特許 7604996 回路装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】回路装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/56 20060101AFI20241217BHJP

   H02M 3/07 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

G05F1/56 320C

H02M3/07

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021056394

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022153719

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2024-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100166523

【弁理士】

【氏名又は名称】西河 宏晃

(72)【発明者】

【氏名】井上 勝己

(72)【発明者】

【氏名】佐野 裕典

(72)【発明者】

【氏名】西村 元章

【審査官】安池 一貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１０６０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０２７４５５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０４－１７２９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０１６７６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｆ １／５６

Ｈ０２Ｍ ３／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源供給ノードと負荷との間に設けられるＮ型トランジスターを制御する回路装置であって、
前記電源供給ノードからの電源電圧をレギュレートすることで、レギュレート電圧を出力するレギュレーターと、
前記レギュレート電圧に基づいてチャージポンプ動作を行うことで、前記Ｎ型トランジスターのゲートノードに対してゲート制御電圧を出力するチャージポンプ回路と、
前記レギュレート電圧の過電圧を検出し、検出結果である過電圧検出信号を出力する過電圧検出回路と、
前記過電圧検出回路により前記過電圧が検出されたとき、前記過電圧検出信号に基づいて前記チャージポンプ回路を停止させる制御を行う制御回路と、
を含むことを特徴とする回路装置。

【請求項2】

請求項１に記載の回路装置において、
前記チャージポンプ回路は、
前記Ｎ型トランジスターのソース電圧を基準に、前記レギュレート電圧に基づく昇圧を行うことで、前記ゲート制御電圧を出力することを特徴とする回路装置。

【請求項3】

請求項２に記載の回路装置において、
前記ソース電圧が入力されるソース電圧入力端子を含み、
前記チャージポンプ回路は、
前記ソース電圧入力端子に入力される前記ソース電圧を基準に前記昇圧を行うことを特徴とする回路装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の回路装置において、
前記Ｎ型トランジスターの前記ソース電圧をＶＣＯとし、前記レギュレート電圧をＶＲＧとし、前記Ｎ型トランジスターのゲートソース間電圧の最大定格をＶｇｓＭａｘとし、前記過電圧の検出電圧をＶｄｅｔとしたとき、
前記ゲート制御電圧は、ＤＲＶ＝ＶＣＯ＋ＶＲＧであり、
前記過電圧検出回路は、
ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘを満たす前記検出電圧Ｖｄｅｔと、前記レギュレート電圧ＶＲＧとを比較することで、前記過電圧を検出することを特徴とする回路装置。

【請求項5】

請求項４に記載の回路装置において、
前記電源電圧をＶＣＣとしたとき、
前記検出電圧Ｖｄｅｔは、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘ＜ＶＣＣを満たすことを特徴とする回路装置。

【請求項6】

請求項４又は５において、
前記過電圧検出回路は、
前記電源供給ノードとグランドノードとの間に設けられ、前記グランドノードから前記電源供給ノードへの方向を順方向とするツェナーダイオードを含み、
前記ツェナーダイオードのアノード側の電圧に基づいて前記過電圧検出信号を出力することを特徴とする回路装置。

【請求項7】

請求項２乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
前記チャージポンプ回路は、
前記チャージポンプ回路のイネーブル信号が前記制御回路から入力され、前記イネーブル信号がイネーブルを示すとき、前記レギュレート電圧に基づいて駆動信号を昇圧用キャパシターの一端に出力する駆動回路と、
前記昇圧用キャパシターの他端からの信号が入力され、前記信号と前記Ｎ型トランジスターの前記ソース電圧とに基づいて前記ゲート制御電圧を出力するゲート制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、
前記過電圧検出回路により前記過電圧が検出されたとき、ディセーブルを示す前記イネーブル信号を出力することで、前記駆動回路を停止させることを特徴とする回路装置。

【請求項8】

請求項７に記載の回路装置において、
前記駆動回路は、
前記レギュレーターの出力ノードと前記昇圧用キャパシターの前記一端との間に設けられる第１トランジスターと、
前記昇圧用キャパシターの前記一端とグランドノードとの間に設けられる第２トランジスターと、
を含み、
前記ゲート制御回路は、
前記昇圧用キャパシターの前記他端と前記Ｎ型トランジスターの前記ゲートノードとの間に設けられ、前記昇圧用キャパシターの前記他端から前記ゲートノードへの方向を順方向とする第１ダイオードと、
前記Ｎ型トランジスターのソースノードと前記昇圧用キャパシターの前記他端との間に設けられ、前記Ｎ型トランジスターの前記ソースノードから前記昇圧用キャパシターの前記他端への方向を順方向とする第２ダイオードと、
を含むことを特徴とする回路装置。

【請求項9】

請求項８に記載の回路装置において、
前記ゲート制御回路は、
前記Ｎ型トランジスターの前記ゲートノードと前記ソースノードとの間に設けられる抵抗を含むことを特徴とする回路装置。

