JP3608000B2

JP3608000B2 - 車載演算機器用電源装置

Info

Publication number: JP3608000B2
Application number: JP2000173124A
Authority: JP
Inventors: 学山下; 哲司渡辺
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-06-09
Also published as: JP2001352675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両に搭載される演算装置に使用され、入出力部に供給される第一の電源電圧と、演算部や記憶部に供給される第二の電源電圧とを有する車載演算機器用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載された内燃機関の制御や各種走行系の制御にはマイクロプロセッサを使用した電子制御システムが多く使用されているが、これらの電子制御システムには入出力回路部などでは例えば５．０Ｖの電源電圧にて動作し、演算部や記憶部では例えば３．３Ｖの電源電圧にて動作するように構成された二電源方式のマイクロプロセッサが多く使用されている。これらは動作周波数を高めながら消費電力を抑えるために用いられるものであり、このような装置に対しては入出力部などに供給する電源と、演算部などに供給する電源との電圧の異なる二系列の定電圧電源を必要とする。
【０００３】
一方、車両に搭載される電子制御システムは電源が車載のバッテリであり、バッテリの電圧が定電圧電源により所定の定電圧に置き換えられてマイクロプロセッサなどに供給される。バッテリからの電力はキースイッチを介して供給され、内燃機関の始動時にはキースイッチのオンと共に供給が開始され、内燃機関の停止時にはキースイッチのオフと共に電力供給が停止される。このように電力の供給と停止とが繰り返される車載用の電子制御システムにおいては、マイクロプロセッサに供給される電圧の立ち上がりと立ち下がりの過渡特性によってはマイクロプロセッサに様々な問題を生じることがある。例えば、特開平７−１９１７０１号公報には電源の投入や遮断時において、マイクロプロセッサの起動時と停止時の制御信号のタイミングを制御することによりこの問題に対処する技術が開示されている。
【０００４】
この公報に開示された技術は、上記した二電源方式のマイクロプロセッサを使用するものではないが、キースイッチオフ時におけるＲＡＭのバックアップ用の電源と、キースイッチオン時にマイクロプロセッサに供給される電源と、センサ類など周辺機器に供給される電源との三系列の定電圧電源が並列的に設けられ、それぞれが各負荷に電力供給するものにおいて、マイクロプロセッサに供給する電源の電圧を判定する手段を設け、電圧の立ち上がり時と立ち下がり時とに定電圧電源の電圧の値を判定することにより、発信制御端子、プログラム実行制御端子、ＲＡＭ書込制御端子の順に電力を供給し、電力供給を停止するときには逆の順序で停止するようにしたものであり、マイクロプロセッサを誤動作なく安定して動作させると共に、バックアップ用の電源から内部クロックなどに電力供給する必要を排除し、バックアップ用の電源の小型化を図ったものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにマイクロプロセッサを使用した電子制御システムにおいては、電源装置からの給電がマイクロプロセッサの制御信号と関連しあっており、キースイッチがオンしたときの電源電圧の上昇時と、オフしたときの下降時との過渡期においてはハードウエアとソフトウエアとの両面から信号のタイミング制御を必要とするものであり、特に、二電源方式のマイクロプロセッサのように複数の電源を有し、これらが相互に関連しあって電圧が上昇したり、下降したりするものにおいてはさらに複雑な制御を必要とすることになる。