JP6638068B2 - システム電源回路および電子機器、電子機器の保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電源電圧を生成するシステム電源回路に関する。

電子機器は、マイコンやメモリ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのインタフェース回路、液晶ディスプレイ、オーディオ回路など、さまざまな回路（以下、負荷回路と総称する）を備えている。これらの負荷回路に、適切な電源電圧を供給するために、システム電源回路が用いられる。

図１は、本発明者が検討したシステム電源回路１００ｒを備える電子機器２００ｒのブロック図である。システム電源回路１００ｒは、多チャンネル（ここでは４チャンネル）の電源回路であり、バッテリ２０２からの直流の入力電圧（バッテリ電圧）Ｖ_ＩＮを受け、それを降圧（もしくは昇圧）し、複数の負荷回路２０４＿１〜２０４＿４それぞれに、適切なレベルの電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ４を供給する。

カーオーディオなどの車載機器では、バッテリ２０２の電圧がシステム電源回路１００ｒの入力電圧Ｖ_ＩＮとなるため、非常に大きなバッテリ変動が直接、システム電源回路１００ｒに入力される。システム電源回路１００ｒへの入力電圧Ｖ_ＩＮが適切な電圧範囲から逸脱すると、電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤ４が過電圧状態あるいは低電圧状態（以下、電圧異常状態と総称する）となる。電圧異常状態で電子機器２００ｒが動作し続けると、動作が不安定となったり、負荷回路２０４あるいはシステム電源回路１００の信頼性が低下する要因となる。

そこで、システム電源回路１００ｒには、入力電圧Ｖ_ＩＮの異常状態を検出する機能が実装される。複数の負荷回路２０４＿１〜２０４＿４のひとつ２０４＿２は、電子機器２００ｒを統合的に制御するマイコン（ホストプロセッサ）２０６であり、システム電源回路１００ｒは、マイコン２０６の制御下で動作する。

システム電源回路１００ｒとマイコン２０６は、シリアルバス２０８を介して接続されており、通信可能となっている。また、システム電源回路１００ｒとマイコン２０６の間は、信号線２１０を介して接続されており、システム電源回路１００ｒは、電圧異常状態を検出すると、信号線２１０の異常検出信号（フラグ）Ｓ１をアサート（たとえばハイレベル）し、マイコン２０６に通知する。

マイコン２０６は、異常検出信号Ｓ１のアサート／ネゲートに応答して、シリアルバス２０８を介して、システム電源回路１００ｒの動作停止／復帰を指示する制御信号Ｓ２を送信する。

図２は、図１の電子機器２００ｒの異常保護シーケンスを示す図である。時刻ｔ０より前は、入力電圧Ｖ_ＩＮは正常レベル（たとえば１４．４Ｖ）を維持している。時刻ｔ０にロードダンプサージが発生し、入力電圧Ｖ_ＩＮが跳ね上がる。時刻ｔ１に入力電圧Ｖ_ＩＮが、システム電源回路１００ｒの内部で規定されるしきい値Ｖ_ＴＨ１（たとえば２０Ｖ）を超えると、システム電源回路１００ｒは過電圧状態を検出し、異常検出信号Ｓ１をアサートし、マイコン２０６に通知する。マイコン２０６は、シリアルバス２０８を介して制御信号Ｓ２を送信し、システム電源回路１００ｒに対して、マイコン２０６自身が動作するために必要なチャンネル（図１ではチャンネルＣＨ２）を除くすべてのチャンネルＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ４の停止を指示する。システム電源回路１００ｒは、制御信号Ｓ２に応答して、チャンネルＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ４を停止し、その結果、電源電圧Ｖ_ＤＤ１，Ｖ_ＤＤ３，Ｖ_ＤＤ４が低下する。

