JPH01281509A - 監視回路を有する安定化電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車の種々の電子機器を駆動する電源回
路に設けた、電子制御回路の機能の停止、過電流消費、
部品の焼損等の重大なｔ！失を防止するための監視回路
を有する安定化電源回路に関する。

〔従来の技術〕

最近の自動車では、操縦の安定性、燃料効率の向上、ブ
レーキ制動効率のアップ等種々の機能を向上させるため
多くの電子機器が設けられている。

これらの電子機器を制御する電子制御回路の電源回路に
は、駆動される負荷の状態に応じて安定して電源を供給
できるよう安定化電源電圧回路が設けられ、種々の動作
を正しく機能させるように工夫されている。

かかる電源回路では電源電圧の監視を行ない、規定の範
囲外であれば、電気制御回路を構成しているマイクロコ
ンピュータ等の内部回路をリセットしたり、過電流が供
給されるようなときは電流制限を設け、外部システムへ
の影響を減少させたり、あるいはヒユーズを設けて回路
の通電を遮断し、作動を停止させたりして対応している
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、かかる電子制御回路にはその集積度を大
きくするためＣ−ＭＯＳ　　ＩＣ等の電子部品が用いら
れ、このＣ−ＭＯＳ　　ＩＣ等で寄生的に発生する“ラ
フチアツブ現象”のため過電流が流れ、これをそのまま
放置しておくと電流制限用部材（抵抗、トランジスタ）
等が焼…したり、Ｃ−ＭＯＳ　　ＩＣが永久的破壊に至
らしめる等の重大な損傷を招き、再び正常な機能を果せ
なくなる。ここで“ラフチアツブ現象”とはＣ−ＭＯ３
ＩＣ等で不可避的に発生するＰＮＰＮ接合へ電、流が流
れてしまい、過電流が流れることにより接合部が熱的破
壊を生じてＣ−ＭＯＳ　　ＩＣ等の破壊に至る故障現象
をいう、このランチアップ現象は電源回路におけるハー
ドの機構だけに起因し、従って仮りに論理的動作を初期
化するリセット動作を行なっても復帰しない。

さらに、別のｔｆｉ回路の故障原因として安定化１１１
ｇ回路へかかる負荷が予想しない程増大しく例えばＧ　
Ｎ　Ｄ　：／　ｗ　−ｈ等）ｉｉ流＃限用部材に過大な
電流が流れてｔａ損する場合も同様に正常なＩｌ＃１を
果せなくなり、場合によっては火災の発生の危険性もあ
った。しかし、従来の電源回路では前述の如く、単に安
定化電源回路、電流制御部材、ヒユーズ等を設けるだけ
でこれらの部材の作動の安全保護については必ずしも十
分ではないという問題がある。

この発明は、上述した車載用電子制御装置に用いられる
安定化電源回路の技術現状に鑑みてなされたものであり
、その目的は従来の安定化電源回路に対して電圧監視回
路とその遮断条件の信号により安定化電源回路の出力を
遮断、供給するようにｊ制御する安定化電源制御部とを
備え、負荷による過大電流・電圧から安定化を源回路を
安全に保護し得る、監視回路を有する安定化電源回路を
提供するにある。

（ＤＢを解決するための手段） そこでこの発明では前記課題を解決するための手段とし
て、入力電源を過電圧、逆電圧等からの保護、ノイズ除
去、過電流・過電圧時の電流制限を行なって安定化電圧
に変える安定化電源回路と、入力ｌｉｔ源電圧電圧子制
御回路内部に安定化電源制御部を供給するに十分な所定
電圧以上であるかを検知するλカｔＳｔ圧監視回路、電
源の立上時あるいは電圧低下時に電子制御回路内部をリ
セットする信号を出力するリセット回路がリセット信号
を出力する状態にあるかを判定するリセット信号モニタ
回路、及び前記安定化ｉｔ電源回路出力電圧が一定値以
下であるかを判定する安定化電源電圧監視回路から成る
電圧監視回路と、この監視回路の３つの出力部を接続し
た前記３つの電源遮断条件判定のための共ｉ１接続部を
介して遮断条件の信号を入力され安定化電源回路に対し
てその安定化電源の供給、停止を制御する安定化電源ｉ
！Ｉ御部とを備え、前記電圧監視回路の３つの出力部の
条件が全て成立すると安定化電源回路からの安定化電源
の供給を停止させ、安定化ｉｔ電源圧監視回路が定常安
定化電源電圧を検知する状態になると再び安定化１ｉｉ
１！［を供給するようにした構成を採用したのである。

