(57)【要約】【課題】バッテリが供給する電力を安定化する。【解決手段】半導体装置は、主電源の出力を監視する主電源監視回路と、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、主電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する主電源スイッチング部と、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、予備電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する予備電源スイッチング部と、主電源が発生する電圧が所定値を下回ったことを主電源監視回路が検出したとき、主電源スイッチング部をオフし、且つ予備電源スイッチング部の制御により予備電源の電力から生成された電圧を出力端子に供給する電源切替制御回路とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電源の出力を監視する主電源監視回路と、
互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、前記主電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する主電源スイッチング部と、
互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、予備電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する予備電源スイッチング部と、
前記主電源が発生する電圧が所定値を下回ったことを前記主電源監視回路が検出したとき、前記主電源スイッチング部をオフし、且つ前記予備電源スイッチング部の制御により前記予備電源の電力から生成された電圧を前記主力端子に供給する電源切替制御回路とを具備する
半導体装置。
【請求項２】
更に、前記予備電源が前記出力端子に供給する電圧の変動を抑制するように前記予備電源スイッチング部を制御する予備電源用レギュレータを具備する
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
更に、前記主電源から前記主電源スイッチング部に供給される電圧をクランプする電圧クランプ回路を具備する
請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
更に、前記主電源が前記出力端子に供給する電圧の変動を抑制するように前記主電源スイッチング部を制御する主電源用レギュレータを具備する
請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電源切替制御回路は、前記予備電源スイッチング部がオンして所定の第１オーバーラップ時間後に前記主電源スイッチング部をオフする
請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
更に、前記予備電源の出力を監視する予備電源監視回路を具備し、
前記電源切替制御回路は、前記予備電源が発生する電圧が所定値以上であることを前記予備電源監視回路が検出したことを条件として、前記予備電源スイッチング部により生成された電圧を前記出力端子に出力する
請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置と、
前記主電源と、
前記予備電源と、
前記半導体装置が生成する起動信号に応答して、前記主電源からの出力を用いて駆動するスタータ
とを具備する電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。本発明は特に、車両の制御に用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの車両において、各種機能を制御するためのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、エンジン制御用の場合にはＥｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が用いられている。ＥＣＵは、例えばエンジンのスタータを始動する場合に用いられる。ＥＣＵが備えるエンジン制御用のＩＣ（集積回路）のローサイドドライバ（クランクリレー）がＯＮされることにより、バッテリからスタータに電力が供給され、スタータが始動する。
【０００３】
