図2は、本発明の実施の第1の形態である電源回路1の構成を示す図である。電源回路1は、電源、たとえば車両に搭載されるバッテリ91の電圧Vin、たとえば12Vを昇圧し、昇圧した電圧、たとえば24Vをスクイブ点火回路92に出力するとともに、バッテリ91の電圧を予め定める電圧、たとえば5Vあるいは3.3Vに変換し、変換した電圧を、マイクロコンピュータ(以下「マイコン」という)93および加速度センサ94などの負荷に出力する。バッテリ91の電圧Vinは、電源電圧である。
スクイブ点火回路92は、エアバッグを膨らませるための着火剤を点火する点火回路であり、加速度センサ94は、車両の衝突を検出するセンサである。マイコン93は、加速度センサ94が車両の衝突を検出すると、着火剤を点火するようにスクイブ点火回路92に指示し、着火剤を点火させて、エアバッグを膨張させる。
電源回路1は、コンデンサC1、ダイオードD1、昇圧コンバータ11、バックアップスイッチ回路12、リニアレギュレータ13、入力電圧低下検知回路14および基準電圧源15を含んで構成されている。電源回路1の構成要素のうち図1に示した電源回路9の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符を付している。
コンデンサC1は、平滑コンデンサであり、一端がバッテリ91、ダイオードD1のアノード、昇圧コンバータ11の入力側、および入力電圧低下検知回路14の非反転入力端子に接続され、他端がグランドに接続されている。電源回路部であるダイオードD1は、アノードがバッテリ91、コンデンサC1の一端、昇圧コンバータ11の入力側、および入力電圧低下検知回路14の非反転入力端子に接続され、カソードが、バックアップスイッチ回路12の出力側、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続されている。ダイオードD1は、バックアップスイッチ回路12の出力側からバッテリ91に電流が逆流することを防止するために設けられ、逆流防止部を構成する。
昇圧部である昇圧コンバータ11は、コイルL1、ダイオードD2、バックアップコンデンサC2、電界効果トランジスタTr1および昇圧制御部111を含んで構成される。昇圧コンバータ11は、バッテリ91の電圧、たとえば12Vが入力され、入力される電圧12Vを、24Vの電圧に昇圧する。
コイルL1は、一端がバッテリ91、コンデンサC1の一端、ダイオードD1のアノード、および入力電圧低下検知回路14の非反転入力端子に接続され、他端がダイオードD2のアノード、および電界効果トランジスタTr1のドレインに接続されている。第2のダイオードであるダイオードD2は、アノードがコイルL1の他端、および電界効果トランジスタTr1のドレインに接続され、カソードがバックアップコンデンサC2の一端、昇圧制御部111の入力側、バックアップスイッチ回路12の入力側、およびスクイブ点火回路92に接続されている。
第2のコンデンサであるバックアップコンデンサC2は、衝突によってバッテリ91からの電源線が断線しても、エアバッグの作動に必要な電荷を蓄えるコンデンサであり、一端がダイオードD2のカソード、昇圧制御部111の入力側、バックアップスイッチ回路12の入力側、およびスクイブ点火回路92に接続され、他端がグランドに接続されている。
第2の電界効果トランジスタである電界効果トランジスタTr1は、NチャネルのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、ドレインがコイルL1の他端、およびダイオードD2のアノードに接続され、ソースがグランドに接続され、ゲートが昇圧制御部111の出力側に接続されている。昇圧制御部111は、バックアップコンデンサC2の電圧に応じて、電界効果トランジスタTr1のゲート電圧を変化させることによって、電界効果トランジスタTr1の導通および遮断を制御し、バックアップコンデンサC2の電圧を、コイルL1に入力されるバッテリ91の電圧Vin、たとえば12Vより高い電圧Vbu、たとえば24Vに昇圧し、バックアップコンデンサC2に電荷を蓄える。
電圧変換部であるリニアレギュレータ13は、電界効果トランジスタTr3およびOCP(Over Current Protection)131を含んで構成され、電界効果トランジスタTr3の導通および遮断を制御して、入力される電圧を予め定める電圧、たとえば5Vあるいは3.3Vの出力電圧Voutに変換して、マイコン93および加速度センサ94などの負荷に出力する。OCP131は、過電流保護回路である。
検出部である入力電圧低下検知回路14は、非反転入力端子がバッテリ91、コンデンサC1の一端、コイルL1の一端、およびダイオードD1のアノードに接続され、反転入力端子が基準電圧源15に接続され、出力端子がバックアップスイッチ回路12に接続されている。入力電圧低下検知回路14は、ヒステリシスを有し、バッテリ91の電圧が低下したときに、電圧低下を検出するための予め定める電圧低下基準電圧未満であることを検出し、バッテリ91の電圧が上昇したときに、電圧上昇を検出するための予め定める電圧上昇基準電圧以上であることを検出する。予め定める電圧上昇基準電圧は、予め定める電圧低下基準電圧より高い電圧に設定されている。予め定める電圧低下基準電圧は、予め定める基準電圧でもある。
昇圧電圧切換部であるバックアップスイッチ回路12は、電界効果トランジスタTr2およびスロープ部(図では「Slope部」という)120を含んで構成され、入力電圧低下検知回路14の出力に基づいて、昇圧コンバータ11の昇圧電圧に基づく電圧をリニアレギュレータ13に出力するか否かを制御する。スロープ部120は、入力電圧低下検知回路14からバッテリ91の電圧が予め定める電圧低下基準電圧未満になったことを知らされると、電界効果トランジスタTr2のゲート電圧を制御して、出力する電圧を、低下したバッテリ91の電圧から昇圧した電圧まで予め定める割合で上昇させる。
図3は、バックアップスイッチ回路12の構成を示す図である。バックアップスイッチ回路12は、電界効果トランジスタTr2,Tr4,Tr5、抵抗素子R1,R2、コンデンサC4および電流源I1を含んで構成されている。スロープ部120は、電界効果トランジスタTr4,Tr5、抵抗素子R1,R2、コンデンサC4および電流源I1によって構成される。
