JP6771860B2 - 電源制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電源電圧を出力可能なシステム電源ＩＣを制御する電源制御回路に関する。

従来、複数の電源電圧を出力可能なシステム電源ＩＣが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなシステム電源ＩＣは、複数の電源回路をパッケージ内に内蔵していることから、複数の電源電圧を出力可能にしつつも、電源回路を個別に実装する場合よりも低コスト化を図ることができる。

特開２００８−５９１４１号公報

さて、上記したようなシステム電源ＩＣは、一般的に、システム全体の制御を行うマイクロコンピュータ等の制御手段によって電源電圧の出力が制御されている。換言すると、システム電源ＩＣから電源電圧を出力させるためには、制御手段が動作していることが前提となる。

しかしながら、システム構成によっては、ある周辺装置を動作させるために特定の電源電圧の出力が必要となるものの、消費電力を抑制するために、制御手段そのものは動作させる必要がないという状況がある。その一方で、通常動作時には、制御手段からの制御を優先させる必要がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の電源電圧を出力可能なシステム電源ＩＣに対し、制御手段を介さずに電源電圧の出力を有効化できるとともに、通常動作時には制御手段による制御を優先することができる電源制御回路を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、電源制御回路は、複数の電源回路を内蔵し、各電源回路からそれぞれ電源電圧を出力可能なシステム電源ＩＣ（７）を制御する電源制御回路であって、複数の電源回路（８、９、１０、１１）は、共通のイネーブル信号によって一括で有効化されるものであり、通常動作時にシステム電源ＩＣ（７）を制御する制御手段（５）から出力される制御信号と、電源回路（８、９、１０、１１）のうち電源電圧の出力が必要とされる電源回路を選択するために制御手段（５）に与えられる選択信号とが入力され、制御信号および選択信号のうちいずれか一方がオンになるとイネーブル信号を出力するゲート回路（１７）と、システム起動時のパワーオン信号によって駆動され、ゲート回路（１７）に入力される選択信号のオン／オフを切り替えるとともに、システム起動時には選択信号をオフにする第１の切替手段（１８）と、を備える。

これにより、制御手段からの制御信号が出力されていない状態であっても、選択信号に基づいてゲート回路からイネーブル信号が出力されて、システム電源ＩＣが有効化される。そして、システム起動時には第１の切替手段によって選択信号がオフされることから、ゲート回路は、制御手段からの制御信号に基づいてイネーブル信号を生成する。これにより、システム起動時には、制御信号が優先されてシステム電源ＩＣが制御される。したがって、制御手段を介さずに電源電圧の出力を有効化できるとともに、通常動作時には制御手段による制御を優先することができる。

本発明の一実施形態による電源制御回路、およびそれを適用した車両用装置の電気的構成を概略的に示す図

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の電源制御回路１６は、車両に搭載される車両用装置１に適用されている。この車両用装置１は、車両の様々な機能を制御するための電子機器であり、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）等に相当する。本実施形態の場合、車両用装置１は、各種の電源電圧の供給を担っている。例えば、車両用装置１は、後述するように車両に設けられているスモールランプ等の各種の電飾品の電源（図１にはＶＯＵＴ２（ＩＬＬ電源）と示す）の供給を担っている。なお、車両用装置１は、電源制御回路１６を適用する電子機器の一例として示されているのであって、電源制御回路１６を適用する用途を限定するものではない。

この車両用装置１は、車両に搭載されているバッテリ２から電源の供給を受けて動作する。具体的には、バッテリ２から供給される電源（以下、便宜的に＋Ｂと称し、図１にも＋Ｂとして示す）は、車両用装置１の＋５Ｖ電源回路３に入力され、この＋５Ｖ電源回路３から、車両用装置１全体の制御を行う主体となるメインマイコン４（制御手段に相当する）に＋５Ｖ電源が供給される。この＋５Ｖ電源回路３は、電源管理機能を有するサブマイコン５（制御手段に相当する）から電源制御信号が入力されると、＋５Ｖ電源の供給を開始する。つまり、この車両用装置１では、通常の起動時には、まずサブマイコン５が起動し、その後、メインマイコン４が起動する。なお、メインマイコン４、サブマイコン５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータで構成されている。

