JP6419024B2

JP6419024B2 - 電源回路及び車載用電源システム

Info

Publication number: JP6419024B2
Application number: JP2015107209A
Authority: JP
Inventors: 恵士小森山; 理仁曽根原; 洋一郎小林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: JP2016226079A

Description

本発明は、電源回路及び車載用電源システムに関する。

入力電圧を降圧し、所定の電圧を出力する電源回路などでは、電源立ち上がり時のオーバーシュート電圧を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、「与えられる電源電圧が所望の直流電圧よりも低いときに、基準電位を出力レベルと同じレベルに調整して差動増幅部に与える基準電位調整部を設けている、これにより、電源電圧が所望の直流電圧よりも低い時にでも、差動増幅部は平衡状態を保つことができ、電源電圧が急に上昇したときにオーバーシュートが発生せず、大きな出力変動を抑えることができるという効果がある」と記載されている（特許文献１の〔発明の効果〕参照）。

特開2005-250664号公報

特許文献１では、電源回路は、出力トランジスタの動作領域として、「ノードＮ２の制御信号ＣＯＮは、ＰＭＯＳ４１に電流が流れるか流れないかの、ぎりぎりの電位（ＶＣＣ−Ｖｔ＝０．８Ｖ）となる。」と記載されている。

このような電源回路では、例えば、入力電圧低下時に電流を出力することが出来ない。あるいは、電流が引かれた場合は、出力レベルが低下し、差動増幅部が平衡状態を保つことが出来ず、入力電圧の復帰時にオーバーシュートが発生してしまう。

本発明の目的は、入力電圧が低下した後、入力電圧が急に上昇した場合でも、負荷回路のオーバーシュート電圧を抑制することができる電源回路及び車載用電源システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一例である電源回路は、第１の電圧が入力され、前記第１の電圧を降圧した第２の電圧を出力するスイッチング電源と、前記第２の電圧が入力され、前記第２の電圧を平滑化した第３の電圧を出力するトランジスタを含むリニア電源と、前記リニア電源の内部ノードの電圧と基準電圧の大小を判定する判定回路と、
前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より小さいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を第１の設定値とし、前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より大きいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第１の設定値より小さい第２の設定値とする出力電圧切替回路と、を備える電源回路であって、前記第２の設定値は、前記リニア電源から出力される前記第３の電圧が印加される負荷回路の最大定格電圧から前記第２の電圧の最初のオーバーシュート量を減じた値以下である。

本発明によれば、入力電圧が低下した後、入力電圧が急に上昇した場合でも、負荷回路のオーバーシュート電圧を抑制することができる電源回路を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態による電源回路のブロック図の例である。図１に示す電源回路のタイミングチャートの例である。図１に示すフルオン判定回路を説明するブロック図の例である。図３に示すフルオン判定回路とリニア電源の構成を示したブロック図の一例である。図４に示すフルオン判定回路とリニア電源を含む電源回路のタイミングチャートの例である。フルオン判定回路（変形例１）を説明するブロック図の例である。図６に示すフルオン判定回路の構成を示したブロック図の例である。図７に示すフルオン判定回路を含む電源回路のタイミングチャートの例である。フルオン判定回路（変形例２）を説明するブロック図の例である。図９に示すフルオン判定回路の構成を示したブロック図の例である。図１０に示すフルオン判定回路を含む電源回路のタイミングチャートの例である。図１に示す出力電圧切替回路のブロック図の例である。図１に示すスイッチング電源のブロック図の例である。図１３に示すスイッチング電源を含む電源回路のタイミングチャートの例である。本発明の第２の実施形態による電源回路のブロック図の例である。図１５に示す電源回路のタイミングチャートの例である。本発明の第３の実施形態による電源回路のブロック図の例である。図１７に示す電源回路のタイミングチャートの例である。本発明の実施形態による電源回路を含む車載用電源システムのブロック図の例である。図１９に示す車載用電源システムのタイミングチャートの例であり

以下、図面を用いて、本発明の実施形態による電源回路の構成及び作用効果を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

（第１の実施形態）
本実施形態では、出力のオーバーシュート電圧を抑制できる電源回路の例を説明する。なお、電源回路は、外部電源の電圧を降圧し、所定の電圧を供給する。例えば、電源回路は、バッテリ電源の電圧を降圧し、車載用電子制御装置に所定の電圧を供給する。