電界効果トランジスタTr2は、PチャネルMOSFETであり、ソースが昇圧コンバータ11の出力側、抵抗素子R2の一端、および電界効果トランジスタTr5のソースに接続され、ドレインがコンデンサC4の一端、ダイオードD1のカソード、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続され、ゲートがコンデンサC4の他端、電界効果トランジスタTr5のドレイン、および電流源I1に接続されている。コンデンサC4は、一端が電界効果トランジスタTr2のドレイン、ダイオードD1のカソード、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続され、他端が電界効果トランジスタTr2のゲート、電界効果トランジスタTr5のドレイン、および電流源I1に接続されている。
電界効果トランジスタTr5は、PチャネルMOSFETであり、ソースが昇圧コンバータ11の出力側、抵抗素子R2の一端、および電界効果トランジスタTr2のソースに接続され、ドレインがコンデンサC4の他端、電界効果トランジスタTr2のゲート、および電流源I1に接続され、ゲートが抵抗素子R1と抵抗素子R2との接続点に接続されている。抵抗素子R2は、一端が昇圧コンバータ11の出力側、電界効果トランジスタTr2のソース、および電界効果トランジスタTr5のソースに接続され、他端が電界効果トランジスタTr5のゲート、および抵抗素子R1の一端に接続されている。抵抗素子R1は、一端が電界効果トランジスタTr5のゲート、および抵抗素子R2の他端に接続され、他端が電界効果トランジスタTr4のドレインに接続されている。
電界効果トランジスタTr4は、NチャネルMOSFETであり、ドレインが抵抗素子R1の他端に接続され、ソースがグランドに接続され、ゲートが入力電圧低下検知回路14の出力端子に接続されている。電流源I1は、コンデンサC4の電荷をグランドに流すための電流源である。電界効果トランジスタTr4,Tr5、抵抗素子R1,R2、および電流源I1は、ゲート制御部を構成する。
図4は、入力電圧Vinおよびスイッチ出力側電圧VSWの変化を示すタイムチャートである。スイッチ出力側電圧VSWは、バックアップスイッチ回路12の出力側の電圧である。バッテリ91の電圧が予め定める電圧低下基準電圧以上であると、入力電圧低下検知回路14の出力は、ハイレベルであり、電界効果トランジスタTr4のゲートにソースに対して正の電圧が印加され、電界効果トランジスタTr4は導通状態である。
したがって、電界効果トランジスタTr5のゲートに印加される電圧は、昇圧コンバータ11が出力する昇圧電圧Vbuを抵抗素子R1と抵抗素子R2とで分圧した電圧である。すなわち、電界効果トランジスタTr5のゲートに印加される電圧は、ソースに印加される昇圧電圧Vbuより低い電圧であり、電界効果トランジスタTr5も導通状態である。電界効果トランジスタTr5が導通状態であるので、電界効果トランジスタTr2のソースとゲートとの間の電位差は0Vであり、電界効果トランジスタTr2は、遮断状態である。このとき、スイッチ出力側電圧VSWは、電界効果トランジスタTr2が遮断状態であるので、ダイオードD1のカソードの電圧、つまりバッテリ91の電圧からダイオードD1の電圧降下分を減算した電圧である。
バッテリ91の電圧が徐々に低下すると、スイッチ出力側電圧VSWは、バッテリ91の電圧よりダイオードD1の電圧降下分低い電圧を維持して低下する。バッテリ91の電圧が時刻t1に低下検知レベルまで低下すると、入力電圧低下検知回路14の出力は、ハイレベルからローレベルに変化する。低下検知レベルは、予め定める電圧低下基準電圧である。入力電圧低下検知回路14の出力がローレベルになると、電界効果トランジスタTr4が遮断状態になるので、抵抗素子R1および抵抗素子R2に電流が流れなくなり、電界効果トランジスタTr5のゲートとソースとの間の電位差が0Vになり、電界効果トランジスタTr5も遮断状態となる。
電界効果トランジスタTr5が遮断状態になると、電界効果トランジスタTr5が導通状態のときに、電界効果トランジスタTr5を介して電流源I1に供給されていた電流が供給されなくなり、コンデンサC4の電荷が電流源I1に供給される。したがって、コンデンサC4の端子のうち電界効果トランジスタTr2のゲートに接続されている端子の電圧が一定の割合で低下する。電界効果トランジスタTr2のゲートの電圧が低下するに従って、電界効果トランジスタTr2のソースからドレインに流れる電流も徐々に増加し、スイッチ出力側電圧VSWも上昇する。コンデンサC4の静電容量をC4、電流源I1の電流をI1とすると、スイッチ出力側電圧VSWは、I1/C4(V/秒)の割合で上昇する。
このように、電源回路1は、バッテリ91の電圧が時刻t1に低下検知レベルまで低下した時点から、スイッチ出力側電圧VSWを一定の割合で上昇させることができるので、リニアレギュレータ13の入力側にコンデンサを設けることなく、リニアレギュレータ13の出力電圧の変動を抑えることができる。
図5は、バックアップスイッチ回路12aの構成を示す図である。バックアップスイッチ回路12aは、図3に示したバックアップスイッチ回路12の変形例である。バックアップスイッチ回路12aは、電界効果トランジスタTr2,Tr6、インバータ121、コンデンサC4および電流源I1,I2を含んで構成されている。バックアップスイッチ回路12aの構成要素のうち図3に示したバックアップスイッチ回路12の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。
電界効果トランジスタTr2は、PチャネルMOSFETであり、ソースが昇圧コンバータ11の出力側および電流源I2の入力側に接続され、ドレインがコンデンサC4の一端、ダイオードD1のカソード、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続され、ゲートがコンデンサC4の他端、電流源I2の出力側、および電流源I1の入力側に接続されている。コンデンサC4は、一端が電界効果トランジスタTr2のドレイン、ダイオードD1のカソード、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続され、他端が電界効果トランジスタTr2のゲート、電流源I1の入力側、および電流源I2の出力側に接続されている。
