(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力と出力間に接続されたＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチと、
前記スイッチに流れる電流を検出し該電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流状態を検出する過電流検出回路と、
外部入力され前記スイッチのオフを指示する制御信号と、前記過電流検出回路から出力される過電流検出信号とに基づき、前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を制御して前記スイッチのオン及びオフを制御するゲート制御回路と、
デジタルアナログ変換器と、
を備え、
前記ゲート制御回路は、前記スイッチをオフからオンさせるにあたり、前記スイッチのオン抵抗を高抵抗とした後に徐々に低くなるように、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧レベルを徐々に可変させるスロースタート制御手段と、前記デジタルアナログ変換器に出力信号を供給する手段とを備え、
前記デジタルアナログ変換器からの出力電圧が前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給される、ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記ゲート制御回路は、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧レベルを徐々に可変させるスロースタート動作の間、アクティブ状態とされるスロースタート信号を出力し、
前記過電流検出回路は、前記ゲート制御回路から出力される前記スロースタート信号を入力とし、前記スロースタート信号がアクティブ状態のときに、過電流を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグをオンに設定し、前記スロースタート信号がインアクティブ状態のときに、過電流を検出した場合には、前記フラグをオンとせず、前記過電流検出信号をアクティブ状態として前記ゲート制御回路に、過電流を検出した旨を通知し、
前記過電流検出回路からアクティブ状態の前記過電流検出信号を受けた前記ゲート制御回路は、前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴをオフ状態とした後、再び前記スロースタート動作を行う、ことを特徴とする請求項１記載のスイッチ装置。
【請求項３】
入力と出力間に接続されたＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチと、
前記スイッチに流れる電流を検出し該電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流状態を検出する過電流検出回路と、
外部入力され前記スイッチのオフを指示する制御信号と、前記過電流検出回路から出力される過電流検出信号とに基づき、前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を制御して前記スイッチのオン及びオフを制御するゲート制御回路と、
を備え、
前記ゲート制御回路は、前記スイッチをオフからオンさせるにあたり、前記スイッチのオン抵抗を高抵抗とした後に徐々に低くなるように、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧レベルを徐々に可変させる手段を備え、
前記ゲート制御回路は、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧レベルを徐々に可変させるスロースタート動作の間、アクティブ状態とされるスロースタート信号を出力し、
前記過電流検出回路は、前記ゲート制御回路から出力される前記スロースタート信号を入力とし、前記スロースタート信号がアクティブ状態のときに、過電流を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグをオンに設定し、前記スロースタート信号がインアクティブ状態のときに、過電流を検出した場合には、前記フラグをオンとせず、前記過電流検出信号をアクティブ状態として前記ゲート制御回路に、過電流を検出した旨を通知し、
前記過電流検出回路からアクティブ状態の前記過電流検出信号を受けた前記ゲート制御回路は、前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴをオフ状態とした後、再び前記スロースタート動作を行う、ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項４】
