(57)【要約】  本発明は、過電圧保護装置および方法を開示する。過電圧保護装置は、装置の入力端に接続された入力端とソフトスタートユニットの入力端に接続された出力端とを有し、装置の入力端における入力電圧がプリセット保護電圧を超過しているかどうかを決定して、決定の結果をソフトスタートユニットに送信するように構成される、決定ユニットと、決定ユニットの出力端と装置の入力端とに別々に接続された入力端と装置の出力端に接続された出力端とを有するソフトスタートユニットであって、入力電圧がプリセット保護電圧を超過せずプリセット遅延時間中安定したままであると決定ユニットが決定すると、ソフトスタートユニットは入力電圧を装置の出力端に供給し、さもなければ、ソフトスタートユニットは電圧信号を装置の出力端に供給しない、ソフトスタートユニットとを備える。
2015535678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電圧保護装置であって、
前記装置の入力端に接続された入力端とソフトスタートユニットの入力端に接続された出力端とを有し、前記装置の前記入力端における入力電圧がプリセット保護電圧を超過しているかどうかを決定して、前記決定の結果を前記ソフトスタートユニットに送信するように構成される、決定ユニットと、
前記ソフトスタートユニットであって、前記ソフトスタートユニットの入力端は前記決定ユニットの前記出力端と前記装置の前記入力端とに別々に接続され、前記ソフトスタートユニットの出力端は前記装置の出力端に接続され、前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過せずプリセット遅延時間中安定したままであると前記決定ユニットが決定すると、前記ソフトスタートユニットは前記入力電圧を前記装置の前記出力端に供給し、さもなければ、前記ソフトスタートユニットは電圧信号を前記装置の前記出力端に供給しない、ソフトスタートユニットとを備える、過電圧保護装置。
【請求項２】
前記決定ユニットは、
前記装置の前記入力端に接続されたソースと前記ソフトスタートユニットの前記入力端に接続されたドレインとを有する、第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのゲートに接続された正極とグランド端子に接続された負極とを有する、ツェナーダイオードと、
前記第1のトランジスタの前記ソースと前記ゲートとの間に接続された、第2の抵抗とを備え、
前記ソフトスタートユニットは、
前記装置の前記入力端に接続されたソースと前記第1のトランジスタの前記ドレインに接続されたゲートと前記装置の前記出力端に接続されたドレインとを有する、第2のトランジスタと、
前記第2のトランジスタの前記ゲートと前記グランド端子との間に接続された、第1の抵抗と、
前記第2のトランジスタの前記ソースと前記ゲートとの間に接続された、コンデンサとを備える、請求項1に記載の過電圧保護装置。
【請求項３】
前記第1のトランジスタは、前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過しない場合には不通となり、前記第2のトランジスタは、前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過せず、前記入力電圧が前記プリセット遅延時間中安定したままであると導通される、請求項2に記載の過電圧保護装置。
【請求項４】
前記第1のトランジスタは、前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過すると導通され、前記第2のトランジスタは、前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過すると不通となる、請求項2に記載の過電圧保護装置。
【請求項５】
前記プリセット保護電圧は、前記ツェナーダイオードのツェナー電圧と前記第1のトランジスタの閾値電圧との合計によって決まる、請求項2から4のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
【請求項６】
前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタはPMOSトランジスタである、請求項2から5のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
【請求項７】
入力電圧がプリセット保護電圧を超過したかどうかを決定するステップと、
