JP6156014B2 - 低電圧判定回路 - Google Patents

Description

本発明は、電源から与えられた電圧により基準電圧を作成する基準電圧作成回路と、電源からの電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路が分圧した電圧を、基準電圧に基づきデジタル変換する変換器とを備え、変換器がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する低電圧判定回路に関するものである。

低電圧の判定には、一般的にコンパレータ（比較器）を用いたアナログ回路が使用されるが、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと記載）を有する回路の場合は、コンパレータの代わりにマイコン内蔵のＡＤ（アナログ／デジタル）変換器を用いることができる。

図４は、従来のマイコンを用いた低電圧判定回路の構成例を示すブロック図である。
この低電圧判定回路は、順接続されたダイオード２を通じて与えられた電源１からの電圧により基準電圧（リファレンス電圧）（例えば５Ｖ）を作成するレギュレータ（基準電圧作成回路）３と、電源１と接地端子との間に直列接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる分圧回路とを備えている。

この低電圧判定回路は、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２が分圧した電圧を、レギュレータ３が作成した基準電圧に基づきデジタル変換するＡＤ変換器４と、ＡＤ変換器４がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する低電圧判定部（判定手段）５とを備えている。低電圧判定部５は、低いと判定したときは、出力をオフにする。
ＡＤ変換器４及び低電圧判定部５は、マイコン９により構成されている。

ここで、実際には、ダイオード２及びレギュレータ３には、それぞれ電圧降下０．９Ｖ及び０．３５Ｖが生じており、電源電圧Ｖｓには５Ｖ＋１．２５Ｖ＝６．２５Ｖ以上が必要であるので、電源電圧Ｖｓ＝６．５Ｖ以下を低電圧と判定するようにする。
また、例えば、Ｒ１＝９１ｋΩ、Ｒ２＝２７ｋΩ、基準電圧Ｖｃｃ＝５．０Ｖとして、１０ビットでデジタル変換するようにすると、低電圧と判定する為の閾値（デジタル変換値）ＡＤは（１）式で計算される。
ＡＤ＝６．５Ｖ×（２７ｋ／１１８ｋ）×（１／５．０Ｖ）×１０２３
＝３０４ （１）

特許文献１には、電源の電圧を抵抗分割する抵抗分割回路と、抵抗分割回路の出力電圧と参考電圧を比較する電圧比較回路と、一端が接地された容量と、出力電圧が参考電圧より低い場合に容量を充電し、出力電圧が参考電圧より高い場合に容量を放電する充放電回路とを備える低電圧保護回路が開示されている。容量の他端の電圧を反転するインバータと、インバータの出力信号とメイン信号のＡＮＤ演算を行うＡＮＤ回路と、メイン信号がＬレベルの場合に、充放電回路への電源供給を停止する第１のスイッチと、メイン信号がＬレベルの場合に、容量を充電する第２のスイッチとを備えている。

特開２０１２−１３２７０９号公報

上述した（１）式の電源電圧Ｖｓ及び基準電圧Ｖｃｃを変数で表示して（２）式とすると、
ＡＤ＝Ｖｓ×（２７ｋ／１１８ｋ）×（１／Ｖｃｃ）×１０２３ （２）
ここで、電源電圧Ｖｓが図５の特性図の横軸のように低下して行くと、基準電圧Ｖｃｃは、図５に示すように、電源電圧Ｖｓには比例せずに低下するので、電源電圧Ｖｓの抵抗Ｒ１，Ｒ２による分電圧のデジタル変換値ＡＤは、電源電圧Ｖｓが５．３Ｖ以下に低下すると、逆に閾値３０４を超えるようになる。その為、電源電圧Ｖｓが５．３Ｖ以下（＜６．５Ｖ以下）に低下しているにも関らず、低電圧判定部５は低電圧と判定できなくなるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、マイクロコンピュータを備えて、安価に精度良く低電圧を判定できる低電圧判定回路を提供することを目的とする。

第１発明に係る低電圧判定回路は、電源からの電圧をダイオードを通じて与えられ、与えられた電圧により基準電圧を作成する基準電圧作成回路と、前記電源からの電圧を所定比に分圧する分圧回路と、該分圧回路が分圧した電圧を、前記基準電圧作成回路が作成した基準電圧に基づきデジタル変換する変換器と、該変換器がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備える低電圧判定回路において、前記電源にカソードが接続され、アノードが抵抗を通じて固定電位に接続されたツェナーダイオードと、該ツェナーダイオードのアノード電圧が所定の第２電圧値より低いか否かを判定する比較器とを備え、前記第２電圧値は、前記基準電圧の電圧値に比例しており、前記判定手段及び比較器の何れかが低いと判定したときに、前記電源からの電圧が低いと判定するように構成してあることを特徴とする。

