSトランジスタ104のゲートに出力する。MOSトランジスタ104のゲートは、ディスチャージ制御信号Xによってオンされる。MOSトランジスタ104のオンによってスイッチ103のゲートがグラウンドに短絡(フォース)される。
上記したように、スイッチ103はNチャネルMOSトランジスタであるから、ゲートがグラウンドに短絡された場合は完全にオフ状態になる。このため、入力電圧に発生したサージが出力端子102に伝わることがなく、出力端子102よりも後段の回路がサージ電圧から保護される。
The discharge signal generation circuit 105 passively outputs a discharge control signal X to the gate of the MOS transistor 104 when a surge voltage is generated. The gate of the MOS transistor 104 is turned on by the discharge control signal X. When the MOS transistor 104 is turned on, the gate of the switch 103 is short-circuited (forced) to the ground.
As described above, since the switch 103 is an N-channel MOS transistor, it is completely turned off when the gate is short-circuited to the ground. For this reason, the surge generated in the input voltage is not transmitted to the output terminal 102, and the circuit subsequent to the output terminal 102 is protected from the surge voltage.

また、一般的な保護回路は、入力端子101から入力電圧を入力し、一定の値の電圧を生成するLDO(Low Drop-Out)106を備えている。LDO106によって生成された電圧はディスチャージ信号発生回路105に入力されている。ディスチャージ信号発生回路105は、LDO106によって生成された電圧がUSBデバイスの内部電圧がVddに達すると動作を停止する。   A general protection circuit includes an LDO (Low Drop-Out) 106 that receives an input voltage from the input terminal 101 and generates a voltage having a constant value. The voltage generated by the LDO 106 is input to the discharge signal generation circuit 105. The discharge signal generation circuit 105 stops operating when the voltage generated by the LDO 106 reaches the internal voltage of the USB device Vdd.

また、一般的な保護回路は、内部電圧の供給を受けて電源114のリファレンス電圧Vrefと、抵抗値がRa、Rbに分圧された抵抗素子113によって降下された入力電圧とを比較するコンパレータ107を備えている。コンパレータ107は、降下された入力電圧がリファレンス電圧Vrefよりも大きい場合にディスチャージ制御信号Zを出力する。   Further, a general protection circuit receives a supply of an internal voltage and compares the reference voltage Vref of the power supply 114 with an input voltage dropped by the resistance element 113 whose resistance values are divided into Ra and Rb. It has. The comparator 107 outputs a discharge control signal Z when the dropped input voltage is larger than the reference voltage Vref.

また、図1に示した回路は、ディスチャージ制御信号Zがゲートに入力され、ディスチャージ制御信号Zによってゲートがオン、オフされるMOSトランジスタ108を備えている。MOSトランジスタ108は、ディスチャージ制御信号Zが入力されるとオンするNチャネルMOSトランジスタである。
さらに、図1に示した回路は、発振器109と昇圧回路110とを備えている。発振器109、昇圧回路110は、LDO106によって生成された電圧Vddまたは二次電池112から電圧の供給を受けてスイッチ103のゲート電圧を昇圧する駆動信号PGを出力する。ゲート電圧の昇圧によってスイッチ103のゲートがオンし、入力電圧Vinが入力端子101から出力端子102に伝えられる。
In addition, the circuit shown in FIG. 1 includes a MOS transistor 108 that receives a discharge control signal Z at its gate and is turned on and off by the discharge control signal Z. The MOS transistor 108 is an N-channel MOS transistor that is turned on when the discharge control signal Z is input.
Further, the circuit shown in FIG. 1 includes an oscillator 109 and a booster circuit 110. The oscillator 109 and the booster circuit 110 receive the voltage Vdd generated by the LDO 106 or the voltage supplied from the secondary battery 112 and output a drive signal PG that boosts the gate voltage of the switch 103. The gate of the switch 103 is turned on by boosting the gate voltage, and the input voltage Vin is transmitted from the input terminal 101 to the output terminal 102.

図2は、ディスチャージ信号発生回路105の回路構成を説明するための図である。ディスチャージ信号発生回路105は、入力端子101とグラウンドとの間に、抵抗素子201(抵抗値R1)、容量素子202(容量値C1)、抵抗素子203(抵抗値R2)が直列接続されている。容量素子202と抵抗素子203との接続部pから、ディスチャージ制御信号Xが出力される。ディスチャージ制御信号Xが出力されるノード208とグラウンドとの間には、MOSトランジスタ204が接続されている。   FIG. 2 is a diagram for explaining the circuit configuration of the discharge signal generation circuit 105. In the discharge signal generation circuit 105, a resistance element 201 (resistance value R1), a capacitance element 202 (capacitance value C1), and a resistance element 203 (resistance value R2) are connected in series between the input terminal 101 and the ground. A discharge control signal X is output from a connection portion p between the capacitive element 202 and the resistive element 203. A MOS transistor 204 is connected between the node 208 from which the discharge control signal X is output and the ground.

また、抵抗素子201と容量素子202との接続部とグラウンドとの間には、素子保護回路205が接続されている。素子保護回路205は、ツェナーダイオード206、207を含んでいる。素子保護回路205は、入力電圧Vinがサージによって降伏電圧以上になったとき、過電圧を放電して抵抗素子201、容量素子202、抵抗素子203を保護している。   In addition, an element protection circuit 205 is connected between the connection between the resistance element 201 and the capacitor 202 and the ground. The element protection circuit 205 includes Zener diodes 206 and 207. The element protection circuit 205 protects the resistance element 201, the capacitance element 202, and the resistance element 203 by discharging the overvoltage when the input voltage Vin becomes higher than the breakdown voltage due to the surge.

ディスチャージ信号発生回路105の容量素子202と抵抗素子203は、ハイパスフィルタ(HPF)を構成する。このため、ディスチャージ制御信号Xは、高周波(AC)のサージ電圧の波形をハイパスフィルタによって微分して得られる信号となる。
また、ノード208とグラウンドとの間に接続されたMOSトランジスタ204のゲートにはLDO106によって生成された電圧が印加される。LDO106によって生成される電圧がVddに達すると、MOSトランジスタ204はオンし、ノード208がグラウンドに短絡され、ディスチャージ制御信号Xの出力が停止する。
The capacitive element 202 and the resistive element 203 of the discharge signal generating circuit 105 constitute a high pass filter (HPF). For this reason, the discharge control signal X is a signal obtained by differentiating the waveform of a high-frequency (AC) surge voltage with a high-pass filter.
Further, the voltage generated by the LDO 106 is applied to the gate of the MOS transistor 204 connected between the node 208 and the ground. When the voltage generated by the LDO 106 reaches Vdd, the MOS transistor 204 is turned on, the node 208 is short-circuited to the ground, and the output of the discharge control signal X is stopped.

(動作)
次に、以上説明した構成の動作について説明する。なお、図1に示した構成の動作は、USBデバイスの内部電圧がVddに達している場合(1)と、内部電圧がVddに達していなくても二次電池112からVdd以上の電圧が供給される場合(2)と、内部電圧、二次電池112のいずれの電圧もVddに満たない場合(3)とで相違する。実施形態1の保護回路は、(3)の内部電圧、二次電池112のいずれの電圧もVddに満たない場合に動作する。
(Operation)
Next, the operation of the configuration described above will be described. The operation of the configuration shown in FIG. 1 is performed when the internal voltage of the USB device reaches Vdd (1) and when the internal voltage does not reach Vdd, a voltage of Vdd or higher is supplied from the secondary battery 112. The case (2) is different from the case (3) in which both the internal voltage and the voltage of the secondary battery 112 are less than Vdd. The protection circuit of Embodiment 1 operates when both the internal voltage of (3) and the voltage of the secondary battery 112 are less than Vdd.