また、二電源方式のマイクロプロセッサを使用するものにおいて、上記のように複数の電源が並列的に存在する場合には各電圧の立ち上がりと立ち下がりの過渡特性にアンバランスが生じることがあり、このような場合にはマイクロプロセッサのラッチアップ事故を招くことがあった。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、複数の定電圧電源を有するシステムにおいて、マイクロプロセッサの起動時においては各制御電源が確実に立ち上がってから起動信号を供給し、停止時にはスイッチの遮断を検知してマイクロプロセッサを休止モードにし、休止が完了するまで制御可能な電圧を残留させておくことにより、単純化された制御により起動と休止とが可能な車載演算機器用電源装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる車載演算機器用電源装置は、車載バッテリから電源スイッチを介して電力供給を受けて、マイクロプロセッサ内部の入出力回路部に供給する第一の電圧を発生する第一の開閉素子、該第一の開閉素子の出力部に直列接続され、前記マイクロプロセッサ内部の演算部・ＲＡＭメモリ部・ＲＯＭメモリ部に供給する第二の電圧を発生する第二の開閉素子、および前記車載バッテリから電源スイッチを介さないで電力供給を受けて、前記第二の電圧よりも低い第三の電圧を発生し、前記マイクロプロセッサの少なくともＲＡＭメモリ部に対して動作保持電圧を供給する第三の開閉素子を備え、前記電源スイッチの投入時には前記第一の電圧の増大に応じて前記第二の電圧が増大し、前記電源スイッチの遮断時には前記第一の電圧の減少に応じて前記第二の電圧が減少するように構成したものである。
【０００８】
また、前記第二の開閉素子は、前記第一の開閉素子の出力電圧が所定判定値を超過したときに導通を開始するもので、前記所定判定値は前記第二の電圧未満で前記第三の電圧以上の範囲に設定されることにより、前記電源スイッチの投入／遮断後の過渡状態において、前記第二の開閉素子の出力電圧が前記第三の開閉素子の出力電圧未満であるときに前記第三の開閉素子から前記第二の開閉素子に逆流電流が流れることを防止するように構成したものである。
【０００９】
また、前記第一の開閉素子に対して過電流抑制制御回路を付加することにより、前記第一の開閉素子および前記第二の開閉素子が過大電流により焼損することを防止するように構成したものである。
【００１０】
また、前記電源スイッチの投入／遮断を検知するための電源検出器、該電源検出器の出力に応動し前記マイクロプロセッサに対して起動／休止等の制御信号を供給する指令信号発生回路、および前記第一の開閉素子の入力側または出力側の少なくともどちらか一方に接続された電圧保持用コンデンサを備え、前記電源スイッチの投入時には前記第一および第二の電圧の確立を待って前記マイクロプロセッサの動作を開始し、前記電源スイッチの遮断時には前記マイクロプロセッサの休止完了まで前記第一および第二の電圧が前記コンデンサに残留して前記マイクロプロセッサの待避処理が行えるように構成したものである。
【００１１】
また、前記電源検出器は、前記車載バッテリの電圧に比例した第一の検出電圧と、前記電源スイッチを経由した前記車載バッテリの電圧に比例した第二の検出電圧とを比較する比較器によって構成され、前記第二の検出電圧が前記第一の検出電圧よりも小さいときに前記電源スイッチが遮断されていると判定するように構成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図４は、この発明の実施の形態１による車載演算機器用電源装置を説明するもので、図１はその構成を示すブロック図、図２ないし図４は各導通制御回路の回路図である。図において、１は負側端子が車体２に接続された車載のバッテリ、３はキースイッチなどバッテリ１と負荷とを接続する電源スイッチ、４はマイクロプロセッサ５に所定の定電圧を供給する電源装置であり、バッテリ１は車両に搭載された図示しない充電発電機から充電され、電源装置４はバッテリ１から電源スイッチ３を介して電圧ＶＳ０ａを受電する端子６と、バッテリ１から直接電圧ＶＳ０ｂを受電する端子７とを有している。
