JP2019037079A - Overcurrent protection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過電流保護回路に関する。 The present invention relates to an overcurrent protection circuit.
従来より、半導体集積回路装置の多くは、その異常保護回路の一つとして過電流保護回路を備えている。例えば、車載IPD[intelligent power device]には、パワートランジスタに接続される負荷がショートした場合でもデバイスが破壊してしまわないように、パワートランジスタに流れる出力電流を過電流検出閾値以下に制限する過電流保護回路が設けられている。また、近年では、外付け抵抗を用いて過電流検出閾値を任意に調整することのできる過電流保護回路も提案されている。 Conventionally, many semiconductor integrated circuit devices include an overcurrent protection circuit as one of the abnormality protection circuits. For example, in an in-vehicle IPD [intelligent power device], an output current flowing through a power transistor is limited to an overcurrent detection threshold value or less so that the device is not destroyed even when a load connected to the power transistor is short-circuited. A current protection circuit is provided. In recent years, an overcurrent protection circuit that can arbitrarily adjust an overcurrent detection threshold using an external resistor has been proposed.
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1や特許文献2を挙げることができる。
In addition,
しかしながら、パワートランジスタに接続される負荷には、その正常動作として瞬時的に大きな出力電流を流す必要のあるもの(容量性負荷など)も存在する。このような出力電流を監視対象とする場合、単一の過電流検出閾値を持つ従来の過電流保護回路では、瞬時電流の確保と負荷に応じた過電流保護とを両立することが困難であった。 However, some loads (such as capacitive loads) that require a large output current to flow instantaneously as their normal operation are present in the loads connected to the power transistors. When such an output current is to be monitored, it is difficult for a conventional overcurrent protection circuit having a single overcurrent detection threshold to achieve both instantaneous current securing and overcurrent protection according to the load. It was.
特に、近年では、車載用ICに対して、ISO26262(自動車の電気/電子に関する機能安全についての国際規格)を順守することが求められており、車載IPDについても、より高い信頼性設計が重要となっている。 In particular, in recent years, in-vehicle ICs are required to comply with ISO 26262 (international standard for functional safety related to automobile electrical / electronics), and higher reliability design is important for in-vehicle IPDs. It has become.
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、瞬時電流の確保と負荷に応じた過電流保護とを両立することのできる過電流保護回路を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned problems found by the inventors of the present application, the invention disclosed in the present specification is an overcurrent protection capable of both ensuring an instantaneous current and overcurrent protection according to a load. An object is to provide a circuit.
そこで、本明細書中に開示されている過電流保護回路は、閾値制御信号に応じて過電流検出閾値を第1設定値とするか前記第1設定値よりも低い第2設定値とするかを切り替える閾値生成部と、前記過電流検出閾値が前記第1設定値とされているときに監視対象電流が前記第2設定値を上回ったままマスク期間が経過した時点で前記過電流検出閾値を前記第2設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成する閾値制御部とを有し、前記閾値生成部は、前記過電流検出閾値を前記第1設定値から前記第2設定値に切り替える際、所定の遷移時間をかけて前記過電流検出閾値を徐々に引き下げていく構成(第1の構成)とされている。 Therefore, whether the overcurrent protection circuit disclosed in this specification sets the overcurrent detection threshold value to the first set value or the second set value lower than the first set value according to the threshold control signal. A threshold generation unit for switching the overcurrent detection threshold, and when the overcurrent detection threshold is the first set value, the overcurrent detection threshold is set when the mask period elapses while the monitoring target current exceeds the second set value. A threshold control unit that generates the threshold control signal so as to switch to the second setting value, and the threshold generation unit switches the overcurrent detection threshold from the first setting value to the second setting value. The overcurrent detection threshold value is gradually lowered over a predetermined transition time (first configuration).
なお、上記第1の構成から成る過電流保護回路において、前記閾値生成部は、前記閾値制御信号に応じて可変電流を第1電流値から第2電流値まで徐々に減らしていく可変電流源を含み、前記可変電流を用いて前記過電流検出閾値を設定する構成(第2の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the first configuration, the threshold generation unit includes a variable current source that gradually decreases the variable current from the first current value to the second current value according to the threshold control signal. In addition, a configuration (second configuration) may be employed in which the overcurrent detection threshold is set using the variable current.
また、上記第2の構成から成る過電流保護回路において、前記可変電流源は、前記第1電流値に固定された上側電流を生成する上側電流生成部と、前記閾値制御信号に応じて下側電流をゼロ値から前記第1電流値と前記第2電流値との差分値まで徐々に増やしていく下側電流生成部と、を含み、前記上側電流から前記下側電流を差し引いた差分電流を前記可変電流として出力する構成(第3の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the second configuration, the variable current source includes an upper current generation unit that generates an upper current fixed to the first current value, and a lower side according to the threshold control signal. A lower current generator that gradually increases a current from a zero value to a difference value between the first current value and the second current value, and a differential current obtained by subtracting the lower current from the upper current A configuration for outputting the variable current (third configuration) is preferable.
また、上記第3の構成から成る過電流保護回路において、前記下側電流生成部は、キャパシタと、前記第1電流値の第1電流から前記第2電流値の第2電流を差し引いて前記キャパシタの充電電流を生成する充電電流生成部と、前記閾値制御信号に応じて前記キャパシタの充電を開始する充電制御部と、前記キャパシタの充電電圧を前記下側電流に変換する電圧/電流変換部と、を含む構成(第4の構成)にするとよい。 Further, in the overcurrent protection circuit having the third configuration, the lower-side current generating unit subtracts the second current of the second current value from the first current of the capacitor and the first current value. A charging current generating unit that generates a charging current of the capacitor, a charging control unit that starts charging the capacitor in response to the threshold control signal, and a voltage / current converting unit that converts the charging voltage of the capacitor into the lower current; , (4th configuration).
また、本明細書中に開示されている過電流保護回路は、閾値制御信号に応じて過電流検出閾値を第1設定値とするか前記第1設定値よりも低い第2設定値とするかを切り替える閾値生成部と、前記監視対象電流と前記過電流検出閾値とを比較して過電流保護信号を生成する過電流検出部と、前記過電流検出閾値が前記第1設定値とされているときに監視対象電流が前記第2設定値を上回ったままマスク期間が経過した時点で前記過電流検出閾値を前記第2設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成する閾値制御部とを有し、前記過電流検出部は、前記過電流検出閾値に応じて使い分けられる第1過電流検出部と第2過電流検出部を含む構成(第5の構成)とされている。 Whether the overcurrent protection circuit disclosed in this specification sets the overcurrent detection threshold value to the first set value or the second set value lower than the first set value according to the threshold control signal. A threshold generation unit that switches between, an overcurrent detection unit that compares the current to be monitored and the overcurrent detection threshold to generate an overcurrent protection signal, and the overcurrent detection threshold is the first set value. A threshold control unit that generates the threshold control signal so that the overcurrent detection threshold is switched to the second set value when the mask period elapses while the current to be monitored exceeds the second set value. The overcurrent detection unit has a configuration (fifth configuration) including a first overcurrent detection unit and a second overcurrent detection unit that are selectively used according to the overcurrent detection threshold.
なお、上記第5の構成から成る過電流保護回路において、前記閾値生成部は、前記過電流検出閾値を前記第1設定値から前記第2設定値に切り替える際、所定の遷移時間をかけて前記過電流検出閾値を徐々に引き下げていく構成(第6の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the fifth configuration, the threshold value generating unit takes a predetermined transition time when switching the overcurrent detection threshold value from the first set value to the second set value. A configuration in which the overcurrent detection threshold value is gradually lowered (sixth configuration) is preferable.
また、上記第6の構成から成る過電流保護回路は、前記第1設定値よりも低く前記第2設定値よりも高い中間設定値と前記過電流検出閾値とを比較して前記過電流検出部の切替制御信号を生成する切替制御部をさらに有する構成(第7の構成)にするとよい。 The overcurrent protection circuit having the sixth configuration compares the overcurrent detection threshold with an intermediate set value that is lower than the first set value and higher than the second set value. It is preferable to have a configuration (seventh configuration) further including a switching control unit that generates the switching control signal.
また、上記第7の構成から成る過電流保護回路において、前記閾値生成部は、前記閾値制御信号に応じて第1可変電流を第1電流値から中間電流値まで徐々に減らしていく第1可変電流源と、前記切替制御信号に応じて第2可変電流を前記中間電流値から第2電流値まで徐々に減らしていく第2可変電流源と、を含み、前記第1可変電流と前記第2可変電流の双方を用いて前記過電流検出閾値を設定する構成(第8の構成)にするとよい。 Further, in the overcurrent protection circuit having the seventh configuration, the threshold value generating unit gradually decreases the first variable current from the first current value to the intermediate current value according to the threshold control signal. And a second variable current source that gradually decreases the second variable current from the intermediate current value to the second current value in response to the switching control signal, the first variable current and the second variable current source. A configuration (eighth configuration) may be employed in which the overcurrent detection threshold is set using both variable currents.
また、上記第8の構成から成る過電流保護回路において、前記第1可変電流源は、前記中間電流値に固定された第1要素電流を生成する第1要素電流生成部と、前記閾値制御信号に応じて第2要素電流を前記中間電流値からゼロ値まで徐々に減らしていく第2要素電流生成部と、を含み、前記第1要素電流と前記第2要素電流とを足し合わせた加算電流を前記第1可変電流として出力する構成(第9の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the eighth configuration, the first variable current source includes a first element current generator that generates a first element current fixed to the intermediate current value, and the threshold control signal. A second element current generator that gradually reduces the second element current from the intermediate current value to the zero value according to the sum, and the summed current obtained by adding the first element current and the second element current Is preferably output as the first variable current (a ninth configuration).
また、上記第9の構成から成る過電流保護回路において、前記第2要素電流生成部は、キャパシタと、前記中間電流値の充電電流を生成する充電電流生成部と、前記中間電流値の放電電流を生成する放電電流生成部と、前記閾値制御信号に応じて前記キャパシタを充電状態と放電状態を切り替える充放電制御部と、前記キャパシタの充電電圧を前記第2要素電流に変換する電圧/電流変換部と、を含む構成(第10の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the ninth configuration, the second element current generation unit includes a capacitor, a charging current generation unit that generates a charging current having the intermediate current value, and a discharging current having the intermediate current value. A discharge current generation unit that generates a voltage, a charge / discharge control unit that switches a charge state and a discharge state of the capacitor according to the threshold control signal, and a voltage / current conversion that converts a charge voltage of the capacitor into the second element current And a configuration (tenth configuration).
また、上記第9または第10の構成から成る過電流保護回路において、前記第2可変電流源は、前記中間電流値に固定された第3要素電流を生成する第3要素電流生成部と、前記切替制御信号に応じて第4要素電流をゼロ値から前記中間電流値と前記第2電流値との差分値まで徐々に増やしていく第4要素電流生成部と、を含み、前記第3要素電流から前記第4要素電流を差し引いた差分電流を前記第2可変電流として出力する構成(第11の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having the ninth or tenth configuration, the second variable current source includes a third element current generation unit that generates a third element current fixed to the intermediate current value, A fourth element current generator that gradually increases a fourth element current from a zero value to a difference value between the intermediate current value and the second current value in response to a switching control signal, and the third element current It is preferable that the differential current obtained by subtracting the fourth element current from is output as the second variable current (eleventh configuration).
