JP2005276034A - オンボード電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明はボード上に搭載された部品に異なる電圧の複数の電源を決められた順に生成して負荷に供給するオンボード電源装置に関し,簡単な構成により決められた順に確実に発生することができると共に残電荷を確実に放出することができることを目的とする。
【解決手段】1次電源を監視する電源監視部と,電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,予め決められた間隔を置いた各遅延時間毎に発生する複数の起動信号を発生する起動遅延制御部と,起動遅延制御部からの各起動信号の入力に応じて1次電源から決められた電圧の2次電源を生成する複数のオンボード電源回路とを備え,各オンボード電源回路から異なる時間に発生する2次電源を負荷に供給するよう構成する。
【選択図】図1
【解決手段】1次電源を監視する電源監視部と,電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,予め決められた間隔を置いた各遅延時間毎に発生する複数の起動信号を発生する起動遅延制御部と,起動遅延制御部からの各起動信号の入力に応じて1次電源から決められた電圧の2次電源を生成する複数のオンボード電源回路とを備え,各オンボード電源回路から異なる時間に発生する2次電源を負荷に供給するよう構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は,ボード上で必要とする電源をそのボードで生成するオンボード電源装置に関し,特に複数の電源電圧を必要とするオンボード電源装置に関する。
近年の一般的な通信装置または情報処理装置は,複数の電源電圧が必要な場合が多く,,使用するLSI等の各種の電子部品の動作を保証することや,部品の故障を防止するために複数の電源の起動(電源の出力)の順序付けや,時間関係に対する要求がある。
近年のオンボード電源装置では,ボード(プリント回路板等)上で複数の電源電圧が必要な場合に,複数の電圧が発生する順序を守らないことによるラッチアップ(MOSICに対する過電圧や過電流の入力タイミングにより,内部の電源とグランドとがショートして破壊される現象)や,動作順序が予め決められているFPGA(Field Programmable Gate Array)のようなLSI等の誤動作等を防ぐ必要がある。そのための従来の技術を図8により説明する。
図8は従来例の構成である(特許文献1参照)。図中,80と83は電源電圧が入力する際に過電圧や過電流を阻止する保護回路,81は1次電源の電圧を複数の2次電源の電圧値に変換する変圧機能部,82は立上り出力制御機能部である。
この従来例では,保護回路80を通った1次電源の電圧を変圧機能部81で複数の電圧値に変換してそれぞれの電源電圧として出力する。この例では,+5V,−5.2Vの2つの2次電源の電圧が発生し,出力された各電圧値の立上りのタイミングを立上り出力制御機能部82において,立上りが互いに異なるタイミングとなるよう制御し,各電圧の電源は保護回路83を介して出力される。
特開平7−175534号公報
上記従来例の構成では,変圧機能部81から発生する2つのオンボード電源として使用される出力電圧(+5Vと−5.2V)を操作してタイミングの制御をするが,それぞれ異なる電圧の電源の立上りを直接制御するには電力損失が生じて回路素子もそれに耐えるものを必要とする等の点で困難であり,回路によってはその損失分により電流値が抑えられる可能性があるという問題があった。
また,オンボード電源回路として,リモートコントロール端子(RC端子という)を備え,そのRC端子へのオン・オフ入力によりオンボード電源回路の出力電圧を制御する回路が広く用いられている。そのようなオンボード電源回路の起動特性は図9に示すようにばらつきがある。図9のA.〜C.には,条件が異なる3つの場合の回路とスイッチSWと出力電圧Voutの波形を示し,図中,OBPはオンボード電源回路,電源からの入力電圧が+Vin,−Vin,出力電圧がVout,スイッチがSWで表す。図9のA.はRC端子に制御信号がない場合に,スイッチSWをオンによる電源投入後,出力電圧Voutが起動するまでに遅延時間があり,オンボード電源回路OBPの回路の回路特性や負荷により15〜200msという範囲でばらつきが生じる。