【００１３】
電源装置４において、８は端子６からコンデンサ９を介して電圧ＶＳ０ａを受け、第一の通電制御回路１０により制御されて第一の電源電圧ＶＳ１を生成し、コンデンサ１１に充電する第一の開閉素子であり、これらで第一の定電圧電源を構成すると共に、生成電圧ＶＳ１は例えばＤＣ５．０Ｖに設定される。１２はコンデンサ１１に充電された第一の定電圧電源の電圧を受け、第二の通電制御回路１３により制御されて第二の電源電圧ＶＳ２を生成し、コンデンサ１４に充電する第二の開閉素子であり、これらで第二の定電圧電源を構成すると共に、生成電圧ＶＳ２は例えばＤＣ３．３Ｖに設定される。
【００１４】
１５は端子７からコンデンサ１６と限流抵抗１７とを介して電圧ＶＳ０ｂを受け、第三の通電制御回路１８により制御されて第三の電源電圧ＶＳ３を生成し、コンデンサ１９に充電する第三の開閉素子であり、これらで第三の定電圧電源を構成すると共に、生成電圧ＶＳ３は例えばＤＣ２．７Ｖに設定される。２０は比較器であり、端子７からの電圧ＶＳ０ｂが分圧抵抗Ｒ２とＲ３とに分圧されて一方の入力端子に印加され、端子６からの電圧ＶＳ０ａが分圧抵抗Ｒ４とＲ５とに分圧されて他方の入力端子に印加されることにより、電源スイッチ３のオンオフを検知する電源投入判定手段として機能し、その信号は指令信号発生回路２１に与えられる。指令信号発生回路２１はこの信号を受けて後述するようにマイクロプロセッサ５に各種の制御信号ＳＧｎを出力する。
【００１５】
マイクロプロセッサ５は入出力回路部２２と、入出力メモリや演算メモリを構成するＲＡＭ部２３と、演算部２４と、システムメモリを構成するＲＯＭ部２５と、制御信号ＳＧｎによりマイクロプロセッサ５の起動と休止などの制御を行う制御部２６とからなり、入出力回路部２２と制御部２６とには電源装置４から電圧ＶＳ１が供給され、ＲＡＭ部２３と演算部２４とＲＯＭ部２５とには電源装置４から電圧ＶＳ２が供給される。また、ＲＡＭ部２３には電源装置４から電圧ＶＳ３も供給され、電源スイッチ３がオンの状態ではＲＡＭ部２３は電圧ＶＳ２により動作し、電源スイッチ３がオフの状態では電圧ＶＳ３により記憶の保持がなされる。なお、マイクロプロセッサ５がカレンダ時計機能を有する場合など、電源スイッチ３のオフ時にも低消費電力モードで動作の維持が必要な場合には、演算部２４とＲＯＭ部２５とにも電圧ＶＳ３が供給される。
【００１６】
電源装置４の第一の開閉素子８を制御する第一の通電制御回路１０は図２に示すように、第一の開閉素子８のベース抵抗Ｒ６とエミッタ抵抗Ｒ７とを介して第一の開閉素子８を駆動するトランジスタ２７と、端子６からコレクタ抵抗Ｒ８を介して電圧ＶＳ０ａを受け、トランジスタ２７を駆動するトランジスタ２８と、電圧ＶＳ０ａを受けてトランジスタ２８にベース電流を供給する定電流回路２９と、トランジスタ２７のエミッタ抵抗Ｒ７の両端電圧をベース抵抗Ｒ９を介して入力し、第一の開閉素子８のベース電流の増加に伴ってトランジスタ２８のベース電流を分流し、第一の開閉素子８のベース電流を間接的に制御してコレクタ電流を制御し、第一の開閉素子８の過電流を防止するトランジスタ３０と、出力電圧ＶＳ１が過大となったときにトランジスタ２８のベース電流を減少させるトランジスタ３１と、出力電圧ＶＳ１を受けて基準電圧を発生する既知の基準電圧発生回路３２の出力電圧と抵抗Ｒ１０とＲ１１とで分圧された電圧ＶＳ１の分圧電圧とを入力してトランジスタ３１を駆動する演算増幅器３３とで構成されている。なお、Ｒ１２はトランジスタ２７の安定抵抗である。
【００１７】
