JP4518471B2 - レギュレータic - Google Patents

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Description

本発明は、電源リセット回路とそれを内蔵したレギュレータICに関するものである。
負荷としての機器に供給される電源電圧から、レギュレータICを使用して安定した出力電圧を得る電源回路を形成する場合がある。このような場合には、入力電源電圧もレギュレータICが正常に動作する電圧範囲で供給する必要が生じる。レギュレータICの動作範囲よりも低い電圧が入力された場合には、レギュレータICの出力電圧も低下する。このため、レギュレータICに接続されるCPU、メモリ、その他の周辺回路が、電圧不足により誤動作を発生し、負荷である機器の不完全動作を引き起こす結果となる。
このような問題を未然に回避するために、通常は電源監視回路(リセット回路)を用いて、レギュレータICの入力電源電圧、又は出力電圧の監視を行う。レギュレータICの入力電源電圧、又は出力電圧が規定の電圧よりも低下した場合には、リセット回路によりリセットパルス信号を出力し、CPU、メモリ、その他の周辺回路の動作を停止させて、負荷である機器の誤動作を防ぐ事ができる。
図5は、一般的に知られている電源リセット回路の構成を示す回路図である。図5において、電源リセット回路11はICで構成されており、内部に演算増幅器(オペアンプ)12、基準電圧(Vref)発生回路13、制御トランジスタ14、内部抵抗16が設けられている。また、電源リセット回路11のパッケージには、電源電圧VCCが入力される端子15a(端子記号VCC)、リセットパルスが出力される端子15c(端子記号RESバー)、接地に接続される端子15d(端子記号GND)が設けられている。
内部抵抗16は、抵抗R1、R2の直列回路からなり、分岐点16aがオペアンプ12の反転入力端子(−)に接続される。また、基準電圧発生回路13で発生される基準電圧Vrefは、オペアンプ12の非反転入力端子(+)に印加される。リセットパルスが出力される端子15cには、リセットパルスの出力レベルを一定値に引き上げるためのプルアップ抵抗R0が接続される。図1の回路では、電源電圧VCCが設定値よりも低下した場合に、負荷に給電している電源のリセット信号を端子15cから出力するものである。
図7は、リセット信号を出力するタイミングの例を説明する特性図である。図7において、(a)は、電源電圧が低下した場合のリセット信号を出力するレベルVxを設定した検出電圧設定値である。(b)は、電源電圧で図7の例では梯形状に変化している。(c)は、リセット信号でローレベルのときにリセット信号を出力し、ハイレベルのときには電源電圧を維持している。すなわち、電源電圧VCCが前記レベルVxよりも低下している時刻0−ta間、および時刻tb以降ではリセット信号を出力する。
前記検出電圧設定値のレベルVxは、オペアンプ12の反転入力端子(−)に接続される抵抗R1、R2の分圧比によって、(1)式
検出電圧設定値(Vx)=基準電圧(Vref)×(R1+R2)/R2(V)・・・(1)
により設定される。すなわち、図5の例では、前記レベルはICで構成される電源リセット回路11の内部抵抗により規定されることになる。
図6は、特許文献1に記載されている他の電源リセット回路11aの構成を示す回路図である。図6において、図5と対応するところには同じ符号を付している。図6の例では、図5の内部抵抗16に変えて外付け抵抗17を設けている。すなわち、ICパッケージに電圧検出用の端子15bを設け(端子記号VS)、抵抗R3、R4で構成される外付け抵抗17の分岐点17aと接続する。
図6の例では、前記検出電圧設定値のレベルVxは、オペアンプ12の反転入力端子(−)に接続される抵抗R3、R4の分圧比によって、(2)式
検出電圧設定値(Vx)=基準電圧(Vref)×(R3+R4)/R4(V)・・・(2)
により設定される。図5の例では、内部抵抗R1、R2は製造時に決定される抵抗値に固定されるが、図6の例ではR3、R4の抵抗値を変更して電源リセット回路11の端子15bに接続できるという利点がある。
特開平10―14098号公報
図5に示されている電源リセット回路は、IC内部に形成された抵抗により、リセット信号を出力する検出電圧設定値を設定している。この方式では、IC製造工程において、R1、R2の値を決定しているので、検出電圧設定値は固定されることになる。監視の対照となる電源電圧は、さまざまな電圧値であり単一の電圧値には固定されていない。検出電圧を何Vに設定するかは、機器に供給される電圧値の仕様によって変わる。したがって、図5の方式では、それぞれの機器の供給電圧の仕様に応じて個別に製造しなければならないという問題があった。また、機器の設計段階において、検出電圧設定値を変更する必要性が生じた場合には、検出電圧の設定調整ができないという問題があった。
