(57)【要約】【課題】ＡＤＣ回路の故障を検出でき、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防ぐことができる電源装置および出力電圧異常防止方法を提供する。【解決手段】デジタル電源装置１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する出力トランジスタＱｐ・Ｑｎと、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎを駆動するドライバ３４と、ドライバ３４に供給するＰＷＭパルスを生成するデジタルＰＷＭ発生器３２と、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換するＡＤＣ回路３６と、デジタル値に変換された出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との差分に応じて、ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタ２４と、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてＡＤＣ回路３６の故障を自己診断する診断回路３１と、診断回路３１の診断結果に基づいて、ＡＤＣ回路３６の故障を判定する判定回路２２１を有する制御部２２とを備える。【選択図】図２
2017175823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を出力する出力トランジスタと、
前記出力トランジスタを駆動するドライバと、
前記ドライバに供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器と、
前記出力電圧をデジタル値に変換するＡＤＣ回路と、
前記デジタル値に変換された前記出力電圧と目標出力電圧との差分に応じて、前記ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタと、
前記出力電圧に基づいて前記ＡＤＣ回路の故障を自己診断する診断回路と、
前記診断回路の診断結果に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定する判定回路を有する制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
出力電圧を出力する出力トランジスタと、
前記出力トランジスタを駆動するドライバと、
前記ドライバに供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器と、
前記出力電圧をデジタル値に変換するＡＤＣ回路と、
前記デジタル値に変換された前記出力電圧と目標出力電圧との差分に応じて、前記ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタと、
前記出力電圧に基づいて前記ＡＤＣ回路の故障を自己診断する、第１および第２のウインドコンパレータと第１および第２のＤＡＣとアンド回路とを有する診断回路と、
前記診断回路の診断結果に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定する判定回路を有する制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記判定回路で前記ＡＤＣ回路の故障が判定されると、前記出力電圧の出力を停止させるように、前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記診断回路は、前記ＡＤＣ回路よりも低ビットのＡＤＣを備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記診断回路は、ウインドコンパレータとＤＡＣとを備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記判定回路は、さらに前記診断回路の故障を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記判定回路で前記診断回路の故障が判定されると、前記出力電圧の出力を停止させるように、前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記判定回路は、さらに前記出力電圧の異常を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記判定回路で前記出力電圧の異常が判定されると、前記出力電圧の出力を停止させるように、前記デジタルフィルタを制御することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
出力トランジスタの出力をＡＤＣ回路によりデジタル値に変換するステップと、
前記出力に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップと、
前記ＡＤＣ回路の故障が判定されたことを条件に、前記出力を停止させるステップと
を有することを特徴とする出力電圧異常防止方法。
