JP2023104630A - Power shutdown protection circuit, power shutdown protection controller, and data storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電源遮断保護回路に関する。 The present disclosure relates to power interruption protection circuits.
電子部品には、安定した電源電圧の供給が欠かせない。ソリッドステートドライブやハードディスクなどの記憶装置は、電源電圧が瞬断されると、記憶中のデータの破壊、消失のおそれがある。入力電圧が遮断された後も、負荷がデータ待避などの必要な保護処理を実行する期間、電源電圧を維持することが求められる。このような機能は、電源遮断保護、PLP(Power Loss Protection)、PLI(Power Loss Imminent)、PFP(Power Failure Protection)などと称される。 A stable power supply voltage is essential for electronic components. In a storage device such as a solid state drive or a hard disk, if the power supply voltage is interrupted momentarily, the stored data may be destroyed or lost. Even after the input voltage is cut off, it is required to maintain the power supply voltage during the period when the load performs necessary protection processing such as data saving. Such functions are called power interruption protection, PLP (Power Loss Protection), PLI (Power Loss Imminent), PFP (Power Failure Protection), and the like.
図1は、PLP機能を備えるシステムのブロック図である。システム2は、主電源10、負荷20および電源遮断保護回路30を備える。主電源10は、12V程度の入力電圧VINを生成する。
FIG. 1 is a block diagram of a system with PLP functionality. The
電源遮断保護回路30は、主電源10と負荷20の間に設けられる。電源遮断保護回路30は、スイッチ32、バックアップキャパシタ34、昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータ36を備える。
A power
スイッチ32は、電子ヒューズとも称され、主電源10と負荷20を結ぶ電源ライン38上に設けられる。有効な入力電圧VINが供給される間、スイッチ32はオンとなり、入力電圧VINが電源電圧VDDとして負荷20に供給される。DC/DCコンバータ36の入力端子INは、電源ライン38と接続され、出力端子OUTは、バックアップキャパシタ34と接続される。DC/DCコンバータ36は、入力電圧VINが供給されている間、入力電圧VINを昇圧し、バックアップキャパシタ34を充電する。バックアップキャパシタ34の容量をC、バックアップキャパシタ34に発生する電圧をVSTRとすると、バックアップキャパシタ34に蓄えられる電荷QおよびエネルギーEは、以下の式で表される。
Q=C・VSTR
Eは、E=C・VSTR
2/2
The
Q=C・V STR
E is E=C·V STR 2 /2
入力電圧VINが喪失すると、DC/DCコンバータ36が降圧モードに切り替わり、電源遮断保護回路30は、バックアップキャパシタ34に蓄えた電力を、負荷20に供給する。
When the input voltage V IN is lost, the DC/
近年の低消費電力化の要請は、電源遮断保護回路30も例外ではない。
The power
図1の電源遮断保護回路30において、電源喪失状態においては、電源遮断保護回路30自身の電力も、バックアップキャパシタ34に蓄えられた電力からまかなわれる。SSD(Solid State Drive)のアプリケーションは熱に弱いため、発熱を減らすために、回路全体の消費電力を低減することが要求され、電源遮断保護回路30の消費電力を減らすことが求められる。また、電源遮断保護回路30の消費電力を減らすほど、電源喪失状態において、負荷20に電力を供給できる時間が長くなる。
In the power
本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力を削減した電源遮断保護回路の提供にある。 The present disclosure has been made in view of such problems, and one exemplary purpose of certain aspects thereof is to provide a power interruption protection circuit with reduced power consumption.
本開示のある態様の電源遮断保護回路は、第1入力電圧を受けるべき第1入力ラインと、第1負荷と接続されるべき第1出力ラインと、第2負荷と接続されるべき第2出力ラインと、バックアップキャパシタと、昇圧モードと降圧モードが切りかえ可能であり、第1出力ラインおよびバックアップキャパシタと接続され、昇圧モードにおいて、第1出力ラインのバス電圧を昇圧してバックアップキャパシタを充電するとともに、降圧モードにおいて、バックアップキャパシタの電圧を降圧し、第1出力ラインに供給する第1スイッチング電源と、第1入力ラインと第1出力ラインとの間に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、第1入力電圧を5Vより低い電源電圧に降圧し、第2負荷に供給する第2スイッチング電源と、を備える。第1スイッチング電源のドライバ回路は、電源電圧を受けて動作可能である。 A power interruption protection circuit according to one aspect of the present disclosure includes a first input line to receive a first input voltage, a first output line to be connected to a first load, and a second output to be connected to a second load. line, the backup capacitor, and a step-up mode and a step-down mode, which are connected to the first output line and the backup capacitor; in the step-up mode, the bus voltage of the first output line is stepped up to charge the backup capacitor; a first switching power supply for stepping down the voltage of the backup capacitor and supplying it to the first output line in the step-down mode; and a second switching power supply that steps down the first input voltage to a power supply voltage lower than 5V and supplies it to a second load. A driver circuit of the first switching power supply is operable upon receiving the power supply voltage.
本開示の別の態様は、電源遮断保護コントローラである。この電源遮断保護コントローラは、入力電圧を受けるべき入力ピンと、第1負荷と接続されるべき出力ピンと、バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、外付けの第1インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、外付けの第2インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第2スイッチングピンと、第2負荷と接続されるべき電源ピンと、第1スイッチングピン、出力ピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第1インダクタとともに電力伝送の方向が反転可能な昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータを構成し、昇圧モードにおいて、バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化し、降圧モードにおいて、出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、第2スイッチングピンおよび出力ピンと接続され、第2インダクタとともに降圧コンバータを構成し、第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、入力ピンと出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、を備える。第1コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作する。 Another aspect of the present disclosure is a power interruption protection controller. This power interruption protection controller is connected to an input pin to receive an input voltage, an output pin to be connected to a first load, a capacitor connection pin to which a backup capacitor is connected, and an output pin via a first external inductor. a first switching pin to be connected to a second load via a second external inductor; a power supply pin to be connected to the second load; a first switching pin, an output pin and a capacitor connection; A step-up/step-down bidirectional DC/DC converter connected to the pin and capable of reversing the direction of power transmission together with the first inductor, stabilizing the voltage of the backup capacitor to a first target level in the step-up mode, and, in the step-down mode, A first converter block for stabilizing the voltage of the output pin to the second target level is connected to the second switching pin and the output pin, constitutes a step-down converter together with the second inductor, and the voltage supplied to the second load is 5V. A second converter block stabilized to a lower third target level, and an electronic fuse circuit provided on a power supply line connecting an input pin and an output pin and capable of electrically switching between an ON state and an OFF state. The driver circuit of the first converter block operates using the voltage of the power supply pin as a power supply.
