JP6305791B2 - Power supply circuit - Google Patents
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Description
本発明は、電力供給回路に関する。 The present invention relates to a power supply circuit.
太陽電池の出力した電力を負荷に供給する電力供給回路において、電力供給回路の出力を蓄電する2次電池が負荷側に設けられた回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2007−089373号公報
In a power supply circuit that supplies power output from a solar battery to a load, a circuit is known in which a secondary battery that stores the output of the power supply circuit is provided on the load side (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-089373
従来の電力供給回路は、同一端子から2次電池と負荷に電力を供給する。このため、2次電池の電圧が負荷駆動電圧に上昇して負荷が駆動するまでに待ち時間が生じる。また、待ち時間を短くするために2次電池の容量を小さくすると、発電停止時の負荷の稼働時間が短くなる。 A conventional power supply circuit supplies power to the secondary battery and the load from the same terminal. For this reason, there is a waiting time until the voltage of the secondary battery rises to the load drive voltage and the load is driven. Further, if the capacity of the secondary battery is reduced in order to shorten the waiting time, the operating time of the load when power generation is stopped is shortened.
本発明の第1の態様においては、発電装置が生成した入力電力に応じて、負荷に出力電力を出力する電力供給回路であって、供給端子を有し、入力された入力電力に応じた供給電力を供給端子から出力する入出力部と、供給端子からの電力を蓄電する蓄電装置に接続される蓄電端子と、蓄電装置の容量よりも小さな容量を有し、供給端子からの電力を蓄電するコンデンサが接続されるコンデンサ端子と、供給電力または蓄電装置に蓄電された蓄電電力が入力されて、負荷に出力電力を出力する負荷端子と、蓄電端子を、供給端子および負荷端子に接続するか否かを切り替える第1スイッチとコンデンサ端子の電圧が予め定められた蓄電装置蓄電開始電圧を超えたか否かによって、第1スイッチのオンオフを切り替える第1切替制御部とを備え、第1切替制御部は、蓄電装置蓄電開始電圧に対応する予め定められた第1基準電圧を生成する第1基準電圧生成部と、第1CMOSインバータを有し、第1基準電圧が第1CMOSインバータの入力端子に入力され、コンデンサ端子の電圧が第1CMOSインバータの電源端子に入力される第1コンパレータとを有し、第1コンパレータは、第1CMOSインバータの出力が反転したか否かによりコンデンサ端子の電圧が蓄電装置蓄電開始電圧を超えたか否かを検出する電力供給回路を提供する。 In the first aspect of the present invention, a power supply circuit that outputs output power to a load according to input power generated by a power generation device, having a supply terminal, and supplying according to input input power An input / output unit that outputs power from the supply terminal, a power storage terminal connected to a power storage device that stores power from the supply terminal, and a capacity smaller than the capacity of the power storage device, and stores power from the supply terminal Whether to connect the capacitor terminal to which the capacitor is connected, the load terminal to which the supplied power or the stored power stored in the power storage device is input and output the output power to the load, and the storage terminal to the supply terminal and the load terminal And a first switching control unit that switches on / off of the first switch depending on whether or not the voltage of the capacitor terminal exceeds a predetermined power storage device storage start voltage. The first switching control unit includes a first reference voltage generation unit that generates a predetermined first reference voltage corresponding to the storage device storage start voltage, and a first CMOS inverter, and the first reference voltage is that of the first CMOS inverter. A first comparator which is input to the input terminal and the voltage of the capacitor terminal is input to the power supply terminal of the first CMOS inverter. The first comparator determines whether the output of the first CMOS inverter is inverted or not. Provides a power supply circuit that detects whether or not the power storage device storage start voltage has been exceeded.
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本発明に係る電力供給回路100の構成の概要を示す。電力供給回路100は、発電装置10が生成した入力電力Pinに応じて、負荷15に出力電力Poutを出力する。電力供給回路100は、過充電防止回路200、切替制御部300、コンデンサ500、蓄電装置550を備え、発電装置10および負荷15に接続される。また、電力供給回路100は、発電装置10および負荷15を自ら備えてもよい。電力供給回路100は、入力電力Pinが入力される入力端子VIおよび出力電力Poutを出力する出力端子VOUTを有する。
FIG. 1 shows an outline of the configuration of a
発電装置10は、屋外光もしくは室内光などの光電変換、またはペルチェなど熱電変換素子等の環境エネルギーに基づいて発電する環境発電装置である。発電装置10は、発電した入力電力Pinを過充電防止回路200に出力する。発電装置10は、一般的なシリコンタイプの太陽電池セルの他に、色素増感型太陽電池セルであってよい。また、発電装置10は、1セルの太陽電池等で構成される入力電力Pinの小さな発電装置であってよい。環境光の変化に応じて、入力電力Pinは、増加したり減少したりする。
The
過充電防止回路200は、コンデンサ500の電圧を予め定められた範囲に制御して、コンデンサ500の過充電を防止する。つまり、過充電防止回路200は、入力電力Pinを供給端子VDDCから供給電力Pddcとして出力するか否かを切り替えることにより、コンデンサ500の過充電を防止する。また、過充電防止回路200は、コンデンサ端子VOの電圧が予め定められた電圧よりも小さくなると、自動的にコンデンサ500の充電を開始する。過充電防止回路200は、入出力部の一例であり、過充電防止機能以外の他の機能を有してよい。
The
切替制御部300は、接続された過充電防止回路200、負荷端子VOUT、コンデンサ端子VOおよび蓄電端子VSのそれぞれの接続を切り替える。例えば、切替制御部300は、供給端子VDDCと負荷端子VOUTとを接続するか否か、および、供給端子VDDCと蓄電端子VSとを接続するか否かをそれぞれ独立に切り替える。また、切替制御部300は、蓄電端子VSと負荷端子VOUTを接続するか否かを切り替える。なお、負荷端子VOUT、コンデンサ端子VOおよび蓄電端子VSには、負荷15、コンデンサ500および蓄電装置550がそれぞれ接続される。
The switching
負荷15は、切替制御部300が出力した出力電力Poutにより動作する。切替制御部300は、負荷15の動作に必要な電圧以上に出力電力Poutが上昇した場合に、負荷15に出力電力Poutを出力してよい。
The
コンデンサ500は、負荷15の動作に必要な電力が蓄電されるまで一時的に供給電力Pddcを蓄電する。コンデンサ500の容量は、蓄電装置550の容量よりも小さい。過充電防止回路200が出力した供給電力Pddcの一部がコンデンサ500に蓄電されてよい。
蓄電装置550は、過充電防止回路200が出力した供給電力Pddcのうち、負荷15およびコンデンサ500で消費されない余剰の電力を蓄電する。蓄電装置550は、発電装置10の発電量が低下した場合に、電圧補償用のコンデンサとして、負荷15を駆動させる。コンデンサ500および蓄電装置550は、電力供給回路100の外部に設けられてもよい。
The
切替制御部300は、供給端子VDDC、コンデンサ端子VO、蓄電端子VS、および、負荷端子VOUTの電圧に基づいて、それぞれの接続を制御する。例えば、切替制御部300は、供給端子VDDCの電圧が予め定められたコンデンサ蓄電開始電圧を超えた場合に、供給電力Pddcをコンデンサ端子VOに出力する。切替制御部300は、コンデンサ500が充電され、コンデンサ端子VOの電圧が、予め定められた電力供給開始電圧を超えた場合に、コンデンサ500および過充電防止回路200から負荷端子VOUTに電力を出力する。電力供給開始電圧は、コンデンサ蓄電開始電圧より小さくてよい。
The switching
切替制御部300は、コンデンサ端子VOの電圧が、コンデンサ蓄電開始電圧および電力供給開始電圧より大きな蓄電装置蓄電開始電圧を超えた場合に、負荷端子VOUTおよび蓄電端子VSに対して供給電力Pddcを出力する。これにより電力供給回路100は、負荷15に出力電力Poutを供給しつつ、蓄電装置550を蓄電できる。本例の電力供給回路100は、負荷15の駆動開始時に大容量の蓄電装置550を過充電防止回路200に接続せず、小容量のコンデンサ500を過充電防止回路200に接続するので、待ち時間を短縮できる。
The switching
切替制御部300は、入力電力Pinが過充電防止回路200の動作に必要な電力に満たない場合、供給電力Pddcを遮断して、蓄電装置550に蓄電された蓄電電力を負荷端子VOUTに出力する。これにより電力供給回路100は、入力電力Pinが低下した場合に、負荷15の動作を補償する。
When the input power Pin is less than the power necessary for the operation of the
図2は、本実施形態に係る電力供給回路100の具体的な構成を示す。切替制御部300は、過充電防止回路200が出力する供給電力Pddcをスイッチにより切り替えて負荷15、コンデンサ500および蓄電装置550に供給する。切替制御部300は、第1スイッチF1、第2スイッチF2、第3スイッチF3、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330を有する。
FIG. 2 shows a specific configuration of the
第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330は、電源端子VDDおよび出力端子OUTをそれぞれ有する。第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330は、電源端子VDDに入力された電圧に応じて出力端子OUTからハイもしくはローを出力する。
The first
第1スイッチF1は、蓄電端子VSを、供給端子VDDCおよび負荷端子VOUTに接続するか否かを切り替える。第1スイッチF1の一端は蓄電端子VSに接続され、他端は第2スイッチF2および第3スイッチF3に接続される。 The first switch F1 switches whether the power storage terminal VS is connected to the supply terminal VDDC and the load terminal VOUT. One end of the first switch F1 is connected to the power storage terminal VS, and the other end is connected to the second switch F2 and the third switch F3.
第1切替制御部310は、負荷15に出力する出力電力Poutが低下するのを防止するように第1スイッチF1を制御する。第1切替制御部310は、コンデンサ端子VOの電圧に基づいて第1スイッチF1のオンオフを制御する。第1切替制御部310は、コンデンサ端子VOの電圧が第1切替制御部310内で生成される予め定められた電圧よりも小さい場合にはローを出力して、予め定められた以上の場合にハイを出力する。
The first
第2スイッチF2は、負荷端子VOUTを、供給端子VDDCおよび蓄電端子VSに接続するか否かを切り替える。第2スイッチF2の一端は負荷端子VOUTに接続され、他端は第1スイッチF1および第3スイッチF3に接続される。 The second switch F2 switches whether to connect the load terminal VOUT to the supply terminal VDDC and the power storage terminal VS. One end of the second switch F2 is connected to the load terminal VOUT, and the other end is connected to the first switch F1 and the third switch F3.
第2切替制御部320は、コンデンサ500が十分に蓄電されて、出力電力Poutが負荷15の動作する電圧に達した場合にのみ、出力電力Poutを出力するように、第2スイッチF2を制御する。第2切替制御部320は、コンデンサ端子VOの電圧に基づいて第2スイッチF2のオンオフを制御する。第2切替制御部320は、コンデンサ端子VOの電圧が第2切替制御部320内で生成される予め定められた電圧よりも小さい場合にはローを出力して、予め定められた電圧以上の場合にハイを出力する。
The second
第3スイッチF3は、供給端子VDDCを、負荷端子VOUTおよび蓄電端子VSに接続するか否かを切り替える。第3スイッチF3の一端は供給端子VDDCに接続され、他端は第1スイッチF1および第2スイッチF2に接続される。本例のコンデンサ端子VOは第1スイッチF1、第2スイッチF2および第3スイッチF3の上記他端に接続される。 The third switch F3 switches whether the supply terminal VDDC is connected to the load terminal VOUT and the power storage terminal VS. One end of the third switch F3 is connected to the supply terminal VDDC, and the other end is connected to the first switch F1 and the second switch F2. The capacitor terminal VO in this example is connected to the other end of the first switch F1, the second switch F2, and the third switch F3.
