(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置全体を制御するＩＣと、
前記ＩＣの電源端子に接続され、安定化電圧を供給する電源回路部と、
前記電源回路部に接続されるとともに、前記安定化電圧を検知し、リセット解除信号を前記ＩＣに出力するリセット部と、
開閉器、整流回路及び電圧保持コンデンサで構成され、電圧保持信号及びリセット解除信号により前記安定化電圧の保持及びその解除を行う電圧保持部と、を備え、
前記ＩＣの起動時において、前記安定化電圧がリセット解除電圧閾値以上となり、所定の遅延時間経過後、前記リセット部から出力された前記リセット解除信号により前記開閉器が開路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧未満である場合には、前記安定化電圧が異常であると判定され、
また、前記ＩＣの通常動作時において、前記電圧保持信号により前記開閉器が開路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている第一の電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧未満である場合には、前記安定化電圧が異常であると判定され、
前記第一の電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧以上である場合には、前記電圧保持信号により前記開閉器が閉路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている第二の電圧と前記第一の電圧との差が設定値以上であれば、前記安定化電圧が異常であると判定されることを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
前記第一の電圧あるいは前記第二の電圧は、不定周期で求めることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
【請求項３】
前記電圧保持部に接続され、前記電圧保持コンデンサに保持されている電圧を分圧する分圧回路を備え、前記分圧回路の出力電圧を前記第一の電圧及び前記第二の電圧とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記第一の電圧及び前記第二の電圧は、前記ＩＣにおいてＡ／Ｄ変換されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記整流回路は、後段から前段に向け整流を行う、ダイオードとオペアンプとにより構成された理想ダイオード回路であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記ＩＣの通常動作時、前記電圧保持コンデンサに保持されている電圧が設定値未満である場合には、前記安定化電圧が異常であると判定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電源電圧を監視する機能を備えた電子制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子制御装置では、投入される電源電圧が予め設定された電圧以上であることを検出し、予め設定された遅延時間経過後、内部システムを起動するようリセットを解除する、パワーオンリセット（ＰＯＲ：Ｐｏｗｅｒ−Ｏｎ  Ｒｅｓｅｔ）機能が設けられることが一般的であり、リセットの解除時の電圧監視方法あるいはリセットの解除時間を状況に応じて変更する方法が広く知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１の二次電池電圧監視回路には、定電圧充電を行うリチウムイオン二次電池を用いたメモリーバックアップ回路において、電源投入直後のリセット信号発生時に充電回路を遮断し、リセットの時間内だけリチウムイオン二次電池の電圧を検出する電圧検出回路を動作させて、リセット解除時に電圧検出の結果を保持するようにして、リチウムイオン二次電池の正確な電池電圧の検出を行うことが記載されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２の半導体装置には、パワーオンリセット信号の後縁を設定部によって設定された遅延時間だけ遅延させて内部リセット信号を生成し、その内部リセット信号によって内部回路をリセットすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６８８４１号公報
【特許文献２】特開２０１４−６８１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の二次電池電圧監視回路では、起動時の電源電圧について監視することはできても、ＩＣ動作中の電源電圧を監視することはできない。
