JPWO2019087746A1 - Power supply switching circuit, power supply IC and in-vehicle electronic control device - Google Patents
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Abstract
第2電源の電圧に応じて第1電源と第2電源を切り替えつつ、第1電源を用いて第1電源の電圧に依存しない電圧を出力することができる電源切り替え回路等を提供する。出力端子OUTは、第1電源V1に接続される電流経路と第1電源V1より低い電圧を供給する第2電源V2に接続される電流経路とを接続する第1ノード26に接続される。抵抗20は、第1電源V1に接続される。ツェナーダイオード22は、抵抗20に直列に接続される。NMOS23(トランジスタ)は、抵抗20とツェナーダイオード22とを接続する第2ノード27に接続されるゲート(制御電極)を有し、ゲートに印加される電圧に応じて、第1電源V1と出力端子OUTの間の電流経路をオン/オフする。第2ダイオード24は、第2電源V2と出力端子OUTの間の電流経路を流れる電流を整流する。Provided is a power supply switching circuit or the like capable of outputting a voltage independent of the voltage of the first power supply using the first power supply while switching between the first power supply and the second power supply according to the voltage of the second power supply. The output terminal OUT is connected to a first node 26 that connects a current path connected to the first power supply V1 and a current path connected to a second power supply V2 that supplies a voltage lower than the first power supply V1. The resistor 20 is connected to the first power supply V1. The Zener diode 22 is connected to the resistor 20 in series. The NMOS 23 (transistor) has a gate (control electrode) connected to the second node 27 that connects the resistor 20 and the Zener diode 22, and the first power supply V1 and the output terminal according to the voltage applied to the gate. Turn on/off the current path between OUT. The second diode 24 rectifies the current flowing through the current path between the second power supply V2 and the output terminal OUT.
Description
本発明は、電源切り替え回路、電源IC及び車載電子制御装置に関する。 The present invention relates to a power supply switching circuit, a power supply IC, and an in-vehicle electronic control device.
電子制御装置に搭載される半導体集積回路IC(Integrated Circuit)は高機能化、高集積化が進んでおり、それに伴い消費電力が増大し、損失、発熱が増大している。半導体の発熱が増大すると、その熱を放熱するために高価な低熱抵抗のパッケージが必要となったり、また半導体が実装される基板や筐体の放熱構造や放熱材料の高コスト化を招いたりという課題が発生する。これら放熱対策のためのコストを最小限にするため、半導体の消費電力、発熱の低減が求められている。 2. Description of the Related Art Semiconductor integrated circuits (ICs) mounted on electronic control devices have been highly functionalized and highly integrated, and accordingly, power consumption has increased, and loss and heat generation have increased. When the heat generation of a semiconductor increases, an expensive package with low thermal resistance is required to dissipate the heat, or the cost of the heat dissipation structure and the heat dissipation material of the board or housing on which the semiconductor is mounted is increased. Issues arise. In order to minimize the cost for these heat dissipation measures, it is required to reduce the power consumption and heat generation of the semiconductor.
車載電子制御装置においても、搭載されるマイクロコンピュータ(マイコン)やICなどの半導体は高機能化、高集積化が進んでおり消費電力も増大している。その中で、マイコンの電源を生成する電源ICやアクチュエータ負荷を駆動するためのドライバICには、大電流駆動のための大きな消費電力が求められる。 Even in in-vehicle electronic control devices, semiconductors such as microcomputers and ICs that are mounted are becoming highly functional and highly integrated, and power consumption is also increasing. Among them, a power supply IC for generating a power supply for a microcomputer and a driver IC for driving an actuator load are required to have large power consumption for driving a large current.
これらICの消費電力は、マイコンの電源生成やアクチュエータ駆動のための駆動電流による消費電力と、DCDC電源やドライバ回路を駆動、信号処理するための内部電源回路の消費電力に大別できる。 The power consumption of these ICs can be roughly divided into the power consumption by the drive current for generating the power supply of the microcomputer and driving the actuator, and the power consumption of the internal power supply circuit for driving and signal processing the DCDC power supply and the driver circuit.
従来この内部電源回路の消費電力は、IC全体の消費電力に対して割合が小さかったため、内部電源回路の消費電力の削減効果は小さかった。しかし、ICの高機能化、高集積化が進むにつれて、この内部電源回路の消費電力、発熱の割合は増加し、影響が大きくなっている。 Conventionally, the power consumption of this internal power supply circuit was small relative to the power consumption of the entire IC, so the effect of reducing the power consumption of the internal power supply circuit was small. However, as the functionality and integration of ICs have advanced, the power consumption and heat generation rate of this internal power supply circuit have increased and the impact has increased.
車載電子制御装置では、供給される主な電源としてバッテリがあり、このバッテリ電圧を直接、もしくは降圧、昇圧して制御に必要な所望の電圧を生成している。内部電源回路の消費電力を下げるためには、一般的に印加される電圧か消費する電流を下げることが考えられ、消費電流を一定とすると駆動する電圧を下げることで、消費電力を下げることが可能となる。 In the in-vehicle electronic control device, there is a battery as a main power source to be supplied, and this battery voltage is directly or stepped down or stepped up to generate a desired voltage required for control. In order to reduce the power consumption of the internal power supply circuit, it is generally considered that the applied voltage or the consumed current is reduced. If the consumption current is constant, the driven voltage can be reduced to reduce the power consumption. It will be possible.