【請求項１１】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、前記ＡＤＣ回路の変換出力と前記ＡＤＣ回路よりも低ビットのＡＤＣの変換出力とを、判定回路が予め備える閾値と比較した結果に基づいて行われることを特徴とする請求項１０に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１２】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記低ビットのＡＤＣの故障を判定することを特徴とする請求項１１に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１３】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記出力トランジスタからの出力電圧異常を判定することを特徴とする請求項１１に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１４】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、前記ＡＤＣ回路の変換出力とＤＡＣにより規定されるウインドコンパレータ出力とを、判定回路が予め備える閾値と比較した結果に基づいて行われることを特徴とする請求項１０に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１５】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記ウインドコンパレータの故障を判定することを特徴とする請求項１４に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１６】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記出力トランジスタからの出力電圧異常を判定することを特徴とする請求項１４に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１７】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、第１のＤＡＣにより規定される第１のウインドコンパレータ出力および第２のＤＡＣにより規定される第２のウインドコンパレータ出力の論理積結果と、前記ＡＤＣ回路の変換出力とを、判定回路が予め備える閾値と比較した結果に基づいて行われることを特徴とする請求項１０に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１８】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記第１のウインドコンパレータおよび前記第２のウインドコンパレータの故障を判定することを特徴とする請求項１７に記載の出力電圧異常防止方法。
【請求項１９】
前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップは、さらに前記出力トランジスタからの出力電圧異常を判定することを特徴とする請求項１７に記載の出力電圧異常防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、電源装置および出力電圧異常防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されるあらゆる部品のための安全機能（例えば、フェールセーフ、異常検出、安全停止などの機能）の規格が見直されつつある。特に、車載用の機器の多くは、電気的／電子的に制御されており、高性能化・高機能化だけでなく、安全性の確保も重要なニーズとなっている。
【０００３】
安全な車載用機器の開発手法や管理方式などを体系的にまとめた国際基準規格ＩＳＯ２６２６２が策定されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"ISO 26262-1:2011"、［online］、2011-11-15、International Organization for Standardization、［平成２８年２月１７日検索］、インターネット＜URL：https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:26262:-1:ed-1:v1:en＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
出力電圧をＡＤＣ（Analog to Digital Converter）回路で読み取り、目標電圧からの誤差を計算し、その計算結果に基づいてデジタルフィルタがＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス波のパルス幅を決定し、出力電圧を一定に保つデジタル電源においては、ＡＤＣ回路が故障すると、演算結果にズレが生じ、異常な出力電圧を出力する可能性があった。
【０００６】
出力電圧異常は、負荷につながる集積回路（ＩＣ）を破壊する恐れがあるため、仮に、過電圧保護などのフォルト（Fault）機能を備えたデジタル電源の場合であったとしても、ＡＤＣ回路の故障時には異常な出力電圧が出力されるのを未然に防ぐことが望ましい。
【０００７】
本実施の形態は、内蔵するＡＤＣ回路の故障を検出でき、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防ぐことができる電源装置および出力電圧異常防止方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施の形態の一態様によれば、出力電圧を出力する出力トランジスタと、前記出力トランジスタを駆動するドライバと、前記ドライバに供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器と、前記出力電圧をデジタル値に変換するＡＤＣ回路と、前記デジタル値に変換された前記出力電圧と目標出力電圧との差分に応じて、前記ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタと、前記出力電圧に基づいて前記ＡＤＣ回路の故障を自己診断する診断回路と、前記診断回路の診断結果に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定する判定回路を有する制御部とを備える電源装置が提供される。
【０００９】