図１は、本発明の第１の実施形態による電源回路１のブロック図の例である。電源回路１は、スイッチング電源１００、リニア電源２００（シリーズレギュレータ）、フルオン判定回路３００、出力電圧切替回路４００、を有する。また、電源回路１は、出力Ｖ３に、負荷として、例えば、ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）２などが接続される。

スイッチング電源１００は、Ｖ１を入力電源（入力電圧）として、降圧したＶ２を出力する。リニア電源２００は、Ｖ２を入力電源として、降圧したＶ３を出力する。フルオン判定回路３００は、リニア電源２００がフルオン状態かどうかを判定し、結果をＶ３０（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）として出力する。Ｖ３０の詳細については、図５を用いて後述する。

なお、本明細において、フルオン状態とは、通常はＭＯＳの飽和領域で動作している電源回路の出力ＭＯＳが、非飽和領域で動作している状態のことである。

出力電圧切替回路４００は、Ｖ３０を入力として、スイッチング電源１００の出力電圧設定を、切り替え、結果をＶ４０（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）として出力する。Ｖ４０の詳細については、図１４を用いて後述する。

図２は、図１に示す電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、電源回路１は通常動作をしているため、フルオン判定はされていない。スイッチング電源１００およびリニア電源２００は、それぞれ電圧設定１および電圧設定Ａの電圧を出力している。

入力電圧Ｖ１が低下し、時刻ｔ１において、フルオン判定回路３００は、フルオン状態であると判定する。このとき、出力電圧切替回路４００は、スイッチング電源１００の出力Ｖ２を、電圧設定２に設定する。

ところで、リニア電源２００が電圧設定Ａを出力するために必要な、最低入力電圧は、出力トランジスタＴ２のオン抵抗をＲｏｎとし、Ｔ２に流れる電流をＩｏｕｔとすれば、電圧設定Ａ＋（Ｒｏｎ×Ｉｏｕｔ）で表される。

ここで、電圧設定２は、リニア電源２００の最低入力電圧より高く、かつ、スイッチング電源１００の立ち上がり時オーバーシュート電圧も含めて、ＭＣＵ２の最大定格よりも低い値に設定すると良い。

換言すれば、電圧設定２（第２の設定値）は、リニア電源２００の最低入力電圧以上とすればよい。また、電圧設定２（第２の設定値）は、リニア電源２００から出力される第３の電圧Ｖ３が印加されるＭＣＵ２（負荷回路）の最大定格電圧以下とすればよい。なお、オーバーシュートを考慮した場合、電圧設定２（第２の設定値）は、ＭＣＵ２（負荷回路）の最大定格電圧から第２の電圧Ｖ２の最初のオーバーシュート量を減じた値以下とすればよい。

時刻ｔ２において、Ｖ１が、スイッチング電源１００およびリニア電源２００の最低入力電圧以上に立ち上がると、スイッチング電源１００は、電圧設定２となるべく立ち上がる。このとき、リニア電源２００は、Ｖ２につれて立ち上がるが、出力電圧の最大値は、Ｖ２以下に制限される。

ここで、電圧設定２は、前記の範囲に設定されていれば、リニア電源２００の出力Ｖ３に、ＭＣＵ２の最大定格以上のオーバーシュート電圧が発生することは無い。

時刻ｔ３において、リニア電源２００のフルオン判定が解除された後、リニア電源２００の出力Ｖ３が安定化するまでの時間として、（ｔ４−ｔ３）の間、電圧設定２を維持し、通常の電圧設定１に戻す。ここで、電源回路１は通常動作に戻る。

このように、スイッチング電源１００は、第１の電圧Ｖ１が入力され、第１の電圧Ｖ１を降圧した第２の電圧Ｖ２を出力する。リニア電源２００は、第２の電圧Ｖ２が入力され、第２の電圧Ｖ２を平滑化した第３の電圧Ｖ３を出力するトランジスタＴ２を含む。フルオン判定回路３００は、トランジスタＴ２がフルオン状態か否かを判定する。出力電圧切替回路４００は、トランジスタＴ２がフルオン状態でないと判定された場合、スイッチング電源１００の出力電圧設定を第１の設定値（電圧設定１）とし、トランジスタＴ２がフルオン状態であると判定された場合、スイッチング電源１００の出力電圧設定を第１の設定値より小さい第２の設定値（電圧設定２）とする。