入力と出力間に接続されたＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチと、
前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に出力が接続されているデジタルアナログ変換器と、
前記スイッチに流れる電流を検出し該電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流状態を検出する過電流検出回路と、
外部入力され、前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴのオフを指示する制御信号と、前記過電流検出回路から出力される過電流検出信号とを入力し、前記デジタルアナログ変換器の入力端へ入力されるデジタル信号を供給し前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御することで、前記スイッチのオン及びオフを制御するゲート制御回路と、
を備え、
前記ゲート制御回路は、前記スイッチをオフ状態からオン状態とする際に、前記デジタルアナログ変換器から前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させることで、前記スイッチのオン抵抗を一旦高抵抗とした後に徐々に低くするスロースタート動作を行い、前記スロースタート動作時に、スロースタート信号をアクティブ状態として出力する手段を備え、
前記過電流検出回路は、前記ゲート制御回路から前記スロースタート信号を入力し、前記スロースタート信号がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグをオンとし、前記スロースタート信号がインアクティブ状態のときに、過電流状態を検出した場合には、前記フラグをオンとはせずに、前記過電流検出信号をアクティブ状態として前記ゲート制御回路に過電流を検出した旨を通知し、
前記過電流検出回路からアクティブ状態の前記過電流検出信号を受けた前記ゲート制御回路は、前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御してオフ状態とした後再び前記スロースタート動作を行う、ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項５】
オンとされた前記フラグによって過電流検出の通知を受けた外部コントローラから、前記スイッチのオフを指示する前記制御信号が出力され、
前記制御信号を受け取った前記ゲート制御回路は、前記制御信号に基づき、前記スイッチをオフ状態とする、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記出力に接続される負荷と並列に平滑用コンデンサを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記スイッチを構成するＭＯＳＦＥＴがＰチャネルＭＯＳＦＥＴよりなる、請求項１、２、４のいずれか一に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記ゲート制御回路は、前記スロースタート動作時、前記デジタルアナログ変換器の出力電圧を、前記入力の電圧レベルから徐々に０Ｖに変化させる、ことを特徴とする請求項７記載のスイッチ装置。
【請求項９】
入力と出力間に接続され、ＭＯＦＥＴよりなるスイッチと、
前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に出力が接続されているデジタルアナログ変換器と、
前記スイッチに流れる電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流を検出する過電流検出回路と、
外部コントローラから入力される制御信号と、前記過電流検出回路から出力される過電流検出信号を入力し、前記デジタルアナログ変換器へ供給するデジタル信号を供給し前記スイッチのオン及びオフを制御するゲート制御回路と、
を備えたスイッチ装置の過電流制限方法であって、
前記ゲート制御回路が、前記スイッチをオフ状態からオン状態とする際に、前記デジタルアナログ変換器から前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させることで、前記スイッチのオン抵抗を徐々に小さくするスロースタート動作を行い、その際、スロースタート信号をアクティブ状態として出力するステップと、