本実施の形態の他の態様によれば、出力電圧を出力する出力トランジスタと、前記出力トランジスタを駆動するドライバと、前記ドライバに供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器と、前記出力電圧をデジタル値に変換するＡＤＣ回路と、前記デジタル値に変換された前記出力電圧と目標出力電圧との差分に応じて、前記ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタと、前記出力電圧に基づいて前記ＡＤＣ回路の故障を自己診断する、第１および第２のウインドコンパレータと第１および第２のＤＡＣとアンド回路とを有する診断回路と、前記診断回路の診断結果に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定する判定回路を有する制御部とを備える電源装置が提供される。
【００１０】
本実施の形態の他の態様によれば、上記の電源装置において、出力電圧異常防止方法であって、出力トランジスタの出力をＡＤＣ回路によりデジタル値に変換するステップと、前記出力に基づいて、前記ＡＤＣ回路の故障を判定するステップと、前記ＡＤＣ回路の故障が判定されたことを条件に、前記出力を停止させるステップとを有する出力電圧異常防止方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本実施の形態によれば、内蔵するＡＤＣ回路の故障を検出でき、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防ぐことができる電源装置および出力電圧異常防止方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】比較例に係る電源装置の模式的構成図。
【図２】第１の実施の形態に係る電源装置の模式的構成図。
【図３】第１の実施の形態に係る電源装置において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略タイミングチャート。
【図４】第１の実施の形態に係る電源装置において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略フローチャート。
【図５】第１の実施の形態に係る電源装置に適用されるＡＤＣ回路の故障を判定する際の判定例を示す模式図。
【図６】第１の実施の形態に係る電源装置を、モータ制御ＩＣに適用した場合を例示する模式的構成図。
【図７】ＡＤＣ故障判定回路の動作例を示す模式図。
【図８】（ａ）デジタルＰＷＭ発生器の模式的ブロック図、（ｂ）図８（ａ）に示したデジタルＰＷＭ発生器より出力されるＰＷＭパルスの一例を示す概略波形図。
【図９】第２の実施の形態に係る電源装置の模式的構成図。
【図１０】第２の実施の形態に係る電源装置において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略タイミングチャートであって、（ａ）ウインドコンパレータの変換出力信号Ｂの波形図、（ｂ）フラグ信号の波形図。
【図１１】第２の実施の形態に係る電源装置に内蔵されるＤＡＣの模式的ブロック構成図。
【図１２】第２の実施の形態に係る電源装置において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略タイミングチャート。
【図１３】第２の実施の形態に係る電源装置において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略フローチャート。
【図１４】第２の実施の形態に係る電源装置に適用されるＡＤＣ回路の故障を判定する際の判定例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
［比較例］
比較例に係るデジタル電源装置１０は、一般的なデジタル電源装置と同様に、図１に示すように、コントローラ２２およびデジタルフィルタ２４を有するロジック（Logic）部２０と、デジタルＰＷＭ発生器３２、ドライバ３４、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎ、およびＡＤＣ回路３６を有するアナログ（Analog）部３０とを備える。
【００１６】
ロジック部２０のコントローラ２２は、全体の動作タイミングなどを制御し、デジタルフィルタ２４は、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣＤＣコンバータのエラーアンプに相当する機能を有したものであって、例えば、実際の出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との差分に応じたデジタル値をデジタルＰＷＭ発生器３２に出力する。
【００１７】
なお、ロジック部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）をベースにしたもの、またはハードロジックを主体に構成されるものであっても良い。
【００１８】
アナログ部３０において、デジタルＰＷＭ発生器３２は、ロジック部２０からのデジタル値に基づいてＰＷＭパルスを生成し、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎを駆動するドライバ３４に供給する。
【００１９】
出力トランジスタＱｐ・Ｑｎは、ＰＭＯＳトランジスタＱｐとＮＭＯＳトランジスタＱｎとを直列に接続したＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）インバータ構造を有し、ＰＭＯＳトランジスタＱｐとＮＭＯＳトランジスタＱｎとの接続点には、インダクタンスＬｏの一端が接続されている。インダクタンスＬｏの他端は、出力電圧Ｖｏｕｔが供給される電圧出力端とされ、電圧出力端と接地（ＧＮＤ）との間には、コンデンサＣｏおよび帰還抵抗部（抵抗対）Ｒ１・Ｒ２がそれぞれ接続されている。
【００２０】
ＡＤＣ回路３６は、例えば１２ビット構成の高精度ＡＤＣであって、帰還抵抗部Ｒ１・Ｒ２で発生される帰還電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ相当）を読み取り、デジタル値に変換してロジック部２０に出力するようになっている。