前記入力電圧が前記プリセット保護電圧を超過せずプリセット遅延時間中安定したままであると、前記入力電圧を供給し、さもなければ、電圧信号を供給することをスキップするステップとを含む、過電圧保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、2012年12月3日に中国専利局に出願した、「OVERVOLTAGE PROTECTION APPARATUS AND METHOD」と題する、中国特許出願第201210508789.2の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、過電圧保護装置に関し、特に、高電圧電源が低電圧デバイスに誤って接続されることを回避する過電圧保護装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
既存の電子製品およびデバイスは、電力が供給されることになる製品またはデバイスと電源との間に外部電力アダプタを接続することによって、一般的に電力が供給される。しかしながら、業界に統一基準が存在しないため、様々な電圧が、大手製造業者によって提供されるデバイスに印加されることになる。このことは、消費者が異なる製造業者のアダプタをデバイスに誤って接続すると、デバイスは、アダプタの電圧がデバイスと一致しないことによりダメージを受け得る、具体的には、高電圧アダプタが低電圧デバイスに誤って接続されると、そのことが低電圧デバイスの発火を引き起こす過電圧の直接的な原因となり得るという問題を引き起こす。
【０００４】
高電圧アダプタが低電圧デバイスに誤って接続されることを回避するための既存の解決手法は、専用の保護コンポーネントを使用している。すなわち、ヒューズなどの過電圧保護用の専用チップをデバイスに使用している。しかしながら、ヒューズなどの過電圧保護用の既存の専用チップは、誤って電力が供給される問題を有している。すなわち、高電圧アダプタが接続されると、入力電圧が上昇する過程において、デバイスは一時的に電力が供給され、電源は入力電圧が設定保護値に達した場合にのみ切断される。したがって、電源が接続されるとデバイスは一時的に電力が供給されている状態になり、そのことが、ユーザエクスペリエンスに影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、正しく且つ安定した電源が接続されている場合にのみデバイスに電力が供給されることを保証し得る過電圧保護装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、装置の入力端に接続された入力端とソフトスタートユニットの入力端に接続された出力端とを有し、装置の入力端における入力電圧がプリセット保護電圧を超過しているかどうかを決定して、決定の結果をソフトスタートユニットに送信するように構成される、決定ユニットと、ソフトスタートユニットであって、ソフトスタートユニットの入力端は決定ユニットの出力端と装置の入力端とに別々に接続され、ソフトスタートユニットの出力端は装置の出力端に接続され、入力電圧がプリセット保護電圧を超過せずプリセット遅延時間中安定したままであると決定ユニットが決定すると、ソフトスタートユニットは入力電圧を装置の出力端に供給し、さもなければ、ソフトスタートユニットは電圧信号を装置の出力端に供給しない、ソフトスタートユニットとを備える、過電圧保護装置を提供する。
【０００７】
第1の態様に準拠している、第1の可能な実施形態において、決定ユニットは、装置の入力端に接続されたソースとソフトスタートユニットの入力端に接続されたドレインとを有する第1のトランジスタと、第1のトランジスタのゲートに接続された正極とグランド端子に接続された負極とを有するツェナーダイオードと、第1のトランジスタのソースとゲートとの間に接続された第2の抵抗とを備え、
ソフトスタートユニットは、装置の入力端に接続されたソースと第1のトランジスタのドレインに接続されたゲートと装置の出力端に接続されたドレインとを有する第2のトランジスタと、第2のトランジスタのゲートとグランド端子との間に接続された第1の抵抗と、第2のトランジスタのソースとゲートとの間に接続されたコンデンサとを備える。
【０００８】
第1の態様の第1の可能な実施形態に準拠している、第2の可能な実施形態において、第1のトランジスタは、入力電圧がプリセット保護電圧を超過しない場合には不通となり、第2のトランジスタは、入力電圧がプリセット保護電圧を超過せず、入力電圧がプリセット遅延時間中安定したままであると導通される。
【０００９】
第1の態様の第1の可能な実施形態に準拠している、第3の可能な実施形態において、第1のトランジスタは、入力電圧がプリセット保護電圧を超過すると導通され、第2のトランジスタは、入力電圧がプリセット保護電圧を超過すると不通となる。
