JP2007336620A - Power supply input circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源入力端子から内部回路に至る電源入力線に設けられる電源入力回路に関する。 The present invention relates to a power input circuit provided on a power input line extending from a power input terminal to an internal circuit.
車載用電子機器で用いる電源回路は、バッテリの逆接続に対して保護する機能が必要であり、一般には特許文献1、2に示されているように電源入力線にダイオードを挿入する構成が採用されている。また、バッテリは、多数の車載用電子機器に電源を供給しているため、1つの車載用電子機器で生じた負荷短絡等がバッテリ電圧を低下させないように、各電源回路は過電流保護機能も備えている。さらに、バッテリの消費を抑えるため、車両のキースイッチがオフ位置にされると電源回路に流れる暗電流を遮断する機能も備えている。
車載用電子機器において上記した各機能を電源回路自体に持たせてもよいが、バッテリ接続用の電源入力端子と電源回路などの内部回路との間に電源入力回路を介在させ、その電源入力回路に上記した各機能を持たせる構成も用いられている。図2は、従来から用いられている電源入力回路の構成を示している。 In a vehicle-mounted electronic device, the above-described functions may be provided in the power supply circuit itself, but the power supply input circuit is interposed between a power supply input terminal for battery connection and an internal circuit such as a power supply circuit. A configuration in which each of the above functions is provided is also used. FIG. 2 shows a configuration of a power supply input circuit conventionally used.
この電源入力回路1において、電源入力端子2から電源回路などの内部回路に至る電源入力線3には、逆接続保護用のダイオードD1、過電圧・サージ電圧保護用のツェナーダイオードD2、リアクトルL1とコンデンサC1とからなるフィルタ回路4、電流検出用の抵抗R1、およびスイッチ回路として機能するMOSFET5が設けられている。MOSFET5には、寄生のダイオード5dが形成されている。
In the
過電流保護回路6は、抵抗R1の両端電圧が規定値を超えるとオフ指令信号を出力するようになっており、駆動回路7は、CPU(図示せず)から与えられるオンオフ指令信号と過電流保護回路6から与えられるオフ指令信号とに基づいてMOSFET5を駆動するようになっている。また、ダイオードD1とフィルタ回路4のコンデンサC1とにより、バッテリ電圧の瞬断対策が施されている。
The
上記特許文献1、2に記載された電源回路および図2に示す電源入力回路1では、電源入力線3にダイオードD1が挿入されているため、車載用電子機器の消費電流が全てダイオードD1に流れ大きな電力損失が生じる。ナビゲーション装置などの車載用電子機器は高機能化、高速化しており、これに伴って車載用電子機器の消費電流ひいてはダイオードD1での電力損失も増加する傾向にある。
In the power supply circuits described in
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、種々の保護機能を備えるとともに低損失の電源入力回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a low-loss power input circuit having various protection functions.
請求項1に記載した手段によれば、電源入力線に、同じ導電型を有する第1および第2のFETが、ドレイン同士またはソース同士が接続された逆極性の状態で直列に接続されている。このように逆極性に接続するのは、第1および第2のFETにそれぞれ形成されている寄生のダイオードを互いに異なる向きとし、両寄生ダイオードを介した電流経路を作らないためである。
According to the means described in
例えばFETがPチャネル型の場合、電源入力端子側がソースとなる第1のFETはスイッチ回路として機能し、過電圧保護回路は、電源入力端子の電圧が所定の規定電圧を超えたときに第1のFETをオフ状態に制御する。これにより、従来用いていた過電圧保護用のツェナーダイオードが不要となる。 For example, when the FET is a P-channel type, the first FET whose source is on the power input terminal side functions as a switch circuit, and the overvoltage protection circuit has the first voltage when the voltage at the power input terminal exceeds a predetermined specified voltage. The FET is controlled to be turned off. Thereby, the conventionally used Zener diode for overvoltage protection becomes unnecessary.
