(57)【要約】【課題】回路規模の増大を抑えつつ、電源出力線に流れ込む電流により出力電圧が制御できない事態を防止できる電源回路および電源供給回路システムを提供する。【解決手段】シリーズレギュレータ形式の電源回路１３において、電源出力端子１０とトランジスタ１２のベースとの間に、電源出力端子１０側をアノードとしてダイオード２２を接続する。電源回路１３の外部から電源出力線２３に電流が流れ込むことで出力電圧ＶCLが目標値を超えて上昇した場合、オペアンプ３がトランジスタ１２のベース電圧を低下させ、ダイオード２２が順バイアスされる。電源出力線２３に流れ込んだ電流はダイオード２２およびオペアンプ３の出力段のトランジスタを介してグランドに流れる。【選択図】図１
2008269066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源入力線と電源出力線との間に介在するＮＰＮ形またはＮチャネル型の主トランジスタと、
前記電源出力線における出力電圧に応じた検出電圧を出力する電圧検出回路と、
前記出力電圧の目標値に対応した基準電圧と前記検出電圧とに基づいて前記主トランジスタの制御端子に駆動信号を出力する増幅回路と、
前記電源出力線と前記主トランジスタの制御端子との間に前記電源出力線側をアノードとして接続されたダイオードとを備えていることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
請求項１記載の電源回路と、
この電源回路と電源出力線を介して接続されるとともに前記電源回路の出力電圧の目標値よりも高い外部電圧が入力可能とされており、前記目標値よりも高い外部電圧が入力されたときに前記電源出力線を通して電流が流れ出す構成の機能回路とを備えていることを特徴とする電源供給回路システム。
【請求項３】
前記機能回路は半導体集積回路装置として構成されており、
前記半導体集積回路装置は、自身の動作電源電圧よりも高い外部電圧が印加され得る入力端子と、前記入力端子に入力される信号をクランプするクランプ回路とを備え、
前記電源回路の出力電圧が、前記クランプ回路において前記自身の動作電源電圧よりも低い中間電圧として供給されることを特徴とする請求項２記載の電源供給回路システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源入力線と電源出力線との間に介在する主トランジスタの駆動を制御することにより出力電圧を目標値に制御する電源回路およびこの電源回路を備えた電源供給回路システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用の半導体集積回路装置には、クランプ回路を設けることで入力端子に自身の動作電源電圧よりも高いバッテリ電圧を直接印加できるようにしたものがある。このクランプ回路の中には、使用する半導体素子を高耐圧化せずに構成し、通常の形成工程による製造を可能にしたものがある（例えば特許文献１参照）。このものは、クランプ動作を行う際、回路を構成する複数の半導体スイッチング素子に対し、中間電圧（電源電圧とグランドとの間の電圧）を与えて各素子の導通状態を制御するようになっている。
【０００３】
しかし、中間電圧がバッテリ電圧よりも低いという関係上、クランプ回路側から中間電圧を発生させる中間電圧発生回路の電圧出力線に電流が流れ込み、中間電圧発生回路が出力電圧を制御できなくなってしまう場合がある。この問題を解決するために、クランプ回路と中間電圧発生回路との間にシンク能力の高いボルテージフォロア回路を設け、中間電圧発生回路側へ流れ込む電流をグランドへシンクする入力インターフェイス回路が考えられている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
図３は、上記入力インターフェイス回路を、車載用のマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）に適用した場合におけるマイコンおよびその周辺回路の構成を例示している。図３におけるマイコン１は、基準電圧生成回路２、オペアンプ３、４、電圧検出回路５、クランプ回路６、電源入力端子７、８、ＲＥＦ端子９、電源出力端子１０および入力端子１１を備えている。
