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特開2023-176355チャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023176355
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】チャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路
(51)【国際特許分類】
   H03K 5/08 20060101AFI20231206BHJP
   H03K 17/08 20060101ALI20231206BHJP
   H03K 17/06 20060101ALI20231206BHJP
   H03K 19/00 20060101ALI20231206BHJP
   H03K 17/687 20060101ALI20231206BHJP
【FI】
H03K5/08 E
H03K17/08 C
H03K17/06 063
H03K19/00 210
H03K17/687 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022088594
(22)【出願日】2022-05-31
(71)【出願人】
【識別番号】000191238
【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】榎本 光浩
(72)【発明者】
【氏名】宮島 一之
【テーマコード(参考)】
5J039
5J055
5J056
【Fターム(参考)】
5J039DA08
5J039DA17
5J039DC01
5J039DC02
5J039LL01
5J039MM04
5J055AX05
5J055AX12
5J055AX34
5J055AX53
5J055AX63
5J055AX64
5J055BX16
5J055DX13
5J055DX22
5J055EX07
5J055EY01
5J055EY10
5J055EY12
5J055EZ03
5J055EZ09
5J055EZ10
5J055EZ54
5J055EZ55
5J055FX04
5J055FX05
5J055FX08
5J055FX12
5J055FX13
5J055FX21
5J055GX01
5J056AA05
5J056BB12
5J056CC02
5J056CC09
5J056CC16
5J056CC29
5J056DD13
5J056DD51
5J056DD55
(57)【要約】
【課題】消費電流の低減を図ると共にチャージポンプ回路が昇圧した昇圧電圧を精度よく検出することができるチャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路を提供する。
【解決手段】電圧電流変換回路は、トランジスタQ2及びトランジスタQ4のエミッタ電位差を、トランジスタQ2及びトランジスタQ4に流れる電流差に変換する。ツェナーダイオードDz1、Dz2が、ゲート電圧VGが入力される第1の入力18とトランジスタQ2のエミッタとの間に接続される。直流電圧VDD1が入力される第2の入力19とトランジスタQ4のエミッタとの間には接続されない。比較回路20が、トランジスタQ2、Q4に流れる電流を比較し、その比較結果を出力する。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コレクタ及びベースが接続された、又は、ドレイン及びゲートが接続された第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのエミッタにエミッタが接続され、前記第1のトランジスタのベースにベースが接続された、又は、前記第1のトランジスタのソースにソースが接続され、前記第1のトランジスタのゲートにゲートが接続された第2のトランジスタと、
コレクタ及びベースが接続された、又は、ドレイン及びゲートが接続された第3のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのエミッタにエミッタが接続され、前記第3のトランジスタのベースにベースが接続された、又は、前記第3のトランジスタのソースにソースが接続され、前記第3のトランジスタのゲートにゲートが接続された第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ及び前記第3のトランジスタに接続された定電流源と、を有し、
前記第2のトランジスタと前記第4のトランジスタとのエミッタ電位差又はソース電位差を、前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタに流れる電流差に変換する電圧電流変換回路と、
チャージポンプ回路により直流電圧を昇圧した昇圧電圧が入力され、前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースに接続される第1の入力と、
