逆流電流防止回路
【課題】逆流電流防止用のダイオードやトランジスタを必要としない逆流電流防止回路を提供する。
【解決手段】制御動作用として使用するＭＯＳトランジスタ１７のバックゲートの接続先を、電源電圧Ｖｄｄと出力端子１１の電圧とを比較する第１電圧比較回路２２の出力で駆動される第１スイッチ回路１９および第２スイッチ回路２０で制御し、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より低いとき、ＭＯＳトランジスタ１７の持つ寄生ダイオード１８を逆流電流防止用ダイオードとして利用する。
【解決手段】制御動作用として使用するＭＯＳトランジスタ１７のバックゲートの接続先を、電源電圧Ｖｄｄと出力端子１１の電圧とを比較する第１電圧比較回路２２の出力で駆動される第１スイッチ回路１９および第２スイッチ回路２０で制御し、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より低いとき、ＭＯＳトランジスタ１７の持つ寄生ダイオード１８を逆流電流防止用ダイオードとして利用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳトランジスタを使用する半導体集積回路装置に係り、特に、ＭＯＳトランジスタにおける逆流電流の発生を防ぐ逆流電流防止回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電子機器においては、性能向上のために消費電力を削減して電池の稼動時間を延ばすことが強く要求されている。また、持ち運びの利便性から、小型化も要求されており、それを可能にするための手段として、基板実装部品の削減が強く要望されている。
【０００３】
このような携帯機器に搭載される半導体集積回路装置において、例えば、図３（ａ）に示したシリーズレギュレータの制御トランジスタのように、Ｐ型拡散層２とバックゲートに電源電圧Ｖｄｄが印加されたＰチャネルのＭＯＳトランジスタ８がある。このＭＯＳトランジスタ８は図３（ｂ）に示すようにＰ型拡散層１，２と、Ｎ型拡散層４によるバックゲートと、Ｎ型ウェル層５の表面に絶縁膜３を介して設けられるゲートとを備え、Ｐ型拡散層１とＮ型ウェル層５およびバックゲートのＮ型拡散層４とによってＰＮ接合の寄生ダイオード９が構成される。ＭＯＳトランジスタ８に逆バイアスがかかったとき、Ｐ型拡散層１から寄生ダイオード９を介してＰ型拡散層２およびバックゲートとなるＮ型拡散層４に逆流電流が流れる。
【０００４】
このような逆流電流を防ぐための従来の技術の一つとしては、図３（ｃ）のようにＭＯＳトランジスタ８のＰ型拡散層２と電源電圧Ｖｄｄとの間にアノードに電源電圧Ｖｄｄが印加された逆流電流防止用ダイオード１３を設ける手段がある。
【０００５】
また、別の逆流電流を防ぐための従来技術として、図４に示す特許文献１に記載の逆流電流防止用の電流遮断スイッチを設ける手段がある。
【特許文献１】特開平１０−３４１１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図３（ａ）に示すこの技術は、逆流電流防止用ダイオード１３の順方向の電圧降下だけＭＯＳトランジスタ８の動作電源電圧範囲を狭くする。また、基板実装部品を増やすという点で、製造コストおよび実装面積を増やすという問題がある。
【０００７】
なお、動作電源電圧範囲を狭くするという問題を解決し、かつ逆流電流を防ぐ方法として、特許文献１で報告されている技術がある。ＭＯＳトランジスタに、直列に電流遮断スイッチを配し、電源電圧監視回路により電流遮断スイッチのオン／オフ制御を行う回路がある。
【０００８】
例えば、図４のようにバックゲートをソースに、ドレインを電源電圧Ｖｄｄに、ゲートを電源電圧監視回路１６に接続したＰチャネルのＭＯＳトランジスタ１４を電流遮断スイッチとした回路がある。この回路に逆バイアスがかかったとき、電源電圧監視回路１６が検知し、ＭＯＳトランジスタ１４をオフするよう設定した場合、ＭＯＳトランジスタ１４のＰ型拡散層６とバックゲートのＮ型拡散層７とによって構成される寄生ダイオード１５の存在により、逆流電流を遮断することが可能となる。