(57)【要約】      （修正有）【課題】過電流の調整を容易化し検出精度を向上する回路の提供。【解決手段】装置１０の電源断機能を有するＦＥＴ２４と、ＦＥＴ２４のソース・ドレイン間電圧をデジタル値に変換するアナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）２１と、過電流と判定する電流値をＦＥＴ２４に流した時のＦＥＴ２４の両端間の電位差を過電流電圧閾値として記憶する記憶回路２２と、Ａ／Ｄ２１から出力されるＦＥＴ２４のソース・ドレイン間電圧と記憶回路２２の過電流電圧閾値を比較し、過電流であるか否かを判定し判定結果に対応する電圧をＦＥＴ２４の制御端子に出力する比較器２３と、ＦＥＴ２４の一端と負荷回路１３の間に配設され、負荷回路１３と外部の測定機器とを切り替える機能を有し、通常動作時には、ＦＥＴ２４の一端を負荷回路１３に接続し、過電流電圧の閾値調整時には、ＦＥＴ２４の一端を外部測定機器と接続する切替スイッチ２５と外部テスト端子２６とを備えている。【選択図】図１
2006287399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電端子に一端が接続された半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子の他端を、負荷回路と外部端子のいずれか一方に接続する切替スイッチと、
前記半導体スイッチング素子の前記一端と前記他端の両端間の電圧を受け、記憶回路に記憶された過電流閾値と比較し、比較結果に対応したレベルの信号を、前記半導体スイッチング素子の制御端子に供給する比較手段と、
を備えている、ことを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
前記比較手段が、前記半導体スイッチング素子の前記両端間の電圧を受けデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路と、
前記アナログデジタル変換回路の出力と前記記憶回路に記憶された過電流閾値とを比較し、比較結果を２値信号として前記半導体スイッチング素子の制御端子に供給する比較回路と、
を備えている、ことを特徴とする請求項１記載の過電流保護回路。
【請求項３】
前記半導体スイッチング素子を実装した状態で、前記外部端子に接続された測定装置から、過電流と判定される電流値まで前記半導体スイッチング素子に電流を流し、その時の前記半導体スイッチング素子の両端間の電圧が、前記過電流閾値として、前記記憶回路に記憶される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の過電流保護回路。
【請求項４】
前記外部端子に接続された前記測定装置が、前記外部端子と前記給電端子間に接続され、前記半導体スイッチング素子に直流電流を供給する電源を含む、ことを特徴とする請求項３記載の過電流保護回路。
【請求項５】
前記外部端子に接続された前記測定装置が、前記外部端子と前記給電端子間に直列形態に接続された直流電源と電流計を含む、ことを特徴とする請求項３記載の過電流保護回路。
【請求項６】
前記半導体スイッチング素子がＦＥＴ（電界効果トランジスタ）よりなり、
前記半導体スイッチング素子の一端がＦＥＴのソースとドレインの一方よりなり、
前記半導体スイッチング素子の他端がＦＥＴのソースとドレインの他方よりなり、
前記半導体スイッチング素子の制御端子がＦＥＴのゲートよりなり、
前記アナログデジタル変換回路は、前記ＦＥＴのドレイン・ソース間電圧を受け、前記記憶回路に記憶された過電流閾値と比較し、比較結果に対応した電圧を、前記ＦＥＴのゲートに供給する、ことを特徴とする請求項２記載の過電流保護回路。
【請求項７】
前記過電流保護回路を備えた装置の複数の動作モードにそれぞれ対応する複数の過電流閾値が、前記記憶回路に記憶されており、
前記記憶回路から前記装置の動作モードに対応する過電流閾値を読み出して、前記比較手段に供給する手段を備えている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の過電流保護回路。
【請求項８】
前記過電流保護回路を備えた装置がバッテリで駆動される装置であり、