これにより、入力電圧が低下した後、入力電圧が急に上昇した場合でも、負荷回路のオーバーシュート電圧を抑制することができる。

（フルオン判定回路）
図３と図４を用いて、本発明の第１の実施形態によるフルオン判定回路３００を説明する。

図３は、図１に示すフルオン判定回路３００を説明するブロック図の例である。フルオン判定回路３００は、リニア電源２００の内部信号を入力とし、フルオン判定Ｖ３０を出力する。その他の構成は、すでに説明した図１に示した同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

図４は、図３に示すフルオン判定回路３００とリニア電源２００の構成を示したブロック図の一例である。

リニア電源２００は、例えば、出力トランジスタＴ２、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５、基準電圧Ｖｂ（基準電圧生成回路）、ＯＰＡ（ＯＰｅｒａｔｉｏｎａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２０１、レベルシフタ２０２、を有する。フルオン判定回路３００は、以下で説明するように、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０に基づいて、トランジスタＴ２がフルオン状態か否かを判定する。

出力トランジスタＴ２は、Ｖ２を入力とし、Ｖ２２の制御信号に基づいて、降圧した電圧をＶ３として出力する。分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５は、Ｖ３の電圧を分圧して、分圧電圧Ｖ２１を出力する。

ＯＰＡ２０１は、分圧電圧Ｖ２１を反転入力とし、基準電圧Ｖｂを非反転入力とし、差分を増幅した結果をＶ２０として出力する。

レベルシフタ２０２は、Ｖ２０を入力とし、出力トランジスタＴ２を駆動する制御信号Ｖ２２を出力する。

ここで、負帰還により、ＶｂとＶ２１が等しくなるように出力トランジスタＴ２が制御されるため、Ｖ３の電圧設定Ａは、Ｖｂ×（Ｒ４＋Ｒ５）／（Ｒ５）に設定される。

フルオン判定回路３００は、例えば、基準電圧Ｖｃ（基準電圧生成回路）、コンパレータ３０１、を有する。コンパレータ３０１は、Ｖ２０を非反転入力とし、Ｖｃを反転入力とし、フルオン判定Ｖ３０を出力する。

その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

図５は、図４に示すフルオン判定回路３００とリニア電源２００を含む電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、電源回路１は通常動作をしており、ＯＰＡ２０１の入力電圧Ｖ２１は、基準電圧Ｖｂと同じ値に制御され、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０は、トランジスタＴ２を飽和領域にて制御可能な範囲にある。

時刻ｔ１において、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖ２が、リニア電源２００の最低入力電圧以下に低下すると、ＯＰＡ２０１の入力電圧は、定常的に反転入力Ｖ２１＜非反転入力Ｖｂとなり、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０は、正常な動作範囲を逸脱し、ＯＰＡ２０１の電源電圧まで増加する。これにより、出力トランジスタＴ２はフルオン状態となる。

コンパレータ３０１は、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０と、基準電圧Ｖｃを比較し、Ｖ２０がＶｃより大きければ、フルオン状態と判定し、Ｖ３０をＨｉｇｈ論理（以下、単にＨと呼ぶ）とする。ここで、基準電圧Ｖｃは、Ｖ２０の正常な動作範囲上限程度に設定すると良い。

時刻ｔ２において、リニア電源２００の入力電圧Ｖ２が立ち上がると、Ｖ２１が増加し、Ｖ２０は低下し始める。

時刻ｔ３において、Ｖ２０がＶｃより小さくなると、フルオン判定回路は、Ｖ３０をＬｏｗ論理（以下、単にＬと呼ぶ）とする。

このように、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０を、コンパレータ３０１で監視するといった、簡易な構成で、リニア電源２００のフルオン判定を行うことができる。

（フルオン判定回路の変形例１）
図６と図７を用いて、本発明の第１の実施形態によるフルオン判定回路３００の別の構成例を説明する。

図６は、フルオン判定回路３００（変形例１）を説明するブロック図の例である。フルオン判定回路３００は、スイッチング電源１００の入力電圧Ｖ１を入力とし、フルオン判定の結果をＶ３０として出力する。