図6に示した前記特許文献1に記載の技術は、検出電圧設定用の抵抗(R3、R4)を外付けにして、抵抗値が異なるR3、R4を接続変えすることにより検出電圧設定値を可変調整可能としたものである。この方式においては、外付け抵抗のR3、R4のいずれかが、破損や半田実装不良により絶縁(剥離)、半田ショートなどの状態になった場合には、電源電圧低下のリセット検出が機能しない状態になるという問題があった。
すなわち、抵抗R3が絶縁状態となった場合、又は抵抗R4がショートした場合には、検出電圧設定値はGND(0V)となり、全くリセット信号が出力されないことになる。また、外付け抵抗のR3がショートした場合や、R4が絶縁状態となった場合に、検出電圧設定値は、電源電圧と同電位となり、リセット信号を出力し続ける状態になる。
本発明は、従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異なる電源電圧に対応できると共に、電源電圧の低下を確実に検出する電源リセット回路とそれを内蔵したレギュレータICを提供することである。
上記目的を達成する本発明のレギュレータICは、電源電圧が所定レベルよりも低下したことを検出して、電源リセット信号を出力する電源リセット回路と、少なくとも1つの調整された電圧を出力するレギュレータ回路とを内蔵するレギュレータICであって、電源電圧の入力端子と、第1オペアンプと、前記第1オペアンプの非反転入力端子に基準電圧を入力する基準電圧発生回路と、前記第1オペアンプの反転入力端子に接続点からの信号が入力される直列接続された2個の抵抗と、前記直列接続された2個の抵抗の一端に接続される外付け抵抗用の接続端子とを備え、前記接続端子を介して前記直列接続された2個の抵抗の一端に電圧を印加し、前記直列接続された2個の抵抗の他端を接地に接続して、前記第1オペアンプからの出力信号をリセット信号として出力する電源リセット回路と、前記基準電圧発生回路で発生する基準電圧が入力される非反転入力端子と、2個の直列接続された抵抗の接続点に接続される反転入力端子を有する第2オペアンプを設け、前記第2オペアンプの出力端子を制御トランジスタに接続して、当該制御トランジスタから前記調整された電圧を出力するレギュレータ回路と、を内蔵することを特徴とする。
本発明のレギュレータICは、次のような格別な効果を奏する。(1)単一の外付け抵抗をICパッケージの端子に接続することにより、IC内部に形成された抵抗で得られる電源電圧の低下を検出するレベルよりも高いレベル、または低いレベルを設定することができる。このため、異なる電源電圧が供給される場合でも対応できる電源リセット回路を提供することができる。
また、本発明の電源リセット回路を内蔵したレギュレータICは、次のような格別な効果を奏する。(1)電源リセット回路とレギュレータICに共通して設けられる基準電圧発生回路などを共有できるので、コストを低減することが可能となる。(2)単一のICで構成されるので、スペースを削減することができる。
以下、図を参照して本発明を説明する。図1〜図3は、本発明の実施形態の例を示す回路図である。図1〜図3において、図5、図6の従来例と同じところには同一の符号を付している。図1〜図3においては、リセット信号を出力するための検出電圧の初期設定値を規定する抵抗をICに内蔵し、なおかつ外付け抵抗1個で、検出電圧の可変調整を可能とするものである。
図1の例では、図5に示した従来例と対比すると、抵抗R1、R2の内部抵抗16の他に、ICパッケージの入力電圧が供給される端子15aと電圧検出抵抗の接続端子15b間に、抵抗R3からなる外付け抵抗18を接続しているところが相違している。抵抗R1とR2の直列回路で形成される内部抵抗16の一方の抵抗R1は、接続端子15bを介して外付け抵抗18に接続される。図1において、外付け抵抗18が未接続の場合には、初期設定として前記(1)式により内部抵抗16を用いて電源電圧低下の検出を行う。
外付け抵抗18が端子15bに接続された場合には、(3)式
Vx=(Vref)×(R1+R2+R3)/R2(V)・・・(3)