前記半導体スイッチング素子の一端が接続される前記給電端子が、前記バッテリの一端に接続される端子である、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過電流保護回路。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の過電流保護回路を備えた移動無線通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流保護回路に関し、特に、過電流閾値の調整等に好適な過電流保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの移動無線通信端末の過電流保護回路として、ヒューズを用いるか、あるいは、端末装置本体には組み込まずに、装着するバッテリ内に組み込む構成が多用されている。
【０００３】
ところで、近時の携帯電話機は、音声通話機能のほかに、例えばテレビ電話や高速データ通信等各種機能を備え、該機能に対応した動作モードが存在し、各動作モードによってその消費電流も、高低と幅広い値を示している。これは、無線回路（ＲＦ回路、変復調回路等）の消費電流とは別に、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）やＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）等の制御回路に割り当てられる消費電流が、動作モードの処理量や動作速度等に応じて増加している、ためである。
【０００４】
過電流保護回路は、過電流の電流値を、装置の最大消費電流よりも大きくする必要がある。携帯電話機においては、無線回路や制御回路の消費電流のばらつきを考慮すると、過電流としての電流値は、装置の最大消費電流に、所定のマージンをもたせて設定する必要がある。
【０００５】
一方、過電流保護回路が過電流と判定する精度にもばらつきが存在する。ヒューズの場合、ヒューズ切れしてはいけない電流値からヒューズ切れする電流値までに、幅があり、バッテリ内に組み込まれた過電流保護回路も、過電流と判定する電流値にばらつきを持っている。
【０００６】
この結果、過電流保護回路の過電流と判定する電流閾値は、装置の最大消費電流よりかなり大きな値になってしまう場合がある。この場合、装置の異常により、過電流が発生したとしても、過電流と判定できず、電源断できない装置が発生するという問題があった。
【０００７】
なお、特許文献１には、負荷のスイッチング素子個体差、温度差の激しいＭＯＳＦＥＴ（Field Effect Transistor）を使用する場合に、ＭＯＳＦＥＴ自身をシャント抵抗の代替として使用し駆動電流を監視する負荷駆動回路として、マイコンが負荷のスイッチング素子としてもＭＯＳＦＥＴの両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて駆動電流が過電流検知ラインを超えているか否かを監視し、あらかじめＥＰＲＯＭ等に記憶されたＭＯＳＦＥＴ自身の個体差の情報と温度センサで検知されたＭＯＳＦＥＴの温度情報に基づき過電流検知ラインを補正しながら監視を行う構成が開示されている。しかし、特許文献１の過電流保護回路においては、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をＭＯＳＦＥＴの出荷検査時に測定して、数段階の範囲にグループ分けし、その結果を、装置上の記憶回路に記憶させている。この場合、次のような問題がある。
【０００８】
ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗はゲート電圧に強く依存する。このため、出荷検査時における過電流保護回路のＭＯＳＦＥＴのゲート電圧と、装置を実際に使用するときの過電流保護回路のＭＯＳＦＥＴのゲート電圧とを全く同じにしなければならない。しかしながら、これは、装置の設計上、及び、装置の製造過程において、厳しく管理する必要があり、ばらつき等を考慮すると、実際的には困難である。
【０００９】