【請求項10】

請求項８又は９に記載の回路装置において、
前記ゲート制御回路は、
前記Ｎ型トランジスターの前記ゲートノードと前記ソースノードとの間に設けられ、前記Ｎ型トランジスターがオフのときオンになるスイッチ回路を含むことを特徴とする回路装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回路装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、負荷を過電圧から保護する機能を有した電源回路が開示されている。特許文献１において、電源と負荷の間にパワートランジスターが設けられ、制御回路がパワートランジスターのゲート電圧を制御することで、負荷への電源電圧の供給を制御する。制御回路は、入力電圧をモニターし、入力電圧が過電圧であることを検出したとき、負荷に入力される電圧が一定となるようにパワートランジスターのゲート電圧を制御することで、負荷を過電圧から保護すると共に負荷の動作を中断させずに継続させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第９５６４７９６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電源と負荷の間に設けられたトランジスターのゲート電圧を制御する構成において、そのトランジスターに過電圧が印加された場合、トランジスターが故障するおそれがある。上記特許文献１には、負荷を過電圧から保護する機能が開示されているが、パワートランジスターの保護については開示されていない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、電源供給ノードと負荷との間に設けられるＮ型トランジスターを制御する回路装置であって、前記電源供給ノードからの電源電圧をレギュレートすることで、レギュレート電圧を出力するレギュレーターと、前記レギュレート電圧に基づいてチャージポンプ動作を行うことで、前記Ｎ型トランジスターのゲートノードに対してゲート制御電圧を出力するチャージポンプ回路と、前記レギュレート電圧の過電圧を検出し、検出結果である過電圧検出信号を出力する過電圧検出回路と、前記過電圧検出回路により前記過電圧が検出されたとき、前記過電圧検出信号に基づいて前記チャージポンプ回路を停止させる制御を行う制御回路と、を含む回路装置に関係する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】回路装置及び電子機器の構成例。

【図2】駆動回路とゲート制御回路の第１詳細構成例。

【図3】チャージポンプ回路の動作を示す波形図。

【図4】回路装置の動作を説明する波形図。

【図5】駆動回路とゲート制御回路の第２詳細構成例。

【図6】過電圧検出回路の詳細構成例。

【図7】レギュレーターの詳細構成例。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

【0008】

１．回路装置及び電子機器
図１は、本実施形態における回路装置１００及び電子機器１０の構成例である。電子機器１０は、Ｎ型トランジスター１１と負荷３００と回路装置１００とを含む。電子機器１０は、例えば、印刷装置、映像投写装置、ウェアラブル機器、情報処理装置、ディスプレイ装置、テレビジョン受像機、或いは携帯型情報端末等であってよいが、これらに限定されず、直流の電源電圧ＶＣＣを用いる様々な機器であってよい。

【0009】

Ｎ型トランジスター１１は、電源供給ノードＮＶＣＣと負荷３００との間に設けられる。具体的には、Ｎ型トランジスター１１のドレインが電源供給ノードＮＶＣＣに接続され、ソースが負荷３００のノードＮＬＯＡＤに接続される。Ｎ型トランジスター１１は、いわゆるパワートランジスターであり、オンであるとき電源電圧ＶＣＣを負荷３００に供給し、オフであるとき負荷３００への電源電圧ＶＣＣの供給を遮断する。

【0010】

電源供給ノードＮＶＣＣには、直流電源から電源電圧ＶＣＣが供給される。直流電源は、例えばＡＣＤＣコンバーター、ＤＣＤＣコンバーター或いはバッテリーである。なお、図１には示していないが、これらの直流電源が電子機器１０に含まれてもよい。

【0011】

負荷３００は、Ｎ型トランジスター１１を介してノードＮＬＯＡＤに供給された電源電圧ＶＣＣにより動作する回路である。ノードＮＬＯＡＤは負荷３００の電源ノードである。負荷３００は、例えば、ノードＮＬＯＡＤとグランド電圧ＧＮＤとの間に設けられる電源安定化用キャパシター、電子機器１０における処理を実行する処理装置、或いはモーターを駆動するモータードライバー等である。なお、負荷３００はこれらに限定されず、電子機器１０における様々な機能を実現するための回路であってよい。

【0012】

回路装置１００は、Ｎ型トランジスター１１のゲートにゲート制御電圧ＤＲＶを出力することで、負荷３００への電源電圧ＶＣＣの供給を制御する。回路装置１００は、レギュレーター１１０とチャージポンプ回路１２０と過電圧検出回路１３０と制御回路１５０と端子ＴＶＣＣ、ＴＤＲＶ、ＴＣＨＰ１、ＴＣＨＰ２とソース電圧入力端子ＴＶＣＯとを含む。回路装置１００は、例えば、複数の回路素子が半導体基板に集積された集積回路装置である。各端子は、例えば集積回路装置のパッド、或いは集積回路装置を収容するパッケージの端子である。

【0013】

レギュレーター１１０は、電源供給ノードＮＶＣＣからの電源電圧ＶＣＣをレギュレートすることで、レギュレート電圧ＶＲＧを出力する。端子ＴＶＣＣが電源供給ノードＮＶＣＣに接続され、端子ＴＶＣＣを介してレギュレーター１１０に電源電圧ＶＣＣが供給される。レギュレーター１１０は、電源電圧ＶＣＣよりも低いレギュレート電圧ＶＲＧを出力する降圧レギュレーターである。レギュレーター１１０は、例えばリニアレギュレーターであるが、これに限らず様々なタイプのＤＣＤＣコンバーターであってよい。

【0014】

チャージポンプ回路１２０は、レギュレート電圧ＶＲＧに基づいてチャージポンプ動作を行うことで、Ｎ型トランジスター１１のゲートに対してゲート制御電圧ＤＲＶを出力する。端子ＴＣＨＰ１に昇圧用キャパシター１２の一端が接続され、端子ＴＣＨＰ２に昇圧用キャパシター１２の他端が接続される。昇圧用キャパシター１２はいわゆるフライングキャパシターであり、チャージポンプ回路１２０は昇圧用キャパシター１２を用いてチャージポンプ動作を行う。端子ＴＤＲＶがＮ型トランジスター１１のゲートに接続され、チャージポンプ回路１２０は、端子ＴＤＲＶを介してゲート制御電圧ＤＲＶをＮ型トランジスターのゲートに出力する。チャージポンプ回路１２０は、レギュレート電圧ＶＲＧを用いて、Ｎ型トランジスター１１のソース電圧ＶＣＯよりも高いゲート制御電圧ＤＲＶを生成する。これにより、チャージポンプ回路１２０が動作しているときにはＮ型トランジスター１１がオンになるので、Ｎ型トランジスター１１を介して電源電圧ＶＣＣが負荷３００に供給される。