【００１０】
第1の態様の第1の可能な実施形態、第2の可能な実施形態、または第3の可能な実施形態に準拠している、第4の可能な実施形態において、プリセット保護電圧は、ツェナーダイオードのツェナー電圧と第1のトランジスタの閾値電圧との合計によって決まる。
【００１１】
第1の態様の第1の可能な実施形態、第2の可能な実施形態、第3の可能な実施形態、または第4の可能な実施形態に準拠している、第5の可能な実施形態において、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、PMOSトランジスタである。
【００１２】
本発明の第2の態様は、過電圧保護方法であって、入力電圧がプリセット保護電圧を超過したかどうかを決定するステップと、入力電圧がプリセット保護電圧を超過せずプリセット遅延時間中安定したままであると、入力電圧を供給し、さもなければ、電圧信号を供給することをスキップするステップとを含む、過電圧保護方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって提供される装置および方法によれば、デバイスは、入力電圧がデバイスの許容電圧範囲を超過せず入力電圧が安定している場合にのみ、電力が供給され、高電圧電源によって低電圧デバイスに対して引き起こされるダメージを効果的に回避し得るとともに、電圧が上昇する過程において誤って電力が供給されることを効果的に回避し得る。その結果、一時的な接続と切断といった現象を回避している。
【００１４】
加えて、本発明は、設計を簡素化し、コストを低くし、高い実用性、および高い携帯性がある。
【００１５】
添付の図面を参照して例示的な実施形態の以下の詳細な説明によれば、本発明の他の特徴および態様が明確になろう。
【００１６】
本明細書に含まれ、本明細書の一部を形成し、本発明の例示的な実施形態、特徴および態様を本明細書とともに示す、添付の図面を、本発明の原理を説明するために使用する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による過電圧保護装置の構造図を示す図である。
【図２】本発明の実施形態による過電圧保護装置の動作プロセスのフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態による過電圧保護装置の構造図を示す図である。
【図４ａ】PMOSトランジスタの概略図を示す図である。
【図４ｂ】ツェナーダイオードの概略図を示す図である。
【図５ａ】図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の標準電力供給モードにおける動作可能なタイミング図を示す図である。
【図５ｂ】図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の標準電力供給モードにおける動作可能なタイミング図を示す図である。
【図６】図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の高電圧保護モードにおける動作可能なタイミング図を示す図である。
【図７】図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の突発性高電圧保護モードにおける動作可能なタイミング図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の様々な例示的な実施形態、特徴、および態様を、添付の図面を参照して詳細に記載する。添付の図面の類似の符号は、類似または同様の機能を有する要素を表す。実施形態の様々な態様を添付の図面に示しているが、特に定めのない限り、添付の図面は必ずしも誇張することなく記載されているわけではない。
【００１９】
ここで、「例示的」といった専用の単語は、例示、実施形態、または態様としての役割を果たすことを意味する。本明細書において「例示的」であるものとして記載している任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも優れたものまたは良いものとして説明されているわけではない。
【００２０】
加えて、本発明をより良く説明するために、様々な特定の詳細を以下の特定の実施形態に示している。本発明がこれら特定の詳細を用いず実施され得ることも、当業者は理解すべきである。いくつかの他の実施形態においては、周知の方法、手段、要素、および回路は、本発明の本旨を強調するために、詳細に記載はしていない。
【００２１】
