JP2007193458A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ接続時等において出力コンデンサを急速充電可能で低暗電流を実現でき、かつ、出力短絡時の過熱保護も可能な電源回路を提供する。
【解決手段】電源回路がバッテリ５に接続されると、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。一方、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の充電特性によりＭ１のゲート−ソース間電圧電位差が閾値電圧を下回ると、Ｍ１がオフされる。これにより、Ｍ１がオンしている間に出力コンデンサ２の充電を完了しておけば、Ｍ１がオフした後に出力が短絡しても殆ど電流が流れず、抵抗Ｒ２で決まる小電流のみであるので、クランプ回路３の許容損失を超えることはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、カーオーディオに用いられるマイコン用電源等の電源回路に関する。

カーオーディオ等に用いられるマイコン用電源は、従来、図１９に示すように、バッテリ２１から電圧が供給される電源回路２２によりマイコン２３やＥＥＰＲＯＭ２４に電圧を供給するものであり、電源出力に大容量の出力コンデンサ２５を備えている。マイコン２３は電源回路２２からの電力を受けて動作するものであり、後段のスピーカ等に対し、オーディオ信号の出力を制御する制御機構を有している。
このように電源出力に大容量のコンデンサを接続するのは、オーディオ起動中にバッテリ、もしくはカーオーディオのバッテリ配線が遮断した場合に、一定時間電源をバックアップして、様々な情報をメモリに退避させるのに時間が必要なためである。

一方、バッテリの接続時、または、カーオーディオのバッテリ端子をバッテリ配線に接続した際にマイコン用電源を立ち上げるが、マイコンには電源立上がりスピードが規格として規定されており、その規定速度以上で電源を立ち上げる必要があり、それを満足させるには相当の電流を供給できる電源回路が必要になる。

上記のように、カーオーディオ等に用いられるマイコン用電源としては充分な電流吐き出し能力を有する電源回路が必要になるので、通常、電源からの電力を調整して一定の電圧・電流を出力するレギュレータが使用されているが、この場合以下のような問題が発生する。
（１）シリーズレギュレータは大電流を供給できるが、車載機器は発電機が発するサージ電圧のような大電圧に耐える必要があるため、高耐圧レギュレータが必要となり、マイコン／スタンバイ状態（低負荷時）での消費電流が多くなるので、バッテリ消費が増えてしまう。
（２）スイッチングレギュレータは一般的に消費電流が多く、最近では消費電流の少ないものも発売されているが、いずれにしても価格が高いため、製品コストが高くなってしまう。

このため、図２０に示すように、低耐圧のレギュレータ３１の前に高電圧を制限するクランプ回路３２を設けることが考えられ、このようにすると、サージ電圧が発生して高電圧が入力した場合には、ツェナーダイオードＺＤが導通し、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ）がオフ状態となるので、高耐圧特性を得ることができるとともに、消費電流の低減を図ることができる。
しかしながら、もし仮に出力端子が地絡する等の出力短絡状態でバッテリに接続した場合、バッテリから大電流が流れることによりシリーズレギュレータの電流制限で決まる電流が流れ続け、許容損失オーバーによりクランプ回路やシリーズレギュレータに破壊、焼損等が発生するので、出力短絡時の過熱保護が図れず、フェールセーフ的に望ましくないという問題が生じる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、バッテリ接続時等において出力コンデンサを急速充電可能で低暗電流を実現でき、かつ、出力短絡時の過熱保護も可能な電源回路を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る電源回路（１）は、
電源からの電力を調整するレギュレータを備え、出力端子にコンデンサが接続された電源回路であって、
上記レギュレータと電源との間に、電源からの電圧を制限する電圧クランプ手段及び電源投入時に一定期間電源からの電流を導通させて上記コンデンサを充電させるとともに、当該一定期間後に上記電流を制限する導通手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る電源回路（２）は、
電源からの電力を調整するレギュレータを備え、出力端子にコンデンサが接続された電源回路であって、
上記レギュレータと電源との間に、電源投入時に一定期間電源からの電流を導通させて上記コンデンサを充電させるとともに、当該一定期間後に上記電流を制限する導通手段を設けたことを特徴とする。

さらに、本発明に係る電源回路（３）は、電源回路（１）または（２）において、
出力電圧が所定電圧以上に上昇したとき、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする。