〔作用〕

自動車にＲ’ｌされたバッテリの電源をイグニッシゴン
により投入すると、種々の用途のために搭載されている
制御対象部位をｍ制御する電子ｆｉＩＩ御回路にその電
源が供給される。電子制御回路の部品のうち正確な動作
を保証するため安定化電源電圧を必要とするものには安
定化電源回路により過電圧・過電流からの保護、電流の
制限をしつつ安定化電圧が供給される。負荷の変動が定
常範囲内にある限り、負荷の変動による電圧の変化は安
定化電源回路により一定に保たれる。

電子制御回路に用いられるＣ−ＭＯＳ　　ＩＣによるラ
フチアツブ現象、あるいは予期しない真青の増大による
過電流等が生じると、安定化電源回路中の電圧損失が増
大し、この出力電圧はもはや安定化電圧として制御でき
なくなり、ラフチアツブ時の接合電位で決まる低電圧と
なり、この状態で電流が流れ続けようとする。

かかる低電圧が生じると、まずその電圧低下を安定化電
源電圧監視回路で検出する。安定化電源回路の出力が基
準電圧として定める一定値以下であることが検知される
と、その検知信号によりこの安定化電源電圧監視回路の
出力端子のＧＮＤへの導通を遮断する。

安定化電源回路出力の電圧低下は同時にリセット信号モ
ニタ回路で検出される。このような異常電圧低下時には
一般にリセット回路により電子制御回路をリセットし、
正確な動作が保証されるように構成されるから、このリ
セット信号の出力状態を検知してリセット信号モニタ回
路から遮断信号が出力される。

入力電源電圧監視回路では安定化電源回路への入力電圧
が監視されている。過電流により安定化電源回路の電圧
が低下するにつれてその入力電源電圧も低下する。この
ため、入力電源電圧がこの監視回路の基準電圧以下にな
ると遮断信号が出力される。

上記３つの遮断信号の基準電圧は、入力電源電圧監視回
路（ｖｉａ。）〉リセット信号モニタ回路（Ｖ＊＊ｒｚ
）　＞安定化電源電圧監視回路（Ｖｍ−ｒｓ）の順に異
なる電圧値に設定しておくのが望ましい。

ＶＲｍｔ＋は安定化電源回路が出力電源を供給するのに
必要な最小限の電圧であり、■Ｒｅｆｔは電子制御回路
内部の動作を保証し得る電源範囲にあるかを検出するた
めの基準であり、ｖｉａｒｓは安定化電源電圧が内部回
路のリセットでは復帰できないが、電源立上げをやり直
せば復帰し得る程度の電圧であるかを検知する基準値だ
からである。従って、場合によってはＶｌ＊ｆｆとＶｌ
ｓｆ３とは同じ値としてもかまわない。

かかる３つの遮断条件が成立すると、安定化電源回路の
出力電圧は異常な低下をしていることになり、そこで安
定化電源電圧監視回路の出力端を、定常状態ではＧＮＤ
に導通している状態から遮断することによって他の２つ
の遮断信号あるいはそのいずれかが共通接続部を介して
安定化電源制御部へ入力される。この制御部は上記遮断
信号を入力されると、その出力信号により安定化電源回
路の出力を遮断する。

安定化電源回路の出力電圧が上昇すると、安定化電源監
視回路の出力端が再びＧＮＤに導通され、他の２つの遮
断信号が出力されていても遮断信号としては打消されて
安定化電源電圧遮断回路は不作動となり、安定化電源電
圧が供給される。

（実施例〕 以下この発明の実施例を添付図を参照して詳細に説明す
る。

第１図にこの発明による安定化電源回路の実施例をブロ
ック図により示す０図示のように、安定化電源回路１０
は、保護回路１１、電流制限回路１２、電源電圧安定化
回路１３から成る。

