JP4661104B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、高耐圧回路とデジタル回路とをワンチップに混載した半導体装置に関するものである。

従来から、ランプ負荷の点灯回路に用いる電子安定器として、図９に示すように、商用電源のような交流電源ＡＣを入力電源とし、昇圧型のチョッパ回路からなるＰＦＣ回路（力率改善回路）１とインバータ回路２とを備え、インバータ回路２により生成した高周波交番電圧をランプ負荷に印加する構成のものが知られている。ＰＦＣ回路１の入力電圧は交流電源ＡＣをダイオードブリッジなどからなる整流回路３により全波整流した脈流電圧であり、ＰＦＣ回路１で発生する高周波を阻止する入力フィルタ回路４を整流回路３の前段に設けることにより、交流電源ＡＣからの入力電流における高周波電流歪を抑制している。また、ＰＦＣ回路１を設けることにより、交流電源ＡＣからの入力電流の包絡線が交流電源ＡＣの電圧にほぼ比例し、高力率を得ることができるようになっている。

ＰＦＣ回路１は、インダクタＬ１とスイッチング素子Ｑ１との直列回路を整流回路３の直流出力端間に接続し、ＰＦＣ回路１の出力端間に接続される平滑コンデンサＣ１にダイオードＤ１を直列接続した構成を有する。ダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１との直列回路はスイッチング素子Ｑ１の両端間に接続される。スイッチング素子Ｑ１は交流電源ＡＣの周波数よりも十分に高い周波数（たとえば、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）でオンオフされ、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にインダクタＬ１に蓄積したエネルギを、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に平滑コンデンサＣ１およびインバータ回路２に放出する。

一方、インバータ回路２は、２個のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路を平滑コンデンサＣ１の両端間に接続したハーフブリッジ型であり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３はＰＦＣ回路１と同様に高周波でオンオフされる。この種のインバータ回路２の動作は周知であるから詳述しないが、スイッチング素子Ｑ３の両端間に負荷Ｌｄが並列接続され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフさせることにより負荷Ｌｄに高周波交番電圧が印加されるようにしてある。

負荷Ｌｄを蛍光灯のようなランプ負荷とする場合には、インバータ回路２から出力される高周波交番電圧が負荷共振回路５を介して負荷Ｌｄに印加されるように構成し、インバタ回路２の出力周波数（駆動周波数）を変化させ負荷共振回路５のインピーダンスを変化させることにより、負荷Ｌｄへの印加電圧を変化させる。つまり、蛍光灯のような熱陰極型のランプ負荷では、点灯前にフィラメントに通電して予熱し、その後、放電を開始させる始動電圧を印加し、始動後に点灯状態を維持するように電力を供給する必要があり、予熱、始動、点灯の各状態に応じた電圧を負荷Ｌｄに印加することが要求される。そこで、インバータ回路２の出力周波数を変化させ、負荷Ｌｄに印加される電圧を変化させる技術が採用されている。また、負荷Ｌｄの点灯状態においてインバータ回路２の駆動周波数を変えることにより調光点灯も可能になっている。

図示例ではＰＦＣ回路１およびインバータ回路２に設けたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３としてＭＯＳＦＥＴを用いている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３は、制御回路６により制御される。制御回路６は、ＰＦＣ回路１に設けたスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御するＰＦＣ制御回路６ａと、インバータ回路２に設けたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３のオンオフを制御するインバータ制御回路６ｂとを備える。

ＰＦＣ制御回路６ａは、整流回路３の直流出力端の電圧を監視する入力電圧検出端子ＨＶｉｎを備えるとともに、ＰＦＣ回路１の出力を監視するＰＦＣフィードバック端子ＰＦＣＦＢを備える。また、ＰＦＣ制御回路６ａにはスイッチング素子Ｑ１をオンオフさせるための駆動信号を出力するＰＦＣ駆動出力端子ＰＦＣｏｕｔを備える。ＰＦＣ制御回路６ａでは、入力電圧検出端子ＨＶｉｎで監視している整流回路３の出力電圧の立ち上がりによってＰＦＣ回路１およびインバータ回路２を起動する。また、入力電圧検出端子ＨＶｉｎで監視している整流回路３の出力電圧の瞬時値の変化に応じて交流電源ＡＣから電流を引き込み、ＰＦＣフィードバック端子ＰＦＣＦＢで監視している平滑コンデンサＣ１の両端電圧を所望値に保つように、駆動出力端子ＰＦＣｏｕｔから出力される矩形波信号である駆動信号のオン期間およびオフ期間を決定する。

