JP5225785B2 - 過電流保護回路及びこれを用いた電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、過電流を検出して保護信号を生成する過電流保護回路、及び、これを用いた電源装置に関するものである。
図4は、過電流保護回路の一従来例を示す回路図である。図4に示すように、従来の過電流保護回路は、出力電圧Voutの出力端から負荷に流れる出力電流Ioutの供給ラインに挿入されたセンス抵抗Rsと、センス抵抗Rsの一端(高電位端)と接地端の間に直列接続されて互いの接続ノードから電圧信号VXが引き出される抵抗RA及びRBと、センス抵抗Rsの他端(低電位端)と接地端の間に直列接続されて互いの接続ノードから電圧信号VYが引き出される抵抗RC及びRDと、電圧信号VXと電圧信号VYを比較して過電流保護信号Socpを生成するコンパレータCMPと、を有して成る。
上記従来の過電流保護回路において、過電流保護値Iocpは、下記(1)式によって算出することができる。
Figure 0005225785
なお、上記(1)式において、パラメータVout、パラメータRs、並びに、パラメータRA〜RDは、それぞれ、出力電圧Voutの電圧値、センス抵抗Rsの抵抗値、並びに、抵抗RA〜RDの抵抗値を示している。
なお、上記に関連する従来技術の一例として、特許文献1を挙げることができる。
特開平7−287035号公報
確かに、上記従来の過電流保護回路であれば、出力電流Ioutの過電流を検出して過電流保護信号Socpを生成することが可能である。
しかしながら、上記従来の過電流保護回路では、抵抗RA〜RDの抵抗比を利用して過電流保護値Iocpが設定されており、上記(1)式で示したように、過電流保護値Iocpが出力電圧Voutの電圧値に依存して大きく変動する形となっていた。そのため、上記従来の過電流保護回路では、(1)過電流保護値Iocpを一定に保つために出力電圧Voutの電圧値に応じて抵抗RA〜RDの抵抗比を変更する必要がある、(2)出力電圧Voutの変動や抵抗RA〜RDの抵抗比精度の影響を受けやすいので、過電流保護値Iocpの微調整が困難であり、また、過電流保護値Iocpを高精度に設定することが困難である、という問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑み、出力電圧の電圧値に依ることなく、過電流保護値を任意かつ高精度に調整することが可能な過電流保護回路、及び、これを用いた電源装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明に係る過電流保護回路は、監視対象となる電流ラインに挿入されたセンス抵抗と;一端が前記センス抵抗の一端に接続された第1抵抗と;基準電圧に応じて基準電流を生成し、第1抵抗を介して前記基準電流を引き込む定電流回路と;第1抵抗の他端電圧と前記センス抵抗の他端電圧とを比較して過電流保護信号を生成するコンパレータと;入力されるデジタルデータをアナログ変換することで前記基準電圧を生成するデジタル/アナログ変換回路と;を有して成る構成(第1の構成)とされている。
なお、上記第1の構成から成る過電流保護回路において、前記定電流回路は、第1抵抗の他端と接地端との間に接続された第2抵抗と、第2抵抗の一端に前記基準電圧を印加するバイアス回路と、を有して成る構成(第2の構成)にするとよい。
また、上記第2の構成から成る過電流保護回路にて、前記バイアス回路は、第1抵抗と第2抵抗との間に接続されたトランジスタと、前記基準電圧と第2抵抗の一端電圧が一致するように前記トランジスタの導通度を制御するオペアンプと、を有して成る構成(第3の構成)にするとよい。
また、上記第2の構成から成る過電流保護回路において、前記バイアス回路は、第1抵抗と第2抵抗との間に接続された第1トランジスタと、第1トランジスタの制御端と接地端との間に接続され、自身の制御端に前記基準電圧が印加される第2トランジスタと、を有して成る構成(第4の構成)にするとよい。
また、本発明に係る電源装置は、入力電圧から所望の出力電圧を生成する電源部と、前記電源部から負荷に流れる出力電流を監視して過電流保護信号を生成する上記第1〜第4いずれかの構成から成る過電流保護回路と、前記過電流保護回路の過電流保護値に関する制御情報を前記デジタルデータとして揮発的に格納するレジスタ部と、を集積化して成る構成(第5の構成)とされている。
また、上記第5の構成から成る電源装置は、デジタルデータを不揮発的に格納するメモリ部と、前記電源装置が起動されたときに前記メモリ部に格納されたデジタルデータを自動的に読み出して前記レジスタ部に出力するオートリード機能部と、を集積化して成る構成(第6の構成)にするとよい。