すなわち、フルオン判定回路３００は、スイッチング電源１００に入力される第１の電圧Ｖ１に基づいて、リニア電源２００のトランジスタＴ２がフルオン状態か否かを判定する。

図７は、図６に示すフルオン判定回路３００の構成を示したブロック図の例である。フルオン判定回路３００は、例えば、基準電圧Ｖｃ（基準電圧生成回路）、コンパレータ３０１、を有する。コンパレータ３０１は、Ｖ１を反転入力とし、Ｖｃを非反転入力とし、フルオン判定Ｖ３０を出力する。

ここで、基準電圧Ｖｃは、リニア電源２００の最低入力電圧と、スイッチング電源１００のフルオン状態の電圧降下の合計値程度とする。これは、リニア電源２００の入力電圧Ｖ２が、リニア電源２００の最低入力電圧以下であれば、必然的に、リニア電源２００はフルオン状態となるためである。

図８は、図７に示すフルオン判定回路３００を含む電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、入力電圧Ｖ１は、Ｖｃより大きいため、フルオン判定回路３００はＬを出力する。

時刻ｔ１において、Ｖ１が、Ｖｃ未満になると、フルオン判定回路３００は、Ｈを出力する。

時刻ｔ２において、Ｖ１が、Ｖｃより大きくなると、フルオン判定回路３００は、Ｌを出力する。このとき、リニア電源２００自体は、入力電圧が立ち上がった後も、フルオン状態でなくなるまでに時間が掛かる。そのため、通常の動作範囲に復帰はしていないが、このフルオン判定を目安として用いることはできる。

（フルオン判定回路の変形例２）
図９と図１０を用いて、本発明の第１の実施形態によるフルオン判定回路３００の別の構成例を説明する。

図９は、フルオン判定回路３００（変形例２）を説明するブロック図の例である。フルオン判定回路３００は、リニア電源２００の入力電圧Ｖ２を入力とし、フルオン判定の結果をＶ３０として出力する。

すなわち、フルオン判定回路３００は、スイッチング電源１００から出力される第２の電圧Ｖ２に基づいて、リニア電源２００のトランジスタＴ２がフルオン状態か否かを判定する。

図１０は、図９に示すフルオン判定回路３００の構成を示したブロック図の例である。

コンパレータ３０１は、Ｖ２を反転入力とし、Ｖｃを非反転入力とし、フルオン判定Ｖ３０を出力する。

ここで、基準電圧Ｖｃは、リニア電源２００の最低入力電圧程度とする。

図１１は、図１０に示すフルオン判定回路３００を含む電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、入力電圧Ｖ２は、Ｖｃより大きいため、フルオン判定回路３００は、Ｌを出力する。

時刻ｔ１において、Ｖ２が、Ｖｃ未満になると、フルオン判定回路３００は、Ｈを出力する。

時刻ｔ２において、Ｖ２が、Ｖｃより大きくなると、フルオン判定回路３００は、Ｌを出力する。このとき、リニア電源２００自体は、Ｖ２が立ち上がった後も、フルオン状態でなくなるまでに時間が掛かる。そのため、通常の動作範囲に復帰はしていないが、このフルオン判定を目安として用いることはできる。

このように、リニア電源２００の入力電圧Ｖ２を、コンパレータ３０１で監視するといった、簡易な構成で、リニア電源のフルオン判定を間接的に行うことができ、スイッチング電源１００とリニア電源２００が、物理的に離れて配置されている等の、リニア電源２００の内部ノードの電圧Ｖ２０の監視が困難な場合でも、本発明の実施形態による効果を得られる。

（出力電圧切替回路）
次に、図１２と図１３を用いて、本発明の第１の実施形態による出力電圧切替回路４００の構成例を説明する。

図１２は、図１に示す出力電圧切替回路４００のブロック図の例である。出力電圧切替回路４００は、例えば、遅延回路４０１、ＯＲ論理４０２、を有する。

図１３は、図１に示すスイッチング電源１００のブロック図の例である。スイッチング電源１００は、例えば、スイッチ素子Ｔ１、還流ダイオードＤ１、インダクタＬ１、容量Ｃ１（コンデンサ／キャパシタ）、分圧抵抗Ｒ１〜３、スイッチ１０２、基準電圧Ｖａ（基準電圧生成回路）、ＰＷＭ制御部１０１、を有する。