また、過電流保護回路のＭＯＳＦＥＴのオン抵抗をグループ分けした結果について、グループ毎に梱包する場合、精度向上のために、グループ分けの段階数を増やすと、装置の梱包作業等の管理が複雑化し、コスト増につながる、という問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２９０２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の過電流保護回路においては、過電流と判定する閾値（過電流閾値）のとり得る幅が大きく、その下限値を装置の最大消費電流より大きく設定すると、検出できる過電流が非常に高くなってしまうことがある。この場合、装置の異常により過電流が流れても、それを過電流として判定できず、装置を電源断する保護機能が働かない、という問題がある。
【００１２】
また上記特許文献１の構成の場合、過電流保護回路のＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を、ＭＯＳＦＥＴの出荷検査時に測定して、数段階の範囲にグループ分けし、その結果を、装置上の記憶回路に記憶させているが、装置設計上、及び装置製造過程において厳しく管理する必要があり、実現が困難であるほか、グループ毎に梱包する場合、精度向上のためにグループ分けの段階数を増やすと、装置の梱包の管理が複雑となり、コスト増につながる、という問題がある。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、過電流の検出精度を向上する装置を提供することにある。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成しながら、検査時等における、過電流閾値の調整を簡略化する装置を提供することもその目的としている。
【００１５】
さらに、本発明は、装置の動作に応じた過電流の検出を容易化する装置を提供することもその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願で開示される発明は、上記目的を達成するため、概略以下の構成とされる。
【００１７】
本発明においては、装置の電源断機能を有する半導体スイッチング素子を実装した状態で、例えば過電流と判定される電流値まで、半導体スイッチング素子に電流を流し、その時の半導体スイッチング素子の両端間の電位差を過電流電圧閾値として記憶することで、過電流の正確な判定を可能としている。
【００１８】
本発明の１つのアスペクトに係る過電流保護回路は、給電端子に一端が接続された半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子の他端を、負荷回路と外部端子のいずれか一方に接続する切替スイッチと、前記半導体スイッチング素子の前記一端と前記他端の両端間の電圧を受け、記憶回路に記憶された過電流閾値と比較し、比較結果に対応したレベルの信号を、前記半導体スイッチング素子の制御端子に供給する比較手段と、を備えている。
【００１９】
本発明においては、前記比較手段が、前記半導体スイッチング素子の前記両端間の電圧を受けデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路と、前記アナログデジタル変換回路の出力と前記記憶回路に記憶された過電流閾値とを比較し、比較結果を２値信号として前記半導体スイッチング素子の制御端子に供給する比較回路と、を備えている。
【００２０】
本発明においては、前記半導体スイッチング素子を実装した状態で、前記外部端子に接続された測定装置から、過電流と判定される電流値まで前記半導体スイッチング素子に電流を流し、その時の前記半導体スイッチング素子の両端間の電圧が、過電流電圧閾値として前記記憶回路に記憶される。
【００２１】
本発明においては、前記外部端子に接続された前記測定装置が、前記外部端子と前記給電端子間に直列形態に接続された直流電源と電流計とを含む。
【００２２】
本発明においては、前記過電流保護回路を備えた装置の複数の動作モードにそれぞれ対応する複数の過電流閾値が、前記記憶回路に記憶されており、前記記憶回路から前記装置の動作モードに対応する過電流閾値を読み出して、前記比較回路に供給する手段を備えている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、装置の電源断機能を有する半導体スイッチング素子を実装した状態で、過電流と判定される電流値まで半導体スイッチング素子に電流を流し、その時の半導体スイッチング素子の両端間の電圧を、過電流電圧閾値として記憶しており、過電流の正確な判定を可能としている。