第3切替制御部330は、発電装置10の出力を安定化するように、第3スイッチF3を制御する。具体的には、発電装置10の出力電圧の低下を防止して、発電効率を上げる。また、第3切替制御部330は、発電装置10に光が十分に照射されない場合に、発電装置10の側にコンデンサ500および蓄電装置550に蓄電された電力が逆流するのを防止する。第3切替制御部330は、供給端子VDDCの電圧に基づいて第3スイッチF3を制御する。第3切替制御部330は、供給端子VDDCの電圧が第3切替制御部330内で生成される予め定められた電圧よりも小さい場合にはローを出力して、予め定められた以上の場合にハイを出力する。
The third
図3は、電力供給回路100の構成の一例を示す。本例の電力供給回路100は、過放電防止回路250をさらに備える。本例の過充電防止回路200は、過充電防止切替制御部210、シャント回路220および過充電防止切替部230を備える。第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330は、電源端子VDDが共通に設けられる。
FIG. 3 shows an exemplary configuration of the
過充電防止切替制御部210は、コンデンサ500の過充電を防止するように、シャント回路220および過充電防止切替部230を制御する。過充電防止切替制御部210は、コンデンサ端子VOの電圧を検出して、コンデンサ端子VOの電圧が過充電防止スキップ開始電圧を超えたか否かに応じた信号を出力する。過充電防止切替制御部210は、出力した信号をシャント回路220および過充電防止切替部230に出力する。過充電防止切替制御部210は、シャント回路220および過充電防止切替部230を相補動作させる。過充電防止切替制御部210の基準端子VSSは、グラウンド3に接続される。
The overcharge prevention switching
シャント回路220は、電力供給回路100の入力端子VIを、発電装置10の出力の電圧よりも低い電位に接続するか否かを切り替える。シャント回路220は、NMOSトランジスタおよび還流ダイオードを有する。NMOSトランジスタのゲート端子には、過充電防止切替制御部210の出力端子VOUが接続される。NMOSトランジスタのドレイン端子は、電力供給回路100の入力端子VIに接続されて、ソース端子はグラウンド3に接続される。シャント回路220の還流ダイオードは、発電装置10の出力と逆向きに設けられる。
The
過充電防止切替部230は、電力供給回路100の入力端子VIとコンデンサ端子VOを接続するか否かを切り替える。過充電防止切替部230は、直列に接続された2つのPMOSトランジスタを有する。各PMOSトランジスタのゲート端子は、過充電防止切替制御部210の出力端子VOUに接続される。過充電防止切替部230の一端のソース端子は、電力供給回路100の入力端子VIに接続される。過充電防止切替部230の多端のドレイン端子は、コンデンサ500、蓄電装置550にそれぞれ接続される。過充電防止切替部230のPMOSトランジスタは、ダイオードの向きが反対に設けられた還流ダイオードをそれぞれ有する。
The overcharge
例えば、過充電防止切替制御部210は、コンデンサ端子VOが過充電防止スキップ開始電圧を超えた場合(過充電検出時)、ハイを出力する。そして、シャント回路220のNMOSトランジスタがオンされて、過充電防止切替部230のPMOSトランジスタがオフされる。これにより、コンデンサ500の過充電が防止され、発電装置10の出力が低下される。
For example, the overcharge prevention switching
過充電防止切替部230がオフされる場合、シャント回路220は、過充電防止切替部230のソース端子をグラウンドに接続する。即ち、発電装置10の出力が上昇した場合にも、過充電防止切替部230のソース端子の電圧が一定に保持されるので、過充電防止切替部230は確実にオフされる。
When the overcharge
その後、コンデンサ500の容量が低下して過充電防止スキップ開始電圧よりも小さくなった場合、過充電防止切替制御部210は、ローを出力する。そして、シャント回路220のNMOSトランジスタがオフされて、過充電防止切替部230のPMOSトランジスタがオンされる。これにより、コンデンサ500の充電が開始される。
Thereafter, when the capacity of the
このように、過充電防止回路200は、過充電検出時にコンデンサ500の過充電を防止する過充電防止機能を有する。さらに、過充電防止回路200は、コンデンサ端子VOの電圧が低下した場合に、自動的にコンデンサ500の充電を開始する自動充電開始機能を有する。
Thus, the
過放電防止回路250は、蓄電装置550の過放電を防止する。過放電防止回路250は、過放電防止切替制御部260および過放電防止切替部270を有する。過放電防止切替制御部260の電源端子VDDは、蓄電端子VSに接続され、出力端子VOUは過放電防止切替部270に接続される。過放電防止切替制御部260の基準端子VSSは、蓄電装置550と過放電防止切替部270との間に接続される。
過放電防止切替部270は、蓄電装置550の過放電を防止する。過放電防止切替部270は、NMOSトランジスタおよび還流ダイオードを有する。NMOSトランジスタのゲート端子は、過放電防止切替制御部260の出力端子VOUに接続される。例えば、過放電防止切替部270の還流ダイオードは、第1スイッチF1が有する還流ダイオードと逆向きに設けられる。
Overdischarge
本例の第1スイッチF1は、NMOSトランジスタおよび還流ダイオードを備える。第1スイッチF1のNMOSトランジスタおよび還流ダイオードはそれぞれ並列に接続される。NMOSトランジスタのゲート端子には、第1切替制御部310の出力端子VOUが接続される。第1スイッチF1のNMOSトランジスタの一端は過放電防止切替部270のNMOSトランジスタに接続されて、他端はグラウンド2に接続されて、第2スイッチF2を介してグラウンド1に接続される。還流ダイオードは、第1スイッチF1がオフの状態において、蓄電装置550の蓄電を防止する向きに設けられる。
The first switch F1 of this example includes an NMOS transistor and a free wheel diode. The NMOS transistor and the free wheel diode of the first switch F1 are connected in parallel. The output terminal VOU of the first
本例の第2スイッチF2は、NMOSトランジスタおよび還流ダイオードを備える。第2スイッチF2のNMOSトランジスタおよび還流ダイオードはそれぞれ並列に接続される。NMOSトランジスタのゲート端子には、第2切替制御部320の出力端子VOUが接続される。第2スイッチF2のNMOSトランジスタの一端は第1スイッチF1および第3スイッチF3に接続されて、他端は負荷15およびグラウンド1に接続される。第2スイッチF2の還流ダイオードは、負荷15の充電を防止する向きに設けられる。
The second switch F2 of this example includes an NMOS transistor and a free wheel diode. The NMOS transistor and the free wheel diode of the second switch F2 are connected in parallel. The output terminal VOU of the second
本例の第3スイッチF3は、直列に接続された2つのNMOSトランジスタを有する。各NMOSトランジスタのゲート端子には、第3切替制御部330の出力端子VOUが接続される。第3スイッチF3の一端は発電装置10のマイナス側であるグラウンド3に接続されて、他端はグラウンド2に接続されて、第2スイッチF2を介して負荷15およびグラウンド1に接続される。第3スイッチF3の各NMOSトランジスタは、ダイオードの向きが反対に設けられた還流ダイオードをそれぞれ有する。
The third switch F3 of this example has two NMOS transistors connected in series. The output terminal VOU of the third
例えば、過充電防止切替制御部210は、コンデンサ端子VOの電圧が3.4Vを超えた場合にハイを出力することにより、シャント回路220をオンして、過充電防止切替部230をオフする。その後、コンデンサ端子VOの電圧が3.3Vよりも小さい場合にローを出力することにより、シャント回路220をオフして、過充電防止切替部230をオンする。このようなヒステリシス動作を繰り返すことにより、コンデンサ端子VOの電圧を3.3Vから3.4Vの範囲に制御して、コンデンサ端子VOの過充電を防止する。
For example, the overcharge prevention switching
過放電防止回路250は、蓄電端子VSの電圧が2.3Vを超えた場合にハイを出力して、過放電防止切替部270をオンする。その後、蓄電端子VSの電圧が2.2Vよりも小さい場合にローを出力して、過放電防止切替部270をオフする。これにより、過放電防止回路250は、蓄電装置550の過充電を防止する。
The
第1切替制御部310は、コンデンサ端子VOの電圧が3.2Vを超えた場合にハイを出力して、第1スイッチF1をオンする。その後、コンデンサ端子VOの電圧が3.1Vよりも小さい場合にローを出力して、第1スイッチF1をオフする。これにより、第1切替制御部310は、出力電力Poutの低下を防止する。
The first
第2切替制御部320は、コンデンサ端子VOの電圧が2.5Vを超えた場合にハイを出力して、第2スイッチF2をオンする。その後、コンデンサ端子VOの電圧が2.2Vよりも小さい場合にローを出力して、第2スイッチF2をオフする。これにより、第2切替制御部320は、システムが動作する電圧まで、コンデンサ500が蓄電された場合に、出力電力Poutの負荷15への出力を開始する。
The second
第3切替制御部330は、供給端子VDDCの電圧が3.2Vを超えた場合にハイを出力して、第3スイッチF3をオンする。その後、供給端子VDDCの電圧が3.1Vよりも小さい場合にローを出力して、第3スイッチF3をオフする。これにより、第3切替制御部330は、発電装置10の出力電圧の低下を防止して、発電効率を上げる。また、第3切替制御部330は、発電装置10に光が十分に照射されない場合に、発電装置10側にコンデンサ500および蓄電装置550に蓄電された電力が逆流するのを防止する。
The third
図4は、切替制御回路340の構成の概要を示す。切替制御回路340は、CMOSインバータコンパレータ方式の切替回路である。CMOSインバータコンパレータ方式の切替回路は、低消費電力で動作する。切替制御回路340は、基準電圧生成部20、インバータ30、電圧選択部40、コンパレータ50、電源端子VDDおよび出力端子VOUを備える。例えば、過充電防止切替制御部210、過放電防止切替制御部260、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330は、切替制御回路340の一例である。
FIG. 4 shows an outline of the configuration of the switching
切替制御回路340は、ヒステリシスに動作して、電源端子VDDに入力された入力電圧Vinに応じた信号を、出力端子VOUから出力する。切替制御回路340は、入力電圧Vinが、予め定められた動作閾値電圧を超えたか否かによって、出力端子VOUからハイを出力するかローを出力するかを制御する。動作閾値電圧は、上側動作閾値電圧および下側動作閾値電圧の異なる2種類の値を有する。切替制御回路340は、動作閾値電圧の値を上側動作閾値電圧および下側動作閾値電圧に変更することにより、ヒステリシス動作を実現する。
The switching
基準電圧生成部20は、動作閾値電圧(目標電圧)に対応する予め定められた基準電圧を生成する。本例の基準電圧生成部20は、不揮発性記憶素子を有する上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26を備える。基準電圧生成部20は、不揮発性記憶素子を調整することで、上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26が生成する基準電圧を調整する。
The reference
上側基準電圧生成部25は、上側動作閾値電圧に対応する予め定められた上側基準電圧VrefHを生成して、電圧選択部40に出力する。下側基準電圧生成部26は、下側動作閾値電圧に対応する予め定められた下側基準電圧VrefLを生成して、電圧選択部40に出力する。下側基準電圧VrefLは、上側基準電圧VrefHより小さくてよい。
The upper reference
電圧選択部40は、上側基準電圧VrefHおよび下側基準電圧VrefLのいずれかを選択して、コンパレータ50に出力する。具体的には、電圧選択部40は、入力電圧Vinが上側基準電圧VrefHにより定まる閾値電圧を超えた場合に、下側基準電圧VrefLを選択する。また、電圧選択部40は、入力電圧Vinが下側基準電圧VrefLにより定まる閾値電圧以下となった場合に、上側基準電圧VrefHを選択する。これにより、第1切替制御部310は、上側動作閾値電圧および下側動作閾値電圧の間の電圧でヒステリシスに動作する。
The
コンパレータ50の出力は、入力電圧Vinが動作閾値電圧を超えたか否かにより遷移する。本例では、入力電圧Vinが動作閾値電圧以下の場合に、コンパレータ50の出力は、接地電位等の基準電位となる。また、入力電圧Vinが動作閾値電圧を超えた場合に、コンパレータ50の出力は、電源端子VDDに入力される電圧と略等しい電圧となる。コンパレータ50は、出力が反転したか否かに基づいて、電源端子VDDに入力される電圧が動作閾値電圧を超えたか否かを判定する。本明細書では、コンパレータ50の出力が、基準電位から電源端子VDDに入力される電圧に変化すること、および、電源端子VDDに入力される電圧から基準電位に変化することを、コンパレータ50の出力が「反転する」と称する。
The output of the
インバータ30は、コンパレータ50の出力信号に応じてオンオフを切り替える。切替制御回路340において、インバータ30は、入力電圧Vinが動作閾値電圧を超えた場合に、入力電圧Vinを出力端子VOUから出力する。一方、インバータ30は、入力電圧Vinが動作閾値電圧以下の場合に、入力電圧Vinが出力端子VOUから出力されるのを遮断する。
The
なお、本例の切替制御回路340の構成は、過充電防止切替制御部210、過放電防止切替制御部260、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330の場合にも同様に適用できる。その場合、動作閾値電圧は、それぞれ任意の値に設定されてよい。例えば、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330の動作閾値電圧は、それぞれ蓄電装置蓄電開始電圧、電力供給開始電圧、コンデンサ蓄電開始電圧と読み替えることができる。
Note that the configuration of the switching
図5は、1段構成切替制御部350の構成の一例を示す。1段構成切替制御部350は、基準電圧生成部20、第1電圧選択部41および第1コンパレータ51を備える。第1電圧選択部41は、スイッチSWH、SWLおよびNOT回路を備える。図3で示された電力供給回路100において、過充電防止切替制御部210、過放電防止切替部270、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330はいずれも、1段構成切替制御部350を用いて構成される。
FIG. 5 shows an example of the configuration of the one-stage configuration
スイッチSWHには、上側基準電圧生成部25が出力した上側基準電圧VrefHが入力される。一方、スイッチSWLには、下側基準電圧生成部26が出力した下側基準電圧VrefLが入力される。スイッチSWHおよびSWLは、入力された基準電圧を第1コンパレータ51の正側入力端子に出力する。
The upper reference voltage VrefH output from the upper reference
また、スイッチSWHは、第1コンパレータ51の出力をNOT回路により反転した信号に応じてオンオフされる。一方、スイッチSWLは、第1コンパレータ51が出力した信号に応じてオンオフされる。本例のスイッチSWHおよびSWLは、それぞれオンオフが逆となるように制御される。例えば、第1コンパレータ51の出力がハイの時にSWHがオフされて、SWLはオンされる。一方、第1コンパレータ51の出力がローの時にSWHがオンされて、SWLはオフされる。
The switch SWH is turned on / off according to a signal obtained by inverting the output of the
第1インバータ53は、電源端子VDDと出力端子VOUの間に設けられる。第1インバータ53は、第1コンパレータ51の出力を反転して、出力端子VOUに出力する。第1インバータ53は、PMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタからなる1段のCMOSインバータ回路を備え、各トランジスタには還流ダイオードが並列に設けられる。第1インバータ53のCMOSインバータ回路の正側電源端子は、電源端子VDDに接続されて、負側電源端子はグラウンドに接続される。第1インバータ53の還流ダイオードは、第1インバータ53のトランジスタがオフされた場合に、電源端子VDDから流れる電流を遮断する向きに設けられる。
The
例えば、第1コンパレータ51がハイを出力した場合、1段構成切替制御部350は、基準端子VSSに入力される信号を出力する。基準端子VSSに入力される信号は、グラウンド電圧であってよい。また、第1コンパレータ51はローを出力した場合、1段構成切替制御部350は、電源端子VDDに入力された信号を出力する。つまり、1段構成切替制御部350は、第1コンパレータ51が出力する信号とハイとローが逆の信号を出力する。
For example, when the
図6は、過充電防止回路200の構成の一例を示す。本例の過充電防止切替制御部210は、切替制御回路340の一例である。なお、過充電防止切替制御部210は、低消費電力用のCMOSインバータコンパレータ方式の切替制御回路340の構成に限られず、一般的なコンパレータで構成されてよい。
FIG. 6 shows an example of the configuration of the
例えば、コンデンサ端子VOの電圧が、上側過充電防止スキップ開始電圧を超えた場合、第1コンパレータ51は、ローを出力する。第1インバータ53の入力端子にローが出力されると、上側のPMOSトランジスタがオンされて、下側のNMOSトランジスタがオフされるので、過充電防止切替制御部210の出力端子VOUからはハイが出力される。過充電防止切替制御部210がハイを出力する場合、シャント回路220はオンされ、過充電防止切替部230はオフされる。これにより、発電装置10からコンデンサ500への蓄電を遮断する。
For example, when the voltage at the capacitor terminal VO exceeds the upper overcharge prevention skip start voltage, the
一方、コンデンサ端子VOの電圧が、下側過充電防止スキップ開始電圧よりも小さい場合、第1コンパレータ51は、ハイを出力する。第1インバータ53の入力端子にハイが出力されると、上側のPMOSトランジスタがオフされて、下側のNMOSトランジスタがオンされるので、過充電防止切替制御部210の出力端子VOUからはローが出力される。過充電防止切替制御部210がローを出力する場合、シャント回路220はオフされ、過充電防止切替部230はオンされる。これにより、発電装置10からコンデンサ500への蓄電を開始する。
On the other hand, when the voltage of the capacitor terminal VO is smaller than the lower overcharge prevention skip start voltage, the
このように、過充電防止切替制御部210は、コンデンサ端子VOの電圧を上側過充電防止スキップ開始電圧と下側過充電防止スキップ開始電圧の間でスキップ動作させる。これにより、過充電防止切替制御部210は、コンデンサ500の過充電を防止する。
As described above, the overcharge prevention switching
図7は、電力供給回路100の構成の一例を示す。本例の電力供給回路100は、第1切替制御部310、第2切替制御部320および第3切替制御部330の基準端子VSSが共通に設けられる点で図3に記載の構成と異なる。
FIG. 7 shows an example of the configuration of the
本例の第1スイッチF1および過放電防止切替部270は、コンデンサ500と蓄電装置550との間に接続される。また、第2スイッチF2および第3スイッチF3は、発電装置10および負荷15との間に直列に接続される。本例の第1スイッチF1、第2スイッチF2、第3スイッチF3および過放電防止切替部270は、NMOSトランジスタの代わりにPMOSトランジスタを有する。
The first switch F1 and the overdischarge
上記の通り、図7に記載の第1スイッチF1、第2スイッチF2、第3スイッチF3および過放電防止回路250は、図3で示された実施形態と構成および配置が異なるものの、同様に機能する。即ち、本例の電力供給回路100は、図3に記載された電力供給回路100と同様に動作する。
As described above, the first switch F1, the second switch F2, the third switch F3, and the
図8は、2段構成切替制御部360の構成の一例を示す。2段構成切替制御部360は、基準電圧生成部20、第2電圧選択部42、第2コンパレータ52および第2インバータ54を備える。2段構成切替制御部360は、第2インバータ54を有する点で1段構成切替制御部350と異なるものの、基本的な動作は1段構成切替制御部350と同様である。
FIG. 8 shows an example of the configuration of the two-stage configuration
第2インバータ54は、2段のCMOSインバータ回路を備える。CMOSインバータの各トランジスタには、還流ダイオードがそれぞれ並列に設けられる。本例の第2インバータ54のCMOSインバータは、PMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタで構成される。
The
2段構成切替制御部360は、第2インバータ54が2段で構成されているので、1段構成切替制御部350と、出力される信号が反対となる。つまり、2段構成切替制御部360は、第2コンパレータ52がハイを出力した場合に、ハイを出力して、第2コンパレータ52がローを出力した場合に、ローを出力する。
In the two-stage configuration
例えば、図7で示された電力供給回路100において、第1切替制御部310、過放電防止回路250、第2切替制御部320および第3切替制御部330は、2段構成切替制御部360で構成される。過充電防止切替制御部210は、1段構成切替制御部350で構成される。このように、切替制御回路340がCMOSインバータコンパレータ方式で構成されることにより、第1切替制御部310、第2切替制御部320、第3切替制御部330、過充電防止切替制御部210および過放電防止回路250は、超低消費電力で動作する。即ち、電力供給回路100は、発電装置10の発電量が非常に少ない場合でも動作できる。例えば、電力供給回路100は、1μA程度の発電であってもコンデンサ500に充電できる。
For example, in the
図9は、動作閾値電圧の大小関係を示す。動作閾値電圧には、コンデンサ蓄電開始電圧、蓄電装置蓄電開始電圧、過充電防止スキップ開始電圧および電力供給開始電圧が含まれる。図9において、動作閾値電圧を括弧内の端子の電圧が超えることにより、各動作閾値電圧に対応する動作が開始される。また、図9において、各動作閾値電圧から予め定められた微小電圧だけ低い電圧を、括弧内の端子の電圧よりも小さくなることにより、各動作閾値電圧に対応する動作が終了する。本例の動作閾値電圧は、電力供給開始電圧、コンデンサ蓄電開始電圧、蓄電装置蓄電開始電圧、過充電防止スキップ開始電圧の順で大きくなる。 FIG. 9 shows the magnitude relation of the operation threshold voltage. The operation threshold voltage includes a capacitor storage start voltage, a storage device storage start voltage, an overcharge prevention skip start voltage, and a power supply start voltage. In FIG. 9, when the voltage of the terminal in the parenthesis exceeds the operation threshold voltage, the operation corresponding to each operation threshold voltage is started. In FIG. 9, the voltage corresponding to each operation threshold voltage is finished by making a voltage lower than each operation threshold voltage by a predetermined minute voltage smaller than the voltage at the terminal in parentheses. The operation threshold voltage in this example increases in the order of power supply start voltage, capacitor storage start voltage, power storage device storage start voltage, and overcharge prevention skip start voltage.