また、特許文献２の半導体装置では、電源の立ち上がりが緩慢であった際に、リセット解除時の電源電圧がＩＣの定格電圧未満であった場合、次回起動時のリセット遅延時間を長くすることで適正な電源電圧でリセット解除を行うことはできるが、ＩＣ動作中の電源電圧を監視することはできないという課題があった。
【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＩＣの電源電圧監視回路の二重設置を回避して、ＩＣの起動時のみならずＩＣの動作中においてもＩＣの電源電圧を監視することができる電子制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に開示される電子制御装置は、装置全体を制御するＩＣと、前記ＩＣの電源端子に接続され、安定化電圧を供給する電源回路部と、前記電源回路部に接続されるとともに、前記安定化電圧を検知し、リセット解除信号を前記ＩＣに出力するリセット部と、開閉器、整流回路及び電圧保持コンデンサとで構成され、電圧保持信号及びリセット解除信号により前記安定化電圧の保持及びその解除を行う電圧保持部と、を備え、前記ＩＣの起動時において、前記安定化電圧がリセット解除電圧閾値以上となり、所定の遅延時間経過後、前記リセット部から出力された前記リセット解除信号により前記開閉器が開路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧未満である場合には、前記安定化電圧が異常であると判定され、また、前記ＩＣの通常動作時において、前記電圧保持信号により前記開閉器が開路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている第一の電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧未満である場合には、前記安定化電圧が異常であると判定され、前記第一の電圧が、前記ＩＣの最低動作電圧以上である場合には、前記電圧保持信号により前記開閉器が閉路され、前記電圧保持コンデンサに保持されている第二の電圧と前記第一の電圧との差が設定値以上であれば、前記安定化電圧が異常であると判定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される電子制御装置によれば、リセット部、電圧保持部を備え、電源回路部から電源供給が開始されるＩＣの起動時には、リセット部によるリセット解除信号に応動して、開閉器を開路とし、電圧保持部の電圧保持コンデンサで保持される電圧をＩＣの最低動作電圧と比較判定することで、また、ＩＣの通常動作時においても、電圧保持信号を開閉器に断続的または一時的に出力し、開閉器の開路時と閉路時における電圧保持コンデンサで保持される電圧の差を比較することで、ＩＣの電源電圧の異常を判定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における電圧保持部の回路構成の第一の構成例を示す図である。
【図３】実施の形態１における電圧保持部の回路構成の第二の構成例を示す図である。
【図４】実施の形態１における起動時における安定化電圧とリセット解除電圧及びリセット解除信号の関係を示すタイムチャートである。
【図５】実施の形態１における通常動作時における電源電圧異常検出の手順を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態１における開閉信号と開閉器の動作との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電子制御装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、電圧保持部の回路構成の第一の構成例を示す図である。図３は、電圧保持部の回路構成の第二の構成例を示す図である。図４は、起動時における安定化電圧とリセット解除電圧及びリセット解除信号の関係を示すタイムチャートである。図５は、通常動作時における電源電圧異常検出の手順を示すフローチャートである。また、図６は、開閉信号と開閉器の動作との関係を示すテーブルである。
【００１２】
まず、図１を用いて、実施の形態１に係る電子制御装置の全体の構成について説明する。