ここで、電源ICの内部電源回路の機能は、IC内部の基準電圧、基準クロックの生成、各DCDC電源、各ドライバ回路の駆動、マイコンとの通信機能等である。そのため、バッテリ電圧からDCDC電源によって降圧した電圧で内部回路を駆動する場合は、まずはバッテリで内部電源回路を駆動する。その後、DCDC電源によって降圧した電圧を内部電源回路に供給する必要があり、バッテリ電圧と降圧した電圧を切り替える回路が必要となる。 Here, the functions of the internal power supply circuit of the power supply IC are a reference voltage inside the IC, generation of a reference clock, driving of each DCDC power supply, driving of each driver circuit, communication function with a microcomputer, and the like. Therefore, when the internal circuit is driven by the voltage that is stepped down from the battery voltage by the DCDC power supply, the internal power supply circuit is first driven by the battery. After that, the voltage stepped down by the DCDC power source needs to be supplied to the internal power supply circuit, and a circuit for switching between the battery voltage and the stepped down voltage is required.
半導体集積回路において、複数の電圧を選択するための電源切り替え技術が知られている。例えば、特許文献1に記載の技術は、Flex Ray規格のトランシーバICに適用した場合、低消費電力モードであっても余剰な回路電流を必要とせず適切に動作することが出来る。
In a semiconductor integrated circuit, a power supply switching technique for selecting a plurality of voltages is known. For example, when the technique described in
図7は、特許文献1に記載の電源切り替え回路の構成図である。Flex Ray規格のトランシーバICに適用した場合、V102がバッテリ電圧VBAT、V101がVCC電源電圧に相当する。VCC電源電圧が所定の電圧よりも低いときはPMOS105を活性化することにより、V102から電源が供給される。
FIG. 7 is a configuration diagram of the power supply switching circuit described in
図7の電源回路は、PMOS105を活性化させることにより、低消費電力モードであってもトランシーバICに流れる電流以外の電流は流れず、適切に動作する電源切り替え回路を実現している。
By activating the
電子制御装置に搭載される半導体集積回路の内部電源回路で発生する消費電力、またそれに伴う発熱を低減するため、内部電源回路に接続される電圧をより低電圧で駆動するように切り替える必要がある。 It is necessary to switch the voltage connected to the internal power supply circuit so that it is driven at a lower voltage in order to reduce the power consumption generated in the internal power supply circuit of the semiconductor integrated circuit mounted in the electronic control device and the heat generation accompanying it. ..
上述の特許文献1に記載された切り替え回路の出力電圧は、V101とV102からそれぞれダイオードの順方向電圧だけ低下した電圧となる。すなわち、この出力電圧は、V101とV102の電圧に依存し、その電圧差が大きいと切り替わる出力電圧も大きく変動することになる。
The output voltage of the switching circuit described in the above-mentioned
特許文献1に記載された切り替え回路を半導体集積回路の内部電源回路への接続に適用し、バッテリ電圧とDCDC電源電圧とを切り替えて駆動すると、切り替わる出力電圧がバッテリ電圧とDCDC電源電圧に依存して大きく変動してしまう。
When the switching circuit described in
また、V101が急に電源低下した場合は、抵抗列116やPMOS105のゲート容量などで発生する時定数により、PMOS105の活性化が遅れ、切り替わりの瞬間に出力電圧の低下が発生することが考えられる。
When V101 suddenly drops in power supply, activation of the
集積回路の内部電源回路は、基準電圧や基準クロックを常時安定して生成する必要がある。しかし、切り替わりにより、電圧が大きく変動したり、瞬間的な電圧の低下が発生したりすると、基準電圧や基準クロックの変動、または内部電源回路出力が低下するなど、切り替り時の安定動作に課題がある。 The internal power supply circuit of the integrated circuit needs to constantly and stably generate the reference voltage and the reference clock. However, if the voltage fluctuates greatly or a momentary voltage drop occurs due to switching, there is a problem in stable operation during switching, such as fluctuations in the reference voltage and reference clock, or a decrease in the internal power supply circuit output. There is.
本発明の目的は、第2電源の電圧に応じて第1電源と第2電源を切り替えつつ、第1電源を用いて第1電源の電圧に依存しない電圧を出力することができる電源切り替え回路等を提供することにある。 It is an object of the present invention to switch a first power supply and a second power supply according to a voltage of a second power supply, and to output a voltage that does not depend on the voltage of the first power supply by using the first power supply. To provide.
上記目的を達成するために、本発明は、第1電源に接続される電流経路と前記第1電源より低い電圧を供給する第2電源に接続される電流経路とを接続する第1ノードに接続される出力端子と、前記第1電源に接続される抵抗と、前記抵抗に直列に接続されるツェナーダイオードと、前記抵抗と前記ツェナーダイオードとを接続する第2ノードに接続される制御電極を有し、前記制御電極に印加される電圧に応じて、前記第1電源と前記出力端子の間の電流経路をオン/オフするトランジスタと、前記第2電源と前記出力端子の間の電流経路を流れる電流を整流する第2ダイオードと、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention connects to a first node that connects a current path connected to a first power supply and a current path connected to a second power supply that supplies a voltage lower than the first power supply. An output terminal, a resistor connected to the first power supply, a Zener diode connected in series with the resistor, and a control electrode connected to a second node connecting the resistor and the Zener diode. And flows through a transistor that turns on/off a current path between the first power supply and the output terminal and a current path between the second power supply and the output terminal according to the voltage applied to the control electrode. A second diode that rectifies the current.