図1は、本発明の実施形態による過電圧保護装置100の構造図を示している。本実施形態においては、過電圧保護装置は、決定ユニット101と、ソフトスタートユニット102とを備えている。
【００２２】
決定ユニット101は、第1の入力端Pin1と、第1の出力端Pout1とを備え、第1の入力端Pin1は、過電圧保護装置の入力端Pinと接続している。入力端Pinにおける入力電圧Vinが過電圧保護装置100の保護電圧Vpより大きい場合には、第1の入力端Pin1は、第1の出力端Pout1に接続される。入力端Pinにおける入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きくない場合には、第1の入力端Pin1は、第1の出力端Pout1から切断される。
【００２３】
ソフトスタートユニット102は、第2の入力端Pin2と、第3の入力端Pin3と、第2の出力端Pout2とを備え、第2の入力端Pin2は、過電圧保護装置の入力端Pinに電気的に接続され、第3の入力端Pin3は、第1の出力端Pout1に電気的に接続され、第2の出力端Pout2は、過電圧保護装置101の出力端Poutに電気的に接続されている。入力端Pinにおける入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きい場合には、すなわち、第1の入力端Pin1が第1の出力端Pout1に接続されている場合には、第2の入力端Pin2は、第2の出力端Pout2から切断される、すなわち、如何なる電気信号も過電圧保護装置101の出力端Poutに供給されない。入力端Pinにおける入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きくない場合には、すなわち、第1の入力端Pin1が第1の出力端Pout1から切断されている場合には、第2の入力端Pin2は、入力電圧Vinを過電圧保護装置100の出力端Poutに供給するために、入力電圧Vinがプリセット遅延時間の間安定した後に第2の出力端Pout2に接続される。
【００２４】
過電圧保護装置の入力端Pinは、外部アダプタと接続するように構成され、出力端Poutは、電力が供給されることになるデバイスと接続するように構成される。好ましくは、過電圧保護装置の保護電圧Vpは、過電圧保護装置に接続されたデバイスによって生み出され得る最高電源電圧である。
【００２５】
決定ユニット101は、入力電圧Vinが保護電圧Vpを超過しているかどうかを決定するように構成される。ソフトスタートユニット102は、一方では、アダプタの供給電圧が上昇する過程において誤って電力を供給することを回避するために、入力電圧Vinが保護電圧を超過せず保護電圧を超過する過電圧が遅延時間中に存在しない場合にのみ出力端における(すなわち、デバイスに対する)入力電圧を供給する。他方、入力電圧が保護電圧を超過した後は、ユニットは、電圧信号を出力端に供給することを即座に停止することによって過電圧保護を行い、電源電圧がある期間内常に保護電圧より低くなっている場合にのみ、再び電力供給のためにユニットが導通されることを保証している。遅延復帰は、危機的な高電圧フリッカによって引き起こされる電源オンおよびオフが繰り返されることを回避するのに役立つ。
【００２６】
図2は、本発明の実施形態による過電圧保護装置の動作プロセスのフローチャートを示している。
【００２７】
ステップS201においては、決定ユニットは、入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きいかどうかを決定する。はいの場合、動作プロセスは、ステップS202に進む。いいえの場合、動作プロセスは、ステップS203に進む。
【００２８】
ステップS202においては、過電圧保護装置は、電力が供給されることになるデバイスに電力を供給せず、動作プロセスは、ステップS201に戻る。
【００２９】
ステップS203においては、入力電圧Vinがプリセット遅延時間中安定している場合には、過電圧保護装置は、デバイスに電力を供給することを開始し、動作プロセスは、ステップS201に戻る。
【００３０】
図3は、本発明の別の実施形態による過電圧保護装置の構造図である。本実施形態においては、過電圧保護装置は、
過電圧保護装置の入力端Pinに接続されたソースを有する、第1のトランジスタQ1と、
過電圧保護装置の入力端Pinに接続されたソース、第1のトランジスタQ1のドレインに接続されたゲート、および過電圧保護装置の出力端Poutに接続されたドレインを有する、第2のトランジスタQ2と、
第1のトランジスタQ1のゲートに接続された正極とグランド端子に接続された負極とを有する、ツェナーダイオードD1と、
