(57)【要約】【課題】簡易な構成により、微少な電流増加を伴うＳＥＬを検出でき、当該ＳＥＬから復帰させることのできる故障検出保護装置を提供すること。【解決手段】比較器６において各動作モードに応じて基準消費電流Ｉｂより所定量増加させたＳＥＬ検出閾値Ｔが設定され、実消費電流Ｉｒが当該ＳＥＬ検出閾値Ｔを超えたときにＳＥＬが発生したと判定し、当該ＳＥＬの検出に応じて電源制御部４が電源２を一旦ＯＦＦとし、再度ＯＮすることで当該ＳＥＬ状態から復帰させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に応じた出力信号を出力する作動回路と、
前記作動回路に電力を供給する電源手段と、
前記入力信号に対し前記作動回路が必要とする基準消費電流と、前記電源手段が前記作動回路に供給している実消費電流とを比較し、当該実消費電流が前記基準消費電流より所定量大きいラッチアップ検出閾値以上となったときにラッチアップが発生したと判定する比較手段と、
前記電源手段による前記作動回路への電力供給を制御するものであり、前記比較手段によりラッチアップの発生が判定された場合に、前記電源による電力供給を一旦停止した後再開するよう制御する電源制御手段と、
を備えることを特徴とする故障検出保護装置。
【請求項２】
前記ラッチアップ検出閾値は、ラッチアップ発生時及び未発生時の消費電流の発生頻度から、ラッチアップの誤検出及び検出漏れが最小となる値に設定することを特徴とする請求項１記載の故障検出保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の作動回路において、ラッチアップを検出して故障を防ぐ故障検出保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体素子において、作動回路に予期しない大電流が流れて故障を招くラッチアップという現象がある。特に、宇宙用電子機器等に用いられる半導体素子は、高エネルギーの放射線に晒され、入射した荷電粒子によって本来意図しない経路で電流が流れるシングルイベントラッチアップ（ＳＥＬ：single event latch-up）という現象が生じる場合がある。
【０００３】
このようなＳＥＬ発生に起因する故障を防ぐため、一般的な手法として、作動回路の消費電流が一定値以上となった場合に、半導体素子の電源を一旦ＯＦＦにして、再度ＯＮ状態に戻すことで電流の流れを正常な経路に復帰させている。
また、第１の作動回路と第２の作動回路の２つの作動回路を設け、各作動回路の電流量を比較することにより、ラッチアップを検出し、回路を保護する故障検出保護器が開発されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１０３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した一般的な手法のように、消費電流が一定値以上となった場合にのみＳＥＬからの復帰動作を行うというだけでは、作動回路への負荷が低い動作状態でＳＥＬが生じても電流増加が微少であると、ＳＥＬが生じているにも関わらず消費電流が一定値に達しないためにＳＥＬを検出できない。このようにＳＥＬの検出が遅れることで消費電流が一定値以上になる前に故障が生じるという問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献１に記載の技術の場合、同一の作動回路を２つ設ける必要があり、構成の複雑化やコスト増加を招くという問題がある。また、２つの作動回路に同時に同じようなＳＥＬが生じた場合には、電流量の差が生じず、ＳＥＬを検出することができないという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成により、微少な電流増加を伴うＳＥＬも検出でき、当該ＳＥＬに起因する故障を防ぐことのできる故障検出保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の故障検出保護装置では、入力信号に応じた出力信号を出力する作動回路と、前記作動回路に電力を供給する電源手段と、前記入力信号に対し前記作動回路が必要とする基準消費電流と、前記電源手段が前記作動回路に供給している実消費電流とを比較し、当該実消費電流が前記基準消費電流より所定量大きいラッチアップ検出閾値以上となったときにラッチアップが発生したと判定