本発明によれば、第2電源の電圧に応じて第1電源と第2電源を切り替えつつ、第1電源を用いて第1電源の電圧に依存しない電圧を出力することができる。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。 According to the present invention, it is possible to output a voltage that does not depend on the voltage of the first power supply using the first power supply while switching between the first power supply and the second power supply according to the voltage of the second power supply. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態1〜3に係る電源切り替え回路、電源IC、及び車載電子制御装置の構成を詳細に説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。本実施形態では、電源の切り替え時に、内部電源回路を継続して安定動作させ、電源の切り替えにより内部電源回路の消費電力を低減することを目的とする。
Hereinafter, configurations of a power supply switching circuit, a power supply IC, and an in-vehicle electronic control device according to
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る電源切り替え回路12の回路図である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a power
図1の電源切り替え回路12は、ツェナーダイオード22、抵抗20、NMOS23(N-channel Metal Oxide Semiconductor)、および第2ダイオード24で構成される。
The power
ここで、出力端子OUTは、第1電源V1に接続される電流経路と第1電源V1より低い電圧を供給する第2電源V2に接続される電流経路とを接続する第1ノード26に接続される。抵抗20は、第1電源V1に接続される。ツェナーダイオード22は、抵抗20に直列に接続される。NMOS23(トランジスタ)は、抵抗20とツェナーダイオード22とを接続する第2ノード27に接続されるゲート(制御電極)を有し、ゲートに印加される電圧に応じて、第1電源V1と出力端子OUTの間の電流経路をオン/オフする。第2ダイオード24は、第2電源V2と出力端子OUTの間の電流経路を流れる電流を整流する。
Here, the output terminal OUT is connected to a
まず、第1電源V1が供給されると、抵抗20を介して、ツェナーダイオード22に電流が供給され、第2ノード27の電圧は、ツェナーダイオード22の電圧と第2ダイオードの電圧とでバイアスされる。
First, when the first power supply V1 is supplied, a current is supplied to the Zener
第2ノード27の電圧の上昇によって、NMOS23が活性化し、NMOS23のゲート、ソース間電圧に応じて第1ノード26がバイアスされる。このように、第1電源V1の供給により、第1ノード26に電圧が出力される。このとき、第2ダイオード24は逆流防止の機能となっている。
The rise of the voltage of the
ここで、第1ノード26の出力端子電圧V3は、第1電源V1にほとんど依存せず、ツェナーダイオード22の電圧Vz、NMOS23のゲート、ソース間電圧Vgsで決まる一定電圧V3A0=Vz−Vgsとなる。
Here, the output terminal voltage V3 of the
この電圧V3は、内部電源回路13を駆動するための電圧であり、内部電源回路13の出力電圧よりも高い電圧である必要がある。電圧V3の供給により、内部電源回路13は出力電圧V4を生成する。
This voltage V3 is a voltage for driving the internal
ここで、第2電源V2が供給された場合、第2電源V2が第1電源V1から供給された電圧V3A0=Vz−Vgsよりさらに第2ダイオード24の電圧Vf2以上となったとき、第2電源V2から第1ノード26へ電流が流れる。
Here, when the second power supply V2 is supplied, when the second power supply V2 becomes more than the voltage Vf2 of the
そのとき、第1ノード電圧V3Bは、V2−Vf2電圧となり第2電源V2から供給され、V3の供給電源が第1電源V1から第2電源V2に切り替る。 At that time, the first node voltage V3B becomes the voltage V2-Vf2 and is supplied from the second power supply V2, and the power supply of V3 is switched from the first power supply V1 to the second power supply V2.
第2電源V2への切り替りのため、V3A0の電圧は、V2−Vf2電圧よりも低く設定する必要がある。 Because of switching to the second power supply V2, the voltage of V3A0 needs to be set lower than the voltage of V2-Vf2.
内部電源回路13の消費電流を電流I3とすると、この電源切り替わりにより、消費電力は、第1電源V1供給時のV1×I3から第2電源V2供給時のV2×I3となり、第2電源V2を下げることで内部電源回路の消費電力、およびそれに伴う発熱を低減することが出来る。
Assuming that the current consumption of the internal
次に、第2電源V2が低下したときは、V1からV2への切り替りと同様に、V2−Vf2電圧がV3A0電圧よりも低くなったとき、NMOS23のゲート、ソース間電圧Vgsが十分に開くことで、NMOS23が活性化し、第1電源V1から電流が供給され電源電圧が切り替る。
Next, when the second power supply V2 is lowered, the gate-source voltage Vgs of the
(変形例1)
図2は、本発明の実施形態1の変形例1に係る電源切り替え回路12Aの回路図である。図1に示す電源切り替え回路12に、第1ノード26と内部電源回路13の間に配置される第2コンデンサ25を追加した構成である。すなわち、出力端子OUTに第2コンデンサ25の一端が接続される。(Modification 1)
FIG. 2 is a circuit diagram of the power
V2からV1への切り替り時、V2が急峻に低下した場合を考慮すると、NMOS23からの電流供給が遅くなり、瞬間的にV3の電圧が低下することが考えられる。そのため、第2コンデンサ25を接続し、急峻な切り替り時は第2コンデンサ25から電流を供給することで、内部電源回路の安定動作が維持される。
Considering the case where V2 sharply drops at the time of switching from V2 to V1, it is conceivable that the current supply from the
(変形例2)
図3は、本発明の実施形態1の変形例2に係る電源切り替え回路12Bの回路図である。図2に示す電源切り替え回路12Aに、第2ノード27とツェナーダイオード22の間に配置される第1ダイオード21を追加した構成である。すなわち、第1ダイオード21は、第2ノード27に接続されるアノード、及びツェナーダイオード22のカソードに接続されるカソードを有する。第1ダイオード21によりNMOS23(トランジスタ)の電圧の負の温度特性がキャンセルされる。(Modification 2)
FIG. 3 is a circuit diagram of the power
詳細には、図3の電源切り替え回路12Bは、ツェナーダイオード22、第1ダイオード21、抵抗20、NMOS23、第2ダイオード24、および第2コンデンサ25で構成される。
In detail, the power
まず、第1電源V1が供給されると、抵抗20を介して、第1ダイオード21、ツェナーダイオード22に電流が供給され、第2ノード27の電圧は、ツェナーダイオード22の電圧と第2ダイオードの電圧とでバイアスされる。
First, when the first power supply V1 is supplied, a current is supplied to the