バッテリから供給する電力が瞬断となった場合などに、予備電源に切り替える技術が知られている。そのような技術の例として、特許文献１、２を挙げる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１２２１８号公報
【特許文献２】特開２００８−９９４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリが供給する電力を安定化することが求められている。例えばスタータを始動するためにバッテリが電力を供給する際、バッテリ電圧が一時的に降下することを防ぐことが望まれる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
半導体装置は、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、主電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する主電源スイッチング部と、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタによって、予備電源が発生する電力の出力端子への供給を制御する予備電源スイッチング部を備える。主電源が発生する電圧が所定値を下回ったとき、主電源スイッチング部をオフし、且つ予備電源スイッチング部の制御により予備電源の電力から生成された電圧を出力端子に供給する。
【発明の効果】
【０００７】
バッテリが供給する電力を安定化することが可能となる。特に、ソースが共通接続された一対のＰＭＯＳを用いることにより電流の逆流を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、電源系を示す。
【図２】図２は、半導体装置の構成を示す。
【図３】図３は、主電源と予備電源のオーバーラップ期間を示す。
【図４】図４は、半導体装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、幾つかの実施形態を説明する。図１は、本実施形態における半導体装置が適用される電源系を示す。電源系は、鉛蓄電池などによって電力を生成するバッテリ１を備える。バッテリ１の電力は、電力線５を介してスタータ４等の電気機器に動力として供給される。
【００１０】
バッテリ１の電力は更に、エンジン制御用ＩＣ２にも供給される。エンジン制御用ＩＣ２は、主電源端子７と、予備電源端子９と、出力端子１２とを備える。バッテリ１の出力は、電流の逆流防止用のダイオード６を介して主電源端子７に接続される。
【００１１】
バッテリ１の出力は更に、ダイオード６と並列に設けられた逆流防止用のダイオード８を介して予備電源端子９に接続される。ダイオード８のカソード端子と予備電源端子９との間に、キャパシタ１０の第１端子が接続される。キャパシタ１０の第２端子は接地電極１１に接続される。バッテリ１が出力する電圧がキャパシタ１０の第１端子に印加されることにより、キャパシタ１０は恒常的に充電された状態に維持される。
【００１２】
エンジン制御用ＩＣ２は、通常は主電源端子７から供給されるバッテリ１の電力に基づいて制御信号を生成して出力端子１２から出力し、制御対象回路３を制御する。主電源端子７から供給される電圧が低下した時などの非常時には、エンジン制御用ＩＣ２は、予備電源端子９から供給されるキャパシタ１０の電力に基づいて制御信号を生成して出力端子１２から出力し、制御対象回路３を制御する。
【００１３】
図２は、第１実施形態におけるエンジン制御用ＩＣ２の構成を示す。主電源端子７から主電源スイッチング部Ｓ１に電力が供給される。主電源スイッチング部Ｓ１は、主電源であるバッテリ１が発生する電力の出力端子１２への供給を制御するための回路である。主電源スイッチング部Ｓ１は、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ１、Ｍ２）からなる２段シリーズＰＭＯＳ回路を備える。第１のＰＭＯＳトランジスタＭ１と第２のＰＭＯＳトランジスタＭ２とは、それぞれのソース電極が共通のノードＮ１に接続されることにより直列に接続される。ノードＮ１には更に、ＰＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２のバックゲートが接続される。
【００１４】
主電源端子７は第１のＰＭＯＳトランジスタＭ１のドレインに接続される。第２のＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレインは、通常時にドライバ回路１９を駆動するための電力（定電圧など）を内部電源ノードＰに供給する。ドライバ回路１９は、内部電源ノードＰから供給される電力によって駆動する。