時刻ｔ２に、入力電圧Ｖ_ＩＮがしきい値Ｖ_ＴＨ１を下回り、正常状態に復帰すると、システム電源回路１００ｒは異常検出信号Ｓ１をネゲート（ローレベル）し、マイコン２０６に通知する。マイコン２０６は異常検出信号Ｓ１のネゲートに応答して、制御信号Ｓ２を送信する。システム電源回路１００ｒは、制御信号Ｓ２にもとづいてチャンネルＣＨ１，ＣＨ３，ＣＨ４の電源電圧Ｖ_ＤＤ１，Ｖ_ＤＤ３，Ｖ_ＤＤ４を復帰させる。

特開２０１３−０８９０６０号公報

本発明者は、図１の電子機器２００ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図２のタイムチャートにおいて、異常検出信号Ｓ１のアサートに続くシリアル通信に異常が発生すると、システム電源回路１００ｒは、制御信号Ｓ２を受信できなくなる。そうすると、システム電源回路１００ｒは、マイコン２０６が指示したチャンネルを停止できなくなり、一点鎖線で示すように電源電圧Ｖ_ＤＤが供給され続けてしまう。この状態で、入力電圧Ｖ_ＩＮがさらに上昇すると、システム電源回路１００ｒに異常や故障が発生し、あるいは負荷回路２０４に悪影響が及ぶおそれがある。

入力電圧Ｖ_ＩＮが低下し、減電圧状態となった場合にも、システム電源回路１００ｒが停止を指示する制御信号Ｓ２の受信に失敗すると、同様の問題が生ずる。なおこのような問題は車載機器のみでなく、入力電圧Ｖ_ＩＮが大きく変動しうるさまざまなプラットフォームにおいても発生しうる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、信頼性を高めたシステム電源回路の提供にある。

本発明のある態様は、入力電圧を受け、マイコンを含む複数の負荷回路に電源電圧を供給するシステム電源回路に関する。システム電源回路は、複数の負荷回路に対応する複数チャンネルの電源回路と、入力電圧が第１電圧範囲に含まれるときネゲートされ、逸脱するとアサートされる異常検出信号を生成し、マイコンに出力する異常検出回路と、マイコンと通信可能であり、異常検出信号のアサートに応答してマイコンが生成する制御信号を受信し、当該制御信号が指示するチャンネルの電源回路を停止させるインタフェース回路と、入力電圧が第１電圧範囲より広く規定された第２電圧範囲から逸脱すると、少なくともひとつの所定チャンネルの電源回路を停止させる内部保護回路と、を備える。

この態様によると、マイコン経由での保護処理に失敗した場合でも、内部保護回路による保護が働くため、信頼性を高めることができる。

内部保護回路は、入力電圧が前記第２電圧範囲の上側しきい値を超えた結果、所定チャンネルの電源回路を停止した後に、入力電圧が前記第２電圧範囲に含まれると、所定チャンネルの電源回路を再動作させてもよい。
これにより、システム全体を、自動的に元の状態に復帰させることができる。

入力電圧が第２電圧範囲の下側しきい値を下回った結果停止した所定チャンネルの電源回路は、マイコンからの制御信号に応答して、復帰してもよい。
入力電圧が低下する減電圧状態では、マイコンへの電源電圧が不足して、マイコンがシャットダウンする状況が発生しうる。かかる状況でシステム電源回路が独自に、所定チャンネルの電源回路を再動作させると、マイコンの状態とシステム電源回路の状態に不整合が生じる。そこで減電圧状態の後は、マイコンに再動作の制御を委ねることで、不整合を防止できる。

システム電源回路は、レジスタをさらに備えてもよい。複数チャンネルの電源回路のオン、オフは、レジスタに格納される対応する制御値と連動してもよい。制御信号は、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応するチャンネルの電源回路のオン、オフを指定する複数の制御値を含んでもよい。インタフェース回路は複数の制御値をレジスタに書き込んでもよい。
これにより、システムの設計者は、レジスタに書き込む値に応じて、電圧異常状態における各チャンネルの状態を自由に規定できる。

レジスタは、第２電圧範囲の下側しきい値を規定する設定値を格納してもよい。入力電圧の減電圧状態に起因する電源電圧の低下をどの程度許容するかは、マイコンをはじめとする負荷回路に依存する。そこでシステムの設計者が、第２電圧範囲の下側しきい値を指定できるようにすることで、システム毎に最適な保護を実現できる。