電流源I2は、入力側が昇圧コンバータ11の出力側、および電界効果トランジスタTr5のソースに接続され、出力側が電界効果トランジスタTr2のゲート、電流源I1の入力側、およびコンデンサC4の他端に接続されている。電流源I1は、入力側が電流源I2の出力側、電界効果トランジスタTr2のゲート、およびコンデンサC4の他端に接続され、出力側が電界効果トランジスタTr6のドレインに接続されている。電流源I1の電流の電流値は、電流源I2の電流の電流値より大きい値に設定されている。
電界効果トランジスタTr6は、ドレインが電流源I1の出力側に接続され、ソースがグランドに接続され、ゲートがインバータ121の出力側に接続されている。インバータ121は、入力側が入力電圧低下検知回路14の出力側に接続され、出力側が電界効果トランジスタTr6のゲートに接続されている。電界効果トランジスタTr6、および電流源I1,I2は、ゲート制御部を構成する。
図6は、バックアップスイッチ回路12aでの入力電圧Vinおよびスイッチ出力側電圧VSWの変化を示すタイムチャートである。スイッチ出力側電圧VSWは、バックアップスイッチ回路12aの出力側の電圧である。バッテリ91の電圧が低下検知レベル以上であると、入力電圧低下検知回路14の出力は、ハイレベル、すなわちインバータ121の出力はローレベルであり、電界効果トランジスタTr6のゲートに0Vの電圧が印加され、電界効果トランジスタTr6は遮断状態である。
したがって、電流源I1は電流を流していない状態であり、電流源I2の電流はコンデンサC4に供給されており、コンデンサC4の端子のうち電界効果トランジスタTr2のゲートに接続されている端子の電圧は、昇圧電圧Vbuである。コンデンサC4の端子のうち電界効果トランジスタTr2のゲートに接続されている端子の電圧が昇圧電圧Vbuであるので、電界効果トランジスタTr2のソースとゲートとの間の電位差は0Vであり、電界効果トランジスタTr2は、遮断状態である。このとき、スイッチ出力側電圧VSWは、電界効果トランジスタTr2が遮断状態であるので、ダイオードD1のカソードの電圧、つまりバッテリ91の電圧からダイオードD1の電圧降下分を減算した電圧である。
バッテリ91の電圧が徐々に低下すると、スイッチ出力側電圧VSWは、バッテリ91の電圧よりダイオードD1の電圧降下分低い電圧を維持しつつ低下する。バッテリ91の電圧が時刻t1に低下検知レベルまで低下すると、入力電圧低下検知回路14の出力は、ハイレベルからローレベルに変化する。
入力電圧低下検知回路14の出力がローレベル、つまりインバータ121の出力がハイレベルになると、電界効果トランジスタTr6が導通状態になるので、電流源I1に電流が流れる。電流源I1の電流の電流値は、電流源I2の電流の電流値より大きい値に設定されているので、コンデンサC4の端子のうち電界効果トランジスタTr2のゲートに接続されている端子の電圧は、一定の割合で低下する。電界効果トランジスタTr2のゲートの電圧が低下するに従って、電界効果トランジスタTr2を流れる電流も徐々に増加し、スイッチ出力側電圧VSWも上昇する。コンデンサC4の静電容量をC4、電流源I1の電流をI1、電流源I2の電流をI2とすると、スイッチ出力側電圧VSWは、(I1−I2)/C4(V/秒)の割合で上昇する。
さらに、バッテリ91の電圧が上昇し、時刻t2に低下検知レベルまで上昇すると、入力電圧低下検知回路14の出力は、ローレベルからハイレベルに変化する。すなわち、インバータ121の出力がハイレベルからローレベルに変化すると、電界効果トランジスタTr6が遮断状態になるので、電流源I1に電流が流れなくなり、コンデンサC4の端子のうち電界効果トランジスタTr2のゲートに接続されている端子の電圧は、一定の割合で上昇する。電界効果トランジスタTr2のゲートの電圧が上昇するに従って、電界効果トランジスタTr2を流れる電流も徐々に減少し、スイッチ出力側電圧VSWも低下する。コンデンサC4の静電容量をC4、電流源I2の電流をI2とすると、スイッチ出力側電圧VSWは、I2/C4(V/秒)の割合で低下する。
このように、電源回路1は、バッテリ91の電圧が時刻t1に低下検知レベルまで低下した時点から、スイッチ出力側電圧VSWを一定の割合で上昇させることができるので、リニアレギュレータ13の入力側にコンデンサを設けることなく、リニアレギュレータ13の出力電圧の変動を抑えることができる。さらに、バッテリ91の電圧が時刻t2に低下検知レベルまで上昇した時点から、スイッチ出力側電圧VSWを一定の割合で低下させることができるので、リニアレギュレータ13の入力側にコンデンサを設けることなく、リニアレギュレータ13の出力電圧の変動を抑えることができる。
すなわち、昇圧コンバータ11の昇圧電圧に基づく電圧のリニアレギュレータ13への出力を、開始するときだけでなく、停止するときにも、リニアレギュレータ13の入力側にコンデンサを設けることなく、リニアレギュレータ13の出力電圧の変動を低く抑えることができる。
図7は、本発明の実施の第2の形態である電源回路2の構成を示す図である。電源回路2の構成要素のうち図2に示した電源回路1の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。電源回路2は、図2に示した電源回路1の入力電圧低下検知回路14に代えて、入力電圧低下検知回路14aを用い、図5に示したバックアップスイッチ回路12aに代えて、バックアップスイッチ回路12bを用い、図5に示したインバータ121に代えて、インバータ22を用い、フィルタ部(図では「Filter部」という)21が追加されている。
バックアップスイッチ回路12bは、図5に示したバックアップスイッチ回路12aのインバータ121を削除した回路であり、スロープ部120bは、電界効果トランジスタTr6、コンデンサC4および電流源I1,I2によって構成される。入力電圧低下検知回路14aは、図2に示した入力電圧低下検知回路14が有していたヒステリシスのない回路であり、予め定める電圧低下基準電圧と同じ電圧である予め定める基準電圧で、電圧低下および電圧上昇を検出する。