分圧抵抗Ｒ１〜３は、Ｖ２を分圧し、Ｖ１１を出力する。スイッチ１０２は、Ｒ１と並列に接続され、制御信号（Ｖ４０）がＬで開き、Ｈで閉じるものとする。

ＰＷＭ制御部は、基準電圧Ｖａと、前記分圧抵抗Ｒ１〜３による分圧電圧Ｖ１１が、等しくなる様に、スイッチ素子Ｔ１を制御する。すなわち、スイッチング電源の出力ラインＶ２の電圧は、スイッチ１０２が開いている場合は、電圧設定１＝Ｖａ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ３に設定され、スイッチ１０２が閉じている場合は、電圧設定２＝Ｖａ×（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ３に設定される。

なお、スイッチング電源１００自体の動作については、公知のため省略する。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

図１４は、図１３に示すスイッチング電源１００を含む電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、電源回路１は通常動作をしており、フルオン判定回路３００、遅延回路３０１、およびＯＲ論理３０２は、出力をＬとする。このとき、出力電圧切替回路４００は、スイッチング電源１００の出力電圧設定を、電圧設定１に設定する。

時刻ｔ１において、フルオン状態と判定され、Ｖ３０がＨとなると、出力電圧切替信号Ｖ４０もＨとなる。このとき、スイッチング電源１００の出力電圧設定は、電圧設定２に設定される。

時刻ｔ２において、スイッチング電源１００は、電圧設定２となるべく立ち上がり、このときの出力電圧は、リニア電源２００の最低入力電圧以上、かつ、ＭＣＵ２の最大定格未満である。

時刻ｔ３において、Ｖ３０がＬとなるが、遅延回路出力Ｖ４１は、Ｌとなるまでに一定期間遅延するため、Ｖ４０はＨを維持し、スイッチング電源１００の出力Ｖ２は、遅延時間分、電圧設定２に維持される。ここで、遅延時間は、フルオン判定解除後に、リニア電源２００が安定するまでの時間程度に設定すると良い。

時刻ｔ４において、Ｖ４０がＬとなり、スイッチング電源の出力電圧は、電圧設定１に切替り、電源回路１は、通常状態に戻る。

すなわち、出力電圧切替回路４００は、スイッチング電源１００の出力電圧設定を電圧設定２（第２の設定値）とした後、トランジスタＴ２がフルオン状態でないと判定された場合、所定時間経過後にスイッチング電源１００の出力電圧設定を電圧設定１（第１の設定値）とする。

このように、ＯＲ論理４０２や、遅延回路４０１およびスイッチ１０２といった、簡易な構成で、リニア電源２００のオーバーシュート電圧を制限することができる。

以上より、簡易な構成でありながら、フルオン状態からの復帰時に、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖ２を、一度、ＭＣＵ２の最大定格未満である電圧設定２で立上げ、リニア電源２００のフルオン状態が解除された後、通常の動作電圧である電圧設定１に戻すことにより、復帰時のオーバーシュート電圧を、ＭＣＵ２の最大定格電圧以下に抑えられる。

なお、本実施形態において、スイッチング電源１００の電圧設定の切り替えに分圧抵抗を用いたが、その意図は、出力電圧を切り替えることにあり、方法としては、例えば、基準電圧を切り替えても良いし、分圧抵抗であれば、分圧比さえ変われば、どう切り替えてもよい。

（第２の実施形態）
リニア電源２００の最低入力電圧は、Ｔ２に使用する素子のオン抵抗と、ＭＣＵ２に流れる負荷電流によって決まる。Ｔ２のオン抵抗が高いほど最低入力電圧は高くなり、負荷電流が大きいほど最低入力電圧は高くなる。このため、使用条件によっては、電圧設定２の値が大きくなり、ＭＣＵ２の最大定格電圧以上に設定する必要がある。このとき、スイッチング電源１００のオーバーシュート電圧によって、リニア電源２００の出力電圧Ｖ３のオーバーシュート電圧が、ＭＣＵ２の最大定格電圧以下に抑制できない場合がある。