前記直流電圧が入力され、前記第4のトランジスタのエミッタ又はソースに接続される第2の入力と、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に接続された第1のツェナーダイオードと、
前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタに流れる電流の比較結果を出力して、該比較結果に応じて前記チャージポンプ回路の昇圧動作の停止又は開始させる比較回路と、を備えた
チャージポンプの電圧検出回路。
【請求項2】
請求項1に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に前記第1のツェナーダイオードと直列接続された第1の抵抗と、
前記第2の入力と前記第4のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に接続された第2の抵抗とを備え、
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の抵抗値が異なる値に設けられている、
チャージポンプの電圧検出回路。
【請求項3】
請求項1に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に、前記第1のツェナーダイオードと直列接続された、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタをさらに備えた、
チャージポンプの電圧検出回路。
【請求項4】
請求項1に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記定電流源が、第2のツェナーダイオードを有し、前記第2のツェナーダイオードのツェナー電圧に応じた定電流を流す定電流回路から構成されている、
チャージポンプの電圧検出回路。
【請求項5】
請求項1に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記比較回路が、前記第4のトランジスタのコレクタ又はドレインに入力が接続され、前記第2のトランジスタのコレクタ又はドレインに出力が接続されたカレントミラー回路を備えた、
チャージポンプの電圧検出回路。
【請求項6】
直流電源と負荷との間に接続されたロードスイッチ用のトランジスタのゲートに前記直流電圧を昇圧した昇圧電圧を供給するチャージポンプ回路と、
請求項1~5の何れか1項に記載のチャージポンプの電圧検出回路と、を備えた、
ゲート駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、チャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路に関する。
【背景技術】
【0002】
負荷に過電流が流れた際にロードスイッチをオフして過電流を遮断する過電流保護回路が提案されている。ロードスイッチとしてNチャンネルの電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)を用いる場合、チャージポンプ回路により電源電圧を昇圧した昇圧電圧をMOSトランジスタのゲートに供給している。また、消費電力の低減を図るために、昇圧電圧、即ちゲート電圧が十分に上昇した際にはチャージポンプ回路の昇圧動作を停止し、一定値まで低下した際には昇圧動作を再開させる方法が必要となる。
【0003】
ゲート電圧は、グランド付近から電源電圧以上まで広い電圧範囲で動作する。従来こうした広い電圧範囲で入力電圧が変化する電圧を検出する方法としては、例えば特許文献1のような回路が提案されている。この特許文献1の回路を用いてゲート電圧の上昇又は低下を検出するチャージポンプの電圧検出回路としては、例えば、図4に示すものが考えられる。
【0004】
図4に示すチャージポンプの電圧検出回路100は、ゲート電圧VGと直流電圧VDD1との電圧差と、基準電圧Vrefとを比較する回路である。電圧検出回路100においては、トランジスタQ1、Q2とトランジスタQ3、Q4のエミッタ電位差が、トランジスタQ2、Q4に流れる電流差となる。このため、トランジスタQ2、Q4のエミッタ電位差が、トランジスタQ2、Q4に直列接続された抵抗R31、R32の電圧差として検出される。抵抗R31、R22の両端電圧を比較するコンパレータ101の出力が、電圧検出回路100の出力となる。
【0005】
また、基準電圧Vrefを設定するために、抵抗R21に流れる電流から定電流I3をシンクするカレントミラー回路102と定電流源103が設けられている。基準電圧Vrefは、下記の式で表される。
Vref=R21・I3
【0006】
基準電圧Vrefとしては、10V~15V程度必要となる。定電流I3は消費電流の関係から小さく抑えることが望ましい。仮に定電流I3の電流値を1μAで10Vの電位差を検出する場合、抵抗R21の抵抗値は10MΩとなる。