実施の形態１の電子制御装置１００は、装置全体を制御するＩＣ４０と、ＩＣ４０のＡＶｃｃ端子に接続され基準電圧Ｖｒｅｆを供給する第一電源回路部１１と、ＩＣ４０の電源入力端子であるＥＶｃｃ端子及びリセット部２０に接続され安定化電圧Ｖｃｃを供給する第二電源回路部１２と、入力電圧を検知しリセット解除信号ＲＳＴをＩＣ４０のＲｅｓｅｔ端子に出力するリセット部２０と、電圧保持信号ＨＯＬＤ及びリセット解除信号ＲＳＴにより入力電圧の保持及びその解除を行う電圧保持部３０と、電圧保持部３０に接続され入力電圧に比例した電圧をＩＣ４０のＡ／Ｄ端子に出力する分圧回路３７と、で構成されている。また、第一電源回路部１１及び第二電源回路部１２の入力端子には、電源リレー２を介して、外部電源であるバッテリ１に接続され、電子制御装置１００に電源電圧Ｖｂｂが供給されている。
【００１３】
次に、電子制御装置１００の構成要素である各部の具体的な構成について説明する。
第一電源回路部１１は、一定の電圧、例えば、外部電源であるバッテリ１のＤＣ１２Ｖ系の電源電圧Ｖｂｂを５Ｖの安定化電圧Ｖｃｃに変圧し、ＩＣ４０の基準電圧ＶｒｅｆとしてＡＶｃｃ端子に給電する。
また、第二電源回路部１２は、第一電源回路部１１と同様、バッテリ１のＤＣ１２Ｖ系の電源電圧Ｖｂｂを５Ｖの安定化電圧Ｖｃｃに変圧し、ＩＣ４０の電源端子であるＥＶｃｃ端子に給電するとともに、リセット部２０に出力する。ここで、第一電源回路部１１及び第二電源回路部１２は、その出力をより安定化した電圧とするためにリニアレギュレータであることが望ましい。
【００１４】
リセット部２０は、入力端子の入力電圧Ｖｉが時間ｔｏに予め設定されたリセット解除電圧閾値Ｖｔｈ以上となったことを検知し（図４（ａ）を参照。）、予め設定された遅延時間ｔｄを経過した後に、出力端子の出力電圧Ｖｏとして、時間ｔｒにリセット解除信号ＲＳＴを出力する（図４（ｂ）を参照。）。また、リセット部２０は、内部に備えられた不揮発性メモリ２１の書き込み値に応じ、リセット解除電圧閾値Ｖｔｈ、あるいは、遅延時間ｔｄの少なくとも一方が設定されるように構成されている。
【００１５】
リセット部２０の入力端子は、第二電源回路部１２の出力端子に接続されている。また、リセット部２０の出力端子は、ＩＣ４０のＲｅｓｅｔ端子に接続されるとともに、第一整流素子３５ａを介して電圧保持部３０の電圧保持信号入力端子Ｃとも接続されている。ここで、リセット部２０の出力端子の内部回路が、ｎｐｎ型トランジスタのようなオープンコレクタである場合には、例えば、第二電源回路部１２の出力端子をプルアップ先とした、プルアップ抵抗２２を設けてもよい。
【００１６】
なお、ここでいう、不揮発性メモリ２１は、例えば、電気的に消去可能または書き換えが可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。
また、上記説明では、第一電源回路部１１、第二電源回路部１２、及びリセット部２０は、それぞれ独立して構成されるものとしたが、その一部、あるいは全てが統合された構成であっても構わない。
【００１７】
電圧保持部３０は、外部からの開閉信号により入力電圧を保持又はその解除を行うものであり、いわゆるサンプルホールド回路の構成である。後段から前段に向けダイオード３９で構成される整流回路３８を備えることで、入力電圧の変動状態により、異なる電圧の保持動作を行うものである。つまり、電圧保持部３０の電圧入力端子Ａの入力電圧が一定、又は上昇している際は、サンプルホールド回路として動作し、入力電圧が降下している際は、ボトムホールド回路として動作する。電圧保持部３０の電圧出力端子Ｂは、分圧回路３７を介してＩＣ４０のＡ／Ｄ端子に接続されている。また、電圧保持部３０の電圧保持信号入力端子Ｃは、第一整流素子３５ａを介してリセット部２０の出力端子と接続されるとともに、第二整流素子３５ｂを介して電圧保持信号ＨＯＬＤを出力するＩＣ４０のＨＯＬＤ端子とも接続されている。
【００１８】
分圧回路３７は、例えば、抵抗分圧により、電圧保持部３０の電圧出力端子Ｂから入力された電圧に比例した電圧をＩＣ４０のＡ／Ｄ端子に出力するよう構成されている。
【００１９】
ＩＣ４０は、電子制御装置１００の全体を制御するものであり、例えば、マイコンあるいはＦＰＧＡが挙げられる。マイコンあるいはＦＰＧＡは、その安定化電圧Ｖｃｃが動作可能な電圧範囲となった後、さらに、一定の遅延時間ｔｄの経過後に、リセット解除信号ＲＳＴが入力されることによりリセットが解除され、動作を開始する。
【００２０】
ＩＣ４０には、第一電源回路部１１の出力端子と接続される基準電圧入力端子であるＡＶｃｃ端子と、第二電源回路部１２の出力端子と接続される電源入力端子であるＥＶｃｃ端子と、リセット部２０の出力端子と電圧保持部３０に接続された第一整流素子３５ａとに接続されたＲｅｓｅｔ端子と、リセット部２０の不揮発性メモリ２１に出力するＲＤＵ端子と、分圧回路３７の出力端子に接続され、入力電圧をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ端子と、第二整流素子３５ｂを介して電圧保持部３０に電圧保持信号ＨＯＬＤを出力するＨＯＬＤ端子と、が設けられている。
【００２１】
