JP6423772B2

JP6423772B2 - 電源電圧変動に対する耐性の高い電子装置

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Publication number: JP6423772B2
Application number: JP2015183111A
Authority: JP
Inventors: 洋平久々宮; 淳史倉内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2035-09-16
Also published as: JP2017060297A

Description

本発明は、外部の電源装置から電源供給を受けて動作する電子装置に関し、特に、当該電源装置の出力電圧変動の影響を受けにくい電子装置に関する。

従来、電源装置の電圧を昇圧する昇圧回路を備えた制御装置において、例えば当該電源装置に接続されたモータへの負荷電流の変動に伴って生ずる当該電源の電圧変動が当該制御装置の動作に与える影響を低減するため、上記昇圧回路の出力を、上記電源装置からの電源供給ラインへツェナーダイオードを介して接続するか、又は他の電源回路と当該電源回路により動作する制御用ＣＰＵとの間にツェナーダイオードを介して接続する、「内燃機関の燃料噴射装置」が知られている（特許文献１）。

この装置では、上記電源装置からの供給電圧が、上記昇圧回路の出力電圧値から上記ツェナーダイオードの降伏電圧を差し引いた値よりも低下すると、上記ツェナーダイオードを介して上記昇圧回路の出力コンデンサから上記電源供給ライン又は上記他の電源回路の出力ラインへ電流が流れることで、当該電源供給ライン又は他の電源回路の出力ラインにおける電圧低下量を低減している。

しかしながら、昇圧回路の出力コンデンサに蓄えられる電荷は限られており、当該出力コンデンサから他の電源ラインへ補充できる電流は限られていることから、上記従来の構成における電源電圧低下量の低減効果には限界がある。特に、上記昇圧回路の出力ラインを外部電源装置からの電源供給ラインに接続する構成では、当該電源供給ラインには多くの及び又は大電流の負荷が接続され得ることから、上記出力コンデンサからの放電量が多くなって昇圧回路の出力である昇圧電圧（当該昇圧回路の上記出力コンデンサの端子間電圧）も低下して、当該昇圧電圧を利用する他の回路の動作に影響が出ることも考えられる。

また、上記昇圧回路の出力ラインを、ツェナーダイオードを介して他の電源回路とＣＰＵとの間に接続する構成では、例えば使用する部品によってはツェナーダイオードの降伏電圧の温度変動によりＣＰＵに供給される電圧値が大きく変動することとなり、ＣＰＵの動作に影響が出ることが考えられる。

特開２０１４−９６２７号公報

上記背景より、外部の電源装置から電源供給を受けて動作する電子装置において、当該電源装置の出力電圧変動の影響を更に低減して、より安定な動作を実現することが望まれている。

本発明の一の態様は、電子装置であって、電源装置から供給される電源電圧を第１の電圧に変換して出力する第１の電源回路と、前記電源装置から供給される電源電圧を第２の電圧に変換して出力する第２の電源回路と、前記第２の電源回路が出力する第２の電圧の供給を受けて動作する少なくとも一つの第３の電源回路と、を備え、前記第１の電源回路の出力が、前記第２の電源回路から前記第３の電源回路への当該第２の電源回路の出力ラインに、定電圧ダイオードを介して接続されている。
本発明の他の態様によると、処理装置を更に備え、前記処理装置は少なくとも一つの前記第３の電源回路から動作電圧の供給を受けて動作し、前記第１の電源回路は、前記処理装置の制御の下に動作するデバイスの動作電圧を供給する。
本発明の他の態様によると、前記第１の電源回路は昇圧回路であり、前記デバイスは、車両の内燃機関の燃料供給を調整する電磁弁である。
本発明の他の態様によると、前記処理装置は、前記電源装置が出力する電源電圧と前記第１の電源回路が出力する第１の電圧とを監視し、前記電源電圧が所定値以下に低下したとき、又は前記電源電圧が所定値以下に低下し且つ前記第１の電圧が所定値以下に低下したときに、前記第３の電源回路の負荷電流を制限するよう動作する。
本発明の他の態様によると、前記第３の電源回路の負荷電流の制限は、前記第３の電源回路により動作電圧が供給されるデバイスの一部の動作を前記処理装置が停止させること、及び又は前記処理装置が自身の動作モードを低消費電力モードに設定すること、により行われる。

