JP2006115594A - Malfunction preventing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は誤動作防止回路に関し、特にスイッチング電源制御回路の誤動作を防止する誤動作防止回路に関する。 The present invention relates to a malfunction prevention circuit, and more particularly to a malfunction prevention circuit for preventing malfunction of a switching power supply control circuit.
スイッチング電源装置は、商用電源または直流電源を入力とし、半導体の高速スイッチング作用を利用して高周波電力に変換したのち、制御・整流して所定の安定した直流を得る電源装置であり、小型・軽量で高効率を特徴としていることから、情報機器や通信機器などの電子機器の電源として使用されている。 A switching power supply is a power supply that uses a commercial power supply or a DC power supply as input, converts it to high-frequency power using the high-speed switching action of a semiconductor, and then controls and rectifies it to obtain a predetermined stable DC. Since it is characterized by high efficiency, it is used as a power source for electronic equipment such as information equipment and communication equipment.
このスイッチング電源装置を制御するスイッチング電源制御IC(以下単にICと略す場合もある。)において、電源電圧がある程度上昇しているが内部回路の信号が確定しないような状態のとき、ICによっては信号を出力し電源セットの誤動作、あるいは破壊を招く恐れがあった。 In a switching power supply control IC (hereinafter sometimes simply referred to as “IC”) that controls the switching power supply device, when the power supply voltage has risen to some extent but the signal of the internal circuit is not fixed, depending on the IC, May cause malfunction or destruction of the power supply set.
これを回避するために、現在のスイッチング電源制御ICは、ほとんどの場合、電源電圧が内部回路の信号が確定しないような低い電圧のときに、ICの動作を停止させる誤動作防止回路であるUVLO(Under Voltage LockOut)回路を内蔵している。 In order to avoid this, in most cases, the current switching power supply control ICs are UVLO (s) that are malfunction prevention circuits that stop the operation of the IC when the power supply voltage is low enough that the signal of the internal circuit is not fixed. Built-in Under Voltage LockOut circuit.
UVLO回路は、電源電圧との依存性がなく、IC内部の基準となる電圧と、電源電圧とを比較することで低電源電圧状態を検出し、低電源電圧状態のときは、UVLO回路の出力を反転させてICの動作を停止させる。 The UVLO circuit has no dependency on the power supply voltage and detects the low power supply voltage state by comparing the reference voltage inside the IC with the power supply voltage. In the low power supply voltage state, the output of the UVLO circuit Is reversed to stop the operation of the IC.
以下、従来の誤動作防止回路の例をいくつか説明する。
図4〜図7は、従来の誤動作防止回路の回路図である。
図4の誤動作防止回路20は、基準電圧と、監視対象となる電源電圧(以下監視電圧という。)とを比較する比較器21を有する。比較器21の正入力端子は、定電流源22を介して電源端子VCC及び、nチャネル型MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(以下NMOSと称する。)23を介して接地端子(以下GNDという。)に接続されている。NMOS23のゲートは、自身のドレインと接続されている。一方、負入力端子は、電源端子VCCとGND間に直列に接続した抵抗24、25、26のうち、抵抗24と抵抗25との間に接続されている。また、比較器21の出力端子は出力端子OUTと接続されるとともに、NMOS27のゲートに接続される。NMOS27のドレインは、抵抗25と抵抗26との間に接続され、ソースはGNDに接続されている。
Several examples of conventional malfunction prevention circuits will be described below.
4 to 7 are circuit diagrams of conventional malfunction prevention circuits.
