JP7678302B2 - 電源用半導体集積回路および電源用レギュレータ回路 - Google Patents
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Description
地デジ(地上デジタルテレビ放送)チューナが搭載された自動車では、車載のレギュレータによって地デジ用アンテナなどの車載電子機器に電源が供給される。また、フルセグ対応の車載用の地デジチューナにおいては、受信感度の調整やフルセグ/ワンセグの切替えをチューナで行い、受信状況を最適化するために、地デジ用アンテナとして、4ch(チャンネル)の同等アンテナであるダイバーシティアンテナが一般に使用されている。
そこで、出力端子のオープン状態を検出するオープン異常検出用コンパレータと、ショート状態を検出するショート異常検出用コンパレータとを設け、異常検出信号を生成して出力端子より出力するように構成したレギュレータ用半導体集積回路(レギュレータ用IC)に関する発明が提案されている(例えば特許文献1、2)。
直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、出力のフィードバック電圧に応じて前記出力トランジスタを制御する制御回路と、を備えた電源用半導体集積回路において、
前記電圧出力端子の電圧に比例した電圧と所定の複数段階のしきい値電圧の各電圧とを比較する複数の電圧比較回路を有し、前記電圧出力端子のオープン状態を検出するオープン異常検出回路と、
前記オープン異常検出回路による検出結果を外部へ出力するための複数の検出結果出力端子と、を備え、
前記複数段階のしきい値電圧は、前記オープン異常検出回路が、前記電圧出力端子に接続される複数の負荷のいずれかのオープン状態およびすべての負荷のオープン状態を検出することができるように設定されているように構成したものである。
前記電圧出力端子の電圧に比例した電圧と所定の複数段階のしきい値電圧の各電圧とを比較する複数の電圧比較回路を有し、前記電圧出力端子のオープン状態を検出するオープン異常検出回路と、
前記オープン異常検出回路による検出結果を外部へ出力可能に構成され、
前記複数段階のしきい値電圧は、前記オープン異常検出回路が、前記電圧出力端子に接続される複数の負荷のいずれかのオープン状態およびすべての負荷のオープン状態を検出することができるように設定されているように構成しても良い。
図1は、本発明を適用した直流電源装置としてのシリーズレギュレータの一実施形態を示す。なお、図1において、一点鎖線で囲まれた部分は、単結晶シリコンのような半導体チップ上に半導体集積回路(レギュレータIC)10として形成され、該レギュレータIC10の出力端子OUTにコンデンサCoが接続されて安定な直流電圧を供給する直流電源装置として機能する。
本実施形態のレギュレータIC10においては、出力端子OUTに、負荷として2個のアンテナANT1,ANT2が接続された場合にも、それぞれの負荷に必要な電流を流すことができるように、電圧制御用のトランジスタQ1の特性、サイズが設計されている。
さらに、外部端子P1に反転入力端子が接続され非反転入力端子に参照電圧Vop_1,Vop_2(Vop_1>Vop_2)が印加されたオープン異常検出用のコンパレータCMP1,CMP2と、外部端子P2に非反転入力端子が接続され反転入力端子に参照電圧Vscが印加されたショート異常検出用のコンパレータCMP3とが設けられている。特に限定されるものでないが、オープン異常検出用コンパレータCMP1,CMP2とショート異常検出用コンパレータCMP3には、ヒステリシス特性を有するものが使用される。
このように、本実施形態では、外付け抵抗Rop,Rscでオープン異常とショート異常を検出する電流値を設定するため、使用するシステムに応じて検出電流値(しきい値)を任意に設定できる。なお、コンパレータCMP1またはCMP2に用いられる参照電圧Vop_1またはVop_2の一方と、コンパレータCMP3に用いられる参照電圧Vscとして同一の電圧値を用いることができる。
さらに、上記ロジック回路16の出力がゲート端子に入力されるNチャンネルMOSトランジスタQ5とQ6とが設けられている。そして、レギュレータICには、オープンドレイン形式で外部のCPU等へ異常検出信号Err_1,Err_2を出力するための外部端子P3,P4が設けられており、上記トランジスタQ5のドレイン端子が外部端子P3に接続され、上記トランジスタQ6のドレイン端子が外部端子P4に接続されている。
なお、2個のコンパレータCMP1とCMP2を用いて1チャンネルオープン状態と2チャンネルオープン状態を検出する場合、負荷としてのアンテナANT1,ANT2に流れる消費電流Iccのバラつきが大きいと、これらの異常を区別して検出することは困難である。そこで、先ず、2つのオープン状態を区別して検出するための消費電流Iccのバラつき範囲について考える。
具体的には、外付け抵抗Ropが直列に接続されたカレントミラー・トランジスタQ2には、電圧制御用トランジスタQ1に流れる電流の1/Nの電流が流れるので、Vop_1=Rop×(Icc+a%)/Nに設定することによって、出力端子が正常な状態と1chオープンの状態を区別して検出することができる。
Icc(1+a/100)=Icc(1-a/100)×2
を解くことによって、a=100/3≒33.3%が得られる。これより、2chアンテナの場合、消費電流Iccのバラつきが±33.3%以内であれば、出力端子が正常な状態といずれか1つのアンテナが外れている異常状態(1chオープン)を区別して検出することができることが分かる。