次に、図２を参照して、電圧保持部３０の回路構成の詳細と、その接続関係について説明する。電圧保持部３０は、開閉器３６と、電圧保持コンデンサ３２と、整流回路３８と、で構成されている。電圧保持部３０は、電圧入力端子Ａ、電圧出力端子Ｂ、及び電圧保持信号入力端子Ｃの端子を持ち、電圧入力端子Ａは、第二電源回路部１２の出力端子に、電圧出力端子Ｂは、分圧回路３７に、電圧保持信号入力端子Ｃは、第一整流素子３５ａ及び第二整流素子３５ｂに、それぞれ接続されている。
【００２２】
開閉器３６は、例えば、ｐｎｐ型のトランジスタ３１とベース抵抗３４とによって構成され、トランジスタ３１のエミッタ端子は、電圧保持部３０の電圧入力端子Ａに接続されており、コレクタ端子は、電圧保持コンデンサ３２に接続されるとともに、電圧保持部３０の電圧出力端子Ｂにも接続されている。トランジスタ３１のベース端子は、ベース抵抗３４を介し電圧保持部３０の電圧保持信号入力端子Ｃに接続されている。整流回路３８は、図２に示すような、ダイオード３９により構成されている。
【００２３】
次に、図４を用いて、電源リレー２が閉路され、バッテリ１から電源供給が開始される電源起動時の電子制御装置１００の動作について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、電子制御装置１００の電源起動時における安定化電圧Ｖｃｃと、リセット解除電圧Ｖｒｓｔ、リセット解除信号ＲＳＴの関係を示すタイムチャートである。
【００２４】
リセット部２０は、入力された安定化電圧Ｖｃｃの値が、不揮発性メモリ２１に書き込まれた値に対して、リセット解除電圧閾値Ｖｔｈ以上となったことを検出すると、遅延時間ｔｄを経過した後に、出力端子の出力電圧ＶｏをＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替えてリセット解除信号ＲＳＴを、ＩＣ４０及び電圧保持部３０に出力する。ここで、リセット解除電圧閾値Ｖｔｈ及び遅延時間ｔｄは、必要に応じて任意に設定することができる。
【００２５】
電圧保持部３０は、リセット解除信号ＲＳＴによって、開閉器３６を開路することでリセット解除時における安定化電圧Ｖｃｃをリセット解除電圧Ｖｒｓｔとして電圧保持コンデンサ３２で保持し、分圧回路３７によって分圧する。一方で、ＩＣ４０は、リセット解除信号ＲＳＴによってリセット解除された後、Ａ／Ｄ端子に分圧回路３７によって分圧された電圧が入力され、Ａ／Ｄ変換値を算出する。
【００２６】
なお、この際の基準電圧はＶｒｅｆであり、分圧回路３７によって分圧することにより、Ｖｒｓｔ＞Ｖｒｅｆであっても、Ａ／Ｄ変換値を飽和させずにＡ／Ｄ変換することが可能となっている。
【００２７】
その後、Ａ／Ｄ変換値が、ＩＣ４０の最低動作電圧以上であるか否かを判定し、最低動作電圧以上であった場合は、ＩＣ４０の安定化電圧Ｖｃｃは正常であると判定し、最低動作電圧未満であった場合は、不揮発性メモリ２１にリセット解除最適化信号ＲＤＵを出力し、例えば、リセット解除時間ｔｄ（＝遅延時間）を一割長く、あるいは、リセット解除電圧閾値Ｖｔｈの値を０.１Ｖ高くするよう書き換えることにより、次回の起動時には、適切な電源電圧、及び遅延時間で起動させることができる。
【００２８】
続いて、図５のフローチャートを参照して、ＩＣ４０が正常に起動後、安定状態となった通常動作時における安定化電圧Ｖｃｃの電圧異常検出手順について説明する。
ＩＣ４０の動作を開始する（ステップＳ４００）。
ＩＣ４０は、開閉器３６を開路させるために電圧保持信号ＨＯＬＤにより開信号を出力する（ステップＳ４０１）。
これにより、開閉器３６が開路される（ステップＳ４０２）。
ＩＣ４０は、電圧保持コンデンサ３２に保持されている電圧をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換値（１）を算出する（ステップＳ４０３）。
ＩＣ４０は、「Ａ／Ｄ変換値（１）」と「ＩＣ４０の最低動作電圧」とを比較する（ステップＳ４０４）。
「Ａ／Ｄ変換値（１）＜ＩＣ４０の最低動作電圧」の関係を満足した場合には、ＹＥＳであると判定し、満足しない場合には、ＮＯであると判定する。
ここで、ステップＳ４０４において、ＮＯであると判定された場合には、ＩＣ４０は、開閉器３６を閉路させるためにリセット解除信号ＲＳＴにより閉信号を出力する（ステップＳ４０５）。
これにより、開閉器３６が閉路される（ステップＳ４０６）。
ＩＣ４０は、電圧保持コンデンサ３２に保持されている電圧をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換値（２）を算出する（ステップＳ４０７）。
ＩＣ４０は、「｜Ａ／Ｄ変換値（２）−Ａ／Ｄ変換値（１）｜」と「設定値」とを比較する（ステップＳ４０８）。