【００２１】
比較例に係るデジタル電源装置１０は、ＡＤＣ回路３６で読み取った出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との誤差に基づいて、デジタルフィルタ２４によりデジタルＰＷＭ発生器３２において生成されるＰＷＭパルスのパルス幅を制御し、出力電圧Ｖｏｕｔを一定に保つようになっている。このため、ＡＤＣ回路３６が故障すると、デジタル電源装置１０は、異常な出力電圧を出力する可能性がある。
【００２２】
仮に、過電圧保護などのフォルト（Fault）機能を備えたデジタル電源装置の場合であったとしても、ＡＤＣ回路の故障時には、異常な出力電圧が出力されるのを未然に防ぐのが望ましい。
【００２３】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係るデジタル電源（電源装置）１０の模式的構成は、図２に示すように表される。なお、比較例に係るデジタル電源装置１０と同一部分には同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００２４】
第１の実施の形態に係るデジタル電源装置１０は、図２に示すように、アナログ部３０内に診断回路３１としての低ビットＡＤＣ（診断回路）３０１を備えると共に、コントローラ２２内にＡＤＣ故障判定回路２２１を備える。
【００２５】
低ビットＡＤＣ３０１は、より安価な簡易型ＡＤＣであって、ＡＤＣ回路３６よりも少ないビット数（例えば、６ビット構成）によって出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換する。
【００２６】
ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ＡＤＣ回路３６の変換結果および低ビットＡＤＣ３０１の変換結果を、例えば、予め設定される閾値（上側／下側）と比較することによって、ＡＤＣ回路３６の故障の有無を判定する。
【００２７】
すなわち、第１の実施の形態に係る電源装置１０は、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する出力トランジスタＱｐ・Ｑｎと、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎを駆動するドライバ３４と、ドライバ３４に供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器３２と、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換するＡＤＣ回路３６と、デジタル値に変換された出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との差分に応じて、ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタ２４と、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてＡＤＣ回路３６の故障を自己診断する診断回路３１と、診断回路３１の診断結果に基づいて、ＡＤＣ回路３６の故障を判定する判定回路２２１を有する制御部２２とを備える。
【００２８】
第１の実施の形態に係るデジタル電源装置によれば、ＡＤＣ回路の故障を検出でき、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防ぐことができる。すなわち、アナログ部３０内に低ビットＡＤＣ３０１を備えると共に、コントローラ２２にＡＤＣ回路３６の故障を判定するＡＤＣ故障判定回路２２１を備える。これにより、ＡＤＣ回路３６の故障を検出した場合には、ＡＤＣ回路３６の故障による出力電圧異常を防ぐことが可能となる。したがって、異常な出力電圧によってインダクタンスＬｏにつながる集積回路（図示省略）が破壊されるのを回避できる。
【００２９】
特に、第１の実施の形態に係るデジタル電源装置を、例えば車載用とした場合においては、高性能化・高機能化と共に、出力電圧異常を監視する場合にも一層の安全性を確保できるようになる。
【００３０】
尚、ＤＣＤＣコンバータの場合、出力トランジスタの構成は、内蔵ｐチャネルトランジスタＱｐ・ｎチャネルトランジスタＱｎからなる構成だけでなく、外付けのｐチャネルトランジスタＱｐ・ｎチャネルトランジスタＱｎからなる構成を採用しても良い。また、ｐチャネルトランジスタＱｐ・ｎチャネルトランジスタＱｎからなる構成に代えて、ブートストラップコンデンサを接続する構成を採用しても良い。以下の説明においては、出力トランジスタの構成は、内蔵ｐチャネルトランジスタＱｐ・ｎチャネルトランジスタＱｎからなる構成を１例として、説明する。
【００３１】
−判定動作−
次に、第１の実施の形態に係るデジタル電源装置１０において、ＡＤＣ回路３６の故障の判定方法について説明する。なお、ここでの説明においては、ＡＤＣ回路３６をＭａｉｎ ＡＤＣ、低ビットＡＤＣ３０１を故障判定ＡＤＣとして説明する。
【００３２】
Ｍａｉｎ ＡＤＣの故障判定は、図３に示すように、例えば、１スイッチング周期の始めのタイミング（Ａ）でＰＷＭパルスのセットが行われる場合、Ｍａｉｎ ＡＤＣ変換終了トリガ（trig）からＰＷＭパルスの次の１スイッチング周期の始めのタイミングまでの区間（Ｂ）内に行われるのが望ましい。ここで、出力電圧Ｖｏｕｔは、後述する図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ＰＷＭパルスの、スイッチング周波数ｆｓにおけるデューティ（Ｈ：Ｌ）比に応じて設定される。また、ＰＷＭパルスのセットのタイミングが可変可能な場合には、例えばＭａｉｎ ＡＤＣ変換終了トリガからＰＷＭパルスがセットされるまでの間に、Ｍａｉｎ ＡＤＣの故障判定が行われるようにしても良い。
【００３３】