【0015】

過電圧検出回路１３０は、レギュレート電圧ＶＲＧの過電圧を検出し、その検出結果である過電圧検出信号ＤＥＴを出力する。過電圧検出回路１３０は、レギュレート電圧ＶＲＧが所定の検出電圧より高いか否かを判定し、レギュレート電圧ＶＲＧが検出電圧より高いと判定した場合には、アクティブの過電圧検出信号ＤＥＴを出力する。ここでは、「アクティブ」は、過電圧を示す論理レベルである。

【0016】

制御回路１５０は、過電圧検出回路１３０により過電圧が検出されたとき、過電圧検出信号ＤＥＴに基づいてチャージポンプ回路１２０を停止させる制御を行う。制御回路１５０は、過電圧検出信号ＤＥＴがアクティブであるとき、ディセーブルを示すイネーブル信号ＣＰＥＮをチャージポンプ回路１２０に出力することで、チャージポンプ動作を停止させる。

【0017】

以上の本実施形態では、レギュレート電圧ＶＲＧに基づいてゲート制御電圧ＤＲＶが出力されるので、レギュレート電圧ＶＲＧが過電圧となったとき、Ｎ型トランジスター１１のゲートに過電圧が印加されるおそれがある。

【0018】

この点、本実施形態によれば、過電圧検出回路１３０がレギュレート電圧ＶＲＧの過電圧を検出したとき、制御回路１５０がチャージポンプ回路１２０を停止させるので、Ｎ型トランジスター１１が過電圧から保護される。Ｎ型トランジスター１１が過電圧により故障した場合、負荷３００への電源供給を適切に制御できないおそれがあるが、本実施形態によれば、過電圧によるＮ型トランジスター１１の故障を防ぐことができる。

【0019】

より具体的には、チャージポンプ回路１２０は、Ｎ型トランジスター１１のソース電圧ＶＣＯを基準に、レギュレート電圧ＶＲＧに基づく昇圧を行うことで、ゲート制御電圧ＤＲＶを出力する。回路装置１００は、ソース電圧ＶＣＯが入力されるソース電圧入力端子ＴＶＣＯを含む。チャージポンプ回路１２０は、ソース電圧入力端子ＴＶＣＯに入力されるソース電圧ＶＣＯを基準に昇圧を行う。

【0020】

レギュレート電圧ＶＲＧに基づく昇圧分の電圧が、Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間電圧となるので、レギュレート電圧ＶＲＧが過電圧となったとき、Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間に過電圧が印加されるおそれがある。本実施形態によれば、過電圧検出回路１３０がレギュレート電圧ＶＲＧの過電圧を検出したとき、制御回路１５０がチャージポンプ回路１２０を停止させるので、Ｎ型トランジスター１１が過電圧から保護される。

【0021】

また本実施形態では、Ｎ型トランジスター１１のソース電圧をＶＣＯとし、レギュレート電圧をＶＲＧとし、Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間電圧の最大定格をＶｇｓＭａｘとし、過電圧の検出電圧をＶｄｅｔとする。このとき、ゲート制御電圧は、ＤＲＶ＝ＶＣＯ＋ＶＲＧである。過電圧検出回路１３０は、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘを満たす検出電圧Ｖｄｅｔと、レギュレート電圧ＶＲＧとを比較することで、過電圧を検出する。なお、「ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘ」におけるＶＲＧは、レギュレーター１１０が正常であるときのレギュレート電圧ＶＲＧを意味する。

【0022】

Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間には、ＤＲＶ－ＶＣＯ＝ＶＲＧが印加されるので、レギュレート電圧ＶＲＧと検出電圧Ｖｄｅｔの比較は、ゲートソース間電圧と検出電圧Ｖｄｅｔの比較に相当する。本実施形態によれば、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘを満たすことで、ゲートソース間電圧の最大定格ＶｇｓＭａｘを超えない検出電圧Ｖｄｅｔによりゲートソース間電圧の過電圧を検出できる。

【0023】

また本実施形態では、電源電圧をＶＣＣとしたとき、検出電圧Ｖｄｅｔは、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘ＜ＶＣＣを満たす。

【0024】

レギュレート電圧ＶＲＧは電源電圧ＶＣＣより低いので、例えばレギュレーター１１０の電源ノードと出力ノードが短絡する異常が発生したとき、レギュレーター１１０の出力ノードには、最大で電源電圧ＶＣＣと同じ電圧が出力されるおそれがある。上述のようにレギュレート電圧ＶＲＧがＮ型トランジスター１１のゲートソース間電圧となることから、ゲートソース間に最大で電源電圧ＶＣＣが印加されるおそれがあるが、ＶｇｓＭａｘ＜ＶＣＣであることからＮ型トランジスター１１が故障するおそれがある。

【0025】

この点、本実施形態によれば、ゲートソース間電圧の最大定格ＶｇｓＭａｘを超えない検出電圧Ｖｄｅｔによりゲートソース間電圧の過電圧が検出されるので、Ｎ型トランジスター１１を過電圧から保護できる。