一方、インバータ制御回路６ｂは、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に駆動信号を与える駆動出力端子Ｈｏｕｔ，Ｈｇｎｄ，Ｌｏｕｔを備え、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフさせるように駆動信号を出力する。また、インバータ制御回路６ｂには、インバータ回路２の駆動周波数を決定するための抵抗のような周辺部品を接続したり、外付したセンサなどからの信号を受けて駆動周波数を変化させたり、外部から与えられる調光信号に応じて駆動周波数を変化させたりするために周波数設定端子ＳＦが設けられ、さらに各種異常を検出する異常検出端子ＤＥＦが設けられる。調光信号は、調光信号変換回路７を通して制御回路６に適合する信号に変換された後に周波数設定端子ＳＦに入力される。調光信号変換回路７は、たとえば電圧−電流変換回路であり、電圧値によって調光レベルを示す調光信号を調光レベルに応じた電流値の信号に変換する。また、異常検出端子ＤＥＦではランプ電圧やランプ電流のように異常の検出に利用できる情報が入力され、インバータ制御回路６ｂにおいて異常と判断すると、インバータ回路２の動作を停止させる。

ＰＦＣ制御回路６ａとインバータ制御回路６ｂとは基準電位となる共通のグランド端子ＧＮＤを備え、グランド端子ＧＮＤは平滑コンデンサＣ１の負極に接続される。

上述した制御回路６の構成部品点数を削減し、かつ実装面積を小さくするために、最近では制御回路６に集積回路が採用されている。この種の集積回路としては、たとえばＩＲ社のＩＲ２１６７があり、この集積回路では、ＰＦＣ制御回路６ａ（スイッチング素子Ｑ１の駆動回路を含む）とインバータ制御回路６ｂ（スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の駆動回路を含む）とがワンチップ化されている。

この種の集積回路には種々の構成があるが、おおむね図１０に示す構成を有している。入力電圧検出端子ＨＶｉｎは高電圧検出／制御電圧生成部１１に接続されており、高電圧検出／制御電圧生成部１１では、整流回路３の出力電圧から制御回路６の内部電源を生成する。また、高電圧検出／制御電圧生成部１１では整流回路３の出力電圧の立ち上がりによって起動信号を発生し、制御回路６の動作を開始させる。また、高電圧検出／制御電圧生成部１１からの起動信号で動作を開始するとともにＰＦＣフィードバック端子ＰＦＣＦＢからの入力を監視しＰＦＣ回路１の出力を安定化するように制御信号を生成するＰＦＣ制御部１２と、所定の周波数の矩形波信号を生成しＰＦＣ制御部１２で生成された制御信号により矩形波信号のオン期間とオフ期間とが決定されるＰＦＣ発振部１３と、ＰＦＣ発振部１３から出力される矩形波信号をスイッチング素子Ｑ１を駆動するレベルに変換するＰＦＣドライバ１４とを備える。ＰＦＣドライバ１４の出力は駆動出力端子ＰＦＣｏｕｔを通してスイッチング素子Ｑ１に与えられる。ここに、高電圧検出／制御電圧生成部１１は、整流回路３の出力電圧が印加されるから高耐圧でなければならず、ＰＦＣドライバ１４はスイッチング素子Ｑ１を駆動するために制御回路６の他の部分よりも大きい電流が流れるから電流容量を大きくとる必要がある。。

一方、インバータ回路２の制御のために、制御回路６には、周波数設定端子ＳＦからの入力により駆動周波数を決定する発振周波数設定部１５と、発振周波数設定部１５で決定された周波数の矩形波信号を出力するインバータ発振部１６と、インバータ発振部１６から出力される矩形波信号をインバータ回路２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を駆動するレベルに変換するＨＢドライバ（特許請求の範囲における「ドライバ」に相当する）１７とが設けられる。発振周波数設定部１５は駆動周波数に応じた電流を出力し、インバータ発振部１６は電流制御発振器であって、入力電流に応じた周波数の矩形波信号を出力する。また、ＨＢドライバ１７の出力は駆動出力端子Ｈｏｕｔ，Ｈｇｎｄ，Ｌｏｕｔを通してスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に与えられる。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路には平滑コンデンサＣ１によって高電圧（たとえば、１４０Ｖ以上）が印加されているから、ＨＢドライバ１７には高耐圧が要求される。なお、発振周波数設定部１５は、駆動周波数を設定するための抵抗を外付したり、負荷Ｌｄの状態を検出するセンサなどからの外部信号を受けたり、調光信号を調光信号変換回路７で変換した信号を受けたりする機能も備えている。

