JP4690915B2 - 集積回路用電源保護回路 - Google Patents

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Description

本発明は、電源回路に係り、特に、外部から供給される電源電圧よりも低い耐圧を持つ集積回路へ電源を供給する集積回路用電源保護回路に関する。
集積回路の電源回路としては、特許文献1に記載された車載電子制御装置の電源回路がある。この特許文献1には、電源スイッチが遮断された状態で、車載電子制御装置の制御電源を有効にするための電源回路が記載されている。
そして、この特許文献1に記載された電源回路のように、バッテリーから供給された電源を、定電圧電源回路(レギュレータ)を介してCPU(外部から供給される電源電圧よりも低い耐圧を持つ集積回路)に供給するもの等がある。
特開2005−83221号公報
ところで、高集積度の集積回路を、例えば、車載用に使用しようとした場合、車両のバッテリー電圧は、集積回路の耐圧よりも高くなることが多い。例えば、自動車用のバッテリーの電圧は12Vあるいは24Vであることが多く、集積度の高い集積回路の耐圧は7V以下である。
このため、バッテリー電圧を、レギュレ−タ等で集積回路が動作する電圧まで電圧を低下させて使用していた。
しかし、例えば、車載用に使用する電子機器には、サージ耐性(バッテリー電圧にサージが生じても壊れないこと)や逆接耐性(バッテリー端子を逆に接続しても壊れないこと)などが要求される。
ここで、レギュレータは基準電圧源や誤差増幅器等を集積化しているため耐圧は40V程度で制限される。サージ耐性、逆接耐性は40Vよりも大である必要があることを考えると、レギュレータの前に、サージ保護回路や逆接保護回路など配置する必要がある。
このため、従来技術にあっては、サージ保護回路や逆接保護回路のコスト分だけ、集積回路用電源保護回路のコストアップの原因となっていた。
本発明の目的は、サージ保護回路や逆接保護回路と同様な機能を維持したまま、コストダウンが可能な集積回路用電源保護回路を実現することである。
本発明の集積回路用電源保護回路は、外部から供給される電源電圧よりも低い耐圧を持つ集積回路へ電源を供給する保護回路である。
そして、本発明の集積回路用電源保護回路は、集積回路内に集積化されて配置され、集積回路の電源端子に印加される電圧を分割する電圧分割手段と、上記集積回路の電源端子から電源供給され、上記電圧分割手段の出力と基準電圧との差分を増幅する誤差増幅器とを有する誤差増幅回路と、上記集積回路外に配置され、上記誤差増幅器の出力に応じてベース電圧が制御され、外部電源からの電圧を調整して上記集積回路の電源電圧を供給するNPN型トランジスタと、上記NPN型の電圧制御用トランジスタのコレクタとベースとの間に接続される起動用抵抗と、誤差増幅器の出力端子に印加される電圧を集積回路の耐圧以下に制限する出力端子保護電圧制限手段とを備える。
本発明によれば、レギュレータの構成素子のうち、誤差増幅器と、この誤差増幅器を、保護すべき集積回路の内部に集積化して配置し、レギュレータの構成素子のうち、電圧制御用トラジスタを単体素子として耐電圧を大としている。
これにより、サージ保護回路や逆接保護回路と同様な機能を維持したまま、コストダウンが可能な集積回路用電源保護回路を実現することができる。
本発明によれば、サージ保護回路や逆接保護回路と同様な機能を維持したまま、コストダウンが可能な集積回路用電源保護回路を実現することができる。
これにより、車載用電子機器に使用できる高信頼度な集積回路用電源保護回路を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第1の実施形態である集積回路用電源保護回路を、図1を参照して説明する。
図1において、集積回路用電源保護回路の一部である誤差増幅回路2が、集積回路1の内部に配置され、集積化されている。この集積回路1は、センサ16の信号を処理し出力端子18にセンサ出力を出力するセンサ信号処理回路17を含んでいる。
また、集積回路用電源保護回路は、集積回路1の電源端子7に過大な電圧が印加されることを保護するためこの電源端子7に接続されたツェナーダイオード9と、電源端子7に接続され、集積回路1の電源のインピーダンスを小さくするコンデンサ10と、バッテリーから電源の供給を受けるバッテリー端子15と、グランド端子19と、バッテリー端子15から供給される電圧を制御するため、コレクタがバッテリー端子15に接続され、エミッタがコンデンサ10に接続されるトランジスタ11とを備える。
さらに、集積回路用電源保護回路は、トランジスタ11のベース電圧を誤差増幅回路2で制御できるように、このトランジスタ11のコレクタとベース間に接続された抵抗14と、トランジスタ11のベースと集積回路1の出力端子との間に接続される抵抗13と、この抵抗13と出力端子8との接続点とグランドとの間に接続される抵抗12とを備えている。