【０００５】
このうち、基準電圧生成回路２、オペアンプ３および電圧検出回路５と、マイコン１外部のトランジスタ１２とから電源回路１３が構成されている。マイコン１の外部において、電源出力端子１０とグランド（０Ｖ）との間には、コンデンサＣ１が接続されている。また、入力端子１１は、抵抗Ｒ１を介してバッテリ電源線に接続されるとともに、スイッチＳ１を介してグランドに接続されている。なお、クランプ回路６における寄生ダイオードおよび寄生トランジスタは、図３中、破線で示している。
【０００６】
上記構成によれば、スイッチＳ１がオフされて、抵抗Ｒ１を介して入力端子１１にバッテリ電圧＋Ｂが印加された場合、入力端子１１の電圧は、クランプ回路６の動作によりおよそ電源電圧ＶDDにクランプされる。この際、バッテリ電源線からクランプ回路６を介して電源回路１３の電源出力線に向けて電流が流れるが、この電流は、ボルテージフォロア回路として機能するオペアンプ４の出力段に設けられたトランジスタ（図示せず）を介してグランドに流れる。これにより、電源回路１３において出力電圧の制御ができなくなる事態を防止できる。
【特許文献１】特開２００２−０４３９２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２６９５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来構成のものでは、マイコン１においてバッテリ電圧＋Ｂが印加される可能性のある入力端子１１の全てにオペアンプ４（ボルテージフォロア回路）を設ける必要があり、対象とする入力端子１１の数に比例して回路規模が増大してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路規模の増大を抑えつつ、電源出力線に流れ込む電流により出力電圧の制御ができなくなる事態を防止できる電源回路および電源供給回路システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の手段によれば、増幅回路は、出力電圧の目標値に対応した基準電圧と電源出力線の電圧に応じた検出電圧とに基づいて、電源入力線と電源出力線との間に介在する主トランジスタの制御端子に駆動信号を出力し出力電圧を目標値に制御する。このように出力電圧を目標値に制御しているときには、電源出力線と主トランジスタの制御端子との間に電源出力線側をアノードとして接続されたダイオードは、逆バイアスされるため上記制御動作に影響を及ぼさない。
【００１０】
これに対し、電源回路の外部より電源出力線に電流が流れ込んだ場合、その電流が負荷に供給される電流よりも大きいと出力電圧が目標値を超えて上昇する。そして、電源出力線と主トランジスタの制御端子との間の電圧がダイオードの順方向電圧になると、ダイオードが順バイアスされ、上記流れ込んだ電流はダイオードを介して増幅回路へと流れる。通常、増幅回路は、グランド側に接続されたトランジスタを出力段に備えているので、上記電流は、このトランジスタを介してグランドへと流れる。このように、本電源回路は、従来にはなかった負荷に流れる電流の一部をグランド側に流すシンク経路を備え、シンク動作を可能とした（シンク機能を備えた）ので、電源出力線に流れ込む電流により出力電圧の制御ができなくなる事態を防止できる。また、シリーズレギュレータ形式の電源回路に上記ダイオードを加えることによりシンク動作を可能にするので、回路規模の増大を防止できる。
【００１１】
請求項２記載の手段によれば、請求項１記載の電源回路が、その出力電圧の目標値より高い電圧が入力され得る機能回路に電源出力線を介して接続されている。この機能回路に前記出力電圧の目標値より高い電圧が入力されると、前記電源出力線を通して電流が流れ出す。このような構成の電源供給回路システムにおいても、請求項１記載のダイオードによるシンク動作は有効に作用する。従って、電源回路は、機能回路から電源出力線に対して流れ出る電流による影響を受けずに出力電圧を目標値に制御することができる。
【００１２】