すなわち、内部電圧、二次電池112のいずれの電圧もVddに満たない場合、入力端子電圧Vinにサージが発生すると、サージ電圧は抵抗素子113、LOD106、ディスチャージ信号発生回路105に入力される。このとき、LOD106によって生成される内部電圧がVddに達するまでは実施形態1の保護回路が動作し、一般的な保護回路は動作することができない。   That is, when both the internal voltage and the voltage of the secondary battery 112 are less than Vdd, when a surge occurs in the input terminal voltage Vin, the surge voltage is input to the resistance element 113, the LOD 106, and the discharge signal generation circuit 105. At this time, the protection circuit of the first embodiment operates until the internal voltage generated by the LOD 106 reaches Vdd, and the general protection circuit cannot operate.

ディスチャージ信号発生回路105では、サージ電圧が容量素子202と抵抗素子203とで構成されるHPFに入力される。そして、容量素子202と抵抗素子203との接続部pからサージ電圧の大きさに応じたディスチャージ信号Xが出力される。ディスチャージ信号Xの大きさは、容量素子202と抵抗素子203とによって決まるカットオフ周波数に依存し、容量素子202の容量C1、抵抗素子203の抵抗値R2の値が大きいほど、ディスチャージ制御信号Xは大きくなる。   In the discharge signal generation circuit 105, the surge voltage is input to the HPF configured by the capacitive element 202 and the resistance element 203. A discharge signal X corresponding to the magnitude of the surge voltage is output from the connection portion p between the capacitive element 202 and the resistive element 203. The magnitude of the discharge signal X depends on the cutoff frequency determined by the capacitive element 202 and the resistive element 203. The larger the value of the capacitance C1 of the capacitive element 202 and the resistance value R2 of the resistive element 203, the more the discharge control signal X becomes. growing.

図3は、ディスチャージ制御信号Xとサージ電圧とを比較して示す模式図である。図3の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。入力電圧Vinにサージが発生すると、図2に示したHPFにより、入力電圧Vinの変化とともに立ち上がるディスチャージ制御信号Xが受動的に発生する。ディスチャージ制御信号Xは、図1に示したMOSトランジスタ104のゲートに入力される。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a comparison between the discharge control signal X and the surge voltage. In FIG. 3, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. When a surge occurs in the input voltage Vin, a discharge control signal X that rises with a change in the input voltage Vin is passively generated by the HPF shown in FIG. The discharge control signal X is input to the gate of the MOS transistor 104 shown in FIG.

ディスチャージ制御信号XがMOSトランジスタ104のゲートに入力されると、MOSトランジスタ104がオンし、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされる。スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされたことにより、スイッチ103のゲートドレイン間容量、ゲートソース間容量などの寄生容量を介してサージ電圧がゲートに入力され、スイッチ103がオンすることはない。   When the discharge control signal X is input to the gate of the MOS transistor 104, the MOS transistor 104 is turned on and the gate of the switch 103 is forced to the ground. Since the gate of the switch 103 is forced to the ground, a surge voltage is not input to the gate via a parasitic capacitance such as a gate-drain capacitance and a gate-source capacitance of the switch 103, and the switch 103 is not turned on.

以上のように、実施形態1では、内部電圧がVddに達する以前にサージ電圧が入力された場合、スイッチ103が完全にオフするので、サージ電圧が入力端子101から出力端子102に伝達されなくなる。
つまり、実施形態1の保護回路は、内部電圧を用いることなく、サージ電圧の自己電力(自己エネルギー)を電力源に利用して、スイッチ103をオフすることができる。このため、二次電池112の電圧がVddより低く、入力電圧VinからVddの内部電圧が生成される以前であっても、サージ電圧からUSBデバイスの内部回路を保護することができる。また、実施形態1の保護回路は、サージ電圧に対して高速にスイッチ103をオフすることができるので、特に高周波数のサージ電圧に対して有効である。また、容量素子202の容量値C1、抵抗素子203の抵抗値R2を大きくするほど広い周波数範囲のサージ電圧から内部回路を保護することができる。
As described above, in the first embodiment, when the surge voltage is input before the internal voltage reaches Vdd, the switch 103 is completely turned off, so that the surge voltage is not transmitted from the input terminal 101 to the output terminal 102.
That is, the protection circuit of the first embodiment can turn off the switch 103 by using the self power (self energy) of the surge voltage as a power source without using the internal voltage. For this reason, even if the voltage of the secondary battery 112 is lower than Vdd and the internal voltage of Vdd is generated from the input voltage Vin, the internal circuit of the USB device can be protected from the surge voltage. The protection circuit according to the first embodiment is particularly effective for a high-frequency surge voltage because the switch 103 can be turned off at high speed against the surge voltage. Further, as the capacitance value C1 of the capacitive element 202 and the resistance value R2 of the resistive element 203 are increased, the internal circuit can be protected from a surge voltage in a wider frequency range.

次に、実施形態1の保護回路の動作を、タイミングチャートを使って説明する。
図4(a)〜(c)は、実施形態1の保護回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図4(a)〜(c)は、いずれもUSBデバイスにサージ電圧が入力されない場合の入力電圧Vin、内部電圧、駆動信号PG、ディスチャージ制御信号Z、ディスチャージ制御X、スイッチ103のゲート電圧(GATE)、出力電圧Voutを示している。また、図4(a)はサージ電圧が入力されていない場合の上記パラメータを示している。なお、図4(a)では、USBデバイスの内部電圧が保護回路を動作させることができる電圧Vddに達していない場合について示している。
Next, the operation of the protection circuit of Embodiment 1 will be described using a timing chart.
4A to 4C are timing charts for explaining the operation of the protection circuit of the first embodiment. 4A to 4C show the input voltage Vin, the internal voltage, the drive signal PG, the discharge control signal Z, the discharge control X, and the gate voltage (GATE) of the switch 103 when no surge voltage is input to the USB device. ), The output voltage Vout. FIG. 4A shows the parameters when no surge voltage is input. FIG. 4A shows a case where the internal voltage of the USB device does not reach the voltage Vdd that can operate the protection circuit.

図4(b)は、USBデバイスの内部電圧がVdd以上であり、サージ電圧が入力された場合の上記パラメータを示し、図4(c)は、USBデバイス内部にVdd以上の内部電圧がなく、高周波数成分と低周波数成分とを含むサージ電圧が入力された場合の上記パラメータを示している。以下、各場合について実施形態1の保護回路の動作を説明する。   FIG. 4B shows the above parameters when the internal voltage of the USB device is Vdd or higher and a surge voltage is input, and FIG. 4C shows that there is no internal voltage of Vdd or higher inside the USB device. The above parameters are shown when a surge voltage including a high frequency component and a low frequency component is input. Hereinafter, the operation of the protection circuit of Embodiment 1 will be described for each case.

(1)サージ電圧が入力されていない場合
入力電圧Vinが時刻t0に入力されると、ディスチャージ信号発生回路105は入力電圧Vinの変化に応じてディスチャージ制御信号Xを出力する。
時刻t2において内部電圧がVddに達すると、ディスチャージ信号発生回路105が停止するとともに、図1に示した昇圧回路110が動作する。昇圧回路110は、時刻t3においてスイッチ103のゲートに駆動信号PGを出力する。駆動信号PGによってスイッチ103のゲートがオンし、出力電圧Voutが出力される。
(1) When no surge voltage is input When the input voltage Vin is input at time t0, the discharge signal generation circuit 105 outputs a discharge control signal X according to the change in the input voltage Vin.
When the internal voltage reaches Vdd at time t2, the discharge signal generation circuit 105 stops and the booster circuit 110 shown in FIG. 1 operates. Booster circuit 110 outputs drive signal PG to the gate of switch 103 at time t3. The gate of the switch 103 is turned on by the drive signal PG, and the output voltage Vout is output.