さらに、制御回路６には、負荷Ｌｄの動作状態に応じて発振周波数設定部１５に駆動周波数を指示する点灯制御部１８が設けられ、点灯制御部１８では予熱、始動、点灯に対応するモード切換信号を周波数設定部１５に与えることによって駆動周波数の目標値を与える。また、異常検出端子ＤＥＦに入力される情報に基づいて各種異常（無負荷、負荷Ｌｄの寿命末期など）を検出する異常検出部２０と、高電圧検出・制御電圧生成部１１からの起動信号によりＰＦＣ制御部１２、ＨＢドライバ１７、点灯制御部１８に起動を指示する起動・停止制御部１９とを備える。起動・停止制御部１９は、異常検出部２０で異常が検出されると停止を指示し、また異常検出部２０において異常の解除が検出されると起動時と同様に予熱から開始させる機能も備える。

制御回路６を構成する集積回路には、オペアンプを用いて構成した電圧−電流変換回路からなる調光信号変換回路７を内蔵している場合もある。あるいはまた、起動や停止を指示する端子を制御回路６に設け、外部信号によって起動および停止を指示できるようにするものもある。

ところで、上述した制御回路６は主としてアナログ回路により構成されているが、最近では、照明器具をデジタルネットワーク機器と連携させるために、ＤＡＬＩ規格のようなデジタル信号を用いる制御信号規格が提案されており、この種のデジタル信号を電子安定器などの内部回路において処理することが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。そこで、電子安定器などにおいてもデジタル信号の処理用にマイクロコンピュータ（以下、マイコンと略称する）を搭載し、マイコンの出力によってＰＦＣ回路１やインバータ回路２を制御することが必要になってきている。ＤＡＬＩ信号の処理用として提供されているマイコンとしては、ＳＴ社のＳＴ７ＤＡＬＩなどがある。
特開２０００−３４０３７０公報

しかしながら、デジタル信号を扱うことができるようにマイコンを用いると、制御回路６を構成する集積回路のほかに、マイコンおよびマイコン用の電源回路が必要になり、部品点数が増加し、実装面積が拡大するという問題が生じる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、マイコンを用いながらも実装する部品点数の増加や実装面積の拡大を防止することができる半導体装置を提供することにある。

請求項１の発明は、外付されたスイッチング素子を駆動する高耐圧のドライバと、ドライバを制御するマイクロコンピュータとが１つのチップ上で構成され、ドライバからマイクロコンピュータへの信号経路にはドライバで生じるノイズを除去するデジタルフィルタが設けられ、マイクロコンピュータからドライバへの信号経路にはマイクロコンピュータで生じる矩形波信号によるノイズを除去するアナログフィルタが設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、高耐圧のドライバとドライバを制御するマイクロコンピュータとを１つのチップ上に構成することによって、実装する部品点数の増加を防止し、実装面積の拡大を防止することができる。しかも、高耐圧の回路とデジタル回路とを混載し、互いに信号の受け渡しを行いながらも、相互にアナログフィルタとデジタルフィルタとを設けることによってノイズを除去するから、高耐圧のドライバとマイクロコンピュータとの間で不要な干渉が発生せず、比較的小型のチップで混載が可能になる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記ドライバを含むアナログ回路と前記マイクロコンピュータを含むデジタル回路とに電源を供給する電源経路を各別に設けたことを特徴とする。

この構成によれば、電源経路をアナログ回路とデジタル回路とで各別に設けていることによって電源電圧を適正化することができ、アナログ回路では高い電源電圧を与えることによってダイナミックレンジを大きくとることができ、デジタル回路では低い電源電圧とすることにより部品の小型化が可能になる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記ドライバと前記マイクロコンピュータとがチップ上で離間して配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、ドライバとマイクロコンピュータとの間で互いに不要な干渉が生じにくくなり、ノイズによる誤動作を抑制することができる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、前記チップを収納したパッケージを備え、前記ドライバに接続する端子と、前記マイクロコンピュータに接続する端子とはパッケージの異なる辺に配列されていることを特徴とする。

この構成によれば、ドライバとマイクロコンピュータとの間で互いに不要な干渉が生じにくくなり、ノイズによる誤動作を抑制することができる。

請求項５の発明では、請求項１の発明において、前記スイッチング素子はランプ負荷の点灯用に用いるインバータ回路を構成するスイッチング素子であって、前記チップにはインバータ回路の入力電源である直流電圧を監視し直流電圧が立ち上がるとマイクロコンピュータをリセットする回路が搭載されていることを特徴とする。