コンデンサ蓄電開始電圧は、第3スイッチF3をオンして、コンデンサ500への蓄電が開始される供給端子VDDCの電圧である。第3切替制御部330は、供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧を超えたか否かによって、第3スイッチF3のオンオフを制御する。供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧を超えると、第3スイッチF3はオンされ、第1スイッチF1および第2スイッチF2は、コンデンサ端子VOの電圧がまだ目標より低い場合、オフに維持される。これにより、コンデンサ端子VOの電圧が徐々に上昇する。
The capacitor storage start voltage is a voltage at the supply terminal VDDC at which the third switch F3 is turned on and storage of the
電力供給開始電圧は、負荷15への電力供給を開始するコンデンサ端子VOの電圧である。本例の電力供給開始電圧は、蓄電装置蓄電開始電圧よりも小さい。第2切替制御部320は、コンデンサ端子VOの電圧が、電力供給開始電圧を超えたか否かにより、第2スイッチF2のオンオフを制御する。コンデンサ端子VOの電圧が、コンデンサ蓄電開始電圧より小さな電力供給開始電圧を超えた場合に、第2スイッチF2はオンされる。このとき、第1スイッチF1はオフ状態を維持する。これにより、コンデンサ500に蓄積された電力が負荷15に出力される。
The power supply start voltage is a voltage at the capacitor terminal VO that starts power supply to the
蓄電装置蓄電開始電圧は、第1スイッチF1をオンにして、蓄電装置550への蓄電が開始されるコンデンサ端子VOの電圧である。負荷15およびコンデンサ500に電力を供給している状態で、コンデンサ端子VOの電圧が更に上昇して、コンデンサ蓄電開始電圧より大きい蓄電装置蓄電開始電圧を超えた場合、発電装置10が出力する入力電力Pinに余りが生じていると判定できる。このような場合、第1切替制御部310は、第1スイッチF1をオンして、蓄電装置550にも電力を供給する。このとき、第2スイッチはオンに維持される。
The power storage device power storage start voltage is a voltage at the capacitor terminal VO at which the first switch F1 is turned on and power storage to the
過充電防止スキップ開始電圧は、過充電防止回路200をオフさせるコンデンサ端子VOの電圧である。このような動作により、コンデンサ端子VOの電圧が上がりすぎることを防止する。過充電防止回路200は、コンデンサ端子VOの電圧が、過充電防止スキップ開始電圧を超えた場合に、オフする。また、過充電防止回路200は、コンデンサ端子VOの電圧が、過充電防止スキップ開始電圧より予め定められた電圧だけ低い電圧よりも小さくなった場合に、再びオンする。過充電防止回路200がオンされた場合、第3スイッチF3はオンに制御されている。これにより、コンデンサ端子VOの電圧を、過充電防止スキップ開始電圧近傍に維持することができる。
The overcharge prevention skip start voltage is a voltage at the capacitor terminal VO that turns off the
また、発電装置10が十分な入力電力Pinを出力できない場合、第3スイッチF3をオフして、蓄電端子VSの電圧が、蓄電端子VSが負荷15に出力できる最低限の電圧以上で、コンデンサ端子VOの電圧が、蓄電端子VSの電圧よりも小さくなった場合、第1スイッチF1および第2スイッチF2をオンすることにより、第1スイッチF1と第2スイッチF2とを介して蓄電装置550に蓄電された電力を負荷15に出力してよい。
Further, when the
図10は、過充電防止回路200の動作の一例を示すフロー図である。ステップS100〜ステップS140において、過充電防止回路200は、コンデンサ端子VOの電圧に基づいてオンオフを制御する。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the operation of the
ステップS100において、発電装置10は、発電した環境発電を入力電力Pinとして過充電防止回路200に出力する。例えば、発電装置10は、3.2V以上の場合に過充電防止回路200に出力するとしてよい。
In step S <b> 100, the
ステップS110において、過充電防止回路200は、発電装置10から入力された入力電力Pinをコンデンサ端子VOに出力する。このとき、シャント回路220はオフされ、過充電防止切替部230はオンされる。コンデンサ500は、入力された発電装置10の入力電力Pinを蓄電する。
In step S110, the
ステップS120において、コンデンサ端子VOの電圧と過充電防止スキップ開始電圧Vovpとを比較した結果に基づいて、過充電防止回路200のオンオフを制御する。コンデンサ端子VOの電圧が過充電防止スキップ開始電圧Vovp以下の場合、コンデンサ500の充電を継続する(ステップS110)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が過充電防止スキップ開始電圧Vovpを超えた場合、過充電防止回路200は、オフ状態になり、コンデンサ500の充電を終了する(ステップS130)。
In step S120, on / off of the
ステップS130において、過充電防止回路200は、過充電防止切替部230のPMOSトランジスタをオフすることにより、コンデンサ500の充電経路を切断する。また、過充電防止回路200は、シャント回路220のNMOSトランジスタをオンして、発電装置10の出力をシャントする。
In step S <b> 130, the
ステップS140において、過充電防止スキップ開始電圧Vovpから所定の電圧αを減じた電圧と、コンデンサ端子VOの電圧とを比較した結果に基づいて、過充電防止回路200を制御する。ここで、αは任意の電圧値であってよい。コンデンサ端子VOの電圧が過充電防止スキップ開始電圧Vovp−α以上の場合、過充電防止回路200はオフを維持する(ステップS130)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が過充電防止スキップ開始電圧Vovp−αより小さい場合、過充電防止回路200はオンされて、コンデンサ500の充電を再開する(ステップS130)。このような動作により、コンデンサ端子VOの電圧を、過充電防止スキップ開始電圧Vovp〜過充電防止スキップ開始電圧Vovp−αの範囲に維持することができる。
In step S140, the
図11は、第3スイッチF3の動作の一例を示すフロー図である。ステップS200〜ステップS230において、供給端子VDDCの電圧に基づいて第1スイッチF1のオンオフを制御することにより、コンデンサ端子VOの電圧を昇圧する。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of the third switch F3. In steps S200 to S230, the voltage of the capacitor terminal VO is boosted by controlling on / off of the first switch F1 based on the voltage of the supply terminal VDDC.
ステップS200において、第3スイッチF3はオフされた初期状態にある。第3スイッチF3がオフされた状態では、コンデンサ500に電力が蓄電されない。
In step S200, the third switch F3 is in the initial state in which it is turned off. When the third switch F3 is turned off, no electric power is stored in the
ステップS210において、供給端子VDDCの電圧とコンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2とを比較した結果に基づいて、第3スイッチF3が制御される。供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2を超えた場合、第3スイッチF3の接続をオンする(ステップS220)。一方、供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2以下の場合、引き続き第3スイッチF3をオフする(ステップS200)。 In step S210, the third switch F3 is controlled based on the result of comparison between the voltage at the supply terminal VDDC and the capacitor storage start voltage Vtarget2. When the voltage of the supply terminal VDDC exceeds the capacitor storage start voltage Vtarget2, the connection of the third switch F3 is turned on (step S220). On the other hand, when the voltage of the supply terminal VDDC is equal to or lower than the capacitor storage start voltage Vtarget2, the third switch F3 is continuously turned off (step S200).
コンデンサ500の蓄電を開始すると、その後、供給端子VDDCの電圧が低下する場合がある。ステップS230において、コンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2−βと供給端子VDDCの電圧とを比較した結果に基づいて、第3スイッチF3が制御される。ここで、βは、任意の電圧値である。供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2−β以上の場合、第3スイッチF3を引き続きオンしてコンデンサ500を蓄電する(ステップS220)。一方、供給端子VDDCの電圧がコンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2−βより小さい場合、第3スイッチF3をオフして、コンデンサ500への蓄電を停止する(ステップS200)。ステップS200〜ステップS230を繰り返すことにより、供給端子VDDCの電圧を所定の範囲に維持しつつ、コンデンサ500に電力が蓄えられ、コンデンサ端子VOの電圧が昇圧される。
When the storage of the
図12は、第1スイッチF1の動作の一例を示すフロー図である。ステップS300〜ステップS330において、コンデンサ端子VOの電圧に基づいて第1スイッチF1のオンオフを制御することにより、蓄電端子VSへの給電を制御する。 FIG. 12 is a flowchart showing an example of the operation of the first switch F1. In steps S300 to S330, the power supply to the power storage terminal VS is controlled by controlling on / off of the first switch F1 based on the voltage of the capacitor terminal VO.
ステップS300において、第1スイッチF1はオフされた初期状態にある。第1スイッチF1がオフ状態の場合、蓄電装置550に電力は蓄電されない。
In step S300, the first switch F1 is in an initial state in which it is turned off. When the first switch F1 is in the OFF state, no power is stored in the
ステップS310において、コンデンサ端子VOの電圧と蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3とを比較した結果に基づいて、第1スイッチF1が制御される。コンデンサ端子VOの電圧が蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3を超えた場合、第1スイッチF1の接続をオンして、蓄電装置550への蓄電を開始する(ステップS320)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3よりも小さい場合、引き続き第1スイッチF1をオフする(ステップS300)。 In step S310, the first switch F1 is controlled based on the result of comparison between the voltage at the capacitor terminal VO and the power storage device storage start voltage Vtarget3. When the voltage of the capacitor terminal VO exceeds the power storage device power storage start voltage Vtarget3, the connection of the first switch F1 is turned on to start power storage in the power storage device 550 (step S320). On the other hand, when the voltage of the capacitor terminal VO is smaller than the power storage device storage start voltage Vtarget3, the first switch F1 is continuously turned off (step S300).
蓄電装置550への蓄電を開始すると、コンデンサ端子VOの電圧が低下する場合がある。ステップS330において、蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3−γとコンデンサ端子VOの電圧とを比較した結果に基づいて、第1スイッチF1が制御される。ここで、γは、任意の電圧値である。コンデンサ端子VOの電圧が蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3−γ以上の場合、第1スイッチF1を引き続きオンする(ステップS320)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3よりも小さい場合、第1スイッチF1をオフして蓄電装置550への蓄電を停止する(ステップS300)。ステップS300〜ステップS330を繰り返すことにより、負荷15に出力される電圧を所定の範囲に維持しつつ、蓄電装置550に電力を蓄電することができる。
When power storage to the
図13は、第2スイッチF2の動作の一例を示すフロー図である。ステップS400〜ステップS450において、コンデンサ端子VOの電圧に基づいて第2スイッチF2のオンオフが制御されることにより、システム給電するか否かを制御する。システム給電とは、負荷15に電力を供給することを指す。
FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the second switch F2. In step S400 to step S450, whether the system power is supplied or not is controlled by controlling on / off of the second switch F2 based on the voltage of the capacitor terminal VO. System power supply refers to supplying power to the
ステップS400、410において、第2スイッチF2がオフされることにより、システム給電は停止される。例えばシステム給電が停止されるのは、負荷15が駆動するのに十分な電力がコンデンサ端子VOに供給されていない状況である。
In steps S400 and 410, the second switch F2 is turned off to stop the system power supply. For example, the system power supply is stopped in a situation where sufficient power for driving the
ステップS420において、コンデンサ端子VOの電圧と電力供給開始電圧Vtarget4とを比較した結果に基づいて、第2スイッチF2のオンオフが制御される。コンデンサ端子VOの電圧が電力供給開始電圧Vtarget4よりも大きい場合、第2スイッチF2がオンされ、システム給電が開始される(ステップS430、440)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が電力供給開始電圧よりも小さい場合、引き続き第2スイッチF2がオフされて、システム給電が停止される(ステップS400、410)。 In step S420, on / off of the second switch F2 is controlled based on the result of comparing the voltage of the capacitor terminal VO and the power supply start voltage Vtarget4. When the voltage at the capacitor terminal VO is higher than the power supply start voltage Vtarget4, the second switch F2 is turned on and system power supply is started (steps S430 and 440). On the other hand, when the voltage of the capacitor terminal VO is smaller than the power supply start voltage, the second switch F2 is continuously turned off and the system power supply is stopped (steps S400 and 410).