第2ノード27の電圧の上昇によって、NMOS23が活性化し、NMOS23のゲート、ソース間電圧に応じて第1ノード26がバイアスされる。このように、第1電源V1の供給により、第1ノード26に電圧が出力される。このとき、第2ダイオード24は逆流防止の機能となっている。
The rise of the voltage of the
ここで、第1ノード26の出力端子電圧V3は、第1電源V1にほとんど依存せず、ツェナーダイオード22の電圧Vz、第1ダイオード21の電圧Vf1、NMOS23のゲート、ソース間電圧Vgsで決まる一定電圧V3A=Vz+Vf1−Vgsとなる。
Here, the output terminal voltage V3 of the
すなわち、ツェナーダイオード22と第1ダイオード21によって生成される基準電圧がNMOS23(トランジスタ)のゲート(制御電極)に印加されることにより、出力端子OUTは、第1電源V1の電圧に依存しない一定電圧V3A=Vz+Vf1−Vgs(第1電圧)を第1電源V1からNMOS23(トランジスタ)を介して出力する。
That is, the reference voltage generated by the
温度特性についても、第1ダイオード21が負の温度特性を持つが、NMOS23のゲート、ソース電圧も負の温度特性であるため温度依存性を打ち消し合う。温度依存性の小さいツェナーダイオード22を使用することで、温度依存性の小さい第1ノード26に電圧V3を出力することが出来る。
Regarding the temperature characteristic, the
この電圧V3は、内部電源回路13を駆動するための電圧であり、内部電源回路13の出力電圧よりも高い電圧である必要がある。電圧V3の供給により、内部電源回路13は出力電圧V4を生成する。
This voltage V3 is a voltage for driving the internal
ここで、第2電源V2が供給された場合、第2電源V2が第1電源V1から供給された電圧V3A=Vz+Vf1−Vgsよりさらに第2ダイオード24の電圧Vf2以上となったとき、第2電源V2から第1ノード26へ電流が流れる。
Here, when the second power supply V2 is supplied, when the second power supply V2 becomes higher than the voltage V3A=Vz+Vf1-Vgs supplied from the first power supply V1 and more than the voltage Vf2 of the
そのとき、第1ノード電圧V3Bは、V2−Vf2電圧となり第2電源V2から供給され、V3の供給電源が第1電源V1から第2電源V2に切り替る。 At that time, the first node voltage V3B becomes the voltage V2-Vf2 and is supplied from the second power supply V2, and the power supply of V3 is switched from the first power supply V1 to the second power supply V2.
すなわち、出力端子OUTは、第2電源V2の電圧が所定電圧(Vz+Vf1−Vgs+Vf2)より高い場合、第2電圧(V2−Vf2)を第2電源V2から第2ダイオード24を介して出力する。
That is, when the voltage of the second power supply V2 is higher than the predetermined voltage (Vz+Vf1-Vgs+Vf2), the output terminal OUT outputs the second voltage (V2-Vf2) from the second power supply V2 via the
第2電源V2への切り替りのため、V3Aの電圧は、V2−Vf2電圧よりも低く設定する必要がある。 Because of switching to the second power supply V2, the voltage of V3A needs to be set lower than the voltage of V2-Vf2.
内部電源回路13の消費電流を電流I3とすると、この電源切り替わりにより、消費電力は、第1電源V1供給時のV1×I3から第2電源V2供給時のV2×I3となり、第2電源V2を下げることで内部電源回路の消費電力、およびそれに伴う発熱を低減することが出来る。
Assuming that the current consumption of the internal
次に、第2電源V2が低下したときは、V1からV2への切り替りと同様に、V2−Vf2電圧がV3A電圧よりも低くなったとき、NMOS23のゲート、ソース間電圧Vgsが十分に開くことで、NMOS23が活性化し、第1電源V1から電流が供給され電源電圧が切り替る。
Next, when the second power supply V2 is lowered, similarly to the switching from V1 to V2, when the V2-Vf2 voltage becomes lower than the V3A voltage, the gate-source voltage Vgs of the
すなわち、出力端子OUTは、第2電源V2の電圧が所定電圧(Vz+Vf1−Vgs+Vf2)より低い場合、一定電圧V3A=Vz+Vf1−Vgs(第1電圧)を第1電源V1からNMOS23(トランジスタ)を介して出力する。 That is, when the voltage of the second power supply V2 is lower than the predetermined voltage (Vz+Vf1-Vgs+Vf2), the output terminal OUT outputs a constant voltage V3A=Vz+Vf1-Vgs (first voltage) from the first power supply V1 via the NMOS 23 (transistor). Output.
(実施形態1のまとめ)
以上のように、本発明の実施形態1に係る電源切り替え回路は、V2電圧が所望の電圧以上となると、出力電圧V3を第1電源V1から第2電源V2に切り替えることが出来る。これにより、V2電圧をV1電圧より低電圧と設定することで、V3に接続される内部電源回路13の消費電力、発熱を低減することが出来る。また、第2電源の電圧に応じて第1電源と第2電源を切り替えつつ、第1電源を用いて第1電源の電圧に依存しない電圧を出力することができる。(Summary of Embodiment 1)
As described above, the power supply switching circuit according to the first embodiment of the present invention can switch the output voltage V3 from the first power supply V1 to the second power supply V2 when the V2 voltage becomes equal to or higher than the desired voltage. Accordingly, by setting the V2 voltage to be lower than the V1 voltage, it is possible to reduce power consumption and heat generation of the internal
(実施形態2)
図4は、本発明の実施形態2に係る電源切り替え回路12Cの回路図である。電源切り替え回路12に、第1ノード26とNMOS23の間に配置される第3ダイオード29を追加した構成である。すなわち、第3ダイオード29は、NMOS23(トランジスタ)のソースに接続されるアノード、及び第1ノード26に接続されるカソードを有する。これにより、V2電圧がV1電圧よりも高くなっても、第1電源V1への電流の逆流を防ぐことが出来る。(Embodiment 2)
FIG. 4 is a circuit diagram of the power
しかし、実施形態1の構成と比較して、低電圧での下限の動作電圧範囲が第3ダイオードの順方向電圧のVf3だけ高くなるという点がある。 However, as compared with the configuration of the first embodiment, there is a point that the lower limit operating voltage range at a low voltage becomes higher by Vf3 which is the forward voltage of the third diode.