第二の開閉素子１２を制御する第二の通電制御回路１３は図３に示すように、第二の開閉素子１２のベース抵抗Ｒ１４とエミッタ抵抗Ｒ１５とを介して第二の開閉素子１２を駆動するトランジスタ３４と、電圧ＶＳ１を受けて基準電圧を発生する既知の基準電圧発生回路３５の出力電圧と抵抗Ｒ１６とＲ１７とで分圧された電圧ＶＳ２の分圧電圧とを入力し、電圧ＶＳ２が過大となったときにトランジスタ３４のベース電流を減少させる演算増幅器３６と、電圧ＶＳ１を受けて基準電圧を発生する既知の基準電圧発生回路３７の出力電圧と抵抗Ｒ１８とＲ１９とで分圧された電圧ＶＳ１の分圧電圧とを入力する比較器３８と、比較器３８の出力を受けて電圧ＶＳ１が所定値より小さいときにトランジスタ３４のベース電流を遮断し、第二の開閉素子１２の動作を停止させるトランジスタ３９とにより構成されている。なお、この第二の開閉素子１２を不動作にするＶＳ１の所定値は後述するように、少なくとも第三の電源電圧ＶＳ３より高い値に設定される。
【００１８】
また、第三の開閉素子１５を制御する第三の通電制御回路１８は図４に示すように、第三の開閉素子１５のベース抵抗Ｒ２０とエミッタ抵抗Ｒ２１とを介して第三の開閉素子１５を駆動するトランジスタ４０と、端子７からの電圧ＶＳ０ｂを受け、基準電圧を発生する既知の基準電圧発生回路４１と、この基準電圧発生回路４１の出力電圧と電圧ＶＳ３を抵抗Ｒ２２とＲ２３とで分圧した分圧電圧とを入力してトランジスタ４０を駆動し、電圧ＶＳ３が所定値より大きいときにトランジスタ４０のベース電流を減少させて電圧ＶＳ３を所定値に維持する演算増幅器４２とで構成されている。
【００１９】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による車載演算機器用電源装置において、電源スイッチ３が開路状態にあるとき、すなわち、車両が運転状態にないときにはバッテリ１から端子７と限流抵抗１７とを介して第三の開閉素子１５に電圧ＶＳ０ｂが供給され、第三の開閉素子１５は第三の電源電圧ＶＳ３を生成してマイクロプロセッサ５のＲＡＭ部２３に供給され、ＲＡＭ部２３に格納された記憶の保持を行う。ここで、電圧ＶＳ３は上記したように、例えばＤＣ２．７Ｖに設定される。また、上記したように、マイクロプロセッサ５がカレンダ時計機能を有する場合など、電源スイッチ３のオフ時にもマイクロプロセッサ５の動作の維持が必要な場合には、図１に点線にて示したように接続されて演算部２４とＲＯＭ部２５にも電圧ＶＳ３が供給され、低消費電力モードにて内部動作が維持される。
【００２０】
また、電源スイッチ３が開路の状態では比較器２０に入力される電圧の内、分圧抵抗Ｒ４とＲ５とを経由する電圧は印加されないため、比較器２０からの信号により、指令信号発生回路２１はマイクロプロセッサ５の制御部２６に対して動作休止か、または、低消費電力モード動作の指令を与えることになる。
【００２１】
車両の運転開始に当たって電源スイッチ３が閉路されると、コンデンサ９が充電され、この充電電圧ＶＳ０ａにより第一の通電制御回路１０が動作して第一の開閉素子８が制御され、この出力によりコンデンサ１１が充電され、やがて第一の電源電圧であるＶＳ１に達する。そして、第一の通電制御回路１０はこの電圧ＶＳ１を維持し、ＶＳ１は上記したように例えばＤＣ５．０Ｖに設定される。
【００２２】
第二の開閉素子１２を制御する第二の通電制御回路１３は、比較器３８がコンデンサ１１の電圧を検知し、この電圧が所定値、例えばＤＣ３．０Ｖを超過すると信号を出力し、トランジスタ３９を遮断することによりトランジスタ３４を動作せしめ、第二の開閉素子１２を導通させ、コンデンサ１４に対する充電動作を開始させる。そして、コンデンサ１１の電圧がさらに上昇して所定値のＶＳ１に達するのに従属してコンデンサ１４の充電電圧も上昇し、第二の電源電圧であるＶＳ２に達する。この電圧は上記したように例えばＤＣ３．３Ｖに設定され、図３の演算増幅器３６の動作により一定値に維持される。
【００２３】