第2のトランジスタQ2のゲートとグランド端子との間に接続された、第1の抵抗R1と、
第1のトランジスタQ1のソースとゲートとの間に接続された、第2の抵抗R2と、
第2のトランジスタQ2のソースとゲートとの間に接続された、コンデンサC1とを備える。
【００３１】
第2の抵抗R2と、ツェナーダイオードD1と、第1のトランジスタQ1とが、前述の決定ユニット101を形成し、コンデンサC1と、第1の抵抗R1と、第2のトランジスタQ2とが、前述のソフトスタートユニット102を形成する。
【００３２】
図3に、PMOSトランジスタ(p型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)の記号を、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタ(Q1、Q2)を表すために使用しており、記載を簡略化するために、様々な例示的な実施形態および実施形態における過電圧保護装置の様々な動作モードを記載する例示としてPMOSトランジスタを以下では使用しているが、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタはPMOSトランジスタに限定されず、バイポーラトランジスタなどの別のタイプのトランジスタが使用され得ることを理解されたい。
【００３３】
実施形態についての過電圧保護装置の異なる動作モードを以下に説明する。理解を容易にするために、PMOSトランジスタおよびツェナーダイオードの基本動作原理をまず説明する。
【００３４】
図4aおよび図4bは、PMOSトランジスタおよびツェナーダイオードの概略図をそれぞれ示している。図4aのPMOSトランジスタについては、ソースSとゲートGとの間の電圧差がPMOSトランジスタの固有のターンオン電圧(閾値電圧)Vthより大きい場合に、ドレインDとソースSとが導通され、さもなければ、ドレインDとソースSとは不通となる。図4bのツェナーダイオードについては、正極と負極との間の電圧差がツェナーダイオードのツェナー電圧Vrefを超過し、ツェナーダイオードを流れる電流が最大貫通電流Imaxより小さい場合には、正極と負極との間の電圧差が、強制的にVrefに固定される。
【００３５】
標準電力供給モード
図5aおよび図5bは、標準電力供給モードにおける、図3に記載の過電圧保護装置の波形図を別々に示している。標準電力供給モードは、過電圧保護装置の入力電圧Vin(例えば、外部アダプタによって供給される電圧)が、低電圧から徐々に上昇して、電圧Vccで安定することを示している。ここで、電圧Vccは、デバイスが耐え得る最大許容電圧、すなわち、過電圧保護装置のプリセット保護電圧VPを超過しない。
【００３６】
図5aは、Vcc<Vrefの場合の標準電力供給モードにおける波形図を示している。図5aに示した時間t0において、アダプタは、実施形態に記載の過電圧保護装置に接続される。ここで、過電圧保護装置は、電力が供給されることになるデバイスに接続される。その後、時間t0から時間t1の期間において、過電圧保護装置の入力端における電圧Vinが、0からVccへと徐々に上昇する。
【００３７】
Vinが上昇している過程において(t0からt1の期間において)、ツェナーダイオードD1と第1のトランジスタQ1との双方は、Vcc<Vrefであるのため、不通状態にあり、電気回路のポイントBにおける電圧VBは、入力端における電圧Vinと同調して上昇する。同時に、コンデンサC1が存在しているため、電気回路のポイントAにおける電圧VAも、入力端における電圧Vinとともに0から上昇を開始する。しかしながら、その過程における第1の抵抗R1からコンデンサC1への放電により、ポイントAにおける電圧VAの上昇速度が、入力端における電圧Vinの上昇速度よりわずかに遅くなる。
【００３８】
時間t1から、入力端における電圧Vinは、Vccに達して安定したままとなり、この時、第1の抵抗R1は、コンデンサC1に継続的に放電して、ポイントAにおける電圧VAを降下させ始める。しかしながら、時間t1と時間t2との間において、ポイントAにおける電圧は、VA>Vcc-Vth2(Vth2は、第2のトランジスタQ2の閾値電圧である)を満たす。したがって、第2のトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧は、閾値電圧Vth2に達することはなく、第2のトランジスタQ2は、不通状態のままとなる。
【００３９】