により、リセット信号を出力するための検出電圧を設定する。ここで、抵抗R3は抵抗値が異なるものを接続変えが可能である。また、Vxは前記初期設定値よりも、基準電圧(Vref)×(R3/R2)だけ増大している。したがって、図1の例では、内部抵抗16による検出電圧の初期設定値のレベルよりも高い検出電圧のレベルに調整可能である。
次に、図2の例について説明する。図2の例では、外付け抵抗18は、接地と前記接続端子15b間に接続されている。また、内部抵抗16の一方の抵抗R1は、電源電圧の入力端子15aに接続され、他方の抵抗R2は前記接続端子15bに接続される。抵抗R3が端子15bに未接続の場合には、IC内に形成されている内部抵抗16により初期設定値で電圧検出を行う。
抵抗R3を接続した場合には、(4)式
Vx=(Vref)×(R1+R2+R3)/(R2+R3)(V)・・・(4)
により、リセット信号を出力するための検出電圧を設定する。ここで、抵抗R3は抵抗値が異なるものを接続変えが可能である。また、分母に(R2+R3)の項が入っているので、初期設定値のレベルよりも低い検出電圧のレベルに調整可能である。
図3の例では、R3又はR3'が未接続の場合、ICの内部抵抗16により初期設定値で電源の電圧検出を行う。端子15bに抵抗R3を接続した場合には、(5)式
Vx=Vref×[{(R1×R3)/(R1+R3)+R2}/R2](V)・・・(5)
により、リセット信号を出力するための検出電圧を設定する。この例では、前記初期値のレベルよりも低い検出電圧のレベルに調整可能である。この検出電圧のレベルは、抵抗R3により可変とすることができる。
次に、図3において端子15bに抵抗R3'を接続した場合には、(6)式
Vx=Vref×[{R1+(R2×R3')/(R2+R3')}/{(R2×R3')/(R2+R3')}](V)・・・(6)
により、リセット信号を出力するための検出電圧を設定する。この例では、前記初期値のレベルよりも高い検出電圧のレベルに調整可能である。この検出電圧のレベルは、抵抗R3により可変とすることができる。
図1、図2の電源リセット回路では、外付け抵抗R3が破損又は半田実装不良によりショートした場合には、初期設定値で電圧検出を行うので、電源検出回路が全く機能しない状態には至らない。また、図3の電源リセット回路において、外付け抵抗R3、R3'が破損又は半田剥離で絶縁された場合には、初期設定値で電圧検出を行うので、電源検出回路が全く機能しない状態には至らない。
図1〜図3のいずれにおいても外付け抵抗の絶縁・ショートの双方の可能性に完全に対応することは困難である。しかしながら、本発明の実施形態における前記電源の検出電圧の調整は、外付け抵抗1個で可能である。したがって、図6で説明したような従来の外付け抵抗を2個使う方式に比べ、電源電圧低下を検出する際のリスクは半分以下になるという利点がある。
ところで、最近の電源回路の構成においては、レギュレータICと電源リセット回路は、共同して使用されるケースが多くなる傾向にある。そこで、本発明の実施形態においては、レギュレータICと電源リセット回路の2種類の回路を1つのICに複合化を行い、電源監視とレギュレータによる電圧変換を同じICで行う回路を構成する。また、前記のように2種類の回路の複合化に伴い、電源リセット回路とレギュレータICの一部機能を共通化して、回路規模を小さくする事により、コストダウンを図る。さらに、前記ICに内蔵する電源リセット回路は、電源検出電圧を外付け抵抗により、簡単に調整が出来るものとする。
図8は、従来の電源リセット回路とレギュレータICを別個に構成した例を示す回路図である。図8において、電源回路30は、ICで構成されている電源リセット回路(a)、第1のレギュレータIC(b)、第2のレギュレータIC(c)で構成されている。電源リセット回路(a)には、オペアンプを用いたシュミットトリガ回路31、オペアンプ32、基準電圧発生源33、制御トランジスタ34a、3b、定電流源35、分圧抵抗36が設けられている。
オペアンプ32、基準電圧発生回路33、制御トランジスタ34aの構成は、図5で説明した従来の構成と同じである。シュミットトリガ回路31、定電流源35、制御トランジスタ34bは、制御トランジスタ34aの出力パルスの形状を矩形状にするために設けられている。電源リセットIC(a)のパッケージには、電源電圧VCCの端子34a、リセット端子34b、接地端子34cが設けられている。
第1のレギュレータIC(b)は、サーマルシャットダウン回路(TSD)を備えた構成であり、オペアンプ41、基準電圧発生回路42、制御トランジスタ43、抵抗R3、R4の分圧抵抗45が設けられている。またパッケージには、電源電圧VCCの端子44a、出力電圧の端子44b、接地GNDの端子44cが設けられている。また、出力電圧の端子44bには、発振防止用のコンデンサCaが接続されている。