(2)内部電圧がVdd以上であり、サージ電圧が入力された場合
内部電圧がVdd以上である場合、LDO106が、ディスチャージ信号発生回路105の動作を停止する。このため、サージ電圧が入力電圧Vinとして入力されても、ディスチャージ信号発生回路105が動作することはない。
コンパレータ107は、入力電圧Vinを基準電圧Vrefと比較する。今、保護回路にはサージ電圧が入力されているから、入力電圧Vinは基準電圧Vrefよりも大きく、コンパレータ107からはディスチャージ制御信号Zが出力される。ディスチャージ制御信号ZによってMOSトランジスタ108がオンし、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされる。このため、スイッチ103がオフ状態になり、入力端子101から入力されたサージ電圧は、出力端子102を介してUSBデバイスの内部に伝わらない。
(2) When the internal voltage is Vdd or higher and a surge voltage is input When the internal voltage is Vdd or higher, the LDO 106 stops the operation of the discharge signal generation circuit 105. For this reason, even if a surge voltage is input as the input voltage Vin, the discharge signal generation circuit 105 does not operate.
The comparator 107 compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref. Now, since a surge voltage is input to the protection circuit, the input voltage Vin is larger than the reference voltage Vref, and the discharge control signal Z is output from the comparator 107. The MOS transistor 108 is turned on by the discharge control signal Z, and the gate of the switch 103 is forced to the ground. For this reason, the switch 103 is turned off, and the surge voltage input from the input terminal 101 is not transmitted to the inside of the USB device via the output terminal 102.

ただし、このような動作では、サージ電圧が入力した時刻t0からコンパレータ107がサージ電圧と基準電圧Vrefとを比較する処理等にかかった時間だけ遅れてディスチャージ制御信号Zが時刻t1に出力される。このため、時刻t0から時刻t1までのわずかな時間、スイッチ103にサージ電圧が入力され、スイッチ103の容量等によってゲート電圧がわずかに上昇している。また、ゲート電圧の上昇に伴って出力電圧Voutもわずかに出力している。
さらに、時刻t3において駆動信号PGが出力されるようになると、スイッチ103のゲート電圧が上昇してスイッチ103がオン状態になる。時刻t4において、入力電圧Vinに再びサージが発生すると、コンパレータ107が入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回る間(時刻t4〜t5)、ディスチャージ制御信号Zを出力してスイッチ103のゲートをオフさせる。このため、出力電圧Voutは、時刻t4〜t5の間わずかに低下していることが分かる。
However, in such an operation, the discharge control signal Z is output at time t1 with a delay from the time t0 when the surge voltage is input by the time required for the comparator 107 to compare the surge voltage with the reference voltage Vref. For this reason, a surge voltage is input to the switch 103 for a short time from the time t0 to the time t1, and the gate voltage slightly increases due to the capacitance of the switch 103 and the like. Further, the output voltage Vout is slightly output as the gate voltage increases.
Further, when the drive signal PG is output at time t3, the gate voltage of the switch 103 increases and the switch 103 is turned on. When a surge occurs again in the input voltage Vin at time t4, the comparator 107 outputs the discharge control signal Z and turns off the gate of the switch 103 while the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref (time t4 to t5). For this reason, it can be seen that the output voltage Vout slightly decreases between times t4 and t5.

(3)内部電圧がVddより小さく、サージ電圧が入力された場合
サージ電圧が入力電圧Vinとして時刻t0に入力されると、ディスチャージ信号発生回路105は入力電圧Vinの変化に応じてディスチャージ制御信号Xを出力する。このとき、サージの発生によって入力電圧Vinの値は予め設定されている値よりも大きいから、ディスチャージ制御信号Xの値が大きくなる。ディスチャージ制御信号Xの値がMOSトランジスタ104の閾値電圧以上に達すると、MOSトランジスタ104がオンする。
(3) When the internal voltage is smaller than Vdd and a surge voltage is input When the surge voltage is input as the input voltage Vin at time t0, the discharge signal generation circuit 105 detects the discharge control signal X according to the change in the input voltage Vin. Is output. At this time, since the value of the input voltage Vin is larger than a preset value due to the occurrence of a surge, the value of the discharge control signal X is increased. When the value of the discharge control signal X reaches or exceeds the threshold voltage of the MOS transistor 104, the MOS transistor 104 is turned on.

MOSトランジスタ104がオンすると、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされてスイッチ103は完全にオフされる。このため、内部電圧が一般的な保護回路を動作できる電圧Vddに満たない間、実施形態1の保護回路は、サージ電圧からUSBデバイスの内部回路を保護することができる。
また、ディスチャージ制御信号Xは、サージ電圧によって受動的に発生する信号であるから、サージ電圧が入力端子101から入力されるのと略同時に発生する。このため、実施形態1は、入力電圧Vinを基準電圧Vrefと比較する従来技術よりも速やかにディスチャージ制御信号Xを出力することができるので、完全にスイッチ103をオフしてわずかなゲート電圧の上昇も抑えることができる。
When the MOS transistor 104 is turned on, the gate of the switch 103 is forced to the ground, and the switch 103 is completely turned off. For this reason, while the internal voltage is less than the voltage Vdd capable of operating a general protection circuit, the protection circuit of the first embodiment can protect the internal circuit of the USB device from the surge voltage.
In addition, since the discharge control signal X is a signal that is passively generated by a surge voltage, the discharge control signal X is generated substantially simultaneously with the input of the surge voltage from the input terminal 101. For this reason, the first embodiment can output the discharge control signal X more quickly than the conventional technique for comparing the input voltage Vin with the reference voltage Vref, so that the switch 103 is completely turned off and the gate voltage is slightly increased. Can also be suppressed.

時刻t3において内部電圧がVddに達すると、ディスチャージ信号発生回路105が停止するとともに、図1に示した昇圧回路110が動作する。昇圧回路110は、時刻t4においてスイッチ103のゲートに駆動信号PGを出力する。駆動信号PGによってスイッチ103のゲートがオンし、出力電圧Voutが出力される。
さらに、時刻t4において駆動信号PGが出力されるようになると、スイッチ103のゲート電圧が上昇してスイッチ103がオン状態になる。時刻t5において、入力電圧Vinに再びサージが発生すると、コンパレータ107は、入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回る間(時刻t5〜t6)、ディスチャージ制御信号Zを出力してスイッチ103のゲートをオフさせる。このため、出力電圧Voutは、時刻t5〜t6の間わずかに低下していることが分かる。
When the internal voltage reaches Vdd at time t3, the discharge signal generation circuit 105 stops and the booster circuit 110 shown in FIG. 1 operates. Booster circuit 110 outputs drive signal PG to the gate of switch 103 at time t4. The gate of the switch 103 is turned on by the drive signal PG, and the output voltage Vout is output.
Further, when the drive signal PG is output at time t4, the gate voltage of the switch 103 increases and the switch 103 is turned on. When a surge occurs again in the input voltage Vin at time t5, the comparator 107 outputs the discharge control signal Z and turns off the gate of the switch 103 while the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref (time t5 to t6). . For this reason, it can be seen that the output voltage Vout slightly decreases between times t5 and t6.

(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2について説明する。
(構成)
実施形態2の保護回路は、実施形態1と同様に、USBデバイスの内部電圧がVddに達する以前に動作する保護回路である。そして、実施形態2の保護回路は、図1に示したディスチャージ信号発生回路の構成が相違する点で実施形態1と相違するものである。なお、実施形態1の保護回路を含む保護回路の全体図は、図1のディスチャージ信号発生回路105をディスチャージ信号発生回路505とするものであるから、その図示及び説明を省くものとする。
(Embodiment 2)
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described.
(Constitution)
As in the first embodiment, the protection circuit according to the second embodiment is a protection circuit that operates before the internal voltage of the USB device reaches Vdd. The protection circuit of the second embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the discharge signal generating circuit shown in FIG. 1 is different. In the overall view of the protection circuit including the protection circuit of the first embodiment, the discharge signal generation circuit 105 in FIG. 1 is the discharge signal generation circuit 505, and therefore illustration and description thereof are omitted.