前記過電流検出回路において、前記ゲート制御回路から出力される前記スロースタート信号がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグをオンとするステップと、
一方、前記過電流検出回路において、前記ゲート制御回路から出力される前記スロースタート信号がインアクティブ状態のときに、過電流状態を検出した場合には、前記フラグをオンとはせずに、前記過電流検出信号をアクティブ状態として前記ゲート制御回路に過電流を検出した旨を通知するステップと、
前記過電流検出回路からアクティブ状態の前記過電流検出信号を受けた前記ゲート制御回路は、前記スイッチをオフ状態として再び前記スロースタート動作を行うステップと、
前記フラグがオンとされた場合に、オン状態とされた前記フラグを受け取った前記外部コントローラからの前記制御信号を入力した前記ゲート制御回路が、前記制御信号に基づき、前記スイッチをオフ状態とするステップと、
を含む、ことを特徴とする過電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流検出機能を備えたスイッチに関し、特に、インラッシュ電流対応のスイッチに適用して好適とされるスイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７を参照して、過電流検出機能を持つスイッチの構成の一例について説明する。入力５と出力６間に接続されたスイッチ１に低オン抵抗のＰチャネルＭＯＳＦＥＴを使用し（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴのソースが入力５に接続されドレインが出力６に接続されている）、スイッチ１のゲート電圧を供給してスイッチ１をオン、オフ制御するゲート制御回路２Ａと、出力６の電流、したがってスイッチ１に流れる電流が予め定められた電流値（過電流検出値）を超えたとき、過電流検出信号１０をアクティブ状態とし、過電流検出結果を、ゲート制御回路２Ａに通知する過電流検出回路３Ａと、を備えている。なお、図７に示した回路構成は、例えばＩＣとして集積化される。
【０００３】
ゲート制御回路２Ａにおいて、スイッチ１のオン時には、スイッチ１のゲート電圧を０Ｖとし、オフ時には、スイッチ１のゲート電圧を入力５の電圧レベルに設定することで、スイッチのオン、オフの制御が行われ、スイッチ１は、オン状態になると（スイッチ１のオン抵抗は小とする）、出力６には、ほぼ入力５と同一レベルの電圧が出力される。
【０００４】
過電流検出回路３Ａは、過電流検出時には、フラグ８を、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ変化させて、外部に通知し、このフラグ８のオン状態への変化を受けたコントローラ（不図示）は、スイッチ１のオフを指示する制御信号７を出力する。コントローラから出力される制御信号７（スイッチ１のオフを指示）を受けたゲート制御回路２Ａは、スイッチ１のゲートの電圧が入力５と同レベルになるように設定して、スイッチ１をオフさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した構成において、出力電流が過電流検出値を超えた場合に、過電流検出回路３Ａからフラグ８がオンにセットされ、ゲート制御回路２Ａが、スイッチ１をオフ状態としている。
【０００６】
また、スイッチ１をオン状態に復帰するには、コントローラからの制御信号７（スイッチ１のオンを指示する制御信号）がゲート制御回路２Ａに入力されない限り、スイッチ１はオフ状態とされ、出力５に、電圧は現れない。
【０００７】
したがって、過電流検出値を超えるインラッシュ電流が流れるようなＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）デバイスの場合、図７に示した従来の構成では、ＵＳＢデバイスの接続時に、インラッシュ電流によって過電流が検出され、スイッチ１がオフ状態となるため、ＵＳＢデバイスを使用することができない。この問題について、さらに詳細に説明する。
【０００８】
ＵＳＢデバイスを接続する際には、必ず、インラッシュ電流が流れる。このインラッシュ電流を抑えるために、通常、インダクタンスなどをスイッチ１と出力５の間に接続することで、電流波形をなまらせているが、実際には、インダクタンスなどを設けるだけでは、対応しきれないＵＳＢデバイスも存在している。
【０００９】
さらに、従来の構成では、ハイサイドスイッチの過電流検出値を超える電流が流れるＵＳＢデバイスを接続すると、ハイサイドスイッチは、過電流が、インラッシュ電流によって発生したのか、あるいは、異常接続により発生したのかの判定ができず、このため、インラッシュ電流によってもスイッチをオフ状態にしてしまい、ＵＳＢデバイスの使用が不可となってしまう。
【００１０】