電源が切り替るためのV2電圧は、V2−Vf2>Vz+Vf1−Vgs−Vf3となる電圧である。 The V2 voltage for switching the power supply is a voltage such that V2-Vf2>Vz+Vf1-Vgs-Vf3.
(実施形態2のまとめ)
以上のように、本発明の実施形態2に係る電源切り替え回路は、実施形態1と同様に、V2電圧が所望の電圧以上となると、出力電圧V3を第1電源V1から第2電源V2に切り替えることが出来る。これにより、V2電圧をV1電圧より低電圧と設定することで、V3に接続される内部電源回路13の消費電力、発熱を低減することが出来る。また、V2電圧がV1電圧よりも高くなる場合があっても、第1電源V1への電流が逆流することを防止できる。(Summary of Embodiment 2)
As described above, the power supply switching circuit according to the second embodiment of the present invention switches the output voltage V3 from the first power supply V1 to the second power supply V2 when the V2 voltage becomes equal to or higher than a desired voltage, as in the first embodiment. You can Accordingly, by setting the V2 voltage to be lower than the V1 voltage, it is possible to reduce the power consumption and heat generation of the internal
(実施形態3)
図5は、本発明の実施形態3に係る電源IC11を備えた車載電子制御装置31の構成図である。電源IC11は、電源切り替え回路12(又は12A〜12C)、内部電源回路13、降圧スイッチングレギュレータ14、シリーズ電源15、ドライバ回路16を内蔵する。(Embodiment 3)
FIG. 5: is a block diagram of the vehicle-mounted electronic control unit 31 provided with the power supply IC11 which concerns on
この電源IC11では、電源切り替え回路12の第1電源V1にはバッテリ10が接続され、第2電源V2には降圧スイッチングレギュレータ14のスイッチング出力をインダクタ17と第1コンデンサ18で平滑した出力電圧V5が接続される。すなわち、第1電源V1は、バッテリ10(バッテリ電源)であり、第2電源V2は、降圧スイッチングレギュレータ14である。また、出力端子電圧V3には内部電源回路13が接続される。
In this
内部電源回路13の出力電圧V4は、降圧スイッチングレギュレータ14、各シリーズ電源15、ドライバ回路16に接続され、各回路を駆動するための電源電圧となる。降圧スイッチングレギュレータ14は、バッテリ10に接続され、バッテリ10から降圧してシリーズ電源15に必要な電圧V5を生成する。また電圧V5は降圧スイッチングレギュレータ14の負帰還電圧となっている。
The output voltage V4 of the internal
次にシリーズ電源15により、マイコン30に必要な複数の電源電圧V6、V7や車両制御に必要な情報を検出するための各種センサ34用の電源電圧V8がV5電圧から降圧されて生成される。また、ドライバ回路16により、車両に搭載された複数のアクチュエータ負荷32、33が駆動される。
Next, the
まず、内部電源回路13に流れるV3の消費電流をI3とすると、電源切り替え回路12のV1電圧から電源が供給されている場合、バッテリ10からの消費電力P0はV0×I3となる。
First, assuming that the consumption current of V3 flowing in the internal
次に、電源切り替え回路12によって、V1電圧より低いV2電圧が所望の電圧以上に上昇することで、内部電源回路13にV5電圧が接続される。これにより、実施形態1での説明のように、より低いV2電圧で駆動される内部電源回路13の消費電力P1はV5×I3と低減される。
Next, the power
ここで、電源IC11の消費電力を考えると、内部電源回路13の電流I3が新たにV5を介して供給されるため、降圧スイッチングレギュレータ14の消費電力は増加することになる。
Here, considering the power consumption of the
降圧スイッチングレギュレータ14の効率をK、内部電源回路13の消費電力P1とすると、バッテリ10から消費される電力P0’は、P1/P0’=Kの関係で電力変換される。すなわち、バッテリ10から流れる電流をI0’とすると、(V5×I3)/(V0×I0’)=Kとなる。
Assuming that the efficiency of the step-down
ここで、バッテリ10電圧を14V、V5電圧を6V、変換効率を90%とすると、I0’=V5/V0×I3×1/K=I3×0.476となり、電源切り替え後の電源ICの消費電力P0’=V0×I0’= V0×I3×0.476=P0×0.476となる。すなわち、電源切り替えにより、内部電源回路13の消費電力をおよそ半分に低減することが出来る。
Here, assuming that the
降圧スイッチングレギュレータ14の代わりにバッテリ10からシリーズ電源でV5電圧を生成した場合、内部電源回路13で消費される電流I3は、結局、バッテリ10から同じ電流が流れることになり、電源IC11としての消費電力は電源切り替え回路12のV1を介した場合と変わらないため、消費電力の削減効果はない。そのため、第2電源を内蔵する電源IC11に電源切り替え回路12を適用するには、電力変換ロスの少ない降圧スイッチングレギュレータ14の構成が必要となる。
When V5 voltage is generated from the
つぎに、電源IC11の電源終了時の動作を説明する。電源IC11はマイコン30を駆動する複数の電源を生成しており、複数の電源が正常に終了した後に、内部電源回路13を終了する必要がある。
Next, the operation when the power supply of the
すなわち、終了シーケンスの中で、V5電圧が所望の電圧よりも低下したときに、電源切り替え回路12の動作により、V0電圧から内部電源回路13が安定的に駆動されることにより、電源IC11は確実に終了シーケンスを完了することが可能となる。
That is, in the end sequence, when the V5 voltage becomes lower than the desired voltage, the internal
また、通常動作時にも、何らかの要因で意図せずV5電圧が低下した際も、電源切り替え回路12の動作により、V0電圧から内部電源回路13が安定的に駆動される。またV5電圧が正常電圧に回復した際は、V5電圧で内部電源回路13が駆動され、同様に消費電力が削減される。
