[發明專利]逆流防止電路以及電源切換裝置

有效

• 申請號: 201010128665.2
• 申請日: 2010-03-04
• 公開（公告）號: CN101826794A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 田淵仁之;永井富幸;川越治;花輪大佑
• 申請（專利權）人: 三美電機株式會社
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明涉及傳遞直流電壓的晶體管的逆流防止技術，并且還涉及選擇來自 從多個直流電源中的某一個直流電源的直流電壓來提供給負載的電源切換裝 置中的逆流防止技術，例如，涉及在選擇來自電池或AC適配器的直流電壓的 電源切換用IC(半導體集成電路)中使用的有效的技術。

背景技術

在游戲機或便攜音樂播放器等便攜電子設備的電源中廣泛使用電池。在該 便攜電子設備中，當電池余量減少時停止工作。因此，用戶有時不更換電池地 連接AC適配器繼續進行操作，但此時對于內部電路來說，代替來自電池的電 源電壓使用來自AC適配器的直流電壓進行工作，從穩定性的觀點出發是不希 望的。

因此，目前提供了一種具有選擇多個直流電源中的某一個直流電源的直流 電壓來提供給負載的功能的電源切換裝置。在該電源切換裝置中的切換開關 中，使用MOSFET(絕緣柵型場效應晶體管，以下稱為MOS晶體管)這樣的 晶體管。

在MOSFET中存在P溝道型和N溝道型，但是在電源切換裝置中，當把 N溝道MOSFET用作用于傳遞/切斷直流電壓的開關元件時，因為開關 MOSFET在導通狀態下，源極以及漏極的電位接近電源電壓的狀態下溝道導 通，所以當使柵極電壓不高于電源電壓時，導通電阻增大，損失增加，因此需 要設置電荷泵，存在電路規模相應增大的課題。

另一方面，在將P溝道MOSFET用作用于傳遞/切斷直流電壓的開關元件 時，因為可以通過對柵極端子施加接地電位來使溝道導通，所以不需要電荷泵， 但是由于P溝道MOSFET使空穴作為載流子，所以在相同尺寸的情況下，導 通電阻比使電子作為載流子的N溝道MOSFET大。因此，必須使用尺寸大的 元件，開關元件的占有面積變大，由此導致的芯片尺寸的增加量大于通過節省 電荷泵而引起的芯片尺寸的減小量，所以在總體考慮時也存在芯片尺寸增大的 課題。

此外，在將P溝道型MOSFET和N溝道型MOSFET中的某一種MOSFET 用作開關元件時，還需要花費工夫來防止在截止狀態的期間經由存在于源 極·漏極區域和基片之間的寄生二極管流過逆流。目前提出了以下的發明：在 作為傳遞/切斷用開關元件使用了P溝道MOSFET的電源裝置(穩壓器)中， 作為襯底偏置電壓對基片(阱區域)施加輸入電壓或輸出電壓中的較高的一方 的電壓，由此來防止反方向的電流(專利文獻1、專利文獻2)。

但是，專利文獻1以及2中記載的發明中的逆流防止技術都使用P溝道 MOSFET，通過作為襯底偏置電壓施加輸入電壓或輸出電壓中的較高的一方的 電壓，可以有效地防止逆流。本發明的發明人研究了作為電壓傳遞/切斷用開 關元件使用N溝道MOSFET時的逆流防止。

N溝道的MOSFET的基片為P溝道，所以當預先把源極與基片(背柵) 連接以便在截止狀態時不會經由寄生二極管從輸入端子向輸出端子流過電流 時，即使在輸出電壓高于輸入電壓時為截止狀態，也會像圖5(A)那樣，經 由寄生二極管流過逆流。因此，還考慮作為襯底偏置電壓施加輸入電壓或輸出 電壓中的較低的一方的電壓。

但是，為了對基片施加較低的一方的電壓，需要檢測輸入電壓或輸出電壓 哪一方較低的電路，在電源切換裝置中至少具有兩個開關MOSFET，所以必 須設置多個電壓檢測電路，電路規模增大。因此，考慮如圖5(B)那樣，對 N溝道MOSFET的基片始終施加電路中的電位最低的接地電位。

如此，如果對MOSFET的基片施加接地電位，則即使源極側或漏極側中 的任意一方的電位升高也不會流過逆流，因此還不需要切換電路。但是，在對 N溝道MOSFET的基片始終施加接地電位的情況下，可知存在以下課題：在 使FET導通時，閾值電壓由于襯底偏置效應而升高，導通電阻增加損失增大， 并且變得難以截止(延遲成為完全截止狀態)。

【專利文獻1】特開昭63-307510號公報

【專利文獻2】特開2004-280704號公報

發明內容

本發明是著眼于上述的課題而作出的，其目的在于，在作為輸入端子和輸 出端子之間設置的電壓傳遞/切斷用開關元件，使用了N溝道的MOSFET的電 源切換裝置中，即使輸出電壓高于輸入電壓也不會流過逆流，并且可以避免開 關元件的閾值電壓由于襯底偏置效應而升高，導通電阻增加損失增大。