また、本発明に係る電源回路（４）は、電源回路（１）または（２）において、
出力への供給電流が設定電流以下に低下したとき、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電源回路（５）は、電源回路（１）または（２）において、
マイコンへのリセット信号により、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とし、
本発明に係る電源回路（６）は、電源回路（１）または（２）において、
マイコンからの制御信号により、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする。

また、本発明に係る電源回路（７）は、電源回路（１）または（２）において、
当該電源回路が外部信号により電源起動するものであって、上記外部信号により上記導通手段が再度導通状態にされることを特徴とし、
本発明に係る電源回路（８）は、電源回路（１）または（２）において、
マイコンが制御する他の電源の起動が検知されたとき、上記導通手段が再度導通状態にされることを特徴とする。

さらに、本発明に係る電源回路（９）は、電源回路（１）または（２）において、
上記導通手段が定期的に再度導通状態にされることを特徴とし、
本発明に係る電源回路（１０）は、電源回路（１）または（２）において、
出力電圧が所定電圧以下のとき、上記導通手段が定期的に再度導通状態にされることを特徴とする。

また、本発明に係る電源回路（１１）は、電源回路（１）または（２）において、
出力電圧が設定電圧範囲内にあるとき、上記導通回路が定期的に再度導通状態にされることを特徴とする。

本発明に係る電源回路（１）、（２）によれば、レギュレータと電源との間に電源投入時に一定期間電源からの電流を導通することによりコンデンサを急速充電させる導通手段が設けられ、電源投入後一定時間が経過すると、この導通手段が非導通となるので、電源からの電流を制限することができ、出力が地絡（ＧＮＤショート）等により過電流状態になった場合でも、大電流が流れ続けることがなく、電源回路を保護することができる。

また、本発明に係る電源回路（３）、（４）によれば、出力電圧が設定値以上に上昇したとき、または、出力への供給電流が設定電流以下に低下したとき、導通手段の導通が遮断されるので、必要最小限の導通のみを行うことができ、バッテリ電圧変動時の誤導通や、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。

さらに、本発明に係る電源回路（５）、（６）によれば、マイコンへのリセット信号、または、マイコンからの制御信号により導通手段の導通が遮断されるので、同様に、必要最小限の導通のみを行うことができ、バッテリ電圧変動時の誤導通や、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。

また、本発明に係る電源回路（７）によれば、入力電源が常時印加され、外部信号にて電源起動する電源システムにおいて、電源オン時に、外部制御信号により導通手段を導通状態にすることができるので、電源システムの高速電源起動が可能となる。

さらに、カーオーディオ等の場合、システム起動により多岐に渡る高効率電源が起動するため、マイコン起動時にはシリーズレギュレータが飽和しない程度の低電圧電源からマイコンに電源を供給する構成が可能であるが、マイコン起動から低電圧電源の起動まではマイコンへの電源供給が行えない。しかしながら、本発明に係る電源回路（８）によれば、マイコンが制御する他の電源の起動が検知されたとき、導通手段が再度導通状態にされるので、一定時間バッテリから必要な電源供給を行うことができ、カーオーディオ等のシステム電源において、低消費電流、低コストを実現することができる。

また、本発明に係る電源回路（９）〜（１１）によれば、例えば、出力電圧が所定電圧以下のとき、または、出力電圧が設定電圧範囲内にあるとき、定期的に導通手段が再導通されるので、出力電圧が設定電圧以下の場合、短絡状態が回復した際の再起動を行うことができ、また、出力電圧が設定電圧範囲内にあるとき、導通手段を再導通させることにより、出力電圧が著しく低くなった場合には、導通手段が再導通されなくなるので、不要な再導通を防止することができる。

以下、本発明の電源回路の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の電源回路の実施例の回路構成を示す図であり、図に示すように、この電源回路は、シリーズレギュレータ１と、シリーズレギュレータ１の前段に設けられたクランプ回路３、タイマ導通回路４によって構成され、暗電流を低減するために低耐圧のシリーズレギュレータ１を用いるとともに、耐圧を超えないように、このシリーズレギュレータ１の前段にクランプ回路３を設けている。この電源回路はＩＣとして構成され、シリーズレギュレータ１の出力側には大容量の出力コンデンサ２が接続されている。
なお、この出力コンデンサ２の出力側には、更に、マイコン等の制御手段が接続されており、電源回路、出力コンデンサ及び制御手段により、オーディオ等の制御装置が構成される。