この低電圧判定回路では、基準電圧作成回路が、電源からの電圧をダイオードを通じて与えられ、与えられた電圧により基準電圧を作成し、分圧回路が、電源からの電圧を所定比に分圧する。変換器が、分圧回路が分圧した電圧を、基準電圧作成回路が作成した基準電圧に基づきデジタル変換し、判定手段が、変換器がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する。ツェナーダイオードが、電源にカソードが接続され、アノードが抵抗を通じて固定電位に接続され、比較器が、ツェナーダイオードのアノード電圧が所定の第２電圧値より低いか否かを判定し、判定手段及び比較器の何れかが低いと判定したときに、電源からの電圧が低いと判定する。

第２発明に係る低電圧判定回路は、前記変換器、判定手段及び比較器は、マイクロコンピュータにより構成されており、前記比較器は、デジタル入力ポートであり、前記第２電圧をデジタル入力信号のオン／オフを判定する閾値としてあることを特徴とする。

この低電圧判定回路は、変換器、判定手段及び比較器が、マイクロコンピュータにより構成されており、比較器は、デジタル入力ポートであり、第２電圧をデジタル入力信号のオン／オフを判定する閾値としてある。

本発明に係る低電圧判定回路によれば、マイクロコンピュータを備えて、安価に精度良く低電圧を判定できる低電圧判定回路を実現することができる。

本発明に係る低電圧判定回路の実施の形態の概略構成を示す回路図である。 図１に示す低電圧判定回路の動作例を示す特性図である。 図１に示す低電圧判定回路の動作例を示す特性図である。 従来の低電圧判定回路の概略構成例を示すブロック図である。 図４に示す低電圧判定回路の動作例を示す特性図である。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る低電圧判定回路の実施の形態の概略構成を示す回路図である。
この低電圧判定回路は、順接続されたダイオード２を通じて与えられた電源１からの電圧により基準電圧（リファレンス電圧）を作成するレギュレータ（基準電圧作成回路）３と、電源１と接地端子との間に直列接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる分圧回路とを備えている。

この低電圧判定回路は、また、抵抗Ｒ１，Ｒ２が分圧した電圧を、レギュレータ３が作成した基準電圧に基づきデジタル変換するＡＤ変換器４と、ＡＤ変換器４がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する低電圧判定部（判定手段）５ａとを備えている。低電圧判定部５ａは、低いと判定したときは、出力をオフにする。

この低電圧判定回路は、また、電源１にカソードが接続され、アノードが抵抗Ｒ３を通じて接地されているツェナーダイオード８と、ツェナーダイオード８のアノード電圧と電源７から出力される比較電圧とを比較するコンパレータ（比較器）６とを備えている。コンパレータ６の出力は低電圧判定部５ａに与えられ、コンパレータ６が、ツェナーダイオード８のアノード電圧の方が低いと判定したとき、低電圧判定部５ａは出力をオフにする。

ＡＤ変換器４、低電圧判定部５ａ、コンパレータ６及び電源７は、マイコン９ａにより構成されており、レギュレータ３が作成した基準電圧は、マイコン９ａの基準電圧（リファランス電圧）入力端子を経由してＡＤ変換器４に与えられる。抵抗Ｒ１，Ｒ２が分圧した電圧は、マイコン９ａのＡＤ入力端子経由でＡＤ変換器４に入力される。
ツェナーダイオード８のアノード電圧は、マイコン９ａのデジタル入力ポート経由でコンパレータ６へ入力される。電源７から出力される比較電圧は、レギュレータ３が作成する基準電圧の１／３であり、コンパレータ６は、デジタル入力ポートへ入力された信号のオン／オフを判定している。

このような構成の低電圧判定回路では、実際には、ダイオード２及びレギュレータ３には、それぞれ電圧降下０．９Ｖ及び０．３５Ｖが生じており、電源電圧Ｖｓには５Ｖ＋１．２５Ｖ＝６．２５Ｖ以上が必要であるので、例えば、電源電圧Ｖｓ＝６．５Ｖ以下を低電圧と判定するようにする。
また、例えば、Ｒ１＝９１ｋΩ、Ｒ２＝２７ｋΩ、基準電圧Ｖｃｃ＝５．０Ｖとして、１０ビットでデジタル変換するようにすると、低電圧と判定する為の閾値（デジタル変換値）ＡＤは（１）式で計算される。

ＡＤ＝６．５Ｖ×（２７ｋ／１１８ｋ）×（１／５．０Ｖ）×１０２３
＝３０４ （１）
（１）式の電源電圧Ｖｓ及び基準電圧Ｖｃｃを変数で表示して（２）式とすると、
ＡＤ＝Ｖｓ×（２７ｋ／１１８ｋ）×（１／Ｖｃｃ）×１０２３ （２）

ここで、電源電圧Ｖｓが図２の特性図の横軸のように低下して行くと、基準電圧Ｖｃｃは、図２に示すように、電源電圧Ｖｓには比例せずに低下するので、電源電圧Ｖｓの抵抗Ｒ１，Ｒ２による分電圧のデジタル変換値ＡＤは、図２に示すように、電源電圧Ｖｓが５．３Ｖ以下に低下すると、逆に閾値３０４を超えるようになる。その為、電源電圧Ｖｓが５．３Ｖ以下（＜６．５Ｖ以下）に低下しているにも関らず、低電圧判定部５ａは低電圧と判定できない。ここまでは、従来技術の図５で説明した特性と同様である。
尚、マイコン９ａのコンパレータ６の閾値は、図２に示すように、電源電圧Ｖｓが低下しても、低下する基準電圧Ｖｃｃの１／３に維持され続ける。