本発明の一実施形態に係る電子装置の構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る電子装置は、例えば車両に搭載されて当該車両の内燃機関の動作を制御する電子制御装置（ECU、Electronic Control Unit）である。ただし、本発明はこれに限らず、任意の機能を有する一般の電子装置に広く適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の回路図である。
本電子装置１０は、電源電圧V_BATを供給する外部の電源装置１５０からの給電を受けて動作する。

電子装置１０は、処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１００を備え、電源装置１５０から供給される電源電圧V_BATより大きな所定の昇圧電圧を出力する昇圧回路１０２と、ＣＰＵ１００の制御の下に昇圧回路１０２からの昇圧電圧の供給を受けて燃料噴射弁等の電磁弁（不図示）を駆動する電磁弁駆動回路１０４と、を有する。図１においては、付随的部分の記載を省略して理解を容易にするため、電磁弁駆動回路１０４により駆動される電磁弁、及び当該電磁弁と電磁弁駆動回路１０４との間の結線については図示を省略している。

昇圧回路１０２は、例えば、一端が電圧V_BATの電源ラインに接続されたコイルＬ１０６と、当該コイルＬ１０６の他端とグランドラインとの間に設けられてコイルＬ１０６への通電をオンオフするトランジスタＴｒ１０８と、コイルＬ１０６の上記他端にアノードが接続されたダイオードＤ１１０と、コイルＬ１０６からダイオードＤ１１０を介して流れ出る電流により充電されて所定の昇圧電圧を出力する出力コンデンサＣ１１２と、ＴＲ１０８をオンオフさせて昇圧動作を制御する昇圧制御回路１１４と、を有している。

また、本制御回路１０は、電源装置１５０の電源供給ラインに接続されたリレーＲＬ１１６を備え、当該リレーＲＬ１１６のコイルがＣＰＵ１００により制御されるスイッチ１１８によりオンオフされることにより、車両の内燃機関を始動するスタータモータ１５２の動作が制御される。

特に、本実施形態の電子装置１０では、安定な動作電圧の供給を要するＣＰＵ１００の当該動作電圧が、カスケードに接続されて２ステージ構成を為す電源回路により与えられる。第１ステージは、外部の電源装置１５０からの電源電圧V_BATの供給を受けて当該電源電圧V_BATより低い電圧を出力する降圧スイッチングレギュレータ（降圧ＳＷレギュレータ）１２０であり、第２ステージは、降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力電圧を更にＣＰＵ１００の動作に必要な他の電圧である５Ｖ、３．３Ｖ、１．２Ｖにそれぞれ変換する電源回路１２２、１２４、１２６である。

電源回路１２２、１２４、１２６は、例えばロードロップアウト（LDO、Low Drop Out）レギュレータである。また、電源回路１２２、１２４が出力する５Ｖ、３．３Ｖの電圧は、例えばＣＰＵ１００内部の論理回路やクロック用の電源として使用され、電源回路１２６が出力する１．２Ｖ電圧は、例えばＣＰＵ１００のコア電圧として使用される。

降圧ＳＷレギュレータ１２０は、例えば、コイルＬ１２８と、電圧V_BATの電源ラインとコイルＬ１２８の一端との間の通電をオンオフするトランジスタＴｒ１３０と、コイルＬ１２８の他端とグランドとの間に接続されたショットキーバリアダイオードＤ１３２と、コイルＬ１２８から流れ出る電流により充電されて所定の降圧電圧を出力する出力コンデンサＣ１３４と、ＴＲ１３０をオンオフさせて降圧動作を制御する降圧制御回路１３６と、を有している。

また、本電子装置１０では、昇圧回路１０２の出力が、ツェナーダイオードＤ１３８とダイオードＤ１４０とを介して降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインに接続されている。ツェナーダイオードＤ１３８の降伏電圧は、例えば、昇圧回路１０２の所定の出力電圧（昇圧電圧）の値（例えば、４０Ｖ）と降圧ＳＷレギュレータ１２０の所定の出力電圧（降圧電圧）の値（例えば、７Ｖ）との差（例えば、３３Ｖ（＝４０Ｖ−７Ｖ））に設定される。