また、上記第5又は第6の構成から成る電源装置は、前記電源装置外部から入力されるデジタルデータを前記レジスタ部に出力するインタフェイス部を集積化して成る構成(第7の構成)にするとよい。
本発明に係る過電流保護回路、及び、これを用いた電源装置であれば、出力電圧の電圧値に依ることなく、過電流保護値を任意かつ高精度に調整することが可能となる。
図1は、本発明に係るシステム電源ICの一実施形態を示すブロック図である。図1に示したように、本実施形態のシステム電源IC10は、複数の電源部(第1電源部1−1〜第n電源部1−n)と、保護回路部2と、シーケンス制御部3と、レジスタ部4と、パワーオンリセット部5と、シリアルインタフェイス部6(以下、シリアルI/F部6と呼ぶ)と、メモリ部7と、を有して成り、負荷である液晶パネル20に対して、n系統の出力電圧V1〜Vnを供給する半導体装置である。
第1電源部1−1〜第n電源部1−nは、それぞれ、入力電圧Vinから所望の出力電圧V1〜Vnを生成して液晶パネル20に供給する手段であり、降圧型のLDOレギュレータやシリーズレギュレータ、或いは、降圧型または昇圧型のスイッチングレギュレータなどを用いることができる。なお、出力電圧V1〜Vnは、それぞれ、液晶パネル20のロジック電源、ソースドライバ電源、及び、ゲートドライバ電源などの用途に供される。
保護回路部2は、システム電源IC10の異常を検出して、所定の保護信号を生成する手段であり、過電流保護回路(OCP[Over Current Protection]回路)、過電圧保護回路(OVP[Over Voltage Protection]回路)、低電圧ロックアウト回路(UVLO[Under Voltage Lock-Out]回路)、サーマルシャットダウン回路(TSD[Thermal ShutDown]回路)などを挙げることができる。なお、上記に挙げた各種保護回路のうち、OCP回路やOVP回路については、第1電源部1−1〜第n電源部1−nのそれぞれに設けることが望ましい。
シーケンス制御部3は、第1電源部1−1〜第n電源部1−nの立上げ順序や立下げ順序に関するシーケンス制御を行うほか、保護回路部2から入力される保護信号に基づいて第1電源部1−1〜第n電源部1−nの異常保護制御(シャットダウン制御など)を行う手段である。上記のシーケンス制御の一例としては、例えば、液晶パネル20のロジック電源を立ち上げてから、ソースドライバ電源を立ち上げ、その後、ゲートドライバ電源を立ち上げる、といった立上げ順序を設定することが考えられる。
レジスタ4は、シリアルI/F部6から入力されるデジタルデータを揮発的に格納し、これを第1電源部1−1〜第n電源部1−n、保護回路部2、及び、シーケンス制御部3に対して、それぞれ出力する揮発性の一時記憶手段である。
パワーオンリセット部5は、システム電源IC10が起動されたときに、パワーオンリセット信号を生成し、システム電源IC10の各部(図1の例ではシリアルI/F部6)を初期状態にリセットする手段である。
シリアルI/F部6は、メモリ部7から読み出されるデジタルデータや、IC外部から入力されるデジタルデータをレジスタ部4に出力する手段である。なお、シリアルI/F部6は、IC外部との信号伝送経路(バス)として、3線シリアルバスやICバスなどを有して成る。また、シリアルI/F部6は、メモリ部7に対するデジタルデータのリード/ライト機能も備えており、特に、パワーオンリセット信号を受けて初期状態にリセットされたときに、システム電源IC10が起動されたことを認識して、メモリ部7に格納されたデジタルデータを自動的に読み出す機能(オートリード機能)を備えている。
メモリ部7は、第1電源部1−1〜第n電源部の出力設定、保護回路部2の保護値、及び、シーケンス制御部3のシーケンス制御に関する制御情報をデジタルデータとして不揮発的に格納する手段であり、フラッシュメモリやEEPROM[Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory]などを有して成る。なお、メモリ部7に格納されるデジタルデータは、システム電源IC10の出荷前にメーカ側で予め書き込んでおいてもよいし、シリアルI/F部6を介してユーザ側で任意に書き込んでも構わない。