システム給電を開始すると、例えば発電装置10における発電量によっては、コンデンサ端子VOの電圧が低下する。ステップS450において、コンデンサ端子VOの電圧と電力供給開始電圧Vtarget4およびVtarget4−εとを比較した結果に基づいて、第2スイッチF2のオンオフが制御される。ここで、εは、任意の電圧値である。コンデンサ端子VOの電圧が電力供給開始電圧Vtarget4−εよりも小さい場合、第2スイッチF2がオフされる(ステップS400)。一方、コンデンサ端子VOの電圧が電力供給開始電圧Vtarget4−ε以上の場合、引き続き第2スイッチF2がオンされる(ステップS430)。なお、図10から13において説明したα、β、γ、εは、0.1V程度の電圧であってよいし、1V程度であってもよい。
When system power supply is started, for example, depending on the amount of power generated in the
図14は、電力供給回路100の動作の一例を示す。横軸は時刻を示し、縦軸は各端子(供給端子VDDC、コンデンサ端子VO、蓄電端子VS、負荷端子VOUT)の電圧を示す。グラフの下には、第1スイッチF1〜第3スイッチF3のオンオフ状態を示す。横軸は、電力供給回路100の動作状況に応じて、区間t1〜t12に分けられる。
FIG. 14 shows an example of the operation of the
区間t1は、供給端子VDDCの電圧が0から昇圧される区間である。区間t1において、第1スイッチF1〜第3スイッチF3がオフされた状態で、供給端子VDDCの電圧が過充電防止回路200により昇圧される。
A section t1 is a section in which the voltage of the supply terminal VDDC is boosted from zero. In the section t1, the voltage of the supply terminal VDDC is boosted by the
区間t2は、供給端子VDDCの電圧が、コンデンサ蓄電開始電圧を超えてからの区間である。区間t3では、コンデンサ500を蓄電するべく第3スイッチF3をオンする。なお、図14の例では、供給端子VDDCの電圧が、過充電防止スキップ開始電圧Vovp〜過充電防止スキップ開始電圧Vovp−αの範囲に維持されるように、過充電防止回路200および第3スイッチF3のオンオフが繰り返される。なお、図14では、過充電防止スキップ開始電圧Vovpを上側目標電圧VTGTで示して、過充電防止スキップ開始電圧Vovp−αを下側目標電圧VTGT−ζで示している。
A section t2 is a section after the voltage of the supply terminal VDDC exceeds the capacitor storage start voltage. In a section t3, the third switch F3 is turned on to store the
区間t3は、コンデンサ端子VOの電圧が電力供給開始電圧Vtarget4を超えてからの区間である。区間t3において、第2スイッチF2がオンされる。これにより、コンデンサ500に蓄電された電力および過充電防止回路200からの電力が負荷端子VOUTに出力されて負荷15が動作する。この場合、負荷端子VOUTの電圧は、コンデンサ端子VOの電圧と等しくなる。なお、区間t3においては、負荷15に電力を供給しているが、蓄電装置550には十分に電力が蓄電されていない状態である。
A section t3 is a section after the voltage of the capacitor terminal VO exceeds the power supply start voltage Vtarget4. In the section t3, the second switch F2 is turned on. As a result, the power stored in the
区間t4は、コンデンサ端子VOおよび負荷端子VOUTの電圧が蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3を超えてからの区間である。区間t4では、第1スイッチF1がオンオフ制御される。これにより、蓄電装置550は、過充電防止回路200が出力した供給電力Pddcのうち、負荷15およびコンデンサ500で消費されない余剰の電力を蓄電する。負荷端子VOUTの電圧は、蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3〜蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3−γの範囲に制御されて、蓄電装置550に蓄電できる。
A section t4 is a section after the voltage of the capacitor terminal VO and the load terminal VOUT exceeds the power storage device power storage start voltage Vtarget3. In the section t4, the first switch F1 is on / off controlled. Thereby,
区間t5およびt6は、発電装置10が発電する入力電力Pinが低下した状況を示す区間である。区間t5において、供給端子VDDCの電圧が、コンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2−β以下となった場合、第3スイッチF3がオフされる。なお、図14では、コンデンサ蓄電開始電圧Vtarget2−βは下側目標電圧VTGT−ζで示される。
Sections t5 and t6 are sections indicating a situation in which the input power Pin generated by the
また、第3スイッチF3がオフされると、コンデンサ端子VOの電圧が低下する。コンデンサ端子VOの電圧が低下して、蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3−γ以下となると、第1スイッチF1がオフされる。一方、第2スイッチF2はオンの状態を維持して、コンデンサ500に蓄電された電力を負荷端子VOUTに出力する。第3スイッチF3がオフなので、蓄電端子VSの電圧は一定となる。
Further, when the third switch F3 is turned off, the voltage at the capacitor terminal VO decreases. When the voltage at the capacitor terminal VO decreases and becomes equal to or lower than the power storage device storage start voltage Vtarget3-γ, the first switch F1 is turned off. On the other hand, the second switch F2 is kept on and outputs the power stored in the
区間t6において、コンデンサ端子VOの電圧が蓄電端子VSの電圧以下に低下した場合、蓄電端子VSに負荷15に出力可能な電圧以上の電圧があれば、第3スイッチF3をオフしたまま第1スイッチF1をオンする。これにより、蓄電装置550に蓄電された電力を負荷端子VOUTに出力する。区間t6では、供給端子VDDC、コンデンサ端子VOおよび負荷端子VOUTの電圧が等しくなる。また、蓄電端子VSの電圧は、ダイオードの影響で、供給端子VDDC、コンデンサ端子VOおよび負荷端子VOUTの電圧よりも見かけ上大きくなっている。
In the interval t6, when the voltage of the capacitor terminal VO drops below the voltage of the storage terminal VS, if there is a voltage higher than the voltage that can be output to the
区間t7は、入力電力Pinの電圧が再び上昇した区間である。区間t7では、供給端子VDDCの電圧が上昇する。区間t7では、過充電防止回路200からの電力およびコンデンサ500に蓄電された電力が負荷端子VOUTに出力されて負荷15が動作する。区間t7では、第3スイッチF3はオフされる。この場合、負荷端子VOUTの電圧は、コンデンサ端子VOの電圧と等しくなる。
A section t7 is a section in which the voltage of the input power Pin has increased again. In a section t7, the voltage at the supply terminal VDDC increases. In the section t7, the power from the
区間t8では、コンデンサ端子VOおよび負荷端子VOUTの電圧が徐々に上昇する。その後、区間t9では、コンデンサ端子VOの電圧が、蓄電装置蓄電開始電圧Vtarget3を超えて、蓄電装置550の蓄電が再開される。
In a section t8, the voltage at the capacitor terminal VO and the load terminal VOUT rises gradually. Thereafter, in section t9, the voltage of the capacitor terminal VO exceeds the power storage device power storage start voltage Vtarget3, and power storage in the
図15は、電力供給回路100の構成の一例を示す。本例の電力供給回路100は、切り替え回路400をさらに備える点で、図3に記載の構成と異なる。切り替え回路400は、第1切り替えスイッチ410、充電制御部420、第2切り替えスイッチ430および抵抗R2を備える。切り替え回路400は、発電装置10と蓄電装置550との間に設けられる。また、充電制御部420は、切り替え制御部425、抵抗R1、および容量Cを備える。
FIG. 15 shows an exemplary configuration of the
切り替え回路400は、発電装置10が発電しているか否かを検出して、コンデンサ500および蓄電装置550を蓄電するか否かを切り替える。また、切り替え回路400は、コンデンサ500および蓄電装置550に蓄電された電力が、発電装置10に逆流することを防止する。切り替え回路400は、発電装置10の発電が十分でなく、コンデンサ端子VOおよび蓄電端子VSの電圧よりも発電装置10の出力する電圧の方が小さい場合に、第1切り替えスイッチ410をオフする。
The
第1切り替えスイッチ410は、発電装置10と、コンデンサ500もしくは蓄電装置550を接続するか否かを切り替える。本例の第1切り替えスイッチ410は、第3スイッチF3と発電装置10との間に設けられる。但し、第1切り替えスイッチ410は、発電装置10とコンデンサ500もしくは蓄電装置550との接続を切断できる位置であれば、いずれの場所に配置されてもよい。
The
充電制御部420は、発電装置10が出力する電圧を検出して、検出した発電装置10の電圧が予め定められた値よりも小さい場合に第1切り替えスイッチ410をオフする。また、充電制御部420は、発電装置10が出力する電圧を、予め定められた周期で検出してよい。充電制御部420は、抵抗R1と容量Cとで決まる時定数で第2切り替えスイッチ430をオフする。また、充電制御部420は、容量Cと切り替え制御部425の消費電流で決まる時定数で、第1切り替えスイッチ410をオフする。
The charging
第2切り替えスイッチ430は、発電装置10から入力された電力を容量Cに供給するか否かを切り替える。第2切り替えスイッチ430は、PMOSトランジスタおよび還流ダイオードを有する。
The
抵抗R1は、第2切り替えスイッチ430のドレイン端子と容量Cとの間に接続される。抵抗R1の大きさを変更することにより、充電制御部420の動作する時定数を調整してもよい。
The resistor R1 is connected between the drain terminal of the
抵抗R2は、第2切り替えスイッチ430を確実にオフするめに、プルアップ抵抗として機能する。抵抗R2は、第2切り替えスイッチ430のゲート端子とソース端子との間に接続される。
The resistor R2 functions as a pull-up resistor in order to reliably turn off the
例えば、第2切り替えスイッチ430は、発電装置10の入力電力Pinが切り替え回路400に入力されると、ソース端子とゲート端子間には、抵抗R2により電圧差が生じる。つまり、第2切り替えスイッチ430は、PMOSトランジスタがオンされることにより、入力電力Pinを容量Cに供給する。
For example, in the
その後、容量Cに予め定められた電圧よりも大きな電圧が蓄電された場合、切り替え制御部425は、ハイを出力することにより、第2切り替えスイッチ430をオフして、第1切り替えスイッチ410をオンする。これにより、コンデンサ500の蓄電が開始される。
After that, when a voltage larger than a predetermined voltage is stored in the capacitor C, the switching
切り替え制御部425は、容量Cに蓄電された電力を電源として動作するので、容量Cに蓄電された電力を消費する。そして、容量Cの端子の電圧が予め定められた電圧よりも小さな電圧となった場合、切り替え制御部425はローを出力することにより、第2切り替えスイッチ430をオンして、第1切り替えスイッチ410をオフする。これにより、容量Cは蓄電が開始され、コンデンサ500への蓄電が停止する。
Since the switching
ここで、発電装置10から十分な入力電力Pinが入力されない場合、第2切り替えスイッチ430がオンされず、容量Cが蓄電されなくなる。つまり、切り替え制御部425は、ハイを出力することができなくなる。即ち、切り替え制御部425は、出力がローからハイに切り替わるか否かを検出することにより、発電装置10が発電しているか否かを検出することができる。
Here, when sufficient input power Pin is not input from the
図16は、切り替え回路400の構成の一例を示す。本例の切り替え回路400は、スタートアップ回路450をさらに備える。本例の切り替え制御部425は、切替制御回路340の一例である。切り替え制御部425は、第1基準電圧生成部21、第1電圧選択部41、第1コンパレータ51および出力切替部57を備える。
FIG. 16 shows an example of the configuration of the
出力切替部57は、NMOSトランジスタおよび還流ダイオードを有する。出力切替部57のNMOSトランジスタのゲート端子は、第1コンパレータ51の出力端子に接続される。第1コンパレータ51がハイを出力した場合、出力切替部57はオンされて、基準端子VSSを介してグラウンドに接続される。よって、出力端子VOUからローが出力されて、第2切り替えスイッチ430がオンされる。
The
一方、第1コンパレータ51がローを出力した場合、出力切替部57はオフされる。よって、第2切り替えスイッチ430のPMOSトランジスタのゲート端子とソース端子との間に電圧差が発生せずに、第2切り替えスイッチ430はオフされたままとなる。
On the other hand, when the
スタートアップ回路450は、切り替え制御部425が動作するのに十分な電力が容量Cに蓄積されていない場合に、容量Cを発電装置10から直接充電する。スタートアップ回路450は、発電装置10と容量Cとの間に設けられる。スタートアップ回路450は、発電装置10の出力が非常に小さくなり、第2切り替えスイッチ430がオンできなくなった場合に特に有効である。この場合、スタートアップ回路450は、発電装置10から容量Cに直接充電するため、発電装置10の小さな入力電力Pinで容量Cを蓄電できる。スタートアップ回路450は、切替制御回路340と同様の構成を備える超低消費電力回路であってよい。
The start-up
図17は、切り替え回路400の動作の一例を示す。上側の図は、通常動作時の充電制御部420の出力を示す。通常動作時とは、発電装置10が十分な入力電力Pinを出力する場合である。例えば、十分な入力電力Pinとは、切り替え回路400が動作するのに最低限必要な電力である。下側の図は、蓄電装置停止時における充電制御部420の出力および発電装置10の発電量を示す。本例では、蓄電装置停止時とは、発電装置10が通常動作時から徐々に出力が低下して、発電装置10の発電が停止する場合を示す。
FIG. 17 shows an example of the operation of the
通常動作時では、充電制御部420の出力はハイとなり、一定の周期でローが繰り返される。例えば、充電制御部420の出力がハイとなる区間は、容量Cと切り替え制御部425の消費電流で決まる時定数により決定される。また、充電制御部420の出力がローとなる区間は、抵抗R1と容量Cとで決まる時定数により決定される。
During normal operation, the output of the charging
蓄電装置停止時では、発電装置10の発電量が低下した場合、第2切り替えスイッチ430がオンされなくなるので、容量Cが蓄電されなくなり、充電制御部420の出力がローからハイに戻らなくなる。つまり、充電制御部420がハイを出力するためには、容量Cに電力が蓄電される必要があるところ、発電装置10の発電量が低下すると、容量Cに電力が供給されなくなるからである。このように、切り替え回路400は、発電装置10が通常動作しているか停止しているかを検出できる。
When the power storage device stops, when the power generation amount of the
図18は、電力供給回路100の構成の一例を示す。本例の電力供給回路100は、NMOSオープンドレインとプルアップ抵抗の組み合わせにより動作する構成である。即ち、本例の電力供給回路100は、切り替え出力部426を備える点で図15に記載した構成と異なる。また、本例の切り替え制御部425は、図5で示した、1段構成切替制御部350で構成される。
FIG. 18 shows an example of the configuration of the
切り替え出力部426は、CMOSインバータ回路とNMOSトランジスタの2段で構成される。切り替え出力部426のCMOSインバータ回路は、直列に接続されたPMOSトランジスタおよびNMOSトランジスタを有し、それぞれ還流ダイオードを備える。切り替え出力部426のCMOSインバータの入力端子は、切り替え制御部425の出力端子VOUに接続される。また、CMOSインバータの電源端子には、発電装置10の出力が入力される。切り替え出力部426のCMOSインバータの出力は、後段のNMOSトランジスタのゲート端子に入力される。
The switching
図19は、電力供給回路100の構成の一例を示す。本例の電力供給回路100は、第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのソース端子とゲート端子との間にレベルシフタ回路470を備える。また、切り替え出力部426は、一段のCMOSインバータ回路で構成される点で図18に記載の切り替え出力部426と異なる。本例の切り替え制御部425は、図5に記載の1段構成切替制御部350と同様に構成される。電力供給回路100は、さらにスタートアップ回路450を備えてよい。
FIG. 19 shows an example of the configuration of the
レベルシフタ回路470は、切り替え制御部425および切り替え出力部426の出力に応じたレベルの電圧を生成する。例えば、レベルシフタ回路470は、切り替え制御部425および切り替え出力部426の出力を、第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタを確実にオンオフ制御できる電圧レベルに変更することにより、第2切り替えスイッチ430のオンオフ精度を向上させる。また、レベルシフタ回路470は、入力電力Pinの電圧が、容量Cの電圧が予め定められた電圧を超えたか否かに応じて、第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのゲート端子および第1切り替えスイッチ410に入力電力Pinの電圧またはグラウンド等の基準電位のいずれかを出力する。
The
レベルシフタ回路470は、第1上側PMOSトランジスタ471、第2上側PMOSトランジスタ472、第1下側NMOSトランジスタ473、第2下側NMOSトランジスタ474を備える。レベルシフタ回路470の備えるトランジスタには、入力端子VIからの電流を遮断する向きに還流ダイオードが並列に設けられる。上側とは、レベルシフタ回路470において、入力端子VIに近い側のPMOSトランジスタを指す。また、下側とは、レベルシフタ回路470において、入力端子VIに遠い側のNMOSトランジスタを指す。上側および下側の各トランジスタの配置は、本例に限定されるものではなく、適宜入れ替えて配置されてよい。
The
第1上側PMOSトランジスタ471のソース端子は、入力端子VIと第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのソース端子との間に接続される。第1上側PMOSトランジスタ471のドレイン端子は、第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのゲート端子および第2上側PMOSトランジスタ472のゲート端子に接続される。
The source terminal of the first
第2上側PMOSトランジスタ472のソース端子は、入力端子VIと第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのソース端子との間に接続される。第2上側PMOSトランジスタ472のドレイン端子は、第1上側PMOSトランジスタ471のゲート端子に接続される。
The source terminal of the second upper PMOS transistor 472 is connected between the input terminal VI and the source terminal of the PMOS transistor included in the
第1下側NMOSトランジスタ473は、第1上側PMOSトランジスタ471とグラウンドとの間に、第1上側PMOSトランジスタ471と直列に接続される。第1下側NMOSトランジスタ473のドレイン端子は、第2切り替えスイッチ430が有するPMOSトランジスタのゲート端子および第2上側PMOSトランジスタ472のゲート端子に接続される。第1下側NMOSトランジスタ473のゲート端子は、切り替え出力部426の出力端子に接続される。
The first
第2下側NMOSトランジスタ474は、第2上側PMOSトランジスタ472とグラウンドとの間に、第2上側PMOSトランジスタ472と直列に接続される。第2下側NMOSトランジスタ474のドレイン端子は、第1上側PMOSトランジスタ471のゲート端子に接続される。第2下側NMOSトランジスタ474のゲート端子は、切り替え制御部425の出力端子VOUに接続される。
The second
以上の通り、本例の電力供給回路100は、レベルシフタ回路470により、第2切り替えスイッチ430のオンオフ精度を向上できる。また、電力供給回路100は、いわゆるプルアップ抵抗として機能する抵抗R2を用いないため、抵抗R2で消費される電力のロスを低減できる。
As described above, the
次に、発電装置10の特性に応じた、切替制御回路340の基準電圧の設定方法について説明する。以下では、超低消費電力制御回路の基準電圧の設定方法の一例として、切替制御回路340の設定方法について説明するが、第1切替制御部310、第2切替制御部320、第3切替制御部330、過充電防止切替制御部210、過放電防止切替制御部260、1段構成切替制御部350、2段構成切替制御部360および切り替え制御部425も同様の方法で基準電圧が設定される。基準電圧の値は、発電装置10の特性等に応じて適宜変更されてよい。
Next, a method for setting the reference voltage of the switching
図20は、切替制御回路340の動作の一例を示す。横軸は切替制御回路340に入力される入力電圧Vin[V]を、縦軸は切替制御回路340の出力電圧Vout[V]を示す。
FIG. 20 shows an example of the operation of the switching