図5は、実施形態2のディスチャージ信号発生回路505を説明するための図である。ディスチャージ信号発生回路505は、入力端子101とグラウンドとの間に直列に接続された、抵抗素子501、抵抗素子502、ダイオード503を含んでいる。ダイオード503のアノードと抵抗素子502との共通接続部qからディスチャージ制御信号Yが出力される。なお、ダイオード503のカソードはグラウンドに接続されている。   FIG. 5 is a diagram for explaining the discharge signal generation circuit 505 of the second embodiment. The discharge signal generation circuit 505 includes a resistance element 501, a resistance element 502, and a diode 503 connected in series between the input terminal 101 and the ground. A discharge control signal Y is output from a common connection q between the anode of the diode 503 and the resistance element 502. The cathode of the diode 503 is connected to the ground.

抵抗素子501、抵抗素子502、ダイオード503は、分圧回路を構成する。ダイオード503の空乏層容量は、図1に示したMOSトランジスタ104のゲート容量とともにローパスフィルタ(LPF)を構成し、低周波(DC)のサージ電圧を抵抗素子502、ダイオード503の共通接続部qからディスチャージ制御信号Yとして出力する。
また、抵抗素子501と抵抗素子502との共通接続部qとグラウンドとの間には、ツェナーダイオード506を含む素子保護回路507が接続されている。ツェナーダイオード506のアノードはグラウンドに接続され、カソードは、抵抗素子501と抵抗素子502の共通接続部に接続されている。素子保護回路507は、入力端子101に過電圧が印加された場合に抵抗素子501、抵抗素子502、ダイオード503への印加電圧が素子耐圧を超えて破壊されないように保護するものである。このために、入力電圧Vinが降伏電圧を超えると、素子保護回路507を介して電流が流れ、過電圧がディスチャージ制御信号Yとして放電される。
The resistance element 501, the resistance element 502, and the diode 503 constitute a voltage dividing circuit. The depletion layer capacitance of the diode 503 forms a low-pass filter (LPF) together with the gate capacitance of the MOS transistor 104 shown in FIG. 1, and a low frequency (DC) surge voltage is generated from the resistance element 502 and the common connection portion q of the diode 503. Output as a discharge control signal Y.
In addition, an element protection circuit 507 including a Zener diode 506 is connected between the common connection q between the resistance element 501 and the resistance element 502 and the ground. The anode of the Zener diode 506 is connected to the ground, and the cathode is connected to a common connection portion of the resistance element 501 and the resistance element 502. The element protection circuit 507 protects the applied voltage to the resistance element 501, the resistance element 502, and the diode 503 from exceeding the element withstand voltage and being destroyed when an overvoltage is applied to the input terminal 101. For this reason, when the input voltage Vin exceeds the breakdown voltage, a current flows through the element protection circuit 507, and the overvoltage is discharged as the discharge control signal Y.

(動作)
次に、実施形態2の保護回路の動作を説明する。
実施形態2の保護回路では、入力端子101にサージ電圧が入力されると、抵抗素子501、502の合成抵抗とダイオード503との分圧回路によって抵抗素子502とダイオード503との共通接続部qからディスチャージ信号Yが出力される。ダイオード503のアノード、カソード間の電流電圧特性は、指数関数特性を有する。つまり、ダイオード503は、非線形な抵抗として作用する。
(Operation)
Next, the operation of the protection circuit of the second embodiment will be described.
In the protection circuit of the second embodiment, when a surge voltage is input to the input terminal 101, the voltage dividing circuit of the combined resistance of the resistance elements 501 and 502 and the diode 503 causes the common connection portion q between the resistance element 502 and the diode 503 to be connected. A discharge signal Y is output. The current-voltage characteristic between the anode and the cathode of the diode 503 has an exponential function characteristic. That is, the diode 503 acts as a non-linear resistance.

入力電圧Vinが大きくなると、ダイオード503には閾値電圧を超えて大電流が流れ、放電動作が開始される。このとき、抵抗素子501、502とダイオード503との分圧電圧がディスチャージ制御信号Yとして、図1に示したMOSトランジスタ104に出力される。なお、図5に示した保護回路にも共通接続部qとグラウンドとのMOSトランジスタ204が接続されていて、図1に示したLDO106からVddの内部電圧がMOSトランジスタ204のゲートに印加された場合、ディスチャージ制御信号Yの出力が停止する。   When the input voltage Vin increases, a large current flows through the diode 503 beyond the threshold voltage, and a discharge operation is started. At this time, the divided voltage of the resistance elements 501 and 502 and the diode 503 is output as the discharge control signal Y to the MOS transistor 104 shown in FIG. 5 is connected to the MOS transistor 204 of the common connection portion q and the ground, and the internal voltage of Vdd is applied to the gate of the MOS transistor 204 from the LDO 106 shown in FIG. The output of the discharge control signal Y is stopped.

図6は、ディスチャージ制御信号Yとサージ電圧とを比較して示す模式図である。図6の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。入力電圧Vinにサージが発生すると、図5に示したように、サージ電圧に応じたディスチャージ制御信号Yが出力される。ディスチャージ制御信号Yは、図1に示したMOSトランジスタ104のゲートに入力される。ディスチャージ制御信号YがMOSトランジスタ104のゲートに入力されると、MOSトランジスタ104はオンし、図1に示したスイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされる。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a comparison between the discharge control signal Y and the surge voltage. In FIG. 6, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. When a surge occurs in the input voltage Vin, a discharge control signal Y corresponding to the surge voltage is output as shown in FIG. The discharge control signal Y is input to the gate of the MOS transistor 104 shown in FIG. When the discharge control signal Y is input to the gate of the MOS transistor 104, the MOS transistor 104 is turned on, and the gate of the switch 103 shown in FIG. 1 is forced to the ground.

スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされたため、スイッチ103のゲートドレイン間容量、ゲートソース間容量などの寄生容量を介してサージ電圧がゲートに入力されて、スイッチ103がオンすることはない。
以上のように、実施形態2では、内部電圧がVddに達する以前にサージ電圧が入力された場合、スイッチ103が完全にオフするので、サージ電圧が入力端子101から出力端子102に伝達されなくなる。
Since the gate of the switch 103 is forced to the ground, the surge voltage is not input to the gate through the parasitic capacitance such as the gate-drain capacitance and the gate-source capacitance of the switch 103, and the switch 103 is not turned on.
As described above, in the second embodiment, when the surge voltage is input before the internal voltage reaches Vdd, the switch 103 is completely turned off, so that the surge voltage is not transmitted from the input terminal 101 to the output terminal 102.

つまり、実施形態2の保護回路は、内部電源を用いることなく、サージ電圧の自己電力を利用して、スイッチ103をオフすることができる。このため、二次電池112の電圧がVddより低く、入力電圧VinからVddの内部電圧が生成される以前であっても、サージ電圧からUSBデバイスの内部回路を保護することができる。
また、実施形態2は、ローパスフィルタから放電電圧をディスチャージ制御信号Yとして出力するので、緩やかに立ち上がるサージ電圧よりディスチャージ制御信号Yを出力することができる。このため、実施形態2の保護回路は、特に、低い周波数のサージ電圧に対して有効にスイッチ103をオフすることができる。また、ダイオード503の空乏層容量、MOSトランジスタ104のゲート容量を小さくする程、ローパスフィルタの静電容量を小さくすることができるので、より広い周波数範囲のサージ電圧からUSBデバイスの内部回路を保護することができる。
That is, the protection circuit according to the second embodiment can turn off the switch 103 using the self-power of the surge voltage without using an internal power supply. For this reason, even if the voltage of the secondary battery 112 is lower than Vdd and the internal voltage of Vdd is generated from the input voltage Vin, the internal circuit of the USB device can be protected from the surge voltage.
In the second embodiment, since the discharge voltage is output as the discharge control signal Y from the low-pass filter, the discharge control signal Y can be output from the surge voltage that gradually rises. For this reason, the protection circuit according to the second embodiment can effectively turn off the switch 103 against a surge voltage having a low frequency. Further, as the depletion layer capacitance of the diode 503 and the gate capacitance of the MOS transistor 104 are reduced, the capacitance of the low-pass filter can be reduced, so that the internal circuit of the USB device is protected from a surge voltage in a wider frequency range. be able to.

