JP3795195B2 - ヒステリシス特性を有する電圧監視回路 - Google Patents
ヒステリシス特性を有する電圧監視回路 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電圧を監視し、その電圧変動により装置の状態を検出するための電圧監視装置に関するものである。例えば、この発明は、パワーデバイスの駆動回路装置の電源電圧の状態を検出して当該装置の制御を行うための技術に適用して好適なるものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来の電圧監視回路の一例を示すブロック図である。図9は、図8の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【0003】
図8の電圧監視装置においては、基準電圧信号V6Pのレベルに、ある電圧設定値VLと、当該設定値VLよりも高い電圧設定値VHとを交互に設定することによりヒステリシス動作を行い、電圧監視装置の外部の装置の状態を制御する。直流電圧入力信号INPが電圧設定値VLよりも低い電圧になると、本装置は電源電圧の低下を検知し、当該直流電圧を電源電圧とする外部の装置に対して、電源電圧の異常状態を示す検出信号FOPを出力する。この場合、電圧監視装置は、電源ノイズなどの瞬時の低下に対しては現状の状態を保持し(従って、検出信号FOPを出力しない)、ある一定以上の時間だけ直流電圧入力信号INPが電圧設定値VLよりも低下するという状態が続く場合にのみ、直流電源の電圧低下を検知する検出信号FOPを出力する。また、検出信号FOPを出力すると、電圧監視装置は、直流電圧入力信号INPが電圧設定値VHの電圧にまで上昇しない限り、検出信号FOPの出力を通常状態に戻さないというヒステリシス動作を行う。
【0004】
先ず、図8及び図9において、通常の状態においては、基準電圧発生回路6Pは、低い電圧設定値VLの基準電圧信号V6Pを出力する。比較回路2Pは、直流電圧入力信号INPの直流電圧と基準電圧信号V6Pの電圧設定値VLとを比較する。この場合、直流電圧入力信号INPの直流電圧が電圧設定値VLよりも高いため、比較回路2PはLレベルの出力信号N2Pを出力する。積分回路3Pは、比較回路2PがLレベルの出力信号N2Pを出力するときには負方向の積分状態にあり、最小の電位で一定となる結果、最小レベルの出力信号V3Pを出力する。積分回路3Pの出力信号V3Pは比較回路4Pの一方の入力端に入力される。比較回路4Pは、その他方の入力端に電圧設定値V2Pが設定された比較器であり、コンパレータで構成される他、しきい値V2Pをもつインバータなどでも構成される。積分回路3Pの出力信号V3Pのレベルが最小電位の時は、それが電圧設定値V2Pよりも低いため、比較回路4PはHレベルの出力信号N4Pを出力する。比較回路4Pの出力信号N4Pの結果に応じて、制御回路5Pは基準電圧発生回路6Pが電圧設定値VLを出力しうるための制御信号N5Pを出力する。その結果、直流電圧入力信号INPのレベルが電圧設定値VL以下となるまでは、現状態の通常動作が保持される。このとき、検出信号FOPのレベルはHレベルとなる。
【0005】
直流電圧入力信号INPの直流電圧レベルが低下する場合においては、基準電圧発生回路6Pは低い設定値VLの基準電圧信号V6Pを出力している。そして、直流電圧入力信号INPの直流電圧が電圧設定値VLよりも低くなると、比較回路2PはHレベルの出力信号N2Pを出力する。その結果、積分回路3Pは、比較回路2PのHレベルの出力信号N2Pの入力に応じて、正方向の積分状態となり、その出力信号V3Pの電位は上がり始める。積分回路3Pの出力信号V3Pは比較回路4Pの電圧設定値V2Pと比較され、出力信号V3Pのレベルが電圧設定値V2P以上になる時間より、タイマ回路として動作する。もし、積分回路3Pの出力信号V3Pが比較回路4Pの設定値V2Pに等しくなる前に直流電圧入力電圧INPのレベルが比較回路2Pの設定値VLよりも高くなると、比較回路2PはLレベルの出力信号N2Pを出力するので、積分回路3Pはリセットされ、再び出力信号V3Pを最小のレベルとする。従って、基準電圧信号V6Pの設定値は設定値VLのままとなる。
【0006】
これに対して、直流電圧入力信号INPのレベルが上記タイマ回路で設定されている時間以上、設定電圧VLよりも低くなると、上記動作により、積分回路3Pの出力信号V3Pは比較回路4Pの電圧設定値V2Pよりも高くなり、比較回路4PはLレベルの出力信号N4Pを出力する。比較回路4Pの出力信号N4PがLレベルになると、制御回路5Pは、基準電圧発生器6Pがその出力電圧を設定値VHに設定しうるための制御信号N5Pを出力する。これにより、比較回路2Pの比較値は高い電圧設定値VHとなり、直流電圧入力信号INPのレベルが電圧設定値VH以上に上昇するまでは、この状態が保持される。このとき、検出信号FOPのレベルはLレベルとなる。
【0007】
上記動作の説明により理解される通り、本装置は、比較回路2Pの電圧設定値VH、VLで決められたしきい値、及び積分係数と設定電圧V2Pとで決まる時間以上の変化に対して動作するヒステリシス回路として機能し、検出信号FOPを外部へ出力する。
【0008】