なお、使用するアンテナが変わってアンテナの消費電流Iccが変わった場合には、外部端子P1に接続される外付け抵抗Ropの抵抗値を調整すれば、上記と同様な原理で出力端子のオープン状態を検知することができる。
a=100÷{n×(n+1)÷2}
により一般化して表わすことができる。この式より、アンテナが3個(3ch)の場合のオープン異常を区別可能な消費電流のバラつき範囲は約±16.6%以内であり、アンテナが4個(4ch)の場合の異常を区別可能な消費電流のバラつき範囲は±10%以内であることが分かる。また、その場合、オープン異常を検出するコンパレータはそれぞれ3個と4個必要とする。そして、異常検出信号は3ビット以上で構成して出力するようにすると良い。
上記実施形態のレギュレータIC(図1)においては、1チャンネルオープン状態と2チャンネルオープン状態とショート状態を検出して、2ビットの異常検出信号Err_1,Err_2によって区別して出力するようにしているが、ショート検出機能(コンパレータCMP3)を省略するようにしても良い。また、ショート検出機能を省略した場合、ロジック回路16を省略して、オープン異常検出用のコンパレータCMP1,CMP2の出力を、トランジスタQ5,Q6のゲート端子に直接入力するように構成しても良いし、ロジック回路16の代わりに遅延回路やバッファなどの単純な回路を設けてQ5,Q6のゲート端子に入力するように構成しても良い。
また、前記実施形態においては、本発明をレギュレータICに適用した場合について説明したが、本発明はレギュレータICに限定されるものでなく、絶縁型のDC-DCコンバータを構成するICに適用することも可能である。
Claims (7)
- 直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、出力のフィードバック電圧に応じて前記出力トランジスタを制御する制御回路と、を備えた電源用半導体集積回路であって、
前記電圧出力端子の電圧に比例した電圧と所定の複数段階のしきい値電圧の各電圧とを比較する複数の電圧比較回路を有し、前記電圧出力端子のオープン状態を検出するオープン異常検出回路と、
前記オープン異常検出回路による検出結果を外部へ出力するための複数の検出結果出力端子と、を備え、
前記複数段階のしきい値電圧は、前記オープン異常検出回路が、前記電圧出力端子に接続される複数の負荷のいずれかのオープン状態およびすべての負荷のオープン状態を検出することができるように設定されていることを特徴とする電源用半導体集積回路。 - 前記電圧出力端子に接続される前記複数の負荷は2個のアンテナであって、前記複数の電圧比較回路は2つであり、
前記複数段階のしきい値電圧は2段階に設定され、2段階の電圧のうち一方の電圧は、アンテナが1個の場合の消費電流の最大値とアンテナが2個の場合の消費電流の最小値との間の値に対応する電圧であり、2段階の電圧のうち他方の電圧は、アンテナが1個の場合の消費電流の最小値に対応する電圧であることを特徴とする請求項1に記載の電源用半導体集積回路。 - 前記アンテナは消費電流のバラつきが±33.3%以内であることを特徴とする請求項2に記載の電源用半導体集積回路。
- 前記出力トランジスタとカレントミラー回路を構成する第1トランジスタと、
前記第1トランジスタと直列に接続される抵抗素子と、
前記抵抗素子が外付け素子として接続される外部端子と、を備え、
前記複数の電圧比較回路は、前記抵抗素子により電流-電圧変換された電圧と前記複数段階のしきい値電圧の各電圧とを比較することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の電源用半導体集積回路。 - 前記複数の検出結果出力端子は2つであり、
前記出力トランジスタとカレントミラー回路を構成する第2トランジスタと、
前記第2トランジスタと直列に接続される抵抗素子の電圧に基づいて前記電圧出力端子のショート状態を検出するショート異常検出回路と、
2つの前記電圧比較回路の出力と前記ショート異常検出回路の出力を入力とし、2ビットで、1チャンネルオープンと2チャンネルオープンとショートと正常の4つの状態のいずれかを表わす信号を生成し出力するロジック回路と、を備え、
前記ロジック回路の2ビットの出力信号に応じた2ビットの信号が前記複数の検出結果出力端子より出力されるように構成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の電源用半導体集積回路。 - 前記負荷は、車両に搭載される地上デジタルテレビ放送用チューナに接続されるアンテナであることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の電源用半導体集積回路。
- 直流電圧が入力される電圧入力端子と電圧出力端子との間に接続された出力トランジスタと、出力のフィードバック電圧に応じて前記出力トランジスタを制御する制御回路と、を備えた電源用レギュレータ回路であって、
前記電圧出力端子の電圧に比例した電圧と所定の複数段階のしきい値電圧の各電圧とを比較する複数の電圧比較回路を有し、前記電圧出力端子のオープン状態を検出するオープン異常検出回路と、
前記オープン異常検出回路による検出結果を外部へ出力可能に構成され、
前記複数段階のしきい値電圧は、前記オープン異常検出回路が、前記電圧出力端子に接続される複数の負荷のいずれかのオープン状態およびすべての負荷のオープン状態を検出することができるように設定されていることを特徴とする電源用レギュレータ回路。
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