さらに、上記第11の構成から成る過電流保護回路において、前記第4要素電流生成部は、キャパシタと、前記中間電流値の上側電流から前記第2電流値の下側電流を差し引いて前記キャパシタの充電電流を生成する充電電流生成部と、前記切替制御信号に応じて前記キャパシタの充電を開始する充電制御部と、前記キャパシタの充電電圧を前記第4要素電流に変換する電圧/電流変換部と、を含む構成(第12の構成)にするとよい。 Further, in the overcurrent protection circuit having the eleventh configuration, the fourth element current generation unit subtracts the lower current of the second current value from the upper current of the capacitor and the intermediate current value. A charging current generating unit that generates a charging current; a charging control unit that starts charging the capacitor in response to the switching control signal; and a voltage / current converting unit that converts a charging voltage of the capacitor into the fourth element current. It is good to set it as the structure (12th structure) containing these.
また、上記第1〜第12いずれかの構成から成る過電流保護回路では、前記第1設定値が固定値であり、前記第2設定値が可変値である構成(第13の構成)にするとよい。 In the overcurrent protection circuit having any one of the first to twelfth configurations, the first set value is a fixed value and the second set value is a variable value (a thirteenth configuration). Good.
また、本明細書中に開示されている半導体集積回路装置は、出力電流の流れる電流経路を導通/遮断するパワートランジスタと、前記出力電流を監視して過電流保護信号を生成する上記第1〜第13いずれかの構成から成る過電流保護回路と、前記過電流保護信号に応じて前記パワートランジスタを制御するゲート制御部と、を集積化して成る構成(第14の構成)とされている。 Further, a semiconductor integrated circuit device disclosed in the present specification includes a power transistor that conducts / cuts off a current path through which an output current flows, and the first to the above first to generate an overcurrent protection signal by monitoring the output current. An overcurrent protection circuit having any one of the thirteenth configurations and a gate control unit that controls the power transistor in accordance with the overcurrent protection signal are integrated (fourteenth configuration).
また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第14の構成から成る半導体集積回路装置と、前記半導体集積回路装置に接続される負荷とを有する構成(第15の構成)とされている。 An electronic device disclosed in the present specification has a semiconductor integrated circuit device having the fourteenth configuration and a load connected to the semiconductor integrated circuit device (fifteenth configuration). ing.
なお、上記第15の構成から成る電子機器において、前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータである構成(第16の構成)にするとよい。 In the electronic apparatus having the fifteenth configuration, the load may be a bulb lamp, a relay coil, a solenoid, a light emitting diode, or a motor (a sixteenth configuration).
また、本明細書中に開示されている車両は、上記第15または第16の構成から成る電子機器を有する構成(第17の構成)とされている。 Further, the vehicle disclosed in the present specification has a configuration (a seventeenth configuration) including the electronic device having the fifteenth or sixteenth configuration.
本明細書中に開示されている発明によれば、瞬時電流の確保と負荷に応じた過電流保護とを両立することのできる過電流保護回路を提供することが可能となる。 According to the invention disclosed in the present specification, it is possible to provide an overcurrent protection circuit capable of ensuring both an instantaneous current and an overcurrent protection according to a load.
<半導体集積回路装置(第1実施形態)>
図1は、半導体集積回路装置の第1実施形態を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、ECU[electronic control unit]2からの指示に応じて電源電圧VBBの印加端と負荷3との間を導通/遮断する車載用ハイサイドスイッチIC(=車載IPDの一種)である。
<Semiconductor integrated circuit device (first embodiment)>
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a semiconductor integrated circuit device. The semiconductor integrated
なお、半導体集積回路装置1は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子T1〜T4を備えている。外部端子T1は、不図示のバッテリから電源電圧VBB(例えば12V)の供給を受け付けるための電源端子(VBBピン)である。外部端子T2は、負荷3(バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど)を外部接続するための負荷接続端子(OUTピン)である。外部端子T3は、ECU2から外部制御信号Siの外部入力を受け付けるための信号入力端子(INピン)である。外部端子T4は、ECU2に状態報知信号Soを外部出力するための信号出力端子(SENSEピン)である。なお、外部端子T4と接地端との間には、外部センス抵抗4が外付けされている。
The semiconductor integrated
また、半導体集積回路装置1は、NMOSFET10と、出力電流監視部20と、ゲート制御部30と、制御ロジック部40と、信号入力部50と、内部電源部60と、異常保護部70と、出力電流検出部80と、信号出力部90と、を集積化して成る。
In addition, the semiconductor
NMOSFET10は、ドレインが外部端子T1に接続されてソースが外部端子T2に接続された高耐圧(例えば42V耐圧)のパワートランジスタである。このように接続されたNMOSFET10は、電源電圧VBBの印加端から負荷3を介して接地端に至る電流経路を導通/遮断するためのスイッチ素子(ハイサイドスイッチ)として機能する。なお、NMOSFET10は、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号G1がローレベルであるときにオフする。
The
なお、NMOSFET10は、オン抵抗値が数十mΩとなるように設計すればよい。ただし、NMOSFET10のオン抵抗値が低いほど、外部端子T2の地絡時(=接地端ないしはこれに準ずる低電位端への短絡時)に過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、NMOSFET10のオン抵抗値を下げるほど、後述する過電流保護回路71や温度保護回路73の重要性が高くなる。
The
出力電流監視部20は、NMOSFET21及び21’とセンス抵抗22を含み、NMOSFET10に流れる出力電流Ioに応じたセンス電圧Vs(=センス信号に相当)を生成する。
The output
NMOSFET21及び21’は、いずれもNMOSFET10に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ioに応じたセンス電流Is及びIs’を生成する。NMOSFET10とNMOSFET21及び21’とのサイズ比は、m:1(ただしm>1)である。従って、センス電流Is及びIs’は、出力電流Ioを1/mに減じた大きさとなる。なお、NMOSFET21及び21’は、NMOSFET10と同様、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧G2がローレベルであるときにオフする。
The
センス抵抗22(抵抗値:Rs)は、NMOSFET21のソースと外部端子T2との間に接続されており、センス電流Isに応じたセンス電圧Vs(=Is×Rs+Vo、ただし、Voは外部端子T2に現れる出力電圧)を生成する電流/電圧変換素子である。
The sense resistor 22 (resistance value: Rs) is connected between the source of the
ゲート制御部30は、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成してNMOSFET10及び21それぞれのゲートに出力することにより、NMOSFET10及び21のオン/オフ制御を行う。なお、ゲート制御部30は、過電流保護信号S71が異常検出時の論理レベルである場合、ゲート制御信号S1に依ることなく、NMOSFET10及び21を強制的にオフさせる機能を備えている。
The
制御ロジック部40は、内部電源電圧Vregの供給を受けてゲート制御信号S1を生成する。例えば、外部制御信号Siがハイレベル(=NMOSFET10をオンさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されるので、制御ロジック部40が動作状態となり、ゲート制御信号S1がハイレベル(=Vreg)となる。一方、外部制御信号Siがローレベル(=NMOSFET10をオフさせるときの論理レベル)であるときには、内部電源部60から内部電源電圧Vregが供給されないので、制御ロジック部40が非動作状態となり、ゲート制御信号S1がローレベル(=GND)となる。また、制御ロジック部40は、各種の異常保護信号(過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、温度保護信号S73、及び、減電圧保護信号S74)を監視している。なお、制御ロジック部40は、上記した異常保護信号のうち、過電流保護信号S71、オープン保護信号S72、及び、温度保護信号S73の監視結果に応じて出力切替信号S2を生成する機能も備えている。
The
信号入力部50は、外部端子T3から外部制御信号Siの入力を受け付けて制御ロジック部40や内部電源部60に伝達するシュミットトリガである。なお、外部制御信号Siは、例えば、NMOSFET10をオンさせるときにハイレベルとなり、NMOSFET10をオフさせるときにローレベルとなる。
The
内部電源部60は、電源電圧VBBから所定の内部電源電圧Vregを生成して半導体集積回路装置1の各部に供給する。なお、内部電源部60の動作可否は、外部制御信号Siに応じて制御される。より具体的に述べると、内部電源部60は、外部制御信号Siがハイレベルであるときに動作状態となり、外部制御信号Siがローレベルであるときに非動作状態となる。
The internal
異常保護部70は、半導体集積回路装置1の各種異常を検出する回路ブロックであり、過電流保護回路71と、オープン保護回路72と、温度保護回路73と、減電圧保護回路74と、を含む。
The
過電流保護回路71は、センス電圧Vsの監視結果(=出力電流Ioの過電流異常が生じているか否か)に応じた過電流保護信号S71を生成する。なお、過電流保護信号S71は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
オープン保護回路72は、出力電圧Voの監視結果(=負荷3のオープン異常が生じているか否か)に応じたオープン保護信号S72を生成する。なお、オープン保護信号S72は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
温度保護回路73は、半導体集積回路装置1(特にNMOSFET10周辺)の異常発熱を検出する温度検出素子(不図示)を含み、その検出結果(=異常発熱が生じているか否か)に応じた温度保護信号S73を生成する。なお、温度保護信号S73は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The
減電圧保護回路74は、電源電圧VBBないしは内部電源電圧Vregの監視結果(=減電圧異常が生じているか否か)に応じた減電圧保護信号S74を生成する。なお、減電圧保護信号S74は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
The voltage
出力電流検出部80は、不図示のバイアス手段を用いてNMOSFET21’のソース電圧と出力電圧Voとを一致させることにより、出力電流Ioに応じたセンス電流Is’(=Io/m)を生成して信号出力部90に出力する。
The output