The
このような誤動作防止回路20では、NMOS23の閾値を基準電圧とし、電源端子VCCからの電源電圧を抵抗24、25、26により抵抗分圧した電圧を監視電圧とし、これらを比較器21にて比較している。そして監視電圧が基準電圧以下の場合には、ICの誤動作を防止するためにハイレベルの誤動作防止信号を出力端子OUTより出力し、IC内における誤動作防止回路20以外の全ての回路、または一部を除いた回路の動作を停止させる。監視電圧が基準電圧を上回ると、ICの動作を開始させるために出力端子OUTからロウレベルの信号を出力する。誤動作防止回路20では、比較器21の負入力端子へ入力される抵抗24、25、26により分圧される電源電圧の分圧ポイントを変えることで、比較器21の出力が反転するときの閾値電圧(以下動作閾値電圧という。)を自由に設定できる。しかし、NMOS23の製造ばらつきによって動作閾値電圧もばらつく問題があった。
In such a
また、図5の誤動作防止回路30は、電源電圧を検出する部分と、比較する部分とをツェナーダイオード31、32によって代用した回路である。誤動作防止回路30において、ツェナーダイオード31のカソードは電源端子VCCに、アノードはツェナーダイオード32のカソードに接続している。ツェナーダイオード32のアノードは、抵抗33を介してGNDに接続している。また、ツェナーダイオード32のアノードは、NMOS34のゲートに接続している。NMOS34のドレインは抵抗35を介してpチャネル型MOSFET(以下PMOSと称する。)36のドレインと接続しており、NMOS34のソースはGNDに接続している。NMOS36は、NMOS37とともにカレントミラー回路を構成している。PMOS36のソースは電源端子VCCと、ゲートは自身のドレインと接続している。PMOS36のドレインは更にPMOS37のゲートと接続している。PMOS37は、ソースを電源端子VCCに、ドレインはNMOS38のドレインに接続されている。NMOS38のソースはGNDに、ゲートは、NMOS34のドレインと抵抗35の間に接続されている。PMOS37のドレインは、更にインバータ39を介して出力端子OUTに接続されている。また、インバータ39の出力は、PMOS40のゲートに入力されている。PMOS40のソースは電源端子VCCに、ドレインは、ツェナーダイオード31のアノードと、ツェナーダイオード32のカソードとの間に接続されている。
In addition, the
この誤動作防止回路30では、ツェナーダイオード31、32のブレークダウン電圧で基準となる電圧が決まり、抵抗33に印加される電圧(NMOS34のゲート電位)が監視電圧となる。
In this
このような誤動作防止回路30によれば、ツェナーダイオード31、32はブレークダウン電圧が印加されるまで電流を流さないので、ICのスタンバイ状態、すなわち電源電圧が低い状態で、誤動作防止回路30が働いて他の回路に停止信号が出力されているスタンバイ時でのICの消費電流(スタンバイ電流)の発生を防止することができる。また、製造ばらつきが比較的少ないツェナーダイオード31、32を用いていることから、誤動作防止回路30の動作閾値電圧のばらつきも抑えることができる。しかし、ツェナーダイオード31、32のデバイス特性を用いていることから、動作閾値電圧を段階的にしか設定できないという問題があった。
According to such a
図6の誤動作防止回路50は、基準電圧を入力する比較器51の正入力端子には、図4のNMOS23の代わりにIC内部に基準電圧発生回路52を用意し、その出力信号である基準電圧Vrefを入力する。比較器51の負入力端子は、図4と同様に、電源端子VCCとGND間に直列に接続した抵抗53、54、55のうち、抵抗53と抵抗54との間に接続されている。比較器51の出力端子は出力端子OUTと接続されるとともに、NMOS56のゲートに接続される。NMOS56のドレインは、抵抗54と抵抗55との間に接続され、ソースはGNDに接続されている。
In the
このような誤動作防止回路50では、基準電圧発生回路52による基準電圧Vrefを用いたため、動作閾値電圧のばらつきは抑えることができ、図4と同様に抵抗分圧により監視電圧を設定しているので、動作閾値電圧の設定自由度が高い。しかし、基準電圧発生回路52として、バンドギャップリファレンス回路など常時電流を消費する回路を使わざるを得ないために、スタンバイ電流が、例えば、数μA〜数百μA程度と、多くなる問題があった。また、基準電圧を発生する回路ブロックが必要になってくるため、回路規模の増大につながる問題もある。
In such a
また、例えば、特許文献1に開示されている図7の誤動作防止回路60は、比較器61の正入力端子には図6の基準電圧発生回路52に相当する基準電源62を接続している。また、電源端子VCCとGND間に直列に接続されたツェナーダイオード63、64、抵抗65、66を有している。ここで、ツェナーダイオード63のカソードは電源端子VCCに、アノードはツェナーダイオード64のカソードに接続している。ツェナーダイオード64のアノードは、抵抗65、66を介してGNDに接続している。比較器61の負入力端子は、この抵抗65、66の間に接続されている。また、比較器61の出力端子は出力端子OUTと接続されるとともに、PMOS67のゲートに接続される。PMOS67のドレインは電源端子VCCに接続され、ソースはツェナーダイオード63のアノードに接続されている。
For example, in the
このような誤動作防止回路60では、基準電圧が基準電源62から発生されているため、図6の誤動作防止回路50と同様に、動作閾値電圧のばらつきは抑えることができ、図4と同様に抵抗65、66の抵抗分圧により監視電圧を設定しているので、動作閾値電圧の設定自由度が高い。しかし、これも図6と同様に基準電源62により、スタンバイ電流が多くなる問題がある。