なお、図７に示した従来の構成において、過電流検出中は、電流制限を行うことができず、出力に重い負荷が接続された場合、ＩＣ内部の電力消費により最悪の場合、チップが破壊し、出力ショートもしくはオープン状態になる等の問題点を解消するため、特開２０００−１３９９１号公報において、本願発明者は、過電流制限機能をもつハイサイドスイッチにおいて、オン抵抗の異なる二つのＭＯＳＦＥＴでスイッチを構成し、通常動作時に、第１のスイッチの低オン抵抗のＭＯＳＦＥＴをオンし、過電流検出手段が第１のスイッチに流れる過電流値を検出する段階と、規定の電流値を検出したときに、電流制限制御手段に信号を送る段階と、第１のスイッチのゲート電圧を徐々に変化させオン抵抗を高くし、設定した電流値になるまでゲート電圧を変化させる段階と、電流が設定値になったとき高オン抵抗のＭＯＳＦＥＴよりなる第２のスイッチをオンする段階を含む構成を提案している。この構成は、過電流検出時、ＭＯＳＦＥＴをオン抵抗を徐々に高くしていき、あらかじめ定められた設定抵抗値（第２のスイッチ）で電流制限動作を行うものである。
【００１１】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、デバイス接続時に、過電流検出値を超えるインラッシュ電流が流れるようなデバイスに対応可能なスイッチ装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の他の目的は、インラッシュ電流による過電流であるのか異常接続により過電流が発生したのかを判定して、スイッチをオン・オフ制御可能とする、スイッチ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明は、過電流検出時、入力と出力の間のスイッチをオフするハイサイドスイッチにおいて、インラッシュ電流が流れた際に、前記スイッチの制御端子に印加する信号を制御して、前記スイッチのオン抵抗を一旦高抵抗とした後、徐々に小さくしていく動作を行わせる手段を備えている。
【００１４】
本発明は、入力と出力間に接続されＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチと、前記スイッチに流れる電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流を検出する過電流検出回路と、外部から入力され制御信号と、前記過電流検出回路から出力される過電流検出信号とを入力し、前記スイッチの前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給するゲート電圧を制御して前記スイッチのオン及びオフを制御するゲート制御回路と、を備え、前記ゲート制御回路は、前記スイッチをオフ状態からオン状態とする際に、前記ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させて前記スイッチのオン抵抗を徐々に小さくするスロースタート動作を行う手段を備えている。
【００１５】
本発明において、前記ゲート制御回路は、前記スロースタート動作時にスロースタート信号をアクティブ状態として出力し、前記過電流検出回路は、前記ゲート制御回路から前記スロースタート信号を入力し、前記スロースタート信号がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグをオンとし、前記スロースタート信号がインアクティブ状態のときに、過電流状態を検出した場合には、前記過電流検出信号をアクティブ状態とし、前記過電流検出回路から前記過電流検出信号を受けた前記ゲート制御回路は、前記スイッチトをオフ状態として、再び、前記スロースタート動作を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。本発明は、その好ましい一実施の形態において、図１を参照すると、スイッチ１に流れる電流値を検出し、予め定められた所定の規定値（しきい値）を超えた場合に、フラグ８をオンに設定する過電流検出回路３と、入力される制御信号７の値に基づき、スイッチ１をオフとするゲート制御部２と、を備えている。かかる構成の本発明は、ＵＳＢ用電源ラインのハイサイドスイッチの用途に使用可能な構成を提供している。
【００１７】
より詳細には、入力と出力間に接続されＭＯＳＦＥＴよりなるスイッチ１と、スイッチ１に流れる電流が予め定められた規定電流値（しきい値）を超えたときに過電流を検出する過電流検出回路３と、外部（コントローラ）から入力されスイッチ１のオフを指示する制御信号７と、過電流検出回路３から出力される過電流検出信号１０とを入力し、スイッチ１のＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給するゲート電圧を制御してスイッチ１のオン及びオフを制御するゲート制御回路２と、を備え、ゲート制御回路２は、スイッチ１をオフ状態からオン状態とする際に、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させて前記スイッチのオン抵抗を徐々に小さくするスロースタート動作を行う。