保護回路１１は、過渡的に過電圧、逆電圧を阻止する部
材、例えばツェナーダイオード、コンデンサ、ダイオー
ド等の素子を用いて構成される。

電流制限回路１２は、過電流・過電圧時の電流を制限し
、ノイズフィルタ（ローパス）の役割をする部材、例え
ば抵抗とコンデンサを組合せたものから成る。電源電圧
安定化回路１３は、負荷の駆動状態に対応する入力電源
電圧の変動を抑え、定電圧を供給する回路として、例え
ばツェナーダイオード、トランジスタあるいはその組合
せによる部材から構成される。

上記安定化電源回路１０に対してその入出力電圧を監視
する電圧監視回路２０、及び安定化電源回路１０による
安定化ｉｔ源の供給、停止を制御する安定化ｉｔ源制で
ｎ部３０が設けられている。

電圧監視回路２０は、図示のように入力電源電圧監視回
路２１、後述するリセット回路のリセット信号の出力状
態を検知するリセット信号モニタ回路２２、及び安定化
電源回路１０の出力電圧を検知する安定化電源電圧監視
回路２３から成る。

入力電源電圧監視回路２１は、入力電源の電圧として保
護回路１１の出力電圧ＶｔＳを基準電圧Ｖ□。と比較し
、電源電圧を供給する電子制御回路（図示省略）内部に
安定化電源電圧を供給するには十分な基準電圧以上の電
圧４Ｒａを検知すると出力信号を出力するように構成さ
れている。

リセット信号モニタ回路２２は、リセット回路がリセッ
ト状態にあることをそのリセット信号の電圧レベルによ
り検知しく　Ｖｌｅｆ！と比較）、検知信号を出力する
。

安定化電源電圧監視回路２３は、安定化電源回１ｓ１０
の出力電圧の低下が基ｊｓ雷電圧。。以下になるとその
状態を検出して上記２つの監視回路の出力信号が不作動
となるように構成されている。

安定化電源制御部３０は、上記電圧監視回路の３つの出
力部を連結した共通接続部３１と、この接続部を介して
上記３つの監視回路の出力を入力とし、安定化を源回路
の出力を遮断するための前記３つの監？Ｍ、回路による
遮断条件の信号が入力されると安定化電源回路の出力を
停止させる制御信号を出力する安定化電源電圧遮断回路
３２とから成る。

Ｘは電子制御回路の安全な作動を保証するために、その
内部を電源立上時、電圧低下時にリセット（初期化）状
態にするリセット信号を出力するリセット回路である。

上記のように構成したこの出力の安定化電源回路の具体
的な回路例を第２図〜第５図に示す、これらは単なる一
例であって、これらと同等な機能を有するものであれば
それぞれ色々に変更して利用することができることは言
うまでもない。

第２図の保護回路１１、電流制限回路１２、電ａ′：１
圧安定化回１１！ｒ１３は公知の構成のものであり、説
明は省略する。

第３図は入力電源電圧監視回路２１は、演算項ｊＱ　２
Ｎを比較Ｉ　ＣＭ　Ｐ□として用い、ツェナーダイオー
ドＤ□による基準電圧と入力電ｆｉＶ＋ｓを比較して入
力電源ｖｉｃがＶ□。を越えると出力信号を発する。コ
ンデンサＣＺ＋は時間遅れ要素として設けられている。

リセット信号モニタ回路２２は、ＰＮＰ　トランジスタ
Ｔｒｔｚから成り、第４図のリセット回路Ｘがリセット
状態になるとノードＮ４の低電圧により点ａ　−ａを結
ぶ結線によりＴｒｚｔのベース電流が吸込みされ、出力
信号を発する。

