JP4001538B2 - 過電流保護回路、過電流保護回路を備える半導体装置及び過電流保護回路の動作テストの方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流変換回路等に設けられる過電流保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
直流チョッパ回路などの半導体スイッチを用いる直流変換回路には、上記半導体スイッチの故障などの原因により下流の被保護回路に過電流が流れ込むのを防ぐ過電流保護回路を備えるものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−84742号公報
【0004】
過電流保護回路は、一般的に、上記被保護回路に流れ込む電流値を検知し、検知した電流値と基準値との比較を行う比較器と、上記比較器による比較の結果、電流値が基準値を超えた場合に、上記被保護回路に流れる電流量を制限する電流制限回路とで構成される。
【0005】
以下、過電流保護回路を備える周知の直流変換回路の構成及び動作、並びに、そのテスト方法について説明する。図3は、直流変換回路C2を示す図である。直流変換回路C2は、点線で囲んで示すように、直流チョッパ回路C2−1及び過電流保護回路C2−2で構成される。なお、実際の直流変換回路C2は、直流チョッパ回路C2−1の一部と過電流保護回路C2−2、即ち、実線で囲んで示す回路で成る半導体装置300にダイオード350、リアクタンス351、出力コンデンサ352、及び、負荷353を接続したものとして構成される。
【0006】
直流チョッパ回路C2−1は、周知の直流チョッパ回路であり、端子331を介して入力される点P1の電位に基づくPWMクロック信号を出力するクロック発生回路301、過電流保護回路C2−2が働いていない時、即ち、ANDゲート302が入力されるクロック信号を全て通過させている時、上記クロック発生回路301の出力するクロック信号に基づいて半導体スイッチ304をオン/オフする駆動信号を出力するドライブ回路303、ソースに電源VDDBが印加され、ゲートに上記ドライブ回路303の出力が入力されるPチャンネル型MOSFETである半導体スイッチ304、並びに、当該半導体スイッチ304のドレインに図示するように接続されるダイオード350、リアクタンス351、出力用コンデンサ352、及び負荷353で成る。
【0007】
半導体スイッチのソース・ドレイン間の電位差は、当該半導体スイッチがオンの時に流れる電流が多いほど大きくなる。半導体スイッチ304は、800mAの電流が流れた場合にソース・ドレイン間の電位差が0.4Vとなるものを使用する。
【0008】
PWMクロック発生回路301は、点P1の電位に基づいて出力するPWMクロック信号を調整して半導体スイッチ304のオン時間及びオフ時間を制御し、端子360の出力電位Voutを予定値とする。
【0009】
過電流保護回路C2−2は、半導体スイッチ304のドレイン端子における電位を検出して基準値VDDB−0.4vと比較を行う比較器307、半導体スイッチ304がオフの時に比較器307の出力値をHighレベルにクランプするクランプ回路315(半導体スイッチ305及びインバータ306で成る)、及び比較器307の出力がLowレベルに切り換った場合にLowレベルの信号を出力してANDゲート302を閉じる(クロック信号を通過させない)ラッチ回路308で構成される。
【0010】
半導体スイッチ304のドレイン電流が800mA以上になりソース・ドレイン間の電位差が0.4Vを超えてドレイン電極側の電位がVDDB−0.4Vより小さくなると、比較器307の出力がHighレベルからLowレベルに切り換る。これによりラッチ回路308がラッチされLowレベルの信号をANDゲート302に出力する。当該Lowレベルの信号の入力を受けて、ANDゲート302は、クロック発生回路301の出力によらずLowレベルの信号を出力する。ドライブ回路303は、Lowレベルの信号入力に応じてHighレベルの信号を出力し、半導体スイッチ304をオフに切り換える。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
直流チョッパ回路C2−1を過電流から精度良く保護するには、比較器307が正確にVDDB−0.4Vを基準値とする判断を行っていることが必要になる。このため、直流変換回路C2用に半導体装置300を販売する前に上記比較器307において上記基準値による正確な判断が行われているか否かをテストする必要がある。
【0012】
この場合、直流チョッパ回路C2−1を動作させて端子330に流れる電流を800mAにした時の端子330の電位を電圧計(図示せず)により測定することにより過電流保護回路C2−2が正常に動作しているか否かを判断することが考えられる。
【0013】