請求項３記載の手段によれば、機能回路は半導体集積回路装置として構成されており、その入力端子に自身の動作電源電圧よりも高い電圧が印加された場合、電源回路の出力電圧を自身の動作電源電圧よりも低い中間電圧として供給されるクランプ回路の作用により、入力端子の信号がクランプされる。例えば、このようなクランプ回路の動作に起因して、半導体集積回路装置の半導体基板に形成された寄生トランジスタなどを介して、外部電圧が印加された入力端子から電源回路の電源出力線への電流経路が形成されると、入力端子の電圧と電源出力線の電圧との関係上、電源出力線に向けて電流が流れる。このようにして電源出力線に電流が流れ込む場合であっても、請求項１記載のダイオードによるシンク動作は有効に作用する。従って、電源回路は、入力端子から電源出力線に向けて流れ込む電流による影響を受けずに出力電圧を目標値に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図１を参照しながら説明する。
図１は、車両用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に搭載されるマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称す）およびその周辺回路についての概略構成を示しており、図３と同一構成部分については同一符号を付している。
【００１４】
図１に示すマイコン２１（半導体集積回路装置に相当）は、基準電圧生成回路２、オペアンプ３、ダイオード２２、電圧検出回路５、クランプ回路６、電源入力端子７、８、ＲＥＦ端子９、電源出力端子１０および入力端子１１を備えたＩＣ（半導体集積回路）として構成されている。マイコン２１には、電源入力端子７、８（電源入力線に相当）およびグランド端子（図示せず）を介して動作電源電圧ＶDD（例えば＋５Ｖ）が供給されるようになっている。
【００１５】
シリーズレギュレータ形式の電源回路１３は、基準電圧生成回路２、オペアンプ３（増幅回路に相当）、ダイオード２２および電圧検出回路５と、マイコン２１の外部において電源入力端子７と電源出力端子１０（電源出力線に相当）との間に接続されたＮＰＮ形のトランジスタ１２（主トランジスタに相当）から構成されている。また、マイコン２１の外部において、電源出力端子１０とグランド（０Ｖ）との間には、電源出力端子１０における出力電圧ＶCL（中間電圧に相当、例えば＋３Ｖ）を安定化させるためのコンデンサＣ１が接続されている。
【００１６】
電源出力端子１０に生成される出力電圧ＶCLは、電源出力線２３を介してマイコン２１内部の制御回路２４に与えられるようになっている。この制御回路２４は、出力電圧ＶCLの供給を受けて、通常の動作を行う通常モードおよび待機状態となる低消費電力モードのうち、いずれかの動作モードで動作するようになっている。
【００１７】
電圧検出回路５の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３は、電源出力端子１０とグランドとの間に接続されている。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との共通接続点の電圧、つまり電源出力端子１０における出力電圧ＶCLを抵抗Ｒ２、Ｒ３により分圧して得られる検出電圧Ｖdetは、オペアンプ３の反転入力端子に与えられている。基準電圧生成回路２は、例えばバンドギャップ基準電圧回路であり、出力電圧ＶCLの目標値を指令するための基準電圧Ｖrefを生成している。この基準電圧Ｖrefは、オペアンプ３の非反転入力端子に与えられている。
【００１８】
オペアンプ３の出力端子から出力される誤差増幅信号Ｓｄ（駆動信号に相当）は、ＲＥＦ端子９を介してトランジスタ１２のベース（制御端子に相当）に与えられており、これによりトランジスタ１２の駆動が制御されるようになっている。電源出力端子１０とＲＥＦ端子９との間には、電源出力端子１０側をアノードとしてダイオード２２が接続されている。このダイオード２２は、後述するシンク動作を行うために設けられている。
【００１９】
