JP5782740B2 - スイッチング電源の制御用半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信、特にシリアル通信により必要なデータを読み込む集積回路に関する。

近年、デジタル技術の発達により、マイコンなどからなる中央制御回路（以下、単にマイコンと記す。）からの指令を受けて自己のパラメータを設定するＩＣ（半導体集積回路。以下、単に集積回路とも記す。）が増えている。その一例として、複数の電源を総合的に供給するパワーマネージメントシステムがある。パワーマネージメントシステムは、図４に示すように、マイコン１００および電源制御ＩＣ２１０，２２０，２３０，・・・を有していている。電源制御ＩＣ２１０，２２０，２３０，・・・は上記複数の電源（以下、個々の電源をチャネルとも記す。）のそれぞれに属していて、各電源制御ＩＣはマイコンからの指令に基づき、出力電圧やその立ち上げタイミングを決定するなど、それぞれのチャネルを制御する（例えば、特許文献１〜３を参照。）。マイコンから電源制御ＩＣへの通信は、少ない信号線で構成できるシリアル通信により行われることが多い。図４はマイコンのクロック端子ＣＫから出力されるクロック信号でタイミングを決めながら、データ端子ＤＡから出力されるシリアルデータを電源制御ＩＣ２１０，２２０，２３０，・・・に伝達するシステムを示している。

図５に、従来のパワーマネージメントシステムに用いられる電源制御ＩＣの構成例を示す。この電源制御ＩＣ２００はクロック端子ＣＫと、データ入力端子ＤＡと、アドレス端子Ａ０，Ａ１と、外部のスイッチング素子Ｍ１，Ｍ２を駆動する信号を出力する出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と、出力電圧をフィードバックするためのＦＢ端子と、シリアル通信を行うためのシリアルインターフェース回路２０１と、通信結果に基づき各種パラメータを決める設定値が格納されるレジスタ２０２と、レジスタ２０２に格納された（書き込まれた）設定値に応じてチャネルの制御を行う制御回路２０３を有している。アドレス端子Ａ０，Ａ１は同様の電源制御ＩＣを複数個マイコンからのシリアルデータバスに共通接続してマイコンとの通信を行う際に、個々の電源制御ＩＣを識別するための端子である。また、シリアルインターフェース回路２０１はシリアル・パラレル変換機能を有し、上記パラメータの生成やレジスタ２０２への書き込みなどを制御する回路である。

電源制御ＩＣ２００の外部には、ＯＵＴ１端子，ＯＵＴ２端子から出力される信号をそれぞれゲートに受けるＮチャネルＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２からなるスイッチング素子、スイッチング素子Ｍ１，Ｍ２の接続点に接続されるインダクタＬとコンデンサＣｏからなる平滑フィルタが接続されて、スイッチング電源回路を構成している。スイッチング素子Ｍ１，Ｍ２は電源制御ＩＣ２００からの信号に制御されて交互にオンオフし、スイッチング素子Ｍ１，Ｍ２の接続点の電位は平滑フィルタで平滑化されて出力電圧Ｖｏとなる。この出力電圧Ｖｏは電源制御ＩＣ２００にフィードバックされ、電源制御ＩＣ２００はこのフィードバック信号を基に、出力電圧Ｖｏが所定の値になるようイッチング素子Ｍ１，Ｍ２のオンオフを制御する。

ここでは、電源制御ＩＣ２００をシリアル通信により電源の起動／停止，スイッチング周波数および出力電圧を設定するものを例として示すが、本従来例および後述の発明の実施の形態においてもこれに限定されるものではない。電源制御ＩＣ２００には図示しないパワーオンリセット回路もしくはリセット端子が設けられていて、電源制御ＩＣ２００の立ち上がり時に電源制御ＩＣ２００のリセットが行われる。リセット解除直後における電源制御ＩＣ２００のレジスタ２０２は、電源を停止するとともにスイッチング周波数および出力電圧を初期設定とする初期状態となっている。その後、マイコンがアドレス端子Ａ０，Ａ１へのアドレス入力により電源制御ＩＣ２００を指定し、クロック端子ＣＫへのクロック信号に同期してデータ入力端子ＤＡへデータを送信することにより、所望の出力電圧およびスイッチング周波数を指示する設定値（パラメータ）をレジスタ２０２に書き込んでから電源の起動を指示すれば、所望の出力電圧およびスイッチング周波数でチャネルを動作させることができる。

特開２００５−３２７２４１号公報 特開２００５−３２８４０５号公報 特開２００６−６７５５９号公報

マイコンを用いているシステムでは、シリアル通信によるデータ転送は容易である。しかし、マイコンによる集中制御を行わないシステムでシリアル通信を実現するのは容易でない。マイコンを用いるシステムと用いないシステムで同じ電源制御ＩＣを用い、マイコン用いないシステムで各チャネルの設定のためにシリアル通信回路を設けるというのは現実的ではない。