しかし、半導体装置300の端子330と電圧計の接点における抵抗値は、普通の回路で0.2Ω〜0.3Ω程度あり、電流値が800mAの場合、接点330における電圧降下量は0.16V〜0.24V程度となり、基準電圧VDDBの電圧降下量である0.4Vに比べて無視できない程の大きな測定誤差を生じる。このため、測定値に基づいて比較器307が正常に動作しているか否かを判断することはできない。
【0014】
本発明は、直流変換回路等の被保護回路の備える過電流保護回路の比較器の動作テストを正確に行うことのできる過電流保護回路を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の過電流保護回路は、被保護回路を構成する定電圧が入力された注目する回路素子における電圧降下量を表す信号と、基準となる電圧降下量を表す信号とを比較することにより上記注目する回路素子に流れる電流量が基準電流値を超えたか否かを判断する比較手段と、
上記比較手段が、上記注目する回路素子に流れる電流量が基準電流値を超えたと判断した場合に、上記注目する回路素子に流れる電流量を制限する制限手段と、
上記注目する回路素子における電流を出力する出力端に設けた端子と、
上記比較手段の動作をテストするための信号の上記端子への入力に応じて、テスト信号を生成するテスト信号生成手段と、
上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記端子に入力される比較手段の動作をテストするための上記信号に対する上記比較手段における比較結果を外部に出力するテスト用の切り換え回路を備え、
上記制限手段は、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記注目する回路素子の電流出力を停止させ、上記比較手段は、上記端子に入力される比較手段の動作をテストするための上記信号を上記電圧降下量を表す信号とし、比較手段の動作をテストするための該信号と基準電圧降下量を表す信号とを比較することを特徴とする。
【0017】
本発明の第2の過電流保護回路は、上記第1の過電流保護回路において、上記被保護回路が直流変換回路であり、上記注目する回路素子が直流変換回路を構成する半導体スイッチであり、上記比較手段は、上記半導体スイッチの出力電位を電圧降下量を表す信号とし、基準電圧降下量を表す信号と比較することにより、当該半導体スイッチに流れる電流量が基準電流値を超えたか否かを判断し、上記テスト用の切り換え回路は、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記半導体スイッチをオフに切り換えると共に、上記端子に入力されるテスト信号に対する上記比較手段における比較結果を外部に出力することを特徴とする。
【0018】
本発明の半導体装置は、上記第2の過電流保護回路と、上記直流変換回路の内、少なくとも半導体スイッチと、上記直流変換回路の出力電圧に基づいて、上記半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御して当該半導体スイッチを通過する平均電力を予定値とするためのクロック信号を上記半導体スイッチのゲートに出力するクロック発生回路と、上記半導体スイッチの出力端子、上記クロック発生回路へ直流変換回路の出力電圧をクロック発生回路にフィードバックするための端子、及び、上記比較器における比較結果を外部に出力する端子とを備え、上記テスト信号生成手段は、上記直流変換回路の出力電圧をクロック発生回路にフィードバックするための端子が開放され、かつ、上記比較手段の動作をテストするための信号が上記注目する回路素子の端子に入力された場合にテスト信号を生成することを特徴とする。
【0019】
本発明の過電流保護回路の動作テストの方法は、上記第1の過電流保護回路の動作テストの方法であって、上記比較手段の動作をテストするための信号として上記基準となる電圧降下量より大きな電圧値から徐々に減少するスィープ電圧を上記端子へ入力して上記テスト信号生成手段にテスト信号を生成させ、上記テスト用の切り換え回路により、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記注目する回路素子への給電を停止すると共に、上記端子に入力されるスィープ電圧に対する上記比較手段における比較結果を直接外部に出力するように回線を切り換え、上記回線の切り換え後、外部に直接出力される比較手段の比較結果が変化した時の上記スィープ電圧の値に基づいて上記比較器が正確に動作しているか否かを判断することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る過電流保護回路を備える直流変換回路C1の構成及び動作について説明する。図1は、直流変換回路C1の回路図である。直流変換回路C1は、点線で囲んで示すように、直流チョッパ回路C1−1及び過電流保護回路C1−2で構成される。なお、実際の直流変換回路C1は、実線で囲んで示す半導体装置100にダイオード350、リアクタンス351、出力コンデンサ352、及び、負荷353を図示するように接続したものとして構成される。
