JP2013153597A - 保護回路 - Google Patents

Abstract

【課題】逆極性電圧印加による逆流電流に起因する、充電制御回路などの過熱を防止できる保護回路を実現することを目的とする。
【解決手段】保護回路（２０）は、外部基準端子（ＧＮＤ）と電源端子（ＶＩＮ）と、外部基準端子（ＧＮＤ）と電源端子（ＶＩＮ）の間に印加された電圧に基づいて電流を出力する出力端子とを備える回路（１０）に対して設けられる。保護回路（２０）は、外部基準端子（ＧＮＤ）から電源端子（ＶＩＮ）に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路（２１）と、電源端子（ＶＩＮ）の電位が外部基準端子（ＧＮＤ）の電位よりも低い逆極性電圧が、電源端子（ＶＩＮ）と外部基準端子（ＧＮＤ）の間に印加されたことを検知する電圧検知回路（２２）と、電圧検知回路（２２）が逆極性電圧印加を検知した場合に、回路（１０）の内部基準電位（Ｇ１、Ｇ２）を電源端子（ＶＩＮ）と等電位にする導通回路（２３）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆極性電圧の印加に対して回路を保護する保護回路に関する。

充電制御回路は、外部基準端子と電源端子と、電源端子と外部基準端子の間に印加される電圧に基づいて生成された電流を出力する出力端子とを備える。充電制御回路において、電源端子はパソコンなどのＵＳＢ端子やアダプターに接続され、出力端子は充電制御ＩＣなどの充電回路や、リチウムイオン電池などに接続される。

一般に、充電制御回路は、過電圧などの異常状態を検出すると内部のドライバーをオフさせることで電源端子と出力端子の間を遮断し、後段の充電制御ＩＣあるいはリチウムイオン電池等を過電圧から保護する過電圧保護回路を備える（例えば特許文献１を参照）。

そのような従来の充電制御回路の問題点を、図５を参照して説明する。図５は、従来技術の充電制御回路の構成を示す図である。

充電制御回路は、電源端子ＶＩＮの電位が外部基準端子ＧＮＤの電位より高い電圧（正極性電圧）が印加されることにより、正常に充電動作を行うことができる。

しかし充電制御回路において、アダプターの異常などにより、電源端子ＶＩＮの電位が外部基準端子ＧＮＤの電位より低い電圧（逆極性電圧）が印加された場合、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０の寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベースからエミッタに電流が流れることにより、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２がオンされる。寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２がオンされることにより、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のコレクタ‐エミッタを通じて、出力端子ＶＯＵＴから電源端子ＶＩＮへ大きな逆流電流が流れる。

また、同時に、充電制御回路に逆極性電圧が印加されると、静電保護回路１２に形成される寄生ダイオードＰ１に順方向バイアスが印加されるので、寄生ダイオードＰ１を通じて外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮに向かって大きな電流が流れる。

このように、逆極性電圧印加時に大きな逆流電流が流れることにより、充電制御回路や、その後段の充電回路、電池などが過熱して異常動作するという問題がある。

本発明は、逆極性電圧印加による逆流電流に起因する回路（充電制御回路などの保護対象の回路）の過熱を防止できる保護回路を実現することを目的とする。

本発明にかかる保護回路は、基準となる電位が接続される外部基準端子と、外部基準端子との間に外部の電源から電圧が入力される電源端子と、この電源電圧に基づいて電流を出力する出力端子を備える回路に対して設けられる保護回路である。保護回路は、外部基準端子から電源端子へと流れる逆流電流の大きさを制限する電流制限回路と、回路に逆極性電圧が印加されたことを検知する電圧検知回路と、電圧検知回路が逆極性電圧印加を検知した場合に、回路の内部基準電位を電源端子と等電位にする導通回路とを備える。

本発明によれば、保護対象の回路（充電制御回路など）に逆極性電圧が印加された場合、電流制限回路が逆流電流の大きさを制限するとともに、電圧検知回路が逆極性電圧印加を検知して導通回路を作動させ、導通回路が保護対象の回路の内部基準電位を電源端子と等電位にすることにより、寄生素子をオフさせる。寄生素子がオフされることにより、寄生素子を通じて大電流が流れることを防止し、保護対象の回路（充電制御回路など）の過熱を防止することができる。