第二の開閉素子１２が導通を開始するのはこのように、コンデンサ１１の電圧が所定値である例えばＤＣ３．０Ｖを超過した後であり、比較器３８の判定電圧は、少なくとも第三の電源電圧ＶＳ３より高く設定される。このように設定することにより、電源の立ち上がり時において第三の開閉素子１５から第二の開閉素子１２に対する電流の流入を阻止することができる。
【００２４】
また一方では、電源スイッチ３の投入により分圧抵抗Ｒ４とＲ５とに分圧された電圧が比較器２０の入力端子に印加されるが、端子６の電圧ＶＳ０ａがＶＳ１より高電位にあればＶＳ１とＶＳ２との確立が可能であるので、比較器２０から指令信号発生回路２１に電源投入の信号が出力され、指令信号発生回路２１はこの信号入力から所定の時間の後にマイクロプロセッサ５の制御部２６に対して各種の信号ＳＧｎを出力する。この所定の時間は、少なくとも電源投入後の電圧ＶＳ２の確立に要する時間に設定され、各種の信号ＳＧｎは例えば、クロック発振開始指令、プログラム実行開始指令、ＲＡＭ書込許可指令の順に指令される。
【００２５】
車両の運行が終了して電源スイッチ３がオフにされると電圧ＶＳ０ａが消失するのを比較器２０で検出し、この検出信号により指令信号発生回路２１はマイクロプロセッサ５の制御部２６に対して各種の指令信号ＳＧｎを出力する。この指令信号ＳＧｎは例えば、ＲＡＭ書込禁止指令、プログラム実行停止指令、クロック発振停止指令の順とされ、起動時の順とは逆にされ、この信号によりマイクロプロセッサ５は休止状態、または、低消費電力モードに移行する。
【００２６】
電源スイッチ３がオフされた後にはコンデンサ９と１１と１４との電圧は放電に伴って徐々に低下し、コンデンサ１４の電圧が所定値以下になればマイクロプロセッサ５の動作は維持できなくなるが、コンデンサ９と１１との静電容量と負荷に対する放電時定数とは、コンデンサ１４の電圧が所定値以下になるまでに指令信号ＳＧｎによってマイクロプロセッサ５が休止状態、または、低消費電力モードに移行できるように設定される。また、この電圧減衰過程においても、比較器３８の判定電圧が第三の電源電圧ＶＳ３より高く設定されているので、電圧ＶＳ２が電圧ＶＳ３より高い状態において第二の開閉素子１２が遮断され、第三の開閉素子１５から第二の開閉素子１２に対する電流の逆流は阻止される。
【００２７】
実施の形態２．
以上に説明したこの発明の実施の形態１による車載演算機器用電源装置では図１の比較器２０の判定に端子６の電圧ＶＳ０ａと端子７の電圧ＶＳ０ｂとを使用したが、この実施の形態では端子７の電圧ＶＳ０ｂに代わり、図示しないが端子６の電圧ＶＳ０ａを基準電圧発生回路を介して供給するようにしたものである。このように構成することにより、図１においてバッテリ１から固定抵抗Ｒ２とＲ３とに流入する電流がなくなり、停車中の放電によるバッテリ上がりを低減することが可能になるものである。
【００２８】
なお、上記の実施の形態１にて説明した指令信号発生回路２１の指令信号ＳＧｎはマイクロプロセッサ５に求められる各種信号の種類や形式に依存するものであり、種類や形式により変更できるものである。また、比較器２０の信号を直接マイクロプロセッサ５に供給し、マイクロプロセッサ５の内部で各種指令信号を生成することもできるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の車載演算機器用電源装置によれば、マイクロプロセッサの入出力回路部などに電圧供給する第一の定電圧電源と、この第一の定電圧電源の生成電圧を受電して演算部や記憶部などに電圧供給する第二の定電圧電源と、記憶部などの動作保持用に第二の定電圧電源より低い値の電圧を生成する第三の定電圧電源を設けているので、単純化された制御によりマイクロプロセッサの起動、休止を支障なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の車載演算機器用電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の車載演算機器用電源装置に使用する第一の導通制御回路の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１の車載演算機器用電源装置に使用する第二の導通制御回路の回路図である。