また、出力の地絡（ＧＮＤショート）等により過電流状態になった場合に備え、シリーズレギュレータ１やクランプ回路３を保護するために、電源投入時に一定時間導通するタイマ導通回路４を設けている。このタイマ導通回路４は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ１、Ｒ２により構成されている。

このタイマ導通回路４のバッテリ接続時の動作を図２、図３により説明する。
この電源回路がバッテリ５に接続されると、図３に示すように、電源回路の入力電圧が急激に立ち上がり、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のゲート−ソース間電圧電位差（ＶGS）が広がり、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンする。
一方、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の充電特性により、図３に示すように、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のＶGSが次第に小さくなり、閾値電圧（ＶTH）を下回ると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフされる。なお、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフした場合でも、出力負荷が消費する電流分だけは抵抗Ｒ２により供給される。

以上のように、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンしている間に出力コンデンサ２の充電を完了しておけば、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフした後に出力が短絡しても殆ど電流が流れず、抵抗Ｒ２で決まる小電流のみであるので、クランプ回路３の許容損失を超えることはない。
なお、出力短絡状態でバッテリに接続した場合は、一定期間ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンしてしまうため、後段のシリーズレギュレータ１の電流制限で決まる電流が一定期間流れるが、一定時間後には抵抗Ｒ２で決まる電流のみが流れるようになるため、許容損失オーバーにより破壊、焼損等が発生することはない。

上記の実施例では、シリーズレギュレータ１の前段にクランプ回路、タイマ導通回路を設けた例について説明したが、図４に示すように、高耐圧かつ、過熱保護のない、または、電流制限機能が備わっていないシリーズレギュレータ６を用いる場合には、クランプ回路を設けず、タイマ導通回路４を設けるだけで、電流保護を図ることが可能となる。

また、タイマ導通回路４の導通時間は、出力コンデンサの容量やシリーズレギュレータの電流制限値に応じた出力コンデンサの充電時間に応じて抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の定数、数量で調整することができ、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のオフ時に供給する電流は、マイコンやその他接続される負荷の電流に応じて抵抗Ｒ２の抵抗値を変更することにより、調整することが可能である。

さらに、図５に示すように、コンデンサＣ１への充電をＰＮＰトランジスタＱ１のベース電流で行うこともでき、このようにすれば、バッテリ５の電圧をＶo、ＰＮＰトランジスタＱ１の直流電流増幅率をｈFEとすると、コンデンサＣ１への充電電流Iは、I＝Ｖo／ｈFE・Ｒ１となって減少するので、長い導通時間を要する場合でも、タイマ用コンデンサＣ１の容量を小さくすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。
なお、抵抗Ｒ３は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）の閾値電圧（ＶTH）より、ＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタ−ベース間電圧（ＶBE）が小さい場合には不要であるが、そうでない場合は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）を一定時間後に確実にオフさせるために必要となる。

また、タイマ導通回路４のスイッチングに用いるＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）に代えて、図６に示すように安価なＰＮＰトランジスタＱ２を用いることもできる。
このようにＰＮＰトランジスタＱ２を用いた場合、ＰＮＰトランジスタＱ２にベース電流が流れるため、図１の構成ではコンデンサの充電電流が増え、タイマ時間が短くなるので、図６に示すように、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）のオン時間をコンデンサＣ１、抵抗Ｒ５で決め、このＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）によってＰＮＰトランジスタＱ２を制御するようにしている。

上記の実施例では、タイマ導通回路をバッテリ接続時に一定時間導通するようにしたが、バッテリ電圧の変動（電圧上昇）時に不必要にタイマ導通回路がオンしたり、タイマ導通回路が不必要に長時間オンしないように、タイマ導通回路が任意の時間にオフする機能を設けることができ、以下、タイマ導通回路に任意の時間にオフする機能を設ける場合の実施例について説明する。

図７は、タイマ導通回路４のコンデンサＣ１と接地との間にスイッチＳ１を設けることにより、タイマ導通回路４を任意の時間にオフできるようにしたものである。
スイッチＳ１は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴやＮＰＮトランジスタを使用することで実現でき、このスイッチＳ１を任意の信号を用いて制御することにより、タイマ導通回路４のオフ制御が可能となり、バッテリ電圧の上昇時に不必要にタイマ導通回路がオンするのを防いだり、不必要にタイマ導通回路４がオンしている時間を短縮することが可能となる。