尚、特開昭63−313077号公報に記載の発明は、RC積分回路と、その出力端に入力端の一方が接続されたシュミット回路より成る、ヒステリシス特性を有する比較器とでタイマ回路を構成して、入力交流電源のレベルを監視する回路を開示している。又、特開昭63−315963号公報の発明は、ヒステリシス特性を有する比較回路とその出力端に接続されたタイマ回路部とを開示している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図8および図9に例示したような、積分回路の積分係数と比較器の1つの設定電圧とで定まる時間を基準として、入力する直流電圧の変動をフィルタリングするタイマ回路を備えた従来の電圧監視回路においては、次のような問題点が顕在化している。
【0010】
図10は、上記問題点を顕出させる図8の回路の動作タイミングを示している。今、図10の(a)〜(c)に示すように、積分回路3Pと比較回路4Pの設定値V2Pで決められる時間とほぼ同じ周期で、直流電圧入力信号INPが設定値VLに対して上下動する場合を考える。このとき、比較回路4Pは短いduration timeのHレベルの出力信号N4Pを出力するけれども、出力信号N4Pの当該duration timeが制御回路5P、基準電圧発生回路6Pの素子の応答可能な時間(応答幅)以下の場合には、基準電圧発生回路6Pは設定値VLを高位の設定値VHに変更することができないために、電圧監視装置自体としては同じ動作を繰り返すこととなる。他方、比較回路4Pの出力信号N4PのHレベルの期間に対して制御回路5Pの検出信号生成の論理が応答可能な場合には、検出信号FOPが直流電圧入力信号INPの周期に同期してLレベルに変化し、結果として、検出信号FOPのチャタリングないし発振状態が生ずる。しかし、検出信号FOPは外部に対して直流電圧の低下の状態を示していても、電圧監視装置の内部動作としては、そのような電源電圧低下という状態に応じたヒステリシス動作を示しておらず、このため、この不一致が、検出信号FOPの状態に応じて動作する外部回路に悪影響を与える。
【0011】
このように、従来の電圧監視装置においては、その構成素子の応答の遅れが全く考慮されていないために、この応答遅れにより構成素子が入力直流電圧の変動に追従できずに本装置にヒステリシスがかからない状態となっているにも拘わらず、検出信号のみがチャタリングを起こして本装置の状態の変化を外部へ与えてしまうという問題点が生じうるのである。
【0012】
本発明は、上記の懸案事項を克服すべく従来の電圧監視装置を改善したものであり、入力直流電圧とその電圧変化の時間とを監視して上記直流電圧を電源電圧とする装置の制御を行う際に、安定したヒステリシス動作と検出信号の出力とを確保することを目的とする。
【0013】
請求項1に係る発明は、電圧監視装置において、外部の直流電圧と基準電圧とを比較して、前記直流電圧が前記基準電圧以上のときには第1レベルの出力信号を出力し、前記直流電圧が前記基準電圧未満のときには第2レベルの前記出力信号を出力する比較回路と、前記比較回路の前記第2レベルの前記出力信号の出力開始時に応じて積分動作を開始し、前記比較回路が前記第2レベルの前記出力信号を出力している限りは積分動作を続行して、その上昇する出力信号を所定のレベルにクランプする、積分回路と、少なくとも第1設定レベル及び第2設定レベルを基準レベルとして有し、上昇する前記積分回路の前記出力信号と前記基準レベルとを比較して、(a)前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベル未満のときには第3レベルの制御信号を出力し、(b)前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベルに等しくなったときに第4レベルの制御信号を出力し、(c)前記積分回路の前記出力信号が前記第2設定レベルに等しくなったときに前記直流電圧の電圧低下を外部に情報として与える検出信号を出力する、制御信号・検出信号生成回路と、前記制御信号を受けて、前記第3レベルの前記制御信号の入力に応じて前記基準電圧のレベルを第5レベルに設定し続ける一方、前記第4レベルの前記制御信号の入力に応じて前記基準電圧の前記レベルを前記第5レベルよりも高い第6レベルに設定する、基準電圧発生回路とを備え、(前記所定のレベル)>(前記第2設定レベル)>(前記第1設定レベル)及び、(前記第2設定レベル−前記第1設定レベル)≧(前記基準電圧発生回路の応答時間に於ける前記積分回路の前記出力信号の上昇レベル)の関係が成立することを特徴とする。
【0014】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の電圧監視回路であって、前記制御信号・検出信号生成回路は、前記積分回路の出力端にその入力端が接続され、前記第1設定レベルをその判定基準電圧として有し、前記積分回路の前記出力信号と前記第1設定レベルとを比較する第1比較器と、前記積分回路の前記出力端にその入力端が接続され、前記第2設定レベルをその判定基準電圧として有し、前記積分回路の前記出力信号と前記第2設定レベルとを比較する第2比較器と、前記第1比較器の出力端と前記第2比較器の出力端とにその入力端が接続され、前記第1及び第2比較器の両出力信号に基づき前記制御信号及び前記検出信号を生成し出力する論理回路とを備えることを特徴とする。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項2記載の電圧監視回路であって、前記第2比較器は、前記第2設定レベルと、前記第2設定レベルよりも小さな第3設定レベルとを前記判定基準電圧として有するシュミット回路を備え、前記論理回路は、前記第2比較器の前記出力信号に基づき前記検出信号を出力し、前記第1比較器出力信号に基づき前記制御信号を出力することを特徴とする。
