JP5944172B2 - 電源回路 - Google Patents
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また、本発明によれば、制御回路は、スイッチングレギュレータが入力電圧を降圧する駆動状態にかかわらず、シリーズレギュレータの駆動を停止させることで、スイッチングレギュレータが故障などの原因で継続的に駆動しない場合に、シリーズレギュレータが継続的に駆動して、シリーズレギュレータが故障することを防止できる。
<1−1.電源回路>
図1は、電源回路1の回路図である。電源回路1は、例えば車両に搭載されるECU(Electronic Control Unit)が動作する電圧を供給するために、バッテリ電源(例えば図1に示すバッテリ電源3)からの入力電圧を降圧して出力する。なお、本実施の形態では、たとえばエンジンの駆動を制御するエンジン制御ECUのマイコンへ一定の電力を供給するための電源回路として採用される。
エンジン始動時は、図示せぬイグニッションスイッチの操作によりバッテリ電源3からの電力が電源回路1に供給される。そして、電源回路1によりバッテリ電源3からの電力が一定電力に変換され、マイコンに動作電源が供給されることにより、マイコンがエンジン制御処理を開始する。これによりエンジン制御ECUの駆動が開始し、エンジンの駆動制御がなされる。
しかしながら、スイッチングレギュレータ10をIC2内に組み込むと、電流能力の制限などもあるので、スイッチングレギュレータ10としては汎用のものを採用し、汎用のスイッチングレギュレータ10をIC2に外付けするのが望ましい。
ただし、汎用のスイッチングレギュレータ10を採用した場合、当該スイッチングレギュレータ10の最低動作電圧が高いため、これをサポートする必要がある。
今回は、そのサポート機能として低電圧駆動する第1シリーズレギュレータを11採用し、低電圧時でも第1シリーズレギュレータ11が駆動し、マイコンへの電力供給がなされるようにしている。
スイッチングレギュレータ10は、バッテリ電源3からの電圧(例えば、直流電圧14V)を入力電圧とし、この入力電圧を降圧して所定の電圧(例えば、直流電圧6.5V)とするよう駆動している。スイッチングレギュレータ10は、スイッチング回路部101、コイル102、コンデンサ103、および、ダイオード104を主に備える。なお、以下で説明する電圧は全て直流電圧である。
第1シリーズレギュレータ11は、PNPトランジスタ111、抵抗112、抵抗113、誤差アンプ114、基準電源115、OR回路116、および、バッファ117を主に備える。PNPトランジスタ111のエミッタはバッテリ電源3と接続され、ベースはIC2の端子T2を介してバッファ117の出力端と接続されている。コレクタはコンデンサ103の一端と、IC2の端子T3を介して抵抗112の一端と、有極性コンデンサ21の一端とに接続されている。
バッファ117の入力端は、OR回路116の出力端と接続され、バッファ117の出力端は、端子T2を介してPNPトランジスタ111のベースに接続されている。
そして、OR回路からは、制御回路のAND回路からOR回路の他方の入力端に入力される信号の種類にかかわらず、High信号がバッファを介して、PNPトランジスタのベースに伝達される。その結果、PNPトランジスタの制御がオフ状態となり、PNPトランジスタのエミッタ―コレクタ間に電流が流れない。このように従来の技術では、スイッチングレギュレータの処理により、有極性コンデンサ、および、コンデンサに電荷が溜まり、接点の電位が目標電圧に対応した電位に引き上げられる制御が継続して行われていた。
制御回路13は、抵抗301、抵抗302、コンパレータ303、基準電源304、インバータ305、および、AND回路306を主に備える。抵抗301の一端は、端子T1を介してバッテリ電源3に接続されている。抵抗301の他端は、抵抗302の一端と、コンパレータ303の非反転入力端子に接続されている。抵抗302の一端は、抵抗301の他端に接続され、抵抗302の他端はグランドに接続されている。
コンパレータ303の非反転入力端子は抵抗301の他端と、抵抗302の一端とに接続されている。また、コンパレータ303の反転入力端子は、基準電源304と接続され、コンパレータ303の出力端子はAND回路306の一方の入力端に接続されている。
インバータ305の入力端は端子T6に接続され、インバータ305の出力端はAND回路306の他方の入力端に接続されている。インバータ305の入力端には端子T6を介してLow信号が入力される。