また、図８は、タイマ導通回路４の抵抗Ｒ１に並列にスイッチＳ２を設けたものであり、スイッチＳ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴやＰＮＰトランジスタを使用することで実現できる。
そして、スイッチＳ２を任意の信号を用いてオン制御することにより、コンデンサＣ１が急速充電されるので、タイマ導通回路４のオフ制御が可能となり、上記と同様に、バッテリ電圧の上昇時に不必要にタイマ導通回路がオンするのを防いだり、不必要にタイマ導通回路４がオンしている時間を短縮することが可能となる。

次に、上記のスイッチＳ１、Ｓ２を各種の信号により制御する具体的な電源回路について説明する。
図９は、電源回路の電源出力電圧が必要電圧以上に上昇したことを検知してタイマ導通回路４をオフするものであり、出力コンデンサ２の出力電圧と一定の電圧Ｖ１が入力される電圧比較器ＣＰ１と、電圧比較器ＣＰ１の出力が入力されるスイッチＳ１を備えている。
スイッチＳ１はＮＰＮトランジスタＱ３、Ｑ４と抵抗Ｒ６、Ｒ７により構成され、電圧比較器ＣＰ１の出力がハイレベルになると、オンになる。

図９の電源回路にバッテリ５が接続されると、上記したように、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、出力コンデンサ２の端子電圧が電圧Ｖ１まで上昇すると、電圧比較器ＣＰ１の出力がハイレベルになるので、ＮＰＮトランジスタＱ４がオンする。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフするので、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

以上のように、電源出力電圧を監視し、設定値以上に電圧が上昇すれば、タイマ導通回路４がオフされるので、必要最小限の導通のみを行うことができ、バッテリ電圧変動時の誤オンや、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。
なお、図９の実施例は図７に示す電源回路に電源電圧監視機能を適用したものであるが、同様に、図８に示す電源回路に電源電圧監視機能を適用してスイッチＳ２を制御するようにすることもでき、また、出力電圧監視回路としては、電圧比較器に限らず、種々の電圧監視回路を使用することが可能である。

また、図１０は、マイコンへのリセット信号によってタイマ導通回路４をオフ制御するものであり、出力コンデンサ２に並列に電源監視ＩＣ７が接続されており、この電源監視ＩＣ７からのリセット信号がマイコン８及びスイッチＳ１に入力されるようになっている。
電源監視ＩＣ７は、電源の減電圧検知機能を備え、出力コンデンサ２の出力電圧が所定電圧以下になったとき、ハイレベルからローレベルに変化するリセット信号をマイコン８に供給するもので、出力コンデンサ２の出力電圧が所定電圧以上になったときは、リセット信号をローレベルからハイレベルに変化させる。

図１０の電源回路にバッテリ５が接続されると、同様に、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、出力コンデンサ２の端子電圧が所定電圧まで上昇すると、電源監視ＩＣ７からのリセット信号がハイレベルになるので、ＮＰＮトランジスタＱ４がオンする。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフするので、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

以上のように、電源出力電圧を電源監視ＩＣにより監視し、出力コンデンサの端子電圧が所定値以上に上昇すれば、タイマ導通回路がオフされるので、上記と同様に、必要最小限の導通のみを行うことができ、バッテリ電圧変動時の誤オンや、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。
なお、図１０の実施例は図７に示す電源回路のスイッチＳ１を電源監視ＩＣからのリセット信号により制御するようにしたものであるが、同様に、図８に示す電源回路のスイッチＳ２を電源監視ＩＣからのリセット信号により制御してタイマ導通回路４をオフすることも可能である。

さらに、図１１に示すように、マイコンから直接、制御信号を出力してタイマ導通回路４をオフすることもできる。すなわち、出力コンデンサ２の出力電圧が所定電圧以上になると、マイコンはリセット状態が解除され、ハイレベルの動作状態信号を出力するので、この動作状態信号を制御信号としてスイッチＳ１に供給することにより、タイマ導通回路をオフすることができる。

図１１の電源回路にバッテリ５が接続されると、上記したように、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、出力コンデンサ２の端子電圧が所定電圧まで上昇すると、マイコン８はリセットが解除され、ハイレベルの動作状態信号を制御信号としてスイッチＳ１に供給するので、ＮＰＮトランジスタＱ４がオンする。これにより、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフするので、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