【００１５】
予備電源端子９から予備電源スイッチング部Ｓ２に電力が供給される。予備電源スイッチング部Ｓ２は、予備電源であるキャパシタ１０が発生する電力の出力端子１２への供給を制御するための回路である。予備電源スイッチング部Ｓ２は、互いのソースが共通接続された一対のＰＭＯＳトランジスタ（Ｍ３、Ｍ４）からなる２段シリーズＰＭＯＳ回路を備える。第３のＰＭＯＳトランジスタＭ３と第４のＰＭＯＳトランジスタＭ４とは、それぞれのソース電極が共通のノードＮ３に接続されることにより直列に接続される。ノードＮ３には更に、ＰＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４のバックゲートが接続される。
【００１６】
予備電源端子９は、第３のＰＭＯＳトランジスタＭ３のドレインに接続される。第４のＰＭＯＳトランジスタＭ４のドレインは、非常時にドライバ回路１９を駆動するための電力（定電圧など）を内部電源ノードＰに供給する。
【００１７】
主電源監視回路１３は、主電源であるバッテリ１の出力を監視する。具体的には、主電源監視回路１３は、主電源端子７から供給される電圧を監視する。その監視は、例えば以下のように行われる。主電源監視回路１３は、参照電圧発生回路と、比較器とを備える。比較器は、参照電圧発生回路が発生した所定の参照電圧に対する主電源端子７から供給される電圧の大小関係を示す主電源監視信号を電源切替制御回路１５に出力する。予備電源監視回路１４は、予備電源端子９から供給される電圧を、主電源監視回路１３と同様の構成により監視する。その監視の結果得られた予備電源監視信号は、電源切替制御回路１５に出力される。
【００１８】
電源切替制御回路１５は、主電源であるバッテリ１が発生する電圧が所定値を下回ったとき、主電源スイッチング部Ｓ１をオフし、且つ予備電源スイッチング部Ｓ２をオンする。予備電源スイッチング部Ｓ２をオンするとは、予備電源スイッチング部Ｓ２を制御することにより、例えば、予備電源であるキャパシタ１０の電力を所定の定電圧まで降下させて、変動の少ない内部電圧を生成することを示す。
【００１９】
以下、このような電源切替動作について具体的に説明する。電源切替制御回路１５は、主電源端子７から供給される電圧が所定の閾値以上であることを主電源監視信号が示していた場合、主電源用レギュレータ活性化信号を主電源用レギュレータ１６と予備電源用レギュレータ１７に出力する。主電源用レギュレータ活性化信号が出力されている期間、主電源供給動作が実行される。
【００２０】
主電源供給動作においては、主電源端子７から供給される電圧を主電源用レギュレータ１６が制御することにより所定の内部電圧を生成してドライバ回路１９に供給する。電源切替制御回路１５は、主電源端子７から供給される電圧が所定の閾値を下回った場合、予備電源供給動作を実行する。予備電源供給動作においては、予備電源端子９から供給される電圧を予備電源用レギュレータ１７が制御することにより、主電源用レギュレータ１６が生成する電圧と同じ内部電圧を生成してドライバ回路１９に供給する。
【００２１】
主電源用レギュレータ１６及び予備電源用レギュレータ１７は、それぞれバッテリ１とキャパシタ１０から供給される電圧を所定の電圧まで降下させ、変動を抑制して定電圧を生成する。これらのレギュレータとしては、例えば安価なシリーズレギュレータが好適に用いられる。主電源用レギュレータ１６の入力端子は、ノードＮ１に接続される。主電源用レギュレータ１６の制御端子はノードＮ２に接続される。ノードＮ２にはＰＭＯＳトランジスタＭ１のゲートとＰＭＯＳトランジスタＭ２のゲートとが並列に接続される。
【００２２】
予備電源用レギュレータ１７の入力端子は、ノードＮ３に接続される。予備電源用レギュレータ１７の制御端子はノードＮ４に接続される。ノードＮ４にはＰＭＯＳトランジスタＭ３のゲートとＰＭＯＳトランジスタＭ４のゲートとが並列に接続される。
【００２３】
エンジン制御用ＩＣ２は、内部電源供給などの機能を有するアナログ回路と、制御プログラム等を処理するデジタル回路とを混載した半導体装置であり、デジタル論理回路を主とするロジック部１８を備える。ロジック部１８にはエンジン等の車載機器を制御する制御信号を生成するためのプログラム等を実行するための機能が実装される。ロジック部１８は、制御信号をドライバ回路１９に出力する。ドライバ回路１９は、内部電源ノードＰによって駆動し、入力した制御信号をバッファして、スイッチング素子であるＮＭＯＳトランジスタＭ５を介して出力端子１２に出力する。
【００２４】
