JP6685196B2

JP6685196B2 - 電圧検出回路

Info

Publication number: JP6685196B2
Application number: JP2016143328A
Authority: JP
Inventors: 祐介田村
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: JP2018013425A

Description

本発明は、電圧検出回路に関するものである。

電子機器は、電源電圧の変動による機器の動作を制御するため、電源電圧を検出する機能が備わっている。
電源電圧の検出方法としては、電圧検出用ＩＣ（Integrated Circuit）を利用したり、マイコン（マイクロコントローラ/microcontroller/マイクロコンピュータ/microcomputer）に具備されたＡＤ（Analog/Digital）コンバータを利用して電源電圧を直接検出する方法などがある。

マイコンに具備されたＡＤコンバータを利用する従来技術を図２を用いて説明する。
図２は従来のマイコンに具備されたＡＤコンバータを利用した電源電圧検出回路を表す回路図である。
電圧検出回路は、電源(V_BAT)４０を、マイコン５０の電源端子(Vcc)１１、定電圧レギュレータ２０の電源端子(V_in)２１にそれぞれ接続して電源供給を行っている。この電源４０の電圧を検出するためには、抵抗(R1)３４、抵抗(R3)３５により電圧を分圧してＡＤコンバータ端子(AD１)２３に電圧を印加する。電源電圧検出のＯＮ、ＯＦＦはマイコン５０の出力ポート(Port_out)１４の出力設定により決定される。

電圧検出をＯＮとする場合は、出力ポート１４の出力レベルをLowレベルとする。電圧検出をＯＮとした場合は、このとき出力ポート１４の出力電圧が約0Vとなり、電源４０(V_BAT)から抵抗(R1)３４、抵抗(R3)３５を介して一定の電流が流れ、既知の抵抗(R1)３４、抵抗(R3)３５により分圧された電圧がＡＤコンバータ端子(AD1)２３に入力される。

定電圧レギュレータ２０の出力(REG_out)２２は、ＡＤコンバータの基準電圧入力(V_refH)１２に入力しているため、ＡＤコンバータの読み値から電源電圧を計算できる。
電圧検出をＯＦＦとする場合は、出力ポート(Port_out)１４の出力レベルをHighレベルとする。このとき出力ポート(Port_out)１４の出力電圧は、電源４０(V_BAT)電圧と同一となるため、抵抗(R1)３４、抵抗(R3)３５には電流が流れず、低消費電流化を実現できる。
以上により、電圧検出回路は、電圧検出OFF時の低消費電流化を図りながら、電源電圧の検出を行っている。

先行技術文献としては、例えば、特許文献１に、低電源電圧の検出レベルが低い場合でも、その低電源電圧を確実に検出して低電圧禁止を行わせることができるとともに、低電圧禁止時の消費電流を大幅に少なくする発明が開示されている。

特開平１０−１４５２０８号公報

従来の技術は、電源電圧の検出を行う際にマイコン５０の出力ポート１４のLowレベル電圧に起因する誤差が発生する。つまり、マイコン５０毎にLowレベル電圧に誤差があるため、量産品の機器の場合、すべての機器で誤差なく正確に電源電圧を検出できないという課題がある。
本発明の目的は、マイコンの特性に起因する誤差なく正確に電源電圧を検出することである。

本発明の電圧検出回路は、少なくとも、２つのＡＤコンバータと１つの出力ポートを有するマイコンと、３つの抵抗器を備え、前記３つの抵抗器は直列に接続され、電源に最も近い第１抵抗器は前記電源に接続された電圧線と第１ＡＤコンバータとの間に接続され、第２抵抗器は前記第１ＡＤコンバータと第２ＡＤコンバータとの間に接続され、第３抵抗器は前記第２ＡＤコンバータと前記出力ポートとの間に接続され、前記マイコンは、前記第１ＡＤコンバータ及び前記第２ＡＤコンバータから取得したデータと、前記第１抵抗器及び第２抵抗器の抵抗値から、前記電圧線の電圧を算出することを特徴とする。

なお、前記第１抵抗器の抵抗値をＲ１、前記第２抵抗器の抵抗値をＲ２、前記第１ＡＤコンバータの電圧をＶ１、前記第２ＡＤコンバータの電圧をＶ２とした場合、前記マイコンは、（Ｒ１／Ｒ２）×（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖ１の計算式から前記電圧を算出することが好ましい。

また、マイコンは、前記電圧線から電源供給を受けることが好ましい。

さらに、定電圧レギュレータを有することが好ましい。

本発明によれば、高精度な電源電圧の検出を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電圧検出回路の回路図である。従来の電圧検出回路の回路図である。本発明の一実施形態に係る電圧検出回路の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電圧検出回路の回路図である。
図１において、電圧検出回路は、マイコン１０と、定電圧レギュレータ２０と、３つの抵抗器である抵抗(R1) ３１、抵抗(R2) ３２、抵抗(R3) ３３で構成されている。
マイコン１０は、少なくとも、２つのＡＤコンバータ１３、１５と、１つの出力ポート１４を内蔵している。
本発明の一実施形態に係る電圧検出回路は、従来の技術の図２に加えて抵抗(R2)３２とＡＤコンバータ(AD2)１５が追加された構成となっている。

次に、本発明の電圧検出回路における詳細な動作について図３を用いて説明する。
図３は本発明の一実施形態に係る電圧検出回路の動作を説明するための図である。
図３は、各部の電圧、および電流、抵抗値を表した図である。
図３において、Ｖ１，Ｖ２，Ｖｏ，Ｖ_ＢＡＴは各部の電圧を表し、Ｉは各部に流れる電流を表し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は各抵抗値を表している。なお、Ｖ１はＡＤコンバータ１３から得られる電圧値であり、Ｖ２はＡＤコンバータ１５から得られる電圧値である。