(実施形態3)
次に、本発明の実施形態3を説明する。
(構成)
図7は、実施形態3のUSBデバイスの保護回路を説明するための回路図である。実施形態3中で図示した構成のうち、実施形態1で示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
図7に示した保護回路は、実施形態1と同様に、一般的な保護回路と、USBデバイスの内部電圧が所定の電圧(以降、Vddとする)に達する以前にサージ電圧に対応できる保護回路とを含んでいる。実施形態3の保護回路は、USBデバイスの内部電圧がVddに達する以前にサージ電圧に対応できる保護回路を指す。
実施形態3の保護回路は、実施形態1の保護回路が対応する高周波数のサージ電圧と、実施形態2の保護回路が対応する低周波数のサージ電圧の両方に対応できる保護回路である。このため、実施形態3の保護回路は、図1に示したディスチャージ信号発生回路105に代えて、ディスチャージ信号発生回路705を備えている。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described.
(Constitution)
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a protection circuit of the USB device according to the third embodiment. Among the configurations illustrated in the third embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as the configurations illustrated in the first embodiment, and the description thereof is partially omitted.
As in the first embodiment, the protection circuit shown in FIG. 7 is a general protection circuit and a protection circuit that can cope with a surge voltage before the internal voltage of the USB device reaches a predetermined voltage (hereinafter referred to as Vdd). Including. The protection circuit of the third embodiment indicates a protection circuit that can cope with a surge voltage before the internal voltage of the USB device reaches Vdd.
The protection circuit of the third embodiment is a protection circuit that can cope with both a high-frequency surge voltage to which the protection circuit of the first embodiment corresponds and a low-frequency surge voltage to which the protection circuit of the second embodiment corresponds. Therefore, the protection circuit according to the third embodiment includes a discharge signal generation circuit 705 instead of the discharge signal generation circuit 105 shown in FIG.

ディスチャージ信号発生回路705は、ディスチャージ制御信号Xとディスチャージ制御信号Yとを出力するディスチャージ信号発生回路である。そして、実施形態3は、ディスチャージ制御信号Xによってゲートがオン、オフするMOSトランジスタ104と、ディスチャージ制御信号Yによってゲートがオン、オフするMOSトランジスタ704とを備えている。MOSトランジスタ704のドレインとMOSトランジスタ704のドレインは、いずれもスイッチ103のゲートに接続されていて、そのソースはグラウンドに接続されている。   The discharge signal generation circuit 705 is a discharge signal generation circuit that outputs a discharge control signal X and a discharge control signal Y. The third embodiment includes a MOS transistor 104 whose gate is turned on / off by a discharge control signal X and a MOS transistor 704 whose gate is turned on / off by a discharge control signal Y. Both the drain of the MOS transistor 704 and the drain of the MOS transistor 704 are connected to the gate of the switch 103, and the source thereof is connected to the ground.

MOSトランジスタ104またはMOSトランジスタ704のゲートがオンすると、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされる。スイッチ103は、ゲートがグラウンドにフォースされることによって完全にオフし、入力端子101に入力された入力電圧Vinのサージが出力端子102に伝わることを防ぐ。
図8は、実施形態3のディスチャージ信号発生回路705を説明するための図である。ディスチャージ信号発生回路705は、図2に示したディスチャージ信号発生回路105と、図5に示したディスチャージ信号発生回路505とを並列に接続して構成される。入力端子101に入力されたサージ電圧は、ディスチャージ信号発生回路105、505の両方に入力される。ディスチャージ信号発生回路105は、ACのサージ電圧からUSBデバイスを保護するAC保護部として機能する。また、ディスチャージ信号発生回路505は、DCのサージ電圧からUSBデバイスを保護するDC保護部として機能する。
When the gate of the MOS transistor 104 or the MOS transistor 704 is turned on, the gate of the switch 103 is forced to the ground. The switch 103 is completely turned off when the gate is forced to the ground, and prevents the surge of the input voltage Vin input to the input terminal 101 from being transmitted to the output terminal 102.
FIG. 8 is a diagram for explaining the discharge signal generation circuit 705 according to the third embodiment. The discharge signal generation circuit 705 is configured by connecting the discharge signal generation circuit 105 shown in FIG. 2 and the discharge signal generation circuit 505 shown in FIG. 5 in parallel. The surge voltage input to the input terminal 101 is input to both the discharge signal generation circuits 105 and 505. The discharge signal generation circuit 105 functions as an AC protection unit that protects the USB device from an AC surge voltage. Further, the discharge signal generation circuit 505 functions as a DC protection unit that protects the USB device from a DC surge voltage.

(動作)
次に、実施形態3の保護回路の動作を説明する。実施形態3の保護回路の動作は、入力端子101から入力したサージ電圧の周波数によって異なる。ここでは、サージ電圧の周波数を相対的に高周波数、低周波数の2段階に分け、サージ電圧の周波数別に実施形態3の保護回路の動作を説明する。
(Operation)
Next, the operation of the protection circuit of Embodiment 3 will be described. The operation of the protection circuit according to the third embodiment differs depending on the frequency of the surge voltage input from the input terminal 101. Here, the frequency of the surge voltage is divided into two stages of a relatively high frequency and a low frequency, and the operation of the protection circuit according to the third embodiment will be described for each surge voltage frequency.

(1)高周波数のサージ電圧
図9は、ディスチャージ制御信号Xと高周波数のサージ電圧とを比較して示す模式図である。図9の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。入力電圧Vinに高周波数のサージが発生すると、図2に示したディスチャージ信号発生回路105のHPFにより、入力電圧Vinの変化とともに立ち上がるディスチャージ制御信号Xが受動的に発生する。一方、図5に示したディスチャージ信号発生回路505はLPF特性を有するので、減衰した波形のディスチャージ制御信号Yが発生する。
(1) High Frequency Surge Voltage FIG. 9 is a schematic diagram showing a comparison between the discharge control signal X and a high frequency surge voltage. In FIG. 9, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. When a high frequency surge occurs in the input voltage Vin, the discharge control signal X that rises with a change in the input voltage Vin is passively generated by the HPF of the discharge signal generation circuit 105 shown in FIG. On the other hand, since the discharge signal generation circuit 505 shown in FIG. 5 has LPF characteristics, a discharge control signal Y having an attenuated waveform is generated.

ディスチャージ制御信号Xは、MOSトランジスタ104のゲートに入力され、MOSトランジスタ104がオンする。一方、ディスチャージ制御信号Yは、MOSトランジスタ704に入力される。ディスチャージ制御信号Yは減衰されているため、MOSトランジスタ704はオフしたままである。MOSトランジスタ104、MOSトランジスタ704のうち、MOSトランジスタ104がオンするから、スイッチ103のゲートはグラウンドにフォースされる。
スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされたことにより、スイッチ103は完全にオフしたままになる。このため、実施形態3の保護回路は、入力電圧Vinがスイッチ103を介して出力端子102に伝わることを防ぐことができる。
The discharge control signal X is input to the gate of the MOS transistor 104, and the MOS transistor 104 is turned on. On the other hand, the discharge control signal Y is input to the MOS transistor 704. Since the discharge control signal Y is attenuated, the MOS transistor 704 remains off. Since the MOS transistor 104 is turned on among the MOS transistor 104 and the MOS transistor 704, the gate of the switch 103 is forced to the ground.
Because the gate of switch 103 is forced to ground, switch 103 remains completely off. For this reason, the protection circuit of Embodiment 3 can prevent the input voltage Vin from being transmitted to the output terminal 102 via the switch 103.