一方、一つのＩＣで様々なアプリケーションに対応可能であれば、使用部品種類の削減という大きなメリットとなる。従来の電源制御ＩＣに対し、シリアル通信による設定とは別に電源の起動／停止，スイッチング周波数および出力電圧を設定できる機能を単純に追加すると、そのための専用の端子を設ける必要が生じ、コストや実装面積の増加に繋がってしまうという問題がある。

本発明は、従来技術に関する以上の課題を解決し、端子の増加をもたらすことなく、自己のパラメータをシリアル通信に依っても設定でき、依らずにも設定できる機能を有する集積回路を提供することを目的とする。

そこで、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、外部からのデータを入力するためのデータ入力端子と、前記データの入力タイミングをコントロールするクロック信号を入力するためのクロック端子と、一つまたは複数のアドレス端子と、前記データ入力端子に入力される信号を内部回路への信号に変換する変換回路と、前記クロック信号が入力されたことを検出するクロック検出回路と、を有し、前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまでは、前記変換回路の出力の一部または全部のデータを、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に入力されているデータに切り替えて処理する集積回路であることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記変換回路の出力の一部または全部と、前記データ入力端子および前記アドレス端子に入力されているデータの一部または全部とを、前記クロック検出回路の出力により切り替える切り替え回路を有することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記変換回路の出力の一部が前記集積回路の動作に関するパラメータを設定する信号であり、前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまでは、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に入力されているデータにより前記パラメータを設定することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまで設定される前記パラメータは、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に接続されている抵抗もしくはコンデンサの抵抗値もしくは容量値に基づいて設定されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に係る発明において、前記データはシリアルデータであり、前記変換回路はシリアル・パラレル変換機能を有することを特徴とする。

この発明の集積回路は、外部からのデータを入力するためのデータ入力端子と、前記データの入力タイミングをコントロールするクロック信号を入力するためのクロック端子と、一つまたは複数のアドレス端子と、前記データ入力端子に入力される信号を内部回路への信号に変換する変換回路と、前記クロック信号が入力されたことを検出するクロック検出回路と、を有し、前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまでは、前記変換回路の出力の一部または全部のデータを、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子状態に基づくデータに切り替えて処理することにより、マイコンからのデータ通信がなくても既存の端子によりパラメータを設定することができる。

本発明に係る集積回路および当該集積回路を用いたスイッチング電源回路の構成例を示す図である。 本発明に係る別の集積回路および当該集積回路を用いたスイッチング電源回路の構成例を示す図である。 設定選択回路の構成例を示す図である。 パワーマネージメントシステムの構成を説明するための図である。 パワーマネージメントシステムに用いられる従来の電源制御ＩＣの構成例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明に係る集積回路１０および集積回路１０を用いたスイッチング電源回路の構成例を示す。図５と同じ部位には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。
この電源制御ＩＣ１０はクロック端子ＣＫと、外部からシリアルデータが入力されるデータ入力端子ＤＡと、アドレス端子Ａ０，Ａ１と、外部のスイッチング素子Ｍ１，Ｍ２を駆動する信号を出力する出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と、出力電圧ＶｏをフィードバックするためのＦＢ端子と、シリアル通信を行うためのシリアルインターフェース回路（変換回路）１１と、集積回路１０のパラメータを決める各種設定値が格納されるレジスタ１２と、レジスタ１２に格納された設定値に応じてチャネルの制御を行う制御回路１３と、クロック端子ＣＫにクロック信号が入力されたことを検出するクロック検出回路１４と、クロック検出回路の出力に従いシリアルインターフェース回路１１の出力の一部またはデータ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１からの信号をレジスタ１２に入力する切り替え回路１５と、を有している。シリアルインターフェース回路１１はシリアル・パラレル変換機能を有し、上記パラメータの生成やレジスタ１２への書き込みなどを制御する回路である。また、電源制御ＩＣ１０には図示しないパワーオンリセット回路もしくはリセット端子が設けられていて、電源制御ＩＣ１０の立ち上がり時に電源制御ＩＣ１０のリセットが行われる。