しかしながらこの技術は、出力端子と電源電圧Ｖｄｄ間で大電流制御が必要な回路に使用する場合、ＭＯＳトランジスタ８の動作電源電圧を確保するため、オン抵抗の低いＭＯＳトランジスタ１４を使用しなければならない制約がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、逆流電流防止用のダイオードやトランジスタを必要としない逆流電流防止回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した発明は、電源端子と出力端子を有する半導体集積回路装置の逆流電流防止回路において、ソースを電源端子に接続し、ドレインを出力端子に接続し、バックゲートを第１のスイッチ回路を介してソースと接続するとともに、第２のスイッチ回路を介してドレインと接続するＭＯＳトランジスタと、電源端子の電圧と出力端子の電圧を比較し、第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路の制御信号を出力する電圧比較回路とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１の逆流電流防止回路において、半導体集積回路装置は充電装置であって、電源端子に外部直流電源を接続し、出力端子に電池を接続したことを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、電源端子と出力端子の電圧の高低の比較によって、第１，第２のスイッチを制御し、ＭＯＳトランジスタのバックゲートとソースあるいはドレインと接続することでＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力端子と電源端子間に接続されたＭＯＳトランジスタのバックゲートを制御することで、寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止できるので、従来必要とされた逆流電流防止用ダイオードや逆流電流遮断用スイッチが不要となり、製造コストおよび基板実装面積の削減が可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態１における逆流電流防止回路を示す構成図である。図１に示すように、ＭＯＳトランジスタ１７は、ソースが電源電圧Ｖｄｄの電源端子１０に接続され、ドレインが出力端子１１と接続され、バックゲートは第１スイッチ回路１９を介してソースに接続されるとともに、第２スイッチ回路２０を介してドレインに接続される。
【００１６】
第１電圧比較回路２２は、電源電圧Ｖｄｄを反転入力端子に印加され、非反転入力端子に出力端子１１を接続される。第１電圧比較回路２２の出力は第２スイッチ回路２０を駆動するとともに、インバータ回路２１を介して第１スイッチ回路１９を駆動する。すなわち、第１スイッチ回路１９，第２スイッチ回路２０のオン／オフは、出力端子１１の電圧と電源電圧Ｖｄｄの高低により制御される。
【００１７】
図１を参照しながら本実施形態１の動作を説明すると、第１電圧比較回路２２の出力信号は、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より高い場合、第１スイッチ回路１９をオンし、第２スイッチ回路２０をオフするよう制御する。このときＭＯＳトランジスタ１７はバックゲートがソース側に接続された状態となり、通常のＭＯＳトランジスタとして制御可能となる。
【００１８】
一方、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より低い場合、第１電圧比較回路２２の出力信号は第１スイッチ回路１９をオフし、第２スイッチ回路２０をオンように制御する。このときＭＯＳトランジスタ１７はバックゲートがドレイン側に接続された状態となり、このときＭＯＳトランジスタ１７がオフするよう設計した場合、ＭＯＳトランジスタ１７の寄生ダイオード１８が、出力端子１１から電源電圧Ｖｄｄに対しての逆流電流防止用ダイオードとなる。
【００１９】
図２は本発明の実施形態２における逆流電流防止回路を示す構成図である。本実施形態２は、前述の実施形態１で説明した図１に示す構成とは、電源端子１０が外部アダプタ端子２３に置きかわり、出力端子１１が電池電源端子２６に置きかわり、ＭＯＳトランジスタ１７が充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５に置きかえられたものである。
【００２０】
第２電圧比較回路３０は、外部アダプタ端子２３に接続した外部直流電源の電圧が反転入力端子に印加され、非反転入力端子には電池が接続される。第２電圧比較回路３０の出力は第４スイッチ回路２９を駆動するとともに、インバータ回路２１を介して第３スイッチ回路２８を駆動する。
【００２１】
図２を参照しながら本実施形態２の動作説明をすると、携帯機器の外部アダプタ端子２３に外部直流電源が装着されたとき、第３スイッチ回路２８をオンし、第４スイッチ回路２９をオフする。これにより、充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５のバックゲートがソースに接続され、通常の充電制御動作が可能となる。
【００２２】
また、外部直流電源が外されたとき、第３スイッチ回路２８をオフし、第４スイッチ回路２９をオンして、充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５のバックゲートはドレインに接続され、このときＭＯＳトランジスタ２５がオフするよう設計した場合、ＭＯＳトランジスタ２５の寄生ダイオード２７が、電池電源端子２６の電池電源から外部アダプタ端子２３に対しての逆流電流防止用ダイオードとなる。