【００１８】
ゲート制御回路２は、スロースタート動作時に、スロースタート信号９をアクティブ状態として出力し、過電流検出回路３は、ゲート制御回路２からスロースタート信号９を入力し、スロースタート信号９がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグ８をオンに設定してコントローラ（不図示）に通知し、スロースタート信号９がインアクティブ状態のときに、過電流状態を検出した場合には、フラグ８をオンとはせずに（コントローラには通知せずに）、過電流検出信号１０をアクティブ状態として、ゲート制御回路２に、過電流を検出した旨を通知する。
【００１９】
過電流検出回路３から、アクティブ状態の過電流検出信号１０を受けたゲート制御回路２は、スイッチ１をオフ状態としてスロースタート動作を行う。
【００２０】
ゲート制御回路２は、デジタルアナログ変換器４にデジタル信号を供給し、デジタルアナログ変換器４から出力されるアナログ電圧が、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給される。
【００２１】
ＵＳＢ規格においては、電源ラインの電流供給上限値は、５００ｍＡと規定されており、これを超える電流が流れた場合には、スイッチ１をオフにする必要がある。
【００２２】
ただし、スイッチ１は、下位のＵＳＢデバイスへ瞬間的に流れるインラッシュ電流に対しては、過電流の検出を行ってはならない。通常、この期間は、１０ｕｓ（マイクロ秒）程度とされている。しかしながら、実使用上では、１０ｕｓ以上のインラッシュ電流を流すようなＵＳＢデバイスが存在するため、図７等に示した構成の場合、１０ｕｓ以上のインラッシュ電流に応答して、過電流の検出が行われ、スイッチ１がオフされてしまう。
【００２３】
本発明は、インラッシュ電流が流れても、ハイサイドスイッチが正常な動作を保証するような、再スロースタート機能を備え、ＵＳＢデバイスに対応可能としている。
【００２４】
ゲート制御回路２は、スイッチ１がオフからオンに切り替わる際には、スイッチ１のゲート電圧を、入力５の電圧からグランドレベル（０Ｖ）まで徐々に変化させることで、スロースタート動作を行わせ、スイッチ１のオン抵抗を制御している期間、過電流検出回路３に対して、アクティブ状態のスロースタート信号９を出力する。
【００２５】
アクティブ状態のスロースタート信号９が出力されている期間（スロースタート期間）に、過電流検出回路３で過電流状態が検出されると、過電流検出回路３によってフラグ８がオン（アクティブ状態）に設定され、スロースタート期間以外のときに、過電流検出回路３で過電流状態が検出された場合には、過電流検出信号１０がアクティブ状態として出力され、アクティブ状態の過電流検出信号１０を受けたゲート制御回路２では、スイッチ１のオン状態からオン状態への制御にあたり、再度、スロースタート動作を行う（「再スロースタート」ともいう）。
【００２６】
本発明に係る方法は、その好ましい一実施の形態において、以下のステップを含む。
【００２７】
ステップ１：ゲート制御回路２が、スイッチ１をオフ状態からオン状態とする際に、デジタルアナログ変換器４から前記スイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させて前記スイッチのオン抵抗を徐々に小さくするスロースタート動作を行い、その際、スロースタート信号９をアクティブ状態として出力する。
【００２８】
ステップ２：過電流検出回路３において、ゲート制御回路２から出力されるスロースタート信号９がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグ８をオンとする。
【００２９】
ステップ３：過電流検出回路３において、ゲート制御回路２から出力される前記スロースタート信号９がインアクティブ状態のときに、過電流状態を検出した場合には、過電流状態を検出した場合には、フラグ８をオンとはせずに、前記過電流検出信号１０をアクティブ状態としてゲート制御回路９に過電流を検出した旨を通知する。
【００３０】
ステップ４：過電流検出回路３からアクティブ状態の過電流検出信号１０を受けたゲート制御回路２は、スイッチ１をオフ状態として再び前記スロースタート動作を行う。
【００３１】
ステップ５：フラグ８がオンとされた場合には、オン状態とされたフラグに基づき、コントローラが、スイッチ１のオフを指示する制御信号７を、ゲート制御回路２に対して供給する。