本開示のさらに別の態様もまた、電源遮断保護コントローラである。この電源遮断保護コントローラは、入力電圧を受けるべき入力ピンと、第1負荷と接続されるべき出力ピンと、バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、外付けの第1インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、外付けの第2インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第2スイッチングピンと、外付けの第3インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第3スイッチングピンと、第2負荷と接続されるべき電源ピンと、第1スイッチングピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第1インダクタとともに昇圧コンバータを構成し、昇圧モードにおいてアクティブとなり、バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、第2スイッチングピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第2インダクタとともに第1降圧コンバータを構成し、出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、第3スイッチングピンおよび出力ピンと接続され、第3インダクタとともに第2降圧コンバータを構成し、第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第3コンバータブロックと、入力ピンと出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、を備える。第1コンバータブロックおよび第2コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作する。 Yet another aspect of the present disclosure is also a power interruption protection controller. This power interruption protection controller is connected to an input pin to receive an input voltage, an output pin to be connected to a first load, a capacitor connection pin to which a backup capacitor is connected, and an output pin via a first external inductor. a first switching pin to be connected to the output pin via a second external inductor; a third switching pin to be connected to the second load via a third external inductor; 2, connected to a power supply pin to be connected with a load, a first switching pin and a capacitor connection pin, forming a boost converter together with a first inductor, active in a boost mode, and stabilizing the voltage of the backup capacitor to a first target level; a first converter block, a second converter block connected to the second switching pin and the capacitor connection pin, forming a first buck converter together with the second inductor, and stabilizing the voltage of the output pin to a second target level; a third converter block connected to the switching pin and the output pin and forming a second step-down converter together with a third inductor to regulate the voltage supplied to the second load to a third target level below 5V; an input pin and an output; an electronic fuse circuit provided on a power supply line connecting the pins and capable of electrically switching between an ON state and an OFF state. The driver circuits of the first converter block and the second converter block operate using the voltage of the power supply pin as a power supply.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, and mutually replacing constituent elements and expressions among methods, devices, systems, etc. are also effective as embodiments of the present invention or the present disclosure. Furthermore, the description in this section (Summary of the Invention) does not describe all the essential features of the invention, and thus subcombinations of those described features can also be the invention. .
本開示のある態様によれば、消費電力を削減できる。 According to an aspect of the present disclosure, power consumption can be reduced.
(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Overview of embodiment)
SUMMARY OF THE INVENTION Several exemplary embodiments of the disclosure are summarized. This summary presents, in simplified form, some concepts of one or more embodiments, as a prelude to the more detailed description that is presented later, and for the purpose of a basic understanding of the embodiments. The size is not limited. This summary is not a comprehensive overview of all possible embodiments, and it is intended to neither identify key elements of all embodiments nor delineate the scope of some or all aspects. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or variation) or multiple embodiments (examples or variations) disclosed herein.
一実施形態に係る電源遮断保護回路は、第1入力電圧を受けるべき第1入力ラインと、第1負荷と接続されるべき第1出力ラインと、第2負荷と接続されるべき第2出力ラインと、バックアップキャパシタと、昇圧モードと降圧モードが切りかえ可能であり、第1出力ラインおよびバックアップキャパシタと接続され、昇圧モードにおいて、第1出力ラインのバス電圧を昇圧してバックアップキャパシタを充電するとともに、降圧モードにおいて、バックアップキャパシタの電圧を降圧し、第1出力ラインに供給する第1スイッチング電源と、第1入力ラインと第1出力ラインとの間に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、第1入力電圧を5Vより低い電源電圧に降圧し、第2負荷に供給する第2スイッチング電源と、を備える。第1スイッチング電源のドライバ回路は、電源電圧を受けて動作可能である。 A power interruption protection circuit according to one embodiment includes a first input line to receive a first input voltage, a first output line to be connected to a first load, and a second output line to be connected to a second load. and the backup capacitor, which can switch between a boost mode and a buck mode, is connected to the first output line and the backup capacitor, and in the boost mode, boosts the bus voltage of the first output line to charge the backup capacitor, In the step-down mode, a first switching power supply for stepping down the voltage of the backup capacitor and supplying it to the first output line is provided between the first input line and the first output line, and the ON state and the OFF state are electrically switched. A switchable electronic fuse circuit and a second switching power supply for stepping down a first input voltage to a power supply voltage below 5V and supplying a second load. A driver circuit of the first switching power supply is operable upon receiving the power supply voltage.
この構成では、第2スイッチング電源によって第2負荷のために生成した電源電圧が、第1スイッチング電源の駆動に利用される。これにより、第1スイッチング電源を構成するスイッチング素子が、5Vより低い電源電圧でスイッチングされることとなり、5Vでスイッチングさせた場合に比べて、第1スイッチング電源の消費電力を削減できる。 In this configuration, the power supply voltage generated for the second load by the second switching power supply is used to drive the first switching power supply. As a result, the switching element that constitutes the first switching power supply is switched at a power supply voltage lower than 5V, and the power consumption of the first switching power supply can be reduced compared to switching at 5V.
第1スイッチング電源の消費電力が削減されることにより、電源喪失時において負荷の動作時間を延ばすことができ、あるいは同じ負荷の動作時間を与えるバックアップキャパシタの容量を小さくできる。 By reducing the power consumption of the first switching power supply, it is possible to extend the operation time of the load at the time of power failure, or reduce the capacity of the backup capacitor that provides the same load operation time.
一実施形態において、第2スイッチング電源のドライバ回路は、電源電圧を受けて動作可能であってもよい。これにより、第2スイッチング電源のドライバ回路を5Vで動作させた場合に比べて、消費電力も削減できる。 In one embodiment, the driver circuit of the second switching power supply may be operable upon receiving the power supply voltage. As a result, power consumption can be reduced as compared with the case where the driver circuit of the second switching power supply is operated at 5V.
一実施形態において、第2負荷は電源管理回路であってもよい。 In one embodiment, the second load may be power management circuitry.
一実施形態において、電源電圧は3.3Vであってもよい。 In one embodiment, the power supply voltage may be 3.3V.
一実施形態において、第1負荷は、降圧コンバータを含んでもよい。 In one embodiment, the first load may include a buck converter.
一実施形態において、電源遮断保護回路は、5Vの第2入力電圧を受けるとともに、第3負荷と接続されるべき第2入力ラインと、第2入力ラインの経路上に設けられたロードスイッチと、をさらに備えてもよい。電源遮断保護回路は、第1入力電圧が喪失したときに、第2負荷に、第2入力電圧が供給可能であってもよい。これにより、よりロバストな電源遮断保護回路を提供できる。 In one embodiment, the power interruption protection circuit receives a second input voltage of 5V and includes a second input line to be connected to a third load, a load switch provided on the path of the second input line, may be further provided. The power interruption protection circuit may be capable of supplying the second input voltage to the second load when the first input voltage is lost. This makes it possible to provide a more robust power interruption protection circuit.
一実施形態において、第1スイッチング電源は、昇圧モードと降圧モードとで、電力伝送の方向が反転可能な昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータを含んでもよい。 In one embodiment, the first switching power supply may include a step-up/step-down bidirectional DC/DC converter capable of reversing the direction of power transmission between step-up mode and step-down mode.
一実施形態において、電源遮断保護回路は、昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータのインダクタと第1出力ラインとの間に接続される保護スイッチをさらに備えてもよい。バックアップキャパシタがショートモードで故障した場合に、保護スイッチをオフすることで、負荷への給電を継続することができる。 In one embodiment, the power interruption protection circuit may further include a protection switch connected between the inductor of the step-up/step-down bidirectional DC/DC converter and the first output line. If the backup capacitor fails in the short mode, the power supply to the load can be continued by turning off the protection switch.