遅延部であるフィルタ部21は、入力されるクロック信号CLKのクロック数をカウントすることによって予め定める遅延時間を計時し、リセット信号RESETの解除を予め定める遅延時間遅らせる遅延回路である。リセット信号RESETは、バッテリ91の電圧が予め定める基準電圧未満であるときに出力される信号であり、入力電圧低下検知回路14の出力は、リセット信号RESETを反転した信号である。フィルタ部21は、入力側が入力電圧低下検知回路14の出力側に接続され、出力側がインバータ22の入力側に接続されている。インバータ22は、入力側がフィルタ部21の出力側に接続され、出力側がバックアップスイッチ回路12bに接続されている。
図8は、電源回路2での入力電圧Vinおよびスイッチ出力側電圧VSWの変化を示すタイムチャートである。バッテリ91の電圧が時刻t1に低下検知レベルまで低下すると、入力電圧低下検知回路14の出力、つまりリセット信号RESETの反転信号は、ハイレベルからローレベルに変化し、フィルタ部21の出力信号であるイネーブル(Enable)信号ENもハイレベルからローレベルに変化する。イネーブル信号ENがハイレベルからローレベルになると、バックアップスイッチ回路12bは、スイッチ出力側電圧VSWを(I1−I2)/C4(V/秒)の割合で上昇させ始める。
しかし、スイッチ出力側電圧VSWが昇圧電圧Vbuまで上昇する前に、バッテリ91の電圧が上昇し、時刻t2に低下検知レベルまで上昇すると、入力電圧低下検知回路14の出力、つまりリセット信号RESETの反転信号は、ローレベルからハイレベルに変化する。フィルタ部21は、リセット信号RESETの反転信号がローレベルからハイレベルに変化した時刻t3から予め定める遅延時間T1が経過した時刻t4に、イネーブル信号ENをローレベルからハイレベルに変化する。予め定める遅延時間T1は、スイッチ出力側電圧VSWが昇圧電圧Vbuに達する時間よりも大きい時間に設定される。
したがって、バックアップスイッチ回路12bは、スイッチ出力側電圧VSWが昇圧電圧Vbuに達した後の時刻t4から、スイッチ出力側電圧VSWを、I2/C2(V/秒)の割合で低下させる。
このように、電源回路2は、ヒステリシスのない入力電圧低下検知回路14aを用いていても、フィルタ部21を設けることによって、リセット信号RESETの解除を予め定める遅延時間T1遅らせるので、バッテリ91の電圧が、低下した直後に上昇することがあっても、リニアレギュレータ13の出力に高周波のチャタリングが発生することを防止することができる。
図2に示した電源回路1で用いられている入力電圧低下検知回路14は、リニアレギュレータ13の出力電圧のチャタリングを防止するために、ヒステリシスを有する構成としているが、このヒステリシスの電圧幅だけ、バッテリ91によって出力することができる最低の電圧が高くなってしまう。電源回路2は、ヒステリシスない入力電圧低下検知回路14aを用いているので、入力電圧低下検知回路14より、このヒステリシスの電圧幅だけ、バッテリ91によって出力することができる最低の電圧を下げることができる。
図9は、本発明の実施の第3の形態である電源回路3の構成を示す図である。電源回路3の構成要素のうち図7に示した電源回路2の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。電源回路3の昇圧コンバータ11aは、図7に示した昇圧コンバータ11の昇圧制御部111に代えて、昇圧制御部111aを用いている。
昇圧制御部111aは、たとえばEN端子を有する市販されている集積化されたIC(Integrated Circuit)を用いることができる。図9に示した昇圧制御部111aは、フィルタ部21の出力信号であるイネーブル信号ENがハイレベルであるとき、昇圧を行い、イネーブル信号ENがローレベルであるとき、昇圧を行わない。
バッテリ91の電圧が低下すると、昇圧コンバータ11aの昇圧電圧に基づく電圧がリニアレギュレータ13に出力され、リニアレギュレータ13に印加される電圧が昇圧電圧Vbuに達すると、バッテリ91の電圧より高い電圧が印加されることになり、リニアレギュレータ13で大きな電力損失が発生することになる。具体的には、バッテリ91の電圧Vinが12Vであり、昇圧コンバータ11aの昇圧電圧Vbuが24Vであり、リニアレギュレータ13の出力電圧Voutが5Vであると、リニアレギュレータ13の電力損失は、バッテリ91の電圧Vinが印加される場合は、7Vの電位差であるが、昇圧コンバータ11aの昇圧電圧Vbuが印加される場合は、19Vの電位差であり、電力損失が大きい。
昇圧コンバータ11aが動作を続け、昇圧電圧Vbuを高い電圧で維持しようとすると、電力損失が過大なものとなり、やがてリニアレギュレータ13が破損する可能性がある。しかし、昇圧コンバータ11aは、フィルタ部21の出力であるイネーブル信号ENで、昇圧を停止するので、リニアレギュレータ13が破損することを防止することができる。
図10は、本発明の実施の第4の形態である電源回路4の構成を示す図である。電源回路4の構成要素のうち図9に示した電源回路3の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。電源回路4は、図9に示した電源回路3のインバータ22に代えて、論理和回路41を用い、減電圧リセット検知回路42および基準電圧源43が追加されている。
論理和回路41は、2つの入力信号の論理和を出力する回路であり、フィルタ部21の出力が1つの入力信号として入力され、減電圧リセット検知回路42の出力信号を反転した信号が他の入力信号として入力され、出力信号を反転した信号がバックアップスイッチ回路12bに入力されている。
出力検出部である減電圧リセット検知回路42は、リニアレギュレータ13の出力電圧が基準電圧源43の電圧未満になると、減電圧リセット信号を出力するコンパレータである。基準電圧源43の電圧は、予め定める出力基準電圧である。減電圧リセット検知回路42が減電圧リセット信号を出力すると、論理和回路41は、ローレベルの信号をバックアップスイッチ回路12bに入力し、電界効果トランジスタTr2を遮断状態とし、昇圧コンバータ11の昇圧電圧に基づく電圧のリニアレギュレータ13への出力を停止する。
