JP6057665B2 - 半導体装置、電子機器、車両 - Google Patents

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Description

本発明は、マルチチップ型の半導体装置、並びに、これを用いた電子機器及び車両に関するものである。
図7は、モータ駆動装置の一従来例を示すブロック図である。本図に示すように、従来のモータ駆動装置200では、電源電圧Vccから内部電圧Vregを生成するレギュレータIC210と、電源電圧Vccの供給を受けてモータ100を駆動するドライバIC220と、内部電圧Vregの供給を受けてドライバIC220などを統括的に制御するうマイコンIC230とが別々のICとして構成されていた。
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1や特許文献2を挙げることができる。
特開2005−86853号公報 特開2012−105007号公報
上記従来例のモータ駆動装置200では、各IC毎に独自の電源ミュート機能(減電時にICの動作を強制停止する機能)が具備されており、電源電圧Vccや内部電圧Vregの異常時には、各IC毎にそれぞれの保護動作が発動される。しかしながら、減電時におけるシステム全体の安全性を高めようとすると、各IC毎に独自の電源ミュート機能を設けるだけでは不十分であり、例えば、電源電圧Vccの投入時には、マイコンIC230が動作可能な状態となってからドライバIC220の動作が開始されるように、各IC間の動作シーケンスを確立しておく必要があった。
なお、上記の動作シーケンスを確立する従来手法としては、マイコンIC230の電源ミュートが解除されるタイミングよりもドライバIC220の電源ミュートが解除されるタイミングの方が遅くなるように各IC毎のミュート解除タイミングをずらしておく構成や、マイコンIC230の動作不定時にはドライバIC220のイネーブル信号ENが動作禁止時の論理レベルとなるようにイネーブル信号ENをプルアップないしはプルダウンしておく構成などが考えられる。
しかしながら、上記従来手法のうち、前者の構成では、各IC間の信号遅延などを考慮しつつ、各IC毎のミュート解除タイミングを高精度に制御する必要があるので、回路の設計が困難であった。一方、後者の構成では、ICにディスクリート部品(プルアップ抵抗やプルダウン抵抗)を外付けする必要があるので、部品点数の増大やこれに伴うコストアップが招かれていた。
本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題点に鑑み、減電時の安全性を高めることのできる半導体装置、並びに、これを用いた電子機器及び車両を提供することを目的とする。
上記の目的を達成すべく、本発明に係る半導体装置は、第1チップと第2チップを単一のパッケージ内に封止して成り、前記第1チップは、電源電圧から内部電圧を生成するレギュレータと、前記電源電圧及び前記内部電圧を監視してリセット信号を生成するリセット回路と、前記電源電圧の供給を受けて動作する被制御回路と、を含み、前記第2チップは、前記内部電圧の供給を受けて前記被制御回路の制御信号を生成する制御回路を含み、前記リセット信号は、前記制御回路と前記被制御回路の双方に入力されている構成(第1の構成)とされている。
なお、上記第1の構成から成る半導体装置において、前記被制御回路は、前記リセット信号がリセット解除時の論理レベルであり、かつ、前記制御信号がイネーブル時の論理レベルであるときに、その動作が許可される構成(第2の構成)にするとよい。
また、上記第1または第2の構成から成る半導体装置において、前記リセット回路は、前記電源電圧を監視して電源電圧監視信号を生成する電源電圧監視部と、前記電源電圧監視信号に遅延を与えて遅延電源電圧監視信号を生成するタイマ部と、前記内部電圧を監視して内部電圧監視信号を生成する内部電圧監視部と、前記遅延電源電圧監視信号と前記内部電圧監視信号に応じて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、を含む構成(第3の構成)にするとよい。
また、上記第1〜第3いずれかの構成から成る半導体装置において、前記被制御回路はモータの駆動制御を行うモータ駆動回路である構成(第4の構成)にするとよい。
また、上記第4の構成から成る半導体装置において、前記モータ駆動回路は、前記制御信号に応じて通電制御信号を生成するコントローラと、前記通電制御信号に応じて駆動信号を生成するプリドライバと、前記駆動信号に応じて前記モータの駆動電流を生成するドライバと、を含む構成(第5の構成)にするとよい。
また、上記第5の構成から成る半導体装置において、前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記プリドライバの電源経路を導通/遮断する電源スイッチを含む構成(第6の構成)にするとよい。
また、上記第5の構成から成る半導体装置において、前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記ドライバの電源経路を導通/遮断する電源スイッチを含む構成(第7の構成)にするとよい。
また、上記第5の構成から成る半導体装置において、前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記通電制御信号または前記駆動信号のマスク処理を行う論理ゲートを含む構成(第8の構成)にするとよい。
また、本発明に係る電子機器は、上記した第4〜第8いずれかの構成から成る半導体装置と、前記半導体装置によって駆動制御されるモータと、を有する構成(第9の構成)とされている。