【0016】
請求項4に係る発明は、請求項2記載の電圧監視回路であって、前記論理回路は、前記直流電圧が前記第6レベルに設定された前記基準電圧に等しくなった時点より下降する前記積分回路の前記出力信号が前記第2設定レベルに等しくなった時に、前記制御信号のレベルを前記第4レベルから前記第3レベルに変更すると共に、更に下降し続ける前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベルに等しくなった時に、前記検出信号の出力を停止することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る電圧監視回路10が半導体製品の電圧監視装置として用いられている点を模式的に示すためのブロック図である。
【0021】
インテリジェントパワーモジュール(IPM)等のパワーモジュール100は、外部のマイクロコンピュータ101によるコントロールの下、モータ等の負荷102を駆動する。そのために、同パワーモジュール100は、IGBTやパワーMOSFET等のパワー半導体素子Tr1,Tr2等から成る部分40と、これらの半導体素子Tr1,Tr2の駆動信号を生成する駆動回路(IC化されている)30とを有し、同回路30は、その本体部分たる駆動回路部20と、電圧監視回路10とを備えている。同回路10は、駆動回路部20に外部より供給される直流電圧入力信号IN(DC)の変動、即ち電源電圧の変動を監視しており、同信号INが与える直流電圧が同回路10内に設定されている基準電圧よりも所定時間以上にわたって低下する状態を検出して、その検出結果を検出信号FOとして駆動回路部20及び外部のマイクロコンピュータ101に送信する。上記基準電圧自体はパワーモジュール100の個々の仕様に応じて定まる値であり、電圧監視回路10は、上記個々の仕様に基づき外部において商業電源より生成される直流電圧の時間的変動を監視している重要な部分である。マイクロコンピュータ101は、上記の検出信号FOを受信すると、駆動回路部20の動作を停止させる信号CNTを発信して、同回路部20をコントロールする。
【0022】
以上、本発明に係る電圧監視装置の半導体装置への適用について、説明の導入部分として詳述した。以下では、図1の電圧監視回路10の具体的な構成・動作について説明する。そこでは、電圧監視回路10における本発明の技術的思想は、実施の形態1,2として具体化される。実施の形態1,2は共に、ヒステリシス特性を有する電圧監視回路におけるタイマ回路ないしフィルタリング回路内の比較回路に複数の比較設定値(判定基準電圧)を設定することにより、電圧監視回路内の構成素子の応答遅れに起因してヒステリシス動作がかからなくなると共に検出信号のチャタリングが生じてしまうという、既述した問題点を克服している。特に、実施の形態1では、上記タイマ回路内の比較回路を3値の比較設定値を持つ比較器として構成している点に特徴があり、実施の形態2では、上記比較回路を2値の比較設定値を持つものとして構成している点に特徴がある。
【0023】
(実施の形態1)
実施の形態1の電圧監視装置では、タイマ回路部分の比較回路を、シュミット回路と、同回路の上下のしきい値間にそのしきい値を有するインバータとで構成している。以下、図面に基づき、より具体的に詳述する。
【0024】
図2は、そのような電圧監視回路の構成の1例を示すブロック図である。図2の回路が図8のそれと構成上相違する点は、積分回路3と比較回路4と制御回路5とにあり、他の構成要素は同一である。図2の本装置における直流電圧低下の監視方式も、図8のそれと基本的には同一であり、直流電圧入力信号のレベル低下が電源ノイズ等に起因して瞬時に生ずるときには、ヒステリシス動作をおこさせないこととし、従って検出信号を外部に出力しない。そして、ある一定時間(ここでは、以下に示す第2時間T2)以上、直流電圧入力信号のレベルが基準電圧信号のレベルよりも低下する状態が続く場合に初めて、本装置はヒステリシス動作を行う。しかし、本装置では、後述する通り、そのヒステリシスのタイミング時から第3時間T3だけ遅延した後に、検出信号を初めて出力することとしている。
【0025】
図2において、第1入力信号線11の一端は、入力端子1を介して(第1)比較回路2の第1入力端(−)に接続されており、同信号線11は外部の直流電圧を直流電圧入力信号(第1入力信号)INとして送信する。又、第2入力信号線12の一端は比較回路2の第2入力端(+)に接続され、その他端は基準電圧発生回路6の出力端に接続されており、同信号線12は基準電圧を基準電圧信号(第2入力信号)V6として比較回路2に送信する。
【0026】
比較回路2は、直流電圧入力信号INが与える直流電圧が基準電圧以上の状態にあるときには、第1レベルの(ここではLレベルの)出力信号N2をその出力端より出力する。又、(直流電圧)<(基準電圧)のときには、同回路2は、第2レベルの(ここではHレベルの)出力信号N2を出力する。
【0027】