時間t2において、ポイントAにおける電圧VAはVcc-Vth2に降下し、第2のトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧はVth2に達し、第2のトランジスタQ2が導通され、過電圧保護装置の入力端における電圧Vinが出力端に供給され、過電圧保護装置は、電力が供給されることになるデバイスに、通常通り電力を供給することを開始する。時間t2以降は、第1の抵抗R1は、ポイントAにおける電圧VAが0に降下するまで、コンデンサC1に継続的に放電する。
【００４０】
Vcc<Vrefの場合には、過電圧保護装置は標準電力供給モードとなり、アダプタが時間t0において過電圧保護装置に接続されると、出力端における電圧Voutは、時間t0から時間t2の期間中0のままとなり、入力電圧VinがVccに達して安定したままとなることを開始する時間t1を基準として時間T1の間遅延し、アダプタが接続される時間t0を基準として時間Tの間遅延している時間t2以降に、供給されることが前述の分析から理解されよう。コンデンサC1と第1の抵抗R1とによって形成される充放電回路は、ポイントAにおける電圧の変化率を制御する。すなわち、遅延時間T1と遅延時間Tとを決定する。
【００４１】
図5bは、Vref≦Vcc≦Vref+Vth1の場合の標準電力供給モードにおける波形図を示している。ここで、Vth1は、第1のトランジスタQ1の閾値電圧である。図5bに示した時間t0において、アダプタは、実施形態に記載の過電圧保護装置に接続される。その後、時間t0から時間t1の期間において、過電圧保護装置の入力端における電圧Vinが、0からVccへと徐々に上昇する。
【００４２】
Vref≦Vcc≦Vref+Vth1であるため、Vinが上昇している過程において、Vin<Vrefの場合(t0からt1の期間)には、ツェナーダイオードD1と第1のトランジスタQ1との双方は、不通状態にあり、電気回路のポイントBにおける電圧VBは、入力端における電圧Vinと同調して上昇する。同時に、コンデンサC1が存在しているため、電気回路のポイントAにおける電圧VAも、入力端における電圧Vinとともに0から上昇を開始する。しかしながら、その過程における第1の回路R1からコンデンサC1への放電により、ポイントAにおける電圧VAの上昇速度が、入力端における電圧Vinの上昇速度よりわずかに遅くなる。
【００４３】
時間t1において、入力端における電圧VinはVrefに達し、ツェナーダイオードD1は、時間t1からツェナー電圧Vrefのままとなることを開始する。しかしながら、Vin<Vcc≦Vref+Vth1であるため、第1のトランジスタQ1は、不通状態のままとなり、ポイントAにおける電圧VAは、Vinのレートより低いレートで継続的に上昇する。
【００４４】
時間t2において、入力端における電圧Vinは、Vccに達して安定したままとなり、第1の抵抗R1は、コンデンサC1に継続的に放電して、ポイントAにおける電圧VAを降下させ始める。しかしながら、時間t2と時間t3との間において、ポイントAにおける電圧は、VA>Vcc-Vth2を満たす。したがって、第2のトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧は、閾値電圧Vth2に達することはなく、第2のトランジスタQ2は、不通状態のままとなる。
【００４５】
時間t3において、ポイントAにおける電圧VAはVcc-Vth2以下に降下し、第2のトランジスタQ2のゲート・ソース間電圧はVth2に達し、第2のトランジスタQ2が導通され、過電圧保護装置の入力端における電圧Vinが出力端に供給され、過電圧保護装置はデバイスに通常通り電力を供給することを開始する。時間t3以降は、第1の抵抗R1は、ポイントAにおける電圧VAが0に降下するまで、コンデンサC1に継続的に放電する。
【００４６】
Vref≦Vcc≦Vref+Vth1の場合も、Vcc<Vrefの場合と同様に、過電圧保護装置が標準電力供給モードとなることが前述の分析から理解されよう。アダプタが時間t0において過電圧保護装置に接続されると、出力端における電圧Voutは、時間t0から時間t3の期間中0のままとなり、時間t3以降に供給される。時間t3は、入力端における電圧が安定する時間t2を基準として時間T2の間遅延し、アダプタが接続される時間t0を基準として時間Tの間遅延している。コンデンサC1と第1の抵抗R1とによって形成される充放電回路は、ポイントAにおける電圧の変化率を制御する。すなわち、遅延時間T2と遅延時間Tとを決定する。
【００４７】