これにより、本電子装置１０では、例えばＣＰＵ１００がリレーＲＬ１１６をオンさせることにより電源装置１５０から大電流負荷であるスタータモータ１５２へ電流が流れ込んだことに起因して、電源電圧１５０の出力電圧（電源電圧）V_BATが低下し、降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力電圧が低下した場合でも、ツェナーダイオードＤ１３８を介して昇圧回路１０２の出力コンデンサＣ１１２から降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力コンデンサＣ１３４に電荷が流れ込んで上記所定の降圧電圧が確保される。このため、ＣＰＵ１００は、電源装置１５０の電源電圧V_BATの変動の影響を受けることなく、スタータモータ１５２の駆動時に行うべき制御処理を安定に継続することができる。

特に本電子装置１０では、電源装置１５０からＣＰＵ１００用の動作電圧を生成する電源回路を上述のように２ステージ構成とし、従来技術のように昇圧回路１０２の出力ラインを外部の電源装置（例えば、車載バッテリ）からの電源供給ラインへ直接接続するのではなく、第１ステージの電源回路である降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインに接続する。

したがって、本電子装置１０では、昇圧回路１０２の出力コンデンサＣ１１２の電荷は降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインに接続された出力コンデンサＣ１３４と第２ステージの電源回路１２２〜１２６にのみ限定して流れ込み、他の負荷（例えば、スタータモータ１５２）に流れ込むことがない。このため、本電子装置１０では、従来のように昇圧回路の出力コンデンサから他の電源ラインへの電荷の流出量が多くなって昇圧回路の出力電圧（昇圧電圧）が大きく低下してしまうということが防止されるので、当該昇圧電圧により駆動されるデバイス（例えば、電磁弁駆動回路１０４が駆動する上述の電磁弁（不図示））の動作は安定に保たれる。

また、本電子装置１０では、従来技術のように昇圧回路の出力ラインを他の電源回路と当該電源回路の負荷（例えば、ＣＰＵ）との間に接続するのではなく、昇圧回路１０２の出力ラインを第１ステージの電源回路である降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインに接続し、ＣＰＵ１００への動作電圧は、第２ステージの電源回路１２２、１２４、１２６により安定に確保される。このため、本電子装置１０では、ツェナーダイオードＤ１３８の降伏電圧の温度変動があっても、ＣＰＵ１００へ供給される動作電圧は安定に維持されることとなり、ＣＰＵ１００の安定動作が確保される。なお、ダイオードＤ１４０は、降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力コンデンサＣ１３４の電荷が昇圧回路１０２の出力ラインへ放出されるのを阻止するために設けられている。

さらに、本電子装置１０は、昇圧回路１０２の出力電圧に比例した第１のモニタ電圧V_MON1を生成してＣＰＵ１００に入力するための分圧回路を構成する抵抗器Ｒ１４２、Ｒ１４４と、電源装置１５０の出力電圧（電源電圧）V_BATに比例した第２のモニタ電圧V_MON2を生成してＣＰＵ１００へ入力するための分圧回路を構成する抵抗器Ｒ１４６、Ｒ１４８とを有する。

これにより、ＣＰＵ１００は、第１及び第２のモニタ電圧V_MON1、V_MON2により昇圧回路１０２の昇圧電圧の変動と電源装置１５０の電源電圧の変動とをモニタして、電源電圧が所定値以下に低下した場合、又は電源電圧が所定値以下に低下し且つ昇圧電圧も所定値以下に低下した場合には、電源回路１２２、１２４、１２６の出力ライン側の消費電力を低減して、昇圧回路１０２の出力ラインから降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインへ流れ込む電荷量を低減する。

例えば、上記電源回路１２２、１２４、１２６の消費電力の低減は、電源装置１５０の出力電圧V_BATが内燃機関始動時のスタータモータ１５２の駆動に起因したものである場合には、当該内燃機関の始動に必要なデバイス（スタータモータ１５２や電磁弁（不図示）等）以外のデバイスの制御を停止して５Ｖ電源（電源回路１２２）及び又は３．３Ｖ電源（電源回路１２４）の消費電力を減らしたり、ＣＰＵ１００が有するＣＰＵコア（不図示）を低消費電力モードに設定して１．５Ｖ電源（電源回路１２６）の消費電力を減らすことで行うことができる。