積分回路3は、比較回路2の出力信号N2のレベルに応じて積分動作を行う。即ち、第1レベルの出力信号N2の入力を受けるときには、同回路3は負方向の積分状態にあり、その出力信号V3のレベルは一定の最小電位となる。つまり、同回路3は実質的に積分動作を開始しない。これに対して、第2レベルの出力信号N2が入力されると、同回路3は、その入力開始時に応じて積分動作を開始し、第2レベルの出力信号N2が入力されている期間中はその積分動作を続行し、積分動作開始後、その積分係数ないし時定数より定まる第1時間(図5の時間T1)の経過時点で、その上昇する出力信号V3を所定のクランプレベルにクランプする。そして、クランプ後、又は積分動作続行中、再び出力信号N2のレベルが第1レベルに反転すると、積分回路3はその時から出力信号V3の下降動作を開始する。積分回路3は、典型的には、RC回路で構成される。
【0028】
(第2)比較回路4と制御回路ないし論理回路5とは、制御信号N5と検出信号FOとを生成・出力する制御信号・検出信号生成回路8を構成しており、比較回路4(従って、比較器4a,4b)の入力端が本回路8の入力端をなし、インバータ5aの出力端ないし出力端子7が本回路8の第2出力端をなし、バッファ5bの出力端が本回路8の第1出力端をなす。
【0029】
先ず、比較回路4は、積分回路3の出力信号V3と、3値の設定レベルから成る基準レベルとの大小比較を行う。
【0030】
比較回路4は、2つの比較器4a,4bを備えており、第1比較器4aはシュミット回路ないしシュミット・トリガ回路より構成される。以下、第1比較器4aをシュミットバッファと呼ぶ。シュミットバッファ4aは、上限側のしきい値ないし第2判定基準電圧V2H(図5(c)参照)と、下限側のしきい値ないし第3判定基準電圧V2L(図5(c)参照)とを有する。他方、第2比較器4bは、シュミットバッファ4aの両しきい値V2H,V2Lの間の値を、そのしきい値ないし第1判定基準電圧V2M(図5(c))とする、バッファ回路である。以後、第2比較器4bをバッファと呼ぶ。尚、上記しきい値V2M,V2H,V2Lを、各々、「第1設定レベル」、「第2設定レベル」、「第3設定レベル」とも呼称する。
【0031】
ここで重要な設定条件は、(V2H−V2M)で与えられるレベル差が、制御回路5や基準電圧生成回路6、特に同回路6の応答可能時間、つまり、同回路6が制御信号N5のレベル変化に応じてその基準電圧信号V6のレベルを対応するレベルに変えるために必要な時間に相当するレベルよりも大きくなるように、予め設定されているという点である。図5の時系列の観点から言えば、(第1時間T1)>(第2時間T2+第3時間T3)且つ(第3時間T3)>(基準電圧のレベル設定(第5レベル→第6レベル)に必要な応答時間)という関係でとらえることができる。又、レベル差(V2M−V2L)は、上記レベル差(V2H−V2M)と等しく設定される必要性はない。図5の第3時間T3と第5時間T5についても、同様のことが言える。
【0032】
他方、第1設定レベルV2Mと負方向の積分状態時の積分回路3の出力信号V3のレベルとの差は、図5で示す第2時間T2を与え、その結果、後述する通り、積分回路3と比較回路4とが、電源ノイズ等による瞬時の直流電圧低下を除いて、本来検出すべき電圧低下のみを抽出するためのフィルタリング回路ないしはタイマ回路として機能することになる。同様に、直流電圧入力信号INが第6レベル(ここではVHレベル)にある基準電圧にまで復帰するときの積分回路3の出力信号V3のレベルと第1設定レベルV2Mとの差は、図5で示す第4時間T4を与え、その結果、両回路3,4は、比較回路2の基準電圧のレベルを再び第5レベル(ここではVLレベル)へと戻すためのヒステリシス動作時のタイマ回路として、再び機能することとなる。
【0033】
制御回路5は、ここではインバータ5aとバッファ5bとから成り、比較回路4の出力信号N41,N42に基づき、比較回路2の設定レベルを制御する制御信号N5と、本装置10の状態の変化を外部へ示すための検出信号FOとを生成・出力する。尚、バッファ5bは必ずしも必要ではない。
【0034】
基準電圧発生回路6は、制御信号N5の入力レベルに応じて、比較回路2の設定レベルを変更する。即ち、第3レベル(ここではLレベル)の制御信号N5の入力に応じて、同回路6は、基準電圧信号V6のレベルを第5レベル(ここではVLレベル)に設定し、第4レベル(ここではHレベル)の制御信号N5の入力に応じて、同回路6は、基準電圧信号V6のレベルをより高い第6レベル(ここではVHレベル)に設定する。
【0035】
基準電圧信号生成回路6の具体的な構成としては、例えば図3に示すものでも良いし、又、図4に示すものでも良い。
【0036】
ここでは、比較回路4において、シュミットバッファ4aの電圧設定値、即ち第2設定レベルV2Hが、バッファ4bの電圧設定値(第1設定レベル)V2Mよりも高いため、シュミットバッファ4aの出力信号N41はバッファ4bの出力信号N42よりも第3時間T3(図5)だけ遅れて動作する。このため、比較回路2の基準電圧の設定値の切り替えが実行された後に検出信号FOが出力されることとなり、本電圧監視回路10はヒステリシス動作を確実且つ安定的に行ってから検出信号FOの出力を行うこととなり、しかも、その際に検出信号FOのチャタリングも起きない。この点を、図5(a)〜図5(g)のタイミングチャートに基づき、より詳しく説明する。
【0037】