上述したように、切替制御回路340は、動作閾値電圧の各閾値においてヒステリシスに動作する。つまり、目標電圧(上側目標電圧VTGT、下側目標電圧VTGT−ζ)は、コンパレータ50の出力の状態に応じて異なる。具体的には、コンパレータ50が基準電位を出力している場合の第1目標電圧はV1に、コンパレータ50が入力電圧Vinと略等しい電圧を出力している場合の第2目標電圧はV2に設定される。目標電圧は、切替制御回路340の要求される仕様に応じて適宜変更されてよい。
As described above, the switching
切替制御回路340の出力電圧Voutが基準電位の状態で、入力電圧Vinが増加して第1目標電圧V1になると、切替制御回路340の出力電圧Voutとして、入力電圧Vinと略等しい電圧が出力される。また、切替制御回路340の出力電圧Voutが入力電圧Vinと略等しい状態で、入力電圧Vinが低下して第2目標電圧V2になると、コンパレータ50の出力電圧VOUTは基準電位となる。
When the input voltage Vin increases to the first target voltage V1 while the output voltage Vout of the switching
図21は、コンパレータ50の構成の一例を示す。コンパレータ50は、CMOSインバータ55および出力回路56を備える。
FIG. 21 shows an exemplary configuration of the
CMOSインバータ55の電源入力端子にはコンパレータ50に入力された入力電圧Vinが入力される。CMOSインバータ55の入力端子には、コンパレータ50に入力された基準電圧が入力される。コンパレータ50は、電源端子に入力された入力電圧Vinおよび入力端子に入力された基準電圧に応じてスイッチング動作する。なお、電源端子とは、CMOSインバータ55のソース端子に接続される端子を指し、入力端子とは、CMOSインバータ55のゲート端子に接続される端子を指す。
The input voltage Vin input to the
CMOSインバータ55は、CMOSトランジスタ(Mp、Mn)を有する。CMOSインバータ55は、電源端子入力型のCMOSインバータであり、正側電源端子に入力電圧Vinが入力され、負側電源端子にGNDが接続される。本例のCMOSインバータ55の正側電源端子とは、CMOSトランジスタMpのソースに接続される端子であり、負側電源端子とは、CMOSトランジスタMnのソースに接続される端子である。本例のCMOSインバータ55の正側電源端子は、入力電圧Vinが入力される入力電圧端子として機能する。また、CMOSインバータ55の入力端子には、上側基準電圧VrefHおよび下側基準電圧VrefLが入力される。上述したように、CMOSインバータ55の入力端子とは、CMOSトランジスタ(Mp、Mn)の各ゲートに接続される端子を指す。本例のCMOSインバータ55の入力端子は、基準電圧が入力される基準電圧端子として機能する。
The
出力回路56は、CMOSインバータ55が出力した出力電圧Voutiに応じた電圧Voutcを出力する。例えば出力回路56は、CMOSインバータ55と多段接続されるCMOSインバータ回路を有してよく、その他の一般的な出力用回路を有してもよい。例えば出力回路56は、CMOSインバータ55の出力電圧Voutiを出力するか否かを切り替えるPMOSスイッチを有してよく、CMOSインバータ55の出力電圧Voutiに応じて動作するソースを接地電位に接続したNMOS回路を有してもよい。また、出力回路56は、複数種類の出力用回路、および、それぞれの出力用回路に対応する出力端子を有してよい。
The
CMOSインバータ55が接地電位を出力するか、または、入力電圧Vinに略等しい電圧を出力するかは、入力電圧Vinおよび基準電圧との差分が、CMOSインバータ55におけるPMOSトランジスタMpの閾値以上か否かにより定まる。CMOSインバータ55の出力が反転する動作点(目標電圧)は、基準電圧により調整することができる。本例では、出力回路56の出力に応じて、電圧選択部40が基準電圧VrefHおよびVrefLのいずれかを選択することで、出力回路56の出力に応じて目標電圧を変更することができる。これにより、切替制御回路340は、図20に示したようにヒステリシス動作する。
Whether the
切替制御回路340が動作すべき目標電圧に対して、どのような基準電圧をコンパレータ50に入力すべきかは、コンパレータ50に含まれるCMOSインバータ55の特性により定まる。ただし、CMOSインバータ55の特性はばらつきを有するので、切替制御回路340が目標電圧で精度よく動作するためには、CMOSインバータ55の特性のばらつき等を考慮した基準電圧を用いることが好ましい。
The reference voltage to be input to the
図22は、切替制御回路340の基準電圧を設定する構成の一例を示す。本例の切替制御回路340は、設定される目標電圧でコンパレータ50を動作させるための基準電圧を検出する基準電圧検出モード、検出した基準電圧を基準電圧生成部20に出力させるべく基準電圧生成部20を設定する基準電圧設定モード、および、設定した基準電圧を用いて入力電圧Vinと目標電圧とを比較する実動作モードの3つの動作モードを有する。
FIG. 22 shows an example of a configuration for setting the reference voltage of the switching
また、切替制御回路340は、図4に示した構成に加え、モード選択部80、テスト回路70および電圧計75を更に備える。また、切替制御回路340は、切替制御回路340の内部と外部とを電気的に接続する各端子VPP、DATA、SCLK、PULSE、GND、VIN、VREF、IREF、VMON、OUTを有する。なお、Vref端子およびIREF端子は同一端子であってよい。
The switching
モード選択部80は、切替制御回路340の動作モードを選択する。モード選択部80は、VPP端子から入力される電圧に基づいて、動作モードを選択してよい。モード選択部80は、選択した動作モードに応じて、電圧選択部40、上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26を制御する。
The
実動作モードにおいて、モード選択部80は、コンパレータ50の出力状態を示す信号に基づいて電圧選択部40に基準電圧を選択させる。これにより、図20に示したヒステリシス動作を実現する。テスト回路70は、カレントミラー71およびアンプ回路72を有する。テスト回路70は、実動作モードでは動作せず、基準電圧設定モードにおいて動作する。また、本例の電圧選択部40は、上側基準電圧生成部25が出力する上側基準電圧VrefH、下側基準電圧生成部26が出力する下側基準電圧VrefL、および、VREF端子に外部から入力される設定電圧のいずれかを、動作モードに応じて選択して、コンパレータ50に入力する。
In the actual operation mode, the
まず、基準電圧検出モードにおける切替制御回路340の動作を説明する。図22において、主に基準電圧検出モードで信号が流れる線を太線で示している。モード選択部80は、基準電圧検出モードを選択した場合、電圧選択部40にVREF端子から出力される設定電圧Vrefを選択させる。基準電圧検出モードにおいては、VREF端子には、徐々にレベルが変化する設定電圧が入力される。電圧選択部40は、徐々に変化する設定電圧Vrefを選択して、CMOSインバータ55の入力端子に入力する。
First, the operation of the switching
また、基準電圧検出モードにおいては、VIN端子からコンパレータ50に、切替制御回路340が動作する目標電圧が入力される。本例では、ヒステリシス動作すべく、切替制御回路340は第1目標電圧V1および第2目標電圧V2の2つの目標電圧で動作する。この場合、VIN端子には、第1目標電圧V1および第2目標電圧V2が順番に入力される。VIN端子は、コンパレータ50の電源端子に接続される。
In the reference voltage detection mode, a target voltage at which the
コンパレータ50は、入力された設定電圧Vrefおよび目標電圧に応じて動作する。設定電圧Vrefが徐々に変化するので、設定電圧Vrefおよび目標電圧の差分が所定値以上となった場合に、コンパレータ50の出力状態が遷移する。コンパレータ50の出力端子は、OUT端子に接続される。コンパレータの出力状態が遷移したときの設定電圧Vrefのレベルが、当該目標電圧に対応する基準電圧のレベルとなる。コンパレータ50の出力状態は、OUT端子に接続される外部機器が監視してよく、電圧計75等の切替制御回路340の内部回路が監視してもよい。
The
図23は、基準電圧検出モードにおける基準電圧(VrefH、VrefL)の検出方法の概要を示す。縦軸は、VIN端子から入力される入力電圧Vin、CMOSインバータ55の入力端子に入力される設定電圧Vrefおよび基準電圧(VrefH、VrefL)の電圧レベル[V]を示しており、横軸は時刻tを示す。
FIG. 23 shows an outline of a method for detecting the reference voltages (VrefH, VrefL) in the reference voltage detection mode. The vertical axis indicates the input voltage Vin input from the VIN terminal, the set voltage Vref input to the input terminal of the
VIN端子に入力される目標電圧は、時刻の経過に伴い徐々に増加して、予め定められた目標電圧に到達すると一定に保持される。設定電圧Vrefは、予測される上側基準電圧VrefHよりも予め定められた値だけ大きい初期値まで、目標電圧と共に増加する。設定電圧Vrefが初期値になった後、設定電圧Vrefを徐々に変化(本例では減少)させて、CMOSインバータ55の出力が反転するときの設定電圧Vrefを検出する。検出された設定電圧Vrefは、入力されている目標電圧に対する基準電圧となる。このような処理を、第1目標電圧V1および第2目標電圧V2の双方に対して行い、それぞれに対応する基準電圧VrefHおよびVrefLを検出する。モード選択部80は、検出した設定電圧に基づいて、基準電圧生成部20を設定する。なお、入力電圧Vinおよび設定電圧の変化の態様は、図23に示した例に限定されない。入力電圧Vinが目標電圧に達した後で、コンパレータ50の出力状態が遷移するように設定電圧を変化させればよい。
The target voltage input to the VIN terminal gradually increases with the passage of time, and is held constant when it reaches a predetermined target voltage. The set voltage Vref increases with the target voltage to an initial value that is larger than the predicted upper reference voltage VrefH by a predetermined value. After the set voltage Vref reaches the initial value, the set voltage Vref is gradually changed (decreased in this example) to detect the set voltage Vref when the output of the
図24は、本実施形態に係る基準電圧生成部20の備える基本回路を示す。上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26は、それぞれ基準電圧生成部20と同一の回路を有してよい。本実施形態に係る基準電圧生成部20は、図24(b)に示すように、エンハンスメント状態とディプレッション状態の2状態にすることができる素子を利用して、基準電圧を生成する。
FIG. 24 shows a basic circuit provided in the reference
図24(a)は、ディプレッション型MOSトランジスタM1とエンハンスメント型MOSトランジスタM2で構成される基準電圧生成部20を示す。図24(a)の各MOSトランジスタは、ドープ量等の製造時におけるパラメータの相違により、それぞれディプレッション型およびエンハンスメント型として機能する。
FIG. 24A shows a reference
図24(b)は、ディプレッション型として機能させる第1MOSトランジスタM1と、エンハンスメント型として機能させる第2MOSトランジスタM2とを有する基準電圧生成部20を示す。第1MOSトランジスタM1と第2MOSトランジスタM2は、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。本例の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2は、コントロールゲートに印加される電圧に応じて、フローティングゲートが保存する電荷の状態が制御され、保存された電荷量に応じた特性を示す不揮発性記憶素子として機能する。フローティングゲートが保存する電荷の状態とは、例えばフローティングゲートが保存する電荷の正負および電荷量を指す。本例では、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2の閾値電圧が、フローティングゲートが保存する電荷の状態に応じて変化する。これにより、それぞれのMOSトランジスタは、ディプレッション型またはエンハンスメント型として機能する。
FIG. 24B shows a reference
第1MOSトランジスタM1は、ゲート端子とソース端子とが互いに接続され、ドレイン端子は電源に接続される。第1MOSトランジスタM1は、フローティングゲートにプラスチャージが注入されてディプレッション型として機能する。ディプレッション型とは、ゲート端子に電圧0Vが入力された場合に、トランジスタがオフする素子のことであり、いわゆるノーマリーオフの素子を指す。 In the first MOS transistor M1, the gate terminal and the source terminal are connected to each other, and the drain terminal is connected to the power supply. The first MOS transistor M1 functions as a depletion type when a positive charge is injected into the floating gate. The depletion type is an element that turns off a transistor when a voltage of 0 V is input to the gate terminal, and refers to a so-called normally-off element.
第2MOSトランジスタM2は、ゲート端子とドレイン端子とが互いに接続され、ソース端子は接地される。また、第2MOSトランジスタM2のドレイン端子は、第1MOSトランジスタM1のソース端子に接続される。第2MOSトランジスタM2は、フローティングゲートにマイナスチャージが注入されてエンハンスメント型として機能する。エンハンスメント型とは、ゲート端子に電圧0Vが入力された場合に、トランジスタがオンする素子のことであり、いわゆるノーマリーオンの素子を指す。基準電圧生成部20は、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2の接続点から基準電圧を出力する。
In the second MOS transistor M2, the gate terminal and the drain terminal are connected to each other, and the source terminal is grounded. The drain terminal of the second MOS transistor M2 is connected to the source terminal of the first MOS transistor M1. The second MOS transistor M2 functions as an enhancement type when a negative charge is injected into the floating gate. The enhancement type is an element that turns on a transistor when a voltage of 0 V is input to the gate terminal, and refers to a so-called normally-on element. The
図24(b)に示した基準電圧生成部20は、製造後に不揮発性記憶素子の状態を変更できるので、設計時と製造後の特性のバラツキを補償できる。そのため、基準電圧生成部20は、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2の接続点から出力される基準電圧を調整できる。モード選択部80は、第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2のフローティングゲートが保存する電荷の状態を制御することで、基準電圧を調整する。
Since the reference
図25は、トンネル酸化膜を備える不揮発性記憶素子90を示す。不揮発性記憶素子90は、基板91、トンネル酸化膜94、フローティングゲート95、絶縁膜96およびコントロールゲート97を備える。
FIG. 25 shows a
不揮発性記憶素子90は、フローティングゲート95を有することにより、エンハンスメント状態とディプレッション状態にすることができるNMOSタイプの素子である。本例の基板91は、p型基板で構成される。基板91は、ソース領域92およびドレイン領域93を有する。ソース領域92およびドレイン領域93は、イオン注入等の一般的なCMOSプロセスを用いて形成される。基板91上には、トンネル酸化膜94、フローティングゲート95、絶縁膜96およびコントロールゲート97の順に積層して形成される。
The
コントロールゲート97は、不揮発性記憶素子90のゲート端子に印加された電圧により、ソース領域92とドレイン領域93との間に形成されたチャネル領域を制御する。これにより、不揮発性記憶素子90は、ソース領域92とドレイン領域93との間に流れる電流をオンオフする。
The control gate 97 controls a channel region formed between the
絶縁膜96は、フローティングゲート95とコントロールゲート97との間を絶縁する。絶縁膜96は、CMOSプロセスで使用される一般的な絶縁膜で形成される。フローティングゲート95に蓄積された電荷の状態は、コントロールゲート97に印加された電圧に応じて変化する。例えば、コントロールゲート97に印加された電圧に応じて、フローティングゲート95に蓄積された電荷量が、正または負の方向に変動する。これにより、不揮発性記憶素子90の閾値電圧が変動し、ディプレッション状態またはエンハンスメント状態に制御される。
The insulating film 96 insulates between the floating gate 95 and the control gate 97. The insulating film 96 is formed of a general insulating film used in a CMOS process. The state of the charge accumulated in the floating gate 95 changes according to the voltage applied to the control gate 97. For example, the amount of charge accumulated in the floating gate 95 varies in the positive or negative direction according to the voltage applied to the control gate 97. As a result, the threshold voltage of the
トンネル酸化膜94は、通常、基板91とフローティングゲート95との間を絶縁する。しかし、トンネル酸化膜94は、コントロールゲート97に予め定められた値以上の電圧が印加されると、FNトンネリング(ファウラーノルドハイム トンネリング)により導通状態となる。FNトンネリングとは、絶縁体の中を電子がトンネルする場合の移動状態を指す。フローティングゲート95は、FNトンネリングによりソース領域92から電子が注入され、または、電子を放出する。これにより、フローティングゲート95が保存する電荷の状態が制御される。
The
図26は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。基準電圧生成部20が、基準電圧を出力している状態において、スイッチ(SW)は以下のように制御される。
SWl:VDD(VIN)
SW2:VSS
SW3、SW4:OPEN
SW5、SW6、SW7、SW8:SHORT(接続)
SW9、SW10:任意
FIG. 26 shows an example of the circuit configuration of the reference
SWl: VDD (VIN)
SW2: VSS
SW3, SW4: OPEN
SW5, SW6, SW7, SW8: SHORT (connection)
SW9, SW10: Arbitrary
基準電圧生成部20は、スイッチが図26のように制御された状態において、第1MOSトランジスタMlがディプレッション状態、第2MOSトランジスタM2がエンハンスメント状態のとき、基準電圧が生成される。なお、VDD端子は、上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26としては、電源電圧を印加する端子として機能する。一方で、VDD端子には、切替制御回路340のVIN端子から入力される電圧が入力されるので、切替制御回路340のVIN端子に対応する。
In the state where the switch is controlled as shown in FIG. 26, the reference
より具体的には、基準電圧生成部20は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有して、ディプレッション型として機能する第1MOSトランジスタMlを備える。また、基準電圧生成部20は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有して、エンハンスメント型として機能する第2書込MOSトランジスタM2を備える。第2書込MOSトランジスタM2は、第1MOSトランジスタMlと直列に接続される。第1MOSトランジスタMlおよび第2書込MOSトランジスタM2は、フローティングゲートに注入される電荷がトンネルするトンネル酸化膜を有する不揮発性記憶素子である。これにより、基準電圧生成部20は、第1MOSトランジスタMlおよび第2書込MOSトランジスタM2の接続点から基準電圧を出力する。
More specifically, the reference
図27は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26は、それぞれ図27に示す基準電圧生成部20と同一の回路を有してよい。基準電圧生成部20は、トンネル酸化膜を有する第1書込MOSトランジスタM1wおよびトンネル酸化膜を有さない第1出力MOSトランジスタM1r、ならびに、トンネル酸化膜を有する第2書込MOSトランジスタM2wおよびトンネル酸化膜を有さない第2出力MOSトランジスタM2rを含む。
FIG. 27 shows an example of the circuit configuration of the reference
第1書込MOSトランジスタM1w、および、第1出力MOSトランジスタM1rは、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。第1書込MOSトランジスタM1wのフローティングゲートおよびコントロールゲートは、第1出力MOSトランジスタM1rのフローティングゲートおよびコントロールゲートとそれぞれ電気的に接続される。 First write MOS transistor M1w and first output MOS transistor M1r each have a floating gate and a control gate. The floating gate and control gate of first write MOS transistor M1w are electrically connected to the floating gate and control gate of first output MOS transistor M1r, respectively.