この構成によれば、インバータ回路の電源電圧を監視することによって、インバータ回路の種々の動作に対応付けて電源リセット以外のタイミングでもマイクロコンピュータをリセットすることができる。

本発明の構成によれば、高耐圧のドライバとドライバを制御するマイクロコンピュータとを１つのチップ上に構成することによって、実装する部品点数の増加を防止し、実装面積の拡大を防止することができるという利点がある。しかも、高耐圧の回路とデジタル回路とを混載し、互いに信号の受け渡しを行いながらも、相互にアナログフィルタとデジタルフィルタとを設けることによってノイズを除去するから、高耐圧のドライバとマイクロコンピュータとの間で不要な干渉が発生せず、比較的小型のチップで混載が可能になるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態では、蛍光灯のような熱陰極を備える放電灯であるランプ負荷を点灯させる電子安定器の制御用に用いる半導体装置を例示する。本実施形態は、図２に示すように図９に示したものとは制御回路６の構成が相違するが、他の構成については同様であるから、図９に示した従来構成との共通部分については同符号を付して説明は省略する。また、本実施形態では交流電源ＡＣが１００〜２５０Ｖであって、整流回路３からはピーク値が１４０Ｖ以上の脈流電圧が出力されるものとする。

本実施形態で用いる制御回路６は、図２に示すように、制御回路６にマイコン７を設けたものであって、図１に破線部で囲んだ範囲がマイコン７により実現される。つまり、図１０に示した従来構成のうち点灯制御部１８、起動・停止制御部１９、異常検出部２０をマイコン７により構成しており、さらに調光信号変換回路７に代えてマイコン７により実現される調光信号制御部２１を設けている。マイコン７の動作はアプリケーションプログラム２２により規定され、マイコン７にはシステムプログラムおよびアプリケーションプログラム２２を格納しまた作業領域などに用いるためにＲＯＭ／ＲＡＭ２３が設けられている。アプリケーションプログラム２２は、マイコン７の外部からサービスポートＰＳを用いて書き換えることができる。図示するマイコン７は６個のポートＩ／Ｏ１〜Ｉ／Ｏ６を備え、各ポートＩ／Ｏ１〜Ｉ／Ｏ６は、それぞれ高電圧監視、ＨＢドライバ監視・制御、ＰＦＣ監視・制御、周波数設定、異常検出読込、調光信号読込に割り当てられている。

「高電圧監視」に割り当てられたポートＩ／Ｏ１には、高電圧検出／制御電圧生成部１１から出力される起動信号が入力され、起動・停止制御部１９はＰＦＣ制御部１２および点灯制御部１８を初期状態にリセットした後に動作を開始させる。また、起動・停止制御部１９は、「ＨＢドライバ監視・制御」に割り当てられたポートＩ／Ｏ２と、「ＰＦＣ監視・制御」に割り当てられたポートＩ／Ｏ３とを有している。起動・停止制御部１９は、ポートＩ／Ｏ２を通してＨＢドライバ１７に起動・停止の指示を与えることができ、ポートＩ／Ｏ３を通してＰＦＣ制御部１２に起動・停止を指示する。また、本実施形態では、ＨＢドライバ１７において負荷Ｌｄの有無が検出され、負荷Ｌｄが装着されていることがポートＩ／Ｏ２を通して起動・停止制御部１９に通知されると、起動・停止制御部１９は点灯制御部１８に起動を指示する。さらに、ＰＦＣ制御部１２がＰＦＣフィードバック端子ＰＦＣＦＢから受け取った情報に基づいて異常を検出したときに、ＰＦＣ制御部１２からの異常報知をポートＩ／Ｏ３を通して起動・停止制御部１９で受けることができる。

点灯制御部１８は、起動・停止制御部１９から起動の指示を受けると、「周波数設定」に割り当てられたポートＩ／Ｏ４を通して発振周波数設定部１５に駆動周波数を指示する。ここに、発振周波数設定部１５は入力された電流値に応じて駆動周波数を決定するアナログ回路であり、点灯制御部１８はマイコン７を用いたデジタル回路であるから、両者間のインターフェースとして割り当てられたポートＩ／Ｏ４はＤ／Ａ変換を行う。点灯制御部１８には調光信号制御部２１から調光信号が入力される。調光信号制御部１２には調光信号が調光端子Ｄｉｍから入力される。調光端子ＤｉｍにはＡ／Ｄ変換を行うために「調光信号読込」に割り当てられたポートＩ／Ｏ６が設けられている。