信号出力部90は、出力選択信号S2に基づいてセンス電流Is’(=出力電流Ioの検出結果に相当)と固定電圧V90(=異常フラグに相当、本図では明示せず)の一方を外部端子T4に選択出力する。なお、センス電流Is’が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、センス電流Is’を外部センス抵抗4(抵抗値:R4)で電流/電圧変換した出力検出電圧V80(=Is’×R4)がECU2に伝達される。なお、出力検出電圧V80は、出力電流Ioが大きいほど高くなり、出力電流Ioが小さいほど低くなる。一方、固定電圧V90が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、固定電圧V90がECU2に伝達される。
Based on the output selection signal S2, the
<信号出力部>
図2は、信号出力部90の一構成例を示すブロック図である。本構成例の信号出力部90はセレクタ91を含む。セレクタ91は、出力選択信号S2が異常未検出時の論理レベル(例えばローレベル)であるときに、センス電流Is’を外部端子T4に選択出力し、出力選択信号S2が異常検出時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときに、固定電圧V90を外部端子T4に選択出力する。なお、固定電圧V90は、先述した出力検出電圧V80の上限値よりも高い電圧値に設定されている。
<Signal output section>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
このような信号出力部90によれば、単一の状態報知信号Soを用いて出力電流Ioの検出結果と異常フラグの双方をECU2に伝達することができるので、外部端子数の削減に貢献することが可能となる。なお、状態報知信号Soから出力電流Ioの電流値を読み取る場合には、状態報知信号SoをA/D[analog-to-digital]変換してやればよい。一方、状態報知信号Soから異常フラグを読み取る場合には、固定電圧V90よりもやや低い閾値を用いて状態報知信号Soの論理レベルを判定してやればよい。
According to such a
<ゲート制御部>
図3は、ゲート制御部30の一構成例を示すブロック図である。本構成例のゲート制御部30は、ゲートドライバ31と、オシレータ32と、チャージポンプ33と、クランパ34と、NMOSFET35と、を含む。
<Gate control unit>
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the
ゲートドライバ31は、チャージポンプ33の出力端(=昇圧電圧VGの印加端)と外部端子T2(=出力電圧Voの印加端)との間に接続されており、ゲート制御信号S1の電流能力を高めたゲート駆動信号G1を生成する。なお、ゲート駆動信号G1は、ゲート制御信号S1がハイレベルであるときにハイレベル(=VG)となり、ゲート制御信号S1がローレベルであるときにローレベル(=Vo)となる。
The
オシレータ32は、所定周波数のクロック信号CLKを生成してチャージポンプ33に出力する。なお、オシレータ32の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Saに応じて制御される。
The
チャージポンプ33は、クロック信号CLKを用いてフライングキャパシタを駆動することにより、電源電圧VBBよりも高い昇圧電圧VGを生成する。なお、チャージポンプ33の動作可否は、制御ロジック部40からのイネーブル信号Sbに応じて制御される。
The
クランパ34は、外部端子T1(=電源電圧VBBの印加端)とNMOSFET10のゲートとの間に接続されている。外部端子T2に誘導性の負荷3が接続されるアプリケーションでは、NMOSFET10をオンからオフへ切り替える際、負荷3の逆起電力により、出力電圧Voが負電圧(<GND)となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ34(いわゆるアクティブクランプ回路)が設けられている。
The
NMOSFET35のドレインは、NMOSFET10のゲートに接続されている。NMOSFET35のソースは、外部端子T2に接続されている。NMOSFET35のゲートは、過電流保護信号S71の印加端に接続されている。
The drain of the
本構成例のゲート制御部30において、過電流保護信号S71がローレベル(=異常未検出時の論理レベル)であるときには、NMOSFET35がオフするので、NMOSFET10に対してゲート駆動信号G1が通常通りに印加される。一方、過電流保護信号S71がハイレベル(=異常検出時の論理レベル)であるときには、NMOSFET35がオンするので、NMOSFET10のゲート・ソース間がショートされる。
In the
このように、本構成例のゲート制御部30は、過電流保護信号S71がハイレベル(=異常検出時の論理レベル)であるときに、NMOSFET10を強制的にオフさせるようにゲート駆動信号G1を制御する機能を備えている。
As described above, the
<過電流保護回路>
図4は、過電流保護回路71の一構成例を示すブロック図である。本構成例の過電流保護回路71は、第1電流生成部110と、第2電流生成部120と、閾値電圧生成部130と、過電流検出部140と、参照電圧生成部150と、比較部160と、閾値制御部170と、を含む。
<Overcurrent protection circuit>
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the
第1電流生成部110は、第1電流Irefを生成して閾値電圧生成部130に出力する。第1電流Irefの電流値は、半導体集積回路装置1の内部で固定されている。
The first
第2電流生成部120は、第2電流Isetを生成して閾値電圧生成部130に出力する。第2電流Isetの電流値は、半導体集積回路装置1の外部から任意に調整することが可能である。
The second
閾値電圧生成部130は、閾値制御信号S170に応じて閾値電圧Vth(=過電流検出閾値に相当)を内部設定値VthHとするか外部設定値VthL(ただしVthH>VthL)とするかを切り替える。なお、内部設定値VthHは、第1電流Irefに応じて設定される固定値(=第1設定値に相当)である。一方、外部設定値VthLは、第2電流Isetに応じて設定される可変値(=第2設定値に相当)である。
The threshold
過電流検出部140は、センス電圧Vsと閾値電圧Vthとを比較して過電流保護信号S71を生成する。
The
参照電圧生成部150は、第2電流Isetに応じた参照電圧VIset(=参照値に相当)を生成する。
The reference
比較部160は、センス電圧Vsと参照電圧VIsetとを比較して比較信号VCMPを生成する。
The
閾値制御部170は、比較信号VCMPを監視して閾値制御信号S170を生成する。なお、閾値制御信号S170は、例えば、閾値電圧Vthとして内部設定値VthHを選択すべきときにローレベルとなり、閾値電圧Vthとして外部設定値VthLを選択すべきときにハイレベルとなる。
The
<第1電流生成部>
図5は、第1電流生成部110の一構成例を示す回路図である。本構成例の第1電流生成部110は、オペアンプ111と、NMOSFET112と、抵抗113(抵抗値:R113)と、を含む。
<First current generator>
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the first
オペアンプ111の電源端は、内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。オペアンプ111の基準電位端は、接地端GNDに接続されている。オペアンプ111の非反転入力端(+)は、基準電圧Vref(例えば、電源変動や温度変動などの影響を受けにくいバンドギャップ基準電圧)の印加端に接続されている。オペアンプ111の反転入力端(−)とNMOSFET112のソースは、抵抗113の第1端に接続されている。抵抗113の第2端は、接地端GNDに接続されている。オペアンプ111の出力端は、NMOSFET112のゲートに接続されている。NMOSFET112のドレインは、第1電流Irefの出力端に接続されている。
The power supply terminal of the
上記のように接続されたオペアンプ111は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするように、トランジスタ112のゲート制御を行う。その結果、抵抗113には、固定値の第1電流Iref(=Vref×R113)が流れる。
The
<第2電流生成部>
図6は、第2電流生成部120の一構成例を示す回路図である。本構成例の第2電流生成部120は、オペアンプ121と、NMOSFET122と、抵抗123(抵抗値:R123)と、外部端子SETと、を含む。
<Second current generator>
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the second
オペアンプ121の電源端は、内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。オペアンプ121の基準電位端は、接地端GNDに接続されている。オペアンプ121の非反転入力端(+)は、基準電圧Vrefの印加端に接続されている。オペアンプ121の反転入力端(−)とNMOSFET122のソースは、外部端子SETに接続されている。オペアンプ121の出力端は、NMOSFET122のゲートに接続されている。NMOSFET122のドレインは、第2電流Isetの出力端に接続されている。抵抗123は、半導体集積回路装置1の外部において、外部端子SETと接地端GNDとの間に接続されている。
The power supply terminal of the
上記のように接続されたオペアンプ121は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするように、トランジスタ122のゲート制御を行う。その結果、抵抗123には、自身の抵抗値R123に応じた第2電流Iset(=Vref×R123)が流れる。すなわち、第2電流Isetは、抵抗値R123が高いほど大きくなり、逆に、抵抗値R123が低いほど小さくなる。従って、外付けの抵抗123を用いて第2電流Isetを任意に調整することが可能となる。なお、オペアンプ121内部の差動段をカスコード回路とすれば、第2電流Isetの設定精度を高めることが可能となる。
The
<閾値電圧生成部・過電流検出部>
図7は、閾値電圧生成部130と過電流検出部140の一構成例を示す回路図である。閾値電圧生成部130は、電流源131と、抵抗132と、カレントミラー133と、を含む。一方、過電流検出部140は、コンパレータ141を含む。
<Threshold voltage generator / overcurrent detector>
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the threshold
電流源131は、カレントミラー部133の電流入力端と定電圧VBBM5の印加端との間に接続されており、閾値制御信号S170に応じて第1電流Irefと第2電流Isetの一方を選択出力する。より具体的に述べると、電流源131は、閾値制御信号S170がローレベルであるときに第1電流Irefを選択出力し、閾値制御信号S170がハイレベルであるときに第2電流Isetを選択出力する。
The
抵抗132は、カレントミラー部133の電流出力端と出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)との間に接続されており、閾値制御信号S170に応じて、その抵抗値が第1抵抗値Rref1と第2抵抗値Rref2の一方に切り替えられる。より具体的に述べると、抵抗132の抵抗値は、閾値制御信号S170がローレベルであるときに第1抵抗値Rref1となり、閾値制御信号S170がハイレベルであるときに第2抵抗値Rref2となる。
The
カレントミラー部133は、定電圧VBB_REFと昇圧電圧VGの供給を受けて動作し、電流源131から入力される第1電流Irefまたは第2電流Isetをミラーして抵抗132に出力する。従って、カレントミラー部133の電流出力端(=抵抗132の高電位端)には、閾値制御信号S170に応じてその電圧値が切り替わる閾値電圧Vthが生成される。より具体的に述べると、閾値電圧Vthは、閾値制御信号S170がローレベルであるときに内部設定値VthH(=Iref×Rref1)となり、閾値制御信号S170がハイレベルであるときに外部設定値VthL(=Iset×Rref2)となる。なお、カレントミラー部133は、第1電源系(VBB_REF−VBBM5系)から第2電源系(VG−Vo系)に第1電流Irefまたは第2電流Isetを受け渡すレベルシフタとしても機能する。
The
なお、定電圧VBB_REF及び定電圧VBBM5は、いずれも、半導体集積回路装置1の内部で生成される基準電圧であり、例えば、VBB_REF≒VBB、VBBM5≒VBB−5Vとなる。
The constant voltage VBB_REF and the constant voltage VBBM5 are both reference voltages generated inside the semiconductor integrated
コンパレータ141の電源端は、昇圧電圧VGの印加端に接続されている。コンパレータ141の基準電位端は、出力電圧Voの印加端(外部端子T2)に接続されている。コンパレータ141の非反転入力端(+)は、センス電圧Vsの印加端に接続されている。コンパレータ141の反転入力端(−)は、閾値電圧Vthの印加端に接続されている。このようにして接続されたコンパレータ141は、センス電圧Vsと閾値電圧Vthとを比較して過電流保護信号S71を生成する。過電流保護信号S71は、センス電圧Vsが閾値電圧Vthよりも低いときにローレベル(=過電流未検出時の論理レベル)となり、センス電圧Vsが閾値電圧Vthよりも高いときにハイレベル(=過電流検出時の論理レベル)となる。
The power supply terminal of the
図8は、過電流検出閾値の一例を示す模式図である。先にも述べたように、センス電圧Vsと比較される閾値電圧Vthは、閾値制御信号S170に応じて、内部設定値VthHと外部設定値VthLの一方に切り替えられる。これは、出力電流Ioと比較される過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpHと外部設定値IocpLの一方に切り替えられることと等価である。 FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of an overcurrent detection threshold. As described above, the threshold voltage Vth compared with the sense voltage Vs is switched to one of the internal set value VthH and the external set value VthL according to the threshold control signal S170. This is equivalent to the overcurrent detection threshold value Iocp compared with the output current Io being switched to one of the internal set value IocpH and the external set value IocpL.