【0021】
直流チョッパ回路C1−1は、周知の直流チョッパ回路であり、点P1の電位に基づくPWMクロック信号を出力するクロック発生回路101、過電流保護回路C1−2が働いていない時、即ち、ANDゲート102が入力されるクロック信号を全て通過させている時に上記クロック発生回路101の出力するPWMクロック信号に基づいて半導体スイッチ104をオン/オフする駆動信号を出力するドライブ回路103、ソースに電源VDDBが印加され、ゲートに上記ドライブ回路103の駆動信号が印加されるPチャンネル型MOSFETである半導体スイッチ104、並びに、上記半導体スイッチ104のドレインに図示するように接続されるダイオード350、リアクタンス351、出力用コンデンサ352、及び負荷353で成る。
【0022】
半導体スイッチは、一定のオン抵抗を有しており、オンの時に流れる電流に比例してソース・ドレイン間の電位差が大きくなる。半導体スイッチ104には、800mAの電流が流れた場合にソース・ドレイン間の電位差が0.4Vとなるものを使用する。
【0023】
上記構成の直流チョッパ回路C1−1において、PWMクロック発生回路101は、点P1の電位に基づいて出力するPWMクロック信号を調整して半導体スイッチ104のオン時間及びオフ時間を制御し、端子360の出力電位Voutを予定値にする。
【0024】
過電流保護回路C1−2は、テスト実行時にLowレベルのテスト信号を生成するORゲート105、当該ORゲート105から出力されるLowレベルのテスト信号をラッチするラッチ回路106、テスト非実行時に動作して半導体スイッチ104がオフの時に比較器112の出力値をHighレベルにクランプするクランプ回路109、半導体スイッチ104のドレイン電極の電位と基準値VDDB−0.4Vとの比較を行う比較器112、テスト非実行時に比較器112の出力がLowレベルに切り換った場合にLowレベルの信号を出力してANDゲート102を閉じる(クロック信号を通過させない)ラッチ回路113、及び、テスト非実行時に比較器112の出力がLowレベルに切り換ったことを表す信号VLIMを出力すると共にテスト実行時に比較器112の出力をそのまま信号VLIMとして出力する回線切り換え回路121で構成される。
【0025】
ORゲート105は、端子151が開放されると共に、端子150にテスト電圧発生回路200からテスト用の電圧(Highレベル)が供給された場合にLowレベルのテスト信号を生成する。ORゲート105から出力されるLowレベルのテスト信号は、ラッチ回路106を構成するANDゲート107の一方の信号入力端子に入力される。
【0026】
ラッチ回路106は、互いの出力が信号入力端子に入力されているANDゲート107及びNORゲート108で構成される。NORゲート108の残りの信号入力端子には、リセット信号RESETが入力されている。ラッチ回路106は、リセット後、Highレベルの信号を出力しており、入力されるLowレベルのテスト信号をラッチする。ラッチ回路106より出力されるテスト信号は、クランプ回路109を構成するNANDゲート111の他、ANDゲート102、ラッチ回路113を構成するNANDゲート114、及び、回線切り換え回路121を構成するインバータ118に入力される。
【0027】
クランプ回路109は、Pチャンネル型のMOSFETである半導体スイッチ110及び当該スイッチのゲートに接続されるNANDゲート111で構成される。2入力NANDゲートの各信号入力端子には、ドライブ回路103の出力する駆動信号とラッチ回路106の出力するテスト信号が入力される。当該構成のクランプ回路109では、テスト実行時、即ちラッチ回路106からLowレベルのテスト信号が出力されている時、半導体スイッチをオフにしてクランプ動作を停止する。他方、テスト非実行時、即ち、ラッチ回路106の出力するテスト信号がHighレベルの時、クランプ回路109は、ドライブ回路103の出力する駆動信号に基づいてクランプ動作を行う。
【0028】
ラッチ回路113は、比較器112の出力が入力されるインバータ116、当該インバータ116及びNORゲート117の出力が入力されるORゲート115、ORゲート115の出力及びテスト信号が入力されるNANDゲート114、NANDゲート114の出力及びリセット信号RESETの入力されるNORゲート117で構成される。上記構成のラッチ回路113では、テスト実行時、即ち、Lowレベルのテスト信号がNANDゲート114に入力されている時には、無条件にHighレベルの信号を出力する。他方、テスト非実行時には、比較器112の出力がHighレベルからLowレベルに切り換った時にHighレベルの信号を出力する。
【0029】