【００２３】
通常、携帯機器は充電時以外、外部直流電源は外され電池電源のみで使用するため、電池電源から外部直流電源に向けて逆流電流が流れないよう逆流電流防止用ダイオードをつける必要があるが、本実施形態２により逆流電流防止用ダイオードが不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係る逆流電流防止回路は、出力端子と電源端子間に接続されたＭＯＳトランジスタのバックゲートを制御することで、寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止でき、ＭＯＳトランジスタにおける逆流電流の発生を防ぐ回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【図２】本発明の実施形態２に係る逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【図３】従来の半導体集積回路装置の（ａ）はシリーズレギュレータの制御トランジスタの回路図、（ｂ）は制御（ＭＯＳ）トランジスタの断面図、（ｃ）は逆流電流防止用ダイオードを設けた回路図
【図４】従来の逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【符号の説明】
【００２６】
１，２，６ Ｐ型拡散層
３ 絶縁膜
４，７ Ｎ型拡散層
５ Ｎ型ウェル層
８，１４，１７，２５ ＭＯＳトランジスタ
９，１５、１８，２７ 寄生ダイオード
１０ 電源端子
１１ 出力端子
１２ 制御回路
１３ 逆流電流防止用ダイオード
１６ 電源電圧監視回路
１９ 第１スイッチ回路
２０ 第２スイッチ回路
２１ インバータ回路
２２ 第１電圧比較回路
２３ 外部アダプタ端子
２４ 充電制御回路
２６ 電池電源端子
２８ 第３スイッチ回路
２９ 第４スイッチ回路
３０ 第２電圧比較回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＳトランジスタを使用する半導体集積回路装置に係り、特に、ＭＯＳトランジスタにおける逆流電流の発生を防ぐ逆流電流防止回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電子機器においては、性能向上のために消費電力を削減して電池の稼動時間を延ばすことが強く要求されている。また、持ち運びの利便性から、小型化も要求されており、それを可能にするための手段として、基板実装部品の削減が強く要望されている。
【０００３】
このような携帯機器に搭載される半導体集積回路装置において、例えば、図３（ａ）に示したシリーズレギュレータの制御トランジスタのように、Ｐ型拡散層２とバックゲートに電源電圧Ｖｄｄが印加されたＰチャネルのＭＯＳトランジスタ８がある。このＭＯＳトランジスタ８は図３（ｂ）に示すようにＰ型拡散層１，２と、Ｎ型拡散層４によるバックゲートと、Ｎ型ウェル層５の表面に絶縁膜３を介して設けられるゲートとを備え、Ｐ型拡散層１とＮ型ウェル層５およびバックゲートのＮ型拡散層４とによってＰＮ接合の寄生ダイオード９が構成される。ＭＯＳトランジスタ８に逆バイアスがかかったとき、Ｐ型拡散層１から寄生ダイオード９を介してＰ型拡散層２およびバックゲートとなるＮ型拡散層４に逆流電流が流れる。
【０００４】
このような逆流電流を防ぐための従来の技術の一つとしては、図３（ｃ）のようにＭＯＳトランジスタ８のＰ型拡散層２と電源電圧Ｖｄｄとの間にアノードに電源電圧Ｖｄｄが印加された逆流電流防止用ダイオード１３を設ける手段がある。
【０００５】
また、別の逆流電流を防ぐための従来技術として、図４に示す特許文献１に記載の逆流電流防止用の電流遮断スイッチを設ける手段がある。
【特許文献１】特開平１０−３４１１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図３（ａ）に示すこの技術は、逆流電流防止用ダイオード１３の順方向の電圧降下だけＭＯＳトランジスタ８の動作電源電圧範囲を狭くする。また、基板実装部品を増やすという点で、製造コストおよび実装面積を増やすという問題がある。
【０００７】
なお、動作電源電圧範囲を狭くするという問題を解決し、かつ逆流電流を防ぐ方法として、特許文献１で報告されている技術がある。ＭＯＳトランジスタに、直列に電流遮断スイッチを配し、電源電圧監視回路により電流遮断スイッチのオン／オフ制御を行う回路がある。
【０００８】