次に、上記構成から成るシステム電源IC10の起動動作について、詳細に説明する。システム電源IC10に対して電源が投入されると、パワーオンリセット部5は、システム電源IC10の起動を検出して、パワーオンリセット信号を生成し、システム電源IC10の各部を初期状態にリセットする。このとき、シリアルI/F部6は、メモリ部7に格納されているデジタルデータを自動的に読み出して、レジスタ部4に出力する。レジスタ部4は、シリアルI/F部6から入力されるデジタルデータを揮発的に格納し、これを第1電源部1−1〜第n電源部1−n、保護回路部2、及び、シーケンス制御部3に対して、それぞれ出力する。
第1電源部1−1〜第n電源部1−nは、それぞれ、レジスタ部4から入力されるデジタルデータに基づいて、出力電圧V1〜Vnの電圧値を設定する。このような構成とすることにより、従来外付けされていた抵抗素子をシステム電源IC10の内部に取り込むことができるので、(1)出力電圧V1〜Vnの微調整が容易となる、(2)システム電源IC10に外付けされる部品点数が少なくなる、(3)システム電源IC10に内蔵される抵抗素子は、従来外付けされていた抵抗素子に比べて相対精度が高い、といった効果を享受することが可能となる。
保護回路部2は、レジスタ部4から入力されるデジタルデータに基づいて、システム電源IC10の異常検出時に用いる保護値(OCP回路の過電流検出閾値、OVP回路の過電圧検出閾値、UVLO回路の低電圧検出閾値、及び、TSD回路の上限温度閾値など)を設定する。このような構成とすることにより、第1電源部1−1〜第n電源部1−nの出力設定だけでなく、保護回路部2の保護値についても、外付け部品を要することなく、高精度に微調整を行うことが可能となる。
シーケンス制御部3は、レジスタ部4から入力されるデジタルデータに基づいて、第1電源部1−1〜第n電源部1−nの立上げ順序や立下げ順序を設定する。このような構成とすることにより、第1電源部1−1〜第n電源部1−nの出力設定だけでなく、その立上げ順序や立下げ順序についても、外付け部品を要することなく、任意に調整することが可能となる。
このように、本実施形態のシステム電源IC10であれば、メモリ部7に格納されるデジタルデータを任意に書き換えるだけで、システム電源IC10の設定変更を容易に実現することができるので、外付け部品の付け替え作業を行う必要がなくなり、延いては、システム電源IC10が搭載される基板の共通化を実現することが可能となる。
なお、メモリ部7に格納されるデジタルデータの書き換えについては、データ書込ソフトウェアを適宜変更するだけで足りるため、極めて容易に実現することができる。
また、本実施形態のシステム電源IC10であれば、基板への実装後に、出力電圧V1〜Vnの設定値を任意に変更することができるので、モジュールとしての減電圧テストや過電圧テストを容易に実施することが可能となる。
また、本実施形態のシステム電源IC10は、シリアルI/F部6の機能として、システム電源IC10が起動されたときに、メモリ部7に格納されたデジタルデータを自動的に読み出してレジスタ部4に出力するオートリード機能を備えているので、IC外部からの制御を要することなく、システム電源IC10単独で、上記各種の設定動作を自己完結することが可能となる。
また、本実施形態のシステム電源IC10は、IC外部から入力されるデジタルデータをレジスタ部4に出力するシリアルI/F部6を有しているので、システム電源IC10の起動時だけでなく、その動作中においても、システム電源IC10の設定変更を任意に行うことが可能である。その際には、IC外部から入力されるデジタルデータを直接的にレジスタ部4へ書き込んでも構わないし、或いは、IC外部から入力されるデジタルデータを一旦メモリ部7に書き込んだ後、メモリ部7に格納されたデジタルデータを読み出してレジスタ部4へ書き込んでも構わない。
なお、図1では、メモリ部7をシステム電源IC10の内部に組み込んだ構成を例示したが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、メモリ部7をIC外部に設けても構わない。また、システム電源IC10における各種の設定動作をIC単独で自己完結させる必要がない場合には、メモリ部7を除いて、IC外部からシリアルI/F部6を介して逐一デジタルデータを受け取る構成としてもよい。逆に、システム電源IC10における各種の設定動作をIC外部から制御する必要がない場合には、シリアルI/F部6を除いて、メモリ部7のみからデジタルデータを読み出す構成としてもよい。
図2は、保護回路部2に含まれるOCP回路の一構成例を示す回路図である。図2に示す通り、本構成例のOCP回路は、センス抵抗Rsと、抵抗R1と、コンパレータCMPと、デジタル/アナログ変換回路A1と、定電流回路A2と、を有して成る。
センス抵抗Rsは、出力電圧Voutの出力端(図1で示す電圧V1〜Vnの出力端)から負荷である液晶パネル20に流れる出力電流Ioutの供給ライン(すなわち、OCP回路の監視対象となる電流ライン)に挿入された抵抗素子である。