B.はスタンバイ状態での出力遅延であり,予め電源(入力電圧+Vin,−Vin)がオンボード電源回路OBPに入っているが,RC端子の制御が止められた状態で,スイッチSWをオンにすると電圧−VinがRC端子に入力されて,出力電圧Voutが比較的短時間の1〜4ms(OBPの品種により異なる)の範囲で発生する。C.はOBPの負荷に容量が含まれている場合の出力遅延の例で,B.と同様に入力電圧+Vin,−Vinが供給され,RC端子の制御が止められた状態で,スイッチSWをオンにすると,OBPの出力は負荷容量により立上りの遅延時間が0〜2msと変化する。
このように,オンボード電源回路の投入時には,起動遅延が生じる場合があり,特に図9のC.に示すように負荷に容量が含まれていると,電源を切った後で,再起動するとそれ以前までの給電により回路内に含まれた容量に蓄積された残電荷がある場合があり,その影響により電源の立上り時に誤動作や回路の破壊が発生する場合がある。特に,電源瞬断等の1次電源異常時の再起動時に回路内では全電圧が残った状態から電源再投入が行われると,負荷(LSIやFPGA等)入力電源は完全に0Vになる前の1Vとか2Vとかの中途半端な電圧から電源が再投入されることになり,この時には負荷(FPGA等)が再起動しないことや,回路が壊れるなどの問題がある。
図10は残電荷による影響の説明図である。この例は,A.に示すように1次電源Eの入力側に容量Ciが設けられ,この容量Ciへの入力電圧Viにより駆動されるOBP(オンボード電源回路)から負荷(LOAD)に出力電圧Voが供給され,LOADの入力側にも容量Coが設けられている。この構成において,図10のB.に示すように1次入力電圧Eが遮断した場合,容量Ciの存在によりすぐに0Vにならず,Ciの入力電圧ViはC.に示すように一定の時定数により徐々に低下する。この時の容量Ciの電荷は1次電源側の放電経路がダイオードDiの存在により形成できず,OBP内部への放電経路のみ形成される。この1次電源の瞬断時に,2次電源(OBPの出力)の出力電圧Voは,D.に示すようにさらに遅れて容量Coを含む回路の時定数により低下する。
本発明は上記したように,オンボード電源回路には起動時間にばらつきがあり,複数の異なる電圧を発生するにはオンボード電源回路複数個を一つのボード上に搭載する必要があるが,簡単な構成により予め決められた順に発生することができると共に残電荷をオンボード電源回路の電圧の1%以下に確実に放出できるオンボード電源装置を提供することを他の目的とする。
図1は本発明の第1の原理構成である。図中,10は電圧Vを発生する1次電源,11は1次電源10の電圧を監視する電源監視部,12は複数のタイマ機構を含む起動遅延制御部,13−1,13−2はそれぞれ起動遅延制御部12からの各起動信号12a,12bにより駆動されてそれぞれ2次電源の電圧V1,V2を出力する第1のオンボード電源回路(OBP1で表示)と第2のオンボード電源回路(OBP2で表示),15は負荷(LOADで表示)である。なお,この例では,オンボード電源回路(OBP)は2個設けられているが,3個以上設けてもよい。また,1次電源10と電源監視部11の間のスイッチ,保護回路,及びオンボード電源回路13−1,13−2と負荷15の間の保護回路は図示省略されており,以下の各構成(図2〜図8)についても同様である。
図2は本発明の第2の原理構成である。図中,10〜13−2,15の各符号は上記図1の同一符号と同じであり説明を省略する。14はオンボード電源回路13−1,13−2が給電動作状態から給電を停止した後に残留した電荷を放出する機能を備える残電荷放電部である。
図1の構成では,1次電源10の電圧Vが供給されると,電源監視部11において1次電源の発生を検出し,起動遅延制御部12を起動する。起動遅延制御部12は内蔵する複数の時間制御機能により,LOAD側の残電荷がオンボード電源回路の出力電圧の1%以下になるまでの放出時間を遅延させ,予め起動順序及び起動の間隔が決められた第1の起動信号12a,第2の起動信号12bを異なるタイミングで順番に発生する。第1と第2のオンボード電源回路13−1,13−2は第1の起動信号12a,第2の起動信号12bの発生に対応して,それぞれ2次電源の電圧V1,V2を発生し,負荷15に供給される。