切り替え回路１５は、リセット時にはデータ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１からの信号を選択してレジスタ１２に入力する。切り替え回路１５からの信号が入力されないレジスタ１２の残りの部分には、所定の初期値が設定される。その後、クロック端子とデータ入力端子ＤＡにそれぞれ所定のデータが入力されると、レジスタ１２の内容が書き換えられる。すなわち、レジスタ１２に書き込むための必要十分なデータがシリアルインターフェース回路１１に入力されると、クロック検出回路１４は切り替え回路１５にシリアルインターフェース回路１１の出力を選択してレジスタ１２に入力するよう指示する。クロック検出回路１４は入力されるクロック信号のパルス数をカウントすることにより必要十分なデータがシリアルインターフェース回路１１に入力されたことを判断する。そして、レジスタ１２はシリアルインターフェース回路１１の出力信号（の一部）および切り替え回路１５の出力信号を読み込む。なお、必要十分なデータがシリアルインターフェース回路１１に入力されるまで、すなわちクロック検出回路１４が所定のパルス数をカウントし終わるまで、レジスタ１２の内容はリセット時に設定された状態を保つ。

電源制御ＩＣ１０が、図４のものと同様にマイコンに接続されてパワーマネージメントシステムを構成する場合は、最初のリセットで初期設定が行われ、その後のシリアル通信で集積回路のパラメータを変更することができる。電源制御ＩＣ１０がシリアル通信を行わない（行えない）場合は、データ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１を通信用の端子ではなく、パラメータ設定用の端子として扱えばよい。例えば、データ入力端子ＤＡを起動／停止を指示する信号を入力する端子、アドレス端子Ａ０をスイッチング周波数を設定する（２つのスイッチング周波数のいずれかを選択する）端子、アドレス端子Ａ１を出力電圧を設定する（２つの出力電圧のいずれかを選択する）端子とすることができる。

上述のように、電源制御ＩＣ１０は、データ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１に、データ通信とパラメータ設定の２つの機能を持たせることにより、端子数を増やすことなく、マイコンからの通信によるパラメータ設定とマイコンからの通信によらないパラメータ設定とを両立させることができる。

図２に、本発明に係る別の集積回路２０および集積回路２０を用いたスイッチング電源回路の構成例を示す。図１と同じ部位には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。
図２の電源制御ＩＣ２０は図１の電源制御ＩＣ１０に対し、レジスタ１２の替わりに設定選択回路１６を設け、設定選択回路１６とシリアルインターフェース回路１１の間にレジスタ１７を設け、クロック検出回路１４の出力を設定選択回路１６に入力するようにした点が異なっている。また、シリアル通信を行わない場合は、アドレス端子Ａ０，Ａ１に抵抗Ｒ０，Ｒ１がそれぞれ外付けされる。図２はシリアル通信を行わない場合について説明するため、アドレス端子Ａ０，Ａ１に抵抗Ｒ０，Ｒ１がそれぞれ外付けされている図となっている。

電源制御ＩＣ２０には図示しないパワーオンリセット回路もしくはリセット端子が設けられていて、電源制御ＩＣ２０の立ち上がり時に電源制御ＩＣ２０のリセットが行われる。

設定選択回路１６は、リセット時にデータ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１からの信号に基づき回路の動作パラメータを設定する。データ入力端子ＤＡを起動／停止を指示する信号を入力する端子、アドレス端子Ａ０をスイッチング周波数を設定する（２つのスイッチング周波数のいずれかを選択する）端子、アドレス端子Ａ１を出力電圧を設定する（２つの出力電圧のいずれかを選択する）端子とすると、設定選択回路１６は抵抗Ｒ０の抵抗値に基づきスイッチング周波数を決定し、抵抗Ｒ１の抵抗値に基づき出力電圧を決定する。レジスタ１７はリセット時に所定の値に初期設定され、設定選択回路１６はレジスタの初期設定データに基づき残りの動作パラメータを設定する。

シリアル通信が行われる場合は、上述の電源制御ＩＣ１０の場合と同様に、レジスタ１７に書き込むための必要十分なデータがシリアルインターフェース回路１１に入力されると、シリアルインターフェース回路１１からレジスタ１７にデータが書き込まれ、クロック検出回路１４が設定選択回路１６に、データ入力端子ＤＡおよびアドレス端子Ａ０，Ａ１により初期設定された動作パラメータを無効にしてレジスタ１７の出力に基づき再設定するよう指示する。

電源制御ＩＣ２０においては、初期設定の際にスイッチング周波数と出力電圧が抵抗Ｒ０，Ｒ１に基づき決定されるので、２段階ではなく、多様な設定が可能となる。
図３に設定選択回路１６の構成例を示す。図３において、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２はカレントミラー回路を構成している。このカレントミラー回路の入力端子となるＰチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ１のドレインにはＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインが接続されている。また、カレントミラー回路の出力端子となるＰチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ２のドレインは、機能回路２１に接続されている。ＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートとドレインは演算増幅回路ＯＰ１の出力端子と反転入力端子にそれぞれ接続されている。演算増幅回路ＯＰ１の非反転入力端子には定電圧Ｖｒｅfが入力されている。端子２２はアドレス端子Ａ０もしくはＡ１であり、抵抗Ｒｘが接続されている。スイッチＳＷはクロック検出回路１４の出力に従い、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインに抵抗ＲｘもしくはＲｖを接続するよう接続を切り替える。抵抗Ｒｖは可変抵抗であり、レジスタ１７の設定値に従いその抵抗値を切り替える。