例えば、図４のようにバックゲートをソースに、ドレインを電源電圧Ｖｄｄに、ゲートを電源電圧監視回路１６に接続したＰチャネルのＭＯＳトランジスタ１４を電流遮断スイッチとした回路がある。この回路に逆バイアスがかかったとき、電源電圧監視回路１６が検知し、ＭＯＳトランジスタ１４をオフするよう設定した場合、ＭＯＳトランジスタ１４のＰ型拡散層６とバックゲートのＮ型拡散層７とによって構成される寄生ダイオード１５の存在により、逆流電流を遮断することが可能となる。しかしながらこの技術は、出力端子と電源電圧Ｖｄｄ間で大電流制御が必要な回路に使用する場合、ＭＯＳトランジスタ８の動作電源電圧を確保するため、オン抵抗の低いＭＯＳトランジスタ１４を使用しなければならない制約がある。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、逆流電流防止用のダイオードやトランジスタを必要としない逆流電流防止回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した発明は、電源端子と出力端子を有する半導体集積回路装置の逆流電流防止回路において、ソースを電源端子に接続し、ドレインを出力端子に接続し、バックゲートを第１のスイッチ回路を介してソースと接続するとともに、第２のスイッチ回路を介してドレインと接続するＭＯＳトランジスタと、電源端子の電圧と出力端子の電圧を比較し、第１のスイッチ回路および第２のスイッチ回路の制御信号を出力する電圧比較回路とを具備することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載した発明は、請求項１の逆流電流防止回路において、半導体集積回路装置は充電装置であって、電源端子に外部直流電源を接続し、出力端子に電池を接続したことを特徴とする。
【００１２】
前記構成によれば、電源端子と出力端子の電圧の高低の比較によって、第１，第２のスイッチを制御し、ＭＯＳトランジスタのバックゲートとソースあるいはドレインと接続することでＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力端子と電源端子間に接続されたＭＯＳトランジスタのバックゲートを制御することで、寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止できるので、従来必要とされた逆流電流防止用ダイオードや逆流電流遮断用スイッチが不要となり、製造コストおよび基板実装面積の削減が可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態１における逆流電流防止回路を示す構成図である。図１に示すように、ＭＯＳトランジスタ１７は、ソースが電源電圧Ｖｄｄの電源端子１０に接続され、ドレインが出力端子１１と接続され、バックゲートは第１スイッチ回路１９を介してソースに接続されるとともに、第２スイッチ回路２０を介してドレインに接続される。
【００１６】
第１電圧比較回路２２は、電源電圧Ｖｄｄを反転入力端子に印加され、非反転入力端子に出力端子１１を接続される。第１電圧比較回路２２の出力は第２スイッチ回路２０を駆動するとともに、インバータ回路２１を介して第１スイッチ回路１９を駆動する。すなわち、第１スイッチ回路１９，第２スイッチ回路２０のオン／オフは、出力端子１１の電圧と電源電圧Ｖｄｄの高低により制御される。
【００１７】
図１を参照しながら本実施形態１の動作を説明すると、第１電圧比較回路２２の出力信号は、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より高い場合、第１スイッチ回路１９をオンし、第２スイッチ回路２０をオフするよう制御する。このときＭＯＳトランジスタ１７はバックゲートがソース側に接続された状態となり、通常のＭＯＳトランジスタとして制御可能となる。
【００１８】
一方、電源電圧Ｖｄｄが出力端子１１の電圧より低い場合、第１電圧比較回路２２の出力信号は第１スイッチ回路１９をオフし、第２スイッチ回路２０をオンように制御する。このときＭＯＳトランジスタ１７はバックゲートがドレイン側に接続された状態となり、このときＭＯＳトランジスタ１７がオフするよう設計した場合、ＭＯＳトランジスタ１７の寄生ダイオード１８が、出力端子１１から電源電圧Ｖｄｄに対しての逆流電流防止用ダイオードとなる。
【００１９】
図２は本発明の実施形態２における逆流電流防止回路を示す構成図である。本実施形態２は、前述の実施形態１で説明した図１に示す構成とは、電源端子１０が外部アダプタ端子２３に置きかわり、出力端子１１が電池電源端子２６に置きかわり、ＭＯＳトランジスタ１７が充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５に置きかえられたものである。
【００２０】
第２電圧比較回路３０は、外部アダプタ端子２３に接続した外部直流電源の電圧が反転入力端子に印加され、非反転入力端子には電池が接続される。第２電圧比較回路３０の出力は第４スイッチ回路２９を駆動するとともに、インバータ回路２１を介して第３スイッチ回路２８を駆動する。
【００２１】