また、本発明に係る車両は、上記第9の構成から成る電子機器と、前記電子機器に対して電源電圧を供給するバッテリと、を有する構成(第10の構成)とされている。
本発明によれば、減電時の安全性を高めることのできる半導体装置、並びに、これを用いた電子機器及び車両を提供することが可能となる。
モータ駆動装置の第1実施形態を示すブロック図 モータ駆動装置の第2実施形態を示すブロック図 モータ駆動装置の第3実施形態を示すブロック図 レギュレータ11とパワーオンリセット回路12の一構成例を示す回路図 タイマ動作の一例を示すタイミングチャート 電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図 モータ駆動装置の一従来例を示すブロック図
<第1実施形態>
図1は、モータ駆動装置の第1実施形態を示すブロック図である。第1実施形態のモータ駆動装置1は、モータ2と共に車載用の電子機器Xに組み込まれる半導体装置(いわゆる車載用モータドライバIC)であり、アナログチップ10とデジタルチップ20を単一のパッケージ内に封止したMCP[multi chip package]として構成されている。
なお、以下では、モータ2として三相ブラシレスモータを用いた構成を例に挙げて説明を行うが、モータ2の形式はこれに限定されるものではなく、他の形式のモータ(DCモータなど)を用いても構わない。
アナログチップ10は、主として、アナログ信号を取り扱うアナログ回路が集積化された第1チップであり、例えば、レギュレータ11と、パワーオンリセット回路12と、モータ駆動回路13を含む。
レギュレータ11は、電源電圧Vcc(例えば12V)から内部電圧Vreg(例えば5V)を生成する。
パワーオンリセット回路12は、電源電圧Vcc及び内部電圧Vregを監視してリセット信号S4を生成するリセット回路の一例であり、電源電圧監視部121と、タイマ部122と、内部電圧監視部123と、リセット信号生成部124と、を含む。
電源電圧監視部121は、電源電圧Vccを監視して電源電圧監視信号S1(いわゆるVccミュート信号)を生成する。より具体的に述べると、電源電圧監視部121は、電源電圧Vccが所定の閾値を下回っているときに、電源電圧監視信号S1を異常時の論理レベル(例えばハイレベル)とし、電源電圧Vccが所定の閾値を上回っているときに、電源電圧監視信号S1を正常時の論理レベル(例えばローレベル)とする。
タイマ部122は、電源電圧監視信号S1に遅延を与えて遅延電源電圧監視信号S2を生成する。より具体的に述べると、タイマ部122は、電源電圧監視信号S1が異常時の論理レベルから正常時の論理レベルに切り替わった後に、所定の遅延時間が経過した時点で、遅延電源電圧監視信号S2を異常時の論理レベル(例えばローレベル)から正常時の論理レベル(例えばハイレベル)に切り替える。
内部電圧監視部123は、内部電圧Vregを監視して内部電圧監視信号S3(いわゆるVregミュート信号)を生成する。具体的に述べると、内部電圧監視部123は、内部電圧Vregが所定の閾値を下回っているときに、内部電圧監視信号S3を異常時の論理レベル(例えばローレベル)とし、内部電圧Vregが所定の閾値を上回っているときに、内部電圧監視信号S3を正常時の論理レベル(例えばハイレベル)とする。
リセット信号生成部124は、遅延電源電圧監視信号S2と内部電圧監視信号S3に応じてリセット信号S4を生成する。具体的に述べると、リセット信号生成部124は、遅延電源電圧監視信号S2と内部電圧監視信号S3の少なくとも一方が異常時の論理レベルであるときに、リセット信号S4をリセット時の論理レベル(例えばローレベル)とし、遅延電源電圧監視信号S2と内部電圧監視信号S3の両方が正常時の論理レベルであるときに、リセット信号S4をリセット解除時の論理レベル(例えばハイレベル)とする。
モータ駆動回路13は、電源電圧Vcc及び内部電圧Vregの供給を受けて動作し、リセット信号S4とイネーブル信号S7の双方に応じてモータ2の駆動制御を行う回路ブロックであり、コントローラ131と、プリドライバ132と、ドライバ133を含む。
コントローラ131は、内部電圧Vregの供給を受けて動作し、イネーブル信号S7に応じて通電制御信号S5を生成する。より具体的に述べると、コントローラ131は、イネーブル信号S7がイネーブル時の論理レベルであるときに、通電制御信号S5の生成動作を行い、イネーブル信号S7がディセーブル時の論理レベルであるときに、通電制御信号S5の生成動作を停止する。なお、コントローラ131には、マイコン21からイネーブル信号S7以外の制御信号(回転速度制御信号など)が入力されてもよい。
プリドライバ132は、電源電圧Vccの供給を受けて動作し、通電制御信号S5に応じて駆動信号S6を生成する。
ドライバ133は、電源電圧Vccの供給を受けて動作し、駆動信号S6に応じてモータ2に相電圧U、V、Wを印加することにより、モータ2の駆動電流を生成する。なお、第1実施形態のモータ駆動装置1では、ドライバ133が外付けとされている。
電源スイッチ134は、リセット信号S4に応じてプリドライバ132の電源経路を導通/遮断する半導体素子(トランジスタなど)である。より具体的に述べると、リセット信号S4がリセット時の論理レベル(例えばローレベル)であるときには、電源スイッチ134がオフされてプリドライバ132の電源経路が遮断される。一方、リセット信号S4がリセット解除時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときには、電源スイッチ134がオンされてプリドライバ132の電源経路が導通される。