抵抗R1は、一端がセンス抵抗Rsの一端(高電位端)に接続された抵抗素子である。
デジタル/アナログ変換回路A1は、レジスタ部4から読み出されたデジタルデータDDをアナログ変換することで、基準電圧DACOUTを生成する手段である。なお、デジタル/アナログ変換回路A1に供給される駆動電圧としては、例えば、周囲温度などの影響を受けにくく、ばらつきの少ないバンドギャップ電圧を好適に用いることができる。
定電流回路A2は、基準電圧DACOUTに応じて基準電流Iを生成し、抵抗R1を介して基準電流Iを引き込む手段であって、npn型バイポーラトランジスタQ1と、抵抗R2と、キャパシタC1と、オペアンプAMPと、を有して成る。トランジスタQ1のコレクタは、抵抗R1の他端に接続されている。トランジスタQ1のエミッタは、抵抗R2を介して接地端に接続されている。オペアンプAMPの非反転入力端(+)は、基準電圧DACOUTの印加端(デジタル/アナログ変換回路A1の出力端)に接続されている。オペアンプAMPの反転入力端(−)はトランジスタQ1のエミッタに接続されている。オペアンプAMPの出力端は、トランジスタQ1のベースに接続されている。キャパシタC1は、トランジスタQ1のエミッタと接地端との間に接続されている。なお、上記構成から成る定電流回路A2において、オペアンプAMPは、基準電圧DACOUTと抵抗R2の一端電圧が一致するようにトランジスタQ1の導通度を制御する。すなわち、トランジスタQ1とオペアンプAMPは、抵抗R2の一端に基準電圧DACOUTを印加するバイアス回路として機能するものであり、基準電流Iの電流値は、基準電圧DACOUTの電圧値を抵抗R2の抵抗値で除した値(=DACOUT/R2)となる。
コンパレータCMPは、抵抗R1の他端から非反転入力端(+)に印加される電圧信号Vx(=Vout−I×R1=Vout−(R1/R2)×DACOUT)と、センス抵抗Rsの他端(低電位端)から反転入力端(−)に印加される電圧信号Vy(=Vout−Iout×Rs)と、を比較して過電流保護信号Socpを生成する手段である。すなわち、過電流保護信号Socpは、電圧信号Vyの電圧レベルが電圧信号Vxの電圧レベルよりも高いときにローレベル(正常状態)となり、逆に、電圧信号Vyの電圧レベルが電圧信号Vxの電圧レベルよりも低いときにハイレベル(異常状態)となる。
上記構成から成るOCP回路において、過電流保護値Iocpは、下記(2)式によって算出することができる。
Figure 0005225785
なお、上記(2)式において、パラメータDACOUT、パラメータRs、並びに、パラメータR1及びR2は、それぞれ、基準電圧DACOUTの電圧値、センス抵抗Rsの抵抗値、並びに、抵抗R1及びR2の抵抗値を示している。
上記したように、本構成例のOCP回路では、抵抗R1に基準電流Iを流すことで過電流保護値Iocpが設定されており、上記(2)式で示したように、過電流保護値Iocpが出力電圧Voutの電圧値に何ら依存しない形となっている。
また、本構成例のOCP回路では、レジスタ部4から入力されるデジタルデータDDに応じて基準電圧DACOUTを可変制御することができるので、基準電流Iの電流値、延いては、過電流保護値Iocpをフレキシブルに調整することが可能である。
従って、本構成例のOCP回路であれば、(1)過電流保護値Iocpを一定に保つために出力電圧Voutの電圧値に応じて抵抗R1、R2の抵抗比を変更する必要がない、(2)出力電圧Voutの変動や抵抗R1、R2の抵抗比精度の影響を受けにくいので、過電流保護値Iocpの微調整が容易であり、また、過電流保護値Iocpを高精度に設定することができる、といった効果を享受することが可能となる。
図3は、定電流回路A2の一変形例を示す回路図である。図3に示すように、本変形例の定電流回路A2は、図2に示したオペアンプAMPに代えて、pnp型バイポーラトランジスタQ2と、抵抗R3と、を有して成る。トランジスタQ2のエミッタは、抵抗R3を介して電源端に接続される一方、トランジスタQ1のベースにも接続されている。トランジスタQ2のコレクタは、接地端に接続されている。トランジスタQ2のベースは、基準電圧DACOUTの印加端に接続されている。
上記構成から成る定電流回路A2において、トランジスタQ1のベース電圧は、基準電圧DACOUTからトランジスタQ2のベース・エミッタ間における降下電圧Vf2分だけ引き上げられた電圧レベルとなり、また、トランジスタQ1のエミッタ電圧は、トランジスタQ1のベース電圧からトランジスタQ1のベース・エミッタ間における降下電圧Vf1だけ引き下げられた電圧レベルとなる。従って、上記の降下電圧Vf1、Vf2が互いに等しければ、抵抗R2の一端には、基準電圧DACOUTが印加される形となる。