図２を参照しながら本実施形態２の動作説明をすると、携帯機器の外部アダプタ端子２３に外部直流電源が装着されたとき、第３スイッチ回路２８をオンし、第４スイッチ回路２９をオフする。これにより、充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５のバックゲートがソースに接続され、通常の充電制御動作が可能となる。
【００２２】
また、外部直流電源が外されたとき、第３スイッチ回路２８をオフし、第４スイッチ回路２９をオンして、充電制御用のＭＯＳトランジスタ２５のバックゲートはドレインに接続され、このときＭＯＳトランジスタ２５がオフするよう設計した場合、ＭＯＳトランジスタ２５の寄生ダイオード２７が、電池電源端子２６の電池電源から外部アダプタ端子２３に対しての逆流電流防止用ダイオードとなる。
【００２３】
通常、携帯機器は充電時以外、外部直流電源は外され電池電源のみで使用するため、電池電源から外部直流電源に向けて逆流電流が流れないよう逆流電流防止用ダイオードをつける必要があるが、本実施形態２により逆流電流防止用ダイオードが不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明に係る逆流電流防止回路は、出力端子と電源端子間に接続されたＭＯＳトランジスタのバックゲートを制御することで、寄生ダイオードを利用して逆流電流を防止でき、ＭＯＳトランジスタにおける逆流電流の発生を防ぐ回路として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【図２】本発明の実施形態２に係る逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【図３】従来の半導体集積回路装置の（ａ）はシリーズレギュレータの制御トランジスタの回路図、（ｂ）は制御（ＭＯＳ）トランジスタの断面図、（ｃ）は逆流電流防止用ダイオードを設けた回路図
【図４】従来の逆流電流防止回路の構成を示す回路図
【符号の説明】
【００２６】
１，２，６ Ｐ型拡散層
３ 絶縁膜
４，７ Ｎ型拡散層
５ Ｎ型ウェル層
８，１４，１７，２５ ＭＯＳトランジスタ
９，１５、１８，２７ 寄生ダイオード
１０ 電源端子
１１ 出力端子
１２ 制御回路
１３ 逆流電流防止用ダイオード
１６ 電源電圧監視回路
１９ 第１スイッチ回路
２０ 第２スイッチ回路
２１ インバータ回路
２２ 第１電圧比較回路
２３ 外部アダプタ端子
２４ 充電制御回路
２６ 電池電源端子
２８ 第３スイッチ回路
２９ 第４スイッチ回路
３０ 第２電圧比較回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子と出力端子を有する半導体集積回路装置の逆流電流防止回路において、
ソースを前記電源端子に接続し、ドレインを前記出力端子に接続し、バックゲートを第１のスイッチ回路を介してソースと接続するとともに、第２のスイッチ回路を介してドレインと接続するＭＯＳトランジスタと、前記電源端子の電圧と前記出力端子の電圧を比較し、前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路の制御信号を出力する電圧比較回路とを具備することを特徴とする逆流電流防止回路。
【請求項２】
前記半導体集積回路装置は充電装置であって、前記電源端子に外部直流電源を接続し、前記出力端子に電池を接続したことを特徴とする請求項１記載の逆流電流防止回路。
【請求項１】
電源端子と出力端子を有する半導体集積回路装置の逆流電流防止回路において、
ソースを前記電源端子に接続し、ドレインを前記出力端子に接続し、バックゲートを第１のスイッチ回路を介してソースと接続するとともに、第２のスイッチ回路を介してドレインと接続するＭＯＳトランジスタと、前記電源端子の電圧と前記出力端子の電圧を比較し、前記第１のスイッチ回路および前記第２のスイッチ回路の制御信号を出力する電圧比較回路とを具備することを特徴とする逆流電流防止回路。
【請求項２】
前記半導体集積回路装置は充電装置であって、前記電源端子に外部直流電源を接続し、前記出力端子に電池を接続したことを特徴とする請求項１記載の逆流電流防止回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１０９３４９（Ｐ２００８−１０９３４９Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８９６９６（Ｐ２００６−２８９６９６）
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２５日（２００６．１０．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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