このように、本発明によれば、逆極性電圧印加に起因する逆流電流による、保護対象の回路（充電制御回路など）の過熱を、寄生素子をオフすることにより、防止できる。

実施形態１での充電制御回路の構成を示す図 実施形態２での充電制御回路の構成を示す図 実施形態３での充電制御回路の構成を示す図 実施形態４での充電制御回路の構成を示す図 従来技術にかかる充電制御回路の構成を示す図

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

１．実施形態１
１−１．構成
実施形態１について図１を参照して説明する。図１は、実施形態１の保護回路を含む充電制御回路の構成を示す図である。充電制御回路は、電源端子から出力端子に電流を流すことにより、後段の充電回路や電池に充電のための電流を供給する。

なお、本明細書においては、外部基準端子ＧＮＤの電位よりも電源端子ＶＩＮの電位が高い電圧を「正極性電圧」と呼ぶ。逆に、外部基準端子ＧＮＤの電位よりも電源端子ＶＩＮの電位が低い電圧を「逆極性電圧」と呼ぶ。

図１に示すように、充電制御回路１０は、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０と、過電圧保護回路１１と、ＥＳＤサージから回路全体を保護する静電保護回路１２と、チャージポンプ回路１３と、逆極性電圧保護回路２０とで構成される。静電保護回路１２には寄生ダイオードＰ１が形成される。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０には寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２が形成される。

Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０は、ドレインが電源端子ＶＩＮに、ソースが出力端子ＶＯＵＴに、ゲートがチャージポンプ回路１３に、バックゲートが内部基準電位Ｇ２に接続される。過電圧保護回路１１は、電源端子ＶＩＮとチャージポンプ回路１３に接続される。静電保護回路１２は、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１の間に接続される。寄生ダイオードＰ１は、カソードが電源端子ＶＩＮに、アノードが外部基準端子ＧＮＤに接続されて形成される。寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２は、ベースがＧ２に、コレクタが出力端子ＶＯＵＴに、エミッタが電源端子ＶＩＮに接続されて形成される。

逆極性電圧保護回路２０は、電流制限回路２１と、電圧検知回路２２と、導通回路２３とで構成される。電流制限回路２１は、外部基準端子ＧＮＤと内部基準電位Ｇ１に接続され、かつ、導通回路２３よりも外部基準端子ＧＮＤ側に接続される。電圧検知回路２２は、電源端子ＶＩＮと外部基準端子ＧＮＤの間に接続される。導通回路２３は、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１とに接続される。なお、内部基準端子Ｇ１と内部基準端子Ｇ２は、図示されていないが、接続される。

電流制限回路２１は、外部基準端子ＧＮＤから流入する電流の大きさを制限する。電圧検知回路２２は、充電制御回路１０に逆極性電圧が印加されたことを検知し、それに応じて導通回路２３を制御する。導通回路２３は、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１の間の導通／非導通を切り替える。なお、導通回路２３は、電流制限回路２１よりも電流駆動能力が高いものを利用する。

一般的な充電制御回路において、電源端子ＶＩＮと外部基準端子ＧＮＤは、例えばパソコンなどのＵＳＢ端子や、アダプターに接続される。出力端子ＶＯＵＴは、例えば充電制御ＩＣやリチウムイオン電池などに接続される。

１−２．動作
実施形態１における充電制御回路１０の動作を説明する。

まず充電制御回路１０に正極性電圧が印加された場合の動作を説明する。充電制御回路１０に正極性電圧が印加されると、その電圧が過電圧保護回路１１の許容する範囲の電圧すなわち、閾値電圧以下であれば、チャージポンプ回路１３がＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０をオンさせることにより、電源端子ＶＩＮから出力端子ＶＯＵＴへ向かって電流が流れる。この電流により、出力端子ＶＯＵＴに接続された電池などの充電が行われる。

なお、この充電動作時に、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０がオンするには、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０のゲートをソースより高い電圧にしなければならない。出力端子ＶＯＵＴの電圧を電源端子ＶＩＮの電圧にまで高めるには、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０のゲートを、電源端子ＶＩＮの電圧より高い電圧にしなければならない。そのために、チャージポンプ回路１３が昇圧した電圧をＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０のゲートに印加する。