サブマイコン５は、車両信号検出回路６から出力される各種の検出信号に基づいて、車両用装置１内部の電源管理機能を実行する。また、サブマイコン５は、通常動作時には、メインマイコン４との間で相互通信を行うことで互いの動作状態を監視する。
車両信号検出回路６は、バッテリ２から電力の供給を常時受けており、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の車載ＬＡＮから送信される車両信号に基づいて様々な車両状態を検出する。車両状態としては、ＡＣＣ操作がなされたか否かを示すＡＣＣ状態や、電飾品の点灯操作がなされたか否かを示すＩＬＬ状態等がある。そして、車両信号検出回路６は、当該車両用装置１に対して送信された各種の車両情報、例えばＡＣＣ状態やＩＬＬ状態等に基づいて、例えば以下のような各種の検出信号を出力する。

・＋Ｂ検出信号：バッテリ２に接続されているか否かを示す検出信号。バッテリ２から出力される電圧（＋Ｂ）が正常値であるか否かを示す信号でもある。
・ＡＣＣ検出信号：アクセサリ電源のオン指令を受信したことを示す検出信号。
・ＩＬＬ検出信号：車両の電飾品のオン指令を受信したことを示す検出信号。

車両用装置１内には、メインマイコン４やサブマイコン５等の駆動用、および、上記したような電飾品等の周辺装置用の電源を供給するためのシステム電源ＩＣ７が設けられている。このシステム電源ＩＣ７は、複数の電源回路８、電源回路９、電源回路１０および電源回路１１を内蔵しており、複数の電源電圧（ＶＯＵＴ１〜ＶＯＵＴ４）を出力する。本実施形態の場合、各電源回路８〜１１は、ＤＣＤＣコンバータで構成されており、＋Ｂを降圧あるいは昇圧することで所定の電源電圧をそれぞれ出力する。

システム電源ＩＣ７が出力する電源電圧のうち、ＶＯＵＴ１は、＋Ｂ供給と同時に独立で作動する使用となっており、サブマイコン５のバックアップ電源として用いられる。ＶＯＵＴ２は、上記した電飾品の電源として用いられる。ＶＯＵＴ３、ＶＯＵＴ４は、その他の周辺回路や周辺機器の電源として用いられる。なお、出力する電源電圧の数や種類は、一例であり、これに限定されるものではない。

また、システム電源ＩＣ７は、各電源回路８〜１１のうち電源回路９〜１１については、その動作が共通のイネーブル信号（図１にはＥＮ信号と示す）によって一括で有効化される。具体的には、各電源回路９〜１１にはイネーブル入力（図１にはＥＮ２〜ＥＮ４と示す）が設けられている。これらのイネーブル入力は、システム電源ＩＣ７内で互いに接続されているとともに、システム電源ＩＣ７全体のイネーブル入力（図１にはＥＮと示す）に接続されている。

このため、システム電源ＩＣ７に対してイネーブル信号が入力されると、イネーブル信号は、各電源回路９〜１１にも入力される。そして、各電源回路９〜１１は、イネーブル信号がオンになると、動作すなわち電源電圧の出力を開始し、イネーブル信号がオフになると動作を停止する。なお、電源回路８は、上記したようにＶＯＵＴ１を＋Ｂ供給と同時に独立で作動させる仕様となっているため、イネーブル入力は設けられていない。

また、各電源回路８〜１１には、電源電圧を出力する際の立ち上がり時間（電源電圧を出力するタイミング）を調整するための調整入力（図１にはＳＳ１〜ＳＳ４と示す）が設けられている。この調整入力の信号レベルがＨレベルになると（オンにされると）、規定の電圧が出力される構成になっている。この調整入力には、コンデンサ１２〜１５がそれぞれ接続されている。周知のように、コンデンサは、容量の違いによって充電が完了するまでの時間が異なる。そのため、調整入力にコンデンサを接続することによって、調整入力がＨレベルになるまでの時間、つまり、電源回路が有効化されてから実際に電源電圧を出力するまでの時間を調整することができる。