クロック検出回路１４は、初期状態では抵抗ＲｘをＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１のドレインに接続させ、その後、所定のクロック信号を検出すると可変抵抗ＲｖをＮチャネルＭＯＳトランジスタＭＮ１に接続させる。そのときの抵抗Ｒｖの抵抗値は、レジスタ１７に書き込まれた値、すなわち外部からのシリアル信号で指示された値となっている。

演算増幅回路ＯＰ１の２つの入力端子は仮想短絡されるから、抵抗ＲｘまたはＲｖには定電圧Ｖｒｅfが印加され、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２からなるカレントミラー回路には抵抗ＲｘまたはＲｖの抵抗値で決まる電流が流れる。機能回路２１は電流制御発振器や電流電圧変換回路などであり、機能回路２１もしくはその出力が入力される別の回路により、スイッチング周波数や出力電圧などのパラメータを設定することができる。この構成により、初期はアドレス端子Ａ０，Ａ１に接続された抵抗に基づきパラメータを設定し、その後シリアル通信を行えばパラメータを再設定することができる。

なお、アドレス端子Ａ０，Ａ１に抵抗を接続する実施例を示してきたが、抵抗ではなくコンデンサを接続するようにして、例えば定電流で当該コンデンサを充電してコンデンサの充電電圧が所定の電圧に達するまでの時間によりパレメータを定めるなど、その容量値を基にパラメータを設定するようにしてもよい。

また、データ入力端子ＤＡを起動／停止を指示する信号ではなく別のパラメータを設定する端子とし、当該パラメータを多様に変更できるようデータ入力端子ＤＡに抵抗またはコンデンサを接続するようにしてもよい。

また、電源制御ＩＣとマイコン間の通信をシリアル通信として説明してきたが、本発明はこれに限定するものではなく、パラレル通信でもよい。
また、アドレス端子はＡ０，Ａ１の２つを例示したが、これに限定するものではない。１つまたは３つ以上であってもよい。アドレス端子が増えるほど、初期設定できるパラメータ数が増えることになる。１つの場合は、例えば出力電圧のように最も変更の可能性が高い機能のパラメータを当該端子で設定するようにすればよい。

また、複数のアドレス端子の全てをパラメータの初期設定に使わなくてもよい。全部の端子を使う必要なければ、アドレス端子の一部のみをパラメータ設定に用いればよい。
また、本発明はシリアル通信を行う集積回路において、端子数を増やさずにシリアル通信によらないでもパラメータを設定することを実現させるものであり、電源制御ＩＣに限定するものではなく、広く集積回路一般に適用できるものである。

１０，２０ 集積回路（電源制御ＩＣ）
１１ シリアルインターフェース回路
１２，１７ レジスタ
１３ 制御回路
１４ クロック検出回路
１５ 切り替え回路
１６ 設定選択回路
２１ 機能回路
２２ 端子
１００ マイコン
Ｃｏ コンデンサ
Ｌ インダクタ
Ｍ１，Ｍ２ スイッチング素子（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）
ＭＰ１，ＭＰ２ ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
ＭＮ１ ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
ＯＰ１ 演算増幅回路
Ｒ０，Ｒ１，Ｒｘ 抵抗
Ｒｖ 可変抵抗

Claims (5)

1. 外部からのデータを入力するためのデータ入力端子と、前記データの入力タイミングをコントロールするクロック信号を入力するためのクロック端子と、一つまたは複数のアドレス端子と、前記データ入力端子に入力される信号を内部回路への信号に変換する変換回路と、前記クロック信号が入力されたことを検出するクロック検出回路と、を有し、
   前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまでは、前記変換回路の出力の一部または全部のデータを、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に入力されているデータに切り替えて処理することを特徴とする集積回路。
2. 前記変換回路の出力の一部または全部と、前記データ入力端子および前記アドレス端子に入力されているデータの一部または全部とを、前記クロック検出回路の出力により切り替える切り替え回路を有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
3. 前記変換回路の出力の一部が前記集積回路の動作に関するパラメータを設定する信号であり、前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまでは、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に入力されているデータにより前記パラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
4. 前記クロック検出回路が前記クロック信号を検出するまで設定される前記パラメータは、前記データ入力端子および前記アドレス端子の一部または全部の端子に接続されている抵抗もしくはコンデンサの抵抗値もしくは容量値に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
5. 前記データはシリアルデータであり、前記変換回路はシリアル・パラレル変換機能を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の集積回路。