入力電圧が第２電圧範囲の下側しきい値を下回った結果、所定チャンネルの電源回路を停止したとき、レジスタを初期化してもよい。

入力電圧は車載バッテリのバッテリ電圧であり、システム電源回路は、車両に搭載される電子機器に使用されてもよい。

システム電源回路は、ひとつの半導体基板に集積化され、またはモジュール化されてもよい。「一体集積化」とは、主要構成要素が一体集積化されることを意味し、ＤＣ／ＤＣコンバータのインダクタや平滑キャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。システム電源回路の主要部を１つのチップ上に集積化し、あるいはモジュール化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、直流電源と、マイコンを含む複数の負荷回路と、直流電源からの入力電圧を受け、複数の負荷回路に電源電圧を供給するシステム電源回路と、を備えてもよい。

直流電源は車載用バッテリであり、車載電装品であってもよい。車載用バッテリは、電圧変動が大きいため、内部保護回路による保護を有効活用できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、システム電源回路の信頼性を高めることができる。

本発明者が検討したシステム電源回路を備える電子機器のブロック図である。 図１の電子機器の異常保護シーケンスを示す図である。 実施の形態に係るシステム電源回路を備える電子機器の回路図である。 入力電圧Ｖ_ＩＮのレベルダイアグラムである。 図５（ａ）、（ｂ）は、過電圧状態における図２の電子機器の動作波形図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、減電圧状態における図２の電子機器の動作波形図である。 システム電源回路を備える車載用オーディオ装置のブロック図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。また、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図３は、実施の形態に係るシステム電源回路１００を備える電子機器２００の回路図である。電子機器２００は、直流電源であるバッテリ２０２、システム電源回路１００、複数Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍを備える。複数の負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍのひとつ２０４＿２は、電子機器２００を統合的に制御するマイコン２０６である。そのほかの負荷回路２０４は特に限定されず、電子機器２００の用途や機能に応じて様々である。

システム電源回路１００は、バッテリ２０２から入力電圧Ｖ_ＩＮを受け、複数の負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍに電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤＭを供給する。システム電源回路１００は、その主要部が一つの半導体基板に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。システム電源回路１００の入力（ＶＩＮ）端子には、入力電圧Ｖ_ＩＮが供給される。また複数の出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴＭには、対応する負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍが接続される。図３では、説明の簡潔化、理解の容易化のために、電源回路を構成する外付けのチップ部品を省略している。以下、チャンネル番号を表す＿＃は、それらを区別する必要がない場合、適宜省略する。

システム電源回路１００は、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨＭの電源回路１０２＿１〜１０２＿Ｍ、異常検出回路１０４、インタフェース回路１０６、内部保護回路１０８、レジスタ１１０を備える。

複数チャンネルの電源回路１０２＿１〜１０２＿Ｍは、複数の負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍに対応する。各チャンネルＣＨｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）の電源回路１０２＿ｉは、対応する負荷回路２０４＿ｉに電源電圧Ｖ_ＤＤｉを供給する。電源回路１０２の構成はチャンネルごとに異なっていてよく、あるチャンネルの電源回路１０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、別のチャンネルの電源回路１０２は、リニアレギュレータであってもよい。またＤＣ／ＤＣコンバータは、降圧型であってもよいし、昇圧型であってもよい。

図３では、全チャンネルの電源回路１０２が入力ライン１１２を介して入力電圧Ｖ_ＩＮを受けるように書かれているが、その限りではない。たとえばあるチャンネルの電源回路１０２は、別のチャンネルの電源回路１０２の出力電圧を、入力に受けてもよい。

異常検出回路１０４は、入力ライン１１２を介して入力電圧Ｖ_ＩＮを受ける。異常検出回路１０４は、入力電圧Ｖ_ＩＮが第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１に含まれるときネゲートされ、第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１から逸脱するとアサートされる異常検出信号Ｓ１を生成する。第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１の上側しきい値をＶ_Ｈ１、下側しきい値をＶ_Ｌ１とする。異常検出信号Ｓ１は、フラグ端子（ＦＬＧ）および信号線２１０を介して、マイコン２０６に入力される。