Further, even in the normal operation, even when the V5 voltage is unintentionally lowered due to some factor, the operation of the power
図6は実施形態3に係る電源ICのタイムチャートである。t0は、起動信号が入力されたタイミングを示す。t0からt1までは、電源IC11に搭載される内部電源回路13、降圧スイッチングレギュレータ14および各シリーズ電源15が起動する起動期間である。
FIG. 6 is a time chart of the power supply IC according to the third embodiment. t0 indicates the timing when the activation signal is input. The period from t0 to t1 is a start-up period in which the internal
この起動期間において、まず電源切り替え回路12の内部電圧V3A=Vz+Vf1−Vgsがバッテリ電圧V0から供給される。V3が供給されることによって、内部電源回路13がV4電圧を起動する。内部電源回路13の起動により、内部基準電圧、内部クロックの生成が完了すると、降圧スイッチングレギュレータ14が起動し、出力電圧V5が立上る。
In this start-up period, first, the internal voltage V3A=Vz+Vf1−Vgs of the power
ここで、V5電圧が所望の電圧Vz+Vf1−Vgs+Vf2を超えると、電源切り替え回路12の動作により、V5から内部電源回路13への電源が供給され、電源IC11の消費電力が低減される。この時、V3電圧はV3B=V5−Vf2となる。
Here, when the V5 voltage exceeds the desired voltage Vz+Vf1−Vgs+Vf2, the operation of the power
すなわち、起動シーケンスにおいて、一定電圧V3A=Vz+Vf1−Vgs(第1電圧)により内部電源回路13が起動し、内部電源回路13から供給されるV4電圧(第3電圧)により降圧スイッチングレギュレータ14が起動した後、降圧スイッチングレギュレータ14は内部電源回路13へ出力電圧V5を供給する。
That is, in the startup sequence, the internal
t1からt2は、電源IC11の通常動作期間を示す。この期間では、マイコンを含めた車載電子制御装置が通常動作を継続し、電源IC11の消費電力は最も大きくなる。その期間で常時V5電圧が出力され、内部電源回路13の消費電力がおよそ半分に削減されることで、電源IC11の消費電力は抑えられ、その発熱も低減される効果がある。
From t1 to t2 indicates the normal operation period of the power supply IC11. During this period, the vehicle-mounted electronic control device including the microcomputer continues the normal operation, and the power consumption of the
t2からt3は、電源IC11の終了期間を示す。起動信号の立下りにより、降圧スイッチングレギュレータ14、各シリーズ電源15がシャットオフし、最後に内部電源回路がオフする終了シーケンスが開始される。
From t2 to t3 indicates the end period of the
電源IC11の終了期間中に、V5電圧が所望の電圧Vz+Vf1−Vgs+Vf2よりも下がると、電源切り替え回路12の動作により、内部電源回路13はバッテリ電源V0からの駆動に切り替り、安定動作を継続することが可能となる。すなわち、終了シーケンスにおいて、降圧スイッチングレギュレータ14から内部電源回路13へ供給される電圧が所定電圧(Vz+Vf1−Vgs+Vf2)より低い場合、電源切り替え回路12は、V3A(第1電圧)をバッテリ10(バッテリ電源)からNMOS23(トランジスタ)を介して出力する。
When the V5 voltage becomes lower than the desired voltage Vz+Vf1−Vgs+Vf2 during the termination period of the power supply IC11, the internal
この時、内部電源回路13の消費電力の低減効果はなくなるが、電源IC11は終了期間の動作となっており、マイコンによる車載制御装置の動作は停止しているため電源IC11全体の消費電力は十分に低いため発熱などへの影響はない。
At this time, the effect of reducing the power consumption of the internal
同様に、電源IC11の起動期間中も、内部電源回路13の消費電力は低減されないが電源IC全体の消費電力は十分小さいため発熱などへの影響はない。
Similarly, during the startup period of the
ここで、内部電源回路13は、入力電圧であるV3A=Vz+Vf1−Vgs(第1電圧)又はV3B=V5−Vf2(第2電圧)から一定の出力電圧V4(第3電圧)を生成する。内部電源回路13は、出力電圧V4を降圧スイッチングレギュレータ14へ供給する。
Here, the internal
(実施形態3のまとめ)
以上のように、電源IC11に電源切り替え回路12を適用すると、降圧スイッチングレギュレータ出力電圧V5が所望の電圧以上となることで、内部電源回路13の電源がバッテリ10の電圧V0から降圧スイッチングレギュレータ出力電圧V5に切り替り、内部電源回路13の消費電力を低減することが出来る。また、電源ICの起動期間や、終了期間において、V5電圧の変化に伴い内部電源回路13の電源が切り替った際も、内部電源回路13が動作を安定して継続できる。(Summary of Embodiment 3)
As described above, when the power
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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add/delete/replace other configurations with respect to a part of the configurations of the respective embodiments.
上記実施形態では、降圧スイッチングレギュレータ14は、電源IC11の内部に設けられるが、電源IC11の外部に設けられてもよい。
Although the step-down
上記実施形態では、トランジスタとしてNMOS23を用いているが、NPNバイポーラトランジスタを用いてもよい。
Although the
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。 The embodiment of the present invention may have the following aspects.