第2のレギュレータIC(c)は、サーマルシャットダウン回路(TSD)を備えた構成であり、オペアンプ51、基準電圧発生回路52、制御トランジスタ53、抵抗R5、R6の分圧抵抗55が設けられている。またパッケージには、電源電圧VCCの端子54a、出力電圧の端子54b、接地GNDの端子54cが設けられている。また、出力電圧の端子44bには、発振防止用のコンデンサCbが接続されている。
このように、従来の電源リセット回路と併用されるレギュレータICは、多数のICを用いる構成となっている。このため、電源リセット回路とレギュレータICにはそれぞれ基準電圧発生回路が設けられており、各レギュレータICにはTSDが設けられているので、部品点数が多くコストが高くなるという問題がある。そこで、本発明の実施形態では、レギュレータICに電源リセット回路を内蔵させる構成とすることにより、コストの低減を図っている。
図4は、電源リセット回路のICとレギュレータIC(2個)を複合化した構成例を示す回路図である。図4において、電源リセット回路(A)には、オペアンプを用いたシュミットトリガ回路51、オペアンプ52、基準電圧発生回路65、制御トランジスタ53、55、定電流源54、抵抗R1、R2の分圧抵抗56が設けられている。
また、レギュレータ(B)は、基準電圧発生回路65で発生する基準電圧が入力される非反転入力端子と、2個の直列接続された抵抗R3、R4の接続点に接続される反転入力端子を有するオペアンプ61を設け、前記オペアンプ61の出力端子を制御トランジスタ62に接続して、当該制御トランジスタ62から調整された電圧Vout1を出力する。レギュレータ(C)は、基準電圧発生回路65で発生する基準電圧が入力される非反転入力端子と、2個の直列接続された抵抗R5、R6の接続点に接続される反転入力端子を有するオペアンプ63を設け、前記オペアンプ63の出力端子を制御トランジスタ64に接続して、当該制御トランジスタ64から調整された電圧Vout2を出力する。
図4の例では、電源リセット回路とレギュレータ回路において、各回路で共通して必要となる回路を統合している。電源リセット回路とレギュレータ回路においては、電圧値設定の基準となる電圧が必要である。この基準電圧発生回路は、半導体を構成する上で、大きな面積を必要とするので、この部分を共通化する事により、コストダウンが可能になる。そこで、図4の例では、基準電圧(Vref)発生回路65を共通化している。
図8の従来の構成においては、ICを用いた電源リセット回路(a)、第1のレギュレータ用IC(b)、第2のレギュレータ用IC(c)の3個の単品であるICを組み合わせて、電源回路を構成している。この場合には、各IC内部の基準電圧(Vref)は、それぞれのICの仕様により相違する。図8に示されたような単品のICを用いた電源リセット回路(a)の検出電圧Vxは、(7)式
Vx=Vref1×(R1+R2)/R2・・・(7)
により決定される。
ここで、Vref1=1.25V、Vx=4Vの場合には、
検出電圧(Vx)=1.25V×(2.2K+1K)/1K=4.0V、ここに、R1=2.2KΩ、R2=1KΩである。また、単品のレギュレータIC(b)、(c)の出力電圧は、それぞれ(8)、(9)式
Vout1=Vref2X(R3+R4)/R4・・・(8)
Vout2=Vref3X(R5+R6)/R6・・・(9)
により決定される。
ここで、Vref2=Vref3=1.8V、Vout1=3.3V、Vout2=2.5Vとした場合には、
出力電圧1(Vout1)=1.8V×(834+1K)/1K=3.3V、ただし、R3=834Ω、R4=1KΩである。また、
出力電圧2(Vout2)=1.8V×(389+1K)/1K=2.5V、である。ここに、R5=389Ω、R6=1KΩである。
次に、図4に示されているように、電源リセット回路と、レギュレータ用ICにおける前記2つの回路の基準電圧(Vref)発生回路を共通のICに設けた場合には、検出電圧(Vx)、出力電圧(Vout1、Vout2)は、前記式(7)、(8)、(9)で同様に計算が出来る。例えば、Vref=1.5V、Vx=4V、Vout1=3.3V、Vout2=2.5Vの場合には、次のように実施される。