インタフェース回路１０６は、シリアルバス２０８を介してマイコン２０６と接続され、シリアル通信可能となっている。シリアルインタフェースの形式は特に限定されず、たとえばＩ^２Ｃ（Inter IC）バスや、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などを用いることができる。

マイコン２０６は、異常検出信号Ｓ１のアサートに応答して、電源回路１０２を停止すべきチャンネルＣＨを指定する制御信号Ｓ２ａを生成し、シリアルバス２０８を介してインタフェース回路１０６に送信する。また、マイコン２０６は、異常検出信号Ｓ１のネゲートに応答して、電源回路１０２を動作させるチャンネルを指定する制御信号Ｓ２ｂを生成し、シリアルバス２０８を介してインタフェース回路１０６に送信する。

インタフェース回路１０６は、異常検出信号Ｓ１のアサートに応答してマイコン２０６が生成する制御信号Ｓ２ａを受信し、当該制御信号Ｓ２ａが指示するチャンネルＣＨの電源回路１０２を停止させる。

またインタフェース回路１０６は、異常検出信号Ｓ１のネゲートに応答してマイコン２０６が生成する制御信号Ｓ２ｂを受信し、当該制御信号Ｓ２ｂが指示するチャンネルＣＨの電源回路１０２を動作させる。

内部保護回路１０８は、マイコン２０６からの制御信号Ｓ２にもとづく保護のバックアップとして設けられている。内部保護回路１０８は、入力電圧Ｖ_ＩＮが第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１より広く規定された第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２から逸脱すると、内部保護信号Ｓ３をアサート（たとえばハイレベル）し、少なくともひとつの所定チャンネルの電源回路を停止させる。所定チャンネルは、マイコン２０６の指示とは無関係であってよい。なおマイコン２０６の動作に必要な電源電圧を停止すると、システム全体が動作不能となるため、この例ではマイコン２０６に対応するチャンネルＣＨ２と、マイコン２０６の周辺回路（たとえばメモリ）に対応するチャンネル（たとえばチャンネルＣＨ３）は、停止の対象から除外される。この場合、一例として、残りのチャンネルＣＨ１，ＣＨ４〜ＣＨＭを所定チャンネルとすることができる。第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の上側しきい値をＶ_Ｈ２、下側しきい値をＶ_Ｌ２とする。

以上がシステム電源回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。図４は、入力電圧Ｖ_ＩＮのレベルダイアグラムである。第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１は保護を要しない正常電圧範囲である。第１電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ１の外側の領域すなわちＶ_ＩＮ＞Ｖ_Ｈ１，Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_Ｌ１は、マイコンの制御による保護の対象となる。また第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の外側の領域すなわちＶ_ＩＮ＞Ｖ_Ｈ２，Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_Ｌ２は、システム電源回路１００自身の保護の対象となる。したがって、マイコン経由での保護処理に失敗した場合でも、内部保護回路による保護が働くため、信頼性を高めることができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、過電圧状態における図２の電子機器２００の動作波形図である。図５（ａ）は、マイコン制御によるシャットダウン、復帰を示す図であり、図２の動作と同じであるため説明を省略する。ここでは所定チャンネルをＣＨ１とする。

図５（ｂ）は、シリアル通信に障害が生じたときの動作を示す。時刻ｔ１の直後にインタフェース回路１０６が制御信号Ｓ２の受信に失敗すると、所定チャンネルの電源回路１０２＿１が停止せず、電源電圧Ｖ_ＤＤ１がもとの電圧を維持する。

入力電圧Ｖ_ＩＮがさらに上昇し、時刻ｔ３に第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の上側しきい値Ｖ_Ｈ２を超えると、内部保護信号Ｓ３がアサートされる。そして内部保護回路１０８は、所定チャンネルの電源回路１０２＿１を停止させ、これにより電源電圧Ｖ_ＤＤ１が低下する。そして時刻ｔ４に入力電圧Ｖ_ＩＮが第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２内に戻ると、内部保護信号Ｓ３がネゲートされる。内部保護回路１０８は、所定チャンネルの電源回路１０２＿１を動作状態に戻し、電源電圧Ｖ_ＤＤ１を上昇させる。