一実施形態において、第1スイッチング電源は、昇圧モードにおいてアクティブとなり、第1出力ラインと接続される入力ノードと、バックアップキャパシタと接続される出力ノードを有する昇圧コンバータと、昇圧モードおよび降圧モードにおいてアクティブとなり、第1出力ラインと接続される入力ノードと、バックアップキャパシタと接続される出力ノードを有する降圧コンバータと、を含んでもよい。双方向DC/DCコンバータを用いる構成では、双方向DC/DCコンバータの動作モードの切りかえにともなう制御遅延が生じるため、電源電圧が低下する場合がある。これに対して、第1スイッチング電源が昇圧コンバータと降圧コンバータを含む構成では、降圧コンバータを常時動作させておくことにより、電源喪失が発生したときに、降圧コンバータの起動を待つ必要がないため、バックアップキャパシタに蓄えておいた電力を、速やかに負荷に供給することができる。 In one embodiment, the first switching power supply is active in a boost mode, a boost converter having an input node connected to the first output line and an output node connected to the backup capacitor, and active in the boost mode and the buck mode. and a step-down converter having an input node connected to the first output line and an output node connected to the backup capacitor. In a configuration using a bidirectional DC/DC converter, a power supply voltage may drop due to control delay associated with switching of the operation mode of the bidirectional DC/DC converter. On the other hand, in a configuration where the first switching power supply includes a boost converter and a buck converter, the buck converter is kept in operation at all times. The power stored in the backup capacitor can be quickly supplied to the load.
一実施形態において、電源遮断保護回路は、昇圧コンバータおよび降圧コンバータそれぞれのインダクタと第1出力ラインとの間に接続される保護スイッチをさらに備えてもよい。バックアップキャパシタがショートモードで故障した場合に、保護スイッチをオフすることで、負荷への給電を継続することができる。 In one embodiment, the power interruption protection circuit may further include a protection switch connected between the inductor of each of the boost converter and the buck converter and the first output line. If the backup capacitor fails in the short mode, the power supply to the load can be continued by turning off the protection switch.
一実施形態において、第1負荷および第2負荷は、SSD(Solid State Drive)の部品であってもよい。SSD(Solid State Drive)のアプリケーションは熱に弱いため、発熱を減らすために、回路全体の消費電力を低減することが要求される。上記の電源遮断保護回路では、その消費電力を減らすことができるため、SSDアプリケーションに好適である。 In one embodiment, the first load and the second load may be SSD (Solid State Drive) components. Applications of SSDs (Solid State Drives) are vulnerable to heat, so it is required to reduce the power consumption of the entire circuit in order to reduce heat generation. The power interruption protection circuit described above is suitable for SSD applications because its power consumption can be reduced.
一実施形態に係るデータ記憶装置は、上述のいずれかの電源遮断保護回路を備えてもよい。 A data storage device according to an embodiment may include any of the power interruption protection circuits described above.
一実施形態に係る電源遮断保護コントローラは、入力電圧を受けるべき入力ピンと、第1負荷と接続されるべき出力ピンと、バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、外付けの第1インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、外付けの第2インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第2スイッチングピンと、第2負荷と接続されるべき電源ピンと、第1スイッチングピン、出力ピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第1インダクタとともに電力伝送の方向が反転可能な昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータを構成し、昇圧モードにおいて、バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化し、降圧モードにおいて、出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、第2スイッチングピンおよび出力ピンと接続され、第2インダクタとともに降圧コンバータを構成し、第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、入力ピンと出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、を備える。第1コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作する。 A power interruption protection controller according to one embodiment includes an input pin to receive an input voltage, an output pin to be connected to a first load, a capacitor connection pin to which a backup capacitor is connected, and an external first inductor. a first switching pin to be connected to an output pin, a second switching pin to be connected to a second load via a second external inductor, a power supply pin to be connected to the second load, a first switching pin, an output a step-up/step-down bidirectional DC/DC converter connected to a pin and a capacitor connection pin and capable of reversing the direction of power transmission together with the first inductor, stabilizing the voltage of the backup capacitor to a first target level in the step-up mode; In buck mode, the first converter block for stabilizing the voltage of the output pin to the second target level is connected to the second switching pin and the output pin, constitutes a buck converter together with the second inductor, and is supplied to the second load. a second converter block that stabilizes the voltage to a third target level lower than 5 V; an electronic fuse circuit that is provided on a power supply line that connects the input pin and the output pin and that can be electrically switched between an on state and an off state; Prepare. The driver circuit of the first converter block operates using the voltage of the power supply pin as a power supply.
一実施形態において、第2コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作してもよい。 In one embodiment, the driver circuit of the second converter block may be powered by the voltage of the power pin.
一実施形態において、電源遮断保護コントローラは、第1インダクタの一端と接続されるべきインダクタ接続ピンと、出力ピンとインダクタ接続ピンの間に接続される保護スイッチと、をさらに備えてもよい。バックアップキャパシタがショートモードで故障した場合に、保護スイッチをオフすることで、負荷への給電を継続することができる。 In one embodiment, the power interruption protection controller may further comprise an inductor connection pin to be connected with one end of the first inductor, and a protection switch connected between the output pin and the inductor connection pin. If the backup capacitor fails in the short mode, the power supply to the load can be continued by turning off the protection switch.
一実施形態に係る電源遮断保護コントローラは、入力電圧を受けるべき入力ピンと、第1負荷と接続されるべき出力ピンと、バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、外付けの第1インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、外付けの第2インダクタを介して出力ピンと接続されるべき第2スイッチングピンと、外付けの第3インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第3スイッチングピンと、第2負荷と接続されるべき電源ピンと、第1スイッチングピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第1インダクタとともに昇圧コンバータを構成し、昇圧モードにおいてアクティブとなり、バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、第2スイッチングピンおよびキャパシタ接続ピンと接続され、第2インダクタとともに第1降圧コンバータを構成し、出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、第3スイッチングピンおよび出力ピンと接続され、第3インダクタとともに第2降圧コンバータを構成し、第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第3コンバータブロックと、入力ピンと出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、を備える。第1コンバータブロックおよび第2コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作する。 A power interruption protection controller according to one embodiment includes an input pin to receive an input voltage, an output pin to be connected to a first load, a capacitor connection pin to which a backup capacitor is connected, and an external first inductor. A first switching pin to be connected to the output pin, a second switching pin to be connected to the output pin via a second external inductor, and a third switching pin to be connected to the second load via a third external inductor. A switching pin, a power supply pin to be connected to a second load, a first switching pin and a capacitor connection pin are connected to form a boost converter together with a first inductor, which is active in a boost mode to raise the voltage of the backup capacitor to a first target level. and a second converter block connected to the second switching pin and the capacitor connection pin, forming a first step-down converter together with the second inductor, and stabilizing the voltage at the output pin to the second target level. and a third converter block connected to the third switching pin and the output pin, forming a second buck converter together with the third inductor, for stabilizing the voltage supplied to the second load to a third target level below 5V. and an electronic fuse circuit provided on a power supply line connecting the input pin and the output pin and capable of electrically switching between an ON state and an OFF state. The driver circuits of the first converter block and the second converter block operate using the voltage of the power supply pin as a power supply.
一実施形態において、第3コンバータブロックのドライバ回路は、電源ピンの電圧を電源として動作してもよい。 In one embodiment, the driver circuit of the third converter block may be powered by the voltage of the power pin.
一実施形態において、第1インダクタの一端および第2インダクタの一端と接続されるべきインダクタ接続ピンと、出力ピンとインダクタ接続ピンの間に接続される保護スイッチと、をさらに備えてもよい。 In one embodiment, an inductor connection pin to be connected to one end of the first inductor and one end of the second inductor, and a protection switch connected between the output pin and the inductor connection pin may be further provided.