なお、図３において、故障判定ＡＤＣ変換開始トリガは、Ｍａｉｎ ＡＤＣ変換開始トリガと同じタイミングで開始されるが、故障判定ＡＤＣ変換終了トリガは、ビット数が少ない分、Ｍａｉｎ ＡＤＣ変換終了トリガよりも早いタイミングで終了する。
【００３４】
図４は、第１の実施の形態に係るデジタル電源装置１０において、ＡＤＣ回路３６または低ビットＡＤＣ３０１の、故障の判定時の動作フロー（判定シーケンス）を概略的に示すものである。また、図５は、判定の基準となるＡＤＣ回路３６の変換結果と低ビットＡＤＣ３０１の変換結果との組み合わせ（判定例）について示すものである。
【００３５】
まず、ステップＳＴ１において、コントローラ２２は、ＡＤＣ回路（Ｍａｉｎ ＡＤＣ）３６および低ビットＡＤＣ（故障判定ＡＤＣ）３０１を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔのデジタル値への変換を行う。
【００３６】
次いで、Ｍａｉｎ ＡＤＣおよび故障判定ＡＤＣでの出力電圧Ｖｏｕｔのデジタル値への変換が終了する（ステップＳＴ２のＹＥＳ）と、コントローラ２２は、ステップＳＴ３において、ＡＤＣ故障判定回路２２１を制御して、故障判定ＡＤＣの変換結果が、図５に示す、予め設定される閾値の上側と下側とで規定される範囲内か、範囲外かを判断させる。
【００３７】
ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ３において、故障判定ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内であると判断すると、ステップＳＴ４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が、図５に示す、閾値の範囲内か否かを判断する。
【００３８】
ステップＳＴ４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ５において、Ｍａｉｎ ＡＤＣは故障していないと判定する。
【００３９】
Ｍａｉｎ ＡＤＣは故障していないと判定されると、コントローラ２２は、ステップＳＴ６において、デジタルフィルタ２４にＰＷＭパルスのパルス幅を算出させるように制御した後、上記ステップＳＴ１〜ステップＳＴ５を繰り返す。
【００４０】
一方、ステップＳＴ３において、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、故障判定ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外であると判断すると、ステップＳＴ７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が、図５に示す、閾値の範囲内か否かを判断する。
【００４１】
ステップＳＴ７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ８において、出力電圧異常があると判定する。
【００４２】
また、ステップＳＴ４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外であると判断した場合、または、ステップＳＴ７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ９において、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたは故障判定ＡＤＣが故障した可能性があると判定する。
【００４３】
ステップＳＴ８において、出力電圧異常があると判定された場合、若しくは、ステップＳＴ９において、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたは故障判定ＡＤＣが故障した可能性があると判定された場合、コントローラ２２は、デジタルフィルタ２４の動作を停止させるように制御する（ステップＳＴ１０）。
【００４４】
すなわち、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図５に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果（○）と故障判定ＡＤＣの変換結果（△）とが共に閾値（上側／下側）の範囲内の場合に問題なし（Ｍａｉｎ ＡＤＣは故障していない）と判定する。逆に、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図５に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果と故障判定ＡＤＣの変換結果とが共に閾値の範囲外の場合に出力電圧異常と判定する。
【００４５】
また、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図５に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果と故障判定ＡＤＣの変換結果のいずれか一方が閾値の範囲外の場合に、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたは故障判定ＡＤＣの故障を判定する。例えば、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内で、故障判定ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外の場合に故障判定ＡＤＣの故障を判定し、故障判定ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内で、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外の場合にＭａｉｎ ＡＤＣの故障を判定する。
【００４６】