【0007】
ところで、電圧検出回路100のゲインは、抵抗R21の値に応じ、抵抗R21の抵抗値が高いほどゲインが低くなり、検出精度が低くなる。このため、従来の電圧検出回路100では、消費電流の低減と検出精度の向上を両立することができない、という課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平05-232147号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電流の低減を図ると共にチャージポンプ回路が昇圧した昇圧電圧を精度よく検出することができるチャージポンプの電圧検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前述した目的を達成するために、本発明に係るチャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路は、下記[1]~[6]を特徴としている。
[1]
コレクタ及びベースが接続された、又は、ドレイン及びゲートが接続された第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのエミッタにエミッタが接続され、前記第1のトランジスタのベースにベースが接続された、又は、前記第1のトランジスタのソースにソースが接続され、前記第1のトランジスタのゲートにゲートが接続された第2のトランジスタと、
コレクタ及びベースが接続された、又は、ドレイン及びゲートが接続された第3のトランジスタと、
前記第3のトランジスタのエミッタにエミッタが接続され、前記第3のトランジスタのベースにベースが接続された、又は、前記第3のトランジスタのソースにソースが接続され、前記第3のトランジスタのゲートにゲートが接続された第4のトランジスタと、
前記第1のトランジスタ及び前記第3のトランジスタに接続された定電流源と、を有し、
前記第2のトランジスタと前記第4のトランジスタとのエミッタ電位差又はソース電位差を、前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタに流れる電流差に変換する電圧電流変換回路と、
チャージポンプ回路により直流電圧を昇圧した昇圧電圧が入力され、前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースに接続される第1の入力と、
前記直流電圧が入力され、前記第4のトランジスタのエミッタ又はソースに接続される第2の入力と、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に接続された第1のツェナーダイオードと、
前記第2のトランジスタ及び前記第4のトランジスタに流れる電流の比較結果を出力して、該比較結果に応じて前記チャージポンプ回路の昇圧動作の停止又は開始させる比較回路と、を備えた
チャージポンプの電圧検出回路であること。
[2]
[1]に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に前記第1のツェナーダイオードと直列接続された第1の抵抗と、
前記第2の入力と前記第4のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に接続された第2の抵抗とを備え、
前記第1の抵抗及び前記第2の抵抗の抵抗値が異なる値に設けられている、
チャージポンプの電圧検出回路であること。
[3]
[1]に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記第1の入力と前記第2のトランジスタのエミッタ又はソースとの間に、前記第1のツェナーダイオードと直列接続された、ダイオード接続されたバイポーラトランジスタをさらに備えた、
チャージポンプの電圧検出回路であること。
[4]
[1]に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記定電流源が、第2のツェナーダイオードを有し、前記第2のツェナーダイオードのツェナー電圧に応じた定電流を流す定電流回路から構成されている、
チャージポンプの電圧検出回路であること。
[5]
[1]に記載のチャージポンプの電圧検出回路において、
前記比較回路が、前記第4のトランジスタのコレクタ又はドレインに入力が接続され、前記第2のトランジスタのコレクタ又はドレインに出力が接続されたカレントミラー回路を備えた、
チャージポンプの電圧検出回路であること。
[6]
直流電源と負荷との間に接続されたロードスイッチ用のトランジスタのゲートに前記直流電圧を昇圧した昇圧電圧を供給するチャージポンプ回路と、
[1]~[5]の何れか1項に記載のチャージポンプの電圧検出回路と、を備えた、