すなわち、本変形例の定電流回路A2において、抵抗R2の一端に基準電圧DACOUTを印加するバイアス回路は、抵抗R1と抵抗R2との間に接続されたトランジスタQ1と、トランジスタQ1のベースと接地端との間に接続され、自身のベースに基準電圧DACOUTが印加されるトランジスタQ2と、を有して成る構成とされている。このような構成とすることにより、図2の構成例に比べて、より簡易に定電流回路A2を形成することが可能となる。
なお、上記の実施形態では、液晶パネルに対して複数の電源電圧を供給するシステム電源ICに本発明を適用した構成を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、その他の電源装置にも広く適用することが可能である。
また、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
本発明は、過電流を検出して保護信号を生成する過電流保護回路全般に利用可能な技術であり、例えば、液晶パネルに対して複数の電源電圧を供給するシステム電源ICの安全性向上を実現する上で好適な技術である。
は、本発明に係るシステム電源ICの一実施形態を示すブロック図である。 は、OCP回路の一構成例を示す回路図である。 は、定電流回路A2の一変形例を示す回路図である。 は、過電流保護回路の一従来例を示す回路図である。
符号の説明
10 システム電源IC
20 液晶パネル
1−1〜1−n 第1電源部〜第n電源部
2 保護回路部
3 シーケンス制御部
4 レジスタ部
5 パワーオンリセット部
6 シリアルインタフェイス部(シリアルI/F部)
7 メモリ部
A1 デジタル/アナログ変換回路(DAC)
A2 定電流回路
Rs センス抵抗
R1、R2、R3 抵抗
Q1 npn型バイポーラトランジスタ
Q2 pnp型バイポーラトランジスタ
C1 キャパシタ
AMP オペアンプ
CMP コンパレータ

Claims (6)

  1. 監視対象となる電流ラインに挿入されたセンス抵抗と;
    一端が前記センス抵抗の一端に接続された第1抵抗と;
    基準電圧に応じて基準電流を生成し、第1抵抗を介して前記基準電流を引き込む定電流回路と;
    第1抵抗の他端電圧と前記センス抵抗の他端電圧とを比較して過電流保護信号を生成するコンパレータと;
    入力されるデジタルデータをアナログ変換することで前記基準電圧を生成するデジタル/アナログ変換回路と;
    を有して成る過電流保護回路であって、
    前記定電流回路は、
    第1抵抗の他端と接地端との間に接続された第2抵抗と、
    第2抵抗の一端に前記基準電圧を印加するバイアス回路と、
    第1抵抗の他端と接地端との間に接続されたキャパシタと、
    を有して成ることを特徴とする過電流保護回路。
  2. 前記バイアス回路は、
    第1抵抗と第2抵抗との間に接続されたトランジスタと、
    前記基準電圧と第2抵抗の一端電圧が一致するように前記トランジスタの導通度を制御するオペアンプと、
    を有して成ることを特徴とする請求項に記載の過電流保護回路。
  3. 前記バイアス回路は、
    第1抵抗と第2抵抗との間に接続された第1トランジスタと、
    第1トランジスタの制御端と接地端との間に接続され、自身の制御端に前記基準電圧が印加される第2トランジスタと、
    を有して成ることを特徴とする請求項に記載の過電流保護回路。
  4. 入力電圧から所望の出力電圧を生成する電源部と、
    前記電源部から負荷に流れる出力電流を監視して過電流保護信号を生成する請求項1〜請求項のいずれかに記載の過電流保護回路と、
    前記過電流保護回路の過電流保護値に関する制御情報を前記デジタルデータとして揮発的に格納するレジスタ部と、
    を集積化して成ることを特徴とする電源装置。
  5. デジタルデータを不揮発的に格納するメモリ部と、
    前記電源装置が起動されたときに前記メモリ部に格納されたデジタルデータを自動的に読み出して前記レジスタ部に出力するオートリード機能部と、
    を集積化して成ることを特徴とする請求項に記載の電源装置。
  6. 前記電源装置外部から入力されるデジタルデータを前記レジスタ部に出力するインタフェイス部を集積化して成ることを特徴とする請求項または請求項に記載の電源装置。
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