一実施形態において、電源遮断保護コントローラひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 In one embodiment, the power interruption protection controller may be integrated on a single semiconductor substrate. "Integrated integration" includes cases in which all circuit components are formed on a semiconductor substrate and cases in which the main components of a circuit are integrated. A resistor, capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuits on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.
第1負荷および第2負荷は、SSD(Solid State Drive)の部品であってもよい。 The first load and the second load may be parts of an SSD (Solid State Drive).
(実施形態)
以下、好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(embodiment)
Preferred embodiments will be described below with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. Moreover, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。また、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, "a state in which member A is connected to member B" refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, as well as a case in which member A and member B are electrically connected. Indirect connection through other members that do not affect the connected state or impede the function is also included. Further, "the state in which the member C is provided between the member A and the member B" means the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as the case where the electrical connection is made. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not affect the state or impede the function.
(実施形態1)
図2は、実施形態1に係る電源遮断保護回路100を備えるシステム2のブロック図である。システム2は、主電源10、第1負荷21、第2負荷22および電源遮断保護回路100を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a block diagram of the
主電源10は、たとえばAC/DCコンバータやUSB(Universal Serial Bus)バスであり、所定の第1電圧レベル(以下、12Vとする)の直流の入力電圧VINを電源遮断保護回路100に供給する。
The
電源遮断保護回路100は、入力電圧VINを受け、第1負荷21に対してバス電圧VBUSを供給し、第2負荷22に対して電源電圧VDDを供給する。第2負荷22は、5Vよりも低電圧で動作する回路であり、したがって電源電圧VDDは、5Vより低く、たとえば3.3Vである。たとえば第2負荷22は、3.3Vを入力電圧として動作するPMIC(Power Management IC)であってもよい。
The power
電源遮断保護回路100は、入力ライン104、第1出力ライン108、第2出力ライン109、電子ヒューズ回路220、バックアップキャパシタ102、第1スイッチング電源110、第2スイッチング電源120を備える。
The power
主電源10と第1負荷21の間は、バスラインで接続される。バスライン上には、電子ヒューズ回路220が設けられる。バスラインのうち、電子ヒューズ回路220より主電源10側を入力ライン104と称し、電子ヒューズ回路220より第1負荷21側を第1出力ライン108と称する。入力ライン104には、入力電圧VINが供給される。第1出力ライン108には、第1負荷21が接続される。第2出力ライン109には、第2負荷22が接続される。
A bus line connects between the
電子ヒューズ回路220は、入力ライン104と出力ライン108の間に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能である。
The
バックアップキャパシタ102は、バックラップライン106と接続されている。
第1スイッチング電源110は、出力ライン108およびバックアップキャパシタ102と接続されている。第1スイッチング電源110は、昇圧モードと降圧モードが切りかえ可能であり、昇圧モードにおいて、出力ライン108のバス電圧VBUSを昇圧してバックアップキャパシタ102を充電する。この充電によって、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRは、所定の目標レベルVREF(BOOST)に安定化される。昇圧モードの目標レベルVREF(BOOST)は、入力電圧VINより高く定められる。以下では、VREF(BOOST)=48Vとすることができる。
A first
第1スイッチング電源110は、降圧モードにおいて、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRを降圧し、出力ライン108に供給する。降圧モードにおいて、バス電圧VBUSは所定の目標レベルVREF(BUCK)に安定化される。降圧モードの目標レベルVREF(BUCK)は、入力電圧VINと同程度に定められる。以下では、VREF(BUCK)=12Vとする。
The first
第2スイッチング電源120は、入力電圧VINを5Vより低い電源電圧VDDに降圧し、第2負荷22に供給する。電源電圧VDDの目標レベルVREF(VDD)は、5Vより低く、以下では3.3Vとする。
The second
第1スイッチング電源110は、昇圧コンバータおよび降圧コンバータの組み合わせであってもよいし、双方向DC/DCコンバータであってもよい。いずれの場合であっても、第1スイッチング電源110が、少なくとも、インダクタL1、スイッチング素子M1、ドライバ回路DR1などを含むことが理解される。
The first
ドライバ回路DR1の電源端子には、第2スイッチング電源120が生成する電源電圧VDDが供給されており、ドライバ回路DR1の出力電圧、すなわちスイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1のハイレベルは、電源電圧VDDにもとづいている。
The power supply terminal of the driver circuit DR1 is supplied with the power supply voltage V DD generated by the second
第2スイッチング電源120も、少なくとも、インダクタL2、スイッチング素子M2、ドライバ回路DR2などを含む。ドライバ回路DR2の電源端子には、第2スイッチング電源120が生成する電源電圧VDDが供給されており、ドライバ回路DR2の出力電圧、すなわちスイッチング素子M2のゲートソース間電圧VGS2のハイレベルは、電源電圧VDDにもとづいている。
The second
なお、ドライバ回路DR1、DR2の電源端子には、電源電圧VDDに代えて、入力電圧VINまたはバス電圧VBUSが供給可能となっている。これにより、第2スイッチング電源120の起動完了前、すなわち電源電圧VDDが3.3Vより低い状態において、ドライバ回路DR1、DR2を、入力電圧VIN(VBUS)を利用して動作させることができる。
The power supply terminals of the driver circuits DR1 and DR2 can be supplied with the input voltage VIN or the bus voltage VBUS instead of the power supply voltage VDD . As a result, the driver circuits DR1 and DR2 can be operated using the input voltage V IN (V BUS ) before the second
以上が電源遮断保護回路100の構成である。続いてその動作を説明する。
The above is the configuration of the power
図3は、図2の電源遮断保護回路100の動作を説明する波形図である。時刻t0より前は、正常動作期間であり、電源遮断保護回路100には、主電源10から12Vの入力電圧VINが供給されている。正常動作期間では、電子ヒューズ回路220がオン状態とされ、第1スイッチング電源110が昇圧モードに設定される。
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the power
昇圧モードの第1スイッチング電源110によって、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRは目標レベルVREF(BOOST)に安定化され、バックアップキャパシタ102には、エネルギーE=1/2×C・VSTR
2が蓄えられている。
The voltage V STR of the
第2スイッチング電源120は、バス電圧VBUSを受け、それを降圧して、所定電圧レベルVREF(VDD)の電源電圧VDDを生成し、第2負荷22に供給する。
The second
第1スイッチング電源110のスイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1は、電源電圧VDDをハイ電圧としてスイッチングする。同様に、第2スイッチング電源120のスイッチング素子M2のゲートソース間電圧VGS2も、電源電圧VDDをハイ電圧としてスイッチングする。
The gate-to-source voltage V GS1 of the switching element M1 of the first
時刻t0に、入力電圧VINが喪失したとする。入力電圧VINの喪失が検出されると、電子ヒューズ回路220がオフとなり、第1スイッチング電源110が昇圧モードから降圧モードに切りかえられる。第1スイッチング電源110が降圧モードとなると、第1スイッチング電源110は、バスラインの電圧VBUSを、降圧モードの目標レベルVREF(BUCK)に安定化する。これにより、入力電圧VINが喪失した後も、第1負荷21には、バス電圧VBUSが供給されつづける。