先ず、直流電圧入力信号INが低下し始めて、時刻t1において、そのときの基準電圧VL(第5レベル)に等しくなると、比較回路2はその出力信号N2をLレベル(第1レベル)からHレベル(第2レベル)に立上げる。この立上げに応答して、積分回路3が時刻t1より積分動作を開始し、その出力信号V3のレベルは上昇し始める。図5(a)では、入力信号INの電圧低下状態が本来的に外部へ検出すべき状態となっており、第2時間T2経過後の時刻t2では、上昇し続ける出力信号V3のレベルがバッファ4bの第1設定レベルV2Mに等しくなる。このタイミングでバッファ4bはその出力信号N42をLレベルからHレベルへと立上げるので、それに応答して、バッファ5bは制御信号N5をLレベル(第3レベル)からHレベル(第4レベル)へと立上げる。尚、厳密にはバッファ5bの応答時間も考えられるが、これは殆ど無視できる程に小さく設定される。このタイミング(t2)では、シュミットバッファ4aの出力信号N41のレベルはLレベルのままに保持されているので、検出信号FOは出力されない。その後、基準電圧発生回路6は、その応答時間(<第3時間T3)をかけて、基準電圧のレベルをVHレベル(第6レベル)に変更する。尚、図示の便宜上、図5(a)では上記応答時間の図示は省略されている。更に時刻t2から第3時間T3経過時においても積分回路3の出力信号V3の上昇は続いており、しかも、そのレベルはシュミットバッファ4aの第2設定レベルV2Hに等しくなるので、それに応答して、同バッファ4aの出力信号N41はHレベルに立上がり、それに応答して、インバータ5aが検出信号FOの出力を開始する。この場合、既にヒステリシス動作が完了しており、しかもV2H>V2Mの関係が成立するので、検出信号FOのチャタリングが生じる余地は全くない。
【0038】
図5(c)の例は、出力信号V3がクランプされる前に、直流電圧入力信号INが基準電圧の第6レベル(VH)以上に上昇する場合を示している。このとき(時刻t4)、出力信号N2が再びLレベル(第1レベル)に立下がる結果、積分回路3はその積分動作を停止し、出力信号V3の下降状態(RC回路では、放電状態)に移る。そして、更に第4時間経過時(時刻t5)に出力信号V3が再び第1設定レベルV2Mに等しくなると、出力信号N42、従って制御信号N5はLレベル(第3レベル)に立下がり、所定の応答時間を経て、基準電圧信号V6のレベルは元の第5レベル(VL)に戻り、下降時のヒステリシス動作が完了する。更に、第5時間T5の経過時点(時刻t6)において、下降する出力信号V3が第3設定レベルV2Lに等しくなり、出力信号N41の反転が生じ、検出信号FOの出力は停止する。その後、出力信号V3は負の積分状態時の最低レベルに戻る。
【0039】
以上詳述した通り、図2の電圧監視回路10によれば、検出信号FOのチャタリングを起こさせることなく、安定的に且つ確実に回路内のヒステリシス動作を完了させた上で、検出信号FOを外部へ出力することが可能となる。
【0040】
又、シュミットバッファ4a及びバッファ4bで以て比較回路4を構成しているので、本装置の小型化・IC化を達成することが可能である。
【0041】
(実施の形態2)
図6は、実施の形態2に係る電圧監視装置の回路構成例を示すブロック図である。図6の回路が図2のそれと異なる点は比較回路4と制御回路5とにあり、それ以外は全て図2の対応部分と同一である。尚、図6の基準電圧発生回路6の構成を図4に示すものとしても勿論良い。
【0042】
比較回路4Aは、所定の2つの設定レベル(V2L,V2M)を基準レベルとして有しており、積分回路3の出力信号V3を各基準レベルと比較することにより、3値判断値を作る。制御回路5Aは、比較回路4Aの結果に基づき、比較回路2の設定レベルを制御する制御信号N5と検出信号FOとを生成・出力する。
【0043】
ここで、2つの電圧設定値V2L(第1設定レベル),V2H(第2設定レベル)を有する比較回路4Aは、それぞれの設定レベルをしきい値として持つインバータ4d(第1比較器)、及びバッファ4c(第2比較器)で構成される。差勤増幅器によって比較回路4Aを構成することも可能ではあるが、コストアップ低減化の観点から、ここでは、CMOSトランジスタのバッファ4C、インバータ4dで以て、比較回路4Aを構成している。
【0044】
ここでも、重要な点は、V2H>V2Lであると共に、レベル差(V2H−V2L)が基準電圧の設定レベルの変更に必要な応答時間に相当するレベルよりも大きくなるように、予め設定されている点にある。従って、後述する図7の示す第1〜第5時間T1〜T5については、T1>(T2+T3)、T1>(T4+T5)が成立する。但し、図6の本回路では、T2=T4,T3=T5が成立する。
【0045】
制御回路5Aは、出力信号N41をセット信号、出力信号N42をリセット信号とするフリップフロップ回路5cと、他の2つの論理回路素子5d,5eとで構成される。
【0046】
図7に、図6の回路の動作を示すタイミングチャートを示す。図7に示す様に、設定レベルV2L、V2Hを基準レベルとして比較動作を行う比較回路4Aの出力信号N41,N42により、3値判断値の出力が生成されている。この回路でも、制御回路5Aは、図7に示すタイミング(時刻t2)で動作し、第6レベル(Hレベル)の制御信号N5の出力に応じて、基準電圧生成回路6が基準電圧のレベルを第5レベルVLから第6レベルVHに切り替えた後、第3時間T3経過後の時刻t3において、制御回路5Aが検出信号FOを出力する。このため、ヒステリシス動作が確実に行われた後に、状態の変化を示す検出信号FOが出力されることとなり、検出信号FOのチャタリングは起きない。そして、直流電圧INが第6レベルVHに設定された基準電圧に等しくなった時点より積分回路3の出力信号が下降し始め、その後、第2設定レベルV2Hに等しくなった時に、制御信号N5のレベルは第4レベル(Hレベル)から第3レベル(Lレベル)に変更され、積分回路3の出力信号が更に下降し続けて第1設定レベルV2Lに等しくなった時に、検出信号FOの出力は停止される。