さらに、異常検出端子ＤＥＦからの入力は、「異常検出読込」に割り当てられたポートＩ／Ｏ５に入力され、ポートＩ／Ｏ５からの入力を異常検出部２０に入力することにより、異常検出部２０において異常の発生の有無を判断する。異常検出部２０で異常が検出されると起動・停止制御部１９に通知し、ＰＦＣ制御部１２、ＨＢドライバ１７、点灯制御部１８の動作を停止させる。

次に、マイコン７の動作について図３を参照して説明する。電源が投入されると、高電圧検出／制御電圧生成部１１からの起動信号がポートＩ／Ｏ１に入力され、起動・停止制御部１９はマイコン７を初期状態にリセットする（Ｓ１）。次に、ポートＩ／Ｏ５を備える異常検出部２０で負荷Ｌｄの有無を検出し（Ｓ２）、負荷Ｌｄが装着されているときには、起動・停止制御部１９は点灯制御部１８に起動を指示する。点灯制御部１８は起動が指示されると予熱モード（先行予熱モード）に設定される（Ｓ３）。点灯制御部１８の出力はポートＩ／Ｏ４によりＤ／Ａ変換され、予熱時の周波数に対応した電圧が発振周波数設定部１５に印加され、インバータ発振部１６およびＨＢドライバ１７を通して従来構成と同様にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオンオフされる。予熱中にはポートＩ／Ｏ１〜Ｉ／Ｏ３を通して、電源電圧の低下による高電圧検出／制御電圧生成部１１の出力の変化、ＨＢドライバ１７の異常の有無、ＰＦＣ制御部１２の異常の有無を監視し（Ｓ４）、異常がなければ所定時間で予熱を完了する（Ｓ５）。予熱が完了すれば、点灯制御部１８は予熱時と同様にしてポートＩ／Ｏ４から始動に対応した電圧を出力して発振周波数設定部１５に始動を指示する（Ｓ６）。始動中にもポートＩ／Ｏ１〜Ｉ／Ｏ３を通して、電源電圧の低下による高電圧検出／制御電圧生成部１１の出力の変化、ＨＢドライバ１７の異常の有無、ＰＦＣ制御部１２の異常の有無を監視し（Ｓ７）、異常がなければ所定時間で始動を完了する（Ｓ８）。

始動の完了後には、ポートＩ／Ｏ６を通して調光信号制御部２１において調光信号を読み込み、点灯制御部１８からポートＩ／Ｏ４を通して調光信号で指示された調光レベルに対応する電圧を発振周波数設定部１５に与える（Ｓ９）。すなわち、調光レベルに応じた駆動周波数でインバータ回路２を駆動し、負荷Ｌｄを点灯させることができる。調光信号による調光レベルが１００％であれば定格点灯になり、調光レベルが１００％以外では調光点灯になる。予熱時や始動時と同様に点灯中においてもポートＩ／Ｏ１〜Ｉ／Ｏ３を通して、電源電圧の低下による高電圧検出／制御電圧生成部１１の出力の変化、ＨＢドライバ１７の異常の有無、ＰＦＣ制御部１２の異常の有無を監視する（Ｓ１０）。また、点灯中にはポートＩ／Ｏ５を通して負荷Ｌｄが寿命末期か否かを検出する（Ｓ１１）。

ステップＳ４，Ｓ７，Ｓ１０のいずれかにおいて異常が検出されたときには、割り込みをかけて電源／回路異常処理を行い（Ｓ１３）、マイコン７をリセットする（Ｓ１）。この処理は起動・停止制御部１９が行う。また、ステップＳ１１において負荷Ｌｄの寿命末期が検出されると、異常検出処理を行う（Ｓ１２）。異常検出処理とは、たとえば負荷Ｌｄの交換まで動作を停止することであって、異常検出処理からステップＳ２に戻り、正常な負荷Ｌｄの装着が検出されると予熱からの動作を行う。

ところで、上述の例では調光信号がアナログ信号（たとえば、ＰＷＭ信号を平滑した直流電圧信号）である場合を想定しており、ポートＩ／Ｏ６はＡ／Ｄ変換の機能を有しているが、ＤＡＬＩ信号のようなシリアルのデジタル信号を調光信号に用いる場合にはポートＩ／Ｏ６でＡ／Ｄ変換を行う必要はなく、調光信号制御部２１からデジタル信号による調光レベルの指示を行えばよい。また、ポートＩ／Ｏ６においてデジタル信号を扱う場合にはポートＩ／Ｏ６を双方向として起動・停止制御部１９に入力される異常の情報をポートＩ／Ｏ６を通して外部に取り出せるようにすることも可能である。