図2の構成では,1次電源10の電圧Vが供給され,電源監視部11で1次電源10を検出することにより,起動遅延制御部12が起動する動作は上記図1と同じであるが,残電荷放電部14によりオンボード電源回路13−1,13−2が駆動状態から停止した時のオンボード電源回路13−1,13−2や負荷15の残電荷を確実に且つ急速に放電させることができる。この残電荷放電部14により放電を行うことにより,オンボード電源回路13−1,13−2が給電を停止した後の再起動した時の給電開始までの時間を,上記図1の構成に比べて短縮することができる。すなわち,図1の起動遅延制御部12からオンボード電源回路13−1,13−2を起動させる遅延時間より図2の起動遅延制御部12からの各オンボード電源回路の起動遅延時間の方が短くすることができる。
残電荷放電部14の残電荷の放電動作を確実に行うために,図2に点線11aで示すように起動遅延制御部12から残電荷放電部14を駆動する制御信号を供給し,1次電源が供給されていない状態のとき残電荷放電部14を駆動して放電動作を実行させ,負荷15及びオンボード電源回路の残電荷を放出させるよう構成することができる。
本発明によれば,次の(a) 〜(g) のような効果を奏する。
(a) 複数のオンボード電源回路(以下,OBPという)の出力を制御する場合に,OBPの性能を100%発揮させることができる。
(b) タイマの時間を設定することで,各OBPの電源停止時にOBP出力電圧が1%以下まで降下するまで再起動を待つことが可能となり,電源再起動時に残電荷による電源投入順序による破壊から負荷(LSI等のLOAD)を守ることができる。
(c) 複数のOBPを使用する回路において,まずOBPには電源を与えたスタンバイ状態にしておき,後から出力のタイミング制御を行うことで,OBP全部が起動完了するまでの時間差を最短にすることが可能となる。
(d) ユニット間で1次電源の監視電圧の閾値を違えることで,ユニット内部に限らずユニット間でのシーケンスを実現することが可能となる。
(e) 1段目のOBPの出力により2段目のOBPを起動するタイマを起動する構成にすることで,1段目のOBPと2段目のOBPの投入時間差を任意に設定できる。
(f) 残電荷放電の時間をタイマにより任意に設定可能となる。
(g) 残電荷放電回路を電源監視回路と組み合わせると大容量コンデンサがついていても短時間で残電荷を放電することができる。
以下の図3〜図5に示す実施例1〜実施例3の構成は上記図1に示す本発明の第1の原理構成に対応する。
図3は実施例1の構成を示し,A.は装置の構成,B.は各部のタイミング波形である。A.の構成において,10〜12,13−1,13−2及び15の各符号は上記図1,図2の同一符号の各部に対応し,10は電圧Vを発生する1次電源,11は1次電源10の電圧を監視する電源監視部,12は複数のタイマ機構を含む起動遅延制御部,13−1,13−2はそれぞれ2次電源である電圧V1,V2を出力する第1のオンボード電源回路(OBP1)と第2のオンボード電源回路(OBP2),15は負荷(LOAD)である。起動遅延制御部12の内部の120は第1のオンボード電源回路(OBP1)の起動時間を制御する第1のタイマ,121は第2のオンボード電源回路(OBP2)の起動時間を制御する第2のタイマである。また,図3において1次電源10の右側の各部はユニット(プリント回路板)に設けられており,以下の図4〜図7に示す実施例2〜実施例5についても同様である。
B.のタイミング波形を参照しながら動作を説明すると,電源監視部11により1次電源10の投入を検出すると,(1) に示すように電源監視部11の出力がハイレベル(オフを表示)からロウレベル(オンを表示)に降下し,この信号が起動遅延制御部12に入力すると第1のタイマ120と第2のタイマ121が起動する。この第1のタイマ120と第2のタイマ121のタイマ時間に必要な時間差を持たせると共に両タイマの時間に,残電荷を放電させるための時間を含む(2) 及び(4) に示すような長さに設定しておくことで,上記した2次電源の(OBP1とOBP2の出力電圧)残留電圧を完全に無くすことができる。第1のタイマ120と第2のタイマ121からの出力がハイレベルからロウレベルに降下すると,オンボード電源回路13−1と13−2が(3) と(5) に示すように起動して,それぞれ異なる電圧値である電圧Vout1と電圧Vout2が発生する。