デジタルチップ20は、主として、デジタル信号を取り扱うデジタル回路が集積化された第2チップであり、例えば、マイコン(MCU[micro control unit])21を含む。
マイコン21は、内部電圧Vregの供給を受けて動作し、モータ駆動回路13のイネーブル信号S7を生成するなど、モータ駆動装置1の動作を統括的に制御する。なお、マイコン21とモータ駆動回路13の関係について着目すると、前者が制御回路に相当し、後者が被制御回路に相当する。
上記構成から成るモータ駆動装置1では、従来別々のICとして構成されていたレギュレータIC、ドライバIC、及び、マイコンICが全て単一のパッケージに封止されているので、これを搭載した電子機器Xの小型化や低コスト化に寄与することができる。
また、モータ駆動装置1では、リセット信号S4がマイコン21とモータ駆動回路13の双方に入力されている。すなわち、リセット信号S4は、制御回路に相当するマイコン21だけでなく、被制御回路に相当するモータ駆動回路13にも分岐入力されている。
そして、モータ駆動回路13は、リセット信号S4がリセット解除時の論理レベルであり、かつ、イネーブル信号S7がイネーブル時の論理レベルであるときにのみ、その動作が許可される。
例えば、内部電圧Vregが所定の閾値を下回っており、マイコン21が正常に動作し得ない状況(イネーブル信号S7の論理レベルが不定となる状況)において、何らかの原因によりイネーブル信号S7がイネーブル時の論理レベルとなった場合であっても、リセット信号S4がリセット解除時の論理レベルとなっていなければ、プリドライバ132への電力供給は行われないので、モータ駆動回路13の動作は禁止されたままとなる。
このように、第1実施形態のモータ駆動装置1であれば、電源電圧Vcc及び内部電圧Vregの監視結果に連動して、マイコン21とモータ駆動回路13の一元的なリセット制御を行い、マイコン21が動作可能な状態となってからモータ駆動回路13の動作を開始させることができる。従って、従来の高度なタイミング制御やディスクリート部品の外付けを必要とせずに、マイコン21とモータ駆動回路13の適切な動作シーケンスを確立することができるので、減電時の安全性を高めることが可能となる。
<第2実施形態>
図2は、モータ駆動装置の第2実施形態を示すブロック図である。第2実施形態のモータ駆動装置1は、先出の第1実施形態とほぼ同様の構成であり、アナログチップ10にドライバ133が内蔵されると共に、電源スイッチ134が電源スイッチ135に置き換えられた点に特徴を有している。電源スイッチ135は、リセット信号S4に応じてドライバ133の電源経路を導通/遮断する半導体素子(トランジスタなど)である。より具体的に述べると、リセット信号S4がリセット時の論理レベル(例えばローレベル)であるときには、電源スイッチ135がオフされてドライバ133の電源経路が遮断される。一方、リセット信号S4がリセット解除時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときには、電源スイッチ135がオンされてドライバ133の電源経路が導通される。このような構成とすることにより、モータ駆動装置1に外付けされる部品点数を削減することができるので、電子機器Xの小型化や低コスト化を実現することが可能となる。
<第3実施形態>
図3は、モータ駆動装置の第3実施形態を示すブロック図である。第3実施形態のモータ駆動装置1は、先出の第2実施形態とほぼ同様の構成であり、電源スイッチ135が論理ゲート136に置き換えられた点に特徴を有している。論理ゲート136は、リセット信号S4に応じて駆動信号S6のマスク制御を行う。より具体的に述べると、リセット信号S4がリセット時の論理レベル(例えばローレベル)であるときには、駆動信号S6がマスクされてドライバ133の動作が禁止される。一方、リセット信号S4がリセット解除時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときには、駆動信号S6がマスクされずにドライバ133の動作が許可される。このような構成とすることにより、ドライバ133の電源経路上に電源スイッチ135を設けずに済むので、不要なエネルギロスを解消することが可能となる。
なお、図3では、第2実施形態(図2)をベースとしつつ、電源スイッチ135を論理ゲート146に置き換えた構成を例に挙げたが、第3実施形態の構成はこれに限定されるものではなく、第1実施形態(図1)をベースとすることも可能である。その場合、リセット信号S4に応じて通電制御信号S5のマスク制御を行う論理ゲートを設ければよい。
<パワーオンリセット回路>
図4は、レギュレータ11とパワーオンリセット回路12(電源電圧監視部121、タイマ部122、内部電圧監視部123、及び、リセット信号生成部124)の一構成例を示す回路図である。
まず、レギュレータ11の回路構成と動作について説明する。本構成例のレギュレータ11は、オペアンプAMP1と、抵抗R1及びR2と、コンデンサC1とを含む。オペアンプAMP1の非反転入力端(+)は、基準電圧Vrefの印加端に接続されている。オペアンプAMP1の出力端は、内部電圧Vregの出力端に相当する。抵抗R1及びR2は、オペアンプAMP1の出力端と接地端との間に直列に接続されている。オペアンプAMP1の反転入力端(−)は、抵抗R1と抵抗R2との接続ノード(電圧V1の印加端)に接続されている。アナログチップ10の外部に設けられたコンデンサC1は、オペアンプAMP1の出力端と接地端との間に接続されている。オペアンプAMP1の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。