基準電圧(Vref)=1.5V×(1.67K+1K)/1K=4.0V、ここに、R1=1.67KΩ、R2=1KΩである。また、出力電圧1(Vout1)=1.5V×(1.2K+1K)/1K=3.3V、ここにR3=1.2KΩ、R4=1KΩである。また、出力電圧2(Vout2)=1.5V×(667+1K)/1K=2.5V、ここに、R5=667Ω、R6=1KΩである。すなわち、図4の例においても、図8の例と同じ値で、基準電圧(Vref)、出力電圧1(Vout1)、出力電圧2(Vout2)を設定することができる。
前記のように、電源リセット回路(A)をレギュレータICに内蔵させて両者を複合化し、単一のICを用いた構成とすることができる。この場合には、基準電圧(Vref)を共通にしており、内蔵の抵抗(R1〜R6)の値を調整する事により、複数のICを使用した場合と同じ仕様で出力電圧を形成する事が可能である。
図8の例のように複数のICで回路を構成した場合、基板上のレイアウトの関係で、ICへの入力電圧、およびICの周辺温度の違いによる温度特性変化に微妙な差が生じる。しかしながら、図4に示されているようにIC回路を複合化して各ICの部品を共通化させる事により、IC内の各回路は、同じ入力電圧と同じ温度特性変化での動作となるので、安定した特性の電源回路の構成が可能となる。
電源リセット回路とレギュレータICで共有できる回路としては、次のようなものがある。(1)サーマルシャットダウン回路(TSD)は、IC自身の発熱を監視して、動作不安定温度になる前にICの動作を停止させて、ICを熱破壊から保護する回路である。(2)過電圧検出回路(OVP)は、ICの入力電圧の規定範囲を超えた電圧が入力された場合、超過電圧を外部に放電して、ICの破壊を防ぐ回路である。(3)過電流検出回路(OCP)は、ICの入力電圧の規定範囲を超えた電流が流れ込んだ場合、レギュレータの動作を停止させて、ICの破壊を防ぐ回路である。
その他、複合化によりICの端子を共通化する事で、端子数を大幅に減らす事が出来る。その結果、ICパッケージも小さくする事が出来るので、スペースを削減することができコストダウンが可能である。なお、図4の第1のレギュレータIC(B)、第2のレギュレータIC(C)の作用については良く知られているように、基準電圧(Vref)と分圧抵抗R3、R4、または基準電圧(Vref)と分圧抵抗R5、R6により規定される調整された出力電圧(Vout1、Vout2)を負荷に供給するものである。
なお、図4の例では、レギュレータ回路を2つ複合化して、調整された2系統の出力電圧Vout1、Vout2を出力している。本発明の実施形態においては、調整された出力電圧は1系統でも良い。また調整された出力電圧を3系統以上としても良い。
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
以上説明したように、本発明によれば、異なる電源電圧に対応でき、動作が確実な電源リセット回路を内蔵したレギュレータICを提供することができる。
本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態を示す回路図である。 従来例の回路図である。 従来例の回路図である。 リセット電圧の設定例を示す特性図である。 従来例を示す回路図である。
符号の説明
1・・・電源リセット回路、12・・・オペアンプ、13・・・基準電圧発生回路、14・・・制御トランジスタ、15a〜15d・・・端子、30・・・電源回路、50・・・レギュレータIC

Claims (1)

  1. 電源電圧が所定レベルよりも低下したことを検出して、電源リセット信号を出力する電源リセット回路と、少なくとも1つの調整された電圧を出力するレギュレータ回路とを内蔵するレギュレータICであって、
    電源電圧の入力端子と、第1オペアンプと、前記第1オペアンプの非反転入力端子に基準電圧を入力する基準電圧発生回路と、前記第1オペアンプの反転入力端子に接続点からの信号が入力される直列接続された2個の抵抗と、前記直列接続された2個の抵抗の一端に接続される外付け抵抗用の接続端子とを備え、前記接続端子を介して前記直列接続された2個の抵抗の一端に電圧を印加し、前記直列接続された2個の抵抗の他端を接地に接続して、前記第1オペアンプからの出力信号をリセット信号として出力する電源リセット回路と、
    前記基準電圧発生回路で発生する基準電圧が入力される非反転入力端子と、2個の直列接続された抵抗の接続点に接続される反転入力端子を有する第2オペアンプを設け、前記第2オペアンプの出力端子を制御トランジスタに接続して、当該制御トランジスタから前記調整された電圧を出力するレギュレータ回路と、を内蔵することを特徴とするレギュレータIC。
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