安定化電源電圧監視回路２３は、トランジスタＴ、３、
ツェナーダイオードＤｇ３１、ダイオードＤＩ８ｍ、コ
ンデンサＣ０から成り、安定化電源回路１０の出力電圧
■。がＤ■１によって決まる基準電圧Ｖｌｓｒ３以上で
あれば’ｒｒｘｓが作動して出力端をＧＮＤに７−スＬ
、ＶＲｍｆ２以下トナルトＴＰｔ３はＯＦＦとなる。こ
のため、Ｖ　ＣＣがＶ。ｆ３以下となると共通接続部３
１を介して上記２つの監視回路２１．２２の出力が前記
遮断回路３２を作動させる。コンデンサＣＺＳはＶ　ｃ
ｃの変動が瞬間的な場合に作動を遅らせる遅延部材とし
て用いられている。

安定化電源遮断回路３２は、トランジスタＴ、■、コン
デンサＣ１、抵抗Ｒ３等から成る。共通接続部３１から
の入力があると、Ｔ１□がＯＮとなり１、第２図の点ｂ
！〜ｂ２を介して電源電圧安定化回路１３のトランジス
タＴｒ１３のベースがアースされ、その出力電圧ｙ　ｅ
ｃが瞬時遮断される。

リセット回路Ｘは、第４図に示すように、ツェナーダイ
オードＺＤ、、比較器ＣＭＰ、　、ダイオードＤ、ｌｌ
〜５、コンデンサＣＩ、トランジスタＴ□、〜、から成
る。ＣＭＰヨでＺＤヨによる基準電圧■３．，８と安定
化電源回路の出力電圧Ｖ□を比較する＊Ｖｃｃは”ｒｒ
＋ｔ＋を介して２つの’ｒｒｘ＋　、１を作動させ、Ｔ
　ｒＸｆｆｉによりその出力端子がリセット状態にある
ときは、これに対応してノードＮ。

を低電圧状態にし、リセット信号モニタ回路のＴ、ｚｚ
のベース電流を吸込み、リセット状態を検出する。

第５図は、第２図の電源電圧安定化回路１３の別の実ｈ
ｔＩ例である。（ａ）は遮断指令が発生すると、毎回一
定時間出力を遮断し、その後復帰する０ＮＥＳＨＯＴタ
イプのものである。（ｂ）は遮断指令が発生すると、初
回のみ一定時間出力を遮断し、２回目の遮断指令では完
全に電流をＯＦＦとし復帰できない短時間メモリタイプ
のものである。

次にこの実施例の作用について第２図〜第４図を参照し
ながら、第１図について説明する。

バッテリＰからの電源が投入され、定常状態になると、
電源電圧安定化回路１３から一定の電源電圧が電子制御
回路に供給され、負荷の変動があってもそれが所定範囲
内のものであれば定電圧が供給される。第２図の実施例
では、Ｔ、１ｓ（Ｎ　Ｐ　Ｎ）のベースに接続されたツ
ェナーダイオードＺＤ＋ｓと抵抗Ｒ３を流れる電流によ
ってベース電位を一定に保ちなからＴ□、ヘベース電流
を供給し、■Ｃ系への電流をＴ１１．の１よ（エミッタ
電流）で供給し、同時にｖｔ（エミッタ電位）をＶｍ（
ベース電位）−Ｖｓｚとして安定させている（Ｖ□ζ０
．５〜０，７Ｖ）。

電子制御回路中に用いられているＣ−ＭＯ５ＩＣのラフ
チアツブ現象等により■。とじて過電流が流れると、電
流制限回路１２、電源電圧安定化回路１３での電圧損失
が増大し、Ｖ　ｃｃはラッチアップ時の接合電位で決ま
る約ＩＶ以下の電圧に低下するが、電流は流れ続ける。

このような低電圧状態になると、リセット回路Ｘがリセ
ット動作に入る。第４図の場合、ＣＭＰオの出力電圧が
低下し、そのためコンデンサＣイの電荷がＤオ、を通り
放電される。その後再びＶ　Ｃ１によりＣｗが充電され
、この充１ｉ期間中Ｔ、ｌ＋、の出力電流によりＴ１゜
、Ｔ、、がＯＮとなりＲリセット出力端子がＧＮＤに導
通され、リセット状態になると共に、ノードＮ、も低圧
となり、リセット信号モニタ回路２２のＴ、、。のベー
ス電流を吸込み、リセット状態が検知されるｓｃＸが充
電されるとリセット状態は停止されるが、その後も■α
の電圧が依然Ｖｅｅｒｓ以下であれば、上記動作が繰り
返される。