リニアレギュレータ13の負荷、たとえばマイコン93でグランドショート、あるいはリークが発生し、リニアレギュレータ13で多くの電力損失が生じることがある。リニアレギュレータ13で多くの電力損失が生じる状態で、昇圧コンバータ11の昇圧電圧をリニアレギュレータ13に出力し続けると、過大な電力損失がリニアレギュレータ13で発生し、破壊に到る可能性がある。電源回路4は、リニアレギュレータ13の出力電圧が基準電圧源43の電圧未満になると、昇圧コンバータ11の昇圧電圧に基づく電圧のリニアレギュレータ13への出力を停止するので、リニアレギュレータ13が破壊されることを防止することができる。
図11は、本発明の実施の第5の形態である電源回路5の構成を示す図である。電源回路5の構成要素のうち図10に示した電源回路4の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。電源回路5は、図10に示した電源回路4のダイオードD1に代えて、逆流防止回路50を用いる。逆流防止部である逆流防止回路50は、電界効果トランジスタTr6、コンパレータ511およびオフセット電圧源512を含んで構成されている。
電源導通遮断部である電界効果トランジスタTr6は、PチャネルMOSFETであり、ドレインがバッテリ91、コンデンサC1の一端、コイルL1の一端、入力電圧低下検知回路14の非反転入力端子、およびコンパレータ511の反転入力端子に接続され、ソースがバックアップスイッチ回路12bの出力側、リニアレギュレータ13の入力側、およびオフセット電圧源512の高電圧側に接続され、ゲートがコンパレータ511の出力端子に接続されている。
電界効果トランジスタTr6には、寄生ダイオードが形成されるが、寄生ダイオードのアノードがバッテリ91に接続され、カソードがバックアップスイッチ回路12bの出力側に接続されているので、電流がバックアップスイッチ回路12bの出力側からバッテリ91に流れることはない。
導通遮断制御部であるコンパレータ511は、反転入力端子が電界効果トランジスタTr6のドレイン、バッテリ91、コンデンサC1の一端、コイルL1の一端、および入力電圧低下検知回路14の非反転入力端子に接続され、非反転入力端子がオフセット電圧源512の低電圧側に接続され、出力端子が電界効果トランジスタTr6のゲートに接続されている。オフセット電圧源512は、低電圧側がコンパレータ511の非反転入力端子に接続され、高電圧側が、電界効果トランジスタTr6のソース、バックアップスイッチ回路12の出力側、およびリニアレギュレータ13の入力側に接続されている。オフセット電圧源512の電圧は、予め定めるオフセット電圧である。
コンパレータ511は、バッテリ91の電圧Vinが、スイッチ出力側電圧VSWにオフセット電圧源512の電圧を減算した電圧以上であるとき、電界効果トランジスタTr6のソースの電圧より低い電圧を出力し、電界効果トランジスタTr6を導通状態とする。スイッチ出力側電圧VSWにオフセット電圧源512の電圧を減算した電圧は、入力減算電圧である。
したがって、バッテリ91の電圧は、電界効果トランジスタTr6を介してリニアレギュレータ13に供給される。バッテリ91の電圧Vinが、スイッチ出力側電圧VSWにオフセット電圧源512の電圧を減算した電圧未満になると、コンパレータ511は、電界効果トランジスタTr6のソースの電圧以上の電圧を出力し、電界効果トランジスタTr6を遮断状態とする。したがって、バッテリ91の電圧は、電界効果トランジスタTr6を介してリニアレギュレータ13に供給されなくなり、バックアップスイッチ回路12bからバッテリ91に電流が逆流することを防止することができる。
オフセット電圧源512を設けないと、コンパレータ511および電界効果トランジスタTr6は発振することがある。オフセット電圧源512を設けない場合、バッテリ91の電圧Vinがスイッチ出力側電圧VSWよりも高くなると、電界効果トランジスタTr6は導通状態になる。電界効果トランジスタTr6は導通状態になると、スイッチ出力側電圧VSWは、バッテリ91の電圧Vinに等しくなり、電界効果トランジスタTr6は、遮断状態になる。電界効果トランジスタTr6が遮断状態になると、スイッチ出力側電圧VSWは低下し、バッテリ91の電圧Vinがスイッチ出力側電圧VSWよりも高くなるので、電界効果トランジスタTr6は導通状態になり、以後この動作を繰り返し、発振することとなる。オフセット電圧源512を設けて、バッテリ91の電圧Vinがスイッチ出力側電圧VSWよりも低い状態で、電界効果トランジスタTr6を遮断状態から導通状態にすることによって、この発振を防止することができる。
図12は、電圧ディップを説明するための図である。バッテリ91の電圧Vinが低下検知レベル未満に低下し、スイッチ出力側電圧VSWが昇圧電圧Vbuまで上昇した後、バッテリ91の電圧Vinが上昇し、時刻t4に低下検知レベルに達した時点から予め定める遅延時間T1が経過した時刻t5から、バックアップスイッチ回路12bは、スイッチ出力側電圧VSWを低下させる。
オフセット電圧源512を設けない場合、スイッチ出力側電圧VSWがバッテリ91の電圧Vinまで低下すると、コンパレータ511が働き、電界効果トランジスタTr6を導通状態にするが、コンパレータ511の閾値にばらつきがあるために、電界効果トランジスタTr6の応答が遅いと、一時的にスイッチ出力側電圧VSWがバッテリ91の電圧Vinより低くなる電圧ディップが発生する。スイッチ出力側電圧VSWに電圧ディップが発生すると、リニアレギュレータ13の出力電圧Voutにも電圧ディップが発生する。
オフセット電圧源512を設けることによって、コンパレータ511の閾値にばらつきがあっても、スイッチ出力側電圧VSWがバッテリ91の電圧Vinまで低下する前に、電界効果トランジスタTr6を導通状態にすることができ、電圧ディップの発生を防止することができる。
バッテリ91の電圧をリニアレギュレータ13に入力するダイオードD1は、昇圧コンバータ11の出力をリニアレギュレータ13に供給するとき、昇圧コンバータ11からの電流が、バッテリ91側に逆流することを防止するために設けられているが、バッテリ91の電圧が低下したとき、バッテリ91によって出力することができる最低の電圧が、ダイオードD1の電圧降下分高くなってしまう。逆流防止回路50は、ダイオードD1のように電圧降下が発生しないので、バッテリ91によって出力することができる最低の電圧を、ダイオードD1の電圧降下分低くすることができる。