制御回路13では、例えば入力電圧であるバッテリ電源3の電圧値が8Vの場合に、入力電圧を抵抗301および抵抗302で分圧した接点CP3の電圧が、基準電源304の電圧(例えば、1.25V)と同じ電圧となるように抵抗301および抵抗302の抵抗値が予め設定されている。例えば、抵抗301をRΩとすると、抵抗302の抵抗値はR/5.4Ωとなる。
ここで、図2を用いてスイッチングレギュレータ10、および、第1シリーズレギュレータ11の入力電圧に応じた駆動状態について説明する。図2は、各レギュレータの入力電圧に応じた駆動状態を示す図である。図2に示すグラフの横軸は入力電圧(V)、縦軸は出力電圧(V)を示している。図2上図は、スイッチングレギュレータ10の入力電圧に応じた駆動状態を示している。スイッチングレギュレータ10は、入力電圧が14V〜8Vまでの間、6.5Vの出力電圧を出力する。そして、入力電圧が8V〜6Vの間、所定の傾きで出力電圧の値が低下し、入力電圧が6V以下の場合は、出力電圧は0Vとなる。
図1に戻り、第2シリーズレギュレータについて説明する。第2シリーズレギュレータ12は、PNPトランジスタ201、抵抗202、抵抗203、誤差アンプ204、基準電源205、バッファ206を主に備える。PNPトランジスタ201のエミッタはコンデンサ22の一端と接続され、ベースはIC2の端子T4を介してバッファ206の出力端と接続されている。また、コレクタはIC2の端子T5を介して抵抗202の一端と、有極性コンデンサ23の一端とに接続されている。
バッファ206の入力端は、誤差アンプ204の出力端と接続されており、バッファ206の出力端は、PNPトランジスタ201のベースに接続されている。
更には、エンジン始動時、つまりエンジン制御ECUが実際の走行のための駆動を開始する前に、マイコンへの電力供給が停止され、エンジン駆動の制御が停止するので、スイッチングレギュレータ10が故障したまま車両が走行することを未然に防止でき、低コストECUながら、高い電源供給機能、および、フェールセーフ機能を実現することができる。
次に、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態と第1の実施の形態との相違点は次のとおりである。第1の実施の形態で説明した電源回路1は第1シリーズレギュレータ11にスイッチングレギュレータ10が並列に接続された構成であった。ここで、第1シリーズレギュレータ11にスイッチングレギュレータ10を並列に接続することで、電源回路1の部品点数が増加し、電源回路1の小型化を阻害する場合がある。そのため、設計時に必要とされる電源回路1のサイズに応じて、次のような回路構成が望ましい。つまり、スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに並列に接続した電源回路(例えば、図3に示す電源回路1a)と、スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに並列に接続しない(スイッチングレギュレータをIC2aに設けない)電源回路(例えば、図4に示す電源回路1b)とを電源回路1の基本的な回路構成は変更せずに、容易に選択できる技術が必要とされる。
図3は、第2の実施の形態の電源回路1aの回路構成を示す図である。図4は、第2の実施の形態の電源回路1bの回路構成を示す図である。図3および図4の電源回路1a、および、電源回路1bと、図1の電源回路1との構成の違いは、次のようなものである。図3および図4では、まずIC2aを基本の回路構成とする。そして、IC2aに含まれる第1シリーズレギュレータ11aに対してスイッチングレギュレータ10を並列に接続する場合(図3に示す電源回路1a)と、スイッチングレギュレータ10をIC2aに設けない場合(図4に示す電源回路1b)を基本回路構成であるIC2aの回路内の設定を変更(モード設定を変更)することで実現するために、図1の構成と比べて図3および図4において新たな構成が設けられている。
ここで、スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに並列に接続するか否かに応じて、IC2aの回路設定を変更するための構成を詳細に説明する前に、それぞれのモードの機能的な違いについて説明する。スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに並列に接続する場合を、例えば「低損失モード」という。この「低損失モード」は、図3に示すようにスイッチングレギュレータ10が第1シリーズレギュレータ11aと並列に接続され、通常はスイッチングレギュレータ10が、バッテリ電源3からの入力電圧を降圧して、接点CP1の電圧が第1目標電圧(例えば、6V)となるように駆動する。そして、スイッチングレギュレータ10に降圧された電圧を第1シリーズレギュレータ11aと直列に接続された第2シリーズレギュレータ12の駆動により、接点CP4の電圧が特定目標電圧(例えば、5V)となるよう降圧してECUのマイコンに電圧を供給する。