【0047】
勿論、図6の回路でも比較回路4をインバータ4d及びバッファ4cとで構成しているので、装置の小型化・IC化を達成することができる。
【0048】
(まとめ)
以上の各実施の形態の説明から理解される通り、図2及び図6の制御信号・検出信号生成回路8,8Aは、いずれも、積分回路3の第1時間ないし積分係数(又は時定数)との関係で、タイマ回路ないしフィルタリング回路として機能している。そして、直流電圧がヒステリシスがかけられた後の比較回路2の基準電圧のレベル(第6レベル)以上になるまでの、その動作に着眼して両回路8,8Aの特徴を特定するときには、両回路8,8Aの機能構成を以下の通りに把握することができる。即ち、両回路8,8Aは、(a)積分回路の前記出力信号が入力されないときには第3レベルの制御信号を第1出力端より出力し、(b)積分回路の出力信号を受けたときには、当該出力信号の入力後、第2時間経過時において当該出力信号の上昇を検知しないときには第3レベルの制御信号を第1出力端より出力し続ける一方、当該出力信号の入力後、第2時間経過時においてもなお当該出力信号の上昇を検知するときには第4レベルの制御信号を第1出力端より出力し、(c)第2時間経過後、更に第3時間経過時においても、積分回路の前記出力信号の上昇を検知するときにのみ、直流電圧の電圧低下を外部に情報として与える検出信号をその第2出力端より出力する。但し、(第1時間)>(第2時間+第3時間)及び、(第3時間)>(基準電圧発生回路の応答時間)
の関係が成立する。
【0049】
多面的に、しきい値という観点から両回路8,8Aの機能を特定するときには、次のように本回路8、8Aを特定することも可能である。即ち、両回路8,8Aは、(a)積分回路の出力信号が第1設定レベル未満のときには第3レベルの制御信号を出力し、(b)積分回路の出力信号が第1設定レベルに等しくなったときに第4レベルの制御信号を出力し、(c)積分回路の出力信号が第2設定レベルに等しくなったときに直流電圧の電圧低下を外部に情報として与える検出信号を出力する。但し、(所定のレベル)>(第2設定レベル)>(第1設定レベル)及び、(第2設定レベル−第1設定レベル)≧(基準電圧発生回路の応答時間に相当するレベル)の関係が成立する。
【0050】
尚、実施の形態1,2の変形例として、図2及び図6の積分回路3を、図8に示した積分回路3Pの様に構成しても良い。即ち、その場合には、積分回路は、比較回路2の第2レベルの出力信号の入力に応じて積分動作を開始し、その後、比較回路2の出力信号が第2レベルから第1レベルに変動するのをリセット信号として受けて、その出力を積分動作開始時の最低レベルにまで変更させる。この場合においても、図2,図6の場合と同様に、直流電圧が第2時間以上にわたって比較回路2の基準電圧レベルよりも低下したのを検出して、それに応じて確実にヒステリシス動作を行うと共に、チャタリングを生じさせないで検出信号を安定して出力することができる。
【0051】
更に、図2,図6の制御回路5の論理回路構成としては、他に多様な構成が可能である。
【0052】
更に、この発明に係る電圧監視装置は、図1に例示したような半導体装置への適用のみならず、他の多様な装置の直流電圧変動監視装置として用いることが可能である。
【0053】
尚、上記の(第1レベル,第2レベル),(第3レベル,第4レベル),(第5レベル,第6レベル)の各々については、一方をHレベルとすれば他方がLレベルとなり、一方をLレベルと定義すれば、他方がHレベルと定義される関係にある。
【0054】
【発明の効果】
(請求項1に係る発明)
(a) 積分回路が積分動作をしないとき、即ち、積分回路が出力信号を出力しないときには、制御信号・検出信号生成回路に積分結果が入力しないので、同回路は制御信号のレベルを第3レベルに設定して、当該制御信号をその第1出力端から基準電圧発生回路へ出力する。これを受けて、基準電圧発生回路は基準電圧のレベルを第5レベルに設定する。従って、この場合には、比較回路は、直流電圧のレベルが基準電圧の第5レベル未満となるか否かを判定している。
【0055】
直流電圧≧第5レベルのときには、比較回路は第1レベルの出力信号を出力するので、積分回路はその積分動作を実行せず、従って、基準電圧のレベルは第5レベルに維持され続け、検出信号が制御信号・検出信号生成回路から出力されることはない。
【0056】
今、直流電圧が第5レベルを割ると、比較回路の出力が第2レベルに変わるので、積分回路はその積分動作の実行を開始し、その出力信号が上昇し始める。そして、上昇し始めた積分回路の出力信号を入力信号として受けた制御信号・検出信号生成回路は、積分回路の出力信号のレベルと第1設定レベルとの比較動作を実行する。このとき、(積分回路の出力信号)<(第1設定レベル)の状態では、制御信号・検出信号生成回路は制御信号のレベルを従前通りの第3レベルに持続し続ける。その結果、基準電圧のレベルもまた、従前通り第5レベルのままである。
【0057】