Suppose at time t0 , the input voltage V IN is lost. When a loss of input voltage VIN is detected,
時刻t0以降も、第2スイッチング電源120は動作し続け、したがって第2負荷22にも、3.3Vの電源電圧VDDが供給され続ける。
After time t0 , the second
時刻t0以降、第1負荷21および第2負荷22に電力を供給すると、バックアップキャパシタ102に蓄えたエネルギーが減少していく。したがってバックアップキャパシタ102の電圧VSTRは時間とともに低下していく。
After time t0 , when power is supplied to the
図4は、第1スイッチング電源110のスイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1を示す図である。スイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1は、3.3Vの電源電圧VDDをハイ、0Vをローとして駆動される。
FIG. 4 is a diagram showing the gate-source voltage VGS1 of the switching element M1 of the first
以上が電源遮断保護回路100の動作である。続いてその利点を説明する。電源遮断保護回路100の利点は比較技術との対比によって明確となる。
The above is the operation of the power
比較技術に係る電源遮断保護回路は、図1の構成から、第2スイッチング電源120を省略したものである。比較技術では、第1スイッチング電源110のドライバ回路DR1には、5Vの電源電圧が供給されている。比較技術では、スイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1は、5Vをハイレベルとしてスイッチングする。つまり比較技術では、スイッチング損失が大きい。
The power cutoff protection circuit according to the comparative technique is obtained by omitting the second
これに対して、本実施形態では、スイッチング素子M1のゲートソース間電圧VGS1は、3.3Vをハイレベルとしてスイッチングする。つまり比較技術に比べてスイッチング損失を低減することができ、電源遮断保護回路100の消費電力を削減できる。
On the other hand, in the present embodiment, the gate-source voltage V GS1 of the switching element M1 switches with 3.3 V as the high level. In other words, the switching loss can be reduced compared to the comparative technique, and the power consumption of the power
比較技術において、5Vの電源電圧を、バス電圧VBUSを降圧して生成したとする。この場合のバックアップキャパシタ102の電圧VSTRが、図3に一点鎖線で示される。比較技術では、第1スイッチング電源110のスイッチング損失が大きいため、電源喪失後において、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRが実施形態に比べて速く低下する。言い換えると、実施形態では、スイッチング損失が低減されているため、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRの低下速度が遅くなっている。つまり、電源喪失時において負荷21,22の動作時間を延ばすことができる。あるいは同じ負荷の動作時間を与えるバックアップキャパシタ102の容量を小さくできる。
In the comparative technique, it is assumed that the power supply voltage of 5V is generated by stepping down the bus voltage VBUS . The voltage V STR of
本開示は、図2のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。 This disclosure extends to various apparatus and methods that can be grasped as the block diagram and circuit diagram of FIG. 2 or derived from the above description, and is not limited to any particular configuration. Hereinafter, more specific configuration examples and embodiments will be described not to narrow the scope of the present disclosure, but to help understand and clarify the essence and operation of the present disclosure and the present invention.
(実施例1)
図5は、実施例1に係る電源遮断保護回路100Aの回路図である。実施例1において、電源遮断保護回路100Aの主要部は、PLPコントローラ200Aに集積化されている。
(Example 1)
FIG. 5 is a circuit diagram of the power
第1スイッチング電源110Aは、電力伝送の方向が反転可能な昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータである。第1スイッチング電源110Aは、第1コンバータブロック270、第1インダクタL1、ブートストラップキャパシタCbs1を含む。
The first
第2スイッチング電源120は、第2コンバータブロック272、インダクタL2、出力キャパシタC2、ブートストラップキャパシタCbs2を含む。
The second
第1コンバータブロック270および第2コンバータブロック272は、PLPコントローラ200Aに集積化される。
PLPコントローラ200Aの入力ピンVINには、入力電圧VINが供給される。出力ピンVBUSには、第1負荷21が接続される。キャパシタ接続ピンSTRには、バックアップキャパシタ102が接続される。第1スイッチングピンLX1は、第1インダクタL1を介して、出力ピンVBUSおよび第1負荷21と接続される。
An input voltage VIN is supplied to the input pin VIN of the
第2スイッチングピンLX2は、第2インダクタL2を介して、第2負荷22と接続される。
The second switching pin LX2 is connected to the
電源ピンVDDは、第2スイッチング電源120の出力ノード、すなわち第2負荷22と接続される。
A power supply pin VDD is connected to the output node of the second
PLPコントローラ200Aは、電子ヒューズ回路220、コントロールロジック240A、第1コンバータブロック270、第2コンバータブロック272、内部電源回路290を備える。
The
内部電源回路290は、たとえばLDO(Low Drop Output)である。入力電圧VINとバス電圧VBUSをダイオードOR回路を介して受け、2つの電圧のうち、高い一方を入力として動作し、内部電源電圧VREGを生成する。内部電源電圧VREGは、コントロールロジック240AをはじめとするPLPコントローラ200Aの各ブロックに供給される。
Internal
第1コンバータブロック270は、第1スイッチングピンLX1、出力ピンVBUSおよびキャパシタ接続ピンSTRと接続され、第1インダクタL1、ブートストラップキャパシタCbs1とともに双方向DC/DCコンバータである第1スイッチング電源110Aを構成する。
第1コンバータブロック270は、フィードバックコントローラ271、ドライバ回路DR1H,DR1L、ハイサイドトランジスタM1H、ローサイドトランジスタM1Lを含む。
The
第1フィードバックピンFB1xには、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRに応じた第1フィードバック電圧VFB1xがフィードバックされる。フィードバックコントローラ271は、昇圧モードにおいて、第1フィードバック電圧VFB1xが基準電圧VREFに近づくようにフィードバック制御を行い、その結果、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRが第1目標レベルVREF(BOOST)に安定化される。
A first feedback voltage VFB1x corresponding to the voltage VSTR of the
第2フィードバックピンFB1yには、バス電圧VBUSに応じた第2フィードバック電圧VFB1yがフィードバックされる。フィードバックコントローラ271は、降圧モードにおいて、第2フィードバック電圧VFB1yが基準電圧VREFに近づくようにフィードバック制御を行い、その結果、出力ピンVBUSの電圧VBUSが第2目標レベルVREF(BUCK)に安定化される。
A second feedback voltage VFB1y corresponding to the bus voltage VBUS is fed back to the second feedback pin FB1y . In the buck mode, the
ダイオードD1、ブートストラップキャパシタCbs1は、ブートストラップ回路を構成している。ダイオードD1のアノードには、第2スイッチング電源120が生成した電源電圧VDDが供給される。これにより、BST1ピンには、LX1ピンよりも、VDDだけ高い電圧が発生する。ハイサイドドライバ回路DR1Hの電源端子は、BST1ピンと接続される。これにより、ハイサイドトランジスタM1Hのゲートソース間電圧は、0Vをロー電圧、VDDをハイ電圧として駆動される。
A diode D1 and a bootstrap capacitor Cbs1 constitute a bootstrap circuit. The power supply voltage VDD generated by the second
ローサイドドライバ回路DR1Lの電源端子にも、電源電圧VDDが供給される。これにより、ローサイドトランジスタM1Lのゲートソース間電圧は、0Vをロー電圧、VDDをハイ電圧として駆動される。 The power supply voltage VDD is also supplied to the power supply terminal of the low side driver circuit DR1L. As a result, the gate-source voltage of the low-side transistor M1L is driven with 0 V as the low voltage and VDD as the high voltage.