なお、内部設定値IocpHは、負荷3のショート異常が生じた場合であっても半導体集積回路装置1が破壊されないように、NMOSFET10のオン抵抗値や素子耐圧に応じた固定値(例えば15A程度)とすることが望ましい。このように、内部設定値IocpHは、あくまで半導体集積回路装置1自体の保護を目的とするものであり、出力電流Ioの定常値から大きく乖離することも多い。
The internal set value IocpH is a fixed value (for example, about 15 A) corresponding to the on-resistance value and the element breakdown voltage of the
一方、外部設定値IocpLは、負荷3に応じて出力電流Ioの異常値が異なることに鑑み、負荷3に応じた可変値(例えば1A〜10A)とすることが望ましい。例えば、バルブランプ駆動時の出力電流Ioは、ソレノイド駆動時の出力電流Ioよりも一般的に大きい。これを鑑みると、バルブランプ駆動時には、ソレノイド駆動時よりも外部設定値IocpLを高めに設定すればよい。逆に、発光ダイオード駆動時の出力電流Ioは、ソレノイド駆動時の出力電流Ioよりも一般的に小さい。これを鑑みると、発光ダイオード駆動時には、ソレノイド駆動時よりも外部設定値IocpLを低めに設定すればよい。
On the other hand, in view of the fact that the abnormal value of the output current Io varies depending on the
ところで、半導体集積回路装置1の駆動対象となる負荷3には、その正常動作として瞬時的に大きな出力電流Ioを流す必要のあるものも存在する。例えば、バルブランプの起動時には、定常動作時よりも大きな突入電流が瞬時的に流れる。負荷3によっては、起動時の出力電流Ioと定常動作時の出力電流Ioとの間で数十倍の差が生じることもある。
By the way, some
そのため、瞬時電流の確保と負荷3に応じた過電流保護とを両立するためには、出力電流Ioと比較される過電流検出閾値Iocp(延いては、センス電圧Vsと比較される閾値電圧Vth)を適切なタイミングで切り替えてやる必要がある。
Therefore, in order to achieve both the securing of the instantaneous current and the overcurrent protection according to the
以下では、閾値電圧Vthの適切な切替制御を実現するための手段(参照電圧生成部150、比較部160、及び、閾値制御部170)について、詳細な説明を行う。
Hereinafter, a detailed description will be given of means for realizing appropriate switching control of the threshold voltage Vth (the reference
<参照電圧生成部・比較部>
図9は、参照電圧生成部150と比較部160の一構成例を示す回路図である。参照電圧生成部150は、電流源151と抵抗152(抵抗値:R152)を含む。また、比較部160は、コンパレータ161を含む。
<Reference voltage generator / comparator>
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the reference
電流源151は、昇圧電圧VGの印加端と抵抗152との間に接続されており、第2電流生成部120で生成される第2電流Iset(より正確には、第2電流Isetと等価の可変電流)を出力する。
The
抵抗152は、電流源151と出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)との間に接続されており、第2電流Isetに応じた参照電圧VIset(=Iset×R152)を生成する電流/電圧変換素子である。
The
コンパレータ161の電源端は、昇圧電圧VGの印加端に接続されている。コンパレータ161の基準電位端は、出力電圧Voの印加端(外部端子T2)に接続されている。コンパレータ161の非反転入力端(+)は、センス電圧Vsの印加端に接続されている。コンパレータ161の反転入力端(−)は、参照電圧VIsetの印加端に接続されている。このように接続されたコンパレータ161は、センス電圧Vsと参照電圧VIsetとを比較して比較信号VCMPを生成する。比較信号VCMPは、センス電圧Vsが参照電圧VIsetよりも低いときにローレベルとなり、センス電圧Vsが参照電圧VIsetよりも高いときにハイレベルとなる。
The power supply terminal of the
なお、抵抗152の抵抗値R152は、比較信号VCMPに応じて第1抵抗値Rdet1と第2抵抗値Rdet2(ただしRdet1>Rdet2)の一方に切り替えられる。より具体的に述べると、抵抗152の抵抗値R152は、比較信号VCMPがローレベルであるときに第1抵抗値Rdet1となり、比較信号VCMPがハイレベルであるときに第2抵抗値Rdet2となる。このような抵抗値R152の切替制御により、比較部160にヒステリシス特性を付与することができる。
The resistance value R152 of the
<閾値制御部>
図10は、閾値制御部170の一構成例を示す回路図である。閾値制御部170は、コンパレータ171と、電流源172と、レベルシフタ173と、RSフリップフロップ174と、放電制御部175と、NMOSFET176と、キャパシタ177と、外部端子DLYと、を含む。
<Threshold control unit>
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a configuration example of the
コンパレータ171の電源端は、内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。コンパレータ171の基準電位端は、接地端GNDに接続されている。コンパレータ171の非反転入力端(+)は、外部端子DLY(充電電圧Vdの印加端)に接続されている。コンパレータ171の反転入力端(−)は、マスク期間満了電圧Vdrefの印加端に接続されている。このように接続されたコンパレータ171は、充電電圧Vdとマスク期間満了電圧Vdrefとを比較して内部信号Sxを生成する。内部信号Sxは、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも高いときにハイレベルとなり、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも低いときにローレベルとなる。
The power supply terminal of the
電流源172は、内部電源電圧Vregの印加端と外部端子DLYとの間に接続されており、所定の充電電流Idを生成する。なお、電流源172の動作可否は、内部信号Sy(=レベルシフト済みの比較信号VCMPに相当)に応じて制御される。より具体的に述べると、電流源172は、内部信号Syがハイレベルであるときに動作状態となり、内部信号Syがローレベルであるときに非動作状態となる。
The
レベルシフタ173は、昇圧電圧VGと出力電圧Voとの間でパルス駆動される比較信号VCMPをレベルシフトさせることにより、内部電源電圧Vregと接地電圧GNDとの間でパルス駆動される内部信号Syを生成する。従って、比較信号VCMPがハイレベル(=VG)であるときには、内部信号Syもハイレベル(=Vreg)となり、比較信号VCMPがローレベル(=Vo)であるときには、内部信号Syもローレベル(=GND)となる。
The
RSフリップフロップ174は、セット端(S)に入力される内部信号Sxとリセット端(R)に入力される内部信号Syに応じて、出力端(Q)から閾値制御信号S170を出力する。より具体的に述べると、RSフリップフロップ174は、内部信号Sxの立上りタイミングで閾値制御信号S170をハイレベルにセットする一方、内部信号Syの立下りタイミングで閾値制御信号S170をローレベルにリセットする。
The RS flip-
放電制御部175は、内部信号Sxに応じて、内部信号Szを生成する。より具体的に述べると、放電制御部175は、内部信号Sxの立上りタイミングで内部信号Szを所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとする。
The
NMOSFET176は、内部信号Szに応じて外部端子DLYと接地端GNDとの間(=キャパシタ177の両端間)を導通/遮断する放電スイッチ素子である。なお、NMOSFET176は、内部信号Szがハイレベルであるときにオンし、内部信号Szがローレベルであるときにオフする。
The
キャパシタ177は、半導体集積回路装置1の外部において、外部端子DLYと接地端GNDとの間に接続されている。NMOSFET176がオフされているときに、電流源172から充電電流Idが供給されると、キャパシタ177の充電電圧Vdが上昇する。一方、NMOSFET176がオンされているときには、キャパシタ177がNMOSFET176を介して放電されるので、充電電圧Vdが低下する。
The
<過電流保護動作>
図11は、過電流保護動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、外部制御信号Si、第1電流Iref、第2電流Iset、センス電圧Vs、比較信号VCMP、充電電圧Vd、内部信号Sx〜Sz、閾値制御信号S170、閾値電圧Vth、並びに、状態報知信号Soが描写されている。
<Overcurrent protection operation>
FIG. 11 is a timing chart showing an example of the overcurrent protection operation. In order from the top, the external control signal Si, the first current Iref, the second current Iset, the sense voltage Vs, the comparison signal VCMP, the charge voltage Vd, and the internal signal Sx to Sz, a threshold control signal S170, a threshold voltage Vth, and a state notification signal So are depicted.
時刻t11において、外部制御信号Siがハイレベルに立ち上げられると、第1電流Irefの生成動作が遅滞なく開始される。ただし、時刻t11では、半導体集積回路装置1のシャットダウンが解除されておらず、NMOSFET10がオフされたままなので、NMOSFET10には出力電流Ioが流れない。従って、センス電圧Vsは0Vに維持されたままである。
When the external control signal Si is raised to a high level at time t11, the operation of generating the first current Iref is started without delay. However, at time t11, the shutdown of the semiconductor integrated
時刻t12において、時刻t11から所定の起動遅延期間Tdly(例えば5μs)が経過すると、半導体集積回路装置1のシャットダウンが解除される。その結果、NMOSFET10がオンされて出力電流Ioが流れ始めるのでセンス電圧Vsが上昇し始める。また、時刻t12では、第2電流Isetとこれに応じた参照電圧VIset(本図ではVIset=VthL)の生成動作も開始される。なお、時刻t12では、センス電圧Vsが参照電圧VIsetよりも低いので比較信号VCMPがローレベルとなる。従って、閾値制御信号S170がローレベルとなるので、閾値電圧Vthとして内部設定値VthHが選択された状態となる。
At time t12, when a predetermined activation delay period Tdly (for example, 5 μs) elapses from time t11, the shutdown of the semiconductor integrated
時刻t13において、センス電圧Vsが参照電圧VIsetを上回ると、比較信号VCMPがハイレベルとなる。その結果、内部信号Syがハイレベルとなるので、充電電圧Vdが上昇し始める。なお、時刻t13では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも低いので、内部信号Sxがローレベルのままとなる。従って、閾値制御信号S170がローレベルに維持されるので、閾値電圧Vthとして内部設定値VthHが選択されたままとなる。そのため、センス電圧Vsが外部設定値VthL(=VIset)を上回っていても過電流保護は掛からない。 When the sense voltage Vs exceeds the reference voltage VIset at time t13, the comparison signal VCMP becomes high level. As a result, the internal signal Sy goes high, and the charging voltage Vd begins to rise. At time t13, since the charging voltage Vd is lower than the mask period expiration voltage Vdref, the internal signal Sx remains at a low level. Therefore, since the threshold control signal S170 is maintained at the low level, the internal set value VthH remains selected as the threshold voltage Vth. Therefore, even if the sense voltage Vs exceeds the external set value VthL (= VIset), overcurrent protection is not applied.
時刻t14において、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxがハイレベルとなる。従って、閾値制御信号S170がハイレベルにセットされるので、閾値電圧Vthが外部設定値VthLに切り替わる。その結果、時刻t14以降は、センス電圧Vsが外部設定値VthLを上回らないように過電流保護が掛かるようになる。また、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がると、内部信号Szも所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとなるので、充電電圧Vdが0Vまで放電される。なお、放電期間Tdchgは、先述の起動遅延期間Tdlyよりも短時間(例えば3μs)であることが望ましい。 When the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t14, the internal signal Sx becomes high level. Therefore, since the threshold control signal S170 is set to a high level, the threshold voltage Vth is switched to the external set value VthL. As a result, after time t14, overcurrent protection is applied so that the sense voltage Vs does not exceed the external set value VthL. When the internal signal Sx rises to a high level, the internal signal Sz also becomes a high level over a predetermined discharge period Tdchg, so that the charging voltage Vd is discharged to 0V. The discharge period Tdchg is desirably shorter (for example, 3 μs) than the above-described start delay period Tdly.
このように、閾値電圧Vthが内部設定値VthHとされているときには、センス電圧Vsが参照電圧VIsetを上回ったまま、所定のマスク期間Tmask(=時刻t13〜t14)が経過した時点で、閾値電圧Vthが外部設定値VthLに切り替えられる。従って、負荷3に応じた過電流保護を実現することが可能となる。
Thus, when the threshold voltage Vth is the internal set value VthH, the threshold voltage is reached when a predetermined mask period Tmask (= time t13 to t14) elapses while the sense voltage Vs exceeds the reference voltage VIset. Vth is switched to the external set value VthL. Therefore, overcurrent protection according to the
一方、本図では明示していないが、センス電圧Vsが瞬時的に参照電圧VIsetを上回ったとしても、マスク期間Tmaskの満了前に再び参照電圧VIsetを下回れば、閾値電圧Vthが内部設定値VthHに維持されたままとなる。従って、意図しない過電流保護が掛からないので、起動時の瞬時電流を確保することが可能となる。 On the other hand, although not explicitly shown in this figure, even if the sense voltage Vs instantaneously exceeds the reference voltage VIset, if the reference voltage VIset falls again before the mask period Tmask expires, the threshold voltage Vth becomes the internal set value VthH. Will remain maintained. Accordingly, since unintended overcurrent protection is not applied, it is possible to secure an instantaneous current at the time of startup.