図4は実施例2の構成を示し,Aは装置の構成,B.は各部タイミング波形である。A.に示す構成において,10,11,13−1,13−2及び15の各符号は上記図3の同一の各符号と同じであり説明を省略する。122は第1のタイマ,123はOBP1出力モニタ及び第2のタイマである。
この実施例2の構成による動作を図4のB.に示すタイミング波形を用いて説明すると,電源監視部11が1次電源10の投入を検出すると,(1) に示すようにハイレベルからロウレベルに降下すると, その信号により(2) に示すように第1のタイマ122が起動して,設定された遅延時間後(負荷15の残留電荷の放電時間を含む)に立下がり信号が発生して第1のオンボード電源回路(OBP1)と第2のオンボード電源回路(OBP2)に供給されるが,第2のオンボード電源回路(OBP2)はRC(リモートコントロール)端子に信号が供給されていないため起動しないので,第1のオンボード電源回路(OBP1)だけ駆動されて,(3) に示すように第1のオンボード電源回路(OBP1)の電圧V1が発生する。この電圧V1の出力が発生すると負荷15に入力すると共に,その電圧V1がOBP1出力モニタ及び第2のタイマを駆動し,この時点から設定された遅延時間後に図4のB.の(4) に示すように立下がり信号が発生し,その信号が第2のオンボード電源回路(OBP2)にRC端子に供給されることで,(5) に示すようにこの回路が駆動されて出力電圧V2が発生し負荷15に供給される。
この実施例2の構成によれば,第1のタイマ122により第1のオンボード電源回路(OBP1)が起動することで,OBP1出力モニタ及び第2のタイマ123が駆動するため,動作順序を確実になる。また,第1のタイマ122の時間を大きくとることで,2次電源の残留電圧を確実に無くすことができる。
図5は実施例3の構成を示し,A.は装置の構成,B.は各部タイミング波形である。A.に示す構成において,10,11,13−1,13−2及び15の各符号は上記図3の同一の各符号と同じであり説明を省略する。122は第1のタイマ,123はオンボード電源回路13−1(OBP1)の出力をモニタして駆動される第2のタイマ,125は第1のタイマ122の出力により起動される第3のタイマである。
この実施例3の動作をB.を用いて説明すると,電源監視部11が1次電源10の投入を検出し,(1) に示すようにハイレベルからロウレベルに降下することで,(2) に示すように第1のタイマ122が起動し,設定された遅延時間後に立下がり信号が発生すると(3) に示すように,第3のタイマ125が起動する。この第3のタイマ125の設定時間後に,第1のオンボード電源回路13−1が起動して,(4) に示す電圧Vout1を発生する。この電圧Vout1の発生により(5) に示すように第2のタイマ123が起動し,設定時間後に(6) に示すように第2のオンボード電源回路(OBP2)から電圧Vout2が発生する。
この実施例3の特徴は,第3のタイマ125により第1のオンボード電源回路(OBP1)の起動遅延ばらつき時間を吸収できるだけの十分な起動遅延時間を確保することで,第1のオンボード電源回路(OBP1)が起動してから,第2のオンボード電源回路(OBP2)が起動するまでの時間を最短にできる。これは,負荷としてFPGA等の多電源の入力電源において最初の電源入力から最後の電源が入るまでの時間が要求された場合に有効であり,この構成により,第1のオンボード電源回路(OBP1)起動から第2のオンボード電源回路(OBP2)起動までの時間を最短にできる。また,第1のタイマ122と第3のタイマ125のタイマ時間を大きくとることで上記問題とした2次電源の残留電圧を完全に無くすことができる。
以下の図6,図7に示す実施例4,実施例5の構成は,本発明の第2の原理構成(図2)に対応する。
図6は実施例4の構成であり,A.に全体構成を示し,B.は残電荷放電回路の構成例を示す。図6のA.に示す実施例4の構成は,上記図4に示す実施例2の構成に対して,残電荷放電回路14aをオンボード電源回路と負荷15の間に設けたものである。図中,10は電圧Vを発生する1次電源,11は電源監視部,122は第1のタイマ,123はOBP1出力モニタ及び第2のタイマ,13−1,13−2はそれぞれ電圧V1,V2を出力する第1のオンボード電源回路(OBP1)と第2のオンボード電源回路(OBP2),14aは上記図2に示す残電荷放電部14に対応する残電荷放電回路,15は負荷(LOAD)である。