回線切り換え回路121は、テスト信号の入力されるインバータ118、比較器112の出力及びインバータ118の出力の入力されるNANDゲート119、並びに、NANDゲート119の出力及びラッチ回路113の出力が入力されるANDゲート120で構成される。上記構成の回線切り換え回路121は、テスト実行時、即ちLowレベルのテスト信号入力時には、比較器112の出力を端子152に出力する。テスト非実行時には、ラッチ回路113の出力を端子152に出力する。
【0030】
上記構成の過電流保護回路C1−2では、テスト実行時、半導体スイッチ104をオフにすると共に、比較器112の出力をそのまま端子152に出力することができる。
【0031】
図2は、上記直流変換回路C1を構成する半導体装置100を利用して過電流保護回路C1−2の備える比較器112の動作テストを行う場合の回路を示す図である。図示するように、半導体装置100の端子150にテスト電圧発生回路200の出力端子201及び電圧計210の測定端子211を接続する。電圧計210のセット端子212は、端子152に接続されている。端子151は開放しておく。テスト実行時、テスト電圧発生回路200は、VDDBから徐々に減少するスィープ電圧を出力する。電圧計210は、セット端子212にHighレベルのVLIM信号が入力された時にテスト電圧発生回路200が出力している電圧値を記憶し、表示する。
【0032】
なお、上記電圧計210を構成する測定部210aは、測定端子211に印加される電圧を測定する。レジスタ210bは、セット端子212にHighレベルのVLIM信号の入力された時の上記測定部210aの測定値を記憶する。表示部210cは、上記レジスタ210bに記憶した測定値を表示する。
【0033】
以下、図2に示すように比較器112のテスト用の配線を施した後の比較器112のテストの手順を説明する。まず、テスト電圧発生回路200から電源電圧VDDBから次第に減少するスィープ電圧を出力する。2入力のORゲート105には、端子150を介してテスト電圧発生回路200が出力するスィープ電圧が入力されると共に、開放されている端子151からLowレベルの信号が入力される。上述するように、スィープ電圧の初期値はVDDBであり、Highレベルの信号に相当する。このため、ORゲート105は、テスト開始に伴いLowレベルのテスト信号を出力する。ラッチ回路106は、ORゲート105の出力するLowレベルのテスト信号をラッチし、当該Lowレベルのテスト信号をNADゲート111、NANDゲート114及びインバータ118に出力する。上述したように、これらの回路素子は、Lowレベルのテスト信号の入力を受けて比較器112の出力がそのまま端子152に出力される回路を形成する。また、この際、半導体スイッチ104は、オフに切り換えられる。
【0034】
テスト電圧発生回路200から出力される電圧がVDDB−0.4V以下になった時、比較器112の出力がHighレベルからLowレベルに切り換り、端子152から出力されるVLIM信号がHighレベルに切り換る。電圧計210は、VLIM信号のHighレベルへの切り換り時にテスト電圧発生回路200が出力している電圧を記憶し、これを表示する。この電圧計210が表示する電圧値が、VDDB−0.4Vを中心とする許容範囲内にある場合には、比較器112が正常に動作していると判断することができる。
【0035】
なお、上記説明した過電流保護回路C1−2を備える半導体装置100によれば、従来技術の欄で図3を用いて説明した半導体装置300と比べて、特別な端子を追加することなく正確な比較器112の動作テストを行うことができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明の第1の過電流保護回路は、比較手段の動作テストを行う時に、比較手段による比較結果を直接外部に出力することができるため、比較手段の判断が正確に行われているか否かを適切に判断することができる。
【0037】
また、定電圧の印加される回路素子を注目する回路素子とし、当該回路素子の出力端の電位を、当該回路素子の電圧降下量として取り扱うことで、電圧降下量同士を比較する場合に比べ、より簡単に比較判断の処理を行うことができる。
【0038】
本発明の第2の過電流保護回路は、直流変換回路を被保護回路とし、比較手段の動作テストを行う時に、直流変換回路の半導体スイッチをオフにすると共に、比較手段による比較結果を直接外部に出力することができるため、比較手段の判断は正確に行われているか否かを適切に判断することができる。
【0039】
本発明の半導体装置は、比較手段の動作テストを行うための専用の端子を追加することなく、内包する直流変換回路の半導体スイッチをオフにすると共に、比較手段による比較結果を直接外部に出力することができるため、比較手段の判断は正確に行われているか否かを適切に判断することができる。
【0040】