このようなスイッチング電源１００のオーバーシュート電圧は、出力電圧設定の立ち上がりを、ゆるやかにすることで抑えられる。

本実施形態では、上記を考慮し、出力電圧切替回路４００に関する、別の例を説明する。図１５は、本発明の第２の実施形態による電源回路１のブロック図の例である。

出力電圧切替回路４００は、電圧スロープ４０３を有する。電圧スロープ４０３は、フルオン判定Ｖ３０を入力とし、フルオン判定時は、所定の電圧ＶｄをＶ４０に出力し、フルオン判定解除時には、所定の電圧変化率によって、Ｖａ以上にＶ４０の電圧を上昇させる。

スイッチング電源１００において、ＰＷＭ制御部１０１は、基準電圧Ｖａおよび、出力電圧切替回路４００の出力Ｖ４０の内、低い方の電圧と、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ３による分圧電圧Ｖ１１が、等しくなる様に、スイッチ素子Ｔ１を制御する。すなわち、スイッチング電源１００の出力ラインＶ２の電圧は、Ｖａ＞Ｖ４０の場合は、Ｖ４０×（Ｒ１＋Ｒ３）／Ｒ３に設定され、Ｖａ＜Ｖ４０の場合は、電圧設定１＝Ｖａ×（Ｒ１＋Ｒ３）／Ｒ３に設定される。

図１６は、図１５に示す電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、フルオン判定Ｖ３０はＬであり、出力電圧切替回路４００の出力Ｖ４０はＶａ以上となるため、スイッチング電源１００の出力電圧は、電圧設定１である。

時刻ｔ１において、フルオン判定Ｖ３０がＨとなると、Ｖ４０は、Ｖａ未満の電圧Ｖｄとなり、スイッチング電源の出力電圧は、電圧設定２＝Ｖｄ×（Ｒ１＋Ｒ３）／Ｒ３に設定される。ここで、電圧設定２は、スイッチング電源１００の立ち上がりオーバーシュート電圧も含めて、ＭＣＵ２の最大定格電圧未満となる値に設定する。

時刻ｔ２において、スイッチング電源１００は、電圧設定２となるべく立ち上がり、時刻ｔ３において、フルオン判定が解除されると、前記所定の電圧変化率によって、電圧設定値が増加する。

最終的に、時刻ｔ４において、Ｖ４０＞Ｖａとなり、通常の電圧設定１に収束する。ここで、前記所定の電圧変化率は、スイッチング電源１００およびリニア電源２００のオーバーシュート電圧が問題にならない程度に抑えれば良い。

つまり、出力電圧切替回路４００は、スイッチング電源１００の出力電圧設定を電圧設定２（第２の設定値）とした後、トランジスタＴ２がフルオン状態でないと判定された場合、スイッチング電源１００の出力電圧設定を電圧設定２（第２の設定値）から所定の電圧変化率で徐々に電圧設定１（第１の設定値）に変える。

このように、リニア電源２００のオン抵抗が高い場合や、負荷電流が大きい場合でも、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖ２を、ＭＣＵ２の最大定格未満である電圧設定２から徐々に立上げ、通常の電圧設定に戻すことにより、復帰時のリニア電源のオーバーシュートを、ＭＣＵ２の最大定格以下に防ぐことが出来る。

（第３の実施形態）
図１７は、本発明の第３の実施形態による電源回路１のブロック図の例である。電源回路１は、通知回路５００を有する。その他の構成は、既に説明した図１に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有するので、それらの説明は省略する。

通知回路５００は、出力電圧切替回路４００が、スイッチング電源１００の出力電圧設定を切り替えている期間、ＭＣＵ２にフルオン状態を通知する。ＭＣＵ２は、この通知をうけて、動作を必要最低限に制限し、消費電流を抑える。

すなわち、通知回路５００は、リニア電源２００のトランジスタＴ２がフルオン状態であると判定された場合、ＭＣＵ２（負荷回路）に消費電力を小さくするように通知する。

図１８は、図１７に示す電源回路１のタイミングチャートの例である。

時刻ｔ０において、フルオン判定はされておらず、出力電圧切替回路４００の出力Ｖ４０はＬである。したがって、通知回路５００も通知は行わない。ここで、図１８において、通知回路５００の出力Ｖ５０は、フルオン状態を通知する場合はＨであり、通知しない場合はＬとする。