また、集積回路1の内部に配置された誤差増幅回路2は、集積回路1の電源端子7へ印加された電源電圧を分割する電圧分割手段であり電源端子7とグランドと間に接続された抵抗3、4と、基準電圧を発生する基準電圧源5と、基準電圧源5と電圧分割手段の出力の差分を増幅し出力端子8へ出力する誤差増幅器6とを備える。
抵抗3と4との接続点は誤差増幅器6の一方の入力端子に接続され、基準電圧源5は誤差増幅器6の一方の入力端子に接続される。この誤差増幅器6の出力信号により、トランジスタの導通、非導通が制御され、バッテリ端子15から供給される電圧が調整されて、集積回路1に供給される。
なお、基準電圧源5及び誤差増幅器6の電源は集積回路1へ供給される電源から供給される。
本発明の第1の実施形態である集積回路用電源保護回路においては、この集積回路用電源保護回路の一部である基準電源5及び誤差増幅器6を集積回路1の内部に集積化して配置し、集積回路用電源保護回路のさらにその一部であるトランジスタ11を集積回路1とは個別の素子として配置した。これにより、以下の利点が得られる。
まず、第1の実施形態の第1の利点は、トランジスタ11が単体素子であることからトランジスタ11自身の耐圧を90V以上にすることが容易に可能である。これにより、車載用電子機器に求められるバッテリー端子15へのサージからの保護をトランジスタ11により実施でき、別個のサージ保護回路は不要である。
従来技術のようなレギュレータを使用した場合では、レギュレータの内部に基準電源5や誤差増幅器6も集積化しているために、レギュレータ自身の耐圧は40V程度に制限されてしまう。このため、レギュレータに、Aサージ(バッテリーサージの一種で70Vの電圧サージ)が印加された場合にはレギュレータが破壊する。
したがって、別個のサージ保護回路が必要となる。レギュレータを集積化せず、レギュレータ自身の耐圧を70Vにしたとすると、そのための大幅なコストアップを招いてしまう。
第1の実施形態の第2の利点は、トランジスタ11が単体素子であるために逆接保護をトランジスタ11により実施でき、別個の逆接保護回路は不要となることである。
従来技術のようなレギュレータを使用した場合では、レギュレータの内部に基準電源5や誤差増幅器6を持つためにレギュレータは集積回路として構成される。このため、レギュレータの電源に逆電圧が印加された場合には、レギュレータ自身が破壊してしまうので逆接に対する保護回路が必要である。
第1の実施形態の第3の利点は、基準電圧源5及び誤差増幅器6を、例えば、センサ信号処理回路17を有する集積回路1内に集積化することで部品点数を削減できることである。基準電源5や誤差増幅器6は低耐圧の集積回路への集積化が可能である。特に、微細化して集積化するほど小さくなるので、高耐圧を必要とするレギュレータに集積化するよりも、微細化可能な低耐圧の集積回路へ集積化した方が有利である。
なお、本利点を実現するために基準電源5及び誤差増幅器6の電源は集積回路1の電源から供給している。
しかし、誤差増幅器6を低耐圧の集積回路1へ集積化するには幾つかの問題がある。
まず、第1の問題は逆接保護である。すなわち、バッテリーが逆に接続されても破壊しないことが要求される。第1の実施形態の場合、集積回路1の電源端子7はトランジスタ11で保護されるが、誤差増幅器6の出力端子8を直接トランジスタ11のベース端子に接続したのでは過大電流が流れてしまう。このため、第1の実施形態では、抵抗13を誤差増幅器6の出力端子8とトランジスタ11のベース端子の間に配置し、逆接保護用抵抗としている。
第2の問題はサージ保護である。第1の実施形態の場合、集積回路1の電源端子7はトランジスタ11で保護されるが、誤差増幅器6の出力端子8を直接トランジスタ11のベース端子に接続したのでは過大電圧が印加されてしまう。このため、第1の実施形態では、抵抗12、13を過大電圧印加防止用抵抗として配置している。
これら過大電圧印加防止用抵抗12、13により、バッテリー端子15に印加されたサージ電圧を抵抗分割することで、誤差増幅器6の出力端子8に過大電圧が印加されないようにした。
第3の問題は起動の確実性である。第1の実施形態において、バッテリー端子15の電圧が、0Vから14Vになった時にトランジスタ11がオフ状態で集積回路1に電源が供給されなかった場合、集積回路1の電源から電源を供給される誤差増幅器6も動作せず、トランジスタ11をオフにしたままにする可能性がある。
これを防ぐために、抵抗14を起動用抵抗としてトランジスタ11のベースとコレクタとの間に配置した。この起動用抵抗14を配置することで誤差増幅器6からの出力が0であったとしても、トランジスタ11をオン状態として集積回路1にある程度の電源電圧を印加することが可能になる。そして、この電源電圧で動作するように基準電源5と誤差増幅器6を設計することで安定した起動性を確保することができる。