(2)サージ電圧が低周波数
図10は、ディスチャージ制御信号Xと、ディスチャージ制御信号Yと、低周波数のサージ電圧とを比較して示す模式図である。図10の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。入力電圧Vinに低周波数のサージが発生すると、図2に示したディスチャージ信号発生回路105のHPFにより、減衰したディスチャージ制御信号Xが受動的に発生する。一方、図5に示したディスチャージ信号発生回路505はLPF特性を有するので、サージ電圧よりも緩やかに立ち上がる波形のディスチャージ制御信号Yが受動的に発生する。
(2) Surge Voltage is Low Frequency FIG. 10 is a schematic diagram showing a comparison between the discharge control signal X, the discharge control signal Y, and the low frequency surge voltage. In FIG. 10, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. When a low frequency surge occurs in the input voltage Vin, the attenuated discharge control signal X is passively generated by the HPF of the discharge signal generation circuit 105 shown in FIG. On the other hand, since the discharge signal generation circuit 505 shown in FIG. 5 has LPF characteristics, the discharge control signal Y having a waveform that rises more slowly than the surge voltage is passively generated.

ディスチャージ制御信号Yは、MOSトランジスタ704のゲートに入力され、MOSトランジスタ704がオンする。一方、ディスチャージ制御信号Xは、減衰されているため、MOSトランジスタ104のゲートに入力されても、MOSトランジスタ104はオフしたままである。
MOSトランジスタ704がオンすることにより、スイッチ103はオフされる。このため、低周波数のサージ電圧が入力端子101に入力された場合にも、入力端子101からサージ電圧が出力端子102に伝達されることがなく、USBデバイスの後段の回路をサージ電圧から保護することができる。
The discharge control signal Y is input to the gate of the MOS transistor 704, and the MOS transistor 704 is turned on. On the other hand, since the discharge control signal X is attenuated, even if it is input to the gate of the MOS transistor 104, the MOS transistor 104 remains off.
When the MOS transistor 704 is turned on, the switch 103 is turned off. For this reason, even when a low-frequency surge voltage is input to the input terminal 101, the surge voltage is not transmitted from the input terminal 101 to the output terminal 102, and the subsequent circuit of the USB device is protected from the surge voltage. be able to.

(3)サージ電圧が高周波数の成分と低周波数の成分を含む
図11は、入力端子101に、高周波数成分と低周波数成分の両方を含むサージ電圧が入力されたときのディスチャージ制御信号X、Yと、サージ電圧とを比較して示す模式図である。図3の縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示している。実施形態3のこのような場合では、図8に示したディスチャージ信号発生回路105、505の両方が機能する。
(3) The surge voltage includes a high-frequency component and a low-frequency component. FIG. 11 shows a discharge control signal X when a surge voltage including both a high-frequency component and a low-frequency component is input to the input terminal 101. It is a schematic diagram which compares and shows Y and a surge voltage. In FIG. 3, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time. In such a case of the third embodiment, both the discharge signal generation circuits 105 and 505 shown in FIG. 8 function.

ディスチャージ信号発生回路105からは、サージ電圧のうち高周波数成分に応じたディスチャージ制御信号XがMOSトランジスタ104に出力される。ディスチャージ信号発生回路505からは、サージ電圧のうち低周波数成分に応じたディスチャージ制御信号YがMOSトランジスタ704に出力される。このとき、MOSトランジスタ104、704は両方ともオンし、スイッチ103のゲートはグラウンドにフォースされる。このため、スイッチ103が完全にオフするので、サージ電圧が入力端子101から出力端子102に伝達されなくなる。   From the discharge signal generation circuit 105, a discharge control signal X corresponding to the high frequency component of the surge voltage is output to the MOS transistor 104. From the discharge signal generation circuit 505, a discharge control signal Y corresponding to the low frequency component of the surge voltage is output to the MOS transistor 704. At this time, both the MOS transistors 104 and 704 are turned on, and the gate of the switch 103 is forced to the ground. For this reason, since the switch 103 is completely turned off, the surge voltage is not transmitted from the input terminal 101 to the output terminal 102.

図11によれば、実施形態3の保護回路は、ディスチャージ制御信号X、ディスチャージ制御信号Yの両方が出力することにより、サージ電圧が入力されている時間の全範囲にわたってスイッチ103をオフできることが分かる。このため、本発明の実施形態3の保護回路は、低周波数成分から高周波数成分まで、様々な周波数成分を含むサージ電圧が入力されても、内部電源を用いることなく、サージ電圧の自己電力を利用して、スイッチ103をオフすることができる。   According to FIG. 11, it can be seen that the protection circuit of the third embodiment can turn off the switch 103 over the entire range of time during which the surge voltage is input by outputting both the discharge control signal X and the discharge control signal Y. . For this reason, the protection circuit according to the third embodiment of the present invention reduces the self-power of the surge voltage without using an internal power source even when a surge voltage including various frequency components from a low frequency component to a high frequency component is input. Utilizing this, the switch 103 can be turned off.

次に、実施形態3の保護回路の動作を、タイミングチャートを使って説明する。
図12(a)〜(c)は、実施形態3の保護回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図12(a)〜(c)は、いずれもUSBデバイスにサージ電圧が入力されない場合の入力電圧Vin、内部電圧、駆動信号PG、ディスチャージ制御信号Z、ディスチャージ制御X、ディスチャージ制御信号Y、スイッチ103のゲート電圧(GATE)、出力電圧Voutを示している。また、図12(a)はサージ電圧が入力されていない場合の上記パラメータを示している。なお、図12(a)では、USBデバイスの内部電圧が保護回路を動作させることができる電圧Vddに達していない場合について示している。
Next, the operation of the protection circuit of Embodiment 3 will be described using a timing chart.
12A to 12C are timing charts for explaining the operation of the protection circuit of the third embodiment. 12A to 12C show the input voltage Vin, internal voltage, drive signal PG, discharge control signal Z, discharge control signal X, discharge control signal Y, and switch 103 when no surge voltage is input to the USB device. The gate voltage (GATE) and the output voltage Vout are shown. FIG. 12A shows the parameters when no surge voltage is input. FIG. 12A shows a case where the internal voltage of the USB device does not reach the voltage Vdd that can operate the protection circuit.

図12(b)は、USBデバイスの内部電圧がVdd以上であり、サージ電圧が入力された場合の上記パラメータを示し、図12(c)は、USBデバイス内部にVdd以上の内部電圧がなく、高周波数成分と低周波数成分とを含むサージ電圧が入力された場合の上記パラメータを示している。以下、各場合について実施形態3の保護回路の動作を説明する。   FIG. 12B shows the above parameters when the internal voltage of the USB device is Vdd or higher and a surge voltage is input, and FIG. 12C shows that there is no internal voltage of Vdd or higher inside the USB device. The above parameters are shown when a surge voltage including a high frequency component and a low frequency component is input. Hereinafter, the operation of the protection circuit of Embodiment 3 will be described for each case.