図13は、本発明の実施の第6の形態である電源回路6の構成を示す図である。電源回路6の構成要素のうち図11に示した電源回路5の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。電源回路6は、図11に示した電源回路5のバックアップスイッチ回路12bに代えて、バックアップスイッチ回路12cを用いる。
バックアップスイッチ回路12cは、電界効果トランジスタTr2およびスロープ部120bに加えて、ダイオードD3を含んで構成される。第2の逆流防止部であるダイオードD3は、アノードが電界効果トランジスタTr2のドレインに接続され、カソードが電界効果トランジスタTr6のソース、リニアレギュレータ13の入力側、およびオフセット電圧源512の高電圧側に接続されている。ダイオードD3は、バッテリ91の電圧を電源回路6に投入するとき、バッテリ91から電界効果トランジスタTr6を介してリニアレギュレータ13に供給される突入電流の一部が、電界効果トランジスタTr2の寄生ダイオードを介して、昇圧コンバータ11aに逆流することを防止することができる。
ダイオードD3を設けないと、バックアップコンデンサC2は、大容量であるため、非常に大きい電流値の突入電流が逆流し、バックアップスイッチ回路12cが破壊される可能性があるが、ダイオードD3を設けることによって、突入電流が逆流することを防止することができ、バックアップスイッチ回路12cの破壊を防止することができる。
電源回路6では、ダイオードD3を用いたが、逆流を防止するための回路はダイオードD3に限定されるものではなく、たとえば逆流防止回路50と同様の回路を用いてもよい。
このように、ダイオードD1によって、バッテリ91からの電圧Vinが出力され、昇圧コンバータ11によって、電圧Vinが昇圧される。リニアレギュレータ13によって、ダイオードD1の電圧とバックアップスイッチ回路12を介した昇圧コンバータ11の電圧とが合成されて負荷に供給され、入力電圧低下検知回路14によって、電圧Vinが予め定める電圧未満であるか否かが検出される。そして、バックアップスイッチ回路12によって、入力電圧低下検知回路14によって電圧Vinが予め定める電圧未満であることが検出されると、リニアレギュレータ13に出力する電圧が昇圧部の電圧まで予め定める割合で上昇されて出力される。
したがって、リニアレギュレータ13の入力側にコンデンサを設けなくても、リニアレギュレータ13に昇圧コンバータ11の出力を供給するとき、出力電圧の変動を防止することができる。
さらに、バックアップスイッチ回路12aは、電界効果トランジスタTr2と、コンデンサC4と、ゲート制御部とを含む。ゲート制御部は、電界効果トランジスタTr4,Tr5、抵抗素子R1,R2、および電流源I1によって構成されている。電界効果トランジスタTr2によって、昇圧コンバータ11の出力側とリニアレギュレータ13の入力側とが導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態にされ、コンデンサC4は、一端が電界効果トランジスタTr2のゲートに接続され、他端がリニアレギュレータ13の入力側に接続されている。入力電圧低下検知回路14によってバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧未満であることが検出されたとき、電界効果トランジスタTr2のゲート電圧が制御されて、電界効果トランジスタTr2が導通状態とされるとともに、リニアレギュレータ13の入力側に接続されているコンデンサC4の他端の電圧が昇圧コンバータ11によって昇圧された電圧まで予め定める割合で上昇され、入力電圧低下検知回路14によってバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧以上であることが検出されたとき、電界効果トランジスタTr2のゲート電圧が制御されて、リニアレギュレータ13の入力側に接続されているコンデンサC4の他端の電圧が、バッテリ91の電圧まで予め定める割合で低下され、バッテリ91の電圧まで低下したときに、電界効果トランジスタTr2が遮断状態とされる。したがって、ゲート制御部が電界効果トランジスタTr2のゲート電圧を制御することによって、スイッチ出力側電圧VSWを予め定める割合で上昇および低下させることができるので、リニアレギュレータに昇圧コンバータへの出力の供給を停止するときも、出力電圧の変動を防止することができる。
さらに、フィルタ部21によって、入力電圧低下検知回路14aによってバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧未満であることが検出された後、入力電圧低下検知回路14aによってバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧以上であることが検出されたとき、前記ゲート制御部がリニアレギュレータ13の入力側に接続されているコンデンサC4の他端の電圧をバッテリ91の電圧まで予め定める割合で低下させ始める時点が、予め定める遅延時間T1遅くされるので、入力電圧低下検知回路14aにヒステリシスを持たせなくても、バッテリ91の電圧が予め定める基準電圧未満になった後、直ぐにバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧以上に戻ったとき、出力電圧がチャタリングすることを防止することができる。
さらに、昇圧コンバータ11aによって、入力電圧低下検知回路14aによってバッテリ91の電圧が予め定める基準電圧以上であることが検出された時点から、フィルタ部21によって予め定める遅延時間T1遅くされた時点まで、昇圧が行われないので、電力損失が過大となることを防止することができ、リニアレギュレータ13の破損を防止することができる。