【００２４】
また、本発明によれば、検査時等において、実使用時に対応した過電流電圧閾値の設定を可能とし、且つその調整工程を簡略化し、容易なものとしている。
【００２５】
さらに、本発明によれば、装置の動作モードに対応した過電流電圧閾値と、半導体スイッチング素子の両端間の電圧を比較することで、過電流の検出を容易化している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
上記した本発明についてさらに詳細に説述すべく添付図面を参照して以下に説明する。本発明の一実施形態は、装置１０の電源断機能を有し半導体スイッチング素子をなすＦＥＴ２４と、半導体スイッチング素子の両端の電位差をデジタル値に変換するアナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）２１と、過電流と判定する電流値を半導体スイッチング素子に流した時の半導体スイッチング素子の両端間の電位差を過電流電圧閾値として記憶する記憶回路２２と、Ａ／Ｄ２１から出力される半導体スイッチング素子の両端間の電位差と記憶回路２２の過電流電圧閾値を比較し、過電流であるか否かを判定し判定結果に対応する電圧を半導体スイッチング素子の制御端子に出力する比較器２３と、半導体スイッチング素子の一端と負荷回路１３の間に配設され、負荷回路１３と外部の測定機器とを切り替える機能を有し、通常動作時には、半導体スイッチング素子の一端を負荷回路１３に接続し、過電流電圧の閾値調整時には、半導体スイッチング素子の一端を外部測定機器と接続する切替スイッチ２５と、外部の測定機器と接続させるための端子としての外部テスト端子２６とを備えている。
【００２７】
半導体スイッチング素子の一端を実装し、且つ、半導体スイッチング素子の制御端子に実使用状態と同じ電圧を印加した状態において、切替スイッチ２５の接続を外部テスト端子２６側に設定し、外部測定機器から電圧を供給して半導体スイッチング素子に過電流と判定する電流値を流し、その時にＡ／Ｄ２１が出力する半導体スイッチング素子の両端間の電位差を過電流電圧閾値として決定し、記憶回路２２に記憶する。以下実施例に即して説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例としての過電流保護回路の構成を示す図である。特に制限されないが、本実施例において、装置１０は、バッテリで駆動される携帯電話機等の移動無線通信端末である。すなわち、電源としてバッテリ１を備え、バッテリ１から負荷回路１３に電力が供給される。バッテリ１と装置１０との接続においては、バッテリ１のプラス端子２と装置１０のプラス端子１１同士が接続され、バッテリ１のマイナス端子３と装置１０のマイナス端子１２同士が接続される。
【００２９】
負荷回路１３は、携帯無線端末の所定の機能を果たすために電力を消費する回路である。ＦＥＴ（Field Effect Transistor;電界効果トランジスタ）２４は、装置１０の異常により、過電流が流れた際、装置１０の電流を強制的に止める電源スイッチとしての機能を果たす素子である。
【００３０】
ＦＥＴ２４は、Ｎ型のＦＥＴ（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）よりなり、装置１０のマイナス端子１２と、切替スイッチ２５との間に配設され、ソースがマイナス端子１２に接続され、ドレインが、切替スイッチ２５の一端（固定端）に接続される。
【００３１】
切替スイッチ２５は、ＦＥＴ２４のドレインの接続先を、負荷回路１３または外部テスト端子２６のいずれかに切り替える。すなわち、切替スイッチ２５は、ＦＥＴ２４のドレインと負荷回路１３との間に配設されており、装置１０が通常使用される場合には、ＦＥＴ２４のドレインを負荷回路１３に接続し、テスト時（過電流電圧閾値の調整時）には、ＦＥＴ２４のドレインの接続先を外部テスト端子２６に切り替える。なお、切替スイッチ２５の切替は、マニュアルで設定する構成としてもよいし、あるいは、不図示のＣＰＵから切替制御信号を切替スイッチ２５に与える構成としてもよい。
【００３２】
アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）２１は、入力端子（アナログ入力）を、ＦＥＴ２４のドレイン、及びソースに接続し、ドレイン・ソース間電圧を入力して、デジタル値に変換する。かかる構成により、ＦＥＴ２４のオン抵抗による電圧降下（ドレイン・ソース間電圧）を測定することができる。
【００３３】
記憶回路２２には、予め、過電流と判定するための過電流電圧閾値が記憶設定される。
【００３４】
比較器２３は、Ａ／Ｄ２１で検出された、ＦＥＴ２４のドレイン・ソース間電圧の値（デジタル値）と、記憶回路２２から読み出された過電流電圧閾値とを比較し、Ａ／Ｄ２１からの電圧値が記憶回路２２の過電流電圧閾値を超えた場合に、過電流と判定し、出力信号として論理Ｌ（LOWレベル）を、ＦＥＴ２４のゲートに出力し、ＦＥＴ２４をオフさせる。
【００３５】
Ａ／Ｄ２１で検出された、ＦＥＴ２４のドレイン・ソース間電圧の値（デジタル値）が記憶回路２２の過電流電圧閾値よりも低い場合には、過電流は無いものと判定し、比較器２３は、出力信号として論理Ｈ（HIGHレベル）の固定電圧を出力し、ＦＥＴ２４をオン状態に保つ。
【００３６】
ＦＥＴ２４のオン抵抗は、同じ製品でもばらつきがあり、ＦＥＴ２４に印加されるゲート電圧によっても変化する。
【００３７】
比較器２３がＦＥＴ２４のゲートに出力する固定電圧も個々の比較器２３によりばらつきを生じる可能性がある。例えば、比較器２３がＦＥＴ２４のゲートに出力するHIGHレベル／LOWレベルの固定電圧にも、電源電圧、温度等の動作環境、製造プロセス等に依存して、ばらつきが生じる。
【００３８】
ＦＥＴ２４のオン抵抗、ゲート電圧のばらつきを考慮すると、ＦＥＴ２４と比較器２３を組み合わせた上で、各装置１０の過電流電圧閾値を決定する必要がある。
【００３９】
そこで、本実施例では、切替スイッチ２５と外部テスト端子２６とを設け、外部測定機器による調整を可能としている。
【００４０】
本実施例において、外部テスト端子２６は、過電流電圧閾値の調整時に、外部測定機器との接続を容易にできるように、好ましくは、装置１０の基板（不図示）の表面に配置される。
【００４１】
過電流電圧閾値の調整時には、切替スイッチ２５は、ＦＥＴ２４のドレインを、外部テスト端子２６に接続するように設定される。マイナス端子１２と、外部テスト端子２６間には、外部測定機器として、直流電源３１と電流計３２が直列に接続される。直流電源３１のプラス端子とマイナス端子は、外部テスト端子２６（ＦＥＴ２４のドレイン側）とマイナス端子１２（ＦＥＴ２４のソース側）にそれぞれ接続され、ＦＥＴ２４のドレインからソースに電流を流す。ＦＥＴ２４のゲートには、通常動作時に比較器２３が出力する論理Ｈの固定電圧を加え、ＦＥＴ２４のドレイン電流が過電流を示す値になった時のＡ／Ｄ２１の出力値を、記憶回路２２に過電流電圧閾値として記憶設定する。
【００４２】
これにより、ＦＥＴ２４は、実動作時に過電流が流れたのと同じ状態で調整することができる。特に制限されないが、過電流電圧閾値の調整時に、電流計３２の値が過電流値になった時に、検査担当者が装置１０の操作部（不図示）等からコマンドを入力することで、不図示のＣＰＵの制御のもと、ＦＥＴ２４のドレイン電流が過電流を示す値になった時のＡ／Ｄ２１のデジタル出力値を記憶回路２２に格納するようにしてもよい。なお、記憶回路２２は、装置１０の電源断の時（例えばバッテリを外した時）もデータを保持するプログラム（書き換え）可能な不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等を用いてもよい。
【００４３】
次に、本実施例の過電流保護回路の動作を説明する。
【００４４】
図１において、記憶回路２２に設定する過電流電圧閾値Ｖｔｈは次式にて決められる。
【００４５】
Ｖｔｈ＝Ｒｏｎ×Ｉｔｈ
ＲｏｎはＦＥＴ２４のオン抵抗、ＩｔｈはＦＥＴ２４のドレイン電流が過電流と判定される電流閾値である。
【００４６】
図２は、ＦＥＴ２４のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに対するドレイン電流Ｉｄの関係（Ｖ−Ｉ特性）を示すグラフである。ゲート電圧によってＦＥＴ２４のドレイン電流が変化する、つまり、ゲート電圧によって、オン抵抗Ｒｏｎが変化することが分かる。
【００４７】