以上のように、マイコンからの動作状態信号を制御信号としてスイッチに入力することにより、マイコンが動作可能な状態になった場合にタイマ導通回路をオフすることができるので、同様に、必要最小限の導通のみを行うことができ、バッテリ電圧変動時の誤オンや、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。
なお、図１１の実施例は図７に示す電源回路のスイッチＳ１をマイコンからの制御信号により制御するようにしたものであるが、同様に、図８に示す電源回路のスイッチＳ２をマイコンからの制御信号により制御してタイマ導通回路をオフすることも可能である。

また、電源供給電流が減少したことを検知することにより、電源が起動したことを検知してタイマ導通回路４をオフすることもでき、図１２は電源供給電流が減少したことを検知する電流検出回路９を備えた電源回路を示す図である。
電流検出回路９は抵抗Ｒ８、Ｒ９、コンデンサＣ２、電圧Ｖoffを出力する電源及び電圧比較器ＣＰ２により構成され、抵抗Ｒ８の電圧降下によって電源供給電流を検知するものである。

図１２の電源回路にバッテリ５が接続されると、上記したように、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、抵抗Ｒ８によって検知される電源供給電流が、設定電流（Ｖoff／Ｒ８）以下まで減少すると、電圧比較器ＣＰ２の出力がローレベルになるので、スイッチＳ１のＮＰＮトランジスタＱ３がオフする。これにより、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。
なお、抵抗Ｒ９及びコンデンサＣ２は、電源投入から出力コンデンサ２への電流供給が始まるまでの僅かな時間だけ、強制的にタイマ導通回路４をオンさせるために必要となる。

以上のように、電源供給電流が減少したことを検知することにより、電源が起動したことを検知してタイマ導通回路４がオフされるので、必要最小限の導通のみを行うことができ、上記と同様に、バッテリ電圧変動時の誤オンや、出力短絡時の損失増加を抑えることが可能となる。
なお、図１２の実施例は図７に示す電源回路のスイッチＳ１を電流検出回路により制御するようにしたものであるが、同様に、図８に示す電源回路のスイッチＳ２を電流検出回路によって制御することも可能であり、また、電流検出回路としては、図に示すような抵抗、電圧比較器を用いたものに限らず、センスＭＯＳＦＥＴやＰＮＰトランジスタを用いた電流検知回路を使用することもできる。

上記の実施例では、電源回路のタイマ導通回路を任意の時間にオフできる機能を設けたが、タイマ導通回路を任意の時間に再度導通状態にする機能を設けることもでき、以下、任意の時間にタイマ導通回路を再度導通状態にする機能を設ける場合の実施例について説明する。

図１３は、タイマ導通回路４のコンデンサＣ１と並列にスイッチＳ３を設けることにより、タイマ導通回路４を任意の時間に再度導通状態にできるようにしたものである。
スイッチＳ３は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴやＮＰＮトランジスタを使用することで実現でき、このスイッチＳ３を任意のワンショットパルス信号を用いて制御することにより、タイマ導通回路４の再導通が可能となるので、電源起動時やマイコンのウェイクアップ時、メモリ書込み時等の消費電流が増加する場合等に対応することが可能となる。

次に、上記のスイッチＳ３を各種の信号により制御する具体的な電源回路について説明する。
図１４は、入力電源が常時印加され、外部信号にて電源起動する電源システムを示す図であり、マイコンやその他の装置からの制御信号、あるいは、スイッチ等の外部信号によりオン・オフ制御されるシリーズレギュレータ１０と、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）により構成されるスイッチＳ３を備え、このシリーズレギュレータ１０とＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）には、電源オン時にハイレベルとなる外部制御信号が入力される。

図１４の電源回路において、電源オン時に、外部制御信号がハイレベルになると、シリーズレギュレータ１０が動作状態になるとともに、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ１１によって外部制御信号が微分されてワンショットパルスがＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲートに入力されるので、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が一瞬オンし、コンデンサＣ１の電荷が放電される。これにより、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンされるので、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１０に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。

以上のように、外部制御信号によってスイッチを制御することにより、入力電源が常時印加され、外部信号にて電源起動する電源システムにおいて、電源オン時に、外部制御信号がハイレベルになった場合、タイマ導通回路をオンすることができるので、電源システムの高速電源起動が可能となる。
なお、この実施例では、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ１１によりワンショットパルスを生成したが、ワンショットパルスの生成方法はこれに限らず、例えば、ワンショットマルチバイブレータ等の回路を採用することもできる。