【0026】

また本実施形態では、チャージポンプ回路１２０は、駆動回路１６０とゲート制御回路１７０とを含む。駆動回路１６０には、チャージポンプ回路１２０のイネーブル信号ＣＰＥＮが制御回路１５０から入力される。駆動回路１６０は、イネーブル信号ＣＰＥＮがイネーブルを示すとき、レギュレート電圧ＶＲＧに基づいて駆動信号ＣＨＰ１を昇圧用キャパシター１２の一端に出力する。ゲート制御回路１７０には、昇圧用キャパシター１２の他端からの信号ＣＨＰ２が入力される。ゲート制御回路１７０は、信号ＣＨＰ２とＮ型トランジスター１１のソース電圧ＶＣＯとに基づいてゲート制御電圧ＤＲＶを出力する。制御回路１５０は、過電圧検出回路１３０により過電圧が検出されたとき、ディセーブルを示すイネーブル信号ＣＰＥＮを出力することで、駆動回路１６０を停止させる。

【0027】

本実施形態によれば、イネーブル信号ＣＰＥＮがイネーブルを示すとき、駆動回路１６０が駆動信号ＣＨＰ１を出力することでゲート制御回路１７０がゲート制御電圧ＤＲＶを出力する。そして、イネーブル信号ＣＰＥＮがディセーブルを示すとき、駆動信号ＣＨＰ１の出力が停止されることで、ゲート制御電圧ＤＲＶの出力が停止される。これにより、過電圧が検出されたとき、制御回路１５０がディセーブルを示すイネーブル信号ＣＰＥＮを出力することで、チャージポンプ回路１２０を停止できる。

【0028】

２．詳細構成例
図２は、駆動回路１６０とゲート制御回路１７０の第１詳細構成例である。駆動回路１６０は、第１トランジスターＴＲＡ１と第２トランジスターＴＲＡ２とチャージポンプ制御回路１６２とを含む。ゲート制御回路１７０は、第１ダイオードＤＩ１と第２ダイオードＤＩ２と抵抗ＲＢとスイッチ回路ＴＲＢとを含む。

【0029】

第１トランジスターＴＲＡ１は、レギュレーター１１０の出力ノードＮＶＲＧと昇圧用キャパシター１２の一端との間に設けられる。具体的には、第１トランジスターＴＲＡ１はＰ型トランジスターであり、ソースがレギュレーター１１０の出力ノードＮＶＲＧに接続され、ドレインが端子ＴＣＨＰ１に接続される。

【0030】

第２トランジスターＴＲＡ２は、昇圧用キャパシター１２の一端とグランドノードとの間に設けられる。具体的には、第２トランジスターＴＲＡ２はＮ型トランジスターであり、ソースがグランドノードに接続され、ドレインが端子ＴＣＨＰ１に接続される。

【0031】

第１ダイオードＤＩ１は、昇圧用キャパシター１２の他端とＮ型トランジスター１１のゲートとの間に設けられる。第１ダイオードＤＩ１の順方向は、昇圧用キャパシター１２の他端からゲートへの方向である。即ち、第１ダイオードＤＩ１のアノードは端子ＴＣＨＰ２に接続され、カソードが端子ＴＤＲＶに接続される。第１ダイオードＤＩ１は、例えばショットキーバリアダイオードである。

【0032】

第２ダイオードＤＩ２は、Ｎ型トランジスター１１のソースと昇圧用キャパシター１２の他端との間に設けられる。第２ダイオードＤＩ２の順方向は、Ｎ型トランジスター１１のソースから昇圧用キャパシター１２の他端への方向である。即ち、第２ダイオードＤＩ２のアノードはソース電圧入力端子ＴＶＣＯに接続され、カソードは端子ＴＣＨＰ２に接続される。第２ダイオードＤＩ２は、例えばショットキーバリアダイオードである。

【0033】

抵抗ＲＢは、Ｎ型トランジスター１１のゲートとソースとの間に設けられる。具体的には、抵抗ＲＢの一端が、第１ダイオードＤＩ１のカソードと端子ＴＤＲＶとに接続され、他端が、第２ダイオードＤＩ２のアノードとソース電圧入力端子ＴＶＣＯとに接続される。

【0034】

スイッチ回路ＴＲＢは、Ｎ型トランジスター１１のゲートとソースとの間に設けられる。具体的には、スイッチ回路ＴＲＢは、Ｐ型トランジスターである。そのＰ型トランジスターのソースは、第１ダイオードＤＩ１のカソードと端子ＴＤＲＶとに接続され、ドレインは、第２ダイオードＤＩ２のアノードとソース電圧入力端子ＴＶＣＯとに接続される。ゲートには、スイッチ回路ＴＲＢをオン又はオフに制御する信号が制御回路１５０から入力される。

【0035】

制御回路１５０は、スイッチ回路ＴＲＢをオンさせることでＮ型トランジスター１１をオフに固定する。例えば、回路装置１００のシャットダウン状態において制御回路１５０がスイッチ回路ＴＲＢをオンさせることで、負荷３００への電源供給を確実に遮断する。

【0036】

図３は、チャージポンプ回路１２０の動作を示す波形図である。以下、第１ダイオードＤＩ１と第２ダイオードＤＩ２の順方向電圧を無視して説明する。

【0037】

イネーブル信号ＣＰＥＮがイネーブルを示すとき、チャージポンプ制御回路１６２は、第１トランジスターＴＲＡ１と第２トランジスターＴＲＡ２とを交互にオンさせる。第１トランジスターＴＲＡ１がオフであり、第２トランジスターＴＲＡ２がオンのとき駆動信号ＣＨＰ１は０Ｖである。このとき、信号ＣＨＰ２は、第２ダイオードＤＩ２によりソース電圧ＶＣＯと同電圧となっている。第１トランジスターＴＲＡ１がオフからオンになり、第２トランジスターＴＲＡ２がオンからオフになると、駆動信号ＣＨＰ１は０Ｖからレギュレート電圧ＶＲＧに上昇する。これにより、信号ＣＨＰ２が、ソース電圧ＶＣＯよりレギュレート電圧ＶＲＧだけ高い電圧となる。