第2コンバータブロック272は、第2スイッチングピンLX2および出力ピンVBUSと接続され、第2インダクタL2、ブートストラップキャパシタCbs2とともに第2スイッチング電源120を構成する。
The
第2コンバータブロック272は、フィードバックコントローラ273、ドライバ回路DR2H,DR2L、ハイサイドトランジスタM2H、ローサイドトランジスタM2Lを含む。
The
第3フィードバックピンFB2には、第2スイッチング電源120が生成する電源電圧VDDに応じた第3フィードバック電圧VFB2がフィードバックされる。フィードバックコントローラ273は、第3フィードバック電圧VFB2が基準電圧VREFに近づくようにフィードバック制御を行い、その結果、電源電圧VDDが第3目標レベルVREF(VDD)に安定化される。
A third feedback voltage VFB2 corresponding to the power supply voltage VDD generated by the second
ダイオードD2、ブートストラップキャパシタCbs2は、ブートストラップ回路を構成している。ダイオードD2には、電源電圧VDDが供給される。これにより、BST2ピンには、LX2ピンよりも、VDDだけ高い電圧が発生する。ハイサイドドライバ回路DR2Hの電源端子は、BST2ピンと接続される。これにより、ハイサイドトランジスタM2Hのゲートソース間電圧は、0Vをロー電圧、VDDをハイ電圧として駆動される。 A diode D2 and a bootstrap capacitor Cbs2 form a bootstrap circuit. A power supply voltage V DD is supplied to the diode D2. As a result, a voltage higher than that of the LX2 pin by VDD is generated at the BST2 pin. A power supply terminal of the high side driver circuit DR2H is connected to the BST2 pin. As a result, the voltage between the gate and source of the high-side transistor M2H is driven with 0 V as the low voltage and VDD as the high voltage.
ローサイドドライバ回路DR2Lの電源端子にも、電源電圧VDDが供給される。これにより、ローサイドトランジスタM2Lのゲートソース間電圧は、0Vをロー電圧、VDDをハイ電圧として駆動される。 The power supply voltage VDD is also supplied to the power supply terminal of the low side driver circuit DR2L. As a result, the gate-source voltage of the low-side transistor M2L is driven with 0 V as the low voltage and VDD as the high voltage.
コントロールロジック240Aは、電子ヒューズ回路220のオン、オフを制御するともに、第1スイッチング電源110Aの動作モードを制御する。
The
以上がPLPコントローラ200Aの構成である。
The above is the configuration of the
(実施例2)
図6は、実施例2に係る電源遮断保護回路100Bの回路図である。実施例2において、電源遮断保護回路100Bの主要部は、PLPコントローラ200Bに集積化されている。
(Example 2)
FIG. 6 is a circuit diagram of a power
PLPコントローラ200Bには、保護スイッチ260およびインダクタ接続ピンVBが追加されている。第1インダクタL1は、保護スイッチ260を介して、VBUSピンと接続される。つまり、インダクタL1とVBUSピンが電気的に分離可能となっている。
具体的には、第1インダクタL1は、VBピンとLX1ピンの間に外付けされる。保護スイッチ260は、VBUSピンとVBピンの間に接続される。
Specifically, the first inductor L1 is externally attached between the VB pin and the LX1 pin. A
コントロールロジック240Bは、保護スイッチ260を制御する。コントロールロジック240Bは、昇圧モードおよび降圧モードにおいて、保護スイッチ260をオン状態とする。たとえばコントロールロジック240Bは、バックアップキャパシタ102のショートモードの故障(STRピンの地絡)を検出すると、保護スイッチ260をオフする。さらにコントロールロジック240Bは、LXピンの地絡を検出すると、保護スイッチ260をオフしてもよい。
実施例2によれば、バックアップキャパシタ102がショートモードで故障した状況において、VBUSピンを故障点と切り離すことができ、主電源10から第1負荷21への給電を継続できる。
According to the second embodiment, in a situation where the
(実施例3)
図7は、実施例3に係る電源遮断保護回路100Cの回路図である。実施例3において、電源遮断保護回路100Cの主要部は、PLPコントローラ200Cに集積化されている。実施例3では、第1スイッチング電源110Cは、昇圧コンバータ112と降圧コンバータ114を含む。
(Example 3)
FIG. 7 is a circuit diagram of a power
昇圧コンバータ112は、降圧モードにおいて停止状態(ディセーブル)であり、昇圧モードにおいてアクティブ(イネーブル)となる。昇圧コンバータ112の入力ノードは出力ライン108と接続され、その出力ノードはバックラップライン106と接続される。昇圧コンバータ112は、第1コンバータブロック270x、第1インダクタL1xを含む。
降圧コンバータ114は、昇圧モード、降圧モードの両方においてアクティブであり、その入力ノードはバックアップキャパシタ102と接続され、その出力ノードは出力ライン108と接続される。降圧コンバータ114は、第2コンバータブロック270y、第2インダクタL1y、ブートストラップキャパシタCbs1を含む。
好ましくは、降圧コンバータ114の出力電圧の目標電圧VREF(BUCK)は、入力電圧VINの正常レベル(たとえば12V)より低く定めるとよい。より好ましくは、負荷20の正常電圧範囲の下限VMINよりも低く定めるとよい。
VREF(BUCK)<VMIN
Preferably, the target voltage V REF (BUCK) of the output voltage of
V REF (BUCK) < V MIN
たとえば降圧コンバータ114の目標電圧VREF(BUCK)は、8Vに設定される。本実施形態において、降圧コンバータ114は、電流ソース能力のみを有し、電流シンク能力を有しない。したがって、バス電圧VBUSが目標電圧VREF(BUCK)より高い状態では、降圧コンバータ114は、動作はしているが、バス電圧VBUSに影響を与えることはない。
For example, the target voltage VREF (BUCK) of
第2スイッチング電源120は、第3コンバータブロック272、第3インダクタL2、出力キャパシタC2、ブートストラップキャパシタCbs2を含む。
The second
第1コンバータブロック270x、第2コンバータブロック270yおよび第3コンバータブロック272はPLPコントローラ200Cに集積化される。
PLPコントローラ200Cは、3個のスイッチングピンLX1x、L1y、L2、3個のフィードバックピンFB1x、FB1y,FB2を有する。第1スイッチングピンLX1xには、第1インダクタL1xが接続され、第2スイッチングピンLX1yには、第2インダクタL1yが接続され、第3スイッチングピンLX2には、第3インダクタL2が接続される。
第1コンバータブロック270xは、フィードバックコントローラ271x、ドライバ回路DR1x、整流ダイオードD1Hx、ローサイドトランジスタM1Lxを含む。
The
第1フィードバックピンFB1xには、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRに応じた第1フィードバック電圧VFB1xがフィードバックされる。フィードバックコントローラ271xは、昇圧モードにおいて、第1フィードバック電圧VFB1xが基準電圧VREFに近づくようにフィードバック制御を行い、その結果、バックアップキャパシタ102の電圧VSTRが第1目標レベルVREF(BOOST)に安定化される。
A first feedback voltage VFB1x corresponding to the voltage VSTR of the
第2コンバータブロック270yは、フィードバックコントローラ271y、ドライバ回路DR1Hy、DR1Ly、ハイサイドトランジスタM1Hy、ローサイドトランジスタM1Lyを含む。
The
第2フィードバックピンFB1yには、バス電圧VBUSに応じた第2フィードバック電圧VFB1yがフィードバックされる。フィードバックコントローラ271yは、降圧モードにおいて、第2フィードバック電圧VFB1yが基準電圧VREFに近づくようにフィードバック制御を行い、その結果、出力ピンVBUSの電圧VBUSが第2目標レベルVREF(BUCK)に安定化される。
A second feedback voltage VFB1y corresponding to the bus voltage VBUS is fed back to the second feedback pin FB1y . In the buck mode, the
コントロールロジック240Cは、昇圧モードにおいて、イネーブル信号EN_BOOSTをアサートして、第1コンバータブロック270xをイネーブルとし、降圧モードにおいて、イネーブル信号EN_BOOSTをネゲートして、第1コンバータブロック270xをディセーブルとする。