さらに、減電圧リセット検知回路42によって、リニアレギュレータ13が負荷に出力する出力電圧が予め定める出力基準電圧未満になったことが検出され、前記ゲート制御部によって、減電圧リセット検知回路42がリニアレギュレータ13が出力する出力電圧が予め定める出力基準電圧未満になったことを検出すると、電界効果トランジスタTr2が遮断状態とされるので、昇圧コンバータ11aの出力をリニアレギュレータ13に供給することを停止し、過大な電力損失がリニアレギュレータ13に発生することを防止し、リニアレギュレータ13の破損を防止することができる。
さらに、バックアップスイッチ回路12bの出力からバッテリ91へ電流が逆流することを防止するにあたって、
逆流防止回路50は、電界効果トランジスタTr6とコンパレータ511とを含む。電界効果トランジスタTr6によって、バッテリ91とリニアレギュレータ13の入力側とが導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態にされ、コンパレータ511によって、バッテリ91の電圧がリニアレギュレータ13への入力電圧に予め定めるオフセット電圧を減算した電圧以上であると、電界効果トランジスタTr6が導通状態にされ、バッテリ91の電圧がリニアレギュレータ13への入力電圧に予め定めるオフセット電圧を減算した電圧未満であると、電界効果トランジスタTr6が遮断状態にされる。したがって、逆流防止回路50をダイオードD1によって構成したときに生じるPN接合による電圧降下をなくすことができる。またオフセット電圧を減算しているので、電圧ディップの発生を防止することができる。
さらに、バックアップスイッチ回路12cに含まれるダイオードD3によって、逆流防止回路50の出力から電界効果トランジスタTr2とコンデンサC4との接続点に電流が逆流することが防止されるので、バッテリ91からの電流が昇圧コンバータ11aに逆流することを防止することができる。
さらに、昇圧コンバータ11aは、コイルL1と、ダイオードD2と、バックアップコンデンサC2と、電界効果トランジスタTr1と、昇圧制御部111aとを含む。コイルL1は、一端がバッテリ91に接続されており、ダイオードD2は、アノードがコイルL1の他端に接続されており、バックアップコンデンサC2は、一端がダイオードD2のカソードに接続され、他端がグランドに接続されている。電界効果トランジスタTr1によって、コイルL1の他端とダイオードD2のアノードとの第1の接続点がグランドと導通状態および遮断状態のうちのいずれかの状態にされ、昇圧制御部111aによって、バックアップコンデンサC2とダイオードD2のカソードとの第2の接続点の電圧、および入力電圧低下検知回路14aの検出結果に応じて、電界効果トランジスタTr1のゲートの電圧が制御されて、バックアップコンデンサC2の端子のうちダイオードD2のカソードに接続される端子の電圧が昇圧され、バックアップコンデンサC2に蓄えられる電荷が出力される。したがって、電界効果トランジスタTr1および昇圧制御部111aは集積化が可能である。
図14は、本発明の実施の一形態であるエアバッグ制御用電源IC70の構成を示す図である。電源回路6aは、図13に示した電源回路6と同じ回路構成であるが、構成要素の一部を集積化したエアバッグ制御用電源IC70を用いている。電源回路6aの構成要素のうち図13に示した電源回路6の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。
エアバッグ制御用電源IC70は、電界効果トランジスタTr1、昇圧制御部111a、バックアップスイッチ回路12c、リニアレギュレータ13、入力電圧低下検知回路14a、基準電圧源15、フィルタ部21、論理和回路41、減電圧リセット検知回路42、基準電圧源43、および逆流防止回路50を集積化した集積回路装置であり、バッテリ91の電圧を、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子、電界効果トランジスタTr6のドレイン、およびコンパレータ511の反転入力端子に入力するための入力端子71、コイルL1とダイオードD2のアノードとの接続点を、電界効果トランジスタTr1のドレインと接続するための第1の接続端子72、ダイオードD2のカソードとバックアップコンデンサC2との接続点を、昇圧制御部111aの入力側、および電界効果トランジスタTr2のソースと接続するための第2の接続端子73、ならびにリニアレギュレータ13の出力信号を出力するための出力端子74が形成されている。
エアバッグ制御用電源IC70は、これらの構成要素が集積化されているので、電源回路6aを高信頼性にし、かつ小型化することができる。
図15は、本発明の実施の他の形態であるエアバッグ制御用電源IC80の構成を示す図である。電源回路6bは、図13に示した電源回路6と同じ回路構成であるが、構成要素の一部を集積化したエアバッグ制御用電源IC80を用いている。電源回路6bの構成要素のうち図13に示した電源回路6の構成要素と同じ構成要素については、重複を避けるために、同じ参照符を付して説明を省略する。
エアバッグ制御用電源IC80は、エアバッグ制御用電源IC70の構成要素と同じ構成要素を集積化した集積回路装置であるが、形成される端子が異なる。エアバッグ制御用電源IC70は、4つの端子、すなわち入力端子71、第1の接続端子72、第2の接続端子73、および出力端子74が形成されているが、エアバッグ制御用電源IC80は、5つの端子、すなわち第1の入力端子81、第2の入力端子82、第1の接続端子83、第2の接続端子84、および出力端子85が形成されている。第1の接続端子83は、第1の接続端子72と同じであり、第2の接続端子84は、第2の接続端子73と同じであり、出力端子85は、出力端子74と同じであり、重複を避けるために説明は省略する。
第1の入力端子81は、バッテリ91の電圧を、電界効果トランジスタTr6のドレイン、およびコンパレータ511の反転入力端子に入力するための接続端子であり、第2の入力端子82は、バッテリ91の電圧を、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子に入力するための接続端子である。