また、例えば、カーオーディオ等の電源に、図１の回路を適用することにより、電源起動、及びスリープ状態のマイコンへの電源供給を行うことができるが、ＡＣＣ電源投入によりマイコンが起動した場合、消費電流が増加するため、マイコン起動時にタイマ導通回路を再度導通させることが望ましい。
図１５は、マイコン起動信号を用いてタイマ導通回路４を再度導通する電源回路の実施例を示す図であり、図１の電源回路にＡＣＣスイッチ１１、電圧Ｖ３が比較電圧として入力される電圧比較器ＣＰ３、マイコン８からオン／オフ制御信号が入力されるＤＣ／ＤＣコンバータ１２、ダイオードＤ１及びスイッチＳ３が付加されている。

図１５の電源回路において、バッテリ５が接続されると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のオンから一定時間が経過すると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、バッテリ５からはスリープ状態のマイコン８への電源供給が可能な電流のみが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

この状態で、ＡＣＣスイッチ１１がオンされると、バッテリ５の電圧が電圧Ｖ３より高いため、電圧比較器ＣＰ３がハイレベルのＡＣＣ検知信号をマイコン８に出力し、マイコン８が起動する。これにより、マイコン８がＤＣ／ＤＣコンバータ１２のオン／オフ制御信号をオンにするので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が起動され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力がダイオードＤ１を介してシリーズレギュレータ１に供給される。

一方、電圧比較器ＣＰ３からのハイレベルのＡＣＣ検知信号はコンデンサＣ３にも入力されるので、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ１１によりワンショットパルスがＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のゲートに入力され、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）が一瞬オンする。これにより、タイマ導通回路４のコンデンサＣ１の電荷が放電されるので、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が再びオンされ、一定時間の間、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給される。

以上のように、カーオーディオ等の場合、システム起動により多岐に渡る高効率電源が起動するため、マイコン起動時にはシリーズレギュレータ１が飽和しない程度の低電圧電源、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２からマイコン８に電源を供給する構成が可能であるが、マイコン起動からＤＣ／ＤＣコンバータ１２の起動まではマイコン８への電源供給が行えないので、マイコン起動時にタイマ導通回路４を再導通させることにより、一定時間バッテリから必要な電源供給を行うことができ、低消費電流、低コストの実現が可能となる。

さらに、図１５に示す回路に、図７または図８に示すスイッチＳ１またはＳ２を付加し、このスイッチＳ１またはＳ２をＤＣ／ＤＣコンバータ１２の起動検知信号によってオンすることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２によってマイコン電源供給が開始された場合には、タイマ導通回路４をオフするようにすることもできる。
以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の起動時にタイマ導通回路４をオフする場合の実施例について、図１６により説明する。

図１６に示す電源回路は、図１５に示す電源回路に、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３よりなる分圧回路と、抵抗Ｒ１４、ＮＰＮトランジスタＱ３、Ｑ４よりなるスイッチＳ１を付加したものであり、この電源回路にバッテリ５が接続されると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が一定時間だけオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給されて出力コンデンサ２の端子電圧が上昇し、一定時間経過後スリープ状態のマイコン８への電源供給が可能な電流のみが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

この状態で、ＡＣＣスイッチ１１がオンされると、電圧比較器ＣＰ３がＡＣＣ検知信号をマイコン８に出力するので、マイコン１が起動し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を起動させる。これと同時に、ＡＣＣ検知信号がコンデンサＣ３にも入力され、タイマ導通回路４のコンデンサＣ１の電荷が放電されるので、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が再びオンされ、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給される。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧が抵抗Ｒ１２、Ｒ１３により分圧されてＮＰＮトランジスタＱ４のベースに入力されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧が所定電圧まで上昇すると、ＮＰＮトランジスタＱ４がオンし、ＮＰＮトランジスタＱ３がオフするので、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、抵抗Ｒ２により決まる電流のみがシリーズレギュレータ１に供給される状態となる。

以上のように、マイコン起動時にＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を監視し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧が所定電圧まで上昇したとき、タイマ導通回路４をオフすることにより、タイマ導通回路４を必要最小限の時間のみ導通させることができる。