次に、スイッチングレギュレータ10を並列に接続するか否かに応じた回路構成の詳細を図3および図4を用いて説明する。図3および図4の第1シリーズレギュレータ11aの抵抗113aの一端は、抵抗112の他端に接続され、抵抗113aの他端は抵抗113bの一端に接続されている。また、抵抗113bの一端は、抵抗113aと接続され、抵抗113bの他端はグランドに接続されている。
スイッチ118の一端は、抵抗113aの他端と抵抗113bの一端との間に接続されている。また、スイッチ118の他端は、抵抗113bの他端とグランドとの間に接続されている。
コンパレータ313の非反転入力端子は、抵抗311の他端と、抵抗312の一端とに接続されている。またコンパレータ313の反転入力端子は、基準電源314と接続され、コンパレータ313の出力端子は、AND回路316の一方の入力端に接続されている。
インバータ315の入力端は、インバータ305の出力端に接続され、インバータ315の出力端はAND回路316の他方の入力端に接続されている。ここで、スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに接続する「低損失モード」にモードを設定する場合は、設定時にインバータ305の入力端にLow信号が入力されるよう設定される。また、スイッチングレギュレータ10を第1シリーズレギュレータ11aに接続せずに「熱分散モード」にモードを設定する場合は、設定時にインバータ305の入力端にHigh信号が入力されるよう設定される。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。なお、上記実施の形態で説明した形態、および、以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。
10・・・・スイッチングレギュレータ
11・・・・第1シリーズレギュレータ
12・・・・第2シリーズレギュレータ
13・・・・制御回路
Claims (4)
- 入力電圧を降圧する駆動を行うスイッチングレギュレータと、
前記スイッチングレギュレータに並列に接続され、前記入力電圧を降圧する駆動を行うシリーズレギュレータと、
前記入力電圧の値が所定の電圧値を超える場合に、前記シリーズレギュレータの駆動を停止させる制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記入力電圧が所定の電圧値を超えているときに駆動する前記スイッチングレギュレータが停止状態であっても、前記シリーズレギュレータの停止状態を継続させること、
を特徴とする電源回路。
- 請求項1に記載の電源回路において、
前記シリーズレギュレータは、前記入力電圧が所定の電圧値を下回り、前記スイッチングレギュレータから出力される電圧値が低下し始めるタイミングで駆動を開始すること、
を特徴とする電源回路。
- 入力電圧が与えられる入力部、および、前記入力電圧を降圧した電圧を出力する出力部との間に設けられた第1シリーズレギュレータと、
前記入力部および前記出力部との間に設けられ、前記第1シリーズレギュレータと直列に接続された第2シリーズレギュレータと、
前記第1シリーズレギュレータに対してスイッチングレギュレータが並列に接続されるか否かに応じて、前記第1シリーズレギュレータのアナログ演算回路の入力端子に接続された抵抗素子の抵抗値を設定する制御回路と、
を備える電源回路。
- 請求項3に記載の電源回路において、
前記制御回路は、前記スイッチングレギュレータが接続される場合は、前記抵抗素子を用いて分圧する電圧の第1目標電圧に対応させて、前記抵抗素子の抵抗値を設定し、前記スイッチングレギュレータが接続されない場合は、前記入力電圧に応じて、前記抵抗素子を用いて分圧する電圧の第1目標電圧、および、前記第1目標電圧よりも高い電圧値である第2目標電圧のいずれか一方の目標電圧に対応させて、前記抵抗素子の抵抗値を設定すること、
を特徴とする電源回路。
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