一方、内部回路側がソースとなる第2のFETは理想ダイオードとして機能し、逆流阻止回路は、第1および第2のFETからなる直列回路の両端子のうち電源入力端子側の端子電圧が内部回路側の端子電圧よりも低下したときに第2のFETをオフ状態に制御する。これにより、電源入力線において、オン状態にある第2のFETを介して電流が流れ、従来のダイオードを介して電流が流れる場合と比較して電力損失が非常に小さくなる。また、第2のトランジスタは、内部回路側から電源入力端子側への電流を阻止するので、電源入力端子に電源が逆接続されたときの保護、電源が瞬断したときの内部回路側電圧の維持が図られる。 On the other hand, the second FET whose source is on the internal circuit side functions as an ideal diode, and the backflow prevention circuit has a terminal voltage on the power input terminal side among the two terminals of the series circuit consisting of the first and second FETs. When the voltage drops below the terminal voltage on the side, the second FET is controlled to be turned off. Thereby, in the power supply input line, a current flows through the second FET that is in the on state, and the power loss is very small as compared with the case where the current flows through the conventional diode. The second transistor blocks the current from the internal circuit side to the power input terminal side. Therefore, the protection when the power source is reversely connected to the power input terminal and the internal circuit side voltage when the power source is momentarily interrupted. Maintenance is planned.
請求項2に記載した手段によれば、過電流保護回路は、電流検出回路により検出された電流が規定電流を超えたときに第1のFETをオフ状態に制御する。第1のFETの寄生ダイオードは、電源入力線において負荷電流の向きに対し逆方向に接続されているので、第1のFETをオフ状態に制御すれば電源入力線に流れる電流を遮断することができ、電源および内部回路を過電流から保護することができる。
According to the means described in
請求項3に記載した手段によれば、第1のFETは、内部回路への電源供給指令信号に応じてオンオフ動作するように構成されている。従って、内部回路への電力供給が不要な場合に電源入力線に流れる電流を遮断することができ、いわゆる暗電流をカットすることができる。
According to the means described in
以下、本発明の一実施形態について、電源入力回路の構成を示す図1を参照しながら説明する。なお、従来技術を示す図2と同一部分には同一符号を付している。
電源入力回路11は、ナビゲーション装置などの車載用電子機器において、電源入力端子2と車載用電子機器の内部回路例えば制御用電圧を生成する電源回路(図示せず)との間に設けられている。電源入力端子2には、車載バッテリ(図示せず)からバッテリ電圧VBが与えられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 showing a configuration of a power input circuit. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 2 which shows a prior art.
In a vehicle-mounted electronic device such as a navigation device, the
電源入力線3には、電流検出用の抵抗R1(電流検出回路に相当)、Pチャネル型MOSFET5、12(第1、第2のFETに相当)、およびリアクトルL1とコンデンサC1とからなるフィルタ回路4が順に設けられている。MOSFET5と12は、主端子であるドレイン同士が接続され互いに逆極性の状態で直列に接続されており、それぞれソース側をカソードとする寄生のダイオード5d、12dが並列に形成されている。
The
過電圧保護回路13は、電源入力端子2の電圧が過電圧判定レベルである規定電圧を超えたときにMOSFET5をオフ状態に制御するものである。電源入力端子2とグランドとの間には、ダイオードD11、ツェナーダイオードD12および抵抗R11が直列に接続されている。ダイオードD11(ツェナーダイオードD12)のカソードは、トランジスタ14のエミッタ・コレクタ間を介してMOSFET5のゲートに接続されており、トランジスタ14のベースは、トランジスタ15のコレクタ・エミッタ間を介してグランドに接続されている。トランジスタ15のベースは、ツェナーダイオードD12のアノードに接続されている。
The
過電流保護回路6は、抵抗R1の両端電圧が過電流判定レベルである規定値を超えると駆動回路7に対しオフ指令信号を出力するようになっている。逆流阻止回路16は、MOSFET5、12からなる直列回路の両端子のうち電源入力端子側の端子(MOSFET5のソース)の電圧V1が内部回路側の端子(MOSFET12のソース)の電圧V2よりも低下したときに駆動回路17に対しオフ指令信号を出力し、電圧V1がV2よりも高いときに駆動回路17に対しオン指令信号を出力するようになっている。