【0038】

この電圧ＶＣＯ＋ＶＲＧがゲート制御電圧ＤＲＶであり、第１ダイオードＤＩ１を介してＮ型トランジスター１１のゲートに出力される。駆動回路１６０が供給するチャージによってＮ型トランジスター１１のゲートが充電され、定常状態においてはゲート制御電圧ＤＲＶがＶＣＯ＋ＶＲＧに維持される。

【0039】

なお、イネーブル信号ＣＰＥＮがディセーブルを示すときには、チャージポンプ制御回路１６２は第１トランジスターＴＲＡ１と第２トランジスターＴＲＡ２を駆動しない。これによりチャージポンプ回路１２０が停止する。例えば、チャージポンプ制御回路１６２は、第１トランジスターＴＲＡ１をオンに、第２トランジスターＴＲＡ２をオフに維持する。チャージポンプ回路１２０が停止した後、抵抗ＲＢにより、Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間電圧が０Ｖとなる。

【0040】

図４は、上記第１詳細構成例を図１に適用したときの回路装置１００の動作を説明する波形図である。なお、駆動信号ＣＨＰ１と信号ＣＨＰ２は、チャージポンプ回路１２０のイネーブル時において矩形波であるが、ここでは矩形波のハイレベルのみ示している。

【0041】

時間ｔ０において、レギュレート電圧ＶＲＧが、電圧ＶＫの過電圧となったとする。電圧ＶＫは、過電圧検出回路１３０の検出電圧Ｖｄｅｔより高い電圧である。過電圧検出回路１３０は、レギュレート電圧ＶＲＧが検出電圧Ｖｄｅｔより高くなった時間ｔ０において、過電圧検出信号ＤＥＴをハイレベルからローレベルにする。ここでは、ローレベルがアクティブを示す。

【0042】

制御回路１５０は、フィルター処理等によって遅延時間ｔ１－ｔ０を設けることで、過電圧検出信号ＤＥＴがハイレベルからローレベルになった後の時間ｔ１において、イネーブル信号ＣＰＥＮをハイレベルからローレベルにする。ここでは、ハイレベルがイネーブルを示し、ローレベルがディセーブルを示す。遅延時間ｔ１－ｔ０が設けられることで、ノイズ等による誤動作が防止される。

【0043】

時間ｔ０からｔ１までの期間において、駆動信号ＣＨＰ１のハイレベルは電圧ＶＫとなる。信号ＣＨＰ２のハイレベルは、駆動回路１６０から昇圧用キャパシター１２を介して供給されるチャージに応じて徐々に上昇し、ＶＣＯ＋ＶＫに漸近していく。これにより、Ｎ型トランジスター１１のゲートに出力されるゲート制御電圧ＤＲＶが徐々に上昇し、ＶＣＯ＋ＶＫに漸近していくので、Ｎ型トランジスター１１のゲートソース間電圧はＶＫに漸近していくことになる。このとき、例えば、ゲートソース間電圧が最大定格ＶｇｓＭａｘを超えない遅延時間ｔ１－ｔ０を設定しておく。

【0044】

図５は、駆動回路１６０とゲート制御回路１７０の第２詳細構成例である。第２詳細構成例では、ゲート制御回路１７０は、トランジスターＴＲＥ１、ＴＲＥ２と整流制御回路１７２と抵抗ＲＢとスイッチ回路ＴＲＢとを含む。なお、第１詳細構成例で説明した構成要素には同一の符号を付し、その構成要素についての説明を適宜に省略する。

【0045】

トランジスターＴＲＥ１、ＴＲＥ２はＰ型トランジスターである。トランジスターＴＲＥ１のソースは端子ＴＤＲＶに接続され、ドレインは端子ＴＣＨＰ２に接続される。トランジスターＴＲＥ２のソースは、端子ＴＣＨＰ２とトランジスターＴＲＥ１のドレインとに接続され、ドレインはソース電圧入力端子ＴＶＣＯに接続される。

【0046】

整流制御回路１７２は、イネーブル信号ＣＰＥＮがイネーブルを示すとき、トランジスターＴＲＥ１、ＴＲＥ２をスイッチングさせることで、トランジスターＴＲＥ１、ＴＲＥ２による整流を制御する。整流制御回路１７２は、駆動回路１６０の第１トランジスターＴＲＡ１と第２トランジスターＴＲＡ２のスイッチング状態に応じてトランジスターＴＲＥ１、ＴＲＥ２をスイッチングさせる。具体的には、整流制御回路１７２は、第１トランジスターＴＲＡ１がオフであり、第２トランジスターＴＲＡ２がオンであるとき、トランジスターＴＲＥ１をオフさせ、トランジスターＴＲＥ２をオンさせる。整流制御回路１７２は、第１トランジスターＴＲＡ１がオンであり、第２トランジスターＴＲＡ２がオフであるとき、トランジスターＴＲＥ１をオンさせ、トランジスターＴＲＥ２をオフさせる。これにより、図３と同様な信号波形のチャージポンプ動作が実現される。