(1).第1電源からNMOSトランジスタを介して供給される電流経路と、第2電源から整流用ダイオードを介して供給される電流経路が接続される出力端子を具備し、第1電源には、電流制限用の抵抗と、温度特性補正用のダイオード、基準電圧生成用のツェナーダイオードが接続され、ツェナー電圧とダイオードの順方向電圧によって生成された基準電圧がNMOSトランジスタのゲートに接続されることによって、第1電源電圧に依存しない電圧を第1電源から出力端子に供給し、第2電源電圧が第1電源から出力端子に供給された所望の電圧よりも高いときに、第2電源から出力端子に電流が供給されることを特徴とする電源切り替え回路。 (1). The first power supply has an output terminal to which a current path supplied from the first power supply via the NMOS transistor and a current path supplied from the second power supply via the rectifying diode are connected. Connected to the resistor for correcting the temperature characteristic and the Zener diode for generating the reference voltage, and the reference voltage generated by the Zener voltage and the forward voltage of the diode is connected to the gate of the NMOS transistor. A voltage that does not depend on the power supply voltage is supplied from the first power supply to the output terminal, and when the second power supply voltage is higher than the desired voltage supplied from the first power supply to the output terminal, a current flows from the second power supply to the output terminal. A power supply switching circuit characterized by being supplied.
(2).(1)に記載の電源切り替え回路において、前記第2電源電圧が第1電源から出力端子に供給された所望の電圧よりも低いときに、前記第1電源からNMOSトランジスタを介して第1電源電圧に依存しない電圧を出力端子に供給することを特徴とする電源切り替え回路。 (2). In the power supply switching circuit according to (1), when the second power supply voltage is lower than a desired voltage supplied from the first power supply to the output terminal, the first power supply voltage is supplied from the first power supply through an NMOS transistor. A power supply switching circuit characterized in that a voltage independent of the voltage is supplied to an output terminal.
(3).(1)又は(2)に記載の電源切り替え回路において、前記第1電源は、バッテリ電源であり、前記第2電源は、降圧スイッチングレギュレータを特徴とする電源切り替え回路。 (3). In the power supply switching circuit according to (1) or (2), the first power supply is a battery power supply, and the second power supply is a step-down switching regulator.
(4).(1)から(3)のいずれかに記載の電源切り替え回路において、前記出力端子は、IC内の内部電源回路に接続される特徴とする電源切り替え回路。 (4). The power supply switching circuit according to any one of (1) to (3), wherein the output terminal is connected to an internal power supply circuit in the IC.
(5).(1)から(4)のいずれかに記載の電源切り替え回路において、前記第1電源に逆流防止用のダイオードを設けたことを特徴とする電源切り替え回路。 (5). The power supply switching circuit according to any one of (1) to (4), wherein a diode for preventing backflow is provided in the first power supply.
(6).(1)から(5)のいずれかに記載の電源切り替え回路を含む車載電子制御装置において、前記電源切り替え回路は、電源ICに搭載されることを特徴とする車載電子制御装置。 (6). An on-vehicle electronic control device including the power supply switching circuit according to any one of (1) to (5), wherein the power supply switching circuit is mounted on a power supply IC.
(7).(1)から(5)のいずれかに記載の電源切り替え回路を含む車載電子制御装置において、起動時にはバッテリ電圧を用いて内部電源を駆動し、前記降圧スイッチングレギュレータが起動した後に、前記降圧スイッチングレギュレータの電圧を前記内部電源に印加する電源ICを備えることを特徴とする車載電子制御装置。 (7). In the in-vehicle electronic control device including the power supply switching circuit according to any one of (1) to (5), the internal power supply is driven by using a battery voltage at the time of startup, and the step-down switching regulator is started, and then the step-down switching regulator. An in-vehicle electronic control device comprising a power supply IC that applies the voltage of 1. to the internal power supply.
(8).(1)から(5)のいずれかに記載の電源切り替え回路を含む車載電子制御装置において、停止時には、前記内部電源を駆動していた前記降圧スイッチングレギュレータの電圧が所定の電圧以下となった場合に、前記バッテリ電圧に切り替る前記電源ICを備えることを特徴とする車載電子制御装置。 (8). In the on-vehicle electronic control device including the power supply switching circuit according to any one of (1) to (5), when the voltage of the step-down switching regulator that was driving the internal power supply is equal to or lower than a predetermined voltage when stopped. The vehicle-mounted electronic control device, further comprising: the power supply IC that switches to the battery voltage.
(1)〜(8)によれば、電圧変動を小さく、安定的に内部電源回路への電源を切り替えることが出来る。車載電子制御装置に適用する場合、バッテリ電圧と降圧スイッチングレギュレータ出力電圧との切り替えにより、内部電源回路の消費電力を低減し、ICの発熱を低減することが出来る。また、ICの発熱低減により比較的熱抵抗の大きな低コストパッケージを選択でき、ICの発熱を最終的に放熱するための車載制御装置の筐体の放熱構造の簡素化、放熱材料の低コスト化につながるなど、車載制御装置の低コスト化となる効果がある。 According to (1) to (8), it is possible to stably switch the power supply to the internal power supply circuit with a small voltage fluctuation. When applied to an on-vehicle electronic control device, by switching between the battery voltage and the step-down switching regulator output voltage, the power consumption of the internal power supply circuit can be reduced and the heat generation of the IC can be reduced. Further, by reducing the heat generation of the IC, a low-cost package having a relatively large thermal resistance can be selected, the heat dissipation structure of the housing of the vehicle-mounted control device for finally radiating the heat generation of the IC can be simplified, and the cost of the heat dissipation material can be reduced. There is an effect that the cost of the in-vehicle control device can be reduced, for example.
10…バッテリ
11…電源IC
12、12A、12B…電源切り替え回路
13…内部電源回路
14…降圧スイッチングレギュレータ
15…シリーズ電源(外部駆動電源)
16…ドライバ回路
17…インダクタ
18…第1コンデンサ
20…抵抗
21…第1ダイオード
22…ツェナーダイオード
23…NMOS
24…第2ダイオード
25…第2コンデンサ
26…第1ノード
27…第2ノード
28…I3電流
29…第3ダイオード
30…マイコン
31…車載電子制御装置
32、33…アクチュエータ負荷
34…センサ10...