クランプ回路６（機能回路に相当）は、トランジスタＰ１〜Ｐ３を備えている。なお、図１では、入力端子１１の電圧を動作電源電圧ＶDD側にクランプするための構成部分のみを示しているが、クランプ回路６は、入力端子１１の電圧をグランド側にクランプするための構成も備えている。これらトランジスタＰ１〜Ｐ３は、Ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタである。各トランジスタＰ１〜Ｐ３のソース−バックゲート間には、ソース側をアノードとして寄生ダイオードＤ１〜Ｄ３が形成されている。また、トランジスタＰ３のソース−ドレイン間には、ＰＮＰ形の寄生トランジスタＴ１が形成されている。なお、図１では、寄生ダイオードＤ１〜Ｄ３および寄生トランジスタＴ１は破線で示している。
【００２０】
クランプ回路６において、トランジスタＰ２のソースは入力端子１１に接続され、ドレインはトランジスタＰ１を介して電源入力端子８に接続されている。トランジスタＰ１のゲートには、トランジスタＰ１を遮断状態に制御可能な電圧（Ｈｉ）が与えられている。トランジスタＰ３のゲートおよびソースは共通に接続されるとともに、トランジスタＰ１およびＰ２の共通接続点に接続されている。トランジスタＰ３のドレインおよびトランジスタＰ２のゲートは共通に接続されているとともに、電源出力線２３を介して電源出力端子１０に接続されている。また、各トランジスタＰ１〜Ｐ３のバックゲートは、いずれも電源入力端子８に接続されている。
【００２１】
入力端子１１は、マイコン２１の外部において、例えば車両動作時において＋１２Ｖ〜＋１６Ｖのバッテリ電圧＋Ｂ（外部電圧に相当）のバッテリ電源線に抵抗Ｒ１（例えば数１０ｋΩ）を介して接続されるとともに、スイッチＳ１を介してグランドに接続されている。従って、スイッチＳ１のオンオフにより、入力端子１１にはＨレベル（＋Ｂ）およびＬレベル（０Ｖ）の信号が入力される。なお、この入力端子１１に与えられる信号は、マイコン２１の内部回路に出力されるようになっている（図示せず）。
【００２２】
車両用のＥＣＵには、マイコン２１の他に、例えばＥＥＰＲＯＭやＣＡＮ（Controller Area Network）ドライバといった外部部品２５（機能回路に相当）も搭載されている。外部部品２５は、電源端子２６および外部電源端子２７を備えている。このうち、電源端子２６にはバッテリ電圧＋Ｂのバッテリ電源線が接続されており、一方、外部電源端子２７は、電源出力線２８を介してマイコン２１の電源出力端子１０に接続されている。なお、本実施形態においては、電源回路１３、クランプ回路６および外部部品２５により、電源供給回路システム２９が構成されている。
【００２３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、電源回路１３の通常時における動作について説明する。電源回路１３において、オペアンプ３は、非反転入力端子に与えられた基準電圧Ｖrefと、反転入力端子に与えられた検出電圧Ｖdetとの差に応じた誤差増幅信号Ｓｄを出力する。この誤差増幅信号Ｓｄによりトランジスタ１２が駆動され、出力電圧ＶCLは、下記（１）式に示す目標値に制御される。なお、下記（１）式においては、抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値をそれぞれＲ２、Ｒ３として示している。
目標値＝Ｖref×（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ３            …（１）
【００２４】
電源回路１３が上記のとおり動作している場合、ＲＥＦ端子９の電圧は、出力電圧ＶCL＋トランジスタ１２のベース−エミッタ間順方向電圧ＶFとなる。このとき、ダイオード２２は逆バイアスされ、オペアンプ３による出力電圧ＶCLの制御動作に影響を及ぼさない。
【００２５】
続いて、入力端子１１に動作電源電圧ＶDDよりも高い電圧が印加された場合におけるクランプ回路６の動作について説明する。このクランプ動作については、特許文献１に開示されているので、ここでは概略の説明にとどめる。なお、寄生ダイオードＤ１〜Ｄ３の順方向電圧はいずれも電圧ＶFとする。
【００２６】
スイッチＳ１がオフされ、抵抗Ｒ１を介して入力端子１１にバッテリ電圧＋Ｂが印加されると、寄生ダイオードＤ２がオン状態となり、入力端子１１の電圧は、動作電源電圧ＶDDに電圧ＶFを加えた値（ＶDD＋ＶF）にクランプされる。これにより、マイコン２１の内部回路（図示せず）にＨレベル（ＶDD＋ＶF）の信号が入力される。