すなわち、第１の実施の形態に係る電源装置１０の出力電圧異常防止方法は、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎの出力電圧ＶｏｕｔをＡＤＣ回路３６によりデジタル値に変換するステップと、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎからの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、ＡＤＣ回路３６の故障を判定するステップと、ＡＤＣ回路３６の故障が判定されたことを条件に、出力電圧Ｖｏｕｔの出力を停止させるステップとを有する。
【００４７】
（応用例）
第１の実施の形態の応用例に係るデジタル電源装置１０を、モータ制御ＩＣの電源として適用した場合の例であって、その模式的構成は図６に示すように表される。なお、図６においては、帰還抵抗部（Ｒ１・Ｒ２）の図示を省略している。
【００４８】
第１の実施の形態の応用例に係るデジタル電源装置１０は、図６に示すように、インダクタンスＬｏに接続されるモータ制御ＩＣ４０に出力電圧Ｖｏｕｔ（例えば、３．０Ｖ程度）を供給するもので、モータ制御ＩＣ４０に供給される出力電圧Ｖｏｕｔを、図７に示すように、Ｖｏｕｔ＋Δ（例えば、４．５Ｖ程度）を上限、Ｖｏｕｔ−Δ（例えば、１．５Ｖ程度）を下限とする所定の範囲２Δ内となるように設定する。
【００４９】
ここで、出力電圧Ｖｏｕｔの所定の範囲２Δは、例えば、モータ制御ＩＣ４０の規格（定格電圧）に応じて設定される。したがって、ＡＤＣ回路３６の変換結果が所定の範囲２Δ内から外れた場合、コントローラ２２は、直ちにデジタルフィルタ２４の動作を停止させるように制御する。これにより、定格電圧以上の出力電圧（例えば、５．０Ｖ程度の破壊電圧）によって、インダクタンスＬｏにつながるモータ制御ＩＣ４０が破壊されるなどのダメージを受けるのを回避できる。
【００５０】
第１の実施の形態に係るデジタル電源装置を、例えば車載用とした場合においては、高性能化・高機能化と共に、出力電圧異常を監視する場合にも一層の安全性を確保できるようになる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るデジタル電源（電源装置）１０の模式的構成は、図９に示すように表される。なお、第１の実施の形態に係るデジタル電源装置１０（図２）と同一部分には同一符号を付し、説明は省略する。
【００５２】
第２の実施の形態に係る電源装置１０は、図９に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する出力トランジスタＱｐ・Ｑｎと、出力トランジスタＱｐ・Ｑｎを駆動するドライバ３４と、ドライバ３４に供給するＰＷＭパルスを生成するＰＷＭ発生器３２と、出力電圧Ｖｏｕｔをデジタル値に変換するＡＤＣ回路３６と、デジタル値に変換された出力電圧Ｖｏｕｔと目標出力電圧との差分に応じて、ＰＷＭパルスのパルス幅を制御するデジタルフィルタ２４と、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてＡＤＣ回路３６の故障を自己診断する、第１および第２のウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2と第１および第２のＤＡＣ３１３ 1・３１３ 2とアンド回路３１５とを有する診断回路３１と、診断回路３１の診断結果に基づいて、ＡＤＣ回路３６の故障を判定する判定回路２２１を有する制御部２２とを備える。
【００５３】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置１０は、図９に示すように、アナログ部３０内に第１・第２のウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2、第１・第２のＤＡＣ３１３ 1・３１３ 2、およびアンド回路３１５からなる診断回路３１を備えると共に、コントローラ２２内にＡＤＣ故障判定回路２２１を備える。これにより、ＡＤＣ回路３６の故障を検出した場合には、ＡＤＣ回路３６の故障による出力電圧異常を防ぐことが可能となる。したがって、異常な出力電圧によってインダクタンスＬｏにつながる集積回路（図示省略）が破壊されるのを回避できる。
【００５４】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置１０において、ウインドコンパレータ３１１の変換出力信号Ｂに基づいて、ＡＤＣ回路３６の故障を判定する際のＡＤＣ故障判定回路２２１の動作例を示す概略タイミングチャートは、図１０に示すように表される。ここで、図１０（ａ）は、出力電圧異常時のウインドコンパレータ３１１の変換出力信号Ｂの波形図であり、図１０（ｂ）は、出力電圧異常時にＡＤＣ故障判定回路２２１より出力されるフラグ信号の波形図である。
【００５５】
第２の実施の形態に係る電源装置１０に内蔵されるＤＡＣ３１３の模式的ブロック構成は、図１１に示すように表される。ＤＡＣ３１３は、ウインドコンパレータ３１１の動作範囲を規定するためのものである。すなわち、ＤＡＣ３１３は、例えば、４ビット構成を有し、コントローラ２２からの制御信号ＳＳ１・ＳＳ２・ＳＳ３・ＳＳ４に基づいて、ウインドコンパレータ３１１における上限値／下限値を設定する。
【００５６】
デジタルＰＷＭ発生器３２の模式的ブロック構成は、図８（ａ）に示すように表され、デジタルＰＷＭ発生器３２より出力されるＰＷＭパルスの一例を示す概略波形は、図８（ｂ）に示すように表される。すなわち、スイッチング周波数（サンプリング周波数）ｆｓの１周期内において、ハイレベルＨのパルス幅を制御することによって、ＰＷＭパルス幅を制御することができる。デジタルＰＷＭ発生器３２において、ＰＷＭパルス出力として、スイッチング周波数ｆｓにおけるデューティ（Ｈ：Ｌ）比が決定されることにより、後段の出力トランジスタＱｐ・Ｑｎから、そのデューティ比に応じた出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００５７】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置を、例えば車載用とした場合においては、高性能化・高機能化と共に、出力電圧異常を監視する場合にも一層の安全性を確保できるようになる。