一方、充電制御回路１０に印加された電圧が、過電圧保護回路１１に設定された閾値以上であった場合は、過電圧保護回路１１がチャージポンプ回路１３の動作を停止させ、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０をオフさせる。

また、充電制御回路１０に正極性電圧が印加されたとき、電圧検知回路２２は逆極性電圧印加を検知しない。この検知結果を受けて、導通回路２３は非導通状態になり、導通回路２３に電流が流れない。

次に、充電制御回路１０に逆極性電圧が印加された場合の動作を説明する。充電制御回路１０に逆極性電圧が印加されると、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ１０の寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベースからエミッタに電流が流れるので、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２がオンされる。寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２がオンされることにより、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のコレクタ‐エミッタを通じて、出力端子ＶＯＵＴから電源端子ＶＩＮへ向かって逆流電流が流れる。

また、同時に、充電制御回路１０に逆極性電圧が印加されると、静電保護回路１２の寄生ダイオードＰ１に順方向バイアスが印加されるため、寄生ダイオードＰ１がオンされる。寄生ダイオードＰ１がオンされることにより、寄生ダイオードＰ１を通じて外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへ向けて逆流電流が流れる。

このような寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じて流れる逆流電流の大きさは、電流制限回路２１によって制限される。

寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベース‐エミッタを通じて、外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへ逆流電流が流れることにより、内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）は、電源端子ＶＩＮの電位にＰＮ接合順方向降下電圧を加算した電位に引き下げられる。「ＰＮ接合順方向降下電圧」とは、寄生ダイオードＰ１または寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベース‐エミッタ間に順方向バイアスを印加する場合に、これらの素子で生じる降下電圧のことを示す。しかし外部基準端子ＧＮＤと電源端子ＶＩＮの間には、ＰＮ接合順方向降下電圧分の電位差があるので、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２は依然としてオンされたままであり、電源端子ＶＩＮへの逆流電流が流れつづける。

このような寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２を通じての逆流電流を防止するために、本実施形態の逆極性電圧保護回路２０が作動する。以下、逆極性電圧保護回路２０の動作を説明する。

電圧検知回路２２が逆極性電圧の印加を検知すると、電圧検知回路２２は検知結果を導通回路２３に伝達する。逆極性電圧の印加を示す検知結果を受けて、導通回路２３は導通し、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）を等電位にする。

導通回路２３が導通したとき、導通回路２３を通じて外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへ向けて電流が流れるが、この電流の大きさは電流制限回路２１により制限される。

導通回路２３が電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）とを等電位にすることにより、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベース‐エミッタ間の電圧がゼロになり、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２はオフされる。寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２がオフされることにより、出力端子ＶＯＵＴから電源端子ＶＩＮへの逆流電流が防止される

また、同時に、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）が等電位になることにより、静電保護回路１２の寄生ダイオードＰ１に印加されていた順方向バイアスがなくなるため、寄生ダイオードＰ１を通じての外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへの逆流電流が防止される。

１−３．実施形態１のまとめ
本実施形態によれば、充電制御回路１０に逆極性電圧が印加された場合、電流制限回路２１が逆流電流の大きさを制限するとともに、電圧検知回路２２が逆極性電圧印加を検知して導通回路２３を作動させ、導通回路２３が充電制御回路１０の内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）を電源端子ＶＩＮと等電位にすることにより、寄生素子Ｐ１、Ｐ２をオフさせる。寄生素子Ｐ１、Ｐ２がオフされることにより、寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じて大電流が流れることを防止し、充電制御回路や充電回路、電池などの過熱を防止することができる。

このように、本実施形態によれば、逆極性電圧印加に起因する逆流電流による充電制御回路や充電回路、電池などの過熱を、寄生素子をオフすることにより、防止できる。

２．実施形態２
２−１．構成
実施形態２について、図２を参照して説明する。図２は、実施形態２の保護回路を備えた充電制御回路の構成を示す図である。

本実施形態では、実施形態１で説明した逆極性電圧保護回路２０の構成を、より具体的に示している。

本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｂは、実施形態１の電流制限回路２１をデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１で構成し、実施形態１の電圧検知回路２２をＰチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２１とＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２とで構成し、実施形態１の導通回路２３をＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３で構成する。