実施形態における過電圧保護装置が、標準電力供給モードで動作する際には、Vcc≦Vref+Vth1の条件を満たさなければならないことが前述の分析から理解されよう。すなわち、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧Vrefと第1のトランジスタQ1の閾値電圧Vth1との合計が、電力が供給されることになるデバイス許容電圧を超過しないことを前提としているため、入力電圧が保護電圧Vref+Vth1より低い場合には第1のトランジスタは不通となり、入力電圧が安定状態に達して第1の遅延時間中安定状態のままである後に第2のトランジスタが導通されるようにツェナーダイオードD1と第1のトランジスタQ1とが適切に選択される。実施形態における過電圧保護装置のプリセット保護電圧Vpは、ツェナーダイオードD1のツェナー電圧Vrefと第1のトランジスタQ1の閾値電圧Vth1とによって決まる。
【００４８】
高電圧保護モード
図6は、過電圧保護装置が高電圧保護モードで動作する、図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の波形図を示している。高電圧保護モードは、過電圧保護装置の入力電圧Vin(例えば、外部アダプタによって供給される電圧)が、低電圧から徐々に上昇して、過電圧保護装置の保護電圧Vpより高い電圧Vddで、すなわち、Vdd>Vref+Vth1で安定することを示している。
【００４９】
図5bに示した通常のモードと比較して、高電圧保護モードはそれと異なり、時間t1において、入力電圧VinがツェナーダイオードD1のツェナー電圧Vrefまで上昇すると、ツェナーダイオードD1は、調整状態に遷移し、ポイントBにおける電圧VBは、Vrefで安定してこれ以上Vinとともに変化しない。その後、Vinが継続的に上昇して時間t2において保護電圧Vref+Vth1に達すると、第1のトランジスタQ1は、第1のトランジスタQ1のゲート・ソース間電圧がVth1に達することにより、導通され、入力電圧Vinが、入力電圧VinがVddに達して安定する時間t3までポイントAにおける電圧が入力電圧Vinと同調して上昇し続けるように、ポイントAに供給される。第2のトランジスタQ2のソース電圧およびゲート電圧が同一のままであるため、ゲート・ソース間電圧差は、第2のトランジスタの閾値電圧Vth2に達することができず、したがって、第2のトランジスタQ2は常に不通のままである。
【００５０】
入力電圧が過電圧保護装置の保護電圧より高くなると、第1のトランジスタQ1が導通され、第2のトランジスタQ2が不通となることが前述の分析から理解されよう。実施形態による過電圧保護装置は、入力電圧が過電圧保護装置の保護電圧Vref+Vth1を超過すると第2のトランジスタQ2が不通となることを保証し得る。その結果、入力電圧Vinが電力をデバイスに供給できなくなり、それによって高電圧保護の効果を実現している。
【００５１】
突発性高電圧保護モード
図7は、過電圧保護装置が突発性高電圧保護モードで動作する、図3に記載の実施形態による過電圧保護装置の波形図を示している。突発性高電圧保護モードは、通常の動作モードにおいて、入力電圧が保護電圧より高い高電圧まで突然上昇することを示している。
【００５２】
図7に示したように、時間t0から時間t1まで、入力電圧VinはVin≦Vref+Vth1を満たしているので、過電圧保護装置は、標準電力供給モードで動作し、出力電圧は、Vout=Vinを満たす。時間t1において、入力電圧VinがVref+Vth1より高い電圧まで突然上昇すると、過電圧保護装置が高電圧保護モードに即座に遷移する。すなわち、第1のトランジスタQ1が導通され、ポイントAにおける電圧VAがVinまで上昇して、第2のトランジスタQ2が不通となるようにして、出力電圧Voutが0となるようにする。時間t2において、入力電圧VinがVref+Vth1以下の許容範囲まで復帰すると、この場合には、第1のトランジスタQ1は不通となる。そして、第1の抵抗R1が放電すると、ポイントAにおける電圧は、時間t3まで徐々に降下する。ポイントAにおける電圧がVA<Vin-Vth2を満たしている場合には、第2のトランジスタQ2が導通され、過電圧保護装置は、通常の電力供給に復帰する。
【００５３】
入力電圧Vinが通常の動作モードにおいて保護電圧Vp(すなわち、Vref+Vth1)より高い電圧まで上昇すると、実施形態による過電圧保護装置は高電圧保護モードに即座に遷移して、デバイスへの電力供給を中断してデバイスがダメージを受けることを回避するために、第1のトランジスタを導通させ、第2のトランジスタを不通にし、入力電圧が許容(保護電圧を超過しない)範囲に復帰すると、第1のトランジスタが不通となり、過電圧保護装置が通常の動作モードに復帰するように、入力電圧が安定状態に達して遅延時間T3の間安定状態のままである後に、第2のトランジスタが導通されることが前述の分析から理解されよう。コンデンサC1と第1の抵抗R1とによって形成される充放電回路は、ポイントAにおける電圧の変化率を制御する。すなわち、遅延時間T3を決定する。