【００５８】
第２の実施の形態に係る電源装置１０において、ＡＤＣ回路の故障を判定する際の動作例を示す概略タイミングチャートは、図１２に示すように表される。
【００５９】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置１０は、図１２に示すように、ＤＡＣ３１３ 1によってウインドコンパレータ３１１ 1の上限値を、ＤＡＣ３１３ 2によってウインドコンパレータ３１１ 2の下限値を、それぞれ設定できるようにしたものである。
【００６０】
なお、ＤＡＣ３１３ 1・３１３ 2によるウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の上限値および下限値の設定は、例えば、デジタル電源装置１０をＤＣＤＣコンバータとして動作させる以前に行われる。
【００６１】
また、図１２に示すように、ＤＣＤＣコンバータが起動シーケンス（起動ＳＥＱ）中の場合Ｇ１や停止ＳＥＱ中の場合Ｇ２には、アンド回路３１５のデジタル出力である出力電圧Ｖｏｕｔが目標出力電圧の閾値の範囲内か否かの判断を行わないようになっている。
【００６２】
すなわち、ＤＣＤＣコンバータの起動ＳＥＱ中および停止ＳＥＱ中を除いては、図１２に示すように、例えば、上側の閾値から下側の閾値までの範囲内の場合Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３には通常動作時として、上側の閾値から下側の閾値までの範囲外の場合Ｒ１・Ｒ２には異常動作時として、出力電圧Ｖｏｕｔが目標出力電圧の閾値の範囲内か否かの判断が行われる。
【００６３】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置１０において、ＡＤＣ回路３６またはウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の、故障の判定時の動作フロー（判定シーケンス）は、概略的に図１３に示すように表される。また、判定の基準となるＡＤＣ回路３６の変換結果とウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の出力との組み合わせ（判定例）は、図１４に示すように表される。
【００６４】
まず、ステップＳＴ１１において、コントローラ２２は、ＡＤＣ回路（Ｍａｉｎ ＡＤＣ）３６およびウインドコンパレータ（故障判定ＡＤＣ）３１１ 1・３１１ 2を制御して、出力電圧Ｖｏｕｔのデジタル値への変換を行う。
【００６５】
次いで、Ｍａｉｎ ＡＤＣおよび故障判定ＡＤＣでの出力電圧Ｖｏｕｔのデジタル値への変換が終了する（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）と、コントローラ２２は、ステップＳＴ１３において、ＡＤＣ故障判定回路２２１を制御して、ウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の出力に基づいたアンド回路３１５の出力がハイ（Ｈ）か、ロウ（Ｌ）かを判断させる。
【００６６】
ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ１３において、アンド回路３１５の出力がＨであると判断すると、ステップＳＴ１４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が、図１４に示す、閾値の範囲内か否かを判断する。
【００６７】
ステップＳＴ１４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ１５において、Ｍａｉｎ ＡＤＣは故障していないと判定する。
【００６８】
Ｍａｉｎ ＡＤＣは故障していないと判定されると、コントローラ２２は、ステップＳＴ１６において、デジタルフィルタ２４にＰＷＭパルスのパルス幅を算出させるように制御した後、上記ステップＳＴ１１〜を繰り返す。
【００６９】
一方、ステップＳＴ１３において、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、アンド回路３１５の出力がＬであると判断すると、ステップＳＴ１７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が、図１４に示す、閾値の範囲内か否かを判断する。
【００７０】
ステップＳＴ１７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ１８において、出力電圧異常があると判定する。
【００７１】
また、ステップＳＴ１４において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲外であると判断した場合、または、ステップＳＴ１７において、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果が閾値の範囲内であると判断した場合、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、ステップＳＴ１９において、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたはウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2が故障した可能性があると判定する。
【００７２】
ステップＳＴ１８において、出力電圧異常があると判定された場合、若しくは、ステップＳＴ１９において、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたはウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2が故障した可能性があると判定された場合、コントローラ２２は、デジタルフィルタ２４の動作を停止させるように制御する（ステップＳＴ２０）。