本発明の過電流保護回路のテスト方法は、上記第1の過電流保護回路の比較手段の動作テストを行う時に、比較手段による比較結果を直接外部に出力することができるため、比較手段の判断が正確に行われているか否かを適切に判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の過電流保護回路を備える直流変換回路を示す図である。
【図2】 本発明の過電流保護回路を備える半導体装置を用いた比較器のテストの様子を示す図である。
【図3】 従来の過電流保護回路を備える直流変換回路を示す図である。
【符号の説明】
100,300 半導体装置、101,301 PWMクロック発生回路、102,302 ANDゲート、103,303 ドライブ回路、104,304半導体スイッチ、105 ORゲート、106 ラッチ回路、109,315 クランプ回路、112,307 比較器、113,308 ラッチ回路、121 回線切り換え回路、150,151,152,330,331,332 端子、200 テスト電圧発生回路、210 電圧計、C1−1,C2−1 直流チョッパ回路、C1−2,C2−2 過電流保護回路。
Claims (4)
- 被保護回路を構成する定電圧が入力された注目する回路素子における電圧降下量を表す信号と、基準となる電圧降下量を表す信号とを比較することにより上記注目する回路素子に流れる電流量が基準電流値を超えたか否かを判断する比較手段と、
上記比較手段が、上記注目する回路素子に流れる電流量が基準電流値を超えたと判断した場合に、上記注目する回路素子に流れる電流量を制限する制限手段と、
上記注目する回路素子における電流を出力する出力端に設けた端子と、
上記比較手段の動作をテストするための信号の上記端子への入力に応じて、テスト信号を生成するテスト信号生成手段と、
上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記端子に入力される比較手段の動作をテストするための上記信号に対する上記比較手段における比較結果を外部に出力するテスト用の切り換え回路を備え、
上記制限手段は、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記注目する回路素子の電流出力を停止させ、上記比較手段は、上記端子に入力される比較手段の動作をテストするための上記信号を上記電圧降下量を表す信号とし、比較手段の動作をテストするための該信号と基準電圧降下量を表す信号とを比較することを特徴とする過電流保護回路。 - 請求項1に記載の過電流保護回路において、
上記被保護回路が直流変換回路であり、
上記注目する回路素子が直流変換回路を構成する半導体スイッチであり、
上記比較手段は、上記半導体スイッチの出力電位を電圧降下量を表す信号とし、基準電圧降下量を表す信号と比較することにより、当該半導体スイッチに流れる電流量が基準電流値を超えたか否かを判断し、
上記テスト用の切り換え回路は、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記半導体スイッチをオフに切り換えると共に、上記端子に入力されるテスト信号に対する上記比較手段における比較結果を外部に出力する過電流保護回路。 - 請求項2に記載の過電流保護回路と、上記直流変換回路の内、少なくとも半導体スイッチと、上記直流変換回路の出力電圧に基づいて、上記半導体スイッチのオン時間及びオフ時間を制御して当該半導体スイッチを通過する平均電力を予定値とするためのクロック信号を上記半導体スイッチのゲートに出力するクロック発生回路と、上記半導体スイッチの出力端子、上記クロック発生回路へ直流変換回路の出力電圧をクロック発生回路にフィードバックするための端子、及び、上記比較手段における比較結果を外部に出力する端子とを備え、
上記テスト信号生成手段は、上記直流変換回路の出力電圧をクロック発生回路にフィードバックするための端子が開放され、かつ、上記比較手段の動作をテストするための信号が上記注目する回路素子の端子に入力された場合にテスト信号を生成することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の過電流保護回路の動作テストの方法であって、
上記比較手段の動作をテストするための信号として上記基準となる電圧降下量より大きな電圧値から徐々に減少するスィープ電圧を上記端子へ入力して上記テスト信号生成手段にテスト信号を生成させ、
上記テスト用の切り換え回路により、上記テスト信号生成手段によるテスト信号の生成時に上記注目する回路素子への給電を停止すると共に、上記端子に入力されるスィープ電圧に対する上記比較手段における比較結果を直接外部に出力するように回線を切り換え、
上記回線の切り換え後、外部に直接出力される比較手段の比較結果が変化した時の上記スィープ電圧の値に基づいて上記比較手段が正確に動作しているか否かを判断することを特徴とする過電流保護回路の動作テストの方法。
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