本実施形態では、マイコン７のアプリケーションプログラム２２を変更することによってインバータ回路２の駆動周波数の設定値を対象とする負荷Ｌｄに応じて変更することが可能であるから、ハードウェアを変更することなく異なる仕様の負荷Ｌｄに対応することが可能になる。また、赤外線リモコンに対応するインタフェースを設ければ、赤外線受光素子をサービスポートＳＰに接続するだけで赤外線リモコンによる制御も可能になる。あるいはまた、負荷Ｌｄの経時的な光量低下を補正するために累積点灯時間に応じて調光レベルを高めて負荷Ｌｄの光出力をほぼ一定に保つような制御もアプリケーションプログラム２２の変更だけで可能になる。このように、アプリケーションプログラム２２を変更するだけで各種機能を付加することができ、高機能化への対応が容易になる。

ところで、上述したように制御回路６には、高耐圧を要求される高電圧検出／制御電圧生成部１１やＨＢドライバ１７が設けられ、また大電流が流れるＰＦＣドライバ１４が設けられ、さらにはマイコンにより構成されるデジタル回路と、マイコン以外のアナログ回路とが設けられる。したがって、これらの回路をワンチップ化しようとすれば、ＨＢドライバ１７のような高耐圧の回路で発生する高周波のノイズがマイコン７で扱うデジタル信号に混入して誤動作を生じる可能性がある。また、マイコン７で扱うデジタル信号が発振周波数設定部１５やＰＦＣ制御部１２のようなアナログ回路に対するノイズになり、インバータ回路２の駆動周波数が不安定になって負荷Ｌｄの光出力にちらつきを生じたり、ＰＦＣ回路１の入力電流の高調波歪を増加させたり平滑コンデンサＣ１の両端電圧が不安定になって負荷Ｌｄの光出力にちらつきを生じたりすることがある。

そこで、本実施形態では、高耐圧を要する回路とマイコン７とのチップ内での空間距離を大きくとるとともに、アナログ信号とデジタル信号との干渉を抑制するフィルタ回路３１〜３３を適所に設けている。

具体的には、マイコン７およびＲＯＭ／ＲＡＭ２３のようなデジタル回路と、高耐圧を要するＨＢドライバ１７と、オペアンプなどで構成されるＰＦＣ制御部１２や発振周波数設定部１５のようなアナログ回路とをチップ内で空間的に分離して配置し、とくにマイコン７を含むデジタル回路とＨＢドライバ１７とはチップ内でもっとも離れた位置に配置してある。一般にチップは平面視で矩形状であるから、マイコン７とＨＢドライバ１７とをチップの対角線の両端付近に配置することにより両者間の距離を大きくとっている。つまり、マイコン７とＨＢドライバ１７とをチップ上で離間させて配置している。また、内部配線においてもデジタル回路の配線とＨＢドライバ１７の配線との距離、あるいは各配線と各回路との距離を可及的に大きくしてある。さらに、制御回路６の各端子については、図４に示すように、マイコン７のＩ／Ｏポートとなる端子群Ｔ１と、ＨＢドライバ１７の出力端子となる端子群Ｔ２とは制御回路６のチップを収納したパッケージ（ここでは面実装用のフラットパッケージを想定している）における対角線の両端部付近に配置してある。このような配置によって外部配線間でも高耐圧の回路とデジタル回路との干渉を低減させることができる。また、グランドラインはデジタル回路と、アナログ回路と、ＨＢドライバ１７とでそれぞれ完結させ、他の回路のグランドラインとの接続は１点程度の最小数とする。加えて、制御回路６のパッケージには、デジタル回路と、アナログ回路と、ＨＢドライバ１７とに対応するグランド用の端子を各別に設ける（デジタル回路用グランドＤＧＮＤ、アナログ回路用グランドＡＧＮＤ、ＨＢドライバ用グランドＲＧＮＤ）。なお、図４における端子ＣＫはクロック入力端子である。