このような構成を備えるエンジン制御用ＩＣ２において、主電源端子７から供給される電圧が所定の閾値以上である場合、電源切替制御回路１５は、主電源監視回路１３が出力する主電源監視信号に基づいて、主電源供給動作を実行する。主電源供給動作において、予備電源用レギュレータ１７は、ノードＮ４に高電位を供給し、ＰＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４をオフする。その結果、予備電源端子９からの電力はドライバ回路１９に供給されない。
【００２５】
一方、主電源供給動作において、主電源端子７から供給された電力は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１の寄生ダイオードを介してノードＮ１から主電源用レギュレータ１６に入力される。主電源用レギュレータ１６は、その入力に基づいて、主電源スイッチング部Ｓ１を制御することにより主電源端子７から供給される電力をレギュレートし、予め設定された値の定電圧を発生してドライバ回路１９に出力する。
【００２６】
以上の主電源供給動作においては、主電源用レギュレータ１６の出力側のスイッチングにＰＭＯＳトランジスタＭ２を用いている。そのためＮＭＯＳスイッチを用いた場合と比較してＮＭＯＳ閾値分の電圧降下がなく、電圧損失を抑制することができる。従って、主電源端子７の入力電圧に近い電圧まで有効に利用することができる。更に、予備電源スイッチング部Ｓ２として２段シリーズＰＭＯＳ回路が用いられている。その結果、主電源側から供給された電力がＰＭＯＳトランジスタＭ３によって止められ、予備電源側への逆流を防ぐことができる。
【００２７】
スタータ４の起動時や、バッテリ１の能力が低下していた場合に、主電源端子７から供給される電圧が所定の閾値を下回る可能性がある。そのような場合、電源切替制御回路１５は、主電源監視回路１３が出力する主電源監視信号に基づいて、予備電源用レギュレータ活性化信号を主電源用レギュレータ１６と予備電源用レギュレータ１７とに出力する。予備電源用レギュレータ活性化信号が出力されている期間、予備電源供給動作が実行される。予備電源供給動作において、主電源用レギュレータ１６は、ノードＮ２に高電位を供給し、ＰＭＯＳトランジスタＭ３、Ｍ４をオフする。その結果、主電源端子７からの電力はドライバ回路１９に供給されない。
【００２８】
一方、予備電源供給動作において、予備電源端子９から供給された電力は、ＰＭＯＳトランジスタＭ３の寄生ダイオードを介してノードＮ３から予備電源用レギュレータ１７に入力される。予備電源用レギュレータ１７は、その入力に基づいて、予備電源スイッチング部Ｓ２を制御することにより予備電源端子９から供給される電力をレギュレートし、主電源用レギュレータ１６と同じ値に予め設定された値の定電圧を発生してドライバ回路１９に出力する。
【００２９】
以上の予備電源供給動作においては、主電源供給動作と同様に、電圧降下を抑制することができる。従って、キャパシタ１０に蓄積された電荷をより有効に利用することができる。更に、主電源供給動作と同様に、主電源スイッチング部Ｓ１の２段シリーズＰＭＯＳ回路によって、主電源側への電流の逆流を防ぐことができる。従って、主電源と予備電源のどちらが低電圧の場合でも逆流電流を防止することができる。
【００３０】
エンジン制御用ＩＣ２は更に、予備電源端子９の出力（特に電圧）を監視する予備電源監視回路１４を備える。電源切替制御回路１５は、予備電源であるキャパシタ１０が発生する電圧、具体的には予備電源監視回路１４が検出する電圧が所定の閾値以上であることを条件として、予備電源供給動作を開始する。
【００３１】
予備電源監視回路１４は、以下のような機能を果たす。制御対象回路３の動作状態に応じて、主電源の電圧低下時に予備電源が使用される場合と、主電源のみ使用され予備電源は使用されない場合がある。このような場合の切り換えは、例えばロジック部１８に予め登録された動作モードによって決定される。予備電源が使用されない場合は、例えばダイオード８およびキャパシタ１０がなく、予備電源端子９がオープンとなる場合がある。このような動作があるため、予備電源からの給電を行う場合には、予備電源端子９に電圧が供給されていることを確認した上で予備電源への切り換えを行うことが望まれる。従って、予備電源への切り換えは、予備電源監視回路１４によって予備電源端子９から所定値以上の電圧が供給されていることを確認した上で行われる。
【００３２】