ゲート駆動回路であること。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、消費電流の低減を図ると共にチャージポンプ回路が昇圧した昇圧電圧を精度よく検出することができるチャージポンプの電圧検出回路及びゲート駆動回路を提供することができる。
【0012】
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1図1は、本発明のチャージポンプの電圧検出回路が組み込まれた電源装置を示す回路図である。
図2図2は、第1実施形態における図1に示す第1の電圧検出回路の詳細を示す回路図である。
図3図3は、第2実施形態における図1に示す第1の電圧検出回路の詳細を示す回路図である。
図4図4は、従来のチャージポンプの電圧検出回路の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(第1実施形態)
本発明に関する第1実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。
【0015】
図1は、第1実施形態における本発明のチャージポンプの電圧検出回路を組み込んだ電源装置を示す回路図である。同図に示すように、電源装置1は、電源2から出力される直流電圧VDD1を負荷RLに供給する装置である。電源装置1は、電源2と負荷RLとの間に接続されたロードスイッチ用のトランジスタMSWと、負荷RLに流れる電流を検出するためのセンス抵抗Rsと、トランジスタMSWのオンオフを制御して過電流から電源2や負荷RLを保護する過電流保護回路3とを備えている。
【0016】
トランジスタMSWは、Nチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。トランジスタMSWは、負荷RLよりも電源2の正極側に接続されている。トランジスタMSWは、ソースが負荷RLに接続され、ドレインがセンス抵抗Rsを介して電源2の正極に接続されている。
【0017】
過電流保護回路3は、電源4と、過電流遮断回路5と、ゲート駆動回路6とを有している。電源4は、直流電圧VDD2を出力する。過電流遮断回路5は、負荷RLに過電流が流れた場合、トランジスタMSWをオフして、過電流を遮断する回路である。ゲート駆動回路6は、トランジスタMSWをオンさせる回路である。
【0018】
まず、過電流遮断回路5について説明する。過電流遮断回路5は、負荷電流に応じたセンス抵抗Rsの両端電圧を増幅する差動増幅器7と、差動増幅器7の出力に基づいて過電流を検出するとトランジスタMSWのゲートをグランドに引き下げて、強制的にトランジスタMSWをオフするゲート制御回路8とを有している。
【0019】
次に、ゲート駆動回路6の詳細について説明する。ゲート駆動回路6は、チャージポンプ回路9と、定電流回路10と、抵抗R1と、第1の電圧検出回路11と、第2の電圧検出回路12と、チャージポンプ制御回路13とを有している。チャージポンプ回路9は、直流電圧VDD1を昇圧して、トランジスタMSWのゲートに供給する回路である。定電流回路10は、チャージポンプ回路9からの電流供給を受けて定電流I1を出力する回路である。本実施形態では、定電流回路10は、定電流源15と、カレントミラー回路を構成するトランジスタM11,M12を有している。
【0020】
定電流源15は、定電流I1を出力する。トランジスタM11,M12は、Pチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。トランジスタM11は、ゲート・ドレインが接続されている。定電流源15は、トランジスタM11のドレインとグランドとの間に接続されている。トランジスタM12は、ゲート及びソースがトランジスタM11のゲート及びソースに接続される。トランジスタM12のドレインは、トランジスタMSWのゲートに接続されている。以上の構成によれば、定電流源15が出力する定電流I1は、トランジスタM12のドレインにトランジスタM11,M12のトランジスタサイズ比に応じた電流となって折り返される。
【0021】
抵抗R1は、一端がトランジスタM12のドレインに接続され、トランジスタM12のドレイン電流が供給される。トランジスタM12のドレイン電流によりトランジスタMSWのケート容量が充電され、トランジスタMSWをオンすることができる。抵抗R1は、トランジスタMSWのゲート・ソース間に接続され、トランジスタM12のドレイン電流がゲート容量に供給されないときに、ゲート容量の電荷を放電する。抵抗R1によってゲート容量が放電されると、トランジスタMSWはオフする。
【0022】
上述したチャージポンプ回路9は、キャパシタC1と、インバータ14と、逆流防止用のダイオードD1,D2とを有している。キャパシタC1は、一端がダイオードD1のカソードとダイオードD2のアノードとの接続点に接続されている。キャパシタC1は、他端がインバータ14の出力に接続されている。
【0023】