第1書込MOSトランジスタM1wのソース端子は、第2書込MOSトランジスタM2wのドレイン端子に接続される。図26に示した構成と同様に、第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wを接続するか否かを切り替えるスイッチが更に設けられてもよい。スイッチSW1は、第1書込MOSトランジスタM1wのドレイン端子に、電圧VPPを印加するか、接地電位等の電圧VSSを印加するかを選択する。スイッチSW2は、第2書込MOSトランジスタM2wのソース端子に、電圧VPPを印加するか、接地電位等の電圧VSSを印加するかを選択する。 The source terminal of the first write MOS transistor M1w is connected to the drain terminal of the second write MOS transistor M2w. Similarly to the configuration shown in FIG. 26, a switch for switching whether to connect the first write MOS transistor M1w and the second write MOS transistor M2w may be further provided. The switch SW1 selects whether to apply a voltage VPP or a voltage VSS such as a ground potential to the drain terminal of the first write MOS transistor M1w. The switch SW2 selects whether to apply a voltage VPP or a voltage VSS such as a ground potential to the source terminal of the second write MOS transistor M2w.
第1出力MOSトランジスタM1rのドレイン端子には、所定の電圧VDDが印加される。第1出力MOSトランジスタM1rのソース端子は、第2出力MOSトランジスタM2rのドレイン端子に接続される。当該接続点における電圧が、基準電圧として出力される。第2出力MOSトランジスタM2rのソース端子には、電圧VSSが印加される。 A predetermined voltage VDD is applied to the drain terminal of the first output MOS transistor M1r. The source terminal of the first output MOS transistor M1r is connected to the drain terminal of the second output MOS transistor M2r. The voltage at the connection point is output as a reference voltage. The voltage VSS is applied to the source terminal of the second output MOS transistor M2r.
第2書込MOSトランジスタM2wおよび第2出力MOSトランジスタM2rは、フローティングゲートおよびコントロールゲートをそれぞれ有する。第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートおよびコントロールゲートは、第2出力MOSトランジスタM2rのフローティングゲートおよびコントロールゲートとそれぞれ電気的に接続される。 Second write MOS transistor M2w and second output MOS transistor M2r each have a floating gate and a control gate. The floating gate and control gate of second write MOS transistor M2w are electrically connected to the floating gate and control gate of second output MOS transistor M2r, respectively.
第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wは、トンネル酸化膜を有している。このため、当該トンネル酸化膜を介して、第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートの電荷の状態を制御して、それぞれの閾値電圧Vthを制御することができる。そして、上述したように、2つの第1MOSトランジスタM1w、rのフローティングゲートおよびコントロールゲートが互いに電気的に接続されるので、第1出力MOSトランジスタM1rは、第1書込MOSトランジスタM1wと同一の閾値電圧Vthを有する。また、第2出力MOSトランジスタM2rも同様に、第2書込MOSトランジスタM2wと同一の閾値電圧Vthを有する。 First write MOS transistor M1w and second write MOS transistor M2w have tunnel oxide films. Therefore, it is possible to control the respective threshold voltages Vth by controlling the state of the charge of the floating gates of the first write MOS transistor M1w and the second write MOS transistor M2w via the tunnel oxide film. As described above, since the floating gate and the control gate of the two first MOS transistors M1w and r are electrically connected to each other, the first output MOS transistor M1r has the same threshold value as the first write MOS transistor M1w. It has a voltage Vth. Similarly, the second output MOS transistor M2r has the same threshold voltage Vth as the second write MOS transistor M2w.
なお、第1出力MOSトランジスタM1rおよび第2出力MOSトランジスタM2rは、トンネル酸化膜を有していないので、電源電圧VDDを印加し続けた場合においても、不揮発性記憶素子のトンネル酸化膜から電子がリークするディスターブによる閾値電圧Vthの変動がない。このため、基準電圧を精度よく生成できる。また、第1出力MOSトランジスタM1rおよび第2出力MOSトランジスタM2rは、基準電圧生成部20において電流パスを形成するが、電流パスにスイッチを有さない。そのため、スイッチのオン抵抗が基準電圧に影響せず、基準電圧を精度よく生成できる。
Since the first output MOS transistor M1r and the second output MOS transistor M2r do not have a tunnel oxide film, even when the power supply voltage VDD is continuously applied, electrons are generated from the tunnel oxide film of the nonvolatile memory element. There is no variation in the threshold voltage Vth due to leaking disturbance. For this reason, the reference voltage can be generated with high accuracy. The first output MOS transistor M1r and the second output MOS transistor M2r form a current path in the
図28は、基準電圧の設定方法の一例を示すフロー図である。ステップS10において、CMOSインバータ55の電源端子に入力される目標電圧を予め定められた値に設定する。
FIG. 28 is a flowchart illustrating an example of a reference voltage setting method. In step S10, the target voltage input to the power supply terminal of the
基準電圧検出モードでは、コンパレータ50が目標電圧に応じて動作するためにCMOSインバータ55の入力端子に入力されるべき電圧を検出する。ステップS20において、図23において説明したように、ステップS10で設定した目標電圧に対応する基準電圧(VrefH、VrefL)を検出する。検出された基準電圧(VrefH、VrefL)は、切替制御回路340の外部機器に記憶される。検出された基準電圧(VrefH、VrefL)は、切替制御回路340の内部に記憶されてもよい。
In the reference voltage detection mode, the
基準電圧設定モードでは、ステップS20において検出した基準電圧(VrefH、VrefL)を基準電圧生成部20に設定する。基準電圧設定モードを実行するステップS30は、ステップS31〜ステップS33を有する。なお、それぞれの目標電圧に対してステップS30の処理を行う。設定された目標電圧は、CMOSインバータ55の電源端子に入力される。
In the reference voltage setting mode, the reference voltages (VrefH, VrefL) detected in step S20 are set in the reference
ステップS31において、第1書込MOSトランジスタM1wのフローティングゲートに保存された電荷の状態を、予め定められた基準状態に設定する。ステップS31における基準状態は、第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧を十分高くして、第1MOSトランジスタM1w、rから第2MOSトランジスタM2w、rに電流が流れなくする状態を指してもよい。基準状態は、フローティングゲートに保存されていた電荷が消去された状態(すなわち、フローティングゲートにおける電荷量が略零の状態)を指してもよい。ステップS31では、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに制御パルスを印加することでフローティングゲートにおける電荷の状態を基準状態に調整し、第1MOSトランジスタM1w、rから第2MOSトランジスタM2w、rに電流が流れなくする。 In step S31, the state of the charge stored in the floating gate of the first write MOS transistor M1w is set to a predetermined reference state. The reference state in step S31 may refer to a state in which the threshold voltage of the first MOS transistors M1w and r is sufficiently increased so that no current flows from the first MOS transistors M1w and r to the second MOS transistors M2w and r. The reference state may refer to a state where charges stored in the floating gate are erased (that is, a state where the amount of charges in the floating gate is substantially zero). In step S31, the control pulse is applied to the control gate of the first write MOS transistor M1w to adjust the state of the electric charge in the floating gate to the reference state, and the current flows from the first MOS transistor M1w, r to the second MOS transistor M2w, r. Will not flow.
ステップS32において、第2出力MOSトランジスタM2rにカレントミラー71が生成した調整用電流を印加した状態で、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを印加する。制御パルスを印加することで、第2書込MOSトランジスタM2wの閾値電圧を正方向に変動させる。これにより、2つの第2MOSトランジスタM2を所定のエンハンスメント状態に設定する。調整用電流は、実動作時に第2出力MOSトランジスタM2rに流れるべき電流と略等しい電流が与えられてよい。ステップS32においては、基準電圧生成部20から出力される基準電圧が、目標電圧に対してステップS20で検出した基準電圧と略等しくなるまで、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを印加する。
In step S32, a control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w with the adjustment current generated by the
次に、ステップS33において、第2出力MOSトランジスタM2rにカレントミラー71が生成した調整用電流を印加しない状態で、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに制御パルスを印加する。制御パルスを印加することで、第1書込MOSトランジスタM1wの閾値電圧を負方向に変動させる。これにより、2つの第1MOSトランジスタM1を所定のディプレッション状態に設定する。ステップS33においても、基準電圧生成部20から出力される基準電圧が、目標電圧に対してステップS20で検出した基準電圧と略等しくなるまで、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに制御パルスを印加する。このような処理を、上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26に対して行う。これにより、ステップS20で検出した基準電圧と等しい電圧を、上側基準電圧生成部25および下側基準電圧生成部26に出力させることができる。ステップS30では、上側基準電圧VrefHを下側基準電圧VrefLよりも先に設定しても、下側基準電圧VrefLを先に設定してもどちらでも構わない。
Next, in step S33, a control pulse is applied to the control gate of the first write MOS transistor M1w without applying the adjustment current generated by the
図29は、基準電圧の設定方法を説明するための図である。図29(a)は、エンハンスメント型として機能させる第2MOSトランジスタM2w、rの設定方法を示す。初めに、第1書込MOSトランジスタMlwのフローティングゲートにチャージされた電荷を基準状態に設定する。例えば、第1書込MOSトランジスタMlwの閾値電圧を十分高くする制御パルスを、コントロールゲートに印加することで、電荷の状態を基準状態に設定する。コントロールゲートに印加される電圧の極性は、スイッチSW1およびSW9を切り替えることで制御できる。これにより、エンハンスメント型として機能させる第2MOSトランジスタM2w、rを設定するときに、第1MOSトランジスタMlw、rに電流が流れないようにする。 FIG. 29 is a diagram for explaining a reference voltage setting method. FIG. 29A shows a method of setting the second MOS transistors M2w and r that function as an enhancement type. First, the charge charged in the floating gate of the first write MOS transistor Mlw is set to the reference state. For example, by applying a control pulse that sufficiently increases the threshold voltage of the first write MOS transistor Mlw to the control gate, the charge state is set to the reference state. The polarity of the voltage applied to the control gate can be controlled by switching the switches SW1 and SW9. This prevents current from flowing through the first MOS transistors Mlw and r when setting the second MOS transistors M2w and r that function as an enhancement type.
次に、第2出力MOSトランジスタM2rに、調整用電流Irefを印加した状態で、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを印加して、フローティングゲートに電荷をチャージする。このとき、基準電圧生成部20が出力する基準電圧が所定の電圧となるように、第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートに電荷をチャージする。
Next, in a state where the adjustment current Iref is applied to the second output MOS transistor M2r, a control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w to charge the floating gate. At this time, charges are charged to the floating gate of the second write MOS transistor M2w so that the reference voltage output from the
図29(b)は、ディプレッション型として機能させる第1MOSトランジスタM1w、rの設定方法を示す。第1MOSトランジスタM1w、rを設定する場合、調整用電流Irefを止める。そして、第2出力MOSトランジスタM2rに流れる電流が、調整用電流Irefと略同一となるように、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを印加して、フローティングゲートに電荷をチャージする。本例では、第2出力MOSトランジスタM2rに流れる電流を検出する代わりに、基準電圧生成部20が出力する基準電圧が、上述した所定の電圧となるように、第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートに電荷をチャージする。
FIG. 29B shows a method of setting the first MOS transistors M1w and r that function as a depletion type. When setting the first MOS transistors M1w and r, the adjustment current Iref is stopped. Then, a control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w to charge the floating gate so that the current flowing through the second output MOS transistor M2r is substantially the same as the adjustment current Iref. . In this example, instead of detecting the current flowing through the second output MOS transistor M2r, the second write MOS transistor M2w is floated so that the reference voltage output from the reference
図30は、不揮発性記憶素子90の設定方法を示す。不揮発性記憶素子90は、上述した第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wに対応する。不揮発性記憶素子90は、コントロールゲートおよびフローティングゲートを有するNMOSタイプの素子である。不揮発性記憶素子90は、FNトンネリングにより、フローティングゲートに電荷を蓄積させて閾値電圧が調整される。
FIG. 30 shows a method for setting the
図30(a)は、不揮発性記憶素子90の閾値電圧を正方向に変動させる場合のバイアス条件を示す。図30(b)は、不揮発性記憶素子90の閾値電圧を負方向に変動させる場合のバイアス条件を示す。これらのバイアス条件において、コントロールゲートに制御パルスを印加することで、不揮発性記憶素子90の閾値電圧を制御する。
FIG. 30A shows a bias condition when the threshold voltage of the
閾値電圧を正方向に変動させる場合、図30(a)に示すように、コントロールゲート端子に電圧VPPを印加して、ソース端子を接地して、ドレイン端子をフローティング状態にする。これにより、不揮発性記憶素子90のフローティングゲートには、FNトンネリングにより電子が注入され、不揮発性記憶素子90の閾値電圧Vthが上がる。なお、電圧VPPは、不揮発性記憶素子90のトンネル酸化膜においてFNトンネリングするために必要な電圧である。
When the threshold voltage is changed in the positive direction, as shown in FIG. 30A, the voltage VPP is applied to the control gate terminal, the source terminal is grounded, and the drain terminal is brought into a floating state. As a result, electrons are injected into the floating gate of the
閾値電圧を正方向に変動させる場合、図30(b)に示すように、コントロールゲート端子を接地して、ソース端子に電圧VPPを印加して、ドレイン端子をフローティング状態にする。これにより、不揮発性記憶素子90は、FNトンネリングによりフローティングゲートから電子が放出され、不揮発性記憶素子90の閾値電圧Vthが下がる。図30(a)および(b)において説明した動作を組み合わせることで、不揮発性記憶素子90の閾値電圧を所定の電圧に調整することができる。上述したように、第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wの閾値電圧を調整すれば、第1出力MOSトランジスタM1rおよび第2出力MOSトランジスタM2rの閾値電圧も同様に調整される。
When the threshold voltage is changed in the positive direction, as shown in FIG. 30B, the control gate terminal is grounded, the voltage VPP is applied to the source terminal, and the drain terminal is brought into a floating state. As a result, the
図31は、基準電圧設定モードにおける切替制御回路340の動作の一例を示す。本例の切替制御回路340は、上側基準電圧生成部25の第2書込MOSトランジスタM2wへの書き込みを行う状態を示す。本例で用いられる構成は、主に太線で示される。
FIG. 31 shows an example of the operation of the switching
モード選択部80は、上側基準電圧生成部25の第2書込MOSトランジスタM2wに制御パルスを印加する。モード選択部80は、電圧選択部40に、Vref端子を選択させる。この場合、Vref端子には、外部から電圧が入力されない。カレントミラー71は、外部電流IREFに基づいて、外部電流IREFよりも小さな調整用電流Irefを生成して、上側基準電圧生成部25に出力する。例えばカレントミラー71は、外部電流IREFの1/n倍(ただしn>1)の大きさの調整用電流Irefを生成する。これにより、微小な調整用電流Irefを精度よく生成できる。なお、切替制御回路340がカレントミラー71を有さない場合、切替制御回路340の外部から微小な調整用電流Irefを入力してもよい。
The
アンプ回路72は、電圧選択部40を介して上側基準電圧生成部25の出力を受け取り、当該出力を増幅した信号をVMON端子に出力する。電圧計75には、アンプ回路72が出力した増幅信号が入力される。これにより、VMON端子に接続される計測機器における信号対雑音比を向上させる。電圧計75は、アンプ回路72が出力した増幅信号の電圧を検出する。また、切替制御回路340の外部に電圧計75が設けられてもよい。モード選択部80は、アンプ回路72が出力する電圧が、設定すべき基準電圧に応じた電圧となるように、上側基準電圧生成部25の第2書込MOSトランジスタM2wに制御パルスを印加する。
The
本例の上側基準電圧生成部25は、後述する調整シーケンス(1)から(5)を用いて、上側基準電圧VrefHが設定される。また、下側基準電圧生成部26に基準電圧VrefLが設定される場合も本例の上側基準電圧生成部25と同様の構成で設定される。
The upper reference
図32は、第2書込MOSトランジスタM2wへの書き込み動作の一例を示す。縦軸はモニター電圧[V]を示して、横軸は時刻tを示す。第2書込MOSトランジスタM2wには、モード選択部80から制御パルスが入力される。
FIG. 32 shows an example of a write operation to the second write MOS transistor M2w. The vertical axis indicates the monitor voltage [V], and the horizontal axis indicates time t. A control pulse is input from the
まず、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに第1制御パルスを印加して、第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を、予め定められた初期状態に設定する。これにより、基準電圧生成部20が出力する電圧をモニターしたモニター電圧Vmonは増加する。制御パルスは、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonが、設定すべき終了電圧よりも十分大きくなるまで第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに印加される。
First, a first control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w to set the state of charge accumulated in the floating gate of the second write MOS transistor M2w to a predetermined initial state. . As a result, the monitor voltage Vmon obtained by monitoring the voltage output from the
次に、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに第2制御パルスを印加して、第2書込MOSトランジスタM2wのフローティングゲートの電荷の状態を制御する。第2制御パルスは、第1制御パルスとは正負の極性が逆のパルスである。本例では、第2制御パルスを印加することで、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonは低下する。第2制御パルスは、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonが終了電圧に徐々に近づくように印加される。