一般的には、各電源電圧の立ち上がり時間が互いにずれるような調整が行われ、起動時の過度な突入電流やオーバーシュートを防止するいわゆるソフトスタート(Soft Start）機能が実現されている。なお、コンデンサが接続されていない場合には、電源回路は、規定の立ち上がり時間で電源電圧を出力する。
さて、システム電源ＩＣ７の電源電圧の出力の有効化は、通常動作時であれば、制御手段（本実施形態ではサブマイコン５）から出力される制御信号（図１にはＳＹＮＣ信号と示す）によって行われる。

しかし、特定の周辺装置のみに電源を供給したい場合には、１つの電源電圧が出力されれば十分であるケースも考えられる。例えば、本実施形態のような車両用装置１の場合であれば、駐車中に電飾品を点灯させる場合にはＶＯＵＴ２が必要となるものの、メインマイコン４の動作やＶＯＵＴ３あるいはＶＯＵＴ４の出力は不要となるようなケースである。なお、制御手段の動作が必要とされない駐車中等においては、メインマイコン４やサブマイコン５は、一般的に、停止状態やスリープ状態等の低消費電力状態となっている。

この場合、イネーブル信号を制御手段（本実施形態ではサブマイコン５）から出力する構成とすると、電源電圧を出力させるためには制御手段を動作させる必要がある。また、システム電源ＩＣ７のイネーブル信号が共通化されていることから、ある特定の電源電圧のみが必要な場合であっても、全ての電源電圧が出力され、消費電力が増加する。かといって、各電源回路８〜１１を個別に制御するためにイネーブル信号が複数設けられている電源ＩＣを用いたり、単出力の電源ＩＣを複数設けたりする構成では、コストの大幅な増加を招くという問題がある。

また、本実施形態のように車両用装置１に適用する場合には、電力がバッテリ２から供給されることから、バッテリ２への充電が行われない駐車中等に電飾品を点灯させる際には、可能な限り他の周辺装置を動作させないようにして消費電力を抑制し、バッテリ２の消耗を抑えることが望ましい。

そこで、本実施形態の電源回路部２１には、システム電源ＩＣ７を制御するための電源制御回路１６が設けられている。この電源制御回路１６により、サブマイコン５等の制御手段を介さずに電源電圧の出力を有効化できるとともに、通常動作時には、サブマイコン５等の制御手段からの制御を優先することができるようにしている。また、本実施形態では、イネーブル信号が共通化されているシステム電源ＩＣ７に対して、出力を要しない電源電圧の出力を規制することができるようにしている。

以下、電源制御回路１６の詳細について、出力を要する電源電圧がＶＯＵＴ２（ＩＬＬ電源）であり、ＶＯＵＴ２を出力する電源回路９を選択するための選択信号としてＩＬＬ検出信号が設定されている場合を例にしながら説明する。
まず、電源電圧の出力の有効化について説明する。
本実施形態の電源制御回路１６は、サブマイコン５出力される制御信号（ＳＹＮＣ信号）と車両信号検出回路６から出力されるＩＬＬ検出信号とが入力され、その出力側がシステム電源ＩＣ７のイネーブル入力に接続されたＥＸＯＲゲート１７（ゲート回路に相当する）、および、ＥＸＯＲゲート１７のＩＬＬ検出信号側に接続されたトランジスタ１８（第１の切替手段に相当する）を備えている。

ＥＸＯＲゲート１７は、サブマイコン５から出力される制御信号（ＳＹＮＣ信号。通常動作時にシステム電源ＩＣ７を制御するために信号）とＩＬＬ検出信号との排他的論理和をイネーブル信号（ＥＮ信号）として出力する。このとき、いずれか一方の信号がオン（Ｈレベル）になると、イネーブル信号（ＥＮ信号）もオンされる。このため、サブマイコン５が動作しておらず、ＳＹＮＣ信号が出力されていない状態（ＳＹＮＣ信号がＬレベルの状態）であっても、ＩＬＬ検出信号が出力されれば（オンされれば）、イネーブル信号がオンされる。