【００３２】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して以下に説明する。図１は、本発明の一実施例の構成を示す図である。
【００３３】
図１を参照すると、入力５にソースが接続され、ドレインが出力６に接続されたＰチャネルＭＯＦＥＴよりなるスイッチ１と、スイッチ１のＭＯＳＦＥＴのゲート端子に出力（図１におけるＤＡ出力）が接続されているデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器４と、スイッチ１に流れる電流（出力電流）を検知し、該電流が予め定められた規定の電流値を超えたときに過電流状態を検出する過電流検出回路３と、不図示のコントローラから入力される制御信号７と、過電流検出回路３から出力される過電流検出信号１０とを入力し、Ｄ／Ａ変換器４へ入力するデジタル信号を供給しスイッチ１のＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を可変させて、スイッチ１のオン及びオフを制御するゲート制御回路２と、を備えている。なお、Ｄ／Ａ変換器は、ゲート制御回路２内部に備えた構成としてもよい。また、Ｄ／Ａ変換器の出力をバッファ回路（ボルテージフォロワ等）を介してＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する構成としてもよい。
【００３４】
ゲート制御回路２は、スイッチ１をオフ状態からオン状態とする際に、Ｄ／Ａ変換器４を介してスイッチ１のＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を徐々に可変させて、スイッチ１のオン抵抗を一旦高抵抗とした後、徐々に小さくする制御を行い（この動作を、後述するように「スロースタート動作」という）、スロースタート動作時に、スロースタート信号９をアクティブ状態として出力する。
【００３５】
過電流検出回路３は、スイッチ１のＰチャネルＭＯＳトＦＥＴのドレイン側に接続され、出力６に流れる電流値を、予め定められた規定値と比較し、該規定値を超える電流値の出力電流が流れた際に、過電流状態を検出する。そして、過電流検出回路３は、過電流状態を検出すると、ゲート制御回路２から過電流検出回路３に入力されるスロースタート信号９の論理値に応じて、フラグ８と、過電流検出信号１０を出力する。
【００３６】
すなわち、過電流検出回路３は、ゲート制御回路２からスロースタート信号９を入力し、スロースタート信号９がアクティブ状態のときに、過電流状態を検出すると、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグ８をオンとする。
【００３７】
一方、スロースタート信号９がインアクティブ状態のときに、過電流検出回路３が過電流状態を検出した場合には、過電流検出回路３は、過電流検出信号１０をアクティブ状態とし、ゲート制御部２に、過電流を検出した旨を通知する。
【００３８】
ゲート制御回路２に入力される制御信号７の値は、外部からの信号によるため、Ｈｉｇｈアクティブ（Ｈｉｇｈレベルのときオン状態）でも、Ｌｏｗアクティブ（Ｌｏｗレベルのときオン状態）のいずれであってもよいが、以下では、ゲート制御回路２に入力される制御信号７は、Ｌｏｗレベルのときオフ状態となり、Ｈｉｇｈのときオン状態であるものとする。
【００３９】
ゲート制御回路２は、スイッチ１がオフからオンに切り替わる際に、以下のような動作をするＤ／Ａ変換器４を制御する。
【００４０】
Ｄ／Ａ変換器４の出力は、スイッチ１の状態がオフまたはオンに切り替わる際に、スイッチ１のゲート電圧を供給しており、スイッチ１のオフ状態では、Ｄ／Ａ変換器４からは、入力５と同じ電圧レベルが出力され、オン状態では、グランドレベル（０Ｖ）が出力される。
【００４１】
スイッチ１が、オフからオンに切り替わる際には、Ｄ／Ａ変換器４の出力は、入力５の電圧レベルからグランドレベルまで徐々に変化するように、ゲート制御回路２が、Ｄ／Ａ変換器４の入力端に供給するデジタル信号を制御する。これを「スロースタート動作」と呼ぶ。
【００４２】
Ｄ／Ａ変換器４が、４ビット入力のＤ／Ａよりなり、０Ｖ（入力コード＝０）から入力５電圧（入力コード＝１５）までのレンジの電圧を出力する場合、所定のタイミング毎に、例えば１５（”１１１１”）、１４（”１１１０”）、１３（”１１０１”）、…、２（”００１０”）、１（”０００１”）、０（”００００”）と、Ｄ／Ａ変換器４の入力デジタル信号の値を、順に可変させていく。ゲート電圧が入力５の電圧レベル（スイッチ１はオフ）からグランドレベルまで徐々に変化させた場合、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は、除去に低くなる。ちなみに、スイッチ１のＰチャネルＭＯＳＦＥＴのオン抵抗ｒＯＮは、ゲート電圧（ＶＧ）が入力５の電圧からしきい値電圧ＶＴＨよりも下がった時点から、｜ＶＧ−ＶＴＨ｜の大きさに逆比例して小さくなる。