図6のB.に残電荷放電回路14aの構成例を示す。この例は抵抗R0 により構成され,コンデンサCoは負荷15の入力コンデンサとオンボード電源回路の出力フィルタのコンデンサの容量を合わせたコンデンサを表し,電源が断になった時に,抵抗Roにより放電が行われる。この残電荷放電回路14aは,図6のA.に示す各オンボード電源回路OBP1とOBP2のそれぞれの出力端子と負荷15への各入力端子の間に設けられる。
図7は実施例5の構成である。図中の10,11,122,123,13−1,13−2及び15の各符号は上記図6の同一符号と同じであり説明を省略する。140と141は残電荷放電回路であり,この図では一方の残電荷放電回路140の内部構成だけを示すが,141も同様の構成を備え,残電荷放電回路140内のR1は残電荷放電用の抵抗,SW1は残電荷放電を行うか否かに切替えられるスイッチ,Co1,Co2は負荷15の入力コンデンサとオンボード電源回路の出力フィルタのコンデンサの容量を合わせたコンデンサを表す。
図7の構成において,オンボード電源回路(OBP1)13−1及びオンボード電源回路(OBP2)13−2による電圧V1,V2を発生する動作が停止した場合,各電源回路と負荷15の間の残電荷は,負荷の入力コンデンサとオンボード電源回路の出力フィルタを構成するコンデンサ(オンボード電源回路(OBP1)と負荷15の間のコンデンサはCoで表す)の容量により決まる。1次電源10がオフになると電源監視部11からの制御信号により残電荷放電回路140のスイッチSW1をオンに切替えられ,コンデンサの残電荷が抵抗R1を通って放電され,残電荷放電回路141でも同様の動作が行われる。この場合の放電時間は抵抗R1とコンデンサの容量により決まる。この残電荷放電回路140,141は電源監視部11により1次電源を検出すると,放電回路が開かれ(残電荷放電回路のスイッチがオフになる),オンボード電源回路(OBP1)13−1やオンボード電源回路(OBP2)13−2の電圧発生動作が開始される。
この実施例5によれば,1次電源が断になった後,短時間で残電荷放電を行えるため,再投入するまでの間隔を短くすることができる。
(付記1) プリント回路板上に搭載された部品に異なる電圧の複数の電源を決められた順に生成して負荷に供給するオンボード電源装置において,1次電源を監視する電源監視部と,前記電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,予め決められた間隔を置いた各遅延時間毎に発生する複数の起動信号を発生する起動遅延制御部と,前記起動遅延制御部からの各起動信号の入力に応じて前記1次電源から決められた電圧の2次電源を生成する複数のオンボード電源回路と,を備え,各オンボード電源回路から異なる時間に発生する2次電源を負荷に供給することを特徴とするオンボード電源装置。
(付記2) 付記1において,前記起動遅延制御部からの予め決められた間隔を置いて発生する各遅延時間毎に発生する複数の起動信号の各遅延時間には,前記各オンボード電源回路の動作が停止した時に,各オンボード電源回路及び前記負荷に含まれた容量の残留電荷が放電できる時間を含めて設定したことを特徴とするオンボード電源装置。
(付記3) 付記1において,前記起動遅延制御部は,起動すると予め設定された遅延時間になると起動信号を発生する複数のタイマにより構成することを特徴とするオンボード電源装置。
(付記4) プリント回路板上に搭載された部品に異なる電圧の複数の電源を決められた順に生成して負荷に供給するオンボード電源装置において,1次電源を監視する電源監視部と,前記電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,設定された遅延時間後に起動信号を発生する第1のタイマと,前記第1のタイマの起動信号により第1の電圧を発生する第1のオンボード電源回路と,前記第1のオンボード電源回路の出力を検出すると起動して設定された遅延時間後に起動信号を発生する第1のオンボード電源出力モニタ及び第2のタイマと,前記第1のオンボード電源出力モニタ及び第2のタイマからの起動信号の発生により第2の電圧を発生する第2のオンボード電源回路とを備えることを特徴とするオンボード電源装置。