The
駆動回路7は、内部回路に設けられたCPU等(図示せず)から与えられるオンオフ指令信号と過電流保護回路6から与えられるオフ指令信号とに基づいてMOSFET5を駆動するようになっており、駆動回路17は、逆流阻止回路16から与えられるオンオフ指令信号に基づいてMOSFET12を駆動するようになっている。
The
次に、本実施形態の作用について説明する。
バッテリから車載用電子機器の電源入力端子2へは、バッテリ電圧VBが常時印加されている。車両のキースイッチ(図示せず)がオフ位置にある場合、内部回路に設けられたCPU等から駆動回路7にオフ指令信号が与えられ、MOSFET5はオフ状態となる。その結果、車載用電子機器の内部回路(電源回路)に流れる暗電流を遮断することができ、バッテリの消耗を抑えることができる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
A battery voltage VB is constantly applied from the battery to the
キースイッチがAcc位置またはオン位置にされると、上記CPU等から駆動回路7にオン指令信号が与えられ、MOSFET5はオン状態となる。MOSFET5のソースの電圧V1はバッテリ電圧VBにほぼ等しく、MOSFET12のソースの電圧V2はコンデンサC1や電源回路の入力コンデンサ(図示せず)の充電状態に応じた電圧になる。内部回路への通電開始時およびその後の定常状態においてはV1>V2の関係となり、逆流阻止回路16は駆動回路17に対しオン指令信号を出力し、MOSFET12はオン状態となる。
When the key switch is set to the Acc position or the on position, an on command signal is given to the
その結果、電源入力端子2からMOSFET5のソース・ドレイン間およびMOSFET12のドレイン・ソース間を介して内部回路に電流が流れる。オン状態にあるMOSFET5のソース・ドレイン間電圧およびMOSFET12のドレイン・ソース間電圧はダイオードの順方向電圧に比べて非常に小さいので、電源入力回路11における電力損失は非常に小さくなる。
As a result, a current flows from the
本実施形態の電源入力回路11(図1)の電力損失と従来の電源入力回路1(図2)の電力損失とを以下の条件の下で比較する。
電源入力線3を介して流れる電流=2A
MOSFET5、12のオン抵抗=50mΩ
ダイオードD1の順方向電圧=0.6V
電源入力回路11の電力損失=2×2A×2A×50mΩ=0.4W
電源入力回路1の電力損失 =2A×0.6V+2A×2A×50mΩ=1.4W
The power loss of the power input circuit 11 (FIG. 1) of the present embodiment is compared with the power loss of the conventional power input circuit 1 (FIG. 2) under the following conditions.
Current flowing through the
On-resistance of
Forward voltage of the diode D1 = 0.6V
Power loss of
Power loss of
バッテリ電圧VBにリプルが重畳する場合あるいは瞬断が生じた場合等において、MOSFET5のソースの電圧V1がMOSFET12のソースの電圧V2よりも小さくなると、V1<V2となっている期間、逆流阻止回路16は駆動回路17に対しオフ指令信号を出力し、MOSFET12はオフ状態となる。その結果、内部回路側から電源入力端子側への電流の流れを阻止でき、内部回路側のコンデンサC1や電源回路の入力コンデンサ(図示せず)の電荷が逆流により失われることを防止することができる。
When a ripple is superimposed on the battery voltage VB or when an instantaneous interruption occurs, if the source voltage V1 of the MOSFET 5 becomes smaller than the source voltage V2 of the
バッテリ電圧VBは変動し易く、過大な電圧になったりサージ電圧が重畳することもある。電源入力端子2の電圧が過電圧判定レベルである規定電圧を超えると、過電圧保護回路13のツェナーダイオードD12がオンとなり、トランジスタ15ひいてはトランジスタ14がオンとなる。このとき、MOSFET5のゲート・ソース間電圧がダイオードD11の順方向電圧VFにまで下がるので、VFよりも高いしきい値電圧を持つMOSFET5はオフとなる。その結果、過大な電源電圧およびサージ電圧から後段の回路(内部回路)を保護することができる。本構成によれば、従来回路(図2参照)で用いた電流容量の大きいツェナーダイオードD2が不要となる。
The battery voltage VB is likely to fluctuate and may become an excessive voltage or a surge voltage may be superimposed. When the voltage at the
さらに、抵抗R1の両端電圧が過電流判定レベルである規定値を超えると、過電流保護回路6は駆動回路7に対しオフ指令信号を出力し、MOSFET5はオフ状態となる。その結果、内部回路において短絡などの故障が生じてもバッテリから当該車載用電子機器に過大な電流が流れ込むのを防止でき、バッテリおよび内部回路を保護することができる。
Further, when the voltage across the resistor R1 exceeds a specified value that is an overcurrent determination level, the