以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、レギュレータの構成素子のうち、誤差増幅器6と、この誤差増幅器6の基準電圧源5とを、保護すべき集積回路1の内部に集積化して配置し、レギュレータの構成素子のうち、電圧制御用トラジスタ11を単体素子として耐電圧を大としている。
これにより、サージ保護回路や逆接保護回路と同様な機能を維持したまま、コストダウンが可能な集積回路用電源保護回路を実現することができる。
次に、本発明の第2の実施形態である集積回路用電源保護回路を図2を参照して説明する。
この第2の実施形態における集積回路用電源保護回路は、第1の実施形態における過大電圧印加防止用抵抗12を、ツェナーダイオード20に置き換えたものである。
本発明の第2の実施形態においても第1の実施形態と同様の効果がある。さらに、この第2の実施形態においては、誤差増幅器6の出力端子8のバッテリーサージに対する保護をツェナーダイオード20により行なうことができる。こうすることでより大きなサージ電圧まで保護することができる。
次に、本発明の第3の実施形態である集積回路用電源保護回路を、図3を参照して説明する。
図3において、第3の実施形態である集積回路用電源保護回路は、第1の実施形態におけるツェナーダイオード9と抵抗12の機能を、トランジスタ11のベースとグランドとの間に接続したツェナーダイオード21により置き換え、ツェナーダイオード9と抵抗12とを省略したものである。
この第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様の利点があるが、集積回路1の電源へ過電圧が印加されることの保護と、誤差増幅器6の出力端子に過電圧が印加されることの保護とをツェナーダイオード21により行なうこととしている。こうすることで、部品点数の削減を可能にした。
第3の実施形態では、集積回路1に過電圧が印加されることの保護は、ツェナーダイオード21によりトランジスタ11のベース電圧を制限してトランジスタ11のエミッタ電圧を制限することで、集積回路1に過電圧が印加されることを防止している。
また、誤差増幅器6の出力端子8へ過電圧が印加されることの保護も、ツェナーダイオード21で電圧を制限することで行なわれる。
次に、本発明の第4の実施形態である集積回路用電源保護回路を図4を参照して説明する。
この第4の実施形態における集積回路用電源保護回路は、第3の実施形態の集積回路の誤差増幅回路2における基準電圧源5を、集積回路1の外部に配置した抵抗22とツェナーダイオード23に置き換えたものである。
つまり、電源端子7とグランドとの間に抵抗22とツェナーダイオード23とが互いに直列に接続され、これら抵抗22とツェナーダイオード23との接続点が、誤差増幅器6の一方の入力端子に接続されており、基準電圧源5は省略されている。
この第4の実施形態においても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、この第4の実施形態は、集積回路1がCMOSプロセスのLSIであっても、本発明を実施することができるとように、基準電圧源5を外部素子で置き換えたものである。
つまり、CMOSプロセスのLSIは非常に微細化できるが、基準電圧源5を集積化することは難しいことから、基準電圧源を外部素子(抵抗22とツェナーダイオード23)で構成している。
次に、本発明の第5の実施形態である集積回路用電源保護回路を図5を参照して説明する。
この第5の実施形態における集積回路用電源保護回路は、第4の実施形態におけるツェナーダイオード21をダイオード24、25とツェナーダイオード23に置き換えたものである(ツェナーダイオード23は、基準電圧源としても機能する)。
つまり、抵抗14とトランジスタ11のベースとの接続点にダイオード25のアノードが接続され、このダイオード25のカソードは、ダイオード24のアノードに接続される。
そして、ダイオード24のカソードは、ツェナーダイオード23のカソードに接続され、このツェナーダイオード23のアノードは、グランドに接続されている。
この第5の実施形態においては、基準電圧の発生に使用するツェナーダイオード23とダイオード24、25を用いてトランジスタ11のベース電圧を制限する。これにより、集積回路1の電源端子7へ過電圧が印加されることの保護と誤差増幅器6の出力端子8へ過電圧が印加されることの保護を行なっている。
本発明の第5の実施形態においても、第4の実施形態と同様な効果を得ることができる他、第4の実施形態におけるツェナーダイオード21をダイオード24、25に置き換えることができ、部品コストを低減することができる。