図5の電源遮断保護回路100Aでは、第1スイッチング電源110Aが、ひとつの双方向DC/DCコンバータで構成されており、昇圧モードと降圧モードを切りかえ可能な構成とした。この場合、昇圧モードから降圧モードへの切りかえの遅延が大きいと、この遅延の間に、バス電圧VBUSが低下する可能性がある。これに対して、図7の電源遮断保護回路100Cでは、コンバータの昇圧動作から降圧動作への切りかえが不要となるため、切りかえに伴う遅延が存在しない。したがって、バス電圧VBUSが低下するのを防止できる。
In the power
具体的には降圧コンバータ114は、入力電圧VINが正常である状況においても、バス電圧VBUSには影響を与えないが、動作し続けている。電子ヒューズ回路220がオフした直後に、直ちにバス電圧VBUSを目標電圧VREF(BUCK)に安定化することができる。
Specifically, the
(実施例4)
図8は、実施例4に係る電源遮断保護回路100Dの回路図である。実施例4において、電源遮断保護回路100Dの主要部は、PLPコントローラ200Dに集積化されている。
(Example 4)
FIG. 8 is a circuit diagram of a power
PLPコントローラ200Dには、図7のPLPコントローラ200Cに、保護スイッチ260およびインダクタ接続ピンVBが追加された構成を有する。第2インダクタL1yは、保護スイッチ260を介して、VBUSピンと接続される。つまり、第2インダクタL1yとVBUSピンが電気的に分離可能となっている。
コントロールロジック240Dは、保護スイッチ260を制御する。コントロールロジック240Dは、昇圧モードおよび降圧モードにおいて、保護スイッチ260をオン状態とする。たとえばコントロールロジック240Dは、バックアップキャパシタ102のショートモードの故障(STRピンの地絡)を検出すると、保護スイッチ260をオフする。さらにコントロールロジック240Dは、LXピンの地絡を検出すると、保護スイッチ260をオフしてもよい。
実施例4によれば、バックアップキャパシタ102がショートモードで故障した状況において、VBUSピンを故障点と切り離すことができ、主電源10から第1負荷21への給電を継続できる。
According to the fourth embodiment, in a situation where the
(実施形態2)
図9は、実施形態2に係る電源遮断保護回路100Eを備えるシステム2Eのブロック図である。システム2Eは、主電源10A、10B、第1負荷21、第2負荷22、第3負荷23および電源遮断保護回路100Eを備える。主電源10Aは、12Vの第1入力電圧VIN1を生成する。主電源10Bは、5Vの第2入力電圧VIN2を生成する。第2入力電圧VIN2は、第2入力ライン105および第3出力ライン107を経由して、第3負荷23に供給される。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a block diagram of a
第2負荷22は、3.3V~5Vで動作可能に構成される。第3負荷23も、第2負荷22と同様に3.3~5Vで動作可能に構成される。
The
電源遮断保護回路100Eは、ロードスイッチSW1,SW2を備える。ロードスイッチSW1は、第2入力ライン105上に設けられており、第3負荷23に対する電力供給のオン、オフを制御するために設けられる。なおロードスイッチSW1は省略してもよい。ロードスイッチSW2は、第2出力ライン109と第3出力ライン107の間に設けられる。
The power
実施形態2によれば、よりロバストな電源遮断保護回路100Eを提供できる。実施形態2において、第1スイッチング電源110や第2スイッチング電源120の構成は、実施形態1で説明した通りである。ロードスイッチSW1,SW2は、PLPコントローラ200に集積化することができ、それらのオン、オフは、コントロールロジック240によって制御する構成とすればよい。あるいはロードスイッチSW1,SW2は、ディスクリート素子であり、PLPコントローラ200に外付けされてもよい。
According to the second embodiment, a more robust power
(用途)
実施の形態に係る電源遮断保護回路100A~100D(以下、符号100を付して総称する)は、データ記憶装置300に用いることができる。図10は、PLP機能付きのデータ記憶装置300のブロック図である。データ記憶装置300はたとえばSSD(Solid State Drive)であり、電源遮断保護回路100、降圧コンバータ301、PMIC302、コントローラ304やNANDメモリ306、キャッシュメモリ308、インタフェース310を備える。
(Application)
The power
降圧コンバータ301は、PMIC302は、上述の第1負荷21に対応し、降圧コンバータ301は、上述の第2負荷22に対応する。PMIC302は、3.3Vの電源電圧VDDを受け、コントローラ304やNANDメモリ306、キャッシュメモリ308、インタフェース310に、適切な電圧レベルの電源電圧を供給する。降圧コンバータ301は、12Vのバス電圧VBUSを受け、0.8Vに降圧して、負荷に供給する。降圧コンバータ301の負荷は、たとえばコントローラ304であってもよい。
In step-down converter 301,
データ記憶装置300は、サーバー用であってもよいし、コンピュータに内蔵されてもよいし、ポータブルのSSDであってもよい。
The
なお電源遮断保護回路100の用途はデータ記憶装置300に限定されず、電源遮断後にも、ある時間、電源電圧を維持すべき用途に利用できる。
Note that the application of the power
実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示または本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。 Those skilled in the art will understand that the embodiments are examples, and that there are various modifications in the combination of each component and each processing process, and that such modifications are also included in the scope of the present disclosure or the present invention. It is about
2 システム
10 主電源
20 負荷
21 第1負荷
22 第2負荷
100 電源遮断保護回路
102 バックアップキャパシタ
104 入力ライン
106 バックラップライン
108 第1出力ライン
109 第2出力ライン
110 第1スイッチング電源
112 昇圧コンバータ
114 降圧コンバータ
120 第2スイッチング電源
200 PLPコントローラ
220 電子ヒューズ回路
240 コントロールロジック
260 保護スイッチ
270 第1コンバータブロック
272 第2コンバータブロック
290 内部電源回路
300 データ記憶装置
302 PMIC
304 コントローラ
306 NANDメモリ
308 キャッシュメモリ
310 インタフェース
2
304
Claims (19)
第1負荷と接続されるべき第1出力ラインと、
第2負荷と接続されるべき第2出力ラインと、
バックアップキャパシタと、
昇圧モードと降圧モードが切りかえ可能であり、前記第1出力ラインおよび前記バックアップキャパシタと接続され、前記昇圧モードにおいて、前記第1出力ラインのバス電圧を昇圧して前記バックアップキャパシタを充電するとともに、前記降圧モードにおいて、前記バックアップキャパシタの電圧を降圧し、前記第1出力ラインに供給する第1スイッチング電源と、
前記第1入力ラインと前記第1出力ラインとの間に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、
前記第1入力電圧を5Vより低い電源電圧に降圧し、前記第2負荷に供給する第2スイッチング電源と、
を備え、
前記第1スイッチング電源のドライバ回路は、前記電源電圧を受けて動作可能である、電源遮断保護回路。 a first input line to receive a first input voltage;
a first output line to be connected with the first load;
a second output line to be connected with a second load;
a backup capacitor;
A step-up mode and a step-down mode are switchable, and connected to the first output line and the backup capacitor. In the step-up mode, the bus voltage of the first output line is stepped up to charge the backup capacitor, and the a first switching power supply that steps down the voltage of the backup capacitor and supplies the voltage to the first output line in a step-down mode;
an electronic fuse circuit provided between the first input line and the first output line, the electronic fuse circuit being electrically switchable between an on state and an off state;
a second switching power supply that steps down the first input voltage to a power supply voltage lower than 5V and supplies the voltage to the second load;
with
A power interruption protection circuit, wherein a driver circuit of the first switching power supply is operable by receiving the power supply voltage.