以上、説明したように、本実施形態の電子装置１０では、安定な動作電圧の供給を要するデバイス（例えば，ＣＰＵ１００）に供給する当該動作電圧が、降圧ＳＷレギュレータ１２０を第１ステージとする２段構成の電源回路により与えられ、且つ、外部電源装置１５０から供給される電圧を昇圧して出力する昇圧回路１０２の出力ラインが、ツェナーダイオードＤ１３８を介して上記第１ステージの電源回路である降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインに接続されている。

これにより、本電子装置１０では、昇圧回路１０２から他の電源回路へ流れ出る電荷量を制限して昇圧電圧の変動を低減又は回避することができると共に、ツェナーダイオードの降伏電圧の温度変動の影響を受けることなくＣＰＵ１００に一定の動作電圧を供給して、その動作を安定に保つことができる。

なお、本実施形態では、第１ステージの電源回路を降圧ＳＷレギュレータ１２０としたが、これに限らず、他のＳＷレギュレータ（例えば、昇降圧スイッチングレギュレータや他のタイプの電源回路）としても、上記と同様の効果を得ることができる。また、第２ステージの電源回路１２２、１２４、１２６は、全てＣＰＵ１００に動作電圧を供給するものとしたが、これに限らず、上記第２ステージに含まれる電源回路の数は１つでもよいし、電源回路１２２、１２４、１２６に加えてＣＰＵ１００以外のデバイスに動作電圧を供給する電源回路を含めるものとすることができる。後者の場合、ＣＰＵ１００は、V_MON1、V_MON2により電源電圧が所定値以下に低下したと判断した場合、又は電源電圧が所定値以下に低下し且つ昇圧電圧も所定値以下に低下したと判断した場合に、ＣＰＵ１００以外の上記デバイスの動作を停止させて、第２ステージの電源回路全体としての消費電力を低減して、昇圧回路の出力ラインから降圧ＳＷレギュレータ１２０の出力ラインへ流れる電荷量（又は電流）を制限するものとすることができる。

１０・・・電子装置、１００・・・ＣＰＵ、１０２・・・昇圧回路、１０４・・・電磁弁駆動回路、Ｌ１０６、Ｌ１２８・・・コイル、Ｔｒ１０８、Ｔｒ１３０・・・トランジスタ、Ｄ１１０、Ｄ１３２、Ｄ１４０・・・ダイオード、Ｄ１３８・・・ツェナーダイオード、Ｃ１１２、Ｃ１３４・・・出力コンデンサ、１１４・・・昇圧制御回路、ＲＬ１１６・・・リレー、１１８・・・スイッチ回路、１２０・・・降圧ＳＷレギュレータ、１２２、１２４、１２６・・・電源回路、１３６・・・降圧制御回路、Ｒ１４２、Ｒ１４４，Ｒ１４６、Ｒ１４８・・・抵抗器、１５０・・・電源装置、１５２・・・スタータモータ。

Claims

電源装置から供給される電源電圧を第１の電圧に変換して出力する第１の電源回路と、
前記電源装置から供給される電源電圧を第２の電圧に変換して出力する第２の電源回路と、
前記第２の電源回路が出力する第２の電圧の供給を受けて動作する少なくとも一つの第３の電源回路と、
を備え、
前記第１の電源回路の出力が、前記第２の電源回路から前記第３の電源回路への当該第２の電源回路の出力ラインに、定電圧ダイオードを介して接続されている、
電子装置。
処理装置を更に備え、
前記処理装置は少なくとも一つの前記第３の電源回路から動作電圧の供給を受けて動作し、
前記第１の電源回路は、前記処理装置の制御の下に動作するデバイスの動作電圧を供給する、
請求項１に記載の電子装置。
前記第１の電源回路は昇圧回路であり、
前記デバイスは、車両の内燃機関の燃料供給を調整する電磁弁である、
請求項２に記載の電子装置。
前記処理装置は、前記電源装置が出力する電源電圧と前記第１の電源回路が出力する第１の電圧とを監視し、前記電源電圧が所定値以下に低下したとき、又は前記電源電圧が所定値以下に低下し且つ前記第１の電圧が所定値以下に低下したときに、前記第３の電源回路の負荷電流を制限するよう動作する、
請求項２又は３に記載の電子装置。
前記第３の電源回路の負荷電流の制限は、前記第３の電源回路により動作電圧が供給されるデバイスの一部の動作を前記処理装置が停止させること、及び又は前記処理装置が自身の動作モードを低消費電力モードに設定すること、により行われる、
請求項４に記載の電子装置。