In such a
なお、上記では説明を省略したが、スイッチング電源制御ICの動作が開始すると消費電流が増加して電源電圧が下降して、動作閾値電圧を下回り、スイッチング動作が停止することを防止するために、図4〜図7の誤動作防止回路20、30、50、60において、NMOS27、56、PMOS40、67は、出力が反転することによってオンまたはオフして動作閾値電圧を切り替える。これにより、電源電圧上昇時の動作閾値電圧と、下降時の動作閾値電圧を異なるものとするヒステリシス特性を実現している。
上記のように、従来の誤動作防止回路は、動作閾値電圧精度、動作閾値電圧設定自由度及びスタンバイ電流のいずれかに問題があったので、電源電圧範囲、誤動作防止回路の動作閾値電圧及びばらつき許容範囲などを考慮しながら、スイッチング電源制御ICを搭載する電源セットの用途に応じて使い分けなければならなかった。 As described above, the conventional malfunction prevention circuit has a problem in any one of the operation threshold voltage accuracy, the operation threshold voltage setting freedom, and the standby current. Therefore, the power supply voltage range, the operation threshold voltage of the malfunction prevention circuit, and the variation tolerance Considering the range, etc., it was necessary to use properly according to the application of the power supply set equipped with the switching power supply control IC.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、動作閾値電圧精度がよく、動作閾値電圧設定自由度が高く、スタンバイ電流を抑制可能な誤動作防止回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a malfunction prevention circuit that has high operation threshold voltage accuracy, high operation threshold voltage setting flexibility, and can suppress standby current.
本発明では上記問題を解決するために、スイッチング電源制御回路の誤動作を防止する誤動作防止回路において、電源端子と接地端子間に直列に接続した複数の監視電圧生成用抵抗と、前記監視電圧生成用抵抗と並列に接続し、前記電源端子と前記接地端子間に直列に接続したツェナーダイオードと基準電圧生成用抵抗と、複数の前記監視電圧生成用抵抗により抵抗分圧した電源電圧を監視電圧とし、前記基準電圧生成用抵抗に印加される電圧を基準電圧とし、前記監視電圧と前記基準電圧とを比較して低電圧状態を検出し、前記低電圧状態の場合には前記スイッチング電源制御回路の誤動作を防止する誤動作防止信号を出力する比較器と、を有することを特徴とする誤動作防止回路が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, in a malfunction prevention circuit for preventing malfunction of the switching power supply control circuit, a plurality of monitoring voltage generating resistors connected in series between a power supply terminal and a ground terminal, and the monitoring voltage generating resistor Connected in parallel with a resistor, a Zener diode connected in series between the power supply terminal and the ground terminal, a resistance for generating a reference voltage, and a power supply voltage divided by a plurality of the monitoring voltage generating resistors as a monitoring voltage, The voltage applied to the reference voltage generating resistor is used as a reference voltage, the monitoring voltage is compared with the reference voltage to detect a low voltage state, and in the case of the low voltage state, the switching power supply control circuit malfunctions. And a comparator for outputting a malfunction prevention signal for preventing the malfunction.