インバータ14は、電源2からの直流電圧VDD1の供給を受けて動作する。インバータ14には図示しない発振回路から出力されるパルス信号が入力されている。ダイオードD1は、アノードが電源4の正極に接続され、カソードがキャパシタC1の一端に接続されている。ダイオードD2は、アノードがキャパシタC1の一端に接続され、カソードが定電流回路10を構成するトランジスタM11,M12のソースに接続されている。このダイオードD2のカソードがチャージポンプ回路9の出力となり、直流電圧VDD1を昇圧した昇圧電圧を出力する。
【0024】
以上の構成によれば、発振回路からのパルス信号がHレベルとなり、インバータ14の出力がLレベル(グランド)となると、キャパシタC1の他端の電位がグランドと等しくなるため、電源4からダイオードD1を介して電流が供給され、キャパシタC1が充電される。電源4から充電により、キャパシタC1の両端電圧は直流電圧VDD2と等しくなる。また、ダイオードD2によりトランジスタMSWのゲートからキャパシタC1に向かう電流は流れないようになっている。インバータ14の出力がHレベル(直流電圧VDD1)となると、キャパシタC1の他端の電位が直流電圧VDD1と等しくなる。このため、キャパシタC1の一端は、直流電圧VDD1を高圧側に直流電圧VDD2分、シフトアップした電位となる。
【0025】
即ち、キャパシタC1の一端からは、Lレベル(直流電圧VDD2)、Hレベル(直流電圧VDD1+直流電圧VDD2)を交互に繰り返すパルス信号が出力される。このパルス信号が、図示しない平滑キャパシタにより平滑化され、チャージポンプ回路9の出力からは、直流電圧VDD1よりも高い昇圧電圧が出力され、定電流回路10に供給される。
【0026】
第1の電圧検出回路11は、トランジスタMSWのゲート電圧VGの上昇を検出する回路である。第1の電圧検出回路11は、トランジスタMSWのゲート電圧VGと基準電圧Vref1との電位差(VG-Vref1)と、直流電圧VDD1とを比較し、その比較結果をチャージポンプ制御回路13に出力する。第2の電圧検出回路12は、トランジスタMSWのゲート電圧VGの低下を検出する回路である。第2の電圧検出回路12は、トランジスタMSWのゲート電圧VGと基準電圧Vref2(<Vref1)との電位差(VG-Vref2)と、直流電圧VDD1とを比較し、その比較結果をチャージポンプ制御回路13に出力する。
【0027】
チャージポンプ制御回路13は、トランジスタMSWのゲート電圧VGが上昇して、第1の電圧検出回路11から電位差(VG-Vref1)が直流電圧VDD1よりも大きいとの比較結果が出力されると、図示しない発振回路を制御して、パルス信号の出力を停止させる。これにより、チャージポンプ回路9の昇圧動作が停止される。チャージポンプ制御回路13は、トランジスタMSWのゲート電圧VGが低下して、第2の電圧検出回路12から電位差(VG-Vref2)が直流電圧VDD1を下回ったとの比較結果が出力されると、図示しない発振回路を制御して、パルス信号の出力を再開させる。これにより、チャージポンプ回路9の昇圧動作が再開される。
【0028】
次に、上述した第1の電圧検出回路11と第2の電圧検出回路12の詳細について説明する。第1の電圧検出回路11及び第2の電圧検出回路12が、本発明のチャージポンプの電圧検出回路に相当する。第1の電圧検出回路11と第2の電圧検出回路12とは、基準電圧Vref1、Vref2が異なること以外、同一の構成である。このため、図2を参照して第1の電圧検出回路11について代表して説明する。
【0029】
図2に示すように、第1の電圧検出回路11は、電圧電流変換回路17と、第1の入力18と、第2の入力19と、ツェナーダイオードDz1、Dz2と、抵抗R21、R22と、トランジスタTrと、ダイオードD22、D22、D3と、比較回路20とを有している。
【0030】
電圧電流変換回路17は、トランジスタQ1~Q4と、定電流源16と、を有している。トランジスタQ1~Q4は、PNP型のバイポーラトランジスタから構成されている。トランジスタQ1(第1のトランジスタ)は、コレクタ及びベースが互いに接続され、互いに接続されたコレクタ及びベースが定電流源16に接続されている。トランジスタQ2(第2のトランジスタ)は、ベースがトランジスタQ1のベースに接続され、エミッタがトランジスタQ1のエミッタに接続されている。
【0031】
トランジスタQ3(第3のトランジスタ)は、コレクタ及びベースが互いに接続され、互いに接続されたコレクタ及びベースが定電流源16に接続されている。トランジスタQ4(第4のトランジスタ)は、ベースがトランジスタQ3のベースに接続され、エミッタがトランジスタQ3のエミッタに接続されている。定電流源16は、定電流I2を出力する。電圧電流変換回路17は、トランジスタQ2、Q4のエミッタ電位差を、トランジスタQ2、Q4に流れる電流差に変換する。
【0032】
第1の入力18は、トランジスタMSWのゲート電圧VG(=チャージポンプ回路9により直流電圧VDD1を昇圧した昇圧電圧)が入力され、後述するダイオードD21、トランジスタTr(バイポーラトランジスタ)、ツェナーダイオードDz1、Dz2(第1のツェナーダイオード)、抵抗R21(第1の抵抗)を介してトランジスタQ2のエミッタに接続される。