【００５４】
本発明は、過電圧保護装置の入力端が外部アダプタと接続されるように構成され、過電圧保護装置の出力端がデバイスの電源の入力端に接続されるように構成される、本発明の実施形態による過電圧保護装置を有するデバイスをさらに提供する。
【００５５】
例示的な本発明の実施形態を記載してきたが、本発明はこのことに限定されない。例えば、安定した基準電圧を提供し得るのであれば、ツェナーダイオードを、別のアクティブまたはパッシブ電圧レギュレータ回路または電圧レギュレータと置換してもよい。
【００５６】
前述の記載は、単なる特定の本発明の実施形態であり、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。本発明に開示の技術的範囲内において当業者によって容易に理解される任意の変形または置換は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲を前提とするものとする。しかしながら、本発明の実施形態は、このことに限定されない。例えば、安定した基準電圧を提供し得るのであれば、ツェナーダイオードを、別のアクティブまたはパッシブ電圧レギュレータ回路または電圧レギュレータと置換してもよい。
【００５７】
前述の記載は、単なる特定の本発明の実施形態であり、本発明の保護範囲を限定することを意図していない。本発明に開示の技術的範囲内において当業者によって容易に理解される任意の変形または置換は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲を前提とするものとする。
【符号の説明】
【００５８】
100  過電圧保護装置
101  決定ユニット
102  ソフトスタートユニット
【図１】
2015535678.tif 000003
【図２】
2015535678.tif 000004
【図３】
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【図４（ａ）】
2015535678.tif 000006
【図４（ｂ）】
2015535678.tif 000007
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月24日(2015.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
ソフトスタートユニット102は、第2の入力端Pin2と、第3の入力端Pin3と、第2の出力端Pout2とを備え、第2の入力端Pin2は、過電圧保護装置の入力端Pinに電気的に接続され、第3の入力端Pin3は、第1の出力端Pout1に電気的に接続され、第2の出力端Pout2は、過電圧保護装置100の出力端Poutに電気的に接続されている。入力端Pinにおける入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きい場合には、すなわち、第1の入力端Pin1が第1の出力端Pout1に接続されている場合には、第2の入力端Pin2は、第2の出力端Pout2から切断される、すなわち、如何なる電圧信号も過電圧保護装置100の出力端Poutに供給されない。入力端Pinにおける入力電圧Vinが保護電圧Vpより大きくない場合には、すなわち、第1の入力端Pin1が第1の出力端Pout1から切断されている場合には、第2の入力端Pin2は、入力電圧Vinを過電圧保護装置100の出力端Poutに供給するために、入力電圧Vinがプリセット遅延時間の間安定した後に第2の出力端Pout2に接続される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
Vref≦Vcc≦Vref+Vth1であるため、Vinが上昇している過程において、Vin<Vrefの場合(t0からt1の期間)には、ツェナーダイオードD1と第1のトランジスタQ1との双方は、不通状態にあり、電気回路のポイントBにおける電圧VBは、入力端における電圧Vinと同調して上昇する。同時に、コンデンサC1が存在しているため、電気回路のポイントAにおける電圧VAも、入力端における電圧Vinとともに0から上昇を開始する。しかしながら、その過程における第1の抵抗R1からコンデンサC1への放電により、ポイントAにおける電圧VAの上昇速度が、入力端における電圧Vinの上昇速度よりわずかに遅くなる。
【国際調査報告】
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