上記の構成から成るレギュレータ11において、オペアンプAMP1は、非反転入力端(+)に印加される基準電圧Vrefと、反転入力端(−)に印加される電圧V1(内部電圧Vregの分圧電圧)とが一致するように、内部電圧Vregの帰還制御を行う。従って、内部電圧Vregは、基準電圧Vrefに応じた電圧値(={(R1+R2)/R2}×Vref)に維持される。なお、上記の基準電圧Vrefは、電源変動や温度変動の影響を受けにくい一定電圧(バンドギャップ電圧など)から生成することが望ましい。
次に、電源電圧監視部121の回路構成と動作について説明する。本構成例の電源電圧監視部121は、抵抗R11〜R13と、コンパレータCMP11と、インバータINV11と、Nチャネル型MOS[metal oxide semiconductor]電界効果トランジスタN11と、を含む。抵抗R11〜R13は、電源電圧Vccの印加端と接地端との間に直列に接続されている。コンパレータCMP11の非反転入力端(+)は、抵抗R11と抵抗R12との接続ノード(電圧V11の印加端)に接続されている。コンパレータCMP11の反転入力端(−)は、閾値電圧Vth1の印加端に接続されている。コンパレータCMP11の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。インバータINV11の入力端は、コンパレータCMP11の出力端(比較信号V12の印加端)に接続されている。インバータINV11の出力端は、電源電圧監視信号S1の出力端に相当する。インバータINV11の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタN11のドレインは、抵抗R12と抵抗R13との接続ノードに接続されている。トランジスタN11のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN11のゲートは、インバータINV11の出力端に接続されている。
上記構成から成る電源電圧監視部121において、抵抗R11〜R13は、電源電圧Vccに応じた電圧V11(電源電圧Vccの分圧電圧)を生成する分圧回路として機能する。コンパレータCMP11は、非反転入力端(+)に印加される電圧V11と反転入力端(−)に印加される閾値電圧Vth1とを比較して比較信号V12を生成する。比較信号V12は、電圧V11が閾値電圧Vth1よりも高いときにハイレベルとなり、電圧V11が閾値電圧Vth1よりも低いときにローレベルとなる。インバータINV11は、比較信号V12を論理反転させて電源電圧監視信号S1を生成する。従って、電源電圧監視信号S1は、電圧V11が閾値電圧Vth1よりも高いときにローレベルとなり、電圧V11が閾値電圧Vth1よりも低いときにハイレベルとなる。
電源電圧Vccの投入直後は、電源電圧Vccが所定の目標値に達しておらず、電圧V11が閾値電圧Vth1を下回るので、電源電圧監視信号S1がハイレベルとなる。このとき、トランジスタN11はオンとなるので、抵抗R13が分圧回路に組み込まれない状態となる。従って、分圧比は、R12/(R11+R12)となる。
その後、電源電圧Vccが目標値に達すると、電圧V11が閾値電圧Vth1を上回るので、電源電圧監視信号S1がローレベルとなる。このとき、トランジスタN11はオフとなるので、抵抗R13が分圧回路に組み込まれた状態となる。従って、分圧比は、先よりも大きい(R12+R13)/(R11+R12+R13)となり、電圧V11が意図的に引き上げられる。
このように、電源電圧監視信号S1の論理レベルに応じて電源電圧Vccの分圧比を切り替えることにより、コンパレータCMP11にヒステリシスを与えることができる。なお、上記の閾値電圧Vth1は、電源変動や温度変動の影響を受けにくい一定電圧(バンドギャップ電圧など)から生成することが望ましい。
次に、タイマ部122の回路構成と動作について説明する。本構成例のタイマ部122は、抵抗R21及びR22と、電流源CS21及びCS22と、コンデンサC21と、静電保護ダイオードD1及びD2と、コンパレータCMP21と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN21及びN22と、インバータINV21と、論理積演算器AND21と、を含む。
電流源CS21及びCS22の第1端は、いずれも電源電圧Vccの印加端に接続されている。電流源CS21の第2端は、アナログチップ10の外部に設けられたコンデンサC21の第1端に接続されている。コンデンサC21の第2端は、接地端に接続されている。電流源CS22の第2端は、抵抗R21の第1端に接続されている。抵抗R21の第2端は、接地端に接続されている。コンパレータCMP21の非反転入力端(+)は、コンデンサC21の第1端(電圧V21の印加端)に接続されている。コンパレータCMP21の反転入力端(−)は、抵抗R21の第1端(電圧V22の印加端)に接続されている。コンパレータCMP21の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタN21のドレインは、コンデンサC21の第1端に接続されている。トランジスタN21のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN21のゲートは、電源電圧監視信号S1の印加端に接続されている。トランジスタN22のドレインは、抵抗R22の第1端に接続されている。抵抗R22の第2端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタN22のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN22のゲートは、コンデンサC21の第1端(電圧V21の印加端)に接続されている。