Next, a second control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w to control the charge state of the floating gate of the second write MOS transistor M2w. The second control pulse is a pulse having a polarity opposite to that of the first control pulse. In this example, the monitor voltage Vmon of the reference
制御パルスは、パルス幅が広い場合、または、パルス電圧が大きい場合、パルス1回当たりのフローティングゲートが保存する電荷の変動量が大きくなる。電荷の変動量が大きいと、モニター電圧が終了電圧を大きく超えやすくなる。そのため、モード選択部80は、モニター電圧Vmonが終了電圧に近づくほど、第2制御パルスのパルス幅または電圧の少なくとも一方を調整して、第2制御パルスの強度を小さくする。なお、モード選択部80は、第2制御パルスが印加されて、モニター電圧Vmonが終了電圧よりも小さくなった場合、第1制御パルスをコントロールゲートに入力してもよい。これによりモニター電圧Vmonを終了電圧に近づけられる。このような処理を、モニター電圧Vmonと終了電圧との差が許容範囲となるまで続行する。
When the pulse width of the control pulse is wide or the pulse voltage is large, the amount of fluctuation of the charge stored in the floating gate per pulse becomes large. When the amount of change in charge is large, the monitor voltage tends to greatly exceed the end voltage. Therefore, the
なお、モード選択部80は、VPP端子、DATA端子、SCLK端子およびPULSE端子に接続される。モード選択部80は、VPP端子から入力される電圧により、制御パルスの電圧を制御する。また、モード選択部80は、PULSE端子から入力される周期信号により、制御パルスのパルス幅を制御する。SCLK端子は、モード選択部80の動作クロックとなるクロック信号をモード選択部80に出力する。DATA端子は、テストモードに関するデータ信号をモード選択部80に出力する。
図33は、基準電圧設定モードにおける切替制御回路340の動作の一例を示す。本例の切替制御回路340は、上側基準電圧生成部25の第1書込MOSトランジスタM1wへの書き込みを行う状態を示す。本例で用いられる構成は、太線で示される。
FIG. 33 shows an example of the operation of the switching
第1書込MOSトランジスタM1wへの書き込みは、図31で示した第2書込MOSトランジスタM2wへの書き込みを行う場合と、上側基準電圧生成部25にカレントミラー71の出力が入力されない点で異なる。その他の構成は、基本的に図31の場合と同一である。
Writing to the first write MOS transistor M1w differs from writing to the second write MOS transistor M2w shown in FIG. 31 in that the output of the
図34は、第1書込MOSトランジスタM1wへの書き込み動作を示す。縦軸はモニター電圧[V]を示して、横軸は時刻tを示す。第1書込MOSトランジスタM1wには、モード選択部80から制御パルスが入力される。
FIG. 34 shows a write operation to the first write MOS transistor M1w. The vertical axis indicates the monitor voltage [V], and the horizontal axis indicates time t. A control pulse is input from the
まず、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに第1制御パルスを印加して、第1書込MOSトランジスタM1wのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を、予め定められた初期状態に設定する。これにより、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonは低下する。第1制御パルスは、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonが終了電圧よりも十分小さくなるまで第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに印加される。
First, a first control pulse is applied to the control gate of the first write MOS transistor M1w to set the state of charge accumulated in the floating gate of the first write MOS transistor M1w to a predetermined initial state. . As a result, the monitor voltage Vmon of the
次に、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに第2制御パルスを印加して、第1書込MOSトランジスタM1wのフローティングゲートに蓄積された電荷の状態を制御する。第2制御パルスは、第1制御パルスとは正負の極性が逆のパルスである。本例では、第2制御パルスを印加することで、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonは増加する。第2制御パルスは、基準電圧生成部20のモニター電圧Vmonを終了電圧に徐々に近づくように調整される。
Next, a second control pulse is applied to the control gate of the first write MOS transistor M1w to control the state of charge accumulated in the floating gate of the first write MOS transistor M1w. The second control pulse is a pulse having a polarity opposite to that of the first control pulse. In this example, the monitor voltage Vmon of the reference
第1書込MOSトランジスタM1wへの書き込み動作の場合も、モード選択部80は、モニター電圧Vmonが終了電圧に近づくほど、第2制御パルスのパルス幅または電圧の少なくとも一方を調整して、第2制御パルスの強度を小さくする。基準電圧設定モードは、モニター電圧Vmonが終了電圧と略一致した場合に終了する。モニター電圧Vmonが終了電圧と略一致するとは、必ずしも完全に一致する必要はなく、使用状況により実質的に一致するとみなされる程度であってよい。
Also in the case of the write operation to the first write MOS transistor M1w, the
図35は、本実施形態に係る基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。各構成は、図27に示した基準電圧生成部20の回路構成と同一である。実動作モードにおいて基準電圧生成部20が基準電圧を出力している状態では、図35に示すようにスイッチは以下のように制御される。
SWl:VSS
SW2:VSS
SW3、SW4:OPEN
SW5、SW7:SHORT(接続)
SW9、SW10:任意
FIG. 35 shows an example of a circuit configuration of the reference
SWl: VSS
SW2: VSS
SW3, SW4: OPEN
SW5, SW7: SHORT (connection)
SW9, SW10: Arbitrary
基準電圧生成部20は、スイッチが本例の通り制御された状態で、ディプレッション状態に設定された第1MOSトランジスタM1w、r、および、エンハンスメント状態に設定された第2MOSトランジスタM2w、rを用いて、基準電圧を生成する。
The reference
基準電圧生成部20の出力する基準電圧は、調整シーケンス(1)から(5)を用いて調整される。
<調整シーケンス(1)>
図36は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。モード選択部80は、第1MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに制御パルスを印加することで、第1MOSトランジスタM1w、rのフローティングゲートが保存する電荷の状態を基準状態にする。本例では、第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧が、基準電圧生成部20に設定すべき基準電圧よりも十分高くなるように制御する。調整シーケンス(1)において、スイッチは以下のように制御される。これにより、第1MOSトランジスタM1から第2MOSトランジスタM2に電流が流れない状態にする。
SWl:VSS
SW2:VSS
SW3:SHORT
SW4:OPEN
SW5、SW7:OPEN
SW9:VPP
SW10:任意
The reference voltage output from the
<Adjustment sequence (1)>
FIG. 36 shows an example of the circuit configuration of the reference
SWl: VSS
SW2: VSS
SW3: SHORT
SW4: OPEN
SW5, SW7: OPEN
SW9: VPP
SW10: Optional
<調整シーケンス(2)>
図37は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。モード選択部80は、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに第1制御パルスを印加することで、第2MOSトランジスタM2w、rを、図32において説明した初期状態に設定する。調整シーケンス(2)において、スイッチは以下のように制御される。
SWl:VSS
SW2:VSS
SW3:OPEN
SW4:SHORT
SW5、SW7:OPEN
SW9:任意
SW10:VPP
<Adjustment sequence (2)>
FIG. 37 shows an example of the circuit configuration of the reference
SWl: VSS
SW2: VSS
SW3: OPEN
SW4: SHORT
SW5, SW7: OPEN
SW9: Arbitrary SW10: VPP
<確認シーケンス>
なお、調整シーケンス(2)および後述する調整シーケンス(3)における第2MOSトランジスタM2w、rの状態は、基準電圧生成部20が出力する基準電圧をモニタすることで判別できる。
図38は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。本例の切替制御回路340は、第2出力MOSトランジスタM2rに調整用電流Irefを流すことにより、基準電圧生成部20が出力する基準電圧を確認する。確認シーケンスにおいて、スイッチは以下のように制御される。
SWl、SW2:VSS
SW3、SW4、SW5:OPEN
SW7:SHORT
SW9、SW10:任意
<Confirmation sequence>
The states of the second MOS transistors M2w and r in the adjustment sequence (2) and the adjustment sequence (3) to be described later can be determined by monitoring the reference voltage output from the reference
FIG. 38 shows an example of the circuit configuration of the reference
SW1, SW2: VSS
SW3, SW4, SW5: OPEN
SW7: SHORT
SW9, SW10: Arbitrary
図39は、調整シーケンス(2)における、第1制御パルスの書き込み時間に対する閾値電圧Vthの変化量を示す。縦軸は第2MOSトランジスタM2w、rの閾値電圧Vthを、横軸は第2MOSトランジスタM2w、rに対する第1制御パルスの書き込み時間を示す。 FIG. 39 shows the change amount of the threshold voltage Vth with respect to the writing time of the first control pulse in the adjustment sequence (2). The vertical axis represents the threshold voltage Vth of the second MOS transistors M2w and r, and the horizontal axis represents the writing time of the first control pulse to the second MOS transistors M2w and r.
第2MOSトランジスタM2w、rの閾値電圧Vthは、第1制御パルスの書き込み時間が増大するに伴い、図39に示すように経時的に変化する。モード選択部80は、図32において説明した初期状態になるまで、第1制御パルスを生成する。
The threshold voltage Vth of the second MOS transistors M2w and r changes with time as shown in FIG. 39 as the writing time of the first control pulse increases. The
<調整シーケンス(3)>
図40は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。モード選択部80は、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに第2制御パルスを印加することで、図32において説明したように、基準電圧生成部20が出力する基準電圧を所定の終了電圧に近づける。調整シーケンス(3)においては、調整用電流Irefを第2出力MOSトランジスタM2rに流しながら、第2制御パルスを印加する。調整シーケンス(3)において、スイッチは以下のように制御される。基準電圧が予め定められた電圧より下がりすぎた場合は、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに第1制御パルスを印加して、基準電圧を増大させてよい。
SWl:VSS
SW2:VPP
SW3:OPEN
SW4:SHORT
SW5、SW7:OPEN
SW9:任意
SW10:VSS
<Adjustment sequence (3)>
FIG. 40 shows an example of the circuit configuration of the reference
SWl: VSS
SW2: VPP
SW3: OPEN
SW4: SHORT
SW5, SW7: OPEN
SW9: Arbitrary SW10: VSS
図41は、調整シーケンス(2)および(3)における閾値電圧Vthの変化を示す。縦軸は第2MOSトランジスタM2w、rの閾値電圧Vthを、横軸は時間を示す。 FIG. 41 shows changes in the threshold voltage Vth in the adjustment sequences (2) and (3). The vertical axis represents the threshold voltage Vth of the second MOS transistors M2w and r, and the horizontal axis represents time.
図40に係る構成では、第2MOSトランジスタM2w、rの閾値電圧Vthが、図41の調整シーケンス(3)に示すように、第2制御パルスの書き込み時間に応じて減少する。書き込み時間を調整することで第2MOSトランジスタM2w、rの閾値電圧Vthを基準電圧となるように調整する。 In the configuration according to FIG. 40, the threshold voltage Vth of the second MOS transistors M2w and r decreases according to the writing time of the second control pulse as shown in the adjustment sequence (3) of FIG. By adjusting the writing time, the threshold voltage Vth of the second MOS transistors M2w and r is adjusted to be the reference voltage.
図42は、調整シーケンス(3)と確認シーケンスを交互に行う場合の、閾値電圧Vthの変化を示す。確認シーケンスでは、第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを印加しないので、基準電圧は変化しない。モード選択部80は、調整シーケンス(3)において生成する第2制御パルスのパルス幅および電圧を、直前の確認シーケンスで確認した基準電圧に応じて制御してよい。
FIG. 42 shows changes in the threshold voltage Vth when the adjustment sequence (3) and the confirmation sequence are alternately performed. In the confirmation sequence, no control pulse is applied to the control gate of the second write MOS transistor M2w, so the reference voltage does not change. The
調整シーケンス(3)は、基準電圧生成部20が出力する基準電圧が予め定められた値になると終了する。これにより、第2MOSトランジスタM2w、rの調整は終了する。次に、第1MOSトランジスタM1w、rを調整する。
The adjustment sequence (3) ends when the reference voltage output from the
<調整シーケンス(4)>
図43は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。モード選択部80は、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに第1制御パルスを印加することで、第1MOSトランジスタM1w、rを、図34において説明した初期状態に設定する。調整シーケンス(4)において、スイッチは以下のように制御される。
SWl:VPP
SW2:VSS
SW3:SHORT
SW4、SW5、SW7:OPEN
SW9:VSS
SW10:任意
<Adjustment sequence (4)>
FIG. 43 shows an example of a circuit configuration of the reference
SWl: VPP
SW2: VSS
SW3: SHORT
SW4, SW5, SW7: OPEN
SW9: VSS
SW10: Optional
<調整シーケンス(5)>
図44は、基準電圧生成部20の回路構成の一例を示す。モード選択部80は、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに第2制御パルスを印加することで、図42において説明したように、基準電圧生成部20が出力する基準電圧を所定の終了電圧に近づける。なお、調整シーケンス(4)および(5)においては、外部から調整用電流Irefが印加されない。ただし、第1MOSトランジスタM1w、rが、調整用電流Irefに対応する電流を生成する。調整シーケンス(5)において、スイッチは以下のように制御される。
SWl、SW2:VSS
SW3、SW4:OPEN
SW5、SW7:SHORT
SW9、SW10:任意
<Adjustment sequence (5)>
FIG. 44 shows an example of a circuit configuration of the reference
SW1, SW2: VSS
SW3, SW4: OPEN
SW5, SW7: SHORT
SW9, SW10: Arbitrary
図45は、調整シーケンス(4)および(5)における閾値電圧Vthの変化を示す。縦軸は第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧Vthを、横軸は時間を示す。調整シーケンス(4)において、第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧Vthは、第1制御パルスの書き込み時間が増大するに伴い、図45に示すように経時的に減少する。モード選択部80は、図34において説明した初期状態になるまで、第1制御パルスを生成する。
FIG. 45 shows changes in the threshold voltage Vth in the adjustment sequences (4) and (5). The vertical axis represents the threshold voltage Vth of the first MOS transistors M1w and r, and the horizontal axis represents time. In the adjustment sequence (4), the threshold voltage Vth of the first MOS transistors M1w and r decreases with time as shown in FIG. 45 as the writing time of the first control pulse increases. The
調整シーケンス(5)では、第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧Vthが、第2制御パルスの書き込み時間に応じて増大する。書き込み時間を調整することで第1MOSトランジスタM1w、rの閾値電圧Vthを基準電圧となるように調整する。確認シーケンスでは、第1書込MOSトランジスタM1wのコントロールゲートに制御パルスを印加しないので、基準電圧は変化しない。モード選択部80は、調整シーケンス(5)において生成する第2制御パルスのパルス幅および電圧を、直前の確認シーケンスで確認した基準電圧に応じて制御してよい。
In the adjustment sequence (5), the threshold voltage Vth of the first MOS transistors M1w and r increases according to the writing time of the second control pulse. By adjusting the writing time, the threshold voltage Vth of the first MOS transistors M1w and r is adjusted to be the reference voltage. In the confirmation sequence, the control pulse is not applied to the control gate of the first write MOS transistor M1w, so the reference voltage does not change. The
調整シーケンス(5)は、基準電圧生成部20が出力する基準電圧が予め定められた値になると終了する。これにより、第1MOSトランジスタM1w、rの調整は終了し、基準電圧生成部20の調整が終了する。なお、調整シーケンス(4)および(5)における基準電圧を確認する場合、各スイッチは実動作時と同様に制御されてよい。例えば各スイッチは、図27に示した例と同様に制御される。
The adjustment sequence (5) ends when the reference voltage output from the reference
図46は、カレントミラー71の接続例を示す図である。本例のモード選択部80は、ゲート制御部として動作する書き込み回路85を備える。書き込み回路85は、図26から図45に関連して説明したスイッチSW1からSW10を制御することで、基準電圧生成部20の第1書込MOSトランジスタM1wおよび第2書込MOSトランジスタM2wのコントロールゲートに制御パルスを入力する。
FIG. 46 is a diagram illustrating a connection example of the
カレントミラー71は、基準電圧設定モードにおいて、切替制御回路340の外部から入力された外部電流IREFに基づいて、外部電流IREFよりも小さい調整用電流Irefを生成する。例えば、カレントミラー71は、切替制御回路340の外部から入力された外部電流IREFに基づいて、n分の1の大きさの調整用電流Irefを生成する。本例のカレントミラー71は、第1出力MOSトランジスタM1rと共通の外部端子に接続される。カレントミラー71は、当該外部端子から入力される外部電流IREFに基づいて、外部電流IREFより小さい微小な調整用電流Irefを生成する。
In the reference voltage setting mode, the
また、カレントミラー71と、基準電圧生成部20の出力端子との間には、スイッチSW0が設けられる。各調整シーケンスに応じて、モード選択部80は、スイッチSW0を制御する。例えば、調整シーケンス(3)においては、モード選択部80は、スイッチSW0をオンにする。また、調整シーケンス(4)、(5)においては、モード選択部80は、スイッチSW0をオフにして、第2出力MOSトランジスタM2rに流れる調整用電流Irefを遮断する。
Further, a switch SW0 is provided between the
本例の基準電圧の設定方法は、調整シーケンス(1)において第1MOSトランジスタM1w、rのフローティングゲートに蓄積された電荷が基準状態で、調整シーケンス(3)において第2出力MOSトランジスタM2rに調整用電流Irefが入力される。そのため、第2出力MOSトランジスタM2rに調整用電流Irefが流れる場合に、第1出力MOSトランジスタM1rから第2出力MOSトランジスタM2rに電流が流れない。このため、第2MOSトランジスタM2w、rの設定精度が向上する。よって、第1出力MOSトランジスタM1rのドレイン端に、ディプレッション型MOSトランジスタM1rに蓄積された電荷の影響を遮断するためのスイッチを設ける必要がない。 In this example, the reference voltage is set by adjusting the charge stored in the floating gates of the first MOS transistors M1w and r in the adjustment sequence (1) to the reference state, and adjusting the second output MOS transistor M2r in the adjustment sequence (3). A current Iref is input. Therefore, when the adjustment current Iref flows through the second output MOS transistor M2r, no current flows from the first output MOS transistor M1r to the second output MOS transistor M2r. For this reason, the setting accuracy of the second MOS transistors M2w and r is improved. Therefore, it is not necessary to provide a switch for blocking the influence of the electric charge accumulated in the depletion type MOS transistor M1r at the drain end of the first output MOS transistor M1r.