「｜Ａ／Ｄ変換値（２）−Ａ／Ｄ変換値（１）｜」＞「設定値」の関係を満足する場合には、ＹＥＳであると判定し、満足しない場合には、ＮＯであると判定する。
つまり、Ａ／Ｄ変換値（２）とＡ／Ｄ変換値（１）との差が設定値よりも大きければＹＥＳであると判定され、設定値よりも小さければＮＯであると判定される。
ステップＳ４０４でＹＥＳ、あるいはステップＳ４０８にて、ＹＥＳであると判定された場合には、安定化電圧Ｖｃｃの電圧は異常であると判定される（ステップＳ４１０）。
また、ステップＳ４０８にて、ＮＯであると判定された場合には、安定化電圧Ｖｃｃの電圧は正常である判定され（ステップＳ４０９）、ＩＣ４０の通常動作が継続される。さらに、ステップＳ４０１に戻り、この一連の手順を繰り返す。
ここで、ステップＳ４０８における設定値とは、例えば、ＩＣ４０の電源電圧における予め設定された許容リップル電圧値である。
【００２９】
図６は、開閉信号である電圧保持信号ＨＯＬＤ及びリセット解除信号ＲＳＴと開閉器３６の動作との関係を示すテーブルである。
【００３０】
このように、ＩＣ４０は、開閉器３６が開路された場合と、閉路された場合に電圧保持コンデンサ３２に保持されている電圧を用いてＡ／Ｄ変換値の算出を繰り返し実行し、安定化電圧Ｖｃｃの測定を行なっている。それにより、開閉器３６が開路された場合に、ボトムホールドされた電圧を基準に、開閉器３６が閉路された場合の電圧を測定し、その二値を比較し、その差が設定値以上である場合に安定化電圧Ｖｃｃが変動していることを検出することができる。
【００３１】
また、電圧保持コンデンサ３２によって保持されている電圧をＩＣ４０により算出したＡ／Ｄ変換値が、最低動作電圧未満である場合に、安定化電圧Ｖｃｃが低下しているものとして、異常検出することが可能である。
【００３２】
電圧保持コンデンサ３２の電圧のＡ／Ｄ変換を一定周期で行っている場合、電源電圧の変動周期と同期した場合には電圧異常の検出漏れが発生する可能性があるため、Ａ／Ｄ変換は不定周期で行うことが望ましい。
【００３３】
なお、図２に示す電圧保持部３０の第一の回路構成例では、整流回路３８として、ダイオード３９のみを用いる場合を示したが、図３に示す第二の回路構成例のように整流回路３８をダイオード３９とオペアンプ３３とにより構成された理想ダイオード回路とすることにより、開閉器３６の開路時において、開閉器３６の前段と後段の電位差をほぼ０とすることができるので、より精度の良い電圧検出が可能となる。
【００３４】
このように、実施の形態１に係る電子制御装置によれば、電源電圧監視回路の二重設置を回避して、小型で安価に、ＩＣの起動時だけでなく、動作中であってもＩＣの電源電圧を監視することができるといった効果がある。
【００３５】
なお、上記実施の形態では、外部電源としてバッテリを使用する場合について説明したが、交流電源を直流に変換して使用する場合であってもよい。
【００３６】
また、本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
【００３７】
また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  バッテリ、２  電源リレー、１１  第一電源回路部、１２  第二電源回路部、２０  リセット部、２１  不揮発性メモリ、２２  プルアップ抵抗、３０  電圧保持部、４０  ＩＣ、１００  電子制御装置、３１  トランジスタ、３２  電圧保持コンデンサ、３３  オペアンプ、３４  ベース抵抗、３５ａ  第一整流素子、３５ｂ  第二整流素子、３６  開閉器、３７  分圧回路、３８  整流回路、３９  ダイオード、Ｖｂｂ  電源電圧、Ｖｃｃ  安定化電圧、Ｖｒｅｆ  基準電圧、ＨＯＬＤ  電圧保持信号、ＲＳＴ  リセット解除信号、ＲＤＵ  リセット解除最適化信号
【要約】
【課題】ＩＣの起動時だけでなく、動作中であってもＩＣの電源電圧を監視する機能を有する電子制御装置を得ることを目的としている。
【解決手段】電子制御装置は、電源回路部と、リセット部と、開閉器を有する電圧保持部と、ＩＣとで構成され、電源回路部から電源供給が開始されるＩＣの起動時には、リセット部によるリセット解除信号ＲＳＴに応動して、開閉器を開路とし、電圧保持部の電圧保持コンデンサで保持されるリセット解除電圧ＶｒｓｔをＩＣの最低動作電圧と比較判定することで、また、ＩＣの通常動作時においても、電圧保持信号ＨＯＬＤを開閉器に断続的または一時的に出力し、開閉器の開路時と閉路時における電圧保持コンデンサによる保持電圧の差を比較することで、ＩＣの電源電圧異常を判定する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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