【0047】

図６は、過電圧検出回路１３０の詳細構成例である。過電圧検出回路１３０は、検出回路１３１と出力回路１３２とを含む。

【0048】

検出回路１３１は、レギュレート電圧ＶＲＧが検出電圧を超えたか否かを検出する。検出回路１３１は、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３と抵抗ＲＣ１、ＲＣ２とを含む。ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３はレギュレーター１１０の出力ノードＮＶＲＧとノードＮＣ１との間に直列接続される。ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３の順方向は、ノードＮＣ１から出力ノードＮＶＲＧへの方向である。抵抗ＲＣ１、ＲＣ２はノードＮＣ１とグランドノードとの間に直列接続される。具体的には、抵抗ＲＣ１の一端はノードＮＣ１に接続され、他端はノードＮＤＶＱに接続される。抵抗ＲＣ２の一端はノードＮＤＶＱに接続され、他端はグランドノードに接続される。検出回路１３１の出力信号ＤＶＱは、ノードＮＤＶＱに出力される。

【0049】

出力回路１３２は、検出回路１３１の出力信号ＤＶＱを、回路装置１００の内部電源電圧ＶＤＡの信号レベルにして過電圧検出信号ＤＥＴとして出力する。内部電源電圧ＶＤＡは、制御回路１５０等の回路装置１００内部の回路に供給される電源電圧であり、レギュレート電圧ＶＲＧより低い電圧である。例えば、回路装置１００内に設けられた不図示のレギュレーター等から供給される。出力回路１３２は、抵抗ＲＣ３とトランジスターＴＲＣとを含む。抵抗ＲＣ３の一端は内部電源ノードＮＶＤＡに接続され、他端は、過電圧検出回路１３０の出力ノードＮＤＥＴに接続される。トランジスターＴＲＣはＮ型トランジスターである。トランジスターＴＲＣのドレインは、過電圧検出回路１３０の出力ノードＮＤＥＴに接続され、ソースはグランドノードに接続され、ゲートはノードＮＤＶＱに接続される。

【0050】

各ツェナーダイオードのツェナー電圧をＶｔｚとする。レギュレート電圧ＶＲＧが３×Ｖｔｚより低いとき、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３に電流が流れないので、検出回路１３１の出力信号ＤＶＱはグランド電圧ＧＮＤである。出力回路１３２のトランジスターＴＲＣはオフなので、過電圧検出信号ＤＥＴは内部電源電圧ＶＤＡとなる。レギュレート電圧ＶＲＧが３×Ｖｔｚより高いとき、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３が降伏して電流が流れ、ノードＮＣ１の電圧がＶＲＧ－３×Ｖｔｚとなる。抵抗ＲＣ１、ＲＣ２は、電圧ＶＲＧ－３×Ｖｔｚを分圧し、その分圧された電圧が出力信号ＤＶＱとして出力される。この分圧電圧は、トランジスターＴＲＣの閾値電圧より高い電圧である。トランジスターＴＲＣがオンになるので、過電圧検出信号ＤＥＴはグランド電圧ＧＮＤとなる。本構成例においては、過電圧の検出電圧は３×Ｖｔｚである。

【0051】

以上の本実施形態では、過電圧検出回路１３０は、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３を含む。ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３は、電源供給ノードＮＶＣＣとグランドノードとの間に設けられ、順方向は、グランドノードから電源供給ノードＮＶＣＣへの方向である。過電圧検出回路１３０は、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３のアノード側の電圧に基づいて過電圧検出信号ＤＥＴを出力する。

【0052】

本実施形態によれば、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３を用いたことで、レギュレート電圧ＶＲＧがツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３のツェナー電圧を超えたか否かが検出される。即ち、ツェナー電圧により過電圧の検出電圧が設定される。レギュレート電圧ＶＲＧがツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３のツェナー電圧を超えたとき、ツェナーダイオードＤＣ１～ＤＣ３のアノード側の電圧が変化するので、その電圧に基づいて過電圧検出信号ＤＥＴが出力されることで、過電圧か否かを示す過電圧検出信号ＤＥＴが出力される。

【0053】

図７は、レギュレーター１１０の詳細構成例である。レギュレーター１１０は、抵抗ＲＤ１～ＲＤ４とトランジスターＴＲＤ１～ＴＲＤ３とツェナーダイオードＤＤ１、ＤＤ２とを含む。

【0054】

抵抗ＲＤ１の一端は電源供給ノードＮＶＣＣに接続され、他端は抵抗ＲＤ２の一端とトランジスターＴＲＤ２のゲートとに接続される。抵抗ＲＤ２の他端はトランジスターＴＲＤ１のドレインに接続される。トランジスターＴＲＤ１はＮ型トランジスターである。トランジスターＴＲＤ１のソースはグランドノードに接続され、ゲートにはレギュレーター１１０のイネーブル信号ＲＧＥＮが制御回路１５０から入力される。

【0055】

トランジスターＴＲＤ２はＰ型トランジスターである。トランジスターＴＲＤ２のソースは電源供給ノードＮＶＣＣに接続され、ドレインは抵抗ＲＤ３の一端に接続される。抵抗ＲＤ３の他端はツェナーダイオードＤＤ１のカソードとトランジスターＴＲＤ３のゲートとに接続される。ツェナーダイオードＤＤ１のアノードはツェナーダイオードＤＤ２のカソードに接続され、アノードはグランドノードに接続される。

【0056】

トランジスターＴＲＤ３はＮ型トランジスターである。トランジスターＴＲＤ３のドレインは電源供給ノードＮＶＣＣに接続され、ソースは抵抗ＲＤ４の一端とレギュレーター１１０の出力ノードＮＶＲＧとに接続される。抵抗ＲＤ４の他端はグランドノードに接続される。