トランジスタ１８は、ＥＸＯＲゲート１７のＩＬＬ検出信号の入力端子とグランド電位との間の経路を断続する。このトランジスタ１８は、システム起動時に出力されるパワーオン信号（図１にはＰＷＲＯＮ信号と示す）によって駆動される。具体的には、パワーオン信号がＨレベルになると（オンされると）、トランジスタ１８が導通し、ＩＬＬ検出信号が強制的にグランド電位（Ｌレベル）になる。このため、車両用装置１が通常の手順で起動されるシステム起動時には、ＥＸＯＲゲート１７のＩＬＬ検出信号側がＬレベルとなり、ＥＸＯＲゲート１７は、ＳＹＮＣ信号に基づいてイネーブル信号を生成する。つまり、システム起動時には、ＳＹＮＣ信号が優先されてシステム電源ＩＣ７の有効化が行われる。
これにより、サブマイコン５を動作させることなくシステム電源ＩＣ７の各電源回路９〜１１の動作を有効化することができるとともに、システム起動時には、制御手段からの制御を優先させてシステム電源ＩＣを制御することができる。

次に、出力を要しない電源電圧の出力の規制について説明する。
電源制御回路１６は、電源回路１０、１１の調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）とグランド電位との間を断続するトランジスタ１９およびトランジスタ２０（第２の切替手段に相当する）。なお、本実施形態では、上記したように出力を要する電源電圧がＶＯＵＴ２であり、ＶＯＵＴ２のみを出力する際には出力を要しない電源電圧がＶＯＵＴ３、ＶＯＵＴ４であることから、第２の切替手段は、電源回路１０、１１の調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）に接続されている。

このトランジスタ１９は、調整入力（ＳＳ３）とコンデンサとの共通接点にコレクタ端子が接続され、グランド電位にエミッタ端子が接続されている。また、トランジスタ２０は、調整入力（ＳＳ４）とコンデンサとの共通接点にコレクタ端子が接続され、グランド電位にエミッタ端子が接続されている。そして、各トランジスタのベース端子に、ＩＬＬ検出信号が入力される。

各トランジスタ１９、２０は、車両信号検出回路６からＩＬＬ検出信号が出力されていない状態、つまり、ＩＬＬ検出信号がオフされてＬレベルになっている状態では、非導通状態となる。このとき、各調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）の信号レベルは、それぞれのコンデンサ１４、１５の容量に応じた遅延時間でＨレベルに到達する。そして、電源回路１０、１１は、調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）の信号レベルがＨレベルになると、規定の電源電圧を出力する。この調整入力の信号レベルがＨレベルになった状態が、調整入力がオンされた状態に相当する。

一方、トランジスタ１９、２０は、車両信号検出回路６からＩＬＬ検出信号が出力されると、つまり、ＩＬＬ検出信号がオンされてＨレベルになると、導通状態となる。このとき、各調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）の信号レベルは、グランド電位（Ｌレベル）になる。この調整入力の信号レベルがグランド電位となった状態が、調整入力がオフにされた状態に相当する。

トランジスタ１９、２０が導通状態となっている間は、調整入力（ＳＳ３、ＳＳ４）がオフされた状態であることから、電源電圧の出力の立ち上がり時間が実質的に延長された状態になる。このため、ＩＬＬ検出信号がＨレベルになっている間は、ＶＯＵＴ３、ＶＯＵＴ４は出力されなくなる。つまり、選択信号（ＩＬＬ検出信号）を用いて第２の切替手段により調整入力のオン／オフを切り替えることによって、対応する電源電圧の出力を規制することが可能となる。
このとき、ＩＬＬ検出信号はサブマイコン５を介さずに車両信号検出回路６から直接出力される信号であることから、トランジスタ１９、２０を駆動する際には、サブマイコン５の動作は不要となっている。このため、余分な電力消費を低減することができる。