上記の構成によれば、電源端子と接地端子間に直列に接続した複数の監視電圧生成用抵抗により抵抗分圧した電源電圧を監視電圧とし、監視電圧生成用抵抗と並列に接続し電源端子と接地端子間に直列に接続したツェナーダイオードと基準電圧生成用抵抗のうち基準電圧生成用抵抗に印加される電圧を基準電圧として、比較器は両者を比較して低電圧状態を検出し、低電圧状態の場合にはスイッチング電源制御回路の誤動作を防止する誤動作防止信号を出力する。 According to the above configuration, the power supply voltage divided by a plurality of monitoring voltage generating resistors connected in series between the power supply terminal and the ground terminal is used as the monitoring voltage, and connected in parallel with the monitoring voltage generating resistor. Of the Zener diode connected in series between the ground terminals and the reference voltage generating resistor, the voltage applied to the reference voltage generating resistor is used as a reference voltage, and the comparator compares the two to detect a low voltage state. In the state, a malfunction prevention signal for preventing malfunction of the switching power supply control circuit is output.
本発明は、複数の監視電圧生成用抵抗により抵抗分圧した電源電圧を監視電圧としているので、自由度が高く動作閾値電圧を設定できる。また、製造ばらつきの少ない素子であるツェナーダイオードを用いて基準電圧を生成しているので良い動作閾値電圧精度を得ることができる。また、基準電圧を発生する回路ブロックの必要がなく、複数の監視電圧生成用抵抗によりスタンバイ電流を抑制でき、回路規模の増大も招かない。 According to the present invention, the power supply voltage divided by a plurality of monitoring voltage generating resistors is used as the monitoring voltage, so that the operation threshold voltage can be set with a high degree of freedom. Further, since the reference voltage is generated using a Zener diode which is an element with little manufacturing variation, a good operation threshold voltage accuracy can be obtained. Further, there is no need for a circuit block for generating a reference voltage, and a standby current can be suppressed by a plurality of monitoring voltage generating resistors, so that the circuit scale does not increase.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態の誤動作防止回路の回路図である。
本実施の形態の誤動作防止回路10は、図示しないスイッチング電源制御ICの誤動作を防止するための回路であり、監視電圧と基準電圧とを比較する比較器11と、電源端子VCCとGND間に直列に接続した複数の監視電圧生成用の抵抗12、13、14と、抵抗12、13、14と並列に接続し、かつ電源端子VCCとGND間に直列に接続したツェナーダイオード15と抵抗16とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of a malfunction prevention circuit according to the present embodiment.
The
ここでは、比較器11の負入力端子は抵抗12と抵抗13との間に接続されており、抵抗分圧された電源電圧が監視電圧として入力される。また、正入力端子はツェナーダイオード15のアノードと抵抗16間に接続され、抵抗16に印加される電圧が基準電圧として入力される。比較器11は監視電圧と基準電圧を比較して低電圧状態を検出し、低電圧状態の場合には図示しないスイッチング電源制御ICの誤動作を防止する誤動作防止信号を出力する。具体的には、監視電圧と基準電圧が一致した電圧を動作閾値電圧とし、監視電圧が基準電圧よりも高い場合に、誤動作防止信号(ロウレベルの信号である)を出力する。
Here, the negative input terminal of the
誤動作防止回路10は、更にNMOS17を有している。NMOS17は、ゲートを比較器11の出力端子と接続し、ドレインを抵抗13と抵抗14の間に接続し、ソースをGNDと接続している。NMOS17は、比較器11の出力に応じて、監視電圧生成用の抵抗12、13、14による抵抗分圧比を切り替えることで、ヒステリシス特性を実現している。具体的には、電源電圧上昇時の閾値電圧を、下降時の閾値電圧より高くしている。
The
以下、本実施の形態の誤動作防止回路10の動作を説明する。
図2は、本実施の形態の誤動作防止回路の動作を示す図である。
縦軸が電圧、横軸が電源電圧(VCC電圧)である。
Hereinafter, the operation of the
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the malfunction prevention circuit according to the present embodiment.
The vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents power supply voltage (VCC voltage).