【0033】
第2の入力19は、直流電圧VDD1が入力され、後述するダイオードD22、抵抗R22(第2の抵抗)を介してトランジスタQ4のエミッタに接続される。
【0034】
抵抗R21、ツェナーダイオードDz1、Dz2、トランジスタTr、ダイオードD21は、トランジスタQ1、Q2のエミッタと第1の入力18との間に直列接続されている。抵抗R21は、一端がトランジスタQ1、Q2のエミッタに接続され、他端がツェナーダイオードDz1のアノードに接続されている。ツェナーダイオードDz1は、カソードがツェナーダイオードDz2のアノードに接続されている。ツェナーダイオードDz2は、カソードがトランジスタTrのコレクタに接続されている。トランジスタTrは、ダイオード接続されている(即ち、ベース・コレクタが接続されている)。ダイオードD21は、カソードがトランジスタTrのエミッタに接続され、アノードが第1の入力18に接続されている。
【0035】
抵抗R22、ダイオードD22は、トランジスタQ3、Q4のエミッタと第2の入力19との間に直列接続されている。トランジスタQ3、Q4のエミッタと第2の入力19との間には、ツェナーダイオードやバイポーラトランジスタは接続されていない。抵抗R22は、一端がトランジスタQ3、Q4のエミッタに接続され、他端がダイオードD22のカソードに接続されている。ダイオードD22は、アノードが第2の入力19に接続されている。ダイオードD3は、アノードがトランジスタQ3、Q4のエミッタに接続され、カソードがトランジスタQ1、Q2のエミッタに接続されている。
【0036】
以上の構成によれば、ゲート電圧VGが上昇して、トランジスタQ1、Q2のエミッタ電位が、トランジスタQ3、Q4のエミッタ電位よりも高くなると、トランジスタQ2に流れる電流がトランジスタQ4に流れる電流より大きくなる。一方、ゲート電圧VGが低下して、トランジスタQ1、Q2のエミッタ電位が、トランジスタQ3、Q4のエミッタ電位よりも低くなると、トランジスタQ2に流れる電流がトランジスタQ4より低くなる。
【0037】
トランジスタQ1、Q2のエミッタ電位Ve1は、下記の式(1)で表される。
Ve1=VG-Vd-Vbe-2Vdz-R21・I21 …(1)
Vd:ダイオードD21、D22の順方向電圧
Vbe:トランジスタTrのベースエミッタ電圧
Vdz:ツェナーダイオードDz1、Dz2のツェナー電圧
R21:抵抗R21の抵抗値
I21:抵抗R21に流れる電流
【0038】
トランジスタQ3、Q4のエミッタ電位Ve2は、下記の式(2)で表される。
Ve2=VDD1-Vd-R22・I22 …(2)
R22:抵抗R22の抵抗値
I22:抵抗R22に流れる電流
【0039】
トランジスタQ1、Q2のエミッタと、トランジスタQ3、Q4のエミッタとが等しくなる時の電圧差(VG-VDD1)が基準電圧Vref1となる。このとき、I2=I21=I22となる。このため、基準電圧Vref1は、下記の式(3)で表される。
Vref1=2Vdz+Vbe+I2・(R21-R22) …(3)
【0040】
第1実施形態では、抵抗R21に直列接続されたツェナーダイオードDz1、Dz2のツェナー電圧Vdz、トランジスタTrのベースエミッタ電圧Vbeによって基準電圧Vrefを設定することができる。これにより、抵抗R21、R22の抵抗値を小さく抑えることができ、電圧電流変換回路17のゲインを大きくして、第1の電圧検出回路11の検出精度の向上を図ることができる。
【0041】
また、第1実施形態では、抵抗R21、R22の抵抗値を異なる値に設定している。抵抗R21、R22の抵抗値を等しくすると、基準電圧Vref1は、ツェナー電圧Vdzと、ベースエミッタ電圧Vbeにより設定する必要があり、基準電圧Vref1を所望の値に設定することが難しい。これに対して、抵抗R21、R22の抵抗値を異ならせることにより、抵抗R21、R22の抵抗値の差で基準電圧Vref1を所望の値に微調整することができ、基準電圧Vref1を所望の値に容易に設定することができる。
【0042】
また、電位差(VG-VDD1)が基準電圧Vref1よりも低い場合、ツェナーダイオードDz1、Dz2がオフしてトランジスタMSWのゲートから流出する電流を抑えることができる。これは、図1に示すように過電流保護回路3として使用した場合、過電流保護回路3が動作していない通常の動作において、トランジスタMSWのゲートからグランドに流れる電流を抑えることができる。
【0043】
トランジスタTrは温度補正用の素子で、例えばツェナーダイオードDz1、Dz2のツェナー電圧Vdzが正の温度係数を持つ場合、バイポーラトランジスタTrのベースエミッタ電圧が負の温度特性を持つために、基準電圧Vref1の温度変動を緩やかにすることができる。
【0044】