(付記5) 付記1乃至4の何れかにおいて,前記第1のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間及び前記第2のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間にそれぞれ残電荷放電回路を設けたことを特徴とするオンボード電源装置。
(付記6) 付記1乃至4の何れかにおいて,前記第1のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間及び前記第2のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間に,それぞれ前記電源監視部からの検出信号により制御される残電荷放電回路を設け,前記残電荷放電回路は前記検出信号が電源の非検出状態の時に放電経路を形成することを特徴とするオンボード電源装置。
(付記7) 付記6に記載の残電荷放電回路は,前記各オンボード電源回路の出力端子と負荷の該電源の入力端子を接続する線路に接続する抵抗の端子とグランド端子の間をオン・オフするスイッチにより構成することを特徴とするオンボード電源装置。
10 1次電源
11 電源監視部
12 起動遅延制御部
12a 第1の起動信号
12b 第2の起動信号
13−1 第1のオンボード電源回路(OBP1)
13−2 第2のオンボード電源回路(OBP2)
15 負荷(LOAD)
11 電源監視部
12 起動遅延制御部
12a 第1の起動信号
12b 第2の起動信号
13−1 第1のオンボード電源回路(OBP1)
13−2 第2のオンボード電源回路(OBP2)
15 負荷(LOAD)
Claims (5)
- ボード上に搭載された部品に異なる電圧の複数の電源を決められた順に生成して負荷に供給するオンボード電源装置において,
1次電源を監視する電源監視部と,前記電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,予め決められた間隔を置いた各遅延時間毎に発生する複数の起動信号を発生する起動遅延制御部と,
前記起動遅延制御部からの各起動信号の入力に応じて前記1次電源から決められた電圧の2次電源を生成する複数のオンボード電源回路と,
を備え,各オンボード電源回路から異なる時間に発生する2次電源を負荷に供給することを特徴とするオンボード電源装置。 - 請求項1において,
前記起動遅延制御部は,起動すると予め設定された遅延時間になる起動信号を発生する複数のタイマにより構成することを特徴とするオンボード電源装置。 - ボード上に搭載された部品に異なる電圧の複数の電源を決められた順に生成して負荷に供給するオンボード電源装置において,
1次電源を監視する電源監視部と,前記電源監視部による1次電源の発生を検出することにより起動して,設定された遅延時間後に起動信号を発生する第1のタイマと,
前記第1のタイマの起動信号により第1の電圧を発生する第1のオンボード電源回路と,
前記第1のオンボード電源回路の出力を検出すると起動して設定された遅延時間後に起動信号を発生する第1のオンボード電源出力モニタ及び第2のタイマと,
前記第1のオンボード電源出力モニタ及び第2のタイマからの起動信号の発生により第2の電圧を発生する第2のオンボード電源回路とを備えることを特徴とするオンボード電源装置。 - 請求項1乃至3の何れかにおいて,
前記第1のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間及び前記第2のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間にそれぞれ残電荷放電回路を設けたことを特徴とするオンボード電源装置。 - 請求項1乃至3の何れかにおいて,
前記第1のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間及び前記第2のオンボード電源回路の出力端子と負荷の当該電源の入力端子の間に,それぞれ前記電源監視部からの検出信号により制御される残電荷放電回路を設け,
前記残電荷放電回路は前記検出信号が電源の非検出状態の時に放電経路を形成することを特徴とするオンボード電源装置。
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