Ｖ　ｃｃが■□。以上に回復すると、ＣＭＰ、の出力は
ＯＦＦとなり、ノードＮ、の電位が高くなり、Ｄ□によ
りノードＮ、との間が遮断され、Ｃｘが再び充電される
までノードＮ、の電位が上昇すると共に、リセット信号
Ｒは高出力となり、Ｎ４の電位も上昇するため、リセッ
ト信号モニタ回路２２の出力はＯＦＦとなる。

Ｖ　ｃｃがＶ＊ｅＴ１以下となっている間に、この出力
電圧■。の低下は安定化電源電圧監視回路２３でも検知
される。この場合、Ｖ　ｃｃの低下の検知は、Ｖｌａｆ
ｆｆより低いｖ＊ａｔｔを基準として検知され、低電圧
状態を検知するとＴ、、、がＯＦＦとなり共通接続部３
１への接続が遮断される。

入力電源電圧監祈回路２１は、通常の入力状態では電源
立上時にｖｉｓ＞ｖ＊＊ｒ＋となり出力インピーダンス
が高いが、定常状態でＶ　ｉ！　＜　Ｖ　１ｅｆｔ’（
ヒステリシス付）であると、Ｖｉａが安定化電源を供給
するに不十分となり、ＣＭＰ＊＋が遮断信号を出力する
。

従って、上記電圧監視回路の３つの出力信号が全て成立
、即ち、 （１）　　Ｖ　＋ｅ＜　Ｖｍｍｒ＋’　　（回路２１）
（２）　　リセット状ｊｉｌｔ（回路２２）（３）　　
Ｖ　ｃｃ　＜　Ｖ　Ｉｓ。　（回路２３）の状態が検知
されると、回路２１．２２の出力信号が共通接続部３１
を介して安定化電源遮断回路３２へ送られる＊１２ｇが
導通されると、第２図のノードＮ１はＣ１、Ｒ□の時定
数で微分された形となり、電圧Ｖ□が一定値以下となる
。このため、Ｔ１．１のベースｉｔ流が瞬時供給されな
くなり、■ｃｃ１！流が遮断される。

なお、Ｖ　ｅｃの糸路には容量性の負荷がぶら下った状
態に接続されていることがあり、Ｖ　ｅｅ電流が瞬時Ｏ
にならないこともあるから、Ｃｗｔ、Ｒオの時定数はそ
のＶ　ｃｃ系回路の特性を考慮して適切な値に決める必
要がある。

上記Ｖ　ｃｃ電流が遮断された後、復帰条件（Ｖ□＞Ｖ
ｍ＊ｒｔ）が回復するとＴ、！がＯＦＦとなり、ＣＸＺ
に蓄えた電荷を抵抗Ｒ＋、Ｒｇを介して（Ｒ１十Ｒ１）
・Ｃｓｔの時定数で放電し、Ｖ　ｃｃ電流の供給が再開
される。

通常電源立上時には、リセット回路Ｘが初期リセット（
パワーオンリセット）動作を行い、電圧監視回路２０の
うち２１．２２の回路は電源遮断条件を満すが、２３の
回路はＶ　ｃｃがＶＬｅｆｉ以上である限りＴ、、がＯ
Ｎとなり、その出力端子をＧＮＤにアースして共通接続
部３１の出力を０とするから、３２の回路は作動しない
。

以上の実施例において、Ｖ　ｃｃは５ｖが一般的でアリ
、コｆ）場合ハＶａ−ｔｒ−６〜Ｔ　Ｖ程度、Ｖ＊ｓｒ
＊＝４．５〜４．７５　Ｖ、　Ｖｋ−ｔｚ−３〜４ｖが
適当である。また、電子制御回路の作動保証電圧をＶ、
〜Ｖ、とし、Ｖ　ｃｃをＶ□１以上に保持するに必要な
最低ノｖＮ、をＶ、とすると、Ｖｃ　＜ｖｌ＠ｆｌ＜ｖ
＠〈ｖ、となるようにするのが適当であり、この場合は
一例として、Ｖ、＝９Ｖ、Ｖｋ−１５Ｖ、、Ｖ□ｒ＋−
７ｖ％ｖｍａｒｓ−６Ｖ程度とするのがよい。