制御回路６の内部においては、図１に示しているように、デジタル回路からアナログ回路（ＰＦＣ制御部１２，発振周波数設定部１５）への経路と、デジタル回路からＨＢドライバ１７への経路にそれぞれローパスフィルタ（アナログフィルタ）であるフィルタ回路３１〜３３を挿入し、デジタル信号の高周波成分がアナログ回路ないしＨＢドライバ１７に混入しないようにする。逆に、アナログ回路およびＨＢドライバ１７からデジタル回路であるマイコン７のポートへの信号についてはデジタルフィルタによって平均化などのフィルタ処理を行う。このような構成を採用することにより、アナログ回路とデジタル回路と高耐圧を要する回路との間でのノイズの混入を抑制することができる。

上述したように、マイコン７と高耐圧のＨＢドライバ１７とを１つのチップに設けた（ワンチップ化した）制御回路６を用いるから、アナログ回路とＨＢドライバ１７とマイコン７とを別個に設ける場合に比較すると端子数が削減され、また電源についても共用化することができ実装する部品点数を削減することができ、結果的に実装面積を小さくすることができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図５に示すように、図１に示した実施形態１の構成の一部を変形したものである。具体的には、実施形態１においてアナログ回路として設けていた周波数設定部１５に代えて、マイコン７に点灯制御部１８と周波数設定部１５との機能を兼用した点灯制御／周波数設定部１８′を設け、さらにアナログ回路として設けていたインバータ発振部１６もマイコン７により実現している。したがって、インバータ発振部１６はクロック信号を計数するタイマを備え、タイマでのクロック信号のカウント数を点灯制御／周波数設定部１８′で指定することにより、インバータ発振部１６から所望周波数の矩形波信号を出力する。インバータ発振部１６はマイコン７に設けられているからポートＩ／Ｏ７を通して矩形波信号をＨＢドライバ１７に与える。また、ＨＢドライバ１７にはマイコン７からのデジタル信号から高周波成分を除去するフィルタ回路３４が設けられる。この構成では、クロック信号を計数するタイマの分解能によってインバータ回路２の駆動周波数の変化幅の最小値が決まるから、タイマの分解能は高いほうが望ましい。

また、本実施形態では、周波数設定端子ＳＦからの入力を受けて点灯制御／周波数設定部１８′のポートＩ／Ｏ４に周波数の調節を指示する出力調整部２４を設けてある。負荷Ｌｄの点灯状態において、周波数設定端子ＳＦには、負荷Ｌｄの光出力を反映する信号が入力される。点灯制御／周波数設定部１８′では、調光信号制御部２１から与えられる調光レベルに対応する駆動周波数を目標値とし、出力調節部２４からポートＩ／Ｏ４を通して入力される負荷Ｌｄの光出力が目標値よりも大きいときには駆動周波数を高くして光出力を低減させ、逆に光出力が目標値よりも小さいときには駆動周波数を低くして光出力を増加させる。このようなフィードバック制御を行うことにより、負荷Ｌｄの光出力がほぼ一定に保たれる。

本実施形態のマイコン７の動作は、図６に示すように、図３に示した実施形態１の動作とほぼ同様であって、上述した構成の相違によって、ステップＳ３，Ｓ６，Ｓ９のみが相違する。すなわち、ステップＳ３、Ｓ６においては実施形態１ではポートＩ／Ｏ４から周波数設定部１５に周波数を指示していたのに対して、本実施形態ではポートＩ／Ｏ７から所望周波数の矩形波信号を出力する点で相違する。また、ステップＳ９においては矩形波信号をポートＩ／Ｏ７から出力するほか、出力調整部２４から負荷Ｌｄの光出力を反映する情報（図６では「フィードバック指定値」と記載している）を読み込む点が相違する。他の動作については実施形態１と同様である。

本実施形態の構成では実施形態１の構成に比較すると、インバータ回路２の駆動周波数を決める矩形波信号をマイコン７から出力しているからアナログ回路が削減されるのであって、マイコン７のアプリケーションプログラム２２によって制御可能な要素が増えるから、制御回路６の汎用性を高めることになる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態は、図７に示すように、高電圧検出／制御電源生成部１１において、高低２種類の直流電圧Ｖｃｃ，Ｖｄｄを出力し、高いほうの直流電圧ＶｃｃをＰＦＣ制御部１２などのアナログ制御部ＸとＰＦＣドライバ１４とＨＢドライバ１７と（つまり、アナログ回路）に供給し、低いほうの直流電圧Ｖｄｄをマイコン７により構成されたデジタル制御部Ｙ（つまり、デジタル回路）に供給したものである。高電圧検出・制御電源生成部１１の電源には平滑コンデンサＣ１を用いており、各直流電圧Ｖｃｃ，Ｖｄｄはたとえば１５Ｖと５Ｖとに設定される。すなわち、ＰＦＣドライバ１４とＨＢドライバ１７とに高電圧を与えることによりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の駆動能力を向上させ、オペアンプなどを用いて構成されるアナログ制御部Ｘに高電圧を与えることによりＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、デジタル制御部Ｙに対しては低電圧を与えることにより構成要素の小型化を可能とし集積密度を高めるのである。なお、高電圧Ｖｃｃが印加される回路と低電圧Ｖｄｄが印加される回路との間には、電源電圧の相違による信号振幅の違いを吸収するためにバッファを設ける。