インバータINV21の入力端は、トランジスタN22のドレイン(マスク信号V24の印加端)に接続されている。インバータINV21の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。論理積演算器AND21の第1入力端は、コンパレータCMP21の出力端(比較信号V23の印加端)に接続されている。論理積演算器AND21の第2入力端は、インバータINV21の出力端(反転マスク信号V25の印加端)に接続されている。論理積演算器AND21の出力端は、遅延電源電圧監視信号S2の出力端に相当する。論理積演算器AND21の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。静電保護ダイオードD21のアノードと静電保護ダイオードD22のカソードは、いずれもコンデンサC21の第1端に接続されている。静電保護ダイオードD21のカソードは、電源電圧Vccの印加端に接続されている。静電保護ダイオードD22のアノードは、接地端に接続されている。
上記構成から成るタイマ部122において、電流源CS21とコンデンサC21は、電圧V21の生成回路として機能し、電流源CS22と抵抗R21は、電圧V22の生成回路として機能する。電圧V22の電圧値は一定であるが、電圧V21の電圧値はコンデンサC21の充電状態に応じて変化する。
トランジスタN21は、コンデンサC21の充放/放電を切り替えるためのスイッチとして機能する。電源電圧Vccが所定の閾値を上回り、電源電圧監視信号S1がローレベルに立ち下げられると、トランジスタN21がオフとなるので、電流源CS21からコンデンサC21に電流が流れ込む。その結果、電圧V21はコンデンサC21の充電が進むにつれて上昇していく。一方、電源電圧Vccが所定の閾値を下回り、電源電圧監視信号S1がハイレベルに立ち上げられると、トランジスタN21がオンとなるので、コンデンサC21の第1端(電圧V21の印加端)が接地端にショートされて、コンデンサC21の急速放電が行われる。
コンパレータCMP21は、非反転入力端(+)に印加される電圧V21と反転入力端(−)に印加される電圧V22とを比較して、比較信号V23を生成する。比較信号V23は、電圧V21が電圧V22よりも高いときにハイレベルとなり、電圧V21が電圧V22よりも低いときにローレベルとなる。
トランジスタN22、抵抗R22は、電圧V21を監視してマスク信号V24を生成する簡易的な電圧比較回路として機能する。インバータINV21は、マスク信号V24を論理反転させて反転マスク信号V25を生成する。論理積演算器AND21は、反転マスク信号V25がハイレベルであるときには、比較信号V23を遅延電源電圧監視信号S2としてスルー出力する一方、反転マスク信号V25がローレベルであるときには、比較信号V23の論理レベルに依ることなく、遅延電源電圧監視信号S2をローレベルに維持する論理ゲートとして機能する。このように、トランジスタN22、抵抗R22、インバータINV21、及び、論理積演算器AND21は、電源電圧Vccの投入時に比較信号V23の誤パルスを無効化するマスク回路として機能する。
図5は、タイマ動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、電源電圧Vcc、電圧V21及びV22、比較信号V23、マスク信号V24、反転マスク信号V25、及び、遅延電源電圧監視信号S2が描写されている。
時刻t11において、電源電圧Vccが急峻に立ち下がると、電源電圧Vccから生成される電圧V22も急峻に立ち下がる。また、電源電圧Vccの供給を受けて動作するコンパレータCMP21、インバータINV21、及び、論理積演算器AND21の動作が遅滞なく停止するので、比較信号V23、反転マスク信号V24、及び、遅延電源電圧監視信号S2も電源電圧Vccと同様の挙動で急峻に立ち下がる。
一方、電圧V21は、コンデンサC21に蓄えられた電荷の放電により低下していく。より具体的には、電源電圧Vccが所定の閾値を下回ると、電源電圧監視信号S1がハイレベルに立ち上がるので、トランジスタN21がオンとなり、コンデンサC21の放電が開始される。その後、コンデンサC21の放電が完了するまで、電源電圧監視信号S1をハイレベルに維持することができれば、電圧V21を0Vに引き下げることができる。
しかしながら、電源電圧Vccが急峻に低下した場合には、電源電圧Vccの供給を受けて動作するコンパレータCMP11やインバータINV11の動作が遅滞なく停止するので、電源電圧監視信号S1をハイレベルに維持し得る時間が短くなる。その結果、トランジスタN21のオン時間が短くなり、コンデンサC21を完全に放電し切ることができなくなる。コンデンサC21の放電が完了する前にトランジスタN21がオフしてしまうと、コンデンサC21の放電経路としては、電源電圧Vccの低下によって順バイアス状態となる静電保護ダイオードD21(若しくは、電流源CS21を形成するトランジスタのボディダイオード)を介して電源電圧Vccの印加端に至る経路のみとなる。静電保護ダイオードD21を介する放電経路は、トランジスタN21を介する放電経路よりもインピーダンスが大きいので、トランジスタN21がオフした後には、電圧V21が比較的緩やかに低下していく。
その後、コンデンサC21の放電が進み、電圧V21が静電保護ダイオードD21の順方向降下電圧Vfを下回ると、静電保護ダイオードD21が逆バイアス状態となるので、静電保護ダイオードD21を介する放電経路も断たれてしまう。これ以降、コンデンサC21の放電は自然放電のみとなるので、コンデンサC21には、ダイオードの順方向降下電圧Vfを僅かに下回る電圧V21が残存した状態となる。