(1)サージ電圧が入力されていない場合
入力電圧Vinが時刻t0に入力されると、ディスチャージ信号発生回路105は入力電圧Vinの変化に応じてディスチャージ制御信号Xを出力する。
また、ディスチャージ信号発生回路505は、入力電圧Vinを積分してディスチャージ制御信号Yを内部電圧がVddに達する時刻t2まで出力する。
時刻t2において内部電圧がVddに達すると、ディスチャージ信号発生回路105、505が停止するとともに、図7に示した昇圧回路110が動作する。昇圧回路110は、時刻t3においてスイッチ103のゲートに駆動信号PGを出力する。駆動信号PGによってスイッチ103のゲートがオンし、出力電圧Voutが出力される。
(1) When no surge voltage is input When the input voltage Vin is input at time t0, the discharge signal generation circuit 105 outputs a discharge control signal X according to the change in the input voltage Vin.
The discharge signal generation circuit 505 integrates the input voltage Vin and outputs a discharge control signal Y until time t2 when the internal voltage reaches Vdd.
When the internal voltage reaches Vdd at time t2, the discharge signal generation circuits 105 and 505 are stopped and the booster circuit 110 shown in FIG. 7 is operated. Booster circuit 110 outputs drive signal PG to the gate of switch 103 at time t3. The gate of the switch 103 is turned on by the drive signal PG, and the output voltage Vout is output.

(2)内部電圧がVdd以上であり、サージ電圧が入力された場合
内部電圧がVdd以上である場合、LDO106が、ディスチャージ信号発生回路705の動作を停止する。このため、サージ電圧が入力電圧Vinとして入力されても、ディスチャージ信号発生回路705が動作することはない。
コンパレータ107は、入力電圧Vinを基準電圧Vrefと比較する。今、保護回路にはサージ電圧が入力されているから、入力電圧Vinは基準電圧Vrefよりも大きく、コンパレータ107からはディスチャージ制御信号Zが出力される。ディスチャージ制御信号ZによってMOSトランジスタ108がオンし、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされる。このため、スイッチ103がオフ状態になり、入力端子101から入力されたサージ電圧は、出力端子102を介してUSBデバイスの内部に伝わらない。
(2) When the internal voltage is Vdd or higher and a surge voltage is input When the internal voltage is Vdd or higher, the LDO 106 stops the operation of the discharge signal generation circuit 705. For this reason, even if a surge voltage is input as the input voltage Vin, the discharge signal generation circuit 705 does not operate.
The comparator 107 compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref. Now, since a surge voltage is input to the protection circuit, the input voltage Vin is larger than the reference voltage Vref, and the discharge control signal Z is output from the comparator 107. The MOS transistor 108 is turned on by the discharge control signal Z, and the gate of the switch 103 is forced to the ground. For this reason, the switch 103 is turned off, and the surge voltage input from the input terminal 101 is not transmitted to the inside of the USB device via the output terminal 102.

ただし、このような動作では、サージ電圧が入力した時刻t0からコンパレータ107がサージ電圧と基準電圧Vrefとを比較する処理等にかかった時間だけ遅れてディスチャージ制御信号Zが時刻t1に出力される。このため、時刻t0から時刻t1までのわずかな時間、スイッチ103にサージ電圧が入力し、スイッチ103の容量等によってゲート電圧がわずかに上昇している。また、ゲート電圧の上昇に伴って出力電圧Voutもわずかに上昇している。   However, in such an operation, the discharge control signal Z is output at time t1 with a delay from the time t0 when the surge voltage is input by the time required for the comparator 107 to compare the surge voltage with the reference voltage Vref. For this reason, a surge voltage is input to the switch 103 for a short time from the time t0 to the time t1, and the gate voltage slightly increases due to the capacitance of the switch 103 or the like. Further, the output voltage Vout slightly increases as the gate voltage increases.

さらに、時刻t3において駆動信号PGが出力されるようになると、スイッチ103のゲート電圧が上昇してスイッチ103がオン状態になる。時刻t4において、入力電圧Vinに再びサージが発生すると、コンパレータ107が入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回る間(時刻t4〜t5)、ディスチャージ制御信号Zを出力してスイッチ103のゲートをオフさせる。このため、出力電圧Voutは、時刻t4〜t5の間わずかに低下していることが分かる。   Further, when the drive signal PG is output at time t3, the gate voltage of the switch 103 increases and the switch 103 is turned on. When a surge occurs again in the input voltage Vin at time t4, the comparator 107 outputs the discharge control signal Z and turns off the gate of the switch 103 while the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref (time t4 to t5). For this reason, it can be seen that the output voltage Vout slightly decreases between times t4 and t5.

(3)内部電圧がVddより小さく、サージ電圧が入力された場合
サージ電圧が入力電圧Vinとして時刻t0に入力されると、ディスチャージ信号発生回路105は入力電圧Vinの変化に応じてディスチャージ制御信号Xを出力する。このとき、サージの発生によって入力電圧Vinの値は予め設定されている値よりも大きいから、ディスチャージ制御信号Xの値が大きくなる。ディスチャージ制御信号Xの値がMOSトランジスタ104の閾値電圧以上に達すると、MOSトランジスタ104がオンする。
(3) When the internal voltage is smaller than Vdd and a surge voltage is input When the surge voltage is input as the input voltage Vin at time t0, the discharge signal generation circuit 105 detects the discharge control signal X according to the change in the input voltage Vin. Is output. At this time, since the value of the input voltage Vin is larger than a preset value due to the occurrence of a surge, the value of the discharge control signal X is increased. When the value of the discharge control signal X reaches or exceeds the threshold voltage of the MOS transistor 104, the MOS transistor 104 is turned on.

また、ディスチャージ信号発生回路505は、入力電圧Vinを積分してディスチャージ制御信号Yを内部電圧がVddに達する時刻t3まで出力する。このとき、サージの発生によって入力電圧Vinの値は予め設定されている値よりも大きいから、ディスチャージ制御信号Yの値が大きくなる。ディスチャージ制御信号Yの値がMOSトランジスタ704の閾値電圧以上に達すると、MOSトランジスタ704がオンする。   The discharge signal generation circuit 505 integrates the input voltage Vin and outputs a discharge control signal Y until time t3 when the internal voltage reaches Vdd. At this time, since the value of the input voltage Vin is greater than a preset value due to the occurrence of a surge, the value of the discharge control signal Y is increased. When the value of the discharge control signal Y reaches the threshold voltage of the MOS transistor 704 or more, the MOS transistor 704 is turned on.

MOSトランジスタ104、704がオンすると、スイッチ103のゲートがグラウンドにフォースされてスイッチ103は完全にオフされる。このため、内部電圧が一般的な保護回路を動作できる電圧Vddに満たない間、実施形態3の保護回路は、サージ電圧からUSBデバイスの内部回路を保護することができる。
また、ディスチャージ制御信号X、ディスチャージ制御信号Yは、いずれもサージ電圧によって受動的に発生する信号であるから、サージ電圧が入力端子101から入力されるのと略同時に発生する。このため、実施形態3は、入力電圧Vinを基準電圧Vrefと比較する従来技術よりも速やかにディスチャージ制御信号Xを出力することができるので、完全にスイッチ103をオフしてわずかなゲート電圧の上昇も抑えることができる。
When the MOS transistors 104 and 704 are turned on, the gate of the switch 103 is forced to the ground and the switch 103 is completely turned off. For this reason, while the internal voltage is less than the voltage Vdd capable of operating a general protection circuit, the protection circuit of the third embodiment can protect the internal circuit of the USB device from the surge voltage.
Further, since both the discharge control signal X and the discharge control signal Y are passively generated by the surge voltage, the surge voltage is generated almost simultaneously with the input from the input terminal 101. For this reason, the third embodiment can output the discharge control signal X more quickly than the prior art that compares the input voltage Vin with the reference voltage Vref. Therefore, the switch 103 is completely turned off and the gate voltage is slightly increased. Can also be suppressed.