【００２７】
この場合、電流Ｉａ（例えば１００μＡ〜数１００μＡ）が抵抗Ｒ１および入力端子１１を介してマイコン２１内に流れ込む。この際、トランジスタＰ２において、ソースは入力端子１１と同じＶDD＋ＶFであり、ゲートは出力電圧ＶCLである。従って、トランジスタＰ１のゲート−ソース間にしきい値電圧ＶTが確保され、トランジスタＰ２がオンする。
【００２８】
トランジスタＰ１とＰ２との共通接続点の電圧は、寄生ダイオードＤ１が寄生ダイオードＤ２と同様にオンすることによりＶDD＋ＶFにクランプされている。従って、トランジスタＰ３のソースはＶDD＋ＶFになる。そして、トランジスタＰ３のバックゲートには、動作電源電圧ＶDDが与えられている。これにより、トランジスタＰ３の寄生トランジスタＴ１のベース−エミッタ間電圧が電圧ＶFとなり、寄生トランジスタＴ１がオンする。このようなクランプ回路６の動作により、入力端子１１からマイコン２１内部に流入する電流Ｉａが、トランジスタＰ２および寄生トランジスタＴ１を介して電源出力線２３に流れ込む経路が形成される。
【００２９】
続いて、クランプ回路６の上記動作時における電源回路１３の動作について説明する。マイコン２１の制御回路２４が通常モードで動作している場合、制御回路２４の消費電流Ｉｂは、クランプ回路６から流れ込む電流Ｉａより十分に大きい（Ｉｂ≫Ｉａ）。このため、電流Ｉａは通常モードで動作する制御回路２４に流れ、電源回路１３の出力電圧ＶCLは、トランジスタ１２の駆動すなわちトランジスタ１２のコレクタ電流Ｉｃを制御することにより上記目標値に制御される。
【００３０】
一方、マイコン２１の制御回路２４が低消費電力モードで動作している場合、制御回路２４の消費電流が小さくなり、電流Ｉａが制御回路２４の消費電流Ｉｂを上回る状態となる（Ｉｂ＜Ｉａ）。この余剰電流（Ｉａ−Ｉｂ）により出力電圧ＶCLは目標値よりも僅かに上昇するが、余剰電流のほとんどは後述するようにダイオード２２に流れ、出力電圧ＶCLの上昇を抑制する。
【００３１】
すなわち、オペアンプ３は、上昇した出力電圧ＶCLを目標値に一致させるため、トランジスタ１２のベース電圧を低下させる。そして、トランジスタ１２のベース電圧が出力電圧ＶCL、つまりトランジスタ１２のエミッタ電圧よりダイオード２２の順方向電圧ＶFだけ低くなると、ダイオード２２が順バイアスされる。これにより、余剰電流は、ダイオード２２およびオペアンプ３の出力段のトランジスタ（図示せず）を介してグランドに流れる。すなわち、ダイオード２２およびオペアンプ３により、シンク動作が行われる。このようなシンク動作により、電源回路１３は、余剰電流の影響を受けることなく、出力電圧ＶCLを極力目標値に等しく制御できる。
【００３２】
上記ダイオード２２によるシンク動作は、外部部品２５から電源出力線２８を通して電源回路１３に電流が流れ込む場合についても同様に行われる。すなわち、電源回路１３は、出力電圧ＶCLの目標値より高い電圧が入力され得る機能回路に電源出力線２８を介して接続されており、この機能回路が、目標値より高い電圧が入力されたときに電源出力線２８を通して電流を流し出すような構成であれば、ダイオード２２によるシンク動作が有効に作用することになる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を奏する。
シリーズレギュレータ形式の電源回路１３において、電源出力端子１０とトランジスタ１２のベースとの間に、電源出力端子１０側をアノードとしてダイオード２２を接続した。このような構成により、電源回路１３の外部から電源出力線２３に電流が流れ込むことで出力電圧ＶCLが目標値を超えて上昇した場合、オペアンプ３がトランジスタ１２のベース電圧を低下させ、ダイオード２２が順バイアスされる。これにより、電源出力線２３に流れ込んだ電流はダイオード２２およびオペアンプ３の出力段のトランジスタを介してグランドに流れ、電源回路１３は、流れ込んだ電流の影響を受けることなく、出力電圧ＶCLを目標値に制御することができる。また、一般的なシリーズレギュレータ形式の電源回路に対し、ダイオード２２を追加することで上記シンク動作を可能にするので、電源回路１３の規模が増大することを防止できる。