【００７３】
すなわち、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図１４に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果（○）とウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の出力Ｈ（■）とが共に閾値（上側／下側）の範囲内の場合に問題なし（Ｍａｉｎ ＡＤＣおよびウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2は故障していない）と判定する。逆に、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図１４に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果とウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の出力Ｌ（☆）とが共に閾値の範囲外の場合に出力電圧異常と判定する。
【００７４】
また、ＡＤＣ故障判定回路２２１は、図１４に示すように、Ｍａｉｎ ＡＤＣの変換結果とウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の出力Ｈ／Ｌのいずれか一方が閾値の範囲外の場合に、Ｍａｉｎ ＡＤＣまたはウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2の故障の可能性ありと判定する。
【００７５】
第２の実施の形態に係るデジタル電源装置によれば、ＡＤＣ回路の故障を検出でき、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防ぐことができる。すなわち、アナログ部３０内にウインドコンパレータ３１１ 1・３１１ 2、ＤＡＣ３１３ 1・３１３ 2およびアンド回路３１５を備えると共に、コントローラ２２にＡＤＣ回路３６の故障を判定するＡＤＣ故障判定回路２２１を備える。これにより、ＡＤＣ回路３６の故障を検出した場合には、ＡＤＣ回路３６の故障による出力電圧異常を防ぐことが可能となる。したがって、異常な出力電圧によってインダクタンスＬｏにつながる集積回路（図示省略）が破壊されるのを回避できる。
【００７６】
特に、第２の実施の形態に係るデジタル電源装置を、例えば車載用とした場合においては、高性能化・高機能化と共に、出力電圧異常を監視する場合にも一層の安全性を確保できるようになる。
【００７７】
以上説明したように、ＡＤＣ回路の故障を自己診断的に検出できるようにしたことにより、ＡＤＣ回路の故障による出力電圧異常を防止できるようになるため、仮に、過電圧保護などのフォルト（Fault）機能を備えたデジタル電源装置の場合であっても、ＡＤＣ回路の故障時には、異常な出力電圧が出力されるのを未然に防ぐことが可能となる。
【００７８】
すなわち、実施の形態に係るデジタル電源装置では、ＡＤＣの故障が出力電圧異常となり、最終的には、負荷ＩＣの故障につながる。そこで、ＡＤＣの故障を判定するために、故障判定用の「低ビットのＡＤＣ」または「ウインドコンパレータ＋ＤＡＣ」を追加し、正常動作時に出力電圧が一定範囲内にあることをモニタすることによって、ＡＤＣの故障による出力電圧異常状態を検出する。
【００７９】
また、実施の形態に係るデジタル電源装置は、例えば車載用の電子機器などに電源電圧を供給する場合において特に好適であるが、様々な用途に用いられる電子機器に供給される出力電圧の異常を容易に監視することができる。
【００８０】
[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００８１】
このように、本実施の形態は、ここでは記載していない様々な形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本実施の形態の電源装置は、車載用ＩＣに適用することができる。また、車載用ＩＣ以外でも利用可能であり、特に、各種のデジタル電源に応用することができる。
【００８３】
各種のデジタル電源としては、例えば、自動車、航空機、船舶、鉄道、ロケット、医療機器、産業機械、ロボットなど様々な分野の電子機器類などに適用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…電源装置
２０…ロジック部
２２…コントローラ
２４…デジタルフィルタ
３０…アナログ部
３１…診断回路
３２…デジタルＰＷＭ発生器
３４…ドライバ
３６…ＡＤＣ回路
４０…モータ制御ＩＣ
２２１…ＡＤＣ故障判定回路
３０１…低ビットＡＤＣ
３１１、３１１ 1、３１１ 2…ウインドコンパレータ
３１３、３１３ 1、３１３ 2…ＤＡＣ
３１５…アンド回路
Ｑｐ・Ｑｎ…出力トランジスタ
Ｒ１・Ｒ２…帰還抵抗部
Ｃｏ…コンデンサ
Ｌｏ…インダクタンス
【図１】
2017175823.tif 000003
【図２】
2017175823.tif 000004
【図３】
2017175823.tif 000005
【図４】
2017175823.tif 000006
【図５】
2017175823.tif 000007
【図６】
2017175823.tif 000008
【図７】
2017175823.tif 000009
【図８】
2017175823.tif 000010
【図９】
2017175823.tif 000011
【図１０】
2017175823.tif 000012
【図１１】
2017175823.tif 000013
【図１２】
2017175823.tif 000014
【図１３】
2017175823.tif 000015
【図１４】
2017175823.tif 000016