する比較手段と、前記電源手段による前記作動回路への電力供給を制御するものであり、前記比較手段によりラッチアップの発生が判定された場合に、前記電源による電力供給を一旦停止した後再開するよう制御する電源制御手段と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の故障検出保護装置では、前記ラッチアップ検出閾値は、ラッチアップ発生時及び未発生時の消費電流の発生頻度から、ラッチアップの誤検出及び検出漏れが最小となる値に設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明の請求項１の故障検出保護装置によれば、比較手段において基準消費電流より所定量大きいラッチアップ検出閾値を設定し、実消費電流が当該ラッチアップ検出閾値を超えたときにラッチアップが発生したと判定して、電源制御手段により電源のＯＦＦ後にＯＮに戻してラッチアップから復帰させる。これにより、ラッチアップに起因して基準消費電流より僅かに乖離した微少電流の増加も正確に検出し、復帰させることで、故障を防ぐことができる。
請求項２の故障検出保護装置によれば、ラッチアップ検出閾値を、ラッチアップ発生時及び未発生時の消費電流の発生頻度から、ラッチアップの誤検出及び検出漏れが最小となる値に設定されることから、効率よく適切にラッチアップを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る故障検出保護装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る故障検出保護装置を適用した場合のＳＥＬ発生前後における電流の状態を時系列的に示したタイムチャートである。
【図３】ＳＥＬ検出閾値の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明の実施形態に係る故障検出保護装置の概略構成図が示されている。
図１に示す作動回路１は、例えば人工衛星等に用いられる宇宙用電子機器の半導体素子に組み込まれた回路であり、入力信号に応じた出力信号を出力するものである。当該作動回路１は、入力信号等に応じて複数の動作モードを有しており、動作モードに応じて必要とされる電力も異なっている。例えば、データのモニタのみを行うような場合は消費電力の少ない低負荷モードとなり、姿勢制御等を行う場合は低負荷モードよりも消費電力が大きい中負荷モードとなり、複雑な演算等を伴うミッションを実行する際には中負荷モードよりも消費電力が大きい高負荷モードとなる。
【００１２】
当該作動回路１には電源２（電源手段）が接続されており、当該電源２から作動回路１へと電力が供給される。さらに、電源２には電源制御器４（電源制御手段）が接続されており、当該電源制御器４により電源２のＯＮ及びＯＦＦを含め電源２から作動回路１へ供給する電力量等が調整される。
電源制御器４には比較器６（比較手段）が接続されており、当該比較器６は作動回路１及び電源２とも接続されている。比較器６は、作動回路１に入力される入力信号に応じた動作モードにおいて必要とされる消費電流を基準消費電流Ｉｂとして算出する一方、電源２が実際に作動回路１へと供給している電力の実消費電流Ｉｒを算出する機能を有している。そして、当該比較器６は、これら基準消費電流Ｉｂと実消費電流Ｉｒとを比較し、実消費電流Ｉｒが基準消費電流Ｉｂよりも所定量大きいＳＥＬ検出閾値Ｔ（ラッチアップ検出閾値）以上となった場合には、ＳＥＬが発生したと判定して、このＳＥＬ検出情報を電源制御器４に出力するものである。
【００１３】
電源制御器４は、比較器６からのＳＥＬ検出情報を受けた場合、電源２から作動回路１への電力供給を一旦遮断すべく電源２をＯＦＦとし、その後再度電源２をＯＮにして作動回路１への電力供給を再開させるよう電源２を制御する。
以下、このように構成された本発明に係る故障検出保護装置の作用について説明する。
図２には、本発明の実施形態に係る故障検出保護装置を適用した場合のＳＥＬ発生前後における電流の状態を時系列的に示したタイムチャートが示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１４】
図２では、作動回路１の動作モードが低負荷モード、中負荷モード、高負荷モードへと順番に移行した様子を示している。図２に示すように、基準消費電流（実直線）は、動作モードが低負荷モードから高負荷モードへと移行する毎に段階的に大きくなるよう切り替わる。