比較回路20は、トランジスタQ2、Q4に流れる電流の比較結果を出力端子COUTから出力する。比較回路20は、カレントミラー回路を構成するトランジスタM1,M2と、トランジスタM3,M4と、抵抗R3とを有している。トランジスタM1~M4は、Nチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。トランジスタM1は、ゲート・ドレインが接続されている。トランジスタM1は、ソースがグランドに接続され、カレントミラー回路の入力であるドレインがトランジスタQ4のコレクタに接続される。トランジスタM1には、トランジスタQ4に流れる電流が供給される。
【0045】
トランジスタM2は、ゲートがトランジスタM1のゲートに接続され、ソースがトランジスタM1のソースに接続されている。これにより、トランジスタM1に流れるドレイン電流がトランジスタM2のドレイン電流に折り返される。カレントミラー回路の出力であるトランジスタM2のドレインは、後述するトランジスタM3を介してトランジスタQ2のコレクタに接続される。
【0046】
トランジスタM3は、ゲートが電源4の正極に接続され、ソースがトランジスタM2のドレインに接続され、ドレインがトランジスタQ2のコレクタに接続されている。トランジスタM3には、トランジスタQ2に流れる電流が供給される。トランジスタM4は、ソースがグランドに接続され、ゲートがトランジスタM3のソース及びトランジスタM2のドレインの接続点に接続され、ドレインが抵抗R3を介して電源4の正極に接続されている。この抵抗R3とトランジスタM4のドレインの接続点が、出力端子COUTとなる。
【0047】
以上の構成によれば、トランジスタQ2に流れる電流が、トランジスタQ4に流れる電流より多い場合、トランジスタM3に流れる電流が、トランジスタM2に流れる電流より多くなる。これにより、トランジスタM2、M3の接続点がHレベルとなり、トランジスタM4がオンして、出力端子COUTからはLレベル(グランド)が出力される。
【0048】
一方、トランジスタQ2に流れる電流が、トランジスタQ3に流れる電流より少ない場合、トランジスタM3に流れる電流が、トランジスタM2に流れる電流より少なくなる。これにより、トランジスタM2、M3の接続点がLレベルとなり、トランジスタM4がオフして、出力端子COUTからはHレベル(直流電圧VDD2)が出力される。
【0049】
また、上述した比較回路20によれば、トランジスタM3によりトランジスタM4のゲート電圧をクランプすることができる。これにより、電位差(VG-VDD1)が大きい場合、トランジスタQ1、Q2のみに電流が流れ、トランジスタQ3、Q4のコレクタ電流は停止する。トランジスタQ1とQ2のベースとエミッタがそれぞれ接続されているため、第1の入力18に流れる電流は以下の式(4)で表される。
IG=I2・(MQ21+1) …(4)
IG:第1の入力18(図1のトランジスタMSWのゲート)からグランドに流れる電流
MQ21:トランジスタQ2に対するトランジスタQ1のエミッタ面積比(本実施形態では「1」を想定)
【0050】
上述した図4の電圧検出回路100のようにトランジスタQ2のコレクタに抵抗R31が接続されている場合、定電流I2の2倍の電流がトランジスタQ1及びQ2を介してグランドに流れる。しかしながら、第1実施形態の第1の電圧検出回路11ではトランジスタQ2のコレクタ電流はトランジスタM2、M3を介してグランドに流れるが、トランジスタM2は、トランジスタM1とカレントミラーを構成している。そして、トランジスタQ4のコレクタ電流が停止している状態ではトランジスタM1はオフしている。このため、トランジスタM2はコレクタ電流を流すことはできず、トランジスタQ2のエミッタから電流はベースに流れる。このため、トランジスタMSWのゲートからの電流は定電流I2と同じになり、式(4)よりも抑制することができる。
【0051】
また、第2の電圧検出回路12は、第1の電圧検出回路11とほぼ同様で、ツェナーダイオードの数、バイポーラトランジスタTrの数、抵抗R21、R22の抵抗値などを適宜設定して、基準電圧Vref2を基準電圧Vref1よりも小さくしている。
【0052】
ダイオードD21は、ゲート電圧VGがグランド付近まで低下した場合、ダイオードD21が逆バイアスになり電源2からトランジスタMSWのゲートに電流が流れることを防止している。ダイオードD22は、ダイオードD21で発生する電位差を打ち消すために設けられている。
【0053】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態と第2に実施形態とで異なる点は、第1の電圧検出回路11Bの構成である。第1の電圧検出回路11Bと第2の電圧検出回路とは、基準電圧Vref1、Vref2が異なるだけである。このため、図3を参照して第1の電圧検出回路11Bについて代表して説明する。
【0054】