次に図３を参照して、電源切替時のオーバーラップについて説明する。エンジン制御用ＩＣ２において、電源切替時にオーバーラップ期間を設けることにより、内部電圧を安定させることができる。図３は、電源切替制御回路１５が出力する信号のタイミングを示す。（ａ）は主電源用レギュレータ活性化信号を示す。（ｂ）は予備電源用レギュレータ活性化信号を示す。いずれも１が活性化された状態、０が非活性化された状態である。
【００３３】
主電源からの電力が使用されている場合、主電源用レギュレータ活性化信号は１、予備電源用レギュレータ活性化信号は０に設定される。主電源の電圧低下を主電源監視回路１３が検出すると、電源切替制御回路１５は、その直後の時刻ｔ１において予備電源用レギュレータ活性化信号を１とする。時刻ｔ１以降、主電源からの電力に加えて、予備電源からの電力がドライバ回路１９に供給される。時刻ｔ１から所定の第１オーバーラップ時間が経過した時刻ｔ２において、主電源用レギュレータ活性化信号が０に設定され、主電源スイッチング部Ｓ１がオフされる。この時点で、主電源からの電力供給が停止される。
【００３４】
主電源からの電圧が所定の閾値を超えたことを主電源監視回路１３が検出すると、電源切替制御回路１５は、その直後の時刻ｔ３において予備電源用レギュレータ活性化信号を１に設定したまま、主電源用レギュレータ活性化信号を１に設定する。時刻ｔ１から所定の第２オーバーラップ時間が経過した時刻ｔ４において、予備電源用レギュレータ活性化信号が０に設定され、予備電源スイッチング部Ｓ２がオフされる。
【００３５】
ｔ１とｔ２の間の期間と、ｔ３とｔ４の間の期間とは、主電源と予備電源のオーバーラップ期間である。このようなオーバーラップ期間を設けることにより、内部電圧を安定させ、ドライバ回路１９の動作をより確実にすることができる。
【００３６】
図４は、第２実施形態におけるエンジン制御用ＩＣ２ａを示す。第１実施形態における主電源用レギュレータ１６と主電源スイッチング部Ｓ１に替えて、電圧クランプ回路２１と主電源側電源スイッチ２０からなる主電源スイッチング部Ｓ１ａが用いられる。電圧クランプ回路２１は、主電源であるバッテリ１から主電源スイッチング部Ｓ１に供給される電圧をクランプする。
【００３７】
主電源端子７から供給された電力は、ＮＭＯＳトランジスタＭ６のドレインに供給される。ＮＭＯＳトランジスタＭ６のソースは、主電源側電源スイッチ２０が備える２段シリーズＰＭＯＳトランジスタの第１のＰＭＯＳトランジスタＭ１のドレインに接続される。
【００３８】
主電源供給動作が実行されている場合について説明する。主電源端子７から供給される電圧は、電圧クランプ回路２１がＮＭＯＳトランジスタＭ５のゲートに制御信号を供給することにより、定電圧にクランプされる。主電源側電源スイッチ２０においては、ノードＮ５から供給される電力に基づいて、バッファ２２がＰＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２を制御することにより、主電源のレギュレートを行わず、オンオフ（電源の供給と遮断の択一的な選択）のみを制御する。このような構成により、主電源用のレギュレータ無しでも安定した内部電源を用意することができる。主電源と予備電源の切り替えのための回路を簡素化することができ、更に、主電源を高い電圧まで印加することが可能となる。
【００３９】
このような第２実施形態において、図３を参照して説明したオーバーラップ時間を用いた制御を適用することも可能である。
【００４０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば本発明の各実施形態を矛盾の無い範囲で組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  バッテリ
２、２ａ  エンジン制御用ＩＣ
３  制御対象回路
４  スタータ
５  電力線
６  ダイオード
７  主電源端子
８  ダイオード
９  予備電源端子
１０  キャパシタ
１１  接地電極
１２  出力端子
１３  主電源監視回路
１４  予備電源監視回路
１５  電源切替制御回路
１６  主電源用レギュレータ
１７  予備電源用レギュレータ
１８  ロジック部
１９  ドライバ回路
２０  主電源側電源スイッチ
２１  電圧クランプ回路
２２  バッファ
Ｎ１〜Ｎ６  ノード
Ｍ１〜Ｍ４  ＰＭＯＳトランジスタ
Ｍ５、Ｍ６  ＮＭＯＳトランジスタ
Ｐ  内部電源ノード
Ｓ１  主電源スイッチング部
Ｓ２  予備電源スイッチング部
【図１】
2013247823.tif 000003
【図２】
2013247823.tif 000004
【図３】
2013247823.tif 000005
【図４】
2013247823.tif 000006