(b) 今、上昇する積分回路の出力信号が第1設定レベルに等しくなったものとする。このとき、制御信号・検出信号生成回路は制御信号のレベルを第3レベルから第4レベルに変更し、第4レベルの制御信号を基準電圧発生回路の入力端へ出力する。これを受けて、基準電圧発生回路は基準電圧のレベルを第5レベルから高レベルの第6レベルに設定し、その結果、それ以降は比較回路の判定基準電圧は高レベルの第6レベルとなる。これにより、ヒステリシス動作が達成される。このように、第5レベルにある比較回路の基準電圧に対する直流電圧の低下の検知後、積分結果が第1設定レベルに達するまでに必要な時間(即ち、第2時間)の経過時点でもなお積分回路の出力信号が上昇を呈しているときに、比較回路の基準電圧が第6レベルに変更される。
【0058】
(c) 更に積分回路の出力信号が上昇し続け、上記第2時間経過後の第3時間経過時点で、当該出力信号が第2設定レベルに達したものとする。この場合、外部より入力する直流電圧は、上記第2時間と上記第3時間との和で与えられる時間中は、常に比較回路の基準電圧よりも低下した状態にあるので、このような直流電圧の低下状態の継続を以て、直流電圧を駆動電源とする外部装置にとっては状態の変化が生じたものと認めることができる。しかも、第2設定レベルと第1設定レベルとの差は、基準電圧発生回路が制御信号のレベル変化を受けて基準電圧のレベルを変更するに必要な時間、即ち、基準電圧発生回路の応答時間に相当するレベル以上に設定されている。従って、この時点で制御信号・検出信号生成回路が検知信号を外部側へ出力したとしても、電圧監視装置内部でのヒステリシス動作は確実に行われた後であり、安定したヒステリシス動作が保障される。この場合、上記第2時間経過後、更に上記第3時間だけ経過する前に直流電圧が再び基準電圧以上となっても検出信号は出力されないので、従来のような検出信号のチャタリングも生じない。
【0059】
以上のように、請求項1の発明によれば、▲1▼直流電圧が比較回路の基準電圧未満となった後にヒステリシス動作を確実にかつ安定して実行することができると共に、検出信号のチャタリングないし発振現象を生じさせることなく、▲2▼直流電圧の低下状態として外部装置へ伝達すべき本来の検出信号を確実に出力することができるという効果を奏する。
【0060】
(請求項2に係る発明)
本発明によれば、制御信号・検出信号生成回路を2つの比較器と論理回路とでもって構成しているので、汎用かつ小型な論理素子で以て制御信号・検出信号生成回路の機能を実現することができ、これにより電圧監視装置の小型化・汎用化・IC化を達成することができる。
【0061】
(請求項3に係る発明)
本発明では、シュミット回路を備える第2比較器と、バッファ等の第1比較器とで比較回路を構成している。これにより、本発明は、3値比較を行うタイマ回路ないしフィルタリング回路としての機能を発揮することとなり、検出信号のチャタリング現象を一切発生させることなく、安定で確実なヒステリシス動作を完遂させることができる。
【0062】
即ち、(a)(積分回路の出力信号)<第1設定レベルのときには、第1及び第2比較器の双方において、被比較レベルが判定基準レベルよりも小さいので、制御信号は第3レベルのままであり、検出信号を出力されない。(b)第1設定レベル≦(上昇する積分回路の出力信号)<第2設定レベルのときには、第2比較器の出力は上記(a)の場合と変わらないが、第1比較器の出力のレベルは反転するので、論理回路は第4レベルの制御信号を出力し、比較器の基準電圧は高レベルの第6レベルとなる。(c)第2設定レベル≦(積分回路の出力信号)≦(所定のクランプレベル)のときには(但し、直流電圧<基準電圧)、第2比較器の出力も反転する結果、論理回路はそれに応じて検出信号を出力する。この場合、第1比較器の出力レベルに変化はないので、論理回路は制御信号のレベルを第4レベルに維持する。(d)再び直流電圧>基準電圧となり、これに応じて下降する積分回路の出力信号が第2設定レベルに達すると、第1比較器の出力が反転するので、制御信号のレベルはそれ以降、第3レベルに戻る。従って、比較器の基準電圧も第5レベルに戻る。(e)更に積分回路の出力信号が下降し続けて第3設定レベルに達すると、今度は第2比較器の出力が反転するので、それに応じて論理回路は検出信号の出力を停止する。
【0063】
このように、本発明により、第5レベルにあった基準電圧のレベルが直流電圧の低下に応じて第6レベルへとなり、再び直流電圧が上昇して所定レベル(>基準電圧)の範囲内に達したときに第5レベルへと戻るという、一連のヒステリシス動作を、直流電圧変動の確実な検知の実行と共に、確実に遂行し得るという効果が奏する。
【0064】
(請求項4に係る発明)
本発明は、バッファやインバータ等で具体的に構成可能な第1及び第2比較器を用いているので、2値比較を行うタイマ回路ないしフィルタリング回路として機能することができ、検出信号を、チャタリングさせることなく、電圧監視装置内のヒステリシス動作の実行に対応付けて安定的に且つ正確に出力することができるという効果を奏する。
【0065】