また、当然のことながら、閾値電圧Vthが内部設定値VthHとされているときに、センス電圧Vsが内部設定値VthHを上回ると、その時点で遅滞なく過電流保護が掛かる。従って、負荷3のショート異常などが生じたときには、NMOSFET10を速やかに強制オフすることができるので、半導体集積回路装置1自体の破壊を未然に防止することが可能となる。
As a matter of course, when the threshold voltage Vth is set to the internal set value VthH, if the sense voltage Vs exceeds the internal set value VthH, overcurrent protection is applied without delay at that time. Therefore, when a short circuit abnormality of the
なお、上記のマスク期間Tmaskは、外付けのキャパシタ177を用いて任意に調整することのできる可変値である。より具体的に述べると、マスク期間Tmaskは、キャパシタ177の容量値が大きいほど長くなり、キャパシタ177の容量値が小さいほど短くなる。ただし、マスク期間Tmaskが長いほど、外部設定値VthLを用いた過電流保護の開始タイミングが遅れる。従って、マスク期間Tmaskは、起動時における瞬時電流の継続時間を考慮して、必要最小限の長さに設定しておくことが望ましい。
The mask period Tmask is a variable value that can be arbitrarily adjusted using the
また、半導体集積回路装置1の用途(負荷3の種類)に応じて、マスク期間Tmaskを設けるか否かを任意に使い分けることも可能である。例えば、外部端子DLYをオープンとしておけば、マスク期間Tmaskが実質的にゼロとなるので、外部設定値VthLのみが設けられている場合と等価になる。また、例えば、外部端子DLYを接地端GNDとショートしておけば、マスク期間Tmaskが無限大となるので、内部設定値VthHのみが設けられている場合と等価になる。 Further, depending on the application of the semiconductor integrated circuit device 1 (the type of the load 3), it is possible to arbitrarily use whether or not to provide the mask period Tmask. For example, if the external terminal DLY is left open, the mask period Tmask is substantially zero, which is equivalent to the case where only the external set value VthL is provided. For example, if the external terminal DLY is short-circuited to the ground terminal GND, the mask period Tmask becomes infinite, which is equivalent to the case where only the internal set value VthH is provided.
時刻t15において、センス電圧Vsが参照電圧VIsetを下回ると、比較信号VCMPがローレベルとなり、延いては、内部信号Syがローレベルとなる。その結果、閾値制御信号S170がローレベルにリセットされるので、閾値電圧Vthが内部設定値VthHに切り替わる。 When the sense voltage Vs falls below the reference voltage VIset at time t15, the comparison signal VCMP becomes low level, and the internal signal Sy becomes low level. As a result, the threshold control signal S170 is reset to a low level, and the threshold voltage Vth is switched to the internal set value VthH.
このように、閾値電圧Vthが外部設定値VthLとされているときには、センス電圧Vsが参照電圧VIsetを下回った時点で、閾値電圧Vthが内部設定値VthHに切り替えられる。すなわち、外部設定値VthLを用いた過電流保護動作が解除されると、過電流保護回路71は、起動時の初期状態に戻される。
Thus, when the threshold voltage Vth is the external set value VthL, the threshold voltage Vth is switched to the internal set value VthH when the sense voltage Vs falls below the reference voltage VIset. That is, when the overcurrent protection operation using the external set value VthL is canceled, the
時刻t16において、外部制御信号Siがローレベルに立ち上げられると、半導体集積回路装置1のシャットダウンされて上記一連の動作が終了する。
When the external control signal Si rises to a low level at time t16, the semiconductor integrated
なお、状態報知信号Soに着目すると、過電流未検出期間(時刻t14〜t15以外)には、出力電流Ioの検出結果に相当する出力検出電圧V80(図中の破線も参照)が選択出力されている。一方、過電流検出期間(時刻t14〜t15)には、出力検出電圧V80に代えて、異常フラグに相当する定電圧V90が選択出力されている。 Focusing on the state notification signal So, the output detection voltage V80 (see also the broken line in the figure) corresponding to the detection result of the output current Io is selectively output in the overcurrent non-detection period (other than times t14 to t15). ing. On the other hand, in the overcurrent detection period (time t14 to t15), instead of the output detection voltage V80, the constant voltage V90 corresponding to the abnormality flag is selectively output.
図12は、閾値切替動作の一例を示すフローチャートである。フローが開始されると、まず、ステップS101において、閾値電圧Vthが内部設定値VthH(=Iref×Rref1)に設定される(図11の時刻t12に相当)。 FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of the threshold value switching operation. When the flow starts, first, in step S101, the threshold voltage Vth is set to the internal set value VthH (= Iref × Rref1) (corresponding to time t12 in FIG. 11).
次に、ステップS102では、センス電圧Vsが参照電圧VIsetよりも高いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS103に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS102に戻されて本ステップでの判定が繰り返される(図11の時刻t12〜t13に相当)。 Next, in step S102, it is determined whether or not the sense voltage Vs is higher than the reference voltage VIset. If the determination is yes, the flow proceeds to step S103. On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S102, and the determination in this step is repeated (corresponding to times t12 to t13 in FIG. 11).
ステップS103では、ステップS102でのイエス判定を受けて、キャパシタ177の充電が開始される(図11の時刻t13に相当)。
In step S103, in response to a YES determination in step S102, charging of the
次に、ステップS104では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも高いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS105に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS104に戻されて本ステップでの判定が繰り返される(図11の時刻t13〜t14に相当)。 Next, in step S104, it is determined whether or not the charging voltage Vd is higher than the mask period expiration voltage Vdref. If the determination is yes, the flow proceeds to step S105. On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S104, and the determination in this step is repeated (corresponding to times t13 to t14 in FIG. 11).
ステップS105では、ステップS104でのイエス判定を受けて、キャパシタ177が放電される。また、ステップS106では、閾値電圧Vthが外部設定値VthL(=Iset×Rref2)に切り替えられる。これらのステップS105及びS106は、図11の時刻t14に相当する。
In step S105, the
次に、ステップS107では、センス電圧Vsが参照電圧VIsetよりも低いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS101に戻されて、閾値電圧Vthが再び内部設定値VthH(=Iref×Rref1)に切り替えられる(図11の時刻t15に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS107に戻されて本ステップでの判定が繰り返される(図11の時刻t14〜t15に相当)。 Next, in step S107, it is determined whether or not the sense voltage Vs is lower than the reference voltage VIset. If the determination is yes, the flow returns to step S101, and the threshold voltage Vth is switched again to the internal set value VthH (= Iref × Rref1) (corresponding to time t15 in FIG. 11). On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S107, and the determination in this step is repeated (corresponding to times t14 to t15 in FIG. 11).
<使用例>
図13は、過電流保護回路71の第1使用例を示す模式図である。例えば、負荷3がバルブランプである場合には、本図中の実線で示したように、起動時の出力電流Ioとして定常動作時よりも大きい瞬時電流が流れる。ただし、先述のマスク期間Tmaskを適切に設定しておけば、上記の瞬時電流を検出対象から除外することができるので、意図しない過電流保護が掛かることはない。すなわち、過大な瞬時電流が流れる起動時には、出力電流Ioと内部設定値IocpHとが比較されることになり、定常動作時には出力電流Ioと外部設定値IocpLとが比較されることになる。従って、出力電流Ioの駆動エリアは、本図中のハッチングを付した領域として表すことができる。
<Usage example>
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a first usage example of the
図14は、過電流保護回路71の第2使用例を示す模式図である。例えば、負荷3がモータである場合には、本図中の実線で示したように、ロック時の出力電流Ioとして定常動作時よりも大きい瞬時電流が流れる。ただし、先述のマスク期間Tmaskを適切に設定しておけば、上記の瞬時電流を検出対象から除外することができるので、意図しない過電流保護が掛かることはない。すなわち、過大な瞬時電流が流れるロック時には、出力電流Ioと内部設定値IocpHとが比較されることになり、定常動作時には出力電流Ioと外部設定値IocpLとが比較されることになる。従って、出力電流Ioの駆動エリアは、本図中のハッチングを付した領域として表すことができる。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a second usage example of the
<作用・効果>
これまでに説明してきたように、過電流保護回路71では、出力電流Ioと比較される過電流検出閾値Iocpとして、2段階の内部設定値IocpHと外部設定値IocpLが用意されており、かつ、内部設定値IocpHから外部設定値IocpLに切り替えるまでの猶予期間として、所定のマスク期間Tmaskが設けられている。
<Action and effect>
As described above, in the
このような構成を採用することにより、瞬時電流の確保と負荷3に応じた過電流保護とを両立することが可能となる。特に、負荷3の定常動作時には、内部設定値IocpHよりも十分に低い外部設定値IocpLと出力電流Ioとが比較されるので、負荷3の駆動電流からかけ離れた大電流が出力電流Ioとして流れ続けることはない。従って、負荷3に接続されるハーネスを従来よりも細径化することが可能となる。
By adopting such a configuration, it is possible to achieve both securing of instantaneous current and overcurrent protection according to the
また、過電流保護回路71であれば、負荷3に応じた過電流保護をECU2で行う必要がなくなるので、ECU2の負担(=出力電流Ioの常時監視など)を軽減することが可能となり、延いては、ECU2のマイコンレス化を実現することが可能となる。
Further, the
<半導体集積回路装置(第2実施形態)>
図15は、半導体集積回路装置1の第2実施形態を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、2チャンネルの負荷3X及び3Yをそれぞれ個別に駆動することができるように、これまでに説明してきた構成要素(機能ブロック10〜90、外部端子T1〜T4、及び、各種の電圧、電流、信号など)をチャンネル毎に有している。
<Semiconductor Integrated Circuit Device (Second Embodiment)>
FIG. 15 is a block diagram showing a second embodiment of the semiconductor integrated
なお、負荷3Xの駆動に関わる構成要素には、符号の末尾に「X」を付してあり、負荷3Yの駆動に関わる構成要素には、符号の末尾に「Y」を付してあるが、それぞれの動作や機能については、末尾に「X」及び「Y」が付されていない先出の構成要素と基本的に共通である。例えば、NMOSFET10X及び10Yそれぞれの動作や機能は、先出のNMOSFET10と基本的に同一である。その他の構成要素についても同様である。そこで、特筆すべき事項がない限り、各構成要素の動作や機能については、重複した説明を割愛する。また、本図では、出力電流検出部80と信号出力部90を明示していないが、これらの機能ブロックについては別途後述する。
Note that components related to driving of the
本実施形態の半導体集積回路装置1では、2チャンネルの負荷3X及び3Yをそれぞれ個別に駆動することができるので、チャンネル毎の起動タイミングも異なる場合がある。そのため、各チャンネルで瞬時電流の確保と負荷に応じた過電流保護とを両立するためには、起動タイミングの違いに依ることなく、チャンネル毎に先述のマスク期間Tmaskを正しく設定しなければならない。
In the semiconductor integrated
これを実現するための最も簡易な構成は、先出の過電流保護回路71(図4を参照)を2チャンネル分用意して、それぞれを各チャンネル用の過電流保護回路71X及び71Yとして並列に設けることである。しかしながら、このような構成では、マスク期間Tmaskを設定するための外部端子DLYが2つ必要となるので、半導体集積回路装置1のパッケージ変更やコストアップなどを招くおそれがある。
The simplest configuration for realizing this is to prepare the above-described overcurrent protection circuit 71 (see FIG. 4) for two channels, and each of them as
そこで、以下では、外部端子DLYの追加を要することなく、チャンネル毎にマスク期間Tmaskを正しく設定することのできる過電流保護回路71を提案する。
Therefore, in the following, an
図16は、2チャンネル化された過電流保護回路71の一構成例を示すブロック図である。本構成例の過電流保護回路71は、第1電流生成部110と、第2電流生成部120と、閾値電圧生成部130X及び130Yと、過電流検出部140X及び140Yと、参照電圧生成部150X及び150Yと、比較部160X及び160Yと、閾値制御部170と、を含む。
FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of the two-channel
上記構成要素のうち、第1電流生成部110、第2電流生成部120、閾値電圧生成部130X、過電流検出部140X、参照電圧生成部150X、比較部160X、及び、閾値制御部170は、第1チャンネル用の過電流検出回路71Xとして機能する。
Among the above components, the first
一方、上記構成要素のうち、第1電流生成部110、第2電流生成部120、閾値電圧生成部130Y、過電流検出部140Y、参照電圧生成部150Y、比較部160Y、及び、閾値制御部170は、第2チャンネル用の過電流検出回路71Yとして機能する。
Meanwhile, among the above components, the first
このように、本構成例の過電流保護回路71において、第1電流生成部110、第2電流生成部120、及び、閾値制御部170は、第1チャンネルと第2チャンネルで兼用されている。
As described above, in the
第1電流生成部110は、第1電流Irefを生成して閾値電圧生成部130X及び130Yに出力する。第1電流Irefの電流値は、半導体集積回路装置1の内部で固定されている。第1電流生成部110の構成は、基本的に先出の図5で示した通りである。第1電流Irefを閾値電圧生成部130X及び130Yの双方に出力する手段としては、例えば、2系統の電流出力端を持つカレントミラーを用いればよい。
The first
第2電流生成部120は、第2電流Isetを生成して閾値電圧生成部130X及び130Yに出力する。第2電流Isetの電流値は、半導体集積回路装置1の外部から任意に調整することが可能である。第2電流生成部120の構成は、基本的に先出の図6で示した通りである。第2電流Isetを閾値電圧生成部130X及び130Yの双方に出力する手段としては、例えば、2系統の電流出力端を持つカレントミラーを用いればよい。
The second
閾値電圧生成部130Xは、閾値制御信号S170Xに応じて閾値電圧VthXを内部設定値VthXHとするか外部設定値VthXL(ただしVthXH>VthXL)とするかを切り替える。なお、内部設定値VthXHは、第1電流Irefに応じて設定される固定値(=第1設定値に相当)である。一方、外部設定値VthXLは、第2電流Isetに応じて設定される可変値(=第2設定値に相当)である。
The threshold
閾値電圧生成部130Yは、閾値制御信号S170Yに応じて閾値電圧VthYを内部設定値VthYHとするか外部設定値VthYL(ただしVthYH>VthYL)とするかを切り替える。なお、内部設定値VthYHは、第1電流Irefに応じて設定される固定値(=第3設定値に相当)である。一方、外部設定値VthYLは、第2電流Isetに応じて設定される可変値(=第4設定値に相当)である。
The threshold
過電流検出部140Xは、出力電流IoXに応じたセンス電圧VsXと閾値電圧VthXとを比較して過電流保護信号S71Xを生成する。
The
過電流検出部140Yは、出力電流IoYに応じたセンス電圧VsYと閾値電圧VthYとを比較して過電流保護信号S71Yを生成する。
The
参照電圧生成部150Xは、第2電流Isetに応じた参照電圧VIsetX(=第1参照値に相当)を生成する。
The reference
参照電圧生成部150Yは、第2電流Isetに応じた参照電圧VIsetY(=第2参照値に相当)を生成する。
The reference
比較部160Xは、センス電圧VsXと参照電圧VIsetXとを比較して比較信号VCMPXを生成する。
The
比較部160Yは、センス電圧VsYと参照電圧VIsetYとを比較して比較信号VCMPYを生成する。
The
閾値制御部170は、比較信号VCMPX及びVCMPYの双方を監視して閾値制御信号S170X及びS170Yを生成する。
The
なお、閾値制御信号S170Xは、例えば、閾値電圧VthXとして内部設定値VthXHを選択すべきときにローレベルとなり、閾値電圧VthXとして外部設定値VthXLを選択すべきときにハイレベルとなる。 The threshold control signal S170X is, for example, a low level when the internal set value VthXH should be selected as the threshold voltage VthX, and a high level when the external set value VthXL should be selected as the threshold voltage VthX.