図16は、電源回路6aの回路動作を説明するためのタイムチャートである。入力端子71が時刻t6に実装基板から外れた場合、バッテリ91の電圧が電界効果トランジスタTr6を介して供給されなくなり、スイッチ出力側電圧VSWは、急落する。しかし、入力電圧低下検知回路14aが、バッテリ91の電圧が低下検知レベルまで低下したことを検出するので、リセット信号RESETの反転信号は、ローレベルになり、イネーブル信号ENもローレベルになる。図16では、イネーブル信号ENがローレベルのとき、バックアップスイッチ回路12aが「ON」と記載し、イネーブル信号ENがハイレベルのとき、バックアップスイッチ回路12aが「OFF」と記載している。
イネーブル信号ENがローレベルになると、バックアップスイッチ回路12cは、昇圧コンバータ11aの昇圧電圧に基づく電圧をリニアレギュレータ13に出力し、スイッチ出力側電圧VSWを上昇させる。このとき、電界効果トランジスタTr6を介して、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子の電圧も上昇し、低下検知レベルまで上昇すると、リセット信号RESETの反転信号は、ハイレベルになる。オフセット電圧源512が設けられているので、バッテリ91の電圧Vinがスイッチ出力側電圧VSW未満にならないと、電界効果トランジスタTr6は、遮断状態にならない。入力端子71が外れていると、電界効果トランジスタTr6にほとんど電流が流れないため、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子の電圧は、スイッチ出力側電圧VSWと等しくなり、スイッチ出力側電圧VSWの上昇がそのまま入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子に供給される。
その後、フィルタ部21の遅延時間T1が経過した時刻t7に、イネーブル信号ENがハイレベルになり、バックアップスイッチ回路12cは、スイッチ出力側電圧VSWを低下させる。入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子の電圧が低下検知レベルまで低下すると、再び、バックアップスイッチ回路12cは、スイッチ出力側電圧VSWを上昇させ、以後図16に示した動作を繰り返すことになる。図16に示した動作を繰り返すと、リニアレギュレータ13の電力損失が増加し、リニアレギュレータ13に用いられている半導体素子が破壊される可能性がある。
エアバッグ制御用電源IC80は、バッテリ91の電圧を、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子、電界効果トランジスタTr6のドレイン、およびコンパレータ511の反転入力端子に入力するための接続端子を、電界効果トランジスタTr6のドレイン、およびコンパレータ511の反転入力端子に入力するための第1の入力端子82と、バッテリ91の電圧を、入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子に入力するための第2の入力端子82接続端子とに分けているので、スイッチ出力側電圧VSWが電界効果トランジスタTr6によって入力電圧低下検知回路14aの非反転入力端子にフィードバックされることがなく、図16に示した動作に起因する問題、すなわちリニアレギュレータ13の電力損失が上がり、リニアレギュレータ13に用いられている半導体素子が破壊されることを防止することができる。
さらに、電源回路6bのうち、電界効果トランジスタTr1、昇圧制御部111a、入力電圧低下検知回路14a、フィルタ部21、バックアップスイッチ回路12c、リニアレギュレータ13、減電圧リセット検知回路42、および逆流防止回路50を集積化するにあたって、バッテリ91を入力電圧低下検知回路14aに接続するための第1の入力端子81と、バッテリ91を逆流防止回路50に接続するための第2の入力端子82と、前記第1の接続点を電界効果トランジスタTr1に接続するための第1の接続端子83と、前記第2の接続点を昇圧制御部111aおよび電界効果トランジスタTr1に接続するための第2の接続端子84と、リニアレギュレータ13の出力電圧を出力する出力端子85とが形成される。したがって、第1の入力端子が外れても、第2の入力端子からバッテリ91の電圧が供給されるので、バックアップ回路の出力が導通および遮断を繰り返すことがなく、リニアレギュレータの電力損失を抑え、破損を防止することができる。第1の接続点は、コイルL1とダイオードD2のアノードとの接続点であり、第2の接続点は、バックアップコンデンサC2とダイオードD2のカソードとの接続点である。
図14に示したエアバッグ制御用電源IC70および図15に示したエアバッグ制御用電源IC80は、電界効果トランジスタTr1、昇圧制御部111a、バックアップスイッチ回路12c、リニアレギュレータ13、入力電圧低下検知回路14a、基準電圧源15、フィルタ部21、論理和回路41、減電圧リセット検知回路42、基準電圧源43、および逆流防止回路50を集積化した集積回路装置であるが、集積化することなく1つの基板に搭載してもよい。さらに、コンデンサC1、コイルL1、ダイオードD2および、バックアップコンデンサC2も同じ基板に搭載することも可能である。
図17は、本発明の実施の一形態であるエアバッグ制御ユニット100の構成を示す図である。電子機器であるエアバッグ制御ユニット100は、コンデンサC1、コイルL1、ダイオードD2、バックアップコンデンサC2、エアバッグ制御用電源IC80、エアバッグ点火制御IC921、マイコン93および加速度センサ94を含んで構成されている。
エアバッグ制御ユニット100の構成要素のうち図15に示した電源回路6bの構成要素、スクイブ点火回路92、マイコン93および加速度センサ94については、同じ参照符を付して、重複を避けるために説明は省略する。スクイブ点火回路92は、マイコン93の指示によって着火剤の点火を制御するエアバッグ点火制御IC921を含んで構成され、エアバッグ制御ユニット100は、スクイブ点火回路92のうちエアバッグ点火制御IC921のみを含む。
図17に示したエアバッグ制御ユニット100は、エアバッグ制御用電源IC80を用いているが、エアバッグ制御用電源IC70を用いることも可能である。
このように、集積回路装置、たとえばエアバッグ制御用電源IC80を備えているので、高信頼性で、かつ小型化された電子機器、たとえばエアバッグ制御ユニット100を実現することができる。