過電流電圧閾値の調整時には、ＦＥＴ２４は実使用時と同じゲート電圧が比較器２３から与えられるので、オン抵抗Ｒｏｎは一意に決めることができる。ドレイン電流Ｉｔｈは、所定の過電流値になるように、調整時に設定される。したがって、過電流電圧閾値の調整工程において、装置１０の実使用時に、過電流と判定するための過電流電圧閾値を、正確に記憶回路２２に設定することができる。このため、装置１０の実使用時に、ＦＥＴ２４のドレイン電流が、記憶回路２２に記憶されている過電流電圧閾値に達した際の電流値が、過電流値に等しくなる。すなわち、過電流値を正確に設定することができる。
【００４８】
過電流電圧閾値は、装置１０の最大消費電流より大きくする必要があるが、本実施例においては、過電流保護回路自身が、過電流と判定する電流値に誤差がなくなる構成としたことにより、過電流電圧閾値を必要以上に大きな値にしてしまい過電流と判定できなくなってしまうという問題を解消している。装置１０の障害（故障）などの異常現象による過電流の発生時にも、適切に装置１０の電源断の制御が可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例においては、過電流電圧閾値の調整において、ＦＥＴ２４を実装した状態で、且つ、実使用時と同じゲート電圧を与えた条件下で、ＦＥＴ２４のドレイン電流を過電流判定値まで流し、その時のＦＥＴ２４のドレイン・ソース間電圧を、過電流電圧閾値として、記憶回路２２に記憶させる構成としたことにより、過電流を正確に判定することができるようになる。これにより、過電流電圧閾値を装置の最大消費電流からあまりマージンをもつ必要なく設定できるようになり、過電流発生時に装置の電源断を行う確率を高めることができる。
【００５０】
次に、本発明の別の実施例について説明する。図３は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である。本実施例は、図１に示した前記実施例の構成に、さらに、負荷回路１３のＣＰＵ１４が記憶回路２２に接続されている。ＣＰＵ１４は、装置１０の動作モード状態を認識しており、記憶回路２２に、その動作モードを通知する。
【００５１】
記憶回路２２は、各動作モードに対応する過電流電圧閾値を記憶しており、ＣＰＵ１４からの通知により、動作モードに対応する過電流電圧閾値が読み出される。
【００５２】
次に、本実施例の動作について説明する。なお、動作モードとは、携帯電話機等の移動体無線端末の場合、待受け時に受信のみ行っているときのモードや、音声通話モード、テレビ電話モード等である。各モードにより、装置１０の消費電流は異なる。例えば、待受け時には消費電流は少ないので過電流とする値も小さく設定することができる。過電流値を小さく設定することにより、装置が異常時に発生した余計な電流を容易に検出できるようになる。つまり、異常時の過電流が装置の最大消費電流以下の場合でも、過電流として検出することができるようになる。
【００５３】
各動作モードにおける消費電流は、設計値、もしくは複数台の装置の統計値から知ることができ、その値から各動作モードの過電流値を決める。そして、過電流電圧閾値の調整時に各動作モードに応じた過電流値によって調整し、それぞれの値を各動作モードの過電流電圧閾値として、記憶回路２２に記憶させる。
【００５４】
このように、本実施例によれば、装置１０の動作モードに応じて過電流電圧閾値を変更できるので、過電流をより、検出し易くすることができる。また、同じ理由により、過電流が装置の最大消費電流以下の場合にも検出することができる、という効果が得られる。
【００５５】
以上本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】ＦＥＴのゲートソース間電圧とドレイン電流のＶ−Ｉ特性を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  バッテリ
２  ＋端子
３  −端子
１０  装置
１１  ＋端子
１２  −端子
１３  負荷回路
１４  ＣＰＵ
２１  Ａ／Ｄ変換回路
２２  記憶回路
２３  比較器
２４  ＦＥＴ
２５  切替スイッチ
２６  外部テスト端子
３１  直流電源
３２  電流計
【図１】
2006287399.tif 000003
【図２】
2006287399.tif 000004
【図３】
2006287399.tif 000005