〔効果〕

以上詳細に説明したように、この発明では入力ｉｔ源電
圧の異常低下、リセット信号の出力状態、安定化電源電
圧の異常低下の３つの条件を検知する電圧監視回路と、
その検知回路の出力信号により安定化電源回路の■。出
力を遮断する信号を出力する安定化電源Ｉ制御部とを設
け、３つの条件が検知されるとＶ　ｃｃ比出力遮断し、
Ｖ　ｃｃ電圧が回復するとその電圧監視回路の出力信号
によりＶ　Ｃｅ出力の遮断を停止して定電圧の供給を回
復させるように構成したから、安定化電源回路のみで唆
収し得る電圧変動以上の変動を招来するような電子制御
回路中の“ラッチアップ現象”等による異常があっても
、安定化電源回路を安全に保護しつつ、定電圧源を供給
することができるという点で極めて汎用性に富むもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による安定化電源回路のプロンク図、
第２図は安定化電源回路の具体的な例を示す図、第３図
は電圧監視回路、安定化電源制御部の具体例の図、第４
図はリセット回路の具体例の図、第５図は安定化ｔｔＳ
回路の別の２つの具体例を示す図である。 １０・・・・・・安定化電源回路、 ２０・・・・・・電圧監視回路、 ２１・・・・・・入力電源電圧監視回路、２２・・・・
・・リセット信号モニタ回路、２３・・・・・・安定化
１！Ｘ源電圧監視回路、３０・・・・・・安定化電源制
御部、 ３１・・・・・・共通接続部、 ３２・・・・・・安定化電源電圧遮断回路、Ｘ・・・・
・・リセット回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力電源を、過電圧、逆電圧等からの保護、ノイ
   ズ除去、過電流・過電圧時の電流制限を行なって安定化
   電圧に変える安定化電源回路と、入力電源電圧が電子制
   御回路内部に安定化電源電圧を供給するに十分な所定電
   圧以上であるかを検知する入力電源電圧監視回路、電源
   の立上時あるいは電圧低下時に電子制御回路内部をリセ
   ットする信号を出力するリセット回路がリセット信号を
   出力する状態にあるかを判定するリセット信号モニタ回
   路、及び前記安定化電源回路の出力電圧が一定値以下で
   あるかを判定する安定化電源電圧監視回路から成る電圧
   監視回路と、この監視回路の３つの出力部を接続した前
   記３つの電源遮断条件判定のための共通接続部を介して
   遮断条件の信号を入力され安定化電源回路に対してその
   安定化電源の遮断、供給を制御する安定化電源制御部と
   を備え、前記電圧監視回路の３つの出力部の条件が全て
   成立すると安定化電源回路からの安定化電源の供給を遮
   断し、安定化電源電圧監視回路が定常安定化電源電圧を
   検知する状態になると再び安定化電源を供給するように
   構成して成る監視回路を有する安定化電源回路。
2. （２）前記安定化電源電圧監視回路を、安定化電源電圧
   が所定の基準値以上であればその検知信号により出力端
   をＧＮＤに導通し、基準値以下になると出力端のＧＮＤ
   への導通を遮断するように構成したことを特徴とする請
   求項１に記載の監視回路を有する安定化電源回路。
3. （３）前記安定化電源電圧監視回路に、安定化電源電圧
   の低下が瞬時的なものであれば検知信号を不作動とする
   回路を付設したことを特徴とする請求項２に記載の監視
   回路を有する安定化電源回路。
4. （４）前記安定化電源制御部が、前記共通接続部とこれ
   を介して入力される遮断条件の信号によりその内部をＧ
   ＮＤに導通して安定化電源回路の出力を遮断する制御信
   号を出力する安定化電源電圧遮断回路から成ることを特
   徴とする請求項１に記載の監視回路を有する安定化電源
   回路。