一方、電源電圧Ｖｓ＝６．５Ｖ以下を低電圧と判定する場合、そのときのツェナーダイオード８のアノード電圧Ｖａは、基準電圧Ｖｃｃ＝５．０Ｖの１／３であるから、Ｖａ＝１．６７Ｖとなり、ツェナーダイオード８の通流電流Ｉｚは、Ｉｚ＝１．６７Ｖ／１００ｋΩ＝１６．７μＡとなる。
このとき、ツェナーダイオード８のツェナー電圧Ｖｚとしては、Ｖｚ＝６．５Ｖ−１．６７Ｖ＝４．８３Ｖが必要である。

実際には、ツェナーダイオード８は、個体差、温度、通流電流等により、ツェナー電圧Ｖｚに例えば４．４〜４．９Ｖのバラツキが存在する。ツェナー電圧Ｖｚのバラツキにより、ツェナーダイオード８のアノード電圧は、図２に示すように、アナログ入力ｍｉｎからアナログ入力ｍａｘまでバラツク可能性があるので、マイコン９ａのデジタル入力ポート経由でコンパレータ６を使用する低電圧判定の判定精度は良くない。

しかし、ツェナーダイオード８のアノード電圧のバラツク範囲（アナログ回路バラツキ；５．８〜６．４Ｖ）は、図３に示すように、ＡＤ変換器４で確実に低電圧を判定できる範囲である。また、ツェナーダイオード８のアノード電圧がバラツクことがなく、コンパレータ６で低電圧を良い精度で判定できる範囲には、ＡＤ変換器４で低電圧を判定できない範囲が含まれている。
尚、ツェナー電圧Ｖｚのバラツキ範囲４．４〜４．９Ｖは、抵抗Ｒ３の抵抗値を変えることにより調整することが可能である。

従って、電源電圧Ｖｓが６．５Ｖを超えている場合、低電圧判定部５ａはＡＤ変換器４のデジタル変換値ＡＤを低電圧と判定せず、コンパレータ６もツェナーダイオード８のアノード電圧を低電圧と判定しない（Ｈレベル（オン）と判定する）。
電源電圧Ｖｓが６．５Ｖ≧Ｖｓ＞５．３Ｖである場合、低電圧判定部５ａはＡＤ変換器４のデジタル変換値ＡＤを精度良く低電圧と判定し、コンパレータ６は、６．４Ｖ≧Ｖｓ≧５．８Ｖで、ツェナーダイオード８のアノード電圧を低電圧と判定する精度が悪く、５．８Ｖ＞Ｖｓ＞５．３Ｖで、低電圧と判定する精度が良い。

電源電圧Ｖｓが５．３Ｖ以下である場合は、低電圧判定部５ａはＡＤ変換器４のデジタル変換値ＡＤを低電圧と判定することができず、コンパレータ６は、ツェナーダイオード８のアノード電圧を低電圧と精度良く判定することができる。
以上より、低電圧判定部５ａは、電源電圧Ｖｓが６．５Ｖ以下である場合、電源電圧Ｖｓが低電圧と精度良く判定するか、電源電圧Ｖｓが低電圧との精度良い判定結果を得ることができるので、確実に出力をオフにすることができる。

１，７ 電源
２ ダイオード
３ レギュレータ（基準電圧作成回路）
４ ＡＤ変換器（変換器）
５ａ 低電圧判定部（判定手段）
６ コンパレータ（比較器）
８ ツェナーダイオード
９ａ マイコン
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗

Claims (2)

1. 電源からの電圧をダイオードを通じて与えられ、与えられた電圧により基準電圧を作成する基準電圧作成回路と、前記電源からの電圧を所定比に分圧する分圧回路と、該分圧回路が分圧した電圧を、前記基準電圧作成回路が作成した基準電圧に基づきデジタル変換する変換器と、該変換器がデジタル変換したデジタル電圧値が所定の電圧値より低いか否かを判定する判定手段とを備える低電圧判定回路において、
   前記電源にカソードが接続され、アノードが抵抗を通じて固定電位に接続されたツェナーダイオードと、
   該ツェナーダイオードのアノード電圧が所定の第２電圧値より低いか否かを判定する比較器と
   を備え、
   前記第２電圧値は、前記基準電圧の電圧値に比例しており、
   前記判定手段及び比較器の何れかが低いと判定したときに、前記電源からの電圧が低いと判定するように構成してある
   ことを特徴とする低電圧判定回路。
2. 前記変換器、判定手段及び比較器は、マイクロコンピュータにより構成されており、前記比較器は、デジタル入力ポートであり、前記第２電圧をデジタル入力信号のオン／オフを判定する閾値としてある請求項１に記載の低電圧判定回路。

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