以上説明したように、本実施形態の電源入力回路11では、電源入力線3において同じ導電型(Pチャネル型)の2つのMOSFET5、12を、ドレイン同士が接続された逆極性の状態で直列に接続したので、MOSFET5と12にそれぞれ形成されている寄生のダイオード5dと12dを通して流れる電流経路が形成されない。そして、逆流阻止回路16を設けて電圧V1とV2の大小関係に基づいてMOSFET12のオンオフ制御を行うので、MOSFET12を低損失で且つ一方向特性を持つ理想ダイオードとして機能させることができる。
As described above, in the power
過電圧保護回路13、過電流保護回路6、およびキースイッチの回動位置に応じてCPU等から与えられるオンオフ指令信号に従って、スイッチ回路として機能するMOSFET5をオンオフ動作させるので、過電圧、過電流からの保護が図られるとともに、内部回路を動作させる必要がない場合において暗電流をカットすることができる。
Since the MOSFET 5 functioning as a switch circuit is turned on / off in accordance with an on / off command signal given from the CPU or the like according to the rotation position of the
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
MOSFET5と12のソース同士を接続してもよい。また、第1および第2のFETとしてNチャネル型のMOSFETを用いてもよい。
MOSFET5を電流検出回路として使用し、そのソース・ドレイン間電圧に基づいて電源入力線3に流れる電流を検出してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings. For example, the present invention can be modified or expanded as follows.
The sources of the
The MOSFET 5 may be used as a current detection circuit, and the current flowing through the
2は電源入力端子、3は電源入力線、5、12はMOSFET(第1、第2のFET)、6は過電流保護回路、11は電源入力回路、13は過電圧保護回路、16は逆流阻止回路、R1は抵抗(電流検出回路)である。 2 is a power supply input terminal, 3 is a power supply input line, 5 and 12 are MOSFETs (first and second FETs), 6 is an overcurrent protection circuit, 11 is a power supply input circuit, 13 is an overvoltage protection circuit, and 16 is a backflow prevention circuit. A circuit, R1, is a resistor (current detection circuit).
Claims (3)
これら第1および第2のFETからなる直列回路の両端子のうち前記電源入力端子側の端子電圧が前記内部回路側の端子電圧よりも低下したときに前記第2のFETをオフ状態に制御する逆流阻止回路と、
前記電源入力端子の電圧が所定の規定電圧を超えたときに前記第1のFETをオフ状態に制御する過電圧保護回路とを備えたことを特徴とする電源入力回路。 First and second FETs having the same conductivity type, the same main terminals being connected to each other in a power input line extending from the power input terminal to the internal circuit, and connected in series with opposite polarities;
Of the two terminals of the series circuit composed of the first and second FETs, when the terminal voltage on the power input terminal side is lower than the terminal voltage on the internal circuit side, the second FET is controlled to be turned off. A backflow prevention circuit;
An overvoltage protection circuit that controls the first FET to be turned off when the voltage of the power input terminal exceeds a predetermined specified voltage.
この電流検出回路により検出された電流が規定電流を超えたときに前記第1のFETをオフ状態に制御する過電流保護回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の電源入力回路。 A current detection circuit for detecting a current flowing in the power input line;
2. The power input circuit according to claim 1, further comprising an overcurrent protection circuit configured to control the first FET to an off state when a current detected by the current detection circuit exceeds a specified current.
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