JP3119599B2 - 電源回路 - Google Patents

電源回路

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JP3119599B2
JP3119599B2 JP09155562A JP15556297A JP3119599B2 JP 3119599 B2 JP3119599 B2 JP 3119599B2 JP 09155562 A JP09155562 A JP 09155562A JP 15556297 A JP15556297 A JP 15556297A JP 3119599 B2 JP3119599 B2 JP 3119599B2
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満希 有田
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日本電気アイシーマイコンシステム株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電源回路に関し、特
に電池で駆動される大規模集積回路(以下、LSIと略
称する)などの内部電源回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の低消費電力マイコンに代表される
LSIでは、消費電力低減の為にレギュレータ回路とボ
ルテージハーバ回路とから構成される電源回路をLSI
の内部に設けるのが通例である。ここで、レギュレータ
回路は、供給された電源電圧を負荷回路と直列に接続さ
れた可変インピーダンスによって定電圧化し、該負荷回
路に印加するものであり、前記可変インピーダンスの電
圧降下分に相当する電力損失を伴うものである。
【0003】また、ボルテージハーバ回路は、直列に接
続された2個の同一容量のコンデンサを前記電源に接続
し、前記2個のコンデンサの中点に負荷の一端を接続す
る期間と、該期間に充電された前記2個のコンデンサを
並列接続に切り替えて、この2個のコンデンサと並列に
負荷を接続する期間とを順次切り替えることにより、前
記電源の約1/2の電圧を前記負荷に印加する回路であ
り、リセット解除直後および重負荷時の出力電圧が不安
定になる弱点を持つが、基本的に電力損失を伴わないの
が特徴である。
【0004】従って、低消費電力の観点からは、電源電
圧をボルテージハーバ回路により約1/2の電圧に降圧
し、負荷回路へ供給することが望ましいが、ボルテージ
ハーバ回路はリセット解除直後および重負荷時には出力
電圧が不安定になる弱点を持つため、ボルテージハーバ
回路とレギュレータ回路とを切り替える制御信号を負荷
回路によって生成して両回路の切り替えを行っていた。
【0005】ここで、特開昭57−76615号に開示
されている電源とボルテージハーバ回路とを切り替える
LSI内部の電源回路の構成および動作を図4によって
説明する。この図に示すように、主電源VDD1の電圧
を定電圧に降圧するレギュレータ回路11および約1/
2の電圧に降圧するボルテージハーバ回路22と、これ
ら両回路の出力を選択して負荷回路44に供給するスイ
ッチ回路SW11およびスイッチ回路SW12と、これ
らのスイッチ回路の切り替えタイミング制御信号D2を
生成する機能を持つ前記負荷回路44とから構成され
る。
【0006】制御信号D2を生成する負荷回路44の動
作は、リセット解除時にはレギュレータ回路11の出力
を負荷回路44へ供給し、リセット解除後ボルテージハ
ーバ回路22の出力が安定したところで電源供給をボル
テージハーバ回路22の出力へ切り替え負荷回路44へ
供給していた。また、あらかじめ電源電圧VDD1への
重負荷が予想される動作を行う場合には、負荷回路44
に供給される電圧V3は事前にボルテージハーバ回路2
2の出力からレギュレータ回路11の出力に切り替える
ようにしていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述の方法に
は、負荷回路によって生成される制御信号によりレギュ
レータ回路とボルテージハーバ回路との選択を行うと
き、電源への重負荷が予想される際、事前に前記レギュ
レータ出力に切り替えなければならず、しかも電源ノイ
ズ等に起因する電源の変動により前記ボルテージハーバ
回路の出力が低下したとき、瞬時にレギュレータ出力に
切り替える対処方法がなく、負荷回路はハングアップし
てしまうという問題点があった。
【0008】その理由は、回路の選択が負荷回路によっ
て生成される制御信号である為に、瞬時の電圧変動をフ
ィードバックして切り替えを行うことが不可能であるこ