電源電圧と、比較器11の正入力端子の電圧(基準電圧)及び負入力端子の電圧(監視電圧)を示している。
電源電圧(直線A)の上昇時、比較器11の正入力である基準電圧(直線B)は、ツェナーダイオード15のブレークダウン電圧(ツェナー電圧と図示している)分立ち上がりがシフトして、電源電圧と同じ傾きで立ち上がる。これは、ブレークダウン電圧が印加された後、抵抗16に電流が流れ始め、基準電圧となる電圧が印加されるためである。一方、比較器11の負入力である監視電圧(直線C)は、抵抗12、13、14により抵抗分圧した電圧のため、0Vから電源電圧に応じて立ち上がり、その傾きは電源電圧の傾きよりも緩やかになる。
The power supply voltage, the voltage at the positive input terminal of the comparator 11 (reference voltage), and the voltage at the negative input terminal (monitoring voltage) are shown.
When the power supply voltage (straight line A) rises, the reference voltage (straight line B), which is the positive input of the
このように、正負両入力電圧は立ち上がり電圧及び直線の傾きが異なるために、あるポイントで交差することになる。そのポイントが電源電圧上昇時の動作閾値電圧となり、比較器11の出力が反転する。比較器11は、この動作閾値電圧に達する前、すなわち、監視電圧が基準電圧よりも高い場合には、低電圧状態であるとしてロウレベルの誤動作防止信号を出力端子OUTから図示しないスイッチング電源制御ICに出力する。これにより、図示しないスイッチング電源制御ICの、誤動作防止回路10以外の回路の全てまたは一部を除いた回路の動作が停止する。
Thus, the positive and negative input voltages intersect at a certain point because the rising voltage and the slope of the straight line are different. The point becomes the operation threshold voltage when the power supply voltage rises, and the output of the
電源電圧が上昇して動作閾値電圧に達すると、比較器11の出力は反転してハイレベルとなる。これにより、図示しないスイッチング電源制御ICの動作を開始させる。また、このときNMOS17がオンすることで、監視電圧を決めている電源電圧を抵抗分圧する抵抗分圧比が切り替わる。具体的には、抵抗13とNMOS17が直列に接続される。そのため、比較器11の負入力端子には、抵抗13とNMOS17に印加される電圧が監視電圧として入力される。そのため、図2のように監視電圧が下がり、その後は直線Dに従って変化するようになる。
When the power supply voltage rises and reaches the operation threshold voltage, the output of the
次に、電源電圧が下降すると、基準電圧は直線Bに従って下降し、監視電圧は直線Dに従って下降する。このとき直線Bと直線Dの傾きが異なるために、あるポイントで交差することになる。このポイントが電源電圧下降時の動作閾値電圧となり、比較器11の出力が反転し、誤動作防止信号であるロウレベルの信号が出力端子OUTから出力される。またこの際、NMOS17がオフすることから、監視電圧を決めている電源電圧の抵抗分圧比が切り替わる。具体的には抵抗13と抵抗14に印加される電圧が、監視電圧として比較器11の負入力端子に入力される。そのため、図2のように監視電圧が上がり、その後は直線Cに従って変化するようになる。このようなヒステリシス特性を持たせ、電源電圧上昇時の動作閾値電圧を、下降時の動作閾値電圧より高くしたことにより、図示しないスイッチング電源制御ICの動作開始時の消費電流の増加に伴う電源電圧の下降で、動作閾値電圧以下になり、すぐに誤動作防止信号が出力されないようにしている。
Next, when the power supply voltage decreases, the reference voltage decreases according to the straight line B, and the monitoring voltage decreases according to the straight line D. At this time, since the slopes of the straight line B and the straight line D are different, they intersect at a certain point. This point becomes the operation threshold voltage when the power supply voltage drops, the output of the
図3は、誤動作防止回路の各特性を示す図である。
ここでは、比較のため、本実施の形態の誤動作防止回路10の特性とともに、図4から図7で示した従来の誤動作防止回路の特性を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating each characteristic of the malfunction prevention circuit.