また、当該各動作モードにおいて、基準消費電流よりも所定量大きいＳＥＬ検出閾値（一点鎖線）が設定されている。ＳＥＬ検出閾値は、詳しい設定方法は後述するが、各動作モードに応じて基準消費電流からの増加量が異なっており、消費電流の少ない低負荷モードほど基準消費電流からの増加量は少なく、消費電流の多い高負荷モードほど増加量は大きくなっている。
【００１５】
このような設定の下、比較器６は電源２から実消費電流Ｉｒを監視し、図２の中負荷モード部分に示されているように、実消費電流Ｉｒの波形（実曲線）が基準消費電流Ｉｂより乖離してＳＥＬ検出閾値Ｔを超えたときにはＳＥＬが発生した判定し、ＳＥＬ検出情報を電源制御器４に出力する。そして、当該ＳＥＬ検出情報を受けた電源制御部４が電源２を一旦ＯＦＦとした後、ＯＮにして電力供給を再開することで、ＳＥＬが解消し、実消費電流Ｉｒは再び基準消費電流Ｉｂに沿った波形に戻る。一方、本発明の適用がない場合の実消費電流Ｉｒ’（破線）は、基準消費電流Ｉｂとの乖離が大きくなり、そのまま高負荷モードに移行することで、より大幅に乖離することとなる。
【００１６】
ここで図３にはＳＥＬ検出閾値の説明図が示されており、以下ＳＥＬ閾値の設定方法について説明する。
予め実験や試験等により、各モード毎に、ＳＥＬが発生していない場合の消費電流の発生分布ｐ（Ｉ｜ω１）と、ＳＥＬが発生した場合の消費電流の発生分布ｐ（Ｉ｜ω２）とを集計することで、図３に示すような分布曲線を得る。そして、ＳＥＬ検出閾値Ｔの設定により、ＳＥＬが発生していないにもかかわらずＳＥＬと判定してしまうＳＥＬ誤検出の確率Ｐ１を下記式（１）により求める。一方、ＳＥＬが発生しているにもかかわらずＳＥＬが検出されないＳＥＬ未検出の確率Ｐ２を下記式（２）により求める。そして、これらの確率が最小となる、即ちＰ１＝Ｐ２となる電流値ＩをＳＥＬ検出閾値Ｔに設定する。
【数１】
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【００１７】
以上のように、比較器６において各動作モードに応じて基準消費電流Ｉｂより所定量増加させたＳＥＬ検出閾値Ｔを設定し、実消費電流Ｉｒが当該ＳＥＬ検出閾値Ｔを超えたときにＳＥＬが発生したと判定する。したがって、各動作モードにおいてＳＥＬに起因して基準消費電流Ｉｂより僅かに乖離した微少電流の増加も正確に検出することができる。
そして、当該ＳＥＬの検出に応じて電源制御部４が電源２を一旦ＯＦＦとし、再度ＯＮすることで当該ＳＥＬ状態から復帰させることができる。
【００１８】
またＳＥＬ検出閾値Ｔは、ＳＥＬ発生時及び未発生時の消費電流の発生頻度から、ＳＥＬの誤検出及び検出漏れが最小となる値に設定されることから、効率よく適切にＳＥＬを検出することができる。
このように、本発明に係る故障検出保護装置では、作動回路１、電源２、電源制御部４、比較器６という簡易な構成により、微少な電流増加を伴うＳＥＬも検出して解消することで、当該ＳＥＬに起因する故障を防ぐことができる。
【００１９】
以上で本発明に係る故障検出保護装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、作動回路１の動作モードとして３種類の動作モードを有しているが、動作モードの種類はこれに限られるものではなく、消費電力の異なる複数の動作モードを有していればよい。
【００２０】
上記実施形態では、各動作モード毎にＳＥＬ検出閾値Ｔを設定しているが、ＳＥＬ閾値は必ずしも各動作モードに応じて設定する必要はなく、例えば各動作モード一律に基準消費電流Ｉｂから一定量増加させた値をＳＥＬ検出閾値Ｔに設定しても構わない。これにより、予め試験や実験を行うことなく容易にＳＥＬ検出閾値を設定することができる。
また、上記実施形態では、宇宙用電子機器の半導体素子に本発明の故障検出保護装置を適用した場合を示したが、本発明は一般の電子機器の半導体素子にも適用してもよく、ＳＥＬ以外のラッチアップの検出及び復帰に適用することもできる。
【符号の説明】
【００２１】
１  作動回路
２  電源（電源手段）
４  電源制御器（電源制御手段）
６  比較器（比較手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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