なお、デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタは、スレッショルド電圧がゼロ以下に設定されたＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタである。このトランジスタは、ソースに対するゲートの電圧がゼロであってもオンするという特性を持つ。

デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１は、ドレインが外部基準端子ＧＮＤに、ゲートとソースとバックゲートが内部基準電位Ｇ１に接続される。デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１は、ゲートとソースを接続することにより、ソースに対するゲートの電圧がゼロで固定される。これによりデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１は常時オンすると同時に、ドレインからソースに流れる電流の大きさを一定値以下に制限する。また、ゲートとソースが接続されたＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタは、ソースからドレインに流れる電流に関しては導通するという特性がある。

Ｐチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２１は、ゲートが電源端子ＶＩＮとＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２のゲートに、ソースとバックゲートが外部基準端子ＧＮＤに、ドレインがＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２のドレインとＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートに接続される。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２は、ソースとバックゲートが内部基準電位Ｇ１に接続される。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３は、ドレインが電源端子ＶＩＮに、ソースとバックゲートが内部基準電位Ｇ１に接続される。この他の要素の構成は実施形態１と同様である。

Ｐチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２１とＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２がこのように接続されることで、いわゆる「インバータ」として機能する。ただし、「ハイ」（Ｈｉｇｈ）は外部基準端子ＧＮＤの電位として、「ロー」（Ｌｏｗ）は内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）として機能する。

２−２．動作
まず、充電制御回路１０ｂに正極性電圧が印加された場合の、逆極性電圧保護回路２０ｂの動作を説明する。充電制御回路１０ｂに正極性電圧が印加されると、「インバータ」に「ハイ」が入力されるので、「ロー」が出力される。つまり、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートは内部基準電位Ｇ１の電位になる。このとき、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートとソースは等電位なので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３はオフする。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３がオフ状態であるので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３を通じて電源端子ＶＩＮから外部基準端子ＧＮＤへの逆流電流は流れない。

一方、充電制御回路１０ｂに正極性電圧が印加されると、寄生ダイオードＰ１と、寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２のベース‐エミッタ間には逆方向バイアスが印加されるので、これら寄生素子Ｐ１、Ｐ２はオフされ、これら寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じての逆流電流は流れない。

このように、電源端子ＶＩＮに正極性電圧が印加された場合には、電源端子ＶＩＮへの逆流電流は流れず、正常に充電が行われる。

次に電源端子ＶＩＮに逆極性電圧が印加された場合の、逆極性電圧保護回路２０ｂの動作を説明する。電源端子ＶＩＮに逆極性電圧が印加されると、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２を通じて、電源端子ＶＩＮに向かって逆流電流が流れる。しかしこの逆流電流は、デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１によって大きさを制限される。

デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１によって大きさを制限された逆流電流が、外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへ逆流電流が流れることにより、内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）の電位が、電源端子ＶＩＮの電位にＰＮ接合順方向降下電圧を足した電位に引き下げられる。

これにより、Ｐチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２１とＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２から構成されるインバータは、外部基準端子ＧＮＤの電位を「ハイ」、電源端子ＶＩＮの電位を「ロー」として機能するようになる。この場合、インバータには「ロー」が入力されるので、インバータは「ハイ」を出力する。つまりＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートの電位は、外部基準端子ＧＮＤの電位になる。

一方、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のソースは内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）の電位であるので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のソースに対するゲートの電圧が正になることにより、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３はオンする。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３がオンすることにより、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）は等電位になる。

電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）が等電位になることにより、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２はオフする。これにより、これら寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じて流れる大きな逆流電流は停止する。

なお、実際のＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３にはオン抵抗が存在するため、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）は完全には等電位にならない。しかしオン抵抗での降下電圧がＰＮ接合順方向降下電圧よりも小さいＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３を利用することにより、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２はオフされる。

２−３．実施形態２のまとめ
以上のように、本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｂによっても、逆極性電圧印加時に寄生素子Ｐ１、Ｐ２をオフさせることにより、実施形態１と同様の効果が得られる。さらに、特許文献１で提案された回路に比べると、電源端子ＶＩＮと出力端子ＶＯＵＴの間に直列にＭＯＳトランジスタが接続されないことにより、充電制御回路１０ｂの充電動作時のオン抵抗が大きくならないという利点がある。