次に、時刻t12で電源電圧Vccの再投入が行われると、電源電圧Vccから生成される電圧V22も所定の目標値まで立ち上がる。ただし、時刻t12の時点で電圧V21が0Vまで低下していなければ、電圧V21が電圧V22を一時的に上回っている状態となるので、比較信号V23に意図しない誤パルスが発生する。このような誤パルスは、モータ駆動装置1の誤作動に繋がるおそれがある。そこで、トランジスタN22、抵抗R22、インバータINV21、及び、論理積演算器AND21から成るマスク回路を用いて比較信号V23に発生した誤パルスの無効化処理が行われる。
トランジスタN22は、電圧V21がオンスレッショルド電圧Vthを上回っているときにオンとなり、電圧V21がオンスレッショルド電圧Vthを下回っているときにオフとなる。このオンスレッショルド電圧Vthは、コンデンサC21の不充分な放電によって残存すると見込まれる電圧V21よりも高い電圧値(例えば、静電保護ダイオードD21の順方向降下電圧Vfと同値)に設定すればよい。
このような構成とすることにより、電源電源Vccの再投入後において、電圧V21がオンスレッショルド電圧Vthを上回るまでは、トランジスタN22がオフとなるので、マスク信号V24がハイレベルとなり、反転マスク信号V25がローレベルとなる。従って、論理積演算器AND21は、比較信号V23の論理レベルに依ることなく、遅延電源電圧監視信号S2をローレベルに維持する状態となり、誤パルスが無効化される(図中の破線を参照)。
一方、時刻t13において、電圧V21がオンスレッショルド電圧Vthを上回ると、トランジスタN22がオンとなるので、マスク信号V24がローレベルとなり、反転マスク信号V25がハイレベルとなる。従って、論理積演算器AND21は、比較信号V23をスルー出力する状態となる。
さらに、時刻t14において、電圧V21が電圧V22を上回ると、比較信号V23がハイレベルに立ち上がり、遅延電源電圧監視信号S2がハイレベルに立ち上がる。すなわち、タイマ部122は、電源電圧Vccが所定の閾値を上回り、電源電圧監視信号S1の論理レベルが切り替わってから、所定の遅延時間(電圧V21が電圧V22を上回るまでの所要時間)が経過した後に、遅延電源電圧監視信号S2の論理レベルを切り替えるように動作する。
なお、本構成例のタイマ部122では、トランジスタN22と抵抗R22を用いて簡易的な電圧比較回路が形成されているが、タイマ部122の構成についてはこれに限定されるものではなく、より精度の高いコンパレータを用意しても構わない。
また、本構成例のタイマ部122では、電圧V21を監視してマスク信号V24が生成されているが、タイマ部122の構成についてはこれに限定されるものではなく、電圧V22が所定の目標値近傍まで上昇しているか否かを監視する構成としても構わない。
図4に戻り、内部電圧監視部123の回路構成と動作について説明する。本構成例の内部電圧監視部123は、抵抗R31〜R33と、コンパレータCMP31と、インバータINV31及びINV32と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN31を含む。抵抗R31〜R33は、内部電圧Vregの印加端と接地端との間に直列に接続されている。コンパレータCMP31の非反転入力端(+)は、抵抗R31と抵抗R32との接続ノード(電圧V31の印加端)に接続されている。コンパレータCMP31の反転入力端(−)は、閾値電圧Vth2の印加端に接続されている。コンパレータCMP31の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。インバータINV31の入力端は、コンパレータCMP31の出力端(比較信号V32の印加端)に接続されている。インバータINV31の出力端は、インバータINV32の入力端に接続されている。インバータINV32の出力端は、内部電圧監視信号S3の出力端に相当する。インバータINV31及びINV32の電源端は、いずれも電源電圧Vccの印加端に接続されている。トランジスタN31のドレインは、抵抗R32と抵抗R33の接続ノードに接続されている。トランジスタN31のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN31のゲートは、インバータINV31の出力端(反転比較信号V33の印加端)に接続されている。
上記の構成から成る内部電圧監視部123において、抵抗R31〜R33は、内部電圧Vregに応じた電圧V31(内部電圧Vregの分圧電圧)を生成する分圧回路として機能する。コンパレータCMP31は、非反転入力端(+)に印加される電圧V31と反転入力端(−)に印加される閾値電圧Vth2とを比較して比較信号V32を生成する。比較信号V32は、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも高いときにハイレベルとなり、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも低いときにローレベルとなる。インバータINV31は、比較信号V32を論理反転させて反転比較信号V33を生成する。従って、反転比較信号V33は、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも高いときにローレベルとなり、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも低いときにハイレベルとなる。インバータINV32は、反転比較信号V33をさらに論理反転させて内部電圧監視信号S3を生成する。従って、内部電圧監視信号S3は、比較信号V32と同じく、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも高いときにハイレベルとなり、電圧V31が閾値電圧Vth2よりも低いときにローレベルとなる。