即ち、(d)直流電圧が再び基準電圧以上の状態に復帰すると、積分回路の出力信号は所定のクランプレベルから下降し始め、当該出力信号が第2設定レベルに達すると、第2比較器の出力のみが再度反転するので、これにより制御信号のレベルは第3レベルに戻り、ヒステリシス動作が達成する。(e)更に積分回路の出力信号が第1設定レベルにまで下降するのを待って、第1比較器の出力が反転するので、遅れて検出信号の出力が停止される。このように、ヒステリシス動作が確実に第5レベルに復帰したのを確認した上で、本装置は外部に対して検出信号の出力を停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体装置への電圧監視装置の適用を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態1における電圧監視装置の構成を示す図である。
【図3】 基準電圧発生回路の構成例を示す図である。
【図4】 基準電圧発生回路の構成例を示す図である。
【図5】 図2の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】 本発明の実施の形態2における電圧監視装置の構成を示す図である。
【図7】 図6の回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図8】 従来の電圧監視装置の回路構成を示す図である。
【図9】 従来の電圧監視装置の動作タイミングを示す図である。
【図10】 従来の電圧監視装置における問題点を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
2 比較回路、3 積分回路、4 比較回路、4a シュミットバッファ、4b バッファ、5 制御回路、6 基準電圧発生回路、10 制御信号・検出信号生成回路、IN 直流電圧入力信号、V6 基準電圧信号、N5 制御信号、FO 検出信号、T1 第1時間、T2 第2時間、T3 第3時間、T4 第4時間、T5 第5時間、V2M 第1設定レベル、V2H 第2設定レベル。
Claims (4)
- 外部の直流電圧と基準電圧とを比較して、前記直流電圧が前記基準電圧以上のときには第1レベルの出力信号を出力し、前記直流電圧が前記基準電圧未満のときには第2レベルの前記出力信号を出力する比較回路と、
前記比較回路の前記第2レベルの前記出力信号の出力開始時に応じて積分動作を開始し、前記比較回路が前記第2レベルの前記出力信号を出力している限りは積分動作を続行して、その上昇する出力信号を所定のレベルにクランプする、積分回路と、
少なくとも第1設定レベル及び第2設定レベルを基準レベルとして有し、上昇する前記積分回路の前記出力信号と前記基準レベルとを比較して、(a)前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベル未満のときには第3レベルの制御信号を出力し、(b)前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベルに等しくなったときに第4レベルの制御信号を出力し、(c)前記積分回路の前記出力信号が前記第2設定レベルに等しくなったときに前記直流電圧の電圧低下を外部に情報として与える検出信号を出力する、制御信号・検出信号生成回路と、
前記制御信号を受けて、前記第3レベルの前記制御信号の入力に応じて前記基準電圧のレベルを第5レベルに設定し続ける一方、前記第4レベルの前記制御信号の入力に応じて前記基準電圧の前記レベルを前記第5レベルよりも高い第6レベルに設定する、基準電圧発生回路とを備え、
(前記所定のレベル)>(前記第2設定レベル)>(前記第1設定レベル)及び、
(前記第2設定レベル−前記第1設定レベル)≧(前記基準電圧発生回路の応答時間に於ける前記積分回路の前記出力信号の上昇レベル)
の関係が成立することを特徴とする、
ヒステリシス特性を有する電圧監視回路。 - 請求項1記載の電圧監視回路であって、
前記制御信号・検出信号生成回路は、
前記積分回路の出力端にその入力端が接続され、前記第1設定レベルをその判定基準電圧として有し、前記積分回路の前記出力信号と前記第1設定レベルとを比較する第1比較器と、
前記積分回路の前記出力端にその入力端が接続され、前記第2設定レベルをその判定基準電圧として有し、前記積分回路の前記出力信号と前記第2設定レベルとを比較する第2比較器と、
前記第1比較器の出力端と前記第2比較器の出力端とにその入力端が接続され、前記第1及び第2比較器の両出力信号に基づき前記制御信号及び前記検出信号を生成し出力する論理回路とを備えることを特徴とする、
ヒステリシス特性を有する電圧監視回路。 - 請求項2記載の電圧監視回路であって、
前記第2比較器は、
前記第2設定レベルと、前記第2設定レベルよりも小さな第3設定レベルとを前記判定基準電圧として有するシュミット回路を備え、
前記論理回路は、
前記第2比較器の前記出力信号に基づき前記検出信号を出力し、
前記第1比較器出力信号に基づき前記制御信号を出力することを特徴とする、ヒステリシス特性を有する電圧監視回路。 - 請求項2記載の電圧監視回路であって、
前記論理回路は、
前記直流電圧が前記第6レベルに設定された前記基準電圧に等しくなった時点より下降する前記積分回路の前記出力信号が前記第2設定レベルに等しくなった時に、前記制御信号のレベルを前記第4レベルから前記第3レベルに変更すると共に、
更に下降し続ける前記積分回路の前記出力信号が前記第1設定レベルに等しくなった時に、前記検出信号の出力を停止することを特徴とする、
ヒステリシス特性を有する電圧監視回路。
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