３．実施形態３
３−１．構成
実施形態３について、図３を参照して説明する。図３は、実施形態３の保護回路を備えた充電制御回路の構成を示す図である。

本実施形態では、実施形態１で説明した逆極性電圧保護回路２０のより具体的な構成を示している。

本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｃは、実施形態１の電流制限回路２１をデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１で構成し、実施形態１の電圧検知回路２２と導通回路２３をＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３で構成する。

デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１の接続は、実施形態２のデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１と同様である。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３は、ドレインが電源端子ＶＩＮに、ソースとバックゲートが内部基準電位Ｇ１に接続される。その他の要素の構成は、実施形態１と同様である。

３−２．動作
まず、充電制御回路１０ｃに正極性電圧が印加された場合の、逆極性電圧保護回路２０ｃの動作を説明する。電源端子ＶＩＮに正極性電圧が印加されると、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のソースに対するゲートの電圧はゼロなので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３はオフする。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３がオフしているので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３に電流は流れない。また、寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じての逆流電流に関しては、実施形態１と同様である。このように、電源端子ＶＩＮに正極性電圧が印加される場合は、電源端子ＶＩＮへの逆流電流は流れず、正常に充電が行われる。

次に、充電制御回路１０ｃに逆極性電圧が印加された場合の、逆極性電圧保護回路２０ｃの動作を説明する。充電制御回路１０ｃに逆極性電圧が印加されると、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２を通じて外部基準端子ＧＮＤから電源端子ＶＩＮへ向かって逆流電流が流れる。

電源端子ＶＩＮへの逆流電流により、内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）の電位が、電源端子ＶＩＮの電位にＰＮ接合順方向降下電圧を加算した電位になる。一方、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートは外部基準端子ＧＮＤの電位である。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のソースに対するゲートの電圧が正なので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３はオンする。

Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３がオンすると、電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）は等電位になる。電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）が等電位になることにより、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２はオフされるので、これら寄生素子Ｐ１、Ｐ２を通じて流れる大きな逆流電流は停止する。また、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３を通じての逆流電流の大きさは、デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１によって制限される。

３−３．実施形態３のまとめ
以上のように、本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｃによっても、実施形態１、２と同様の効果が得られる。さらに、実施形態２と比べると、回路を構成する要素が少ないので回路規模を小さくできるという利点がある。

４．実施形態４
４−１．構成
実施形態４について、図４を参照して説明する。図４は、実施形態４の保護回路を備えた充電制御回路の構成を示す図である。本実施形態では、実施形態１で説明した逆極性電圧保護回路２０のより具体的な構成を示す。

本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｄは、実施形態２におけるデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１が抵抗器Ｒ２１に置換されたものである。その他の構成は実施形態２と同様である。

４−２．動作
まず充電制御回路１０ｄに正極性電圧が印加された場合を説明する。充電制御回路１０ｄに正極性電圧が印加されると、抵抗器Ｒ２１に内部基準電位Ｇ１から外部基準端子ＧＮＤへ電流が流れる。このため、電位の関係が、（電源端子ＶＩＮの電位）＞（内部基準電位Ｇ１の電位）＞（外部基準端子ＧＮＤの電位）となる。

このような電位関係により、Ｐチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２１はオフし、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２２２はオンするので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３のゲートは内部基準電位Ｇ１になる。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３は、ソースに対するゲートの電圧がゼロなので、オフする。Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３がオフ状態なので、Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３に電流が流れない。また、充電制御回路１０ｄに逆極性電圧が印加された場合の、寄生ダイオードＰ１と寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタＰ２の動作は、実施形態２と同様である。

次に充電制御回路１０ｄに逆極性電圧が印加された場合を説明する。充電制御回路１０ｄに逆極性電圧が印加されると、抵抗器Ｒ２１が逆流電流の大きさを抑える。その他の動作は実施形態２と同様である。