内部電圧Vregの生成が開始された直後は、内部電圧Vregが所定の目標値に達しておらず、電圧V31が閾値電圧Vth2を下回るので、反転比較信号V33がハイレベルとなる。このとき、トランジスタN31はオンとなるので、抵抗R33が分圧回路に組み込まれない状態となる。従って、分圧比は、R32/(R31+R32)となる。
その後、内部電圧Vregが目標値に達すると、電圧V31が閾値電圧Vth2を上回るので、反転比較信号V33がローレベルとなる。このとき、トランジスタN31はオフとなるので、抵抗R33が分圧回路に組み込まれた状態となる。従って、分圧比は、先よりも大きい(R32+R33)/(R31+R32+R33)となり、電圧V31が意図的に引き上げられる。
このように、反転比較信号V33の論理レベルに応じて内部電圧Vregの分圧比を切り替えることにより、コンパレータCMP31にヒステリシスを与えることができる。なお、上記の閾値電圧Vth2は、電源変動や温度変動の影響を受けにくい一定電圧(バンドギャップ電圧など)から生成することが望ましい。
次に、リセット信号生成部124の回路構成と動作について説明する。本構成例のリセット信号部124は、論理積演算器AND41と、抵抗R41と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN41と、インバータINV41と、を含む。論理積演算器AND41の第1入力端は、遅延電源電圧監視信号S2の印加端に接続されている。論理積演算器AND41の第2入力端は、内部電圧監視信号S3の印加端に接続されている。論理積演算器AND41の電源端は、電源電圧Vccの印加端に接続されている。論理積演算器AND41の出力端は、リセット信号S4a(電源電圧Vccと接地電圧GNDとの間でパルス駆動されるリセット信号)の出力端に相当する。リセット信号S4aは、電源スイッチ134及び135のオン/オフ制御信号や論理ゲート136のマスク制御信号として用いられる。トランジスタN41のゲートは、論理積演算器AND41の出力端に接続されている。トランジスタN41のソースは、接地端に接続されている。トランジスタN41のドレインは、抵抗R41の第1端に接続されている。抵抗R41の第2端は、内部電圧Vregの印加端に接続されている。インバータINV41の入力端は、トランジスタN41のドレインに接続されている。インバータINV41の電源端は、内部電圧Vregの印加端に接続されている。インバータINV41の出力端は、リセット信号S4b(内部電圧Vregと接地電圧GNDとの間でパルス駆動されるリセット信号)の出力端に相当する。リセット信号S4bは、例えばマイコン21の初期化信号として用いられる。
上記構成から成るリセット信号生成部124において、論理積演算器AND41は、遅延電源電圧監視信号S2と内部電圧監視信号S3の少なくとも一方がローレベルであればリセット信号S4aをローレベルとし、遅延電源電圧監視信号S2と内部電圧監視信号S3の両方がハイレベルであるときにリセット信号S4aをハイレベルとする。
リセット信号S4aがローレベルであるときには、トランジスタN41がオフとなり、インバータINV41の入力端が抵抗R41を介して内部電圧Vregの印加端にプルアップされるので、リセット信号S4bがローレベルとなる。一方、リセット信号S4aがハイレベルであるときには、トランジスタN41がオンとなり、インバータINV41の入力端が接地端にショートされるので、リセット信号S4bがハイレベルとなる。
このように、リセット信号生成部124は、電源電圧Vccが所定の目標値を上回ってから所定時間が経過し、且つ、内部電圧Vregが所定の目標値を上回った場合に限り、リセット信号S4a及びS4bをローレベル(リセット時の論理レベル)からハイレベル(リセット解除時の論理レベル)に立ち上げる。
<車両への適用>
図6は、種々の電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Zは、バッテリY(図6では不図示)と、バッテリYから電源電圧Vccの供給を受けて動作する種々の電子機器X11〜X18を搭載している。なお、図6における電子機器X11〜X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。
電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。
電子機器X14は、車両Zの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。
電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。
電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Zに組み込まれている電子機器である。
電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Zに装着される電子機器である。
電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファン(後部座席下に配置されることが一般的)など、高耐圧系の多相モータを備えた電子機器である。先に説明したモータ駆動装置10は、例えば、これらの電子機器X18に組み込むことが可能である。