一方、閾値制御信号S170Yは、例えば、閾値電圧VthYとして内部設定値VthYHを選択すべきときにローレベルとなり、閾値電圧VthYとして外部設定値VthYLを選択すべきときにハイレベルとなる。 On the other hand, the threshold control signal S170Y is at a low level when, for example, the internal set value VthYH is to be selected as the threshold voltage VthY, and is at a high level when the external set value VthYL is to be selected as the threshold voltage VthY.
<閾値制御部(第1実施例)>
図17は、閾値制御部170の第1実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先の図10をベースとしつつ、2チャンネル化を実現する手段として、コンパレータ171と、電流源172と、レベルシフタ173X及び173Yと、RSフリップフロップ174X及び174Yと、放電制御部175と、NMOSFET176と、キャパシタ177と、充電制御部178と、外部端子DLYと、を含む。
<Threshold control unit (first embodiment)>
FIG. 17 is a block diagram illustrating a first embodiment of the
コンパレータ171は、非反転入力端(+)に入力される充電電圧Vd(=外部端子DLYに現れるキャパシタ177の充電電圧)と、反転入力端(−)に入力されるマスク期間満了電圧Vdrefとを比較して内部信号Sxを生成する。内部信号Sxは、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも高いときにハイレベルとなり、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも低いときにローレベルとなる。この点については先の図10と同様である。
The
電流源172は、充電制御信号S178に応じて充電電流Idを生成する。具体的に述べると、電流源172は、電流制御信号S178がハイレベルであるときに充電電流Idを出力し、充電制御信号S178がローレベルであるときに充電電流Idを停止する。
The
レベルシフタ173Xは、比較信号VCMPXをレベルシフトさせて内部信号SyXを生成する。
The
レベルシフタ173Yは、比較信号VCMPYをレベルシフトさせて内部信号SyYを生成する。
The
RSフリップフロップ174Xは、セット端(S)に入力される内部信号Sxとリセット端(R)に入力される内部信号SyXに応じて、出力端(Q)から閾値制御信号S170Xを出力する。より具体的に述べると、RSフリップフロップ174Xは、内部信号Sxの立上りタイミングで閾値制御信号S170Xをハイレベルにセットする一方、内部信号SyXの立下りタイミングで閾値制御信号S170Xをローレベルにリセットする。
The RS flip-
RSフリップフロップ174Yは、セット端(S)に入力される内部信号Sxとリセット端(R)に入力される内部信号SyYに応じて、出力端(Q)から閾値制御信号S170Yを出力する。より具体的に述べると、RSフリップフロップ174Yは、内部信号Sxの立上りタイミングで閾値制御信号S170Yをハイレベルにセットする一方、内部信号SyYの立下りタイミングで閾値制御信号S170Yをローレベルにリセットする。
The RS flip-
放電制御部175は、内部信号Sxに応じて、内部信号Szを生成する。より具体的に述べると、放電制御部175は、内部信号Sxの立上りタイミングで内部信号Szを所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとする。この点については、先の図10と同様である。
The
NMOSFET176は、内部信号Szに応じて外部端子DLYと接地端GNDとの間(=キャパシタ177の両端間)を導通/遮断する放電スイッチ素子である。なお、NMOSFET176は、内部信号Szがハイレベルであるときにオンし、内部信号Szがローレベルであるときにオフする。この点についても、先の図10と同様である。
The
キャパシタ177は、半導体集積回路装置1の外部において、外部端子DLYと接地端GNDとの間に接続されている。NMOSFET176がオフされているときに、電流源172から充電電流Idが供給されると、キャパシタ177の充電電圧Vdが上昇する。一方、NMOSFET176がオンされているときには、キャパシタ177がNMOSFET176を介して放電されるので、充電電圧Vdが低下する。この点についても、先の図10と同様である。
The
充電制御部178は、内部信号SyX及びSyY(延いては比較信号VCMPX及びVCMPY)の双方に応じて充電制御信号S178を生成する。なお、充電制御信号S178は、基本的に、内部信号SyXまたはSyYの立上りタイミングでハイレベル(=充電時の論理レベル)となる。
The
図18は、第1実施例の閾値切替動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、センス電圧VsX及びVsY、比較信号VCMPX及びVCMPY(内部信号SyX及びSyYと等価)、充電電圧Vd、内部信号Sx及びSz、閾値制御信号S170X及びS170Y、並びに、閾値電圧VthX及びVthYがそれぞれ描写されている。 FIG. 18 is a timing chart showing the threshold value switching operation of the first embodiment. From the top, the sense voltages VsX and VsY, the comparison signals VCMPX and VCMPY (equivalent to the internal signals SyX and SyY), the charging voltage Vd, and the internal signal Sx and Sz, threshold control signals S170X and S170Y, and threshold voltages VthX and VthY are depicted, respectively.
時刻t21において、NMOSFET10Xがオンされると、センス電圧VsXが上昇し始める。ただし、時刻t21では、センス電圧VsXが参照電圧VIsetXよりも低いので、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)がローレベルとなる。従って、閾値制御信号S170Xがローレベルとなるので、閾値電圧VthXとして内部設定値VthXHが選択された状態となる。なお、時刻t21では、NMOSFET10Yがオフされたままであり、センス電圧VsYが0Vに維持されている。
When the
時刻t22において、センス電圧VsXが参照電圧VIsetXを上回ると、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)がハイレベルとなり、充電電圧Vdが上昇し始める。ただし、時刻t22では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも低いので、内部信号Sxがローレベルのままとなる。従って、閾値制御信号S170Xがローレベルに維持され、閾値電圧VthXとして内部設定値VthXHが選択されたままとなる。そのため、センス電圧VsXが外部設定値VthXL(=VIsetX)を上回っていても過電流保護は掛からない。なお、時刻t22では、NMOSFET10Yがオフされたままであり、センス電圧VsYが0Vに維持されている。
When the sense voltage VsX exceeds the reference voltage VIsetX at time t22, the comparison signal VCMPX (= internal signal SyX) becomes a high level, and the charging voltage Vd starts to rise. However, at time t22, since the charging voltage Vd is lower than the mask period expiration voltage Vdref, the internal signal Sx remains at a low level. Therefore, the threshold control signal S170X is maintained at a low level, and the internal set value VthXH remains selected as the threshold voltage VthX. Therefore, even if the sense voltage VsX exceeds the external set value VthXL (= VIsetX), overcurrent protection is not applied. At time t22, the
時刻t23では、NMOSFET10Yがオンされて、センス電圧VsYが上昇し始める。なお、時刻t23では、センス電圧VsYが参照電圧VIsetYよりも低いので、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)がローレベルとなる。従って、閾値制御信号S170Yがローレベルとなるので、閾値電圧VthYとして内部設定値VthYHが選択された状態となる。
At time t23, the
時刻t24において、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxがハイレベルとなる。また、時刻t24では、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)が既にハイレベル(=リセット解除時の論理レベル)となっている。従って、閾値制御信号S170Xがハイレベルにセットされ、閾値電圧VthXが外部設定値VthXLに切り替わる。その結果、時刻t24以降、センス電圧VsXが外部設定値VthXLを上回らないように、過電流保護が掛かるようになる。また、内部信号Sxがハイレベルになると、内部信号Szも所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとなるので、充電電圧Vdが0Vまで放電される。 When the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t24, the internal signal Sx becomes high level. At time t24, the comparison signal VCMPX (= internal signal SyX) is already at the high level (= the logic level when the reset is released). Accordingly, the threshold control signal S170X is set to a high level, and the threshold voltage VthX is switched to the external set value VthXL. As a result, after time t24, overcurrent protection is applied so that the sense voltage VsX does not exceed the external set value VthXL. When the internal signal Sx becomes high level, the internal signal Sz also becomes high level for a predetermined discharge period Tdchg, so that the charging voltage Vd is discharged to 0V.
すなわち、閾値電圧VthXに着目すると、閾値電圧VthXが内部設定値VthXHとされているときには、センス電圧VsXが参照電圧VIsetXを上回ったまま、所定のマスク期間Tmask(=時刻t22〜t24)が経過した時点で、閾値電圧VthXが外部設定値VthXLに切り替えられる。従って、負荷3Xに応じた過電流保護を実現することが可能となる。
That is, when focusing on the threshold voltage VthX, when the threshold voltage VthX is set to the internal set value VthXH, the predetermined mask period Tmask (= time t22 to t24) has elapsed while the sense voltage VsX exceeds the reference voltage VIsetX. At the time, the threshold voltage VthX is switched to the external set value VthXL. Therefore, overcurrent protection according to the
一方、時刻t24では、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)がローレベル(=リセット時の論理レベル)に維持されている。従って、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がっても、閾値制御信号S170Yがローレベルに維持されるので、閾値電圧VthYとして内部設定値VthYHが選択されたままとなる。 On the other hand, at time t24, the comparison signal VCMPY (= internal signal SyY) is maintained at a low level (= logic level at reset). Therefore, even if the internal signal Sx rises to the high level, the threshold control signal S170Y is maintained at the low level, so that the internal set value VthYH remains selected as the threshold voltage VthY.