ただし、各トランジスタ１９、２０は、ＩＬＬ検出信号によって駆動されていることから、上記したシステム起動時にはＩＬＬ検出信号がＬレベルになるため、各トランジスタ１９、２０も非導通状態となる。そのため、ＶＯＵＴ３、ＶＯＵＴ４に対応する電源回路１０、１１は、コンデンサ１４、１５の容量に基づく立ち上がり時間に従って電源電圧を出力する。つまり、ＩＬＬ検出信号によって出力を規制しつつも、システム起動時にはその規制を取り払うことができ、制御信号に基づいてシステム電源ＩＣ７を制御することができる。

このように、電源制御回路１６は、制御手段を介さずにシステム電源ＩＣ７を有効化でき、イネーブル信号が共通化されているシステム電源ＩＣ７に対して出力を要しない電源電圧の出力を規制できつつも、通常のシステム起動時には制御手段からの制御信号を優先する制御を可能としている。

以上説明した電源制御回路１６によれば、次のような効果を得ることができる。
電源制御回路１６は、複数の電源回路を内蔵し、共通のイネーブル信号（ＥＮ信号）によって複数の電源回路８〜１１が一括で有効化されるシステム電源ＩＣ７に接続され、サブマイコン５（制御手段）から出力される制御信号（ＳＹＮＣ信号）および複数の電源回路８〜１１のうち出力を要する電源回路（本実施形態では、１０、１１）を選択するための選択信号（ＩＬＬ検出信号）に基づいてイネーブル信号を生成するＥＸＯＲゲート１７（ゲート回路）と、システム起動時のパワーオン信号（ＰＷＲＯＮ信号）によって駆動され、ＥＸＯＲゲート１７に入力される選択信号のオン／オフを切り替えるトランジスタ１８（第１の切替手段）と、を備える。

これにより、制御手段からの制御信号が出力されていない状態であっても、選択信号に基づいてＥＸＯＲゲート１７からイネーブル信号が出力されることから、システム電源ＩＣ７を有効化することができる。すなわち、電源制御回路１６は、制御手段を動作させることなく、システム電源ＩＣ７からの電源電圧を出力させることができる。

このとき、システム起動時には、トランジスタ１８によって選択信号がオフされることから、ＥＸＯＲゲート１７は、制御手段からの制御信号に基づいてイネーブル信号を生成する。換言すると、電源制御回路１６は、システム起動時には、ＩＬＬ検出信号を無効化した状態で、制御手段からの制御信号に基づいてイネーブル信号を生成する。これにより、システム起動時には、制御信号を優先してシステム電源ＩＣ７を制御することができる。

このため、システム電源ＩＣには共通のイネーブル信号で動作するものを採用すればよく、コストの大幅な増加を招くことがない。また、電源制御回路１６をＥＸＯＲゲート１７とトランジスタ１８という比較的安価な回路部品により簡単な回路構成で実現できることから、電源制御回路１６を設ける際のコストの増加を抑制することができる。

また、電源制御回路１６は、選択信号によって駆動され、調整入力のオン／オフを切り替えるトランジスタ（第２の切替手段。本実施形態ではトランジスタ１９、２０）を備えている。システム電源ＩＣ７は、各電源回路８〜１１にそれぞれ設けられている調整入力（ＳＳ１〜ＳＳ４）の信号レベルによって電源電圧を出力するタイミングを電源回路８〜１１ごとに個別に調整可能である。そのため、調整入力をオフすることによって、対応する電源電圧が出力されるタイミングを遅延させることができる。すなわち、調整入力のオン／オフを切り替えることで、電源電圧の出力／非出力を制御することができる。このとき、トランジスタ１９、２０は選択信号によって駆動されていることから、選択信号がオンになった場合には、選択されていない電源電圧に対応する調整入力はオフされる。つまり、出力を要しない電源電圧は、その出力が規制される。