この動作によって、過電圧状態においてマイコンとの通信に障害が生じた場合においても、所定チャンネルの電源回路を停止することができ、回路を保護することができる。

図６（ａ）、（ｂ）は、減電圧状態における図２の電子機器２００の動作波形図である。図６（ａ）は、マイコン制御によるシャットダウン、復帰を示す図である。時刻ｔ０より前は、入力電圧Ｖ_ＩＮは正常レベル（たとえば１４．４Ｖ）を維持している。時刻ｔ０にバッテリの瞬断などが発生し、入力電圧Ｖ_ＩＮが低下する。時刻ｔ１に入力電圧Ｖ_ＩＮが、第１電圧領域Ｖ_ＲＮＧ１の下側しきい値Ｖ_Ｌ１を下回ると、異常検出信号Ｓ１がアサートされる。マイコン２０６は、異常検出信号Ｓ１のアサートに応答して、インタフェース回路１０６に制御信号Ｓ２を送信する。インタフェース回路１０６は、制御信号Ｓ２にもとづいて、指示されたチャンネル（たとえばＣＨ１）の電源回路１０２＿１を停止する。

時刻ｔ２に、入力電圧Ｖ_ＩＮがしきい値Ｖ_Ｌ１を上回り、正常状態に復帰すると、システム電源回路１００は異常検出信号Ｓ１をネゲート（ローレベル）し、マイコン２０６に通知する。マイコン２０６は異常検出信号Ｓ１のネゲートに応答して、制御信号Ｓ２を送信する。システム電源回路１００ｒは、制御信号Ｓ２が指示するチャンネルＣＨ１の電源回路１０２を動作状態に復帰させる。

図６（ｂ）は、シリアル通信に障害が生じたときの動作を示す。時刻ｔ１の直後にインタフェース回路１０６が制御信号Ｓ２の受信に失敗すると、所定チャンネルの電源回路１０２＿１が停止せず、電源電圧Ｖ_ＤＤ１がもとの電圧を維持する。

入力電圧Ｖ_ＩＮがさらに低下し、時刻ｔ３に第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下側しきい値Ｖ_Ｌ２を下回ると、内部保護信号Ｓ３がアサートされる。そして内部保護回路１０８は、所定チャンネルの電源回路１０２＿１を停止させ、これにより電源電圧Ｖ_ＤＤ１が低下する。

そして時刻ｔ４に入力電圧Ｖ_ＩＮが第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２内に戻ると、内部保護信号Ｓ３がネゲートされる。図５（ｂ）の過電圧保護では、内部保護信号Ｓ３のネゲートとともに、電源回路１０２＿１を復帰させたが、減電圧保護では、内部保護信号Ｓ３がネゲートされても、電源回路１０２＿１の停止を維持する。時刻ｔ２に、入力電圧Ｖ_ＩＮがしきい値Ｖ_Ｌ１を超えると、異常検出信号Ｓ１がネゲートされ、マイコン２０６に通知される。マイコン２０６は制御信号Ｓ２を生成し、インタフェース回路１０６は、制御信号Ｓ２にもとづいて電源回路１０２＿１の動作を再開する。

なお入力電圧Ｖ_ＩＮの低下により、マイコン２０６への電源電圧Ｖ_ＤＤ２が、最低動作電圧を維持できなくなる場合もあり、このときの動作が一点鎖線で示される。マイコン２０６が動作不能となると、時刻ｔ２の直後の制御信号Ｓ２は送信されない。そしてマイコン２０６は再起動の後に、時刻ｔ５に一点鎖線で示す制御信号Ｓ２を送信し、この制御信号Ｓ２に応答して、システム電源回路１００は電源回路１０２＿１を再動作させる。