とによる。本発明はこのような背景の下になされたもの
で、常に安定した電圧を負荷に供給することができる電
源回路を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、供給された電源電圧を降圧して負荷回路へ供給する
大規模集積回路の内部電源回路において、前記電源電圧
を定電圧に降圧して出力するレギュレータ回路と、ボル
テージハーバ回路と、前記レギュレータ回路の出力電圧
と前記ボルテージハーバ回路の出力電圧とを比較するコ
ンパレータ回路と、前記レギュレータ回路と前記負荷回
路との間を開閉する第1のスイッチ回路と、前記ボルテ
ージハーバ回路と前記負荷回路との間を開閉する第2の
スイッチ回路とを具備し、前記コンパレータ回路の比較
結果により、前記レギュレータ回路の出力電圧と前記ボ
ルテージハーバ回路の出力電圧のうち高電圧を検出した
出力にかかる前記第1または前記第2のスイッチを閉成
してこの出力を前記負荷回路へ供給することを特徴とす
る電源回路を提供する。
【0010】
【0011】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による電源回路の
一実施形態の構成を示すブロック図である。この図にお
いて、主電源VDD1はレギュレータ回路1とボルテー
ジハーバ回路2とにそれぞれ入力される。レギュレータ
回路1の出力V1はコンパレータ3とスイッチ回路SW
lに入力される。コンパレータ3の出力D1の反転信号
である信号C1はスイッチ回路SW1に、このスイッチ
回路SW2の切り替え信号として入力される。このスイ
ッチ回路SW1を介してレギュレータ回路1の出力V1
が負荷回路4への供給電源V3となる。
【0012】ボルテージハーバ回路2の出力V2は前記
コンパレータ3とスイッチ回路SW2にそれぞれ入力さ
れる。コンパレータ3の出力D1はスイッチ回路SW2
に、このスイッチ回路SW2の切り替え信号として入力
される。このスイッチ回路SW2を介してボルテージハ
ーバ回路2の出力V2が負荷回路4への供給電源V3と
なる。
【0013】次に、この実施形態の動作について説明す
る。主電源VDD1はレギュレータ回路lおよびボルテ
ージハーバ回路2にそれぞれ入力される。ここで、前記
レギュレータ回路1はあらかじめ設定された降圧電圧V
1を出力し、前記ボルテージハーバ回路2は主電源VD
D1の電圧の約1/2の降圧電圧V2を出力する。
【0014】さらに降圧電圧V1、V2を入力とするコ
ンパレータ3は基準電圧をV1とし、V1>V2の状態
であれば、コンパレータ3の出力である制御信号D1は
Lowレベルとなり、V2>V1の状態であれば、前記
制御信号D1はHighレベルとなる。この制御信号D
1は、スイッチSW2のゲートコントロールに、また反
転信号C1はスイッチSW1のゲートコントロールにそ
れぞれ接続され、レギュレータ回路1の出力V1とボル
テージハーバ回路V2の出力とのうち、高い電圧の出力
を常に選択し、スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW
2の出力V3として負荷回路4に供給される。それぞれ
のスイッチ回路SW1、スイッチ回路SW2は前記ゲー
トコントロール電圧がHighレベルの時に導通状態
に、Lowレベルの時に非導通状態となる素子によって
形成される。
【0015】次に動作の具体例を図2の特性図を参照し
て説明する。図2(1)において、aは主電源VDD
1、bはレギュレータ回路出力V1、cはボルテージハ
ーバ回路V2、dはLSI最低動作電圧の各電圧の時間
経過の例を表す。また、図2(2)は前記図1(1)と
時間軸が共通なeに示す負荷電圧V3である。
【0016】まず、時刻t1から時刻t2の区間はリセ
ット解除時を示す。cに示すボルテージハーバ回路2の
出力である降圧電圧V2は安定状態となっておらず、V
1>V2の状態なので、bに示すレギュレータ回路1の
出力である降圧電圧V1が負荷回路4に供給される。時
刻t2から時刻t3は電圧V2がLSI最低動作電圧を
越え、安定した状態を示す。電圧V2が安定状態に移行
したので、負荷回路に供給される電圧V3はレギュレー
タ回路出力V1からボルテージハーバ回路出力V2へ切
り替わる。
【0017】時刻t3から時刻t4は電源ノイズ等に起
因する主電源VDD1の変動時を示す。主電源VDD1
の変動により電圧V2が電圧V1より低い電圧となり、
レギュレータ回路出力V1が負荷回路4に供給される。
これにより負荷回路4に供給される電圧V3は安定した
電源供給を維持することが可能である。
【0018】時刻t5から時刻t6は主電源VDD1の