時刻ｔ１において、フルオン判定により、Ｖ４０がＨとなると、Ｖ５０もＨとなり、ＭＣＵ２の消費電流は低下する。

時刻ｔ２において、スイッチング電源１００が、電圧設定２となるべく立ち上がる。このとき、ＭＣＵ２の消費電流は抑えられているため、リニア電源の最低入力電圧も低く抑えられており、したがって、電圧設定２の値は、より低い値に設定できる。

その後、リニア電源２００が安定し、時刻ｔ３において、Ｖ４０がＬとなると、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖ２は元に戻り、Ｖ５０もＬとなり、ＭＣＵ２の消費電流は、通常動作時に戻る。

このように、負荷電流が大きい場合でも、出力電圧設定を最大定格電圧未満に設定している間は、ＭＣＵ２の消費電流を制限することにより、復帰時におけるオーバーシュート電圧を抑制できる。

（応用例）
本実施形態では、車載用電子制御装置に、本発明の第１〜第３の実施形態による電源回路１を適用する例を説明する。図１９は、本発明の実施形態による電源回路１を含む車載用電源システム１０のブロック図の例である。

車載用電源システム１０は、電源回路１、ＭＣＵ２、バッテリ３、スターターモータ４、オルタネータ５、を有する。

電源回路１は、Ｖ１を入力とし、電圧Ｖ３を出力する。

ＭＣＵ２は、Ｖ３を電源とし、自動車の動作に関する各種制御を行う。

バッテリ３は、エンジン動作時に、後述するオルタネータ５の出力電圧を蓄電し、エンジン停止時に、蓄えられた電圧を出力する。

スターターモータ４は、エンジン始動時に動作するもので、Ｖ１を電源として、エンジンを始動させる。

オルタネータ５は、エンジンの回転を利用した発電機であり、エンジン動作時に、Ｖ１に電圧を出力する。

図２０は、図１９に示す車載用電源システム１０のタイミングチャートの例であり、アイドリングストップ状態からのエンジン始動時の動作を示す。

ここでは、電圧値の例として、オルタネータ５の出力電圧を１４Ｖとし、スイッチング電源１００の電圧設定１を６．５Ｖとし、リニア電源２００の電圧設定Ａを５．０Ｖとし、リニア電源の最低入力電圧を５．１Ｖとして説明する。ここで、ＭＣＵ２の最大定格電圧は６．０Ｖであり、電圧設定２は５．２Ｖに設定したとする。

時刻ｔ０までの期間は、エンジンが停止しており、スターターモータ４およびオルタネータ５は停止している。電源回路１は、バッテリ電源３に蓄えられている電圧を入力とし、ＭＣＵ２に５Ｖの電圧を出力する。

時刻ｔ０において、スターターモータ４に大電流が流れるため、バッテリ電源３の電圧Ｖ１が一時的に低下し、場合によっては５Ｖを下回る。また、バッテリ電圧Ｖ１の低下に伴い、スイッチング電源１００の出力Ｖ２およびリニア電源２００の出力Ｖ３も、順次低下する。

時刻ｔ１において、リニア電源２００がフルオン状態と判定され、同時に、スイッチング電源１００の出力電圧設定は、６．５Ｖ（電圧設定１）から５．２Ｖ（電圧設定２）に設定される。このとき、出力電圧Ｖ３は、スイッチング電源１００およびリニア電源２００がフルオン状態となり、最大限の供給が継続される。

その後、エンジンが始動し、オルタネータ５がバッテリ３を充電し始め、電圧Ｖ１が復帰し、スイッチング電源１００は、５．２Ｖ（電圧設定２）となるべく立ち上がる。

このとき、スイッチング電源１００のオーバーシュート電圧は０．３Ｖであったとすると、リニア電源２００の出力は、オーバーシュート電圧が発生しても、５．５Ｖ以下に制限されるため、最大定格である６．０Ｖを超えることはない。