この動作によって、減電圧状態においてマイコンとの通信に障害が生じた場合においても、所定チャンネルの電源回路を停止することができ、回路を保護することができる。

続いて、過電圧状態と減電圧状態とで、停止したチャンネルの復帰のトリガーが異なっている理由を説明する。

図６（ｂ）に一点鎖線で示したように、入力電圧Ｖ_ＩＮが低下する減電圧状態では、マイコン２０６への電源電圧Ｖ_ＤＤ２が不足して、マイコン２０６がシャットダウンする状況が発生しうる。かかる状況でシステム電源回路１００が時刻ｔ４に独自に、所定チャンネルの電源回路１０２＿１を再動作させると、マイコン２０６の状態とシステム電源回路１００の状態に不整合が生じる。具体的には、マイコン２０６が動作を指示していないのにも関わらず、一部の電源回路１０２＿１が動作していることとなる。そこで減電圧状態の後は、マイコン２０６に再動作の制御を委ねることで、不整合を防止できる。

続いて図３に戻り、システム電源回路１００のさらなる特徴を説明する。

システム電源回路１００には、チャンネルごとの制御値を格納するレジスタ１１０が設けられる。各チャンネルの電源回路１０２のオン、オフは、レジスタ１１０に格納される対応する制御値に連動する。たとえばあるチャンネルの制御値は１，０をとる１ビットで表され、１のときそのチャンネルの電源回路１０２はオンであり、０のときオフである。

上述の制御信号Ｓ２は、複数チャンネルＣＨ１〜ＣＨＭに対応する複数の制御値を含む。つまり、制御信号Ｓ２は、Ｍビットのバイナリデータで表される。たとえばＭＳＢ（Most Significant Bit）が第１チャンネルＣＨ１、ＬＳＢ（Least Significant Bit）が第Ｍチャンネルに対応するとする。たとえばＭ＝６とする。
Ｓ２＝［１１１１１１］は、全チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６のオンを表し、
Ｓ２＝［００００００］は、全チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６のオフを表し、
Ｓ２＝［０１１０００］は、第２チャンネルＣＨ２，第３チャンネルＣＨ３のみがオン、残りのチャンネルがオフを表す。

システム電源回路１００は、図６（ｂ）に示すように、入力電圧Ｖ_ＩＮが第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下側しきい値Ｖ_Ｌ２を下回った結果、所定チャンネルの電源回路を停止したとき、レジスタ１１０に格納される複数の制御値を初期化し、マイコン２０６からの新たな制御信号Ｓ２の書き込みを待機する。これにより、仮にマイコン２０６がシャットダウンしていたとしても、システム電源回路１００およびマイコン２０６を含むシステム全体を、マイコン２０６が所望する状態に戻すことができる。

さらに、レジスタ１１０は、第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下側しきい値Ｖ_Ｌ２を規定する設定値を格納し、マイコン２０６がこの設定値を書き込み可能となっている。入力電圧Ｖ_ＩＮの減電圧状態に起因する電源電圧Ｖ_ＤＤ１〜Ｖ_ＤＤＭの低下をどの程度許容するかは、マイコン２０６をはじめとする負荷回路２０４＿１〜２０４＿Ｍに依存する。

たとえばある第１システムでは、Ｖ_ＩＮ＜５Ｖとなると、システムに深刻なエラーを引き起こし、別の第２システムでは、Ｖ_ＩＮ＜３Ｖとなると、システムに深刻なエラーを引き起こす。この場合に、第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下側しきい値Ｖ_Ｌ２を５Ｖに固定すると、第２システムでは、Ｖ_ＩＮ＝４Ｖで動作可能であるにも関わらず、内部保護回路１０８による保護が強制的にかかってしまい、好ましくない場合もある。そこでシステム全体の設計者が、第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下側しきい値Ｖ_Ｌ２を指定できるようにすることで、システムごとに最適な保護を実現できる。