【図４】この発明の実施の形態１の車載演算機器用電源装置に使用する第三の導通制御回路の回路図である。
【符号の説明】
１バッテリ、３電源スイッチ、４電源装置、
５マイクロプロセッサ、８第一の開閉素子、
９、１１、１４、１６、１９コンデンサ、１０第一の通電制御回路、
１２第二の開閉素子、１３第二の通電制御回路、
１５第三の開閉素子、１７限流抵抗、１８第三の通電制御回路、
２０比較器、２１指令信号発生回路、２２入出力回路部、
２３ＲＡＭ部、２４演算部、２５ＲＯＭ部、２６制御部、
２７、２８、３０、３１、３４、３９、４０トランジスタ、
２９定電流回路、３２、３５、３７、４１基準電圧発生回路、
３３、３６、４２演算増幅器、３８比較器。

Claims

車載バッテリから電源スイッチを介して電力供給を受けてマイクロプロセッサ内部の入出力回路部に供給する第一の電圧を発生する第一の開閉素子、該第一の開閉素子の出力部に直列接続され、前記マイクロプロセッサ内部の演算部・ＲＡＭメモリ部・ＲＯＭメモリ部に供給する第二の電圧を発生する第二の開閉素子、および前記車載バッテリから電源スイッチを介さないで電力供給を受けて前記第二の電圧よりも低い第三の電圧を発生し、前記マイクロプロセッサの少なくともＲＡＭメモリ部に対して動作保持電圧を供給する第三の開閉素子を備え、前記電源スイッチの投入時には前記第一の電圧の増大に応じて前記第二の電圧が増大し、前記電源スイッチの遮断時には前記第一の電圧の減少に応じて前記第二の電圧が減少するように構成したことを特徴とする車載演算機器用電源装置。
前記第二の開閉素子は、前記第一の開閉素子の出力電圧が所定判定値を超過したときに導通を開始するもので、前記所定判定値は前記第二の電圧未満で前記第三の電圧以上の範囲に設定されることにより、前記電源スイッチの投入／遮断後の過渡状態において、前記第二の開閉素子の出力電圧が前記第三の開閉素子の出力電圧未満であるときに前記第三の開閉素子から前記第二の開閉素子に逆流電流が流れることを防止するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車載演算機器用電源装置。
前記第一の開閉素子に対して過電流抑制制御回路を付加することにより、前記第一の開閉素子および前記第二の開閉素子が過大電流により焼損することを防止するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載演算機器用電源装置。
前記電源スイッチの投入／遮断を検知するための電源検出器、該電源検出器の出力に応動し前記マイクロプロセッサに対して起動／休止等の制御信号を供給する指令信号発生回路、および前記第一の開閉素子の入力側または出力側の少なくともどちらか一方に接続された電圧保持用コンデンサを備え、前記電源スイッチの投入時には前記第一および第二の電圧の確立を待って前記マイクロプロセッサの動作を開始し、前記電源スイッチの遮断時には前記マイクロプロセッサの休止完了まで前記第一および第二の電圧が前記コンデンサに残留して前記マイクロプロセッサの待避処理が行えるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の車載演算機器用電源装置。
前記電源検出器は、前記車載バッテリの電圧に比例した第一の検出電圧と、前記電源スイッチを経由した前記車載バッテリの電圧に比例した第二の検出電圧とを比較する比較器によって構成され、前記第二の検出電圧が前記第一の検出電圧よりも小さいときに前記電源スイッチが遮断されていると判定するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の車載演算機器用電源装置。