前記第2入力ラインの経路上に設けられたロードスイッチと、
をさらに備え、前記第1入力電圧が喪失したときに、前記第2負荷に、前記第2入力電圧が供給可能である、請求項1から4のいずれかに記載の電源遮断保護回路。 a second input line to receive a second input voltage of 5V and to be connected to a third load;
a load switch provided on the path of the second input line;
5. The power interruption protection circuit according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a power interruption protection circuit capable of supplying said second input voltage to said second load when said first input voltage is lost.
前記昇圧モードにおいてアクティブとなり、前記第1出力ラインと接続される入力ノードと、前記バックアップキャパシタと接続される出力ノードを有する昇圧コンバータと、
前記昇圧モードおよび前記降圧モードにおいてアクティブとなり、前記第1出力ラインと接続される入力ノードと、前記バックアップキャパシタと接続される出力ノードを有する降圧コンバータと、
を含む、請求項1から5のいずれかに記載の電源遮断保護回路。 The first switching power supply
a boost converter active in the boost mode and having an input node connected to the first output line and an output node connected to the backup capacitor;
a step-down converter that is active in the step-up mode and the step-down mode and has an input node connected to the first output line and an output node connected to the backup capacitor;
6. The power interruption protection circuit according to any one of claims 1 to 5, comprising:
第1負荷と接続されるべき出力ピンと、
バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、
外付けの第1インダクタを介して前記出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、
外付けの第2インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第2スイッチングピンと、
前記第2負荷と接続されるべき電源ピンと、
前記第1スイッチングピン、前記出力ピンおよび前記キャパシタ接続ピンと接続され、前記第1インダクタとともに電力伝送の方向が反転可能な昇圧/降圧双方向DC/DCコンバータを構成し、昇圧モードにおいて、前記バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化し、降圧モードにおいて、前記出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、
前記第2スイッチングピンおよび前記出力ピンと接続され、前記第2インダクタとともに降圧コンバータを構成し、前記第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、
前記入力ピンと前記出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、
を備え、
前記第1コンバータブロックのドライバ回路は、前記電源ピンの電圧を電源として動作する、電源遮断保護コントローラ。 an input pin to receive an input voltage;
an output pin to be connected with the first load;
a capacitor connection pin to which the backup capacitor is to be connected;
a first switching pin to be connected to the output pin through an external first inductor;
a second switching pin to be connected to a second load via an external second inductor;
a power pin to be connected to the second load;
a step-up/step-down bidirectional DC/DC converter connected to the first switching pin, the output pin, and the capacitor connection pin and capable of reversing the direction of power transmission together with the first inductor; a first converter block for stabilizing the voltage of the output pin to a first target level and stabilizing the voltage at the output pin to a second target level in a buck mode;
a second converter block connected to the second switching pin and the output pin, forming a buck converter together with the second inductor, and regulating the voltage supplied to the second load to a third target level lower than 5V; ,
an electronic fuse circuit provided on a power supply line connecting the input pin and the output pin and capable of electrically switching between an on state and an off state;
with
A power interruption protection controller, wherein the driver circuit of the first converter block operates using the voltage of the power supply pin as a power supply.
前記出力ピンと前記インダクタ接続ピンの間に接続される保護スイッチと、
をさらに備える、請求項12または13に記載の電源遮断保護コントローラ。 an inductor connection pin to be connected to one end of the first inductor;
a protection switch connected between the output pin and the inductor connection pin;
14. The power interruption protection controller of claim 12 or 13, further comprising:
第1負荷と接続されるべき出力ピンと、
バックアップキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続ピンと、
外付けの第1インダクタを介して前記出力ピンと接続されるべき第1スイッチングピンと、
外付けの第2インダクタを介して前記出力ピンと接続されるべき第2スイッチングピンと、
外付けの第3インダクタを介して第2負荷と接続されるべき第3スイッチングピンと、
前記第2負荷と接続されるべき電源ピンと、
前記第1スイッチングピンおよび前記キャパシタ接続ピンと接続され、前記第1インダクタとともに昇圧コンバータを構成し、昇圧モードにおいてアクティブとなり、前記バックアップキャパシタの電圧を第1目標レベルに安定化する第1コンバータブロックと、
前記第2スイッチングピンおよび前記キャパシタ接続ピンと接続され、前記第2インダクタとともに第1降圧コンバータを構成し、前記出力ピンの電圧を第2目標レベルに安定化する第2コンバータブロックと、
前記第3スイッチングピンおよび前記出力ピンと接続され、前記第3インダクタとともに第2降圧コンバータを構成し、前記第2負荷に供給される電圧を、5Vより低い第3目標レベルに安定化する第3コンバータブロックと、
前記入力ピンと前記出力ピンを結ぶ電源ライン上に設けられ、オン状態とオフ状態が電気的に切りかえ可能な電子ヒューズ回路と、
を備え、
前記第1コンバータブロックおよび前記第2コンバータブロックのドライバ回路は、前記電源ピンの電圧を電源として動作する、電源遮断保護コントローラ。 an input pin to receive an input voltage;
an output pin to be connected with the first load;
a capacitor connection pin to which the backup capacitor is to be connected;
a first switching pin to be connected to the output pin through an external first inductor;
a second switching pin to be connected to the output pin through an external second inductor;
a third switching pin to be connected to the second load through an external third inductor;
a power pin to be connected to the second load;
a first converter block connected to the first switching pin and the capacitor connection pin, forming a boost converter together with the first inductor, and being active in a boost mode to stabilize the voltage of the backup capacitor to a first target level;
a second converter block connected to the second switching pin and the capacitor connection pin, forming a first step-down converter together with the second inductor, and stabilizing the voltage of the output pin to a second target level;
a third converter connected to the third switching pin and the output pin and forming a second step-down converter together with the third inductor to regulate the voltage supplied to the second load to a third target level below 5V; a block;
an electronic fuse circuit provided on a power supply line connecting the input pin and the output pin and capable of electrically switching between an on state and an off state;
with
A power interruption protection controller, wherein the driver circuits of the first converter block and the second converter block operate using the voltage of the power supply pin as a power supply.
前記出力ピンと前記インダクタ接続ピンの間に接続される保護スイッチと、
をさらに備える、請求項15または16に記載の電源遮断保護コントローラ。 an inductor connection pin to be connected to one end of the first inductor and one end of the second inductor;
a protection switch connected between the output pin and the inductor connection pin;
17. The power interruption protection controller of claim 15 or 16, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022005749A JP2023104630A (en) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Power shutdown protection circuit, power shutdown protection controller, and data storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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