（用途）
システム電源回路１００は、入力電圧変動の大きな車載用途に適しており、車載用オーディオ機器などの車載用電装品に好適に用いることができる。図７は、システム電源回路１００ａを備える車載用オーディオ装置３００のブロック図である。システム電源回路１００ａは、７チャンネルで構成され、電源回路１０２＿１〜１０２＿７を備える。第１、第２チャンネルは、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータであり、第３〜第７チャンネルは、リニアレギュレータである。いくつかのリニアレギュレータは、別のチャンネルのＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を降圧するよう構成されている。

負荷回路２０４＿１〜２０４＿７はそれぞれ、ＣＤドライブ、マイコン（２０６）、マイコン用のＲＡＭ（Random Access Memory）、オーディオ回路、チューナブロック、ＵＳＢインタフェース回路、液晶ディスプレイである。

システム電源回路１００ａのＶＩＮ０端子は、上述のＶＩＮ端子に相当し、入力電圧Ｖ_ＩＮに相当するバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが入力される。またＢＣＡＰ端子には、ダイオードＤ１を介してバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが入力される。内部保護回路１０８は、ＢＣＡＰ端子の電圧にもとづいて、入力電圧Ｖ_ＩＮ（Ｖ_ＢＡＴ）が第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２に含まれるか逸脱したかを判定してもよい。ＢＳＥＮＳピンからは、上述の異常検出信号Ｓ１が出力される。インタフェース回路１０６はＩ^２Ｃインタフェースであり、ＳＤＡピンとＳＣＬピンを介して、マイコン２０６から制御信号Ｓ２を受信する。

ハイサイドスイッチ１２０は、オン状態において、イルミネーション２０５に入力電圧Ｖ_ＩＮを供給する。

第２チャンネルＣＨ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータと並列にスタンバイレギュレータ１２２が設けられる。システム全体がスタンバイ状態であるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータが停止し、スタンバイレギュレータ１２２からマイコン２０６に電源電圧が供給される。たとえばスタンバイレギュレータ１２２の動作は、ＥＣＯピンに入力される信号と連動している。

また、過電圧あるいは減電圧状態において、第２チャンネルＣＨ２のＤＣ／ＤＣコンバータが動作不能となった場合に、スタンバイレギュレータ１２２をバックアップ電源として機能させることができる。

オシレータ１２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータに必要な周期信号を発生する。サーマルシャットダウン回路１２６は、システム電源回路１００ａの過熱状態を検出すると、適切な保護処理を実行する。内部レギュレータは、システム電源回路１００ａの内部で使用される安定化電圧を生成する。

ＥＮピンには、システム電源回路１００ａ全体のオン、オフを制御するイネーブル信号が入力される。第６チャンネルの電源回路１０２＿６は、ＲＥＧ４ＥＮピンがハイレベルとなると、あるいはインタフェース回路１０６がオンを指示する信号を受信したときに、動作する。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、図４に示すように、システム電源回路１００の内部保護回路１０８による保護領域が、過電圧側と減電圧側の両方に設けられたが、一方のみに設けてもよい。たとえば第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の下限を無くせば、過電圧状態でのみ内部保護回路１０８の保護が有効となる。反対に第２電圧範囲Ｖ_ＲＮＧ２の上限を無くせば、減電圧状態でのみ内部保護回路１０８の保護が有効となる。

（第２変形例）
図６（ｂ）に示す減電圧状態の後の復帰動作は、図５（ａ）の過電圧状態の後の復帰動作と同様に、内部保護信号Ｓ３のネゲートをトリガーとして、マイコン２０６からの制御信号Ｓ２を待たずに、内部保護回路１０８が単独で行ってもよい。

（第３変形例）
図７の車載用オーディオ装置３００は、電子機器、あるいは車載電装品の一例に過ぎず、本発明は、カーナビゲーションシステム、車載用テレビや車載コンピュータなどの電源に好適に利用できる。また本発明の用途は車載に限定されず、入力電圧変動の大きいさまざまな用途、プラットフォームで使用することができる。