【0057】

イネーブル信号ＲＧＥＮがハイレベルのとき、レギュレーター１１０はイネーブルである。このとき、トランジスターＴＲＤ３がオンであり、抵抗ＲＤ１と抵抗ＲＤ２による分圧電圧がトランジスターＴＲＤ２のゲートに入力される。トランジスターＴＲＤ２がツェナーダイオードＤＤ１、ＤＤ２に定電流を流し、ツェナーダイオードＤＤ１のカソードの電圧が２×Ｖｔｚとなり、この電圧がトランジスターＴＲＤ３のゲートに入力される。トランジスターＴＲＤ３の閾値電圧をＶｔｈ＿ｔｒｄ３とすると、電圧２×Ｖｔｚ－Ｖｔｈ＿ｔｒｄ３がレギュレート電圧ＶＲＧとして出力される。

【0058】

以上に説明した本実施形態の回路装置は、電源供給ノードと負荷との間に設けられるＮ型トランジスターを制御する。回路装置は、レギュレーターとチャージポンプ回路と過電圧検出回路と制御回路とを含む。レギュレーターは、電源供給ノードからの電源電圧をレギュレートすることで、レギュレート電圧を出力する。チャージポンプ回路は、レギュレート電圧に基づいてチャージポンプ動作を行うことで、Ｎ型トランジスターのゲートノードに対してゲート制御電圧を出力する。過電圧検出回路は、レギュレート電圧の過電圧を検出し、検出結果である過電圧検出信号を出力する。制御回路は、過電圧検出回路により過電圧が検出されたとき、過電圧検出信号に基づいてチャージポンプ回路を停止させる制御を行う。

【0059】

レギュレート電圧に基づいてゲート制御電圧が出力されるので、レギュレート電圧が過電圧となったとき、Ｎ型トランジスターのゲートノードに過電圧が印加されるおそれがある。本実施形態によれば、過電圧検出回路がレギュレート電圧の過電圧を検出したとき、制御回路がチャージポンプ回路を停止させるので、Ｎ型トランジスターが過電圧から保護される。

【0060】

また本実施形態では、チャージポンプ回路は、Ｎ型トランジスターのソース電圧を基準に、レギュレート電圧に基づく昇圧を行うことで、ゲート制御電圧を出力してもよい。

【0061】

レギュレート電圧に基づく昇圧分の電圧が、Ｎ型トランジスターのゲートソース間電圧となるので、レギュレート電圧が過電圧となったとき、Ｎ型トランジスターのゲートソース間に過電圧が印加されるおそれがある。本実施形態によれば、過電圧検出回路がレギュレート電圧の過電圧を検出したとき、制御回路がチャージポンプ回路を停止させるので、Ｎ型トランジスターが過電圧から保護される。

【0062】

また本実施形態では、回路装置は、ソース電圧が入力されるソース電圧入力端子を含んでもよい。チャージポンプ回路は、ソース電圧入力端子に入力されるソース電圧を基準に昇圧を行ってもよい。

【0063】

本実施形態によれば、Ｎ型トランジスターのソース電圧を、ソース電圧入力端子を介してチャージポンプ回路に入力できる。チャージポンプ回路は、このソース電圧を基準に、レギュレート電圧に基づく昇圧を行うことができる。

【0064】

また本実施形態では、Ｎ型トランジスターのソース電圧をＶＣＯとし、レギュレート電圧をＶＲＧとし、Ｎ型トランジスターのゲートソース間電圧の最大定格をＶｇｓＭａｘとし、過電圧の検出電圧をＶｄｅｔとする。このとき、ゲート制御電圧は、ＤＲＶ＝ＶＣＯ＋ＶＲＧであってもよい。過電圧検出回路は、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘを満たす検出電圧Ｖｄｅｔと、レギュレート電圧ＶＲＧとを比較することで、過電圧を検出してもよい。

【0065】

Ｎ型トランジスターのゲートソース間には、ＤＲＶ－ＶＣＯ＝ＶＲＧが印加されるので、レギュレート電圧と検出電圧の比較は、ゲートソース間電圧と検出電圧の比較に相当する。本実施形態によれば、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘを満たすことで、ゲートソース間電圧の最大定格ＶｇｓＭａｘを超えない検出電圧Ｖｄｅｔによりゲートソース間電圧の過電圧を検出できる。

【0066】

また本実施形態では、電源電圧をＶＣＣとする。このとき、検出電圧Ｖｄｅｔは、ＶＲＧ＜Ｖｄｅｔ＜ＶｇｓＭａｘ＜ＶＣＣを満たしてもよい。

【0067】

レギュレート電圧ＶＲＧは電源電圧ＶＣＣより低いので、レギュレーターの出力ノードには、最大で電源電圧ＶＣＣと同じ電圧が出力されるおそれがある。レギュレート電圧ＶＲＧがＮ型トランジスターのゲートソース間電圧となることから、ゲートソース間に最大で電源電圧ＶＣＣが印加されるおそれがあるが、ＶｇｓＭａｘ＜ＶＣＣであることからＮ型トランジスターが故障するおそれがある。本実施形態によれば、ゲートソース間電圧の最大定格ＶｇｓＭａｘを超えない検出電圧Ｖｄｅｔによりゲートソース間電圧の過電圧が検出されるので、Ｎ型トランジスターを過電圧から保護できる。