本実施形態では電源を２系統に分けているからアナログ回路かデジタル回路かに応じて電源電圧を適正化することができ、また電源系統を分離していることにより回路間のノイズによる干渉を抑制することができる。他の構成および動作は実施形態１、２と同様である。

（実施形態４）
本実施形態は、図８に示すように、制御回路６に外付部品Ｚを設け、外付部品Ｚに直流電源Ｖｄｄを供給する例を示す。このような外付部品Ｚとしては、たとえばデータを一時的に記憶したり演算過程で用いたりするメモリがある。マイコン７では、一般にプログラム（システムプログラムおよびアプリケーションプログラム）をＲＯＭあるいは不揮発性メモリ（フラッシュＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなど）に格納し、データの一時記憶や演算に用いる作業用メモリはＲＡＭ（ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュＲＡＭなど）で構成している。このようなメモリを制御回路６に内蔵することにより上述したように、高耐圧回路とマイコン７とをワンチップ化した制御回路６を実現することができるが、制御回路６に内蔵できるメモリの容量は比較的小さい。したがって、高機能化するためにはメモリあるいはインターフェース用の集積回路を外付部品Ｚとして接続することが必要になることがある。

このような場合に備えて外付部品Ｚを接続可能としておけば高機能化が可能になる。ただし、外付部品Ｚに用いる場合に別途に電源を設けたのでは実装面積が増大するから、本実施形態では外付部品Ｚへの電源Ｖｄｄを制御回路６の内部に設けた高電圧検出／制御電源生成部１１から供給している。要するに、デジタル制御部Ｙに供給する電源を制御回路６の外部に取り出すための端子を設け、この端子から外付部品Ｚに供給するのである。この構成を採用することにより、高機能化の際にも部品点数の増加を抑制し実装面積の増加を抑制することができる。他の構成および動作は実施形態３と同様である。

本発明の実施形態１を示すブロック図である。 同上を用いた放電灯点灯装置を示す回路図である。 同上の動作説明図である。 同上の平面図である。 本発明の実施形態２を示すブロック図である。 同上の動作説明図である。 本発明の実施形態３を示すブロック図である。 本発明の実施形態４を示すブロック図である。 従来の放電灯点灯装置を示す回路図である。 従来例を示すブロック図である。

符号の説明

２ インバータ回路
６ 制御回路
７ マイクロコンピュータ
１１ 高電圧検出／制御電源生成部
１４ ＰＦＣドライバ
１７ ＨＢドライバ
３１〜３４ フィルタ回路
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｑ１〜Ｑ３ スイッチング素子
Ｔ１ 端子群（マイコンのＩ／Ｏポート）
Ｔ２ 端子群（ＨＢドライバの出力端子）
Ｘ アナログ制御部
Ｙ デジタル制御部

Claims (5)

1. 外付されたスイッチング素子を駆動する高耐圧のドライバと、ドライバを制御するマイクロコンピュータとが１つのチップ上で構成され、ドライバからマイクロコンピュータへの信号経路にはドライバで生じるノイズを除去するデジタルフィルタが設けられ、マイクロコンピュータからドライバへの信号経路にはマイクロコンピュータで生じる矩形波信号によるノイズを除去するアナログフィルタが設けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ドライバを含むアナログ回路と前記マイクロコンピュータを含むデジタル回路とに電源を供給する電源経路を各別に設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記ドライバと前記マイクロコンピュータとがチップ上で離間して配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記チップを収納したパッケージを備え、前記ドライバに接続する端子と、前記マイクロコンピュータに接続する端子とはパッケージの異なる辺に配列されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 前記スイッチング素子はランプ負荷の点灯用に用いるインバータ回路を構成するスイッチング素子であって、前記チップにはインバータ回路の入力電源である直流電圧を監視し直流電圧が立ち上がるとマイクロコンピュータをリセットする回路が搭載されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

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