<その他の変形例>
なお、上記の実施形態では、車載用モータドライバ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、本発明は、アナログチップとデジタルチップを単一のパッケージ内に封止して成るマルチチップ型の半導体装置全般に広く適用することができる。
このように、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作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。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
本発明は、例えば、車載用の電子機器に組み込まれてモータの駆動制御を行うモータ駆動装置に利用することが可能な技術である。
1 モータ駆動装置(半導体装置)
2 モータ
10 アナログチップ(第1チップ)
11 レギュレータ
12 パワーオンリセット回路
121 電源電圧監視部
122 タイマ部
123 内部電圧監視部
124 リセット信号生成部
13 モータ駆動回路(被制御回路)
131 コントローラ
132 プリドライバ
133 ドライバ
134、135 電源スイッチ
136 論理ゲート
20 デジタルチップ(第2チップ)
21 マイコン(制御回路)
R1、R2、R11〜R13、R21、R22、R31〜R33、R41 抵抗
C1、C21 コンデンサ
D21、D22 静電保護ダイオード
N11、N21、N22、N31、N41 Nチャネル型電界効果トランジスタ
AMP1 オペアンプ
CMP11、CMP21、CMP31 コンパレータ
INV11、INV21、INV31、INV32、INV41 インバータ
CS21、CS22 電流源
AND21、AND41 論理積演算器
X、X11〜X18 電子機器
Y バッテリ
Z 車両

Claims (10)

  1. 電源電圧から内部電圧を生成するレギュレータと、
    電圧供給が正常状態にあるときはリセット解除時の論理レベルとなるとともに電圧供給が正常状態にないときリセット時の論理レベルとなるリセット信号を生成するリセット回路と、
    前記電源電圧の供給を受けて動作する被制御回路と、
    前記内部電圧の供給を受けて前記被制御回路の制御信号を生成する制御回路と、
    を含み、
    前記リセット信号は、前記制御回路と前記被制御回路の双方に入力され、前記リセット信号が前記リセット時の論理レベルから前記リセット解除時の論理レベルになることで前記制御回路をリセットするとともに、前記リセット信号が前記リセット時の論理レベルにあるとき前記被制御回路に保護動作を発動し前記リセット信号が前記リセット解除時の論理レベルにあるとき前記被制御回路の動作を許可することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記被制御回路は、前記リセット信号がリセット解除時の論理レベルであり、かつ、前記制御信号がイネーブル時の論理レベルであるときに、その動作が許可されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記リセット回路は、
    前記電源電圧を監視して電源電圧監視信号を生成する電源電圧監視部と、
    前記電源電圧監視信号に遅延を与えて遅延電源電圧監視信号を生成するタイマ部と、
    前記内部電圧を監視して内部電圧監視信号を生成する内部電圧監視部と、
    前記遅延電源電圧監視信号と前記内部電圧監視信号に応じて前記リセット信号を生成するリセット信号生成部と、
    を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記被制御回路は、モータの駆動制御を行うモータ駆動回路であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記モータ駆動回路は、
    前記制御信号に応じて通電制御信号を生成するコントローラと、
    前記通電制御信号に応じて駆動信号を生成するプリドライバと、
    前記駆動信号に応じて前記モータの駆動電流を生成するドライバと、
    を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
  6. 前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記プリドライバの電源経路を導通/遮断する電源スイッチを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記ドライバの電源経路を導通/遮断する電源スイッチを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  8. 前記モータ駆動回路は、前記リセット信号に応じて前記通電制御信号または前記駆動信号のマスク処理を行う論理ゲートを含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  9. 請求項4〜請求項8のいずれか一項に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置によって駆動制御されるモータと、
    を有することを特徴とする電子機器。
  10. 請求項9に記載の電子機器と、
    前記電子機器に対して電源電圧を供給するバッテリと、
    を有することを特徴とする車両。
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