図３において、電圧検出を行う際は、マイコン１０の出力ポート(Port_out)１４の出力をLowレベルに設定する。
この時、Ｖｏはマイコン１０の出力ポート(Port_out)１４のLowレベル電圧と一致する。しかし、マイコン１０の出力ポート(Port_out)１４のLowレベル電圧は、各マイコンの個別ばらつきにより一定値とならない。

図３におけるＶ_ＢＡＴ，Ｖ１，Ｖ２は下式により算出できる。ただし、ＡＤコンバータ端子は十分インピーダンスが高く、電流が流れないと仮定する。
Ｖ_ＢＡＴ＝Ｉ×（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｖｏ・・・（式１）
Ｖ１＝Ｉ×（Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｖｏ・・・（式２）
Ｖ２＝Ｉ×Ｒ３＋Ｖｏ・・・（式３）

電流Ｉは、（式２）と（式３）から生成した（式４）で求まる。
Ｉ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｒ２・・・（式４）
（式５）は（式１）と（式２）から求まる。
Ｖ_ＢＡＴ＝Ｉ×Ｒ１＋Ｖ1 ・・・（式５）

さらに、（式６）は（式４）と（式５）から求まる。
Ｖ_ＢＡＴ＝（Ｒ１／Ｒ２）×（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖ１・・・（式６）
（式６）はＶｏによる誤差を含まないＶ_ＢＡＴを算出できる。さらにＲ３が含まれなくなるため、抵抗の許容偏差の影響を低減することができる。

（式７）は、従来の技術である図２でＶ_ＢＡＴを求める式である。(式７)において、Ｒ1，Ｒ３は各抵抗値を表し、Ｖ１はＡＤコンバータ２３から得られる電圧値であり、Ｖｏはマイコン５０の出力ポート(Port_out)１４のLowレベル電圧であり、Ｖ_ＢＡＴは電源(V_BAT)４０の電圧である。
Ｖ_ＢＡＴ＝（Ｒ１／Ｒ３）× Ｖ１＋Ｖｏ・・・（式７）
前記の通り、Ｖｏは各マイコンの個別のばらつきにより一定値とならず、最悪値で数百ｍVのオーダーとなる。この時、Ｖ_ＢＡＴはＶｏで発生するLowレベル電圧がそのまま誤差として発生する。このため、従来の技術ではＶ_ＢＡＴの偏差は最悪値で数百ｍVとなる。

一方、本発明による一実施形態に係る電圧検出回路は、（式６）より、抵抗の持つ許容偏差、およびＶ１，Ｖ２を測定する際のＡＤコンバータの許容偏差のみとなる。
例えば、抵抗には許容偏差±0.5%の部品を使用し、ＡＤ変換器には12bitで絶対精度±8LSB品を使用し、定電圧レギュレータには±1%品を使用した場合、誤差は約1.7%となる。
本発明の電圧検出回路は、Ｖ_ＢＡＴとして2.7Vを測定すると、Ｖ_ＢＡＴの偏差は最大で46ｍVとなり、従来技術より高精度の電圧検出が可能となる。

本発明の実施形態である電圧検出回路は、高精度な電源電圧の検出を行うことができる。
ここで、本発明の実施形態には以下の発明が記載されている。つまり、少なくとも、２つのＡＤコンバータと１つの出力ポートを有するマイコンと、３つの抵抗器を備え、前記３つの抵抗器は直列に接続され、電源に最も近い第１抵抗器は前記電源に接続された電圧線と第１ＡＤコンバータとの間に接続され、第２抵抗器は前記第１ＡＤコンバータと第２ＡＤコンバータとの間に接続され、第３抵抗器は前記第２ＡＤコンバータと前記出力ポートとの間に接続され、前記マイコンは、前記第１ＡＤコンバータ及び前記第２ＡＤコンバータから取得したデータと、前記第１抵抗器及び第２抵抗器の抵抗値から、前記電圧線の電圧を算出する電圧検出回路。

以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。

マイコンに内蔵しているＡＤ変換器のポートを２つ使用することによって、高精度な電源電圧の検出を行うことができるため、高精度な電源電圧の検出する用途に適用できる。

１０，５０：マイコン、２０：定電圧レギュレータ、３１：抵抗(R1)、３２：抵抗(R2)、３３：抵抗(R3)、３４：：抵抗(R1)、３５：抵抗(R3)、４０：電源(V_BAT)。

Claims

少なくとも、２つのＡＤコンバータと１つの出力ポートを有するマイコンと、３つの抵抗器を備えた電圧検出回路であって、
前記３つの抵抗器は直列に接続され、電源に最も近い第１抵抗器は前記電源に接続された電圧線と第１ＡＤコンバータとの間に接続され、第２抵抗器は前記第１ＡＤコンバータと第２ＡＤコンバータとの間に接続され、第３抵抗器は前記第２ＡＤコンバータと前記出力ポートとの間に接続され、
前記マイコンは、前記第１ＡＤコンバータ及び前記第２ＡＤコンバータから取得したデータと、前記第１抵抗器及び第２抵抗器の抵抗値から、前記電圧線の電圧を算出することを特徴とする電圧検出回路。
請求項１に記載の電圧検出回路であって、
前記第１抵抗器の抵抗値をＲ１、前記第２抵抗器の抵抗値をＲ２、前記第１ＡＤコンバータの電圧をＶ１、前記第２ＡＤコンバータの電圧をＶ２とした場合、
前記マイコンは、（Ｒ１／Ｒ２）×（Ｖ１−Ｖ２）＋Ｖ１の計算式から前記電圧線の電圧を算出することを特徴とする電圧検出回路。