なお、図3において、図2について上述した第1実施形態で既に説明した第1の電圧検出回路11と同等の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0055】
第1の実施形態の第1の電圧検出回路11と、第2実施形態の第1の電圧検出回路11Bとで異なる点は、ツェナーダイオードDz1、Dz2の温度係数を補正するためにトランジスタTrに代えて抵抗R5を設け、定電流源16を図3に示す定電流回路16Bから構成した点である。
【0056】
抵抗R5は、抵抗R21とツェナーダイオードDz1との間に接続されている。定電流回路16Bは、トランジスタM5と、抵抗R4と、ツェナーダイオードDz3と、コンパレータ22とを有している。トランジスタM5は、Nチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。トランジスタM5は、ドレインがトランジスタQ1、Q3のコレクタ及びベースに接続されている。抵抗R4は、一端がトランジスタM5のソースに接続され、他端がツェナーダイオードDz3のカソードに接続されている。ツェナーダイオードDz3のアノードはグランドに接続されている。コンパレータ22は、非反転入力に基準電圧Vref3が供給され、反転入力に抵抗R4とトランジスタM5のソースとの接続点が接続されている。
【0057】
以上の構成によれば、第2実施形態の定電流回路16Bが出力する定電流I2、即ちトランジスタM5のドレイン電流は、下記の式(5)で表される。
I2=ID5=(Vref3-Vdz3)/R4 …(5)
ID5:トランジスタM5のドレイン電流
Vdz3:ツェナーダイオードDz3のツェナー電圧
R4:抵抗R4の抵抗値
【0058】
抵抗R21、抵抗R4、R5の抵抗値が同じ値ならば、抵抗R21、R5及びツェナーダイオードDz1、Dz2で発生する電圧の合計は基準電圧Vref3の2倍に等しくなる。式(5)から明らかなように、定電流I2は、ツェナー電圧Vdz3に応じた値となり、基準電圧Vref1を設定するツェナー電圧Vdzの温度変動を打ち消すように温度に応じて変動する。これにより、基準電圧Vref3が温度に対して一定ならば基準電圧Vref1も温度に対して一定にすることができる。
【0059】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【0060】
上述した実施形態によれば、2つの第1の電圧検出回路11及び第2の電圧検出回路12を設けることにより、チャージポンプ回路9の制御にヒステリシスを持たせていたが、これに限ったものではない。ヒステリシスを持たせる必要がなければ、第1の電圧検出回路11のみを設けるようにしてもよい。
【0061】
上述した実施形態によれば、抵抗R21、R22を異なる抵抗値に設定していたが、これに限ったものではない。ツェナーダイオードだけで基準電圧Vref1を設定できれば、抵抗R21、R22については同じ抵抗値に設定されていてもよい。
【0062】
上述した第1実施形態によれば、第1の入力18とトランジスタQ1、Q2のエミッタとの間にダイオード接続されたバイポーラトランジスタTrを接続していたが、これに限ったものではない。基準電圧Vref1の温度変動を補正する必要がなければ、トランジスタTrは設けなくてもよい。
【0063】
上述した実施形態によれば、比較回路20は、カレントミラー回路を構成するトランジスタM1、M2を有していたが、これに限ったものではない。比較回路20は、トランジスタQ2のエミッタとグランドとの間に接続された第3の抵抗と、トランジスタQ4のエミッタとグランドとの間に接続された第4の抵抗と、第3の抵抗に発生する電圧と第4の抵抗に発生する電圧とを比較するコンパレータとから構成されていてもよい。
【0064】
また、上述した実施形態では、トランジスタQ1~Q4は、バイポーラトランジスタから構成されていたが、これに限ったものではなく、電界効果トランジスタから構成されていてもよい。この場合、トランジスタのベースをゲート、エミッタをソース、コレクタをドレインに読み替えて説明することができる。
【符号の説明】
【0065】
Q1 トランジスタ(第1のトランジスタ)
Q2 トランジスタ(第2のトランジスタ)
Q3 トランジスタ(第3のトランジスタ)
Q4 トランジスタ(第4のトランジスタ)
6 ゲート駆動回路
9 チャージポンプ回路
11、11B 第1の電圧検出回路(チャージポンプの電圧検出回路)
16 定電流源
16B 定電流回路
17 電圧電流変換回路
18 第1の入力
19 第2の入力
20 比較回路
Dz1、Dz2 ツェナーダイオード(第1のツェナーダイオード)
Dz3 ツェナーダイオード(第2のツェナーダイオード)
M1 トランジスタ(カレントミラー回路)
M2 トランジスタ(カレントミラー回路)
MSW トランジスタ(ロードスイッチ用のトランジスタ)
R21 抵抗(第1の抵抗)
R22 抵抗(第2の抵抗)
RL 負荷
Tr トランジスタ(バイポーラトランジスタ)
VDD1 直流電圧
図1
図2
図3
図4