【００４３】
一方、スイッチ１がオン状態からオフ状態に切り替わる際に、Ｄ／Ａ変換器４の出力はグランド電位（０Ｖ）から入力５の電圧レベルに瞬時に変化する。すなわち、上記４ビットＤ／Ａの場合、０（”００００”）であったＤ／Ａ変換器４の入力は、１５（”１１１１”）に設定される。
【００４４】
ゲート制御回路２は、スイッチ１のオン抵抗（ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗）を制御している期間、過電流検出回路３に対して、スロースタート信号９を出力する。
【００４５】
スロースタート信号９が出力されている期間（スロースタート期間）に、過電流検出回路３で過電流状態であることが検出されると、過電流検出回路３からフラグ８がオンとされる。
【００４６】
一方、スロースタート期間以外のときに、過電流検出回路３で過電流状態が検出された場合には、過電流検出回路３から過電流検出信号１０が出力され、この過電流検出信号１０を受けたゲート制御回路２は、スロースタート動作を行う。
【００４７】
図２は、本発明における動作シーケンスを示す図である。図１及び図２を参照して、本発明の一実施例の動作シーケンスを説明する。
【００４８】
入力５の電圧（ＶＩＮ）がオンとなり、制御信号７がオン状態の場合（ステップ２００、２０１）、スイッチ１はオン状態とされて、過電流検出回路３で過電流の検出が行われ、過電流検出時（ステップ２０２）、ゲート制御回路２は、スイッチ１をオフ状態からオン状態とする際に、Ｄ／Ａ変換器４からスイッチのＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給する電圧を入力５の電圧から徐々に下げてスイッチ１のＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を徐々に小さくするスロースタート（再スロースタート）動作を行い、その際、スロースタート信号をアクティブ状態として出力する（ステップ２０３）。
【００４９】
スロースタート動作期間中（スロースタート完了前）に、過電流検出回路３で過電流状態を検出すると（ステップ２０４）、過電流を検出した旨を外部に通知するフラグ８をオン（Ｌｏｗレベル）とし、外部（不図示のコントローラ）に通知する。
【００５０】
そして、不図示のコントローラは、制御信号７をオフ状態に設定し、ゲート制御回路２は、オフ状態の制御信号７を受けて、Ｄ／Ａ変換器４の出力を入力５の電圧レベルに切り替え、スイッチ１をオフする（ステップ２０５）。
【００５１】
ＵＳＢデバイスには、必ず入力容量が存在しており、ＵＳＢデバイスの接続時には、その入力容量を電源側から充電するために、急激にインラッシュ電流が流れる。ＵＳＢシステムを考えたとき、電源管理で一番問題となる点は、ＵＳＢデバイスの接続時のインラッシュ電流の対応である。
【００５２】
ＵＳＢデバイスが、ＵＳＢポートに接続されたとき、多くの機器において瞬間的（およそ１０ｕｓ）に、ＵＳＢの規格値を大きく超える電流（約３Ａ程度）が流れる。
【００５３】
このため、ＵＳＢシステムの電源管理においては、インラッシュ電流では動作し続けるが（すなわち電流制限を行うが、スイッチ１をオフ状態のままとしない）、ショートモードのような異常電流発生時には、スイッチ１が切断されるような構成をとる必要がある。
【００５４】
本発明の一実施例は、インラッシュ電流に対して、過電流検出信号１０を受け取ったゲート制御回路２がスロースタート動作を行うことで電流制限を行い、異常電流発生時には、フラグ８をオンとして出力することで、異常電流発生時には、スイッチ１をオフさせている。
【００５５】
図３は、本発明の一実施例において、インラッシュ電流が流れた時の動作波形の一例を示す図である。図３において、入力５、出力６、フラグ、制御信号は、電圧波形、出力電流Ｉｏｕｔは出力６の電流波形である。
【００５６】
図３に示すとおり、本発明によれば、ＵＳＢデバイス接続時においてインラッシュ電流が流れ出力電流（Ｉｏｕｔ）が過電流検出値を超えた場合には、ゲート制御回路２によって、スイッチ１のオン抵抗を徐々に低くしていくスロースタート動作を行うことで、電流制限を行うことができる。この場合、フラグ８はオフ状態（Ｈｉｇｈレベル）のままとされ、不図示のコントローラへは、過電流の検出は通知されず、コントローラからゲート制御回路２に入力される制御信号７はオン（Ｈｉｇｈレベル）とされる。
【００５７】