【００３４】
電源回路１３の出力電圧ＶCLをマイコン２１内のクランプ回路６に対し、電源出力線２３を介して中間電圧として供給するようにした。マイコン２１の制御回路２４が通常モードで動作している場合、制御回路２４の消費電流Ｉｂが入力端子１１およびクランプ回路６を介して電源出力線２３に流れ込む電流Ｉａより十分に大きいため、電流Ｉａは制御回路２４に流れる。しかし、制御回路２４が低消費電力モードで動作している場合、制御回路２４の消費電流Ｉｂが小さくなり、電流Ｉａが消費電流Ｉｂを上回る状態となる。このとき、余剰電流（Ｉａ−Ｉｂ）により出力電圧ＶCLが目標値よりも僅かに上昇するが、上記ダイオード２２によるシンク動作が有効に作用するので、電源回路１３は、電源出力線２３に流れ込む余剰電流による影響を受けずに出力電圧ＶCLを極力目標値に等しく制御できる。
【００３５】
上記ダイオード２２によるシンク動作は、外部部品２５から電源出力線２８を介して電源回路１３に電流が流れ込む場合についても同様に行われる。従って、電源回路１３は、同じ車両用のＥＣＵに搭載されている、例えばＥＥＰＲＯＭやＣＡＮドライバといったバッテリ電圧＋Ｂの供給を受けて動作する外部部品２５に対し、出力電圧ＶCLを外部電源として供給することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
図２に示すように、図１におけるダイオード２２に替えて、ベースおよびコレクタを共通に接続した、いわゆるダイオード接続の形態をなすＮＰＮ形のトランジスタ４１のベース−エミッタ間を用いても、上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。すなわち、ダイオードと同様の働きをなすものであればよく、ダイオード接続の形態をなすＰＮＰ形のトランジスタなど、その他の素子を用いてもよい。
【００３７】
電源回路１３は、トランジスタ１２以外の回路をマイコン２１に搭載して構成したが、マイコン２１に搭載する回路については適宜変更可能である。また、電源回路１３は、マイコン２１に搭載しなくてもよく、ディスクリート部品により構成してもよい。
電源回路１３の主トランジスタは、Ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタでもよい。
電源回路１３の出力電圧ＶCL、マイコン２１の動作電源電圧ＶDDおよび入力端子１１に抵抗Ｒ１を介して印加されるバッテリ電圧＋Ｂについては、上記実施形態の値に限らず、下記（２）式の条件を満たす値に適宜変更可能である。なお、下記（２）式においてはダイオード２２の順方向電圧をＶFとする。
ＶF＜ＶCL＜ＶDD＜＋Ｂ            …（２）
【００３８】
マイコン２１は、動作電源電圧ＶDDより高い電圧が印加され得る入力端子１１を複数備えていてもよい。また、半導体集積回路装置としては、マイコン２１に限らず、入力端子および機能回路を備えているものであればよい。入力端子は、入出力兼用の端子であってもよい。本発明は、車両用のＥＣＵに搭載されるマイコンに内蔵される電源回路に限らず、シリーズレギュレータ形式の電源回路全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態を示すマイコンおよびその周辺回路の概略構成図
【図２】その他の実施形態を示す図１相当図
【図３】従来技術を示す図１相当図
【符号の説明】
【００４０】
図面中、３はオペアンプ（増幅回路）、５は電圧検出回路、６はクランプ回路（機能回路）、７、８は電源入力端子（電源入力線）、１０は電源出力端子（電源出力線）、１１は入力端子、１２はトランジスタ（主トランジスタ）、１３は電源回路、２１はマイコン（半導体集積回路装置）、２２はダイオード、２３、２８は電源出力線、２５は外部部品（機能回路）、２９は電源供給回路システムである。
【図１】
2008269066.tif 000003
【図２】
2008269066.tif 000004
【図３】
2008269066.tif 000005