４−３．実施形態４のまとめ
以上のように、本実施形態の逆極性電圧保護回路２０ｄによっても、実施形態２と同様の効果が得られる。

５．別の実施形態
実施形態２〜４は、電流制限回路２１としてデプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１または抵抗器Ｒ２１を利用したが、本発明はこれに限定するものではない。他の回路を利用して電流の大きさを制限してもいい。例えば、ダイオードを利用してもいい。また、デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２１や抵抗器Ｒ２１、ダイオードを組み合わせて利用してもいい。ただし、ダイオードを利用する場合は、ダイオードのカソードを外部基準端子ＧＮＤ側に、アノードを内部基準電位Ｇ１側に接続する。

また、電流制限回路２１は、エンハンス型（スレッショルドが正電圧）のＭＯＳなどを使ったスイッチであってもよい。ただしこのときは、充電制御回路に正極性電圧が印加された場合は、このスイッチをオンさせて外部基準端子ＧＮＤと内部基準電位Ｇ１を等電位にする。一方、充電制御回路に逆極性電圧が印加された場合は、このスイッチをオフさせる。

また、電流制限回路２１は、外部基準端子ＧＮＤと内部基準電位Ｇ１との間に接続された静電保護素子であってもよい。静電保護素子の有する寄生ダイオードによって、ダイオード素子と同じ効果が得られる。静電保護素子は、その寄生ダイオードのカソードが外部基準端子ＧＮＤ側に、アノードが内部基準電位Ｇ１側になるよう接続される。

また、実施形態２と実施形態４は電圧検知回路２２としてインバータを利用したが、本発明はこれに限定するものではない。他の回路を利用して逆極性電圧印加を検知してもいい。例えば、ＯＰアンプを利用してもいい。ＯＰアンプを利用することにより、閾値の設定が容易になるという利点がある。

また、実施形態２〜４は導通回路としてＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタＭ２３を利用したが、本発明はこれに限定するものではない。他の回路を利用して電源端子ＶＩＮと内部基準電位Ｇ１（Ｇ２）を等電位にしてもいい。

また、上述の実施形態の思想は、充電制御回路に限定されない。逆極性電圧印加によって寄生ダイオードなどを通じて逆流電流が流れるような他の回路に対しても適用できる。

ＶＩＮ 電源端子
ＶＯＵＴ 出力端子
ＧＮＤ 外部基準端子
Ｇ１、Ｇ２ 内部基準電位
１０ 充電制御回路
１１ 過電圧保護回路
１２ 静電保護回路
１３ チャージポンプ回路
２０ 逆極性電圧保護回路
２１ 電流制限回路
２２ 電圧検知回路
２３ 導通回路
Ｐ１ 寄生ダイオード
Ｐ２ 寄生ｎｐｎ型バイポーラ・トランジスタ
Ｍ１０、Ｍ２２２、Ｍ２３ Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタ
Ｍ２１ デプレッション型Ｎチャンネル・ＭＯＳトランジスタ
Ｍ２２１ Ｐチャンネル・ＭＯＳトランジスタ
Ｒ２１ 抵抗器

特開２００９−１００５１９

Claims (8)

1. 基準となる電位が接続される外部基準端子と、
   前記外部基準端子との間に、外部の電源から電圧が印加される電源端子と、
   前記電源電圧に基づいて電流を出力する出力端子と
   を備える回路に対して設けられる保護回路であって、
   前記外部基準端子から前記電源端子に流れる電流の大きさを制限する電流制限回路と、
   前記電源端子の電位が前記外部基準端子の電位よりも低い逆極性電圧が、前記電源端子と前記外部基準端子の間に印加されたことを検知する電圧検知回路と、
   前記電圧検知回路が前記逆極性電圧印加を検知した場合に、前記充電制御回路の内部基準電位を前記電源端子と等電位にする導通回路と
   を備えることを特徴とする保護回路。
2. 前記電圧検知回路がインバータで構成されることを特徴とする、請求項１記載の保護回路。
3. 前記電圧検知回路がＯＰアンプで構成されることを特徴とする、請求項１記載の保護回路。
4. 前記導通回路が、前記電圧検知回路によって制御されるＮチャンネル・ＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の保護回路。
5. 前記電流制限回路がデプレッション型Ｎチャンネル・ＣＭＯＳトランジスタで構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の保護回路。
6. 前記電流制限回路が抵抗器で構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の保護回路。
7. 前記電流制限回路がダイオードで構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の保護回路。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の保護回路を備えた充電制御回路。

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