また、図４に示すとおり、異常接続時等の大電流が流れた場合には、スロースタート（再スロースタート）動作中に、過電流検出回路３が、過電流を検出することにより、フラグ８をオンとして、外部（コントローラ）に通知する。フラグ８のオン状態を受けた不図示のコントローラは、制御信号７をオフ（Ｌｏｗレベル）としてゲート制御回路２に供給する。
【００５８】
このように、本発明の一実施例においては、ＵＳＢの電源回路によくみられるインダクタンスを接続することによって波形をなまらせるなどの外付け回路を必要とせずに、ＵＳＢの電源管理を行うことができる。
【００５９】
ＵＳＢデバイスの接続時のインラッシュ電流は、短期間（およそ１０ｕｓ）のみ流れる。このとき、スイッチ１は、電源オン時と同様に、一旦オフ状態となり、再度スロースタート動作を行うことで、オフからオン状態へと遷移する。スイッチ１のオフからオン状態の遷移期間は、スイッチ１のオン抵抗が大きいため、インラッシュ電流による大電流が流れることはない。そして、スロースタート動作完了後は、正常にスイッチの動作が可能となる。
【００６０】
図５は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である。図５を参照すると、この実施例においては、図１に示した前記実施例の構成に加えて、出力６には、負荷と並列に、平滑用コンデンサ１１が接続されている。
【００６１】
図６は、本発明の第２の実施例において、インラッシュ電流発生時の出力波形を示す図である。インラッシュ電流によりスイッチ１が一旦オフになり、スロースタートが開始されたとしても、出力６に接続される大容量のコンデンサ１１により、図６に示すように、出力６の電圧値は、平滑化される。このため、出力６に接続されるＵＳＢデバイスへ供給される電圧値に大きな変化はない。
【００６２】
出力６がグランドなどにショートしていた場合を想定すると、一度、再スロースタート動作を行うが、スロースタート期間中も電流を流し続けようとするため、スイッチ１のオン抵抗が、ある低いオン抵抗値まで達すると、過電流検出状態が発生する。
【００６３】
スロースタート信号９がアクティブ期間（スロースタート期間中）において、過電流状態が検出されるとフラグ８がオンとされ、スロースタート信号９がインアクティブ期間中に、過電流状態が検出されると、過電流検出信号１０をアクティブとしてゲート制御回路２に過電流を通知し、ゲート制御回路２がスイッチ１を再スロースタート制御する構成としており、インラッシュ電流発生時と、出力ショートなどの異常時とを判定し、スイッチ１の制御動作を区別することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力と出力間のスイッチのオン抵抗を徐々に小さくしておく制御を行うスロースタート動作を設け、過電流検出信号と、フラグ出力を監視することにより、インラッシュ電流に対応可能するとともに、インラッシュ電流と、出力ショートなどの異常時とを判定し、動作を区別することができる、という効果を奏するものであり、その実用的価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例における動作シーケンスの一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例においてインラッシュ電流が流れた時の動作波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例において出力ショートなどの異常時の動作波形の一例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例の構成を示す図である。
【図６】本発明の他の実施例の動作波形の一例を示す図である。
【図７】従来の過電流検出機能を備えたスイッチの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  スイッチ
２、２Ａ  ゲート制御回路
３、３Ａ  過電流検出回路
４  Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換出力）
５  入力
６  出力
７  制御信号
８  フラグ
９  スロースタート信号
１０  過電流検出信号
１１  平滑用コンデンサ
１２  負荷
【図１】
0003563333.tif 000002
【図２】
0003563333.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003563333.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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