さらに、出力が短絡した場合や、その他マイコン暴走により消費電流が増加して出力電圧が低下した場合に、タイマ導通回路４を再導通させることもでき、以下、出力電圧が低下した場合に、タイマ導通回路４を再導通させる実施例について、図１７により説明する。
図１７の電源回路は、図１の電源回路に、出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１５、Ｒ１６、電圧Ｖ４が比較電圧として入力される電圧比較器ＣＰ４、アンド回路１３、クロック発生回路１４及びスイッチＳ３を付加したものである。

図１７の電源回路において、バッテリ５が接続されると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のオンから一定時間が経過すると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、バッテリ５からは出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

この状態で、マイコン暴走等により消費電流が増加して出力コンデンサ２の端子電圧が低下し、抵抗Ｒ１５、Ｒ１６による分圧電圧が電圧Ｖ４より小さくなると、電圧比較器ＣＰ４がハイレベルの信号を出力するので、アンド回路１３よりクロック発生回路１４からのクロック信号がスイッチＳ３に入力される。これにより、スイッチＳ３のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）が定期的にオンしてコンデンサＣ１の電荷が放電されるので、出力コンデンサ２の端子電圧が低下している間、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が定期的にオンされ、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給される。

以上のように、出力電圧を監視し、出力電圧が検知設定電圧以下の場合にタイマ導通回路４を定期的に再導通させることにより、短絡状態が回復した際の再起動を行うことができ、故障時の再起動が可能となる。

上記の実施例では、定期的にタイマ導通回路４を再導通させたが、出力電圧が設定電圧範囲内にある場合に限り、タイマ導通回路４を再導通させることにより不要な再導通を防止することもでき、以下、出力電圧が設定電圧範囲内にある場合にのみタイマ導通回路４を再導通させる実施例について、図１８により説明する。

図１８の電源回路は、図１の電源回路に、出力電圧を分圧する抵抗Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、電圧Ｖ５が比較電圧として入力される電圧比較器ＣＰ５、ＣＰ６、アンド回路１３、クロック発生回路１４及びスイッチＳ３を付加したものである。
ここで、出力制御電圧が５Ｖの場合に、出力電圧が４Ｖ以下のとき、電圧比較器ＣＰ５の出力がハイレベル、出力電圧が１Ｖ以下のとき、電圧比較器ＣＰ６の出力がローレベルとなるように、抵抗Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９の抵抗値、電圧Ｖ５の電圧値を適宜設定する。

図１８の電源回路において、バッテリ５が接続されると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給され、出力コンデンサ２の端子電圧が上昇する。
そして、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のオンから一定時間が経過すると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフし、バッテリ５からは出力負荷が消費する電流分だけが抵抗Ｒ２により供給される状態となる。

この状態で、マイコン暴走等により消費電流が増加して出力コンデンサ２の端子電圧が低下し、４Ｖより低くなると、電圧比較器ＣＰ５の出力がハイレベルに変化し、電圧比較器ＣＰ６はハイレベルの信号を出力しているので、アンド回路１３よりクロック発生回路１４からのクロック信号がスイッチＳ３に入力される。これにより、スイッチＳ３のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）が定期的にオンしてコンデンサＣ１の電荷が放電されるので、出力コンデンサ２の端子電圧が１Ｖ〜４Ｖの範囲内にある間、タイマ導通回路４のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）が定期的にオンされ、バッテリ５の出力電圧がクランプ回路３を介してシリーズレギュレータ１に供給される。

一方、出力コンデンサ２の端子電圧が１Ｖ以下となると、電圧比較器ＣＰ６の出力信号がローレベルとなるので、クロック発生回路１４からのクロック信号がスイッチＳ３に入力されなくなり、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）はオンされなくなる。

以上のように、例えば、出力制御電圧が５Ｖの場合に、出力電圧が１Ｖ〜４Ｖの範囲にある場合に限りタイマ導通回路４を再導通させることにより、出力電圧が１Ｖ以下で、短絡状態になった場合には、タイマ導通回路４が再導通されなくなるので、不要な再導通を防止することができる。なお、出力電圧が１Ｖ以下であれば、マイコンが動作できる電圧領域ではないので、１Ｖ以上の電圧領域で規定の電源起動速度を満足できれば特に問題は生じない。

なお、上記の図１７、図１８の実施例では、出力電圧が検知設定電圧以下の場合、または、出力電圧が設定電圧範囲内にある場合に限り、タイマ導通回路４を定期的に再導通させたが、定常状態において、長周期で定期的に導通回路４を再導通させるようにしてもよい。