【0068】

また本実施形態では、過電圧検出回路は、ツェナーダイオードを含む。ツェナーダイオードは、電源供給ノードとグランドノードとの間に設けられてもよい。ツェナーダイオードの順方向は、グランドノードから電源供給ノードへの方向であってもよい。過電圧検出回路は、ツェナーダイオードのアノード側の電圧に基づいて過電圧検出信号を出力してもよい。

【0069】

本実施形態によれば、ツェナーダイオードを用いたことで、レギュレート電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えたか否かが検出される。即ち、ツェナー電圧により過電圧の検出電圧が設定される。レギュレート電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えたとき、ツェナーダイオードのアノード側の電圧が変化するので、その電圧に基づいて過電圧検出信号が出力されることで、過電圧か否かを示す過電圧検出信号が出力される。

【0070】

また本実施形態では、チャージポンプ回路は、駆動回路とゲート制御回路とを含んでもよい。駆動回路は、チャージポンプ回路のイネーブル信号が制御回路から入力され、イネーブル信号がイネーブルを示すとき、レギュレート電圧に基づいて駆動信号を昇圧用キャパシターの一端に出力してもよい。ゲート制御回路は、昇圧用キャパシターの他端からの信号が入力され、信号とＮ型トランジスターのソース電圧とに基づいてゲート制御電圧を出力してもよい。制御回路は、過電圧検出回路により過電圧が検出されたとき、ディセーブルを示すイネーブル信号を出力することで、駆動回路を停止させてもよい。

【0071】

本実施形態によれば、イネーブル信号がイネーブルを示すとき、駆動回路が駆動信号を出力することでゲート制御回路がゲート制御電圧を出力する。そして、イネーブル信号がディセーブルを示すとき、駆動信号の出力が停止されることで、ゲート制御電圧の出力が停止される。これにより、過電圧が検出されたとき、制御回路がディセーブルを示すイネーブル信号を出力することで、チャージポンプ回路を停止できる。

【0072】

また本実施形態では、駆動回路は、レギュレーターの出力ノードと昇圧用キャパシターの一端との間に設けられる第１トランジスターと、昇圧用キャパシターの一端とグランドノードとの間に設けられる第２トランジスターと、を含んでもよい。ゲート制御回路は、昇圧用キャパシターの他端とＮ型トランジスターのゲートノードとの間に設けられる第１ダイオードと、Ｎ型トランジスターのソースノードと昇圧用キャパシターの他端との間に設けられる第２ダイオードと、を含んでもよい。第１ダイオードの順方向は、昇圧用キャパシターの他端からゲートノードへの方向であってもよい。第２ダイオードの順方向は、Ｎ型トランジスターのソースノードから昇圧用キャパシターの他端への方向であってもよい。

【0073】

本実施形態によれば、第１トランジスターがオフであり且つ第２ダイオードがオンであるとき、第１ダイオードのアノードがＮ型トランジスターのソース電圧となり、第１トランジスターがオンであり且つ第２ダイオードがオフであるとき、第１ダイオードのアノードが、Ｎ型トランジスターのソース電圧にレギュレート電圧を加算した電圧となる。この電圧は第１ダイオードを介してＮ型トランジスターのゲートノードに出力される。これにより、Ｎ型トランジスターのゲートソース間にはレギュレート電圧と同じ電圧が印加される。本実施形態では、レギュレート電圧が過電圧となったとき、チャージポンプ回路が停止されることで、Ｎ型トランジスターのゲートソース間が過電圧から保護される。

【0074】

また本実施形態では、ゲート制御回路は、Ｎ型トランジスターのゲートノードとソースノードとの間に設けられる抵抗を含んでもよい。

【0075】

本実施形態によれば、チャージポンプ回路が停止した後、Ｎ型トランジスターのゲートノードとソースノードが抵抗を介して同電位となることで、Ｎ型トランジスターがオフになる。

【0076】

また本実施形態では、ゲート制御回路はスイッチ回路を含んでもよい。スイッチ回路は、Ｎ型トランジスターのゲートノードとソースノードとの間に設けられ、Ｎ型トランジスターがオフのときオンになる。

【0077】

本実施形態によれば、スイッチ回路がオンになることでＮ型トランジスターをオフに固定できる。例えば、回路装置のシャットダウン状態においてスイッチ回路ＴＲＢがオンであることで、負荷への電源供給を確実に遮断できる。

【0078】

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。またレギュレーター、過電圧検出回路、チャージポンプ回路、制御回路、負荷、回路装置及び電子機器等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

【符号の説明】

【0079】

１０…電子機器、１１…Ｎ型トランジスター、１２…昇圧用キャパシター、１００…回路装置、１１０…レギュレーター、１２０…チャージポンプ回路、１３０…過電圧検出回路、１３１…検出回路、１３２…出力回路、１５０…制御回路、１６０…駆動回路、１６２…チャージポンプ制御回路、１７０…ゲート制御回路、１７２…整流制御回路、３００…負荷、ＣＨＰ１…駆動信号、ＣＨＰ２…信号、ＣＰＥＮ…イネーブル信号、ＤＣ１～ＤＣ３…ツェナーダイオード、ＤＥＴ…過電圧検出信号、ＤＩ１…第１ダイオード、ＤＩ２…第２ダイオード、ＤＲＶ…ゲート制御電圧、ＮＶＣＣ…電源供給ノード、ＴＲＡ１…第１トランジスター、ＴＲＡ２…第２トランジスター、ＴＲＢ…スイッチ回路、ＴＶＣＯ…ソース電圧入力端子、ＶＣＣ…電源電圧、ＶＣＯ…ソース電圧、ＶＲＧ…レギュレート電圧、Ｖｄｅｔ…検出電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】