図47は、実動作モードにおける切替制御回路340の構成の一例を示す。切替制御回路340は、モード選択部80が実動作モードを選択した場合、VIN端子、OUT端子、GND端子を使用する。切替制御回路340は、VIN端子から入力された電圧が予め定められた目標電圧以上か否かを検出して、OUT端子に出力する。
FIG. 47 shows an example of the configuration of the switching
上側基準電圧生成部25は、上側基準電圧VrefHを出力する。また、下側基準電圧生成部26は、下側基準電圧VrefLを出力する。コンパレータ50には、基準電圧(VrefH、VrefL)および入力電圧Vinが入力される。コンパレータ50は、OUT端子に基準電圧(VrefH、VrefL)および入力電圧Vinに応じた信号を出力する。
The upper
電圧選択部40は、コンパレータ50の出力に応じて、基準電圧(VrefH、VrefL)を選択する。電圧選択部40は、選択した基準電圧(VrefH、VrefL)をコンパレータ50に入力する。これにより、CMOSインバータ55の目標電圧は、ヒステリシス動作すべくコンパレータ50の出力に応じて変更される。
The
図48は、基準電圧生成部20における第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2の他の接続例を示す。なお、図48(a)の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2は、図24(a)の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2と同様の素子である。図48(b)の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2は、図24(b)の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2と同様の不揮発性記憶素子である。
FIG. 48 shows another connection example of the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 in the reference
本例においては、第1MOSトランジスタM1のゲートが第2MOSトランジスタM2のソースに接続される。また、第1MOSトランジスタM1のソース、第2MOSトランジスタM2のドレイン、および、第2MOSトランジスタM2のゲートは互いに接続される。基準電圧生成部20は、当該接続点から、基準電圧を出力する。
In this example, the gate of the first MOS transistor M1 is connected to the source of the second MOS transistor M2. The source of the first MOS transistor M1, the drain of the second MOS transistor M2, and the gate of the second MOS transistor M2 are connected to each other. The reference
図27に示した構成において、書込側および出力側の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2は、図48における第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2と同一の接続を有してよい。この場合であっても、図22から図47において説明した方法と同様の方法で、書込側および出力側の第1MOSトランジスタM1および第2MOSトランジスタM2を設定することができる。 In the configuration shown in FIG. 27, the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 on the write side and the output side may have the same connection as the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 in FIG. Even in this case, the first MOS transistor M1 and the second MOS transistor M2 on the write side and the output side can be set by a method similar to the method described in FIGS.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10・・・発電装置、15・・・負荷、20・・・基準電圧生成部、25・・・上側基準電圧生成部、26・・・下側基準電圧生成部、30・・・インバータ、40・・・電圧選択部、41・・・第1電圧選択部、42・・・第2電圧選択部、50・・・コンパレータ、51・・・第1コンパレータ、52・・・第2コンパレータ、53・・・第1インバータ、54・・・第2インバータ、55・・・CMOSインバータ、56・・・出力回路、57・・・出力切替部、70・・・テスト回路、71・・・カレントミラー、72・・・アンプ回路、75・・・電圧計、80・・・モード選択部、85・・・書き込み回路、90・・・不揮発性記憶素子、91・・・基板、92・・・ソース領域、93・・・ドレイン領域、94・・・トンネル酸化膜、95・・・フローティングゲート、96・・・絶縁膜、97・・・コントロールゲート、100・・・電力供給回路、200・・・過充電防止回路、210・・・過充電防止切替制御部、220・・・シャント回路、230・・・過充電防止切替部、250・・・過放電防止回路、260・・・過放電防止切替制御部、270・・・過放電防止切替部、300・・・切替制御部、310・・・第1切替制御部、320・・・第2切替制御部、330・・・第3切替制御部、340・・・切替制御回路、350・・・1段構成切替制御部、360・・・2段構成切替制御部、400・・・切り替え回路、410・・・第1切り替えスイッチ、420・・・充電制御部、425・・・切り替え制御部、426・・・切り替え出力部、430・・・第2切り替えスイッチ、450・・・スタートアップ回路、470・・・レベルシフタ回路、471・・・第1上側PMOSトランジスタ、472・・・第2上側PMOSトランジスタ、473・・・第1下側NMOSトランジスタ、474・・・第2下側NMOSトランジスタ、500・・・コンデンサ、550・・・蓄電装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
供給端子を有し、入力された前記入力電力に応じた供給電力を前記供給端子から出力する入出力部と、
前記供給端子からの電力を蓄電する蓄電装置に接続される蓄電端子と、
前記蓄電装置の容量よりも小さな容量を有し、前記供給端子からの電力を蓄電するコンデンサが接続されるコンデンサ端子と、
前記供給電力または前記蓄電装置に蓄電された蓄電電力が入力されて、前記負荷に前記出力電力を出力する負荷端子と、
前記蓄電端子を、前記供給端子および前記負荷端子に接続するか否かを切り替える第1スイッチと
前記コンデンサ端子の電圧が予め定められた蓄電装置蓄電開始電圧を超えたか否かによって、前記第1スイッチのオンオフを切り替える第1切替制御部と、
前記負荷端子を、前記供給端子および前記蓄電端子に接続するか否かを切り替える第2スイッチと、
前記コンデンサ端子の電圧が前記蓄電装置蓄電開始電圧よりも小さな電力供給開始電圧を超えたか否かによって、前記第2スイッチのオンオフを切り替える第2切替制御部と
を備え、
前記第1切替制御部は、
前記蓄電装置蓄電開始電圧に対応する予め定められた第1基準電圧を生成する第1基準電圧生成部と、
第1CMOSインバータを有し、前記第1基準電圧が前記第1CMOSインバータの入力端子に入力され、前記コンデンサ端子の電圧が前記第1CMOSインバータの電源端子に入力される第1コンパレータと
を有し、
前記第1コンパレータは、前記第1CMOSインバータの出力が反転したか否かにより前記コンデンサ端子の電圧が前記蓄電装置蓄電開始電圧を超えたか否かを検出し、
前記第2切替制御部は、
前記電力供給開始電圧に対応する予め定められた第2基準電圧を生成する第2基準電圧生成部と、
第2CMOSインバータを有し、前記第2基準電圧が前記第2CMOSインバータの入力端子に入力され、前記コンデンサ端子の電圧が前記第2CMOSインバータの電源端子に入力される第2コンパレータと
を有し、
前記第2コンパレータは、前記第2CMOSインバータの出力が反転したか否かにより前記コンデンサ端子の電圧が前記電力供給開始電圧を超えたか否かを検出する電力供給回路。 A power supply circuit that outputs output power to a load according to input power generated by a power generation device,
An input / output unit that has a supply terminal and outputs the supply power corresponding to the input power input from the supply terminal;
A power storage terminal connected to a power storage device for storing power from the supply terminal;
A capacitor terminal having a capacity smaller than the capacity of the power storage device, to which a capacitor for storing power from the supply terminal is connected;
A load terminal that receives the supplied power or the stored power stored in the power storage device and outputs the output power to the load;
A first switch for switching whether or not the power storage terminal is connected to the supply terminal and the load terminal; and whether the voltage of the capacitor terminal exceeds a predetermined power storage device power storage start voltage or not. A first switching control unit for switching on and off ;
A second switch for switching whether to connect the load terminal to the supply terminal and the storage terminal;
A second switching control unit that switches on and off the second switch depending on whether the voltage of the capacitor terminal exceeds a power supply start voltage smaller than the power storage start voltage of the power storage device ;
The first switching control unit
A first reference voltage generating unit that generates a predetermined first reference voltage corresponding to the power storage device storage start voltage;
A first comparator having a first CMOS inverter, wherein the first reference voltage is input to an input terminal of the first CMOS inverter, and a voltage of the capacitor terminal is input to a power supply terminal of the first CMOS inverter;
The first comparator detects whether the voltage of the capacitor terminal exceeds the power storage device storage start voltage depending on whether the output of the first CMOS inverter is inverted ,
The second switching control unit
A second reference voltage generator that generates a predetermined second reference voltage corresponding to the power supply start voltage;
A second comparator having a second CMOS inverter, wherein the second reference voltage is input to an input terminal of the second CMOS inverter, and a voltage of the capacitor terminal is input to a power supply terminal of the second CMOS inverter;
Have
The second comparator is a power supply circuit that detects whether the voltage of the capacitor terminal exceeds the power supply start voltage depending on whether the output of the second CMOS inverter is inverted .
前記供給端子の電圧が前記蓄電装置蓄電開始電圧よりも小さく、前記電力供給開始電圧よりも大きいコンデンサ蓄電開始電圧を超えたか否かによって、前記第3スイッチのオンオフを切り替える第3切替制御部と
を更に備え、
前記第3切替制御部は、
前記コンデンサ蓄電開始電圧に対応する予め定められた第3基準電圧を生成する第3基準電圧生成部と、
第3CMOSインバータを有し、前記第1基準電圧が前記第3CMOSインバータの入力端子に入力され、前記供給端子の電圧が前記第3CMOSインバータの電源端子に入力される第3コンパレータと
を有し、
前記第3コンパレータは、前記第3CMOSインバータの出力が反転したか否かにより前記供給端子の電圧が前記コンデンサ蓄電開始電圧を超えたか否かを検出する請求項1に記載の電力供給回路。 A third switch for switching whether or not to connect the supply terminal to the capacitor terminal, the load terminal, and the power storage terminal; and a voltage at the supply terminal is smaller than the power storage device power storage start voltage; A third switching control unit for switching on and off of the third switch depending on whether or not a larger capacitor storage start voltage is exceeded,
The third switching control unit
A third reference voltage generator for generating a predetermined third reference voltage corresponding to the capacitor storage start voltage;
A third comparator that includes a third CMOS inverter, the first reference voltage is input to an input terminal of the third CMOS inverter, and a voltage of the supply terminal is input to a power supply terminal of the third CMOS inverter;
2. The power supply circuit according to claim 1 , wherein the third comparator detects whether the voltage of the supply terminal exceeds the capacitor storage start voltage based on whether the output of the third CMOS inverter is inverted.
前記第2スイッチの一端は前記負荷端子に接続され、他端は前記第1スイッチおよび前記第3スイッチに接続され、
前記第3スイッチの一端は前記供給端子に接続され、他端は前記第1スイッチおよび前記第2スイッチに接続され、
前記コンデンサ端子は前記第1スイッチ、前記第2スイッチおよび前記第3スイッチの前記他端に接続される
請求項2に記載の電力供給回路。 One end of the first switch is connected to the power storage terminal, and the other end is connected to the second switch and the third switch,
One end of the second switch is connected to the load terminal, and the other end is connected to the first switch and the third switch,
One end of the third switch is connected to the supply terminal, and the other end is connected to the first switch and the second switch,
The power supply circuit according to claim 2 , wherein the capacitor terminal is connected to the other end of the first switch, the second switch, and the third switch.
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、それぞれオフされた状態であり、
前記第3切替制御部は、前記第3スイッチをオンする請求項3に記載の電力供給回路。 When the voltage of the supply terminal exceeds the capacitor storage start voltage,
The first switch and the second switch are in an off state,
Said third switching control unit, the power supply circuit of claim 3, turning on the third switch.
前記第1スイッチがオフされ、前記第3スイッチはオンされた状態であり、
前記第2切替制御部は、前記第2スイッチをオンする請求項3または4に記載の電力供給回路。 When the voltage of the capacitor terminal exceeds the power supply start voltage,
The first switch is turned off and the third switch is turned on;
The power supply circuit according to claim 3 or 4, wherein the second switching control unit turns on the second switch.
前記過充電防止回路は、
前記発電装置の出力端子と前記コンデンサの端子とを接続するか否かを切り替える第4スイッチと、
前記発電装置の出力端子を、前記発電装置の出力端子より低い電位に接続するか否かを切り替える第5スイッチと、
前記第4スイッチおよび前記第5スイッチを相補動作させる充電制御部と
を備える請求項1から7のいずれか一項に記載の電力供給回路。 The input / output unit includes an overcharge prevention circuit,
The overcharge prevention circuit is
A fourth switch for switching whether or not to connect the output terminal of the power generator and the terminal of the capacitor;
A fifth switch for switching whether to connect the output terminal of the power generator to a lower potential than the output terminal of the power generator;
The power supply circuit according to any one of claims 1 to 7 , further comprising: a charge control unit configured to complementarily operate the fourth switch and the fifth switch.
前記切り替え回路は、
前記発電装置と前記蓄電装置を接続するか否かを切り替える切り替えスイッチと、
前記発電装置が出力する電圧を検出して、検出した前記発電装置の電圧が予め定められた値以下の場合に前記切り替えスイッチをオフする充電制御部と
を有する請求項1から8のいずれか一項に記載の電力供給回路。 A switching circuit provided between the power generation device and the power storage device;
The switching circuit is
A changeover switch for switching whether to connect the power generation device and the power storage device;
Said detecting a voltage generating device outputs, any one of claims 1 and a charging control unit that turns off the changeover switch when the detected voltage of said power generating device has a value less than a predetermined 8 one The power supply circuit according to the item.
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