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００…システム電源回路、１０２…電源回路、１０４…異常検出回路、１０６…インタフェース回路、１０８…内部保護回路、１１０…レジスタ、２００…電子機器、２０２…バッテリ、２０４…負荷回路、２０６…マイコン、２０８…シリアルバス、２１０…信号線、Ｓ１…異常検出信号、Ｓ２…制御信号、Ｓ３…内部保護信号。

本発明は電子回路に広く利用できる。

Claims (11)

1. 入力電圧を受け、マイコンを含む複数の負荷回路に電源電圧を供給するシステム電源回路であって、
   前記複数の負荷回路に対応する複数チャンネルの電源回路と、
   前記入力電圧が第１電圧範囲に含まれるときネゲートされ、逸脱するとアサートされる異常検出信号を生成し、前記マイコンに出力する異常検出回路と、
   前記マイコンと通信可能であり、前記異常検出信号のアサートに応答して前記マイコンが生成する制御信号を受信し、当該制御信号が指示するチャンネルの電源回路を停止させるインタフェース回路と、
   前記入力電圧が前記第１電圧範囲より広く規定された第２電圧範囲から逸脱すると、少なくともひとつの所定チャンネルの電源回路を停止させる内部保護回路と、
   を備えることを特徴とするシステム電源回路。
2. 前記内部保護回路は、前記入力電圧が前記第２電圧範囲の上側しきい値を超えた結果、前記所定チャンネルの電源回路を停止した後に、前記入力電圧が前記第２電圧範囲に含まれると、前記所定チャンネルの電源回路を再動作させることを特徴とする請求項１に記載のシステム電源回路。
3. 前記入力電圧が前記第２電圧範囲の下側しきい値を下回った結果停止した前記所定チャンネルの電源回路は、前記マイコンからの制御信号に応答して、復帰することを特徴とする請求項１または２に記載のシステム電源回路。
4. レジスタをさらに備え、
   前記複数チャンネルの電源回路のオン、オフは、前記レジスタの対応するアドレスに格納される制御値に連動し、
   前記制御信号は、複数チャンネルに対応し、それぞれが対応するチャンネルの電源回路のオン、オフを指定する複数の制御値を含み、
   前記インタフェース回路は前記複数の制御値を前記レジスタの対応するアドレスに書き込むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のシステム電源回路。
5. 前記入力電圧が前記第２電圧範囲の下側しきい値を下回った結果、前記所定チャンネルの電源回路を停止したとき、前記レジスタに格納される前記複数の制御値を初期化することを特徴とする請求項４に記載のシステム電源回路。
6. 前記レジスタは、前記第２電圧範囲の下側しきい値を規定する設定値を格納するアドレスを有することを特徴とする請求項４または５に記載のシステム電源回路。
7. 前記入力電圧は車載バッテリのバッテリ電圧であり、車両に搭載される電子機器に使用されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のシステム電源回路。
8. ひとつの半導体基板に集積化され、またはモジュール化されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のシステム電源回路。
9. 直流電源と、
   マイコンを含む複数の負荷回路と、
   前記直流電源からの入力電圧を受け、前記複数の負荷回路に電源電圧を供給する請求項１から８のいずれかに記載のシステム電源回路と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
10. 前記直流電源は車載用バッテリであり、
    車載電装品であることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
11. 電子機器の保護方法であって、
    システム電源回路が、入力電圧を昇圧または降圧し、マイコンを含む複数の負荷回路に電源電圧を供給するステップと、
    前記システム電源回路が、前記入力電圧が第１電圧範囲に含まれるときネゲートされ、逸脱するとアサートされる異常検出信号を生成し、前記マイコンに出力するステップと、
    前記マイコンが、前記異常検出信号のアサートに応答して、停止すべきチャンネルを指定する制御信号を生成し、前記システム電源回路に送信するステップと、
    前記システム電源回路が、受信した前記制御信号に応答して、当該制御信号が指定するチャンネルの電源回路を停止するステップと、
    前記システム電源回路が、前記入力電圧が前記第１電圧範囲より広く規定された第２電圧範囲から逸脱すると、少なくともひとつの所定チャンネルの電源回路を停止させるステップと、
    を備えることを特徴とする保護方法。

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