Here, for comparison, characteristics of the conventional malfunction prevention circuit shown in FIGS. 4 to 7 are shown together with characteristics of the
まず、動作閾値電圧精度については、図4で示した従来の誤動作防止回路20では、基準電圧を、NMOS23を用いて生成していたため±20%程度と精度が悪い。一方、本実施の形態の誤動作防止回路10では、基準電圧を、比較的製造ばらつきの少ない素子であるツェナーダイオード15を用いて生成しているので、±6%程度のよい精度が得られる。
First, regarding the operation threshold voltage accuracy, in the conventional
次に動作閾値電圧設定自由度であるが、図5で示した従来の誤動作防止回路30では、ツェナーダイオード31、32のデバイス特性を用いているために、段階的にしか動作閾値電圧を設定できない。一方、本実施の形態の誤動作防止回路10では、監視電圧を電源電圧から抵抗分圧によって生成するので動作閾値電圧を無段階に設定でき自由度が高い。
Next, regarding the operational threshold voltage setting degree of freedom, the conventional
最後にスタンバイ電流について説明する。図6、図7で示した従来の誤動作防止回路50、60では、基準電圧を発生させるためにバンドギャップリファレンス回路など常時電流を消費する回路を使わざるを得ないために、スタンバイ電流は、数μA〜数百μA程度と多くなる。また、基準電圧を発生する回路ブロックが必要になってくるため、回路規模の増大につながる問題もある。一方、本実施の形態の誤動作防止回路10では、基準電圧を発生する回路ブロックの必要がなく、抵抗12、13、14によりスタンバイ電流を抑制できるので、抵抗値を大きくすることで、数μA〜数十μA程度と、少なくできる。また、回路規模の増大も招かない。
Finally, the standby current will be described. In the conventional
以上のように、本実施の形態の誤動作防止回路10によれば、回路規模の増大を招くことなく、動作閾値電圧精度、動作閾値電圧設定自由度及びスタンバイ電流、いずれの項目を満足する特性を実現でき、従来のように、図4〜図7のような回路を、スイッチング電源制御ICを搭載する電源セットの用途に応じて使い分ける必要もなくすことができる。
As described above, according to the
10 誤動作防止回路
11 比較器
12、13、14、16 抵抗
15 ツェナーダイオード
17 NMOS
VCC 電源端子
GND 接地端子
OUT 出力端子
10
VCC Power supply terminal GND Ground terminal OUT Output terminal
Claims (3)
電源端子と接地端子間に直列に接続した複数の監視電圧生成用抵抗と、
前記監視電圧生成用抵抗と並列に接続し、前記電源端子と前記接地端子間に直列に接続したツェナーダイオードと基準電圧生成用抵抗と、
複数の前記監視電圧生成用抵抗により抵抗分圧した電源電圧を監視電圧とし、前記基準電圧生成用抵抗に印加される電圧を基準電圧とし、前記監視電圧と前記基準電圧とを比較して低電圧状態を検出し、前記低電圧状態の場合には前記スイッチング電源制御回路の誤動作を防止する誤動作防止信号を出力する比較器と、
を有することを特徴とする誤動作防止回路。 In the malfunction prevention circuit that prevents malfunction of the switching power supply control circuit,
A plurality of monitoring voltage generating resistors connected in series between the power supply terminal and the ground terminal;
A zener diode and a reference voltage generating resistor connected in parallel with the monitoring voltage generating resistor and connected in series between the power supply terminal and the ground terminal,
A power supply voltage divided by a plurality of monitoring voltage generating resistors is used as a monitoring voltage, a voltage applied to the reference voltage generating resistor is used as a reference voltage, and the monitoring voltage is compared with the reference voltage to obtain a low voltage. A comparator that detects a state and outputs a malfunction prevention signal that prevents malfunction of the switching power supply control circuit in the case of the low voltage state;
A malfunction prevention circuit comprising:
A field effect transistor that switches a resistance voltage dividing ratio by the monitoring voltage generating resistor according to the output of the comparator, and the threshold voltage when the power supply voltage is increased is higher than the threshold voltage when the power supply voltage is decreased The malfunction prevention circuit according to claim 2.
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