さらに、実施形態3は、ディスチャージ制御信号Xとディスチャージ制御信号Yとを併用している。このため、サージ電圧が高周波数成分と低周波数成分の両方を含む場合でも、サージ電圧が入力されている間中スイッチ103をオフしてサージ電圧がUSBデバイスの内部に伝わることを防ぐことができる。
時刻t3において内部電圧がVddに達すると、ディスチャージ信号発生回路105、505が停止するとともに、図7に示した昇圧回路110が動作する。昇圧回路110は、時刻t4においてスイッチ103のゲートに駆動信号PGを出力する。駆動信号PGによってスイッチ103のゲートがオンし、出力電圧Voutが出力を開始する。
Further, in the third embodiment, the discharge control signal X and the discharge control signal Y are used in combination. For this reason, even when the surge voltage includes both a high frequency component and a low frequency component, the switch 103 can be turned off while the surge voltage is being input to prevent the surge voltage from being transmitted to the inside of the USB device. .
When the internal voltage reaches Vdd at time t3, the discharge signal generation circuits 105 and 505 are stopped and the booster circuit 110 shown in FIG. 7 is operated. Booster circuit 110 outputs drive signal PG to the gate of switch 103 at time t4. The gate of the switch 103 is turned on by the drive signal PG, and the output voltage Vout starts to be output.

さらに、時刻t4において駆動信号PGが出力されるようになると、スイッチ103のゲート電圧が上昇してスイッチ103がオン状態になる。時刻t5において、入力電圧Vinに再びサージが発生すると、コンパレータ107が入力電圧Vinが基準電圧Vrefを上回る間(時刻t5〜t6)、ディスチャージ制御信号Zを出力してスイッチ103のゲートをオフさせる。このため、出力電圧Voutは、時刻t5〜t6の間わずかに低下していることが分かる。   Further, when the drive signal PG is output at time t4, the gate voltage of the switch 103 increases and the switch 103 is turned on. When a surge occurs again at the time t5, the comparator 107 outputs the discharge control signal Z to turn off the gate of the switch 103 while the input voltage Vin exceeds the reference voltage Vref (time t5 to t6). For this reason, it can be seen that the output voltage Vout slightly decreases between times t5 and t6.

本発明は、SUB端子によって他の機器と接続されるコンピュータ周辺機器の内部に設けられて回路を保護することに有効である。   The present invention is effective for protecting a circuit provided inside a computer peripheral device connected to another device by a SUB terminal.

101 入力端子
102 出力端子
103 スイッチ
104、108、204、704 MOSトランジスタ
105、505、705 ディスチャージ信号発生回路
107 コンパレータ
109 発振器
110 昇圧回路
112 二次電池
201、203、501、502 抵抗素子
202 容量素子
205、507 素子保護回路
206、506 ツェナーダイオード
208 ノード
503 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Input terminal 102 Output terminal 103 Switch 104,108,204,704 MOS transistor 105,505,705 Discharge signal generation circuit 107 Comparator 109 Oscillator 110 Booster circuit 112 Secondary battery 201,203,501,502 Resistance element 202 Capacitance element 205 , 507 Element protection circuit 206, 506 Zener diode 208 Node 503 Diode

Claims (6)

電源端子を有する電子機器を保護する電子機器の保護回路であって、
電圧が入力される入力端子と、
前記入力端子から入力された電圧を前記電子機器の内部に出力する出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子とを電気的に離接するスイッチと、
前記入力端子から入力された入力電圧が、予め設定されている電圧より大きい場合、前記入力電圧の自己電圧を電力源としてディスチャージ制御信号を発生するディスチャージ信号発生回路と
入力電圧を電力源として内部電圧を生成する内部電圧生成回路を有し、前記電子機器の前記内部電圧によって動作する他の保護回路と、を含み、
前記ディスチャージ制御信号は、前記スイッチを、前記入力端子と前記出力端子との間の信号伝達経路を切断するように動作させ
前記ディスチャージ信号発生回路は、前記内部電圧の値が予め設定された値に達すると、動作を停止することを特徴とする電子機器の保護回路。
An electronic device protection circuit for protecting an electronic device having a power terminal,
An input terminal to which voltage is input;
An output terminal that outputs the voltage input from the input terminal to the inside of the electronic device;
A switch for electrically connecting and disconnecting the input terminal and the output terminal;
A discharge signal generating circuit that generates a discharge control signal using the self-voltage of the input voltage as a power source when the input voltage input from the input terminal is greater than a preset voltage ;
An internal voltage generation circuit that generates an internal voltage using an input voltage as a power source, and includes another protection circuit that operates according to the internal voltage of the electronic device,
The discharge control signal causes the switch to operate so as to cut a signal transmission path between the input terminal and the output terminal ;
The protection circuit for an electronic device, wherein the discharge signal generation circuit stops the operation when the value of the internal voltage reaches a preset value .
前記ディスチャージ信号発生回路は、前記入力電圧の放電電圧を微分または積分する演算回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子機器の保護回路。 2. The protection circuit for an electronic device according to claim 1, wherein the discharge signal generation circuit includes an arithmetic circuit for differentiating or integrating the discharge voltage of the input voltage. 前記ディスチャージ信号発生回路は、
前記入力端子とグラウンドとの間に、第1インピーダンス素子と、当該第1インピーダンス素子に直列に接続された第2インピーダンス素子と、を含み、
前記第1インピーダンス素子と第2インピーダンス素子とが直列に接続される接続点から前記ディスチャージ制御信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の電子機器の保護回路。
The discharge signal generation circuit includes:
A first impedance element and a second impedance element connected in series to the first impedance element between the input terminal and the ground;
The protection circuit for an electronic device according to claim 1 or 2 , wherein the discharge control signal is output from a connection point where the first impedance element and the second impedance element are connected in series.
前記第1インピーダンス素子が容量素子であり、
前記第2インピーダンス素子が抵抗素子であることを特徴とする請求項に記載の電子機器の保護回路。
The first impedance element is a capacitive element;
The electronic device protection circuit according to claim 3 , wherein the second impedance element is a resistance element.
前記第1インピーダンス素子が抵抗素子であり、
前記第2インピーダンス素子が、前記入力端子から前記グラウンドへ向かう方向を順方向とするダイオードであることを特徴とする請求項に記載の電子機器の保護回路。
The first impedance element is a resistance element;
4. The electronic device protection circuit according to claim 3 , wherein the second impedance element is a diode having a forward direction from the input terminal toward the ground. 5.
前記ディスチャージ信号発生回路は、
前記入力端子とグラウンドとの間に接続される第1ユニットと、当該第1ユニットと並列に、前記入力端子とグラウンドとの間に接続される第2ユニットと、を含み、
前記第1ユニットは、容量素子と、当該容量素子に直列に接続された第1抵抗素子と、
を含み、
前記第2ユニットは、第2抵抗素子と、当該抵抗素子に直列に接続された、前記入力端子から前記グラウンドへ向かう方向を順方向とするダイオードと、を含み、
前記容量素子と前記第1抵抗素子とが直列に接続される接続点から第1ディスチャージ制御信号を出力し、前記第2抵抗素子と前記ダイオードとが直列に接続される接続点から第2ディスチャージ制御信号を出力することを特徴とする請求項1または2に記載の電子機器の保護回路。
The discharge signal generation circuit includes:
A first unit connected between the input terminal and ground; and a second unit connected between the input terminal and ground in parallel with the first unit;
The first unit includes a capacitive element, a first resistive element connected in series to the capacitive element,
Including
The second unit includes a second resistance element and a diode connected in series to the resistance element and having a forward direction from the input terminal toward the ground,
A first discharge control signal is output from a connection point where the capacitive element and the first resistance element are connected in series, and a second discharge control signal is output from a connection point where the second resistance element and the diode are connected in series. 3. The protection circuit for an electronic device according to claim 1, wherein a signal is output.
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