12, 12A, 12B... Power
16... Driver circuit 17...
24...
Claims (12)
前記第1電源に接続される抵抗と、
前記抵抗に直列に接続されるツェナーダイオードと、
前記抵抗と前記ツェナーダイオードとを接続する第2ノードに接続される制御電極を有し、前記制御電極に印加される電圧に応じて、前記第1電源と前記出力端子の間の電流経路をオン/オフするトランジスタと、
前記第2電源と前記出力端子の間の電流経路を流れる電流を整流する第2ダイオードと、
を備えることを特徴とする電源切り替え回路。An output terminal connected to a first node connecting a current path connected to the first power supply and a current path connected to a second power supply that supplies a voltage lower than the first power supply;
A resistor connected to the first power supply,
A Zener diode connected in series with the resistor,
A control electrode connected to a second node connecting the resistor and the Zener diode is provided, and a current path between the first power supply and the output terminal is turned on according to a voltage applied to the control electrode. / A transistor that turns off,
A second diode that rectifies a current flowing through a current path between the second power source and the output terminal;
A power supply switching circuit comprising:
前記出力端子に一端が接続されるコンデンサをさらに備える
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 1,
The power supply switching circuit further comprising a capacitor whose one end is connected to the output terminal.
前記第2ノードに接続されるアノード、及び前記ツェナーダイオードのカソードに接続されるカソードを有する第1ダイオードをさらに備える
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 2,
The power supply switching circuit further comprising a first diode having an anode connected to the second node and a cathode connected to the cathode of the Zener diode.
前記トランジスタに接続されるアノード、及び前記第1ノードに接続されるカソードを有する第3ダイオードをさらに備える
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 3,
The power supply switching circuit further comprising a third diode having an anode connected to the transistor and a cathode connected to the first node.
前記出力端子は、
前記ツェナーダイオードと前記第1ダイオードによって生成される基準電圧が前記トランジスタの制御電極に印加されることにより、前記第1電源の電圧に依存しない第1電圧を前記第1電源から前記トランジスタを介して出力し、
前記第2電源の電圧が所定電圧より高い場合、第2電圧を前記第2電源から前記第2ダイオードを介して出力する
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 3,
The output terminal is
By applying the reference voltage generated by the zener diode and the first diode to the control electrode of the transistor, a first voltage that does not depend on the voltage of the first power supply is passed from the first power supply through the transistor. Output,
A power supply switching circuit, wherein when the voltage of the second power supply is higher than a predetermined voltage, the second voltage is output from the second power supply via the second diode.
前記出力端子は、
前記第2電源の電圧が前記所定電圧より低い場合、前記第1電圧を前記第1電源から前記トランジスタを介して出力する
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 5,
The output terminal is
A power supply switching circuit, wherein when the voltage of the second power supply is lower than the predetermined voltage, the first voltage is output from the first power supply via the transistor.
前記第1電源は、
バッテリ電源であり、
前記第2電源は、
降圧スイッチングレギュレータである
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 5,
The first power source is
Battery power,
The second power source is
A power supply switching circuit characterized by being a step-down switching regulator.
前記第1ダイオードは、
前記トランジスタの電圧の負の温度特性をキャンセルする
ことを特徴とする電源切り替え回路。The power supply switching circuit according to claim 3,
The first diode is
A power supply switching circuit, which cancels a negative temperature characteristic of the voltage of the transistor.
前記降圧スイッチングレギュレータと、
前記第1電圧又は前記第2電圧から第3電圧を生成する内部電源回路と、をさらに備え、
前記内部電源回路は、
前記第3電圧を前記降圧スイッチングレギュレータへ供給する
ことを特徴とする電源IC。A power supply IC including the power supply switching circuit according to claim 7.
The step-down switching regulator,
And an internal power supply circuit that generates a third voltage from the first voltage or the second voltage,
The internal power supply circuit is
A power supply IC, wherein the third voltage is supplied to the step-down switching regulator.
起動シーケンスにおいて、前記第1電圧により前記内部電源回路が起動し、前記内部電源回路から供給される前記第3電圧により前記降圧スイッチングレギュレータが起動した後、前記降圧スイッチングレギュレータは前記内部電源回路へ電圧を供給する
ことを特徴とする電源IC。A power supply IC including the power supply switching circuit according to claim 9.
In the startup sequence, the internal power supply circuit is started by the first voltage, the step-down switching regulator is started by the third voltage supplied from the internal power supply circuit, and then the step-down switching regulator is supplied to the internal power supply circuit by voltage. Power supply IC characterized by supplying
終了シーケンスにおいて、前記電源切り替え回路は、前記降圧スイッチングレギュレータから前記内部電源回路へ供給される電圧が前記所定電圧より低い場合、前記第1電圧を前記バッテリ電源から前記トランジスタを介して出力する
ことを特徴とする電源IC。A power supply IC including the power supply switching circuit according to claim 9.
In the termination sequence, the power supply switching circuit outputs the first voltage from the battery power supply via the transistor when the voltage supplied from the step-down switching regulator to the internal power supply circuit is lower than the predetermined voltage. Characteristic power supply IC.
前記降圧スイッチングレギュレータと、
前記第1電圧又は前記第2電圧から第3電圧を生成する内部電源回路と、をさらに備え、
前記内部電源回路は、
前記第3電圧を前記降圧スイッチングレギュレータへ供給する
ことを特徴とする車載電子制御装置。An in-vehicle electronic control device including the power supply switching circuit according to claim 7.
The step-down switching regulator,
And an internal power supply circuit that generates a third voltage from the first voltage or the second voltage,
The internal power supply circuit is
An in-vehicle electronic control device, wherein the third voltage is supplied to the step-down switching regulator.
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