時刻t25において、センス電圧VsYが参照電圧VIsetYを上回ると、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)がハイレベルとなるので、充電電圧Vdが再び上昇し始める。ただし、時刻t25では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも低いので、内部信号Sxがローレベルのままとなる。従って、閾値制御信号S170Yがローレベルに維持され、閾値電圧VthYとして内部設定値VthYHが選択されたままとなる。そのため、センス電圧VsYが外部設定値VthYL(=VIsetY)を上回っていても過電流保護は掛からない。 At time t25, when the sense voltage VsY exceeds the reference voltage VIsetY, the comparison signal VCMPY (= internal signal SyY) becomes high level, so that the charging voltage Vd starts to rise again. However, at time t25, since the charging voltage Vd is lower than the mask period expiration voltage Vdref, the internal signal Sx remains at a low level. Accordingly, the threshold control signal S170Y is maintained at a low level, and the internal set value VthYH remains selected as the threshold voltage VthY. Therefore, even if the sense voltage VsY exceeds the external set value VthYL (= VIsetY), overcurrent protection is not applied.
なお、以下の説明では、比較信号VCMPXの立上りタイミングと比較信号VCMPYの立上りタイミングとの差(=第1チャンネルの起動タイミングと第2チャンネルの起動タイミングとの差)をシフト期間Tshiftと呼ぶ。 In the following description, the difference between the rising timing of the comparison signal VCMPX and the rising timing of the comparison signal VCMPY (= the difference between the starting timing of the first channel and the starting timing of the second channel) is referred to as a shift period Tshift.
時刻t26において、センス電圧VsXが参照電圧VIsetXを下回ると、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)がローレベルとなる。その結果、閾値制御信号S170Xがローレベルにリセットされるので、閾値電圧VthXが内部設定値VthXHに切り替わる。 When the sense voltage VsX falls below the reference voltage VIsetX at time t26, the comparison signal VCMPX (= internal signal SyX) becomes low level. As a result, the threshold control signal S170X is reset to a low level, so that the threshold voltage VthX is switched to the internal set value VthXH.
すなわち、閾値電圧VthXに着目すると、閾値電圧VthXが外部設定値VthXLとされているときには、センス電圧VsXが参照電圧VIsetXを下回った時点で、閾値電圧VthXが内部設定値VthXHに切り替えられる。 That is, focusing on the threshold voltage VthX, when the threshold voltage VthX is set to the external set value VthXL, the threshold voltage VthX is switched to the internal set value VthXH when the sense voltage VsX falls below the reference voltage VsetX.
時刻t27において、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxがハイレベルとなる。また、時刻t27では、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)が既にハイレベル(=リセット解除時の論理レベル)となっている。従って、閾値制御信号S170Yがハイレベルにセットされ、閾値電圧VthYが外部設定値VthXLに切り替わる。その結果、時刻t27以降、センス電圧VsYが外部設定値VthYLを上回らないように、過電流保護が掛かるようになる。また、内部信号Sxがハイレベルになると、内部信号Szも所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとなるので、充電電圧Vdが0Vまで放電される。 When the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t27, the internal signal Sx becomes high level. At time t27, the comparison signal VCMPY (= internal signal SyY) is already at the high level (= the logic level when the reset is released). Accordingly, the threshold control signal S170Y is set to a high level, and the threshold voltage VthY is switched to the external set value VthXL. As a result, after time t27, overcurrent protection is applied so that the sense voltage VsY does not exceed the external set value VthYL. When the internal signal Sx becomes high level, the internal signal Sz also becomes high level for a predetermined discharge period Tdchg, so that the charging voltage Vd is discharged to 0V.
すなわち、閾値電圧VthYに着目すると、閾値電圧VthYが内部設定値VthYHとされているときには、センス電圧VsYが参照電圧VIsetYを上回ったまま、所定のマスク期間Tmask(=時刻t25〜t27)が経過した時点で、閾値電圧VthYが外部設定値VthYLに切り替えられる。従って、負荷3Yに応じた過電流保護を実現することが可能となる。
In other words, focusing on the threshold voltage VthY, when the threshold voltage VthY is set to the internal set value VthYH, the predetermined mask period Tmask (= time t25 to t27) has elapsed while the sense voltage VsY remains higher than the reference voltage VIsetY. At the time, the threshold voltage VthY is switched to the external set value VthYL. Accordingly, overcurrent protection according to the
なお、時刻t27では、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)がすでにローレベル(=リセット時の論理レベル)に立ち下がっている。従って、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がっても、閾値制御信号S170Xがローレベルに維持されるので、閾値電圧VthXとして内部設定値VthXHが選択されたままとなる。 At time t27, the comparison signal VCMPX (= internal signal SyX) has already fallen to a low level (= logic level at reset). Therefore, even if the internal signal Sx rises to the high level, the threshold control signal S170X is maintained at the low level, and thus the internal set value VthXH remains selected as the threshold voltage VthX.
時刻t28において、センス電圧VsYが参照電圧VIsetYを下回ると、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)がローレベルとなる。その結果、閾値制御信号S170Yがローレベルにリセットされるので、閾値電圧VthYが内部設定値VthYHに切り替わる。 When the sense voltage VsY falls below the reference voltage VIsetY at time t28, the comparison signal VCMPY (= internal signal SyY) becomes low level. As a result, the threshold control signal S170Y is reset to a low level, so that the threshold voltage VthY is switched to the internal set value VthYH.
すなわち、閾値電圧VthYに着目すると、閾値電圧VthYが外部設定値VthYLとされているときには、センス電圧VsYが参照電圧VIsetYを下回った時点で、閾値電圧VthYが内部設定値VthYHに切り替えられる。 That is, focusing on the threshold voltage VthY, when the threshold voltage VthY is set to the external set value VthYL, the threshold voltage VthY is switched to the internal set value VthYH when the sense voltage VsY falls below the reference voltage VsetY.
上記一連の閾値切替動作から分かるように、本実施例の閾値制御部170であれば、外部端子DLYの追加を要することなく、チャンネル毎にマスク期間Tmask(時刻t22〜t23、及び、時刻t25〜t27)を正しく設定することが可能となる。
As can be seen from the above-described series of threshold value switching operations, the threshold
なお、本図では、Tshift>Tmaskである場合を例に挙げて説明を行ったが、Tshift≦Tmaskである場合には、上記一連の閾値切替動作に不具合を生じるおそれがある。以下では、その問題点について詳述する。 In this figure, the case where Tshift> Tmask has been described as an example. However, when Tshift ≦ Tmask, there is a risk that the above-described series of threshold value switching operations may fail. Below, the problem is explained in full detail.
図19は、第1実施例の問題点を示すタイミングチャートであり、上から順に、比較信号VCMPX及びVCMPY、内部信号Sx、並びに、閾値制御信号S170X及びS170Yについて、Tshift<Tmaskである場合の挙動が描写されている。 FIG. 19 is a timing chart showing the problems of the first embodiment. From the top, the comparison signals VCMPX and VCMPY, the internal signal Sx, and the threshold control signals S170X and S170Y are behaviors when Tshift <Tmask. Is depicted.
本図の例では、Tshift<Tmaskであることから、時刻t31で比較信号VCMPXがハイレベルに立ち上がった後、マスク期間Tmaskが経過するよりも先に、時刻t32で比較信号VCMPYがハイレベルに立ち上がっている。 In the example of this figure, since Tshift <Tmask, after the comparison signal VCMPX rises to the high level at time t31, the comparison signal VCMPY rises to the high level at time t32 before the mask period Tmaskk elapses. ing.
従って、時刻t31からマスク期間Tmaskが経過し、時刻t33で内部信号Sxがハイレベルに立ち上がったときには、比較信号VCMPXだけでなく、比較信号VCMPYも既にハイレベルとなっている。そのため、時刻t33では、閾値制御信号S170X及びS170Yが同時にハイレベルとなる。 Therefore, when the mask period Tmask elapses from time t31 and the internal signal Sx rises to high level at time t33, not only the comparison signal VCMPX but also the comparison signal VCMPY has already been at high level. Therefore, at time t33, the threshold control signals S170X and S170Y are simultaneously at the high level.
この場合、先に起動した先発チャンネルには特に問題を生じないが、後から起動した後発チャンネルについては、シフト期間Tshiftの分だけマスク期間Tmaskが短くなるので、瞬時電流の確保に支障を来たすおそれがある。以下では、この問題点を解消することのできる閾値制御部170の第2実施例を提案する。
In this case, there is no particular problem with the first channel that is activated first, but for the second channel that is activated later, the mask period Tmask is shortened by the shift period Tshift, which may hinder the securing of the instantaneous current. There is. Below, the 2nd Example of the threshold-
<閾値制御部(第2実施例)>
図20は、閾値制御部170の第2実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先出の第1実施例(図17)をベースとしつつ、放電制御部175において、内部信号Sxだけでなく、内部信号SyX及びSyY(比較信号VCMPX及びVCMPYと等価)と閾値制御信号S170X及びS170Yの入力も受け付ける点に特徴を有する。そこで、以下では、放電制御部175の構成と動作について重点的に説明する。
<Threshold control unit (second embodiment)>
FIG. 20 is a block diagram illustrating a second embodiment of the
図21は、放電制御部175の一構成例を示すブロック図である。本図の放電制御部175は、否定論理和演算器NOR1と、論理積演算器AND1〜AND3と、論理和演算器OR1と、インバータINV1〜INV3と、パルス生成部PG1と、抵抗R1と、キャパシタC1と、を含む。
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of the
否定論理和演算器NOR1は、閾値制御信号S170X及びS170Yの否定論理和演算により、論理信号SAを生成する。従って、論理信号SAは、閾値制御信号S170X及びS170Yがいずれもローレベルであるときにハイレベルとなり、閾値制御信号S170X及びS170Yの少なくとも一方がハイレベルであるときにローレベルとなる。 The NOR circuit NOR1 generates a logic signal SA by performing a NOR operation on the threshold control signals S170X and S170Y. Accordingly, the logic signal SA is at a high level when both the threshold control signals S170X and S170Y are at a low level, and is at a low level when at least one of the threshold control signals S170X and S170Y is at a high level.
論理積演算器AND1は、内部信号SyX及びSyYの論理積演算により、論理信号SBを生成する。従って、論理信号SBは、内部信号SyX及びSyYがいずれもハイレベルであるときにハイレベルとなり、内部信号SyX及びSyYの少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなる。 The logical product operator AND1 generates a logical signal SB by a logical product operation of the internal signals SyX and SyY. Accordingly, the logic signal SB is at a high level when both the internal signals SyX and SyY are at a high level, and is at a low level when at least one of the internal signals SyX and SyY is at a low level.
論理積演算器AND2は、論理信号SA及びSBの論理積演算により、論理信号SCを生成する。従って、論理信号SCは、論理信号SA及びSBがいずれもハイレベルであるときにハイレベルとなり、論理信号SA及びSBの少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなる。 The logical product operator AND2 generates a logical signal SC by logical product operation of the logical signals SA and SB. Accordingly, the logic signal SC is at a high level when both of the logic signals SA and SB are at a high level, and is at a low level when at least one of the logic signals SA and SB is at a low level.