電圧が降下して行く状況を示す。主電源VDD1の電圧
の降下により、電圧V2が電圧V1より低くなると、電
圧V1が負荷回路4に供給される。時刻t6を過ぎて、
さらに主電源VDD1の電圧が降下し、電圧V1より低
くなると、電圧V1は主電源VDD1の電圧と共に降下
し始める。従って主電源VDD1がdに示すCPU最低
動作電圧以下まで降圧した時点で負荷回路4はハングア
ップする。
【0019】また、図3は横軸を主電源VDD1の電圧
とし、縦軸を各部の電圧とした場合の特性を示す図であ
る。この図において、主電源電圧が2.0V以下になる
と、ボルテージハーバ回路の出力電圧がLSI最低動作
電圧を下回り、負荷回路がハングアップしてしまうが、
途中でレギュレータ出力に切り替えることにより、主電
源電圧が1.0Vまで動作可能となることがわかる。
【0020】以上、本発明の一実施形態の動作を図面を
参照して詳述してきたが、本発明はこの実施形態に限ら
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設
計変更等があっても本発明に含まれる。
【0021】
【発明の効果】これまでに説明したように、この発明に
よる第1の効果は、レギュレータ出力とボルテージハー
バ出力をコンパレータにより比較し、2つの出力のうち
電圧の高い出力を負荷回路に供給することによって、リ
セット解除直後から常に安定した電圧を発生させること
が可能であり、さらに電源ノイズ等の要因による負荷回
路のハングアップを回避することが可能である。また、
電源の降下に伴う負荷回路のハングアップ電圧を従来よ
り低くすることが可能である為、電源の動作電圧範囲を
大きくすることが可能である。その理由は、レギュレー
タ出力とボルテージハーバ出力のコンパレートが常時行
われ、その結果が随時出力の選択へフィードバックされ
る為である。
【0022】第2の効果は、LED駆動等の重負荷時に
おいても事前にレギュレータ回路出力とボルテージハー
バ出力を切り替える必要がないことである。その理由は
出力切り替えのタイミング信号が負荷回路により生成さ
れるのでなく、レギュレータ出力とボルテージハーバ出
力のコンパレートによるものである為である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるLSI内部の電源回
路の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した一実施形態の電源変動に伴う電源
供給状態の時間経過の例を示す図である。
【図3】図1に示した一実施形態による主電源電圧と各
回路の出力電圧を示す図である。
【図4】従来の技術によるLSI内部の電源回路の構成
を示すブロック図である。
【符号の説明】
1、11 レギュレータ回路 2、22 ボルテージハーバ回路 3 コンパレータ 4、44 負荷回路 SW1、SW2、SW11、SW12 スイッチ回路 VDD1 主電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/445,1/56 G05F 1/613,1/618 H02M 3/00 - 3/44

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供給された電源電圧を降圧して負荷回路
    へ供給する大規模集積回路の内部電源回路において、 前記電源電圧を定電圧に降圧して出力するレギュレータ
    回路と ボルテージハーバ回路 と、 前記レギュレータ回路の出力電圧と前記ボルテージハー
    回路の出力電圧とを比較するコンパレータ回路と、 前記レギュレータ回路と前記負荷回路との間を開閉する
    第1のスイッチ回路と、 前記ボルテージハーバ回路と前記負荷回路との間を開閉
    する第2のスイッチ回路とを具備し、 前記コンパレータ回路の比較結果により、前記レギュレ
    ータ回路の出力電圧と前記ボルテージハーバ回路の出力
    電圧のうち高電圧を検出した出力にかかる前記第1また
    は前記第2のスイッチを閉成してこの出力を前記負荷回
    路へ供給 することを特徴とする電源回路。
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WO2016125690A1 (ja) * 2015-02-05 2016-08-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 車両制御装置

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