次に、本発明の第6の実施形態である集積回路用電源保護回路を図6を参照して説明する。
この第6の実施形態における集積回路用電源保護回路の基本構成は、第3の実施形態の集積回路の電源回路と同じであるが、その他に、トランジスタ26、抵抗27、28、ツェナーダイオード29を有する外部センサ電圧供給手段を追加している。
つまり、バッテリ端子15は、トランジスタ26のコレクタ、エミッタを介してセンサ16に接続されている。また、トランジスタ26のコレクタは、抵抗28、ツェナーダイオード29を介してグランドに接続されている。そして、抵抗28とツェナーダイオード29との接続点は、トランジスタ26のベースに接続されるとともに、抵抗27を介して、センサ信号処理回路30に接続されている。
上記構成により、センサ信号処理回路30からセンサ16にバッテリ15から電圧を印加することができる。このセンサ16に印加する電圧は、集積回路1の耐圧以上の電圧とすることができる。
つまり、エアフローセンサのように高い電圧と大きな電流が必要なセンサに対して、センサ信号処理回路30の制御によりトランジスタ26を介してセンサ16にバッテリー端子15から直接電圧を供給することができる。
また、センサ信号処理回路30からトランジスタ26のベースに出力し、制御するための電圧出力端子(集積回路1の出力端子)は、先に説明した誤差増幅器6の出力端子8と同様に、抵抗27とツェナーダイオード29とで、過電圧、逆接電圧から保護されている。
この第6の実施形態においても、第3の実施形態と同様な効果を得ることができる他、上述したように、センサ信号処理回路30の制御によりトランジスタ26を介してセンサ16にバッテリー端子15から直接電圧を供給することができる。
この第6の実施形態は、基準電圧源5を集積回路1の内部に配置する例において、センサ信号処理回路30の制御によりトランジスタ26を介してセンサ16にバッテリー端子15から直接電圧を供給することができる例であるが、図4、図5に示した例のように、基準電圧源5を集積回路1の外部に配置する例においても適用することが可能である。
本発明の第1の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。 本発明の第2の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。 本発明の第3の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。 本発明の第4の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。 本発明の第5の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。 本発明の第6の実施形態である集積回路用電源保護回路の構成図である。
符号の説明
1 集積回路
2 誤差増幅回路(誤差増幅部)
3、4 抵抗
5 基準電圧源
6 誤差増幅器
7 電源端子
8 出力端子
9 ツェナーダイオード
10 コンデンサ
11、26 トランジスタ
12、13、14 抵抗
15 バッテリー端子
16 センサ
17 センサ信号処理回路
18 出力端子
19 グランド端子
20、21、23 ツェナーダイオード
22、27、28 抵抗
24、25 ダイオード、
29 ツェナーダイオード
30 センサ信号処理回路

Claims (3)

  1. 外部から供給される電源電圧よりも低い耐圧を持つ集積回路へ電源を供給する集積回路用電源保護回路において、
    上記集積回路内に集積化されて配置され、上記集積回路の電源端子に印加される電圧を分割する電圧分割手段と、上記集積回路の電源端子から電源供給され、上記電圧分割手段の出力と基準電圧との差分を増幅する誤差増幅器とを有する誤差増幅回路と、
    上記集積回路外に配置され、上記誤差増幅器の出力に応じてベース電圧が制御され、外部電源からの電圧を調整して上記集積回路の電源電圧を供給するNPN型の電圧制御用トランジスタと、
    上記NPN型の電圧制御用トランジスタのコレクタとベースとの間に接続される起動用抵抗と、
    上記誤差増幅器の出力端子に印加される電圧を上記集積回路の耐圧以下に制限する出力端子保護電圧制限手段と、
    を備えることを特徴とする集積回路用電源保護回路。
  2. 請求項1記載の集積回路用電源保護回路において、
    上記出力端子保護電圧制限手段は、複数の抵抗素子であることを特徴とする集積回路用電源保護回路。
  3. 請求項1記載の集積回路用電源保護回路において、
    上記出力端子保護電圧制限手段は、ツェナーダイオードであることを特徴とする集積回路用電源保護回路。
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