時刻ｔ２において、リニア電源２００のフルオン判定が解除された後、リニア電源２００は、通常の動作範囲に復帰する。

時刻ｔ３において、スイッチング電源１００の出力電圧設定は、５．２Ｖ（電圧設定２）から６．５Ｖ（電圧設定１）に戻り、電源回路１は、通常動作に戻る。

このように、一時的にバッテリ電圧が低下した場合に、スイッチング電源１００の出力電圧Ｖ２を切り替える簡易な構成で、バッテリ電圧Ｖ１の復帰時における、電源回路１のオーバーシュート電圧を、負荷回路（ＭＣＵ２）の最大定格以下に抑えることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、タイミングチャートに示した信号極性は、一例であり、これに限定するものではない。また、上記の各構成、は、それらの一部又は全部を、例えばひとつの集積回路で実現してもよいし、複数の集積回路で実現しても良い。

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。

Ｖ１…入力電圧
Ｖ２…スイッチング電源出力
Ｖ３…リニア電源出力
Ｖ１１…スイッチング電源の帰還電圧
Ｖ２０…リニア電源内部ノード
Ｖ３０…フルオン判定出力
Ｖ４０…出力電圧切替回路出力
Ｖ４１…遅延回路出力
Ｖ５０…ＭＣＵ２への通知信号
Ｖａ〜Ｖｄ…基準電圧
Ｔ１…スイッチ素子（スイッチング素子）
Ｄ１…還流ダイオード
Ｌ１…インダクタ
Ｃ１…容量
Ｒ１〜３…スイッチング電源の出力電圧帰還用分圧抵抗
Ｔ２…リニア電源の出力トランジスタ
Ｒ４〜５…リニア電源の出力電圧帰還用分圧抵抗
１…電源回路
２…ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵｎｉｔ）
３…バッテリ
４…スターターモータ
５…オルタネータ
１０…車載用電源システム
１００…スイッチング電源
１０１、１１１…ＰＷＭ制御部
１０２…スイッチ
２００…リニア電源（シリーズレギュレータ）
２０１…ＯＰＡ
２０２…Ｔ２駆動用レベルシフタ
３００…フルオン判定回路
３０１…コンパレータ
４００…出力電圧切替回路
４０１…遅延回路
４０２…ＯＲ論理
５００…通知回路

Claims

第１の電圧が入力され、前記第１の電圧を降圧した第２の電圧を出力するスイッチング電源と、
前記第２の電圧が入力され、前記第２の電圧を平滑化した第３の電圧を出力するトランジスタを含むリニア電源と、
前記リニア電源の内部ノードの電圧と基準電圧の大小を判定する判定回路と、
前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より小さいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を第１の設定値とし、前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より大きいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第１の設定値より小さい第２の設定値とする出力電圧切替回路と、を備える電源回路であって、
前記第２の設定値は、
前記リニア電源から出力される前記第３の電圧が印加される負荷回路の最大定格電圧から前記第２の電圧の最初のオーバーシュート量を減じた値以下である
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記第２の設定値は、
前記リニア電源の最低入力電圧以上である
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記出力電圧切替回路は、
前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第２の設定値とした後、前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より小さいと判定された場合、所定時間経過後に前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第１の設定値とする
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記出力電圧切替回路は、
前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第２の設定値とした後、前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より小さいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第２の設定値から所定の電圧変化率で徐々に前記第１の設定値に変える
ことを特徴とする電源回路。
請求項１に記載の電源回路であって、
前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より大きいと判定された場合、前記負荷回路に消費電力を小さくするように通知する通知回路を
さらに備えることを特徴とする電源回路。
バッテリと、
エンジン始動時に前記バッテリから印加される電圧により駆動するスターターモータと、
エンジン作動時に前記バッテリを充電するオルタネータと、
前記バッテリ又は前記オルタネータから第１の電圧が入力され、前記第１の電圧を降圧した第２の電圧を出力するスイッチング電源、前記第２の電圧が入力され、前記第２の電圧を平滑化した第３の電圧を出力するトランジスタを含むリニア電源、前記リニア電源の内部ノードの電圧と基準電圧の大小を判定する判定回路、及び前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より小さいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を第１の設定値とし、前記リニア電源の内部ノードの電圧が基準電圧より大きいと判定された場合、前記スイッチング電源の出力電圧設定を前記第１の設定値より小さい第２の設定値とする出力電圧切替回路を有する電源回路と、を備える車載用電源システムであって、
前記第２の設定値は、
前記リニア電源から出力される前記第３の電圧が印加される負荷回路の最大定格電圧から前記第２の電圧の最初のオーバーシュート量を減じた値以下である
ことを特徴とする車載用電源システム。