また、電源制御回路１６は、車両に搭載されているバッテリ２から電源が供給される車両用装置１に適用されている。このため、車両用装置１は、バッテリ２から電力の供給を受けており、動作時にはバッテリ２を消費することから、不必要な消費電力をできる限り削減することが望ましい。この場合、不必要な消費電力とは、システム電源ＩＣ７内部の消費電力だけでなく、システム電源ＩＣ７に接続されている周辺回路等で消費される電力も含まれる。

そのため、本実施形態の電源制御回路１６のように、出力を要しない電源電圧の出力を規制することにより、システム電源ＩＣ７だけでなく、例えばＶＯＵＴ３やＶＯＵＴ４が供給される周辺回路も含めて、消費電力を削減することができる。また、本実施形態で例示したような停車中に電飾品を点灯させるような状況は、バッテリ２への充電が行われない状態であることから、電源制御回路１６による消費電力の削減効果がより効果的になると考えられる。

本発明は、上記した実施形態にて例示したものに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形あるいは拡張することができる。
実施形態では出力を要する電源電圧としてＶＯＵＴ２（ＩＬＬ電源）が設定され、ＶＯＵＴ２を出力する電源回路には第２の切替手段を設けない例を示したが、これに限定されるものではない。

実施形態では出力を要する電源電圧が１つの場合を例示したが、複数の場合であってもよい。また、出力を要する電源電圧を予め設定していたが、電源電圧の種類の数だけ選択信号を出力する構成とし、それらの組み合わせに基づいて第２の切替手段を切り替える選択回路を設ける構成としてもよい。

第１、第２の切替手段は、トランジスタ以外のものでもよく、ＩＧＢＴ等の他の半導体スイッチング素子を用いてもよいし、接点を持つリレー等を用いてもよい。
ゲート回路をＥＸＯＲゲート１７で構成したが、他の論理回路を用いて同様の出力が得られる回路構成としてもよい。
実施形態ではメインマイコン４とサブマイコン５の２つの制御手段を有するシステムを例示したが、制御手段は１つあるいは３つ以上であってもよい。

図面中、１は車両用装置、２はバッテリ、４はメインマイコン（制御手段）、５はサブマイコン（制御手段）、７はシステム電源ＩＣ、８、９、１０、１１は電源回路、１６は電源制御回路、１７はＥＸＯＲゲート（ゲート回路）、１８はトランジスタ（第１の切替手段）、１９、２０はトランジスタ（第２の切替手段）を示す。

Claims (3)

1. 複数の電源回路を内蔵し、各電源回路がそれぞれ電源電圧を出力可能なシステム電源ＩＣを制御する電源制御回路であって、
   複数の前記電源回路は、共通のイネーブル信号によって一括で有効化されるものであり、
   通常動作時に前記システム電源ＩＣを制御する制御手段から出力される制御信号と、前記電源回路のうち電源電圧の出力が必要とされる電源回路を選択するために与えられる選択信号とが入力され、前記制御信号および前記選択信号のうちいずれか一方がオンになると前記イネーブル信号を出力するゲート回路と、
   システム起動時のパワーオン信号によって駆動され、前記ゲート回路に入力される前記選択信号のオン／オフを切り替えるとともに、システム起動時には前記選択信号をオフにする第１の切替手段と、
   を備える電源制御回路。
2. 前記電源回路は、それぞれ個別に周辺回路あるいは周辺装置に対して電源電圧を出力するものであり、
   前記システム電源ＩＣは、各電源回路にそれぞれ設けられている調整入力の信号レベルによって電源電圧を出力するタイミングを前記電源回路ごとに個別に調整可能であり、
   前記電源回路のうち電源電圧を出力するタイミングの調整が必要とされる電源回路に設けられ、前記選択信号によって駆動されて前記調整入力のオン／オフを切り替える第２の切替手段を備える請求項１記載の電源制御回路。
3. 前記システム電源ＩＣには、車両に搭載されているバッテリから電力が供給されており、
   前記電源回路は、それぞれ個別の周辺回路あるいは周辺装置に対して電源電圧を出力するものであり、
   前記システム電源ＩＣから出力される電源電圧のうち必要とされる電源電圧が車両状態によって異なる車両用装置に設けられている請求項１または２記載の電源制御回路。

Images