本発明の電源回路の実施例の回路構成を示す図である。 タイマ導通回路のバッテリ接続時の動作を示す図である。 タイマ導通回路のバッテリ接続時の電圧波形を示す図である。 高耐圧シリーズレギュレータを用いた場合の本発明の電源回路の実施例の回路構成を示す図である。 コンデンサへの充電をトランジスタのベース電流で行う電源回路の構成を示す図である。 タイマ導通回路のスイッチング回路としてＰＮＰトランジスタを用いた電源回路の構成を示す図である。 タイマ導通回路を任意の時間にオフする機能を設けた電源回路の構成を示す図である。 タイマ導通回路を任意の時間にオフする機能を設けた電源回路の他の実施例の構成を示す図である。 電源出力電圧を監視してタイマ導通回路をオフする電源回路の構成を示す図である。 マイコンへのリセット信号によってタイマ導通回路をオフする電源回路の構成を示す図である。 マイコンから直接信号を出力してタイマ導通回路をオフする電源回路の構成を示す図である。 電源供給電流の減少を検知してタイマ導通回路をオフする電源回路の構成を示す図である。 タイマ導通回路を任意の時間に再度導通状態とする機能を設けた電源回路の構成を示す図である。 電源オン時に、外部制御信号によりタイマ導通回路をオンする電源回路の構成を示す図である。 マイコン起動信号を用いてタイマ導通回路を再導通する電源回路の構成を示す図である。 マイコン電源供給が開始された場合に、タイマ導通回路をオフする電源回路の構成を示す図である。 出力電圧が低下した場合に、タイマ導通回路を再導通させる電源回路の構成を示す図である。 出力電圧が設定電圧範囲内にある場合にタイマ導通回路を再導通させる電源回路の構成を示す図である。 一般的なマイコンの電源システムを示す図である。 高耐圧特性、低消費電流の従来の電源回路を示す図である。

符号の説明

１、１０ シリーズレギュレータ
２ 出力コンデンサ
３ クランプ回路
４ タイマ導通回路
５ バッテリ
６ 高耐圧シリーズレギュレータ
７ 電源監視ＩＣ
８ マイコン
９ 電流検出回路
１１ ＡＣＣスイッチ
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ アンド回路
１４ クロック発生回路
Ｍ１ ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ
Ｍ２、Ｍ３ ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ
ＣＰ１〜ＣＰ６ 電圧比較器
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ スイッチ

Claims (11)

1. 電源からの電力を調整するレギュレータを備え、出力端子にコンデンサが接続された電源回路であって、
   上記レギュレータと電源との間に、電源からの電圧を制限する電圧クランプ手段及び電源投入時に一定期間電源からの電流を導通させて上記コンデンサを充電させるとともに、当該一定期間後に上記電流を制限する導通手段を設けたことを特徴とする電源回路。
2. 電源からの電力を調整するレギュレータを備え、出力端子にコンデンサが接続された電源回路であって、
   上記レギュレータと電源との間に、電源投入時に一定期間電源からの電流を導通させて上記コンデンサを充電させるとともに、当該一定期間後に上記電流を制限する導通手段を設けたことを特徴とする電源回路。
3. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   出力電圧が所定電圧以上に上昇したとき、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする電源回路。
4. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   出力への供給電流が設定電流以下に低下したとき、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする電源回路。
5. 請求項１または請求項２記載された電源回路において、
   マイコンへのリセット信号により、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする電源回路。
6. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   マイコンからの制御信号により、上記導通手段の導通が遮断されることを特徴とする電源回路。
7. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   当該電源回路が外部信号により電源起動するものであって、上記外部信号により上記導通手段が再度導通状態にされることを特徴とする電源回路。
8. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   マイコンが制御する他の電源の起動が検知されたとき、上記導通手段が再度導通状態にされることを特徴とする電源回路。
9. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
   上記導通手段が定期的に再度導通状態にされることを特徴とする電源回路。
10. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
    出力電圧が所定電圧以下のとき、上記導通手段が定期的に再度導通状態にされることを特徴とする電源回路。
11. 請求項１または請求項２に記載された電源回路において、
    出力電圧が設定電圧範囲内にあるとき、上記導通手段が定期的に再度導通状態にされることを特徴とする電源回路。

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