インバータINV1は、論理信号SCを論理反転して反転論理信号SCBを生成する。 The inverter INV1 inverts the logic signal SC to generate an inverted logic signal SCB.
抵抗R1とキャパシタC1は、反転論理信号SCBを所定の時定数τ(=R×C)で鈍らせた積分波形の論理信号SDを生成する。 The resistor R1 and the capacitor C1 generate an integrated waveform logic signal SD obtained by blunting the inverted logic signal SCB with a predetermined time constant τ (= R × C).
インバータINV2及びINV3は、論理信号SDと所定の閾値(=インバータINV2及びINV3の論理反転閾値)とを比較して矩形波形の論理信号SEを生成する。 The inverters INV2 and INV3 compare the logic signal SD with a predetermined threshold value (= the logic inversion threshold value of the inverters INV2 and INV3) to generate a logic signal SE having a rectangular waveform.
論理積演算器AND3は、論理信号SC及びSEの論理積演算により、論理信号SFを生成する。従って、論理信号SFは、論理信号SC及びSEがいずれもハイレベルであるときにハイレベルとなり、論理信号SC及びSEの少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなる。 The AND operator AND3 generates a logic signal SF by the AND operation of the logic signals SC and SE. Therefore, the logic signal SF is at a high level when both the logic signals SC and SE are at a high level, and is at a low level when at least one of the logic signals SC and SE is at a low level.
パルス生成部PG1は、内部信号Sxの立上りタイミングで論理信号SGに所定のパルス幅(=放電期間Tdchgに相当)を持つワンショットパルスを生成する。 The pulse generator PG1 generates a one-shot pulse having a predetermined pulse width (= corresponding to the discharge period Tdchg) in the logic signal SG at the rising timing of the internal signal Sx.
論理和演算器OR1は、論理信号SF及びSGの論理和演算により、内部信号Szを生成する。従って、内部信号Szは、論理信号SF及びSGがいずれもローレベルであるときにローレベルとなり、論理信号SF及びSGの少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。 The logical sum operator OR1 generates an internal signal Sz by logical sum operation of the logical signals SF and SG. Therefore, the internal signal Sz becomes a low level when both of the logic signals SF and SG are at a low level, and becomes a high level when at least one of the logic signals SF and SG is at a high level.
図22は、第2実施例の閾値切替動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、比較信号VCMPX及びVCMPY(内部信号SyX及びSyYと等価)、論理信号SA〜SG、内部信号Sz、充電電圧Vd、内部信号Sx、及び、閾値制御信号S170X及びS170Yについて、Tshift<Tmaskである場合の挙動が描写されている。 FIG. 22 is a timing chart showing the threshold value switching operation of the second embodiment. From the top, the comparison signals VCMPX and VCMPY (equivalent to the internal signals SyX and SyY), the logic signals SA to SG, the internal signal Sz, and the charging voltage are shown. For Vd, the internal signal Sx, and the threshold control signals S170X and S170Y, the behavior when Tshift <Tmask is depicted.
本図の例では、時刻t41で比較信号VCMPXがハイレベルに立ち上がった後、マスク期間Tmaskが経過するよりも先に、時刻t42で比較信号VCMPYがハイレベルに立ち上がっている。すなわち、時刻t42の時点では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefに到達しておらず、内部信号Sxはハイレベルに立ち上がっていない。 In the example of this figure, after the comparison signal VCMPX rises to the high level at time t41, the comparison signal VCMPY rises to the high level at time t42 before the mask period Tmask elapses. That is, at time t42, the charging voltage Vd has not reached the mask period expiration voltage Vdref, and the internal signal Sx has not risen to a high level.
ここで、放電制御部175の内部動作に着目すると、時刻t42では、閾値制御信号S170X及びS170Yがいずれもローレベルであることから、論理信号SAがハイレベルとなっている。また、時刻t42では、比較信号CMPX及びCMPY(延いては内部信号SyX及びSyY)がいずれもハイレベルとなるので、論理信号SBがハイレベルに立ち上がる。従って、論理信号SCがハイレベルに立ち上がり、論理信号SDが時定数τで低下し始める。ただし、時刻t42の時点では、論理信号SDがインバータINV2の論理反転閾値よりも高いので、論理信号SEがハイレベルに維持されている。
Here, paying attention to the internal operation of the
従って、時刻t42では、論理信号SC及びSEがいずれもハイレベルとなるので、論理信号SFがハイレベルに立ち上がり、延いては、内部信号Szがハイレベルに立ち上がる。その結果、充電電圧Vdが放電される。 Therefore, at time t42, since both the logic signals SC and SE are at the high level, the logic signal SF rises to the high level, and the internal signal Sz rises to the high level. As a result, the charging voltage Vd is discharged.
このように、比較信号CMPX及びCMPYの一方がハイレベルに立ち上がってキャパシタ177の充電動作が開始された後、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回るよりも先に、比較信号CMPX及びCMPYの他方がハイレベルに立ち上がったときには、キャパシタ177が一旦放電されるので、マスク期間Tmaskの計時動作がリセットされる。
As described above, after one of the comparison signals CMPX and CMPY rises to a high level and the charging operation of the
その後、時刻t43において、論理信号SDがインバータINV2の論理反転閾値を下回ると、論理信号SEがローレベルに立ち下がる。その結果、論理信号SFがローレベルに立ち下がり、延いては、内部信号Szがローレベルに立ち下がるので、上記の放電動作が停止されて充電電圧Vdが再び上昇に転じる。 Thereafter, when the logic signal SD falls below the logic inversion threshold of the inverter INV2 at time t43, the logic signal SE falls to a low level. As a result, the logic signal SF falls to the low level, and eventually the internal signal Sz falls to the low level, so that the discharging operation is stopped and the charging voltage Vd starts to rise again.
なお、論理信号SFのハイレベル期間(=時刻t42〜t43)は、充電電圧Vdの放電期間Tdchg2に相当する。この放電期間Tdchg2は、抵抗R1とキャパシタC1の時定数τに応じて任意に設定することが可能であり、例えば、先述の放電期間Tdchgと同値(例えば3μs)に設定すればよい。 Note that the high level period (= time t42 to t43) of the logic signal SF corresponds to the discharging period Tdchg2 of the charging voltage Vd. The discharge period Tdchg2 can be arbitrarily set according to the time constant τ of the resistor R1 and the capacitor C1, and may be set to the same value (for example, 3 μs) as the above-described discharge period Tdchg.
その後、時刻t44において、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がる。この時点では、比較信号VCMPXだけでなく、比較信号VCMPYも既にハイレベルとなっている。そのため、時刻t44では、閾値制御信号S170X及びS170Yが同時にハイレベルとなる。 Thereafter, when the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t44, the internal signal Sx rises to a high level. At this time, not only the comparison signal VCMPX but also the comparison signal VCMPY is already at the high level. Therefore, at time t44, the threshold control signals S170X and S170Y are simultaneously at the high level.
上記の閾値切替動作により、後発チャンネルの閾値制御信号S170Yについては、そのマスク期間が本来の設定値(=Tmask)となる。一方、先発チャンネルの閾値制御信号S170Xについては、そのマスク期間が本来の設定値よりも長い値(=Tmask+α)となる。 With the above threshold value switching operation, the mask period of the threshold value control signal S170Y for the subsequent channel becomes the original set value (= Tmask). On the other hand, for the threshold control signal S170X of the advance channel, the mask period becomes a value (= Tmask + α) longer than the original set value.
なお、時刻t44において、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がると、論理信号SGに所定のパルス幅(=Tdchg)を持つワンショットパルスが生成されるので、内部信号Szがハイレベルとなり、充電電圧Vdが放電される。 At time t44, when the internal signal Sx rises to a high level, a one-shot pulse having a predetermined pulse width (= Tdchg) is generated in the logic signal SG, so that the internal signal Sz becomes a high level and the charging voltage Vd Is discharged.
また、時刻t44において、閾値制御信号S170X及びS170Yがハイレベルに立ち上がると、論理信号SAがローレベルに立ち下がり、論理信号SCがローレベルに立ち下がる。その結果、論理信号SDが時定数τを持って上昇を開始し、論理信号SDがインバータINV2の論理反転閾値を上回った時点で、論理信号SEがハイレベルに立ち上がる。ただし、このときには、論理信号SCが既にローレベルとなっているので、論理信号SFはローレベルに維持されたままとなる。 At time t44, when the threshold control signals S170X and S170Y rise to a high level, the logic signal SA falls to a low level and the logic signal SC falls to a low level. As a result, the logic signal SD starts to rise with a time constant τ, and when the logic signal SD exceeds the logic inversion threshold of the inverter INV2, the logic signal SE rises to a high level. However, at this time, since the logic signal SC is already at the low level, the logic signal SF is maintained at the low level.
上記したように、本実施例の閾値制御部170であれば、Tshift<Tmaskであっても、後発チャンネルのマスク期間が短くならないので、瞬時電流の確保に支障を来たすおそれがなくなる。
As described above, with the
なお、本図では、Tshift<Tmaskである場合を例に挙げて説明を行ったが、Tshift=Tmask(またはTshift≒Tmask)というクリティカルな条件下では、第2実施例を採用してもなお、意図しない不具合を生じるおそれがある。以下では、その問題点について詳述する。 In this figure, the case where Tshift <Tmask has been described as an example. However, under the critical condition of Tshift = Tmask (or Tshift≈Tmask), even if the second embodiment is adopted, There is a risk of causing unintended problems. Below, the problem is explained in full detail.
図23は、第2実施例の問題点を示すタイミングチャートであり、上から順に、比較信号VCMPX及びVCMPY(内部信号SyX及びSyYと等価)、充電電圧Vd、内部信号Sx、並びに、閾値制御信号S170X及びS170Yについて、Tshift=Tmaskである場合の挙動が描写されている。 FIG. 23 is a timing chart showing the problems of the second embodiment. From the top, the comparison signals VCMPX and VCMPY (equivalent to the internal signals SyX and SyY), the charging voltage Vd, the internal signal Sx, and the threshold control signal are shown. For S170X and S170Y, the behavior when Tshift = Tmask is depicted.
本図の例では、Tshift=Tmaskであることから、時刻t51において、比較信号VCMPXがハイレベルに立ち上がった後、時刻t52において、マスク期間Tmaskが経過すると同時、比較信号VCMPYがハイレベルに立ち上がっている。 In the example of this figure, since Tshift = Tmask, after the comparison signal VCMPX rises to the high level at time t51, the comparison signal VCMPY rises to the high level at the same time as the mask period Tmask elapses at time t52. Yes.
ここで、先述の放電動作(図22の時刻t42を参照)が間に合わずに、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回り、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がると、閾値制御信号S170X及びS170Yが同時にハイレベルとなる。その結果、後発チャンネルのマスク期間がゼロとなるので、瞬時電流を確保することができなくなる。以下では、この問題点を解消することのできる閾値制御部170の第3実施例を提案する。
Here, when the above-described discharge operation (see time t42 in FIG. 22) is not in time and the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref and the internal signal Sx rises to the high level, the threshold control signals S170X and S170Y are At the same time, it becomes high level. As a result, the masking period of the subsequent channel becomes zero, so that an instantaneous current cannot be secured. Below, the 3rd Example of the threshold-
<閾値制御部(第3実施例)>
図24は、閾値制御部170の第3実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先出の第2実施例(図20)をベースとしつつ、遅延部179X及び179Yが設けられている点に特徴を有する。そこで、第2実施例と同様の構成要素については、図20と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、遅延部179X及び179Yについて重点的な説明を行う。
<Threshold control unit (third embodiment)>
FIG. 24 is a block diagram showing a third embodiment of the
遅延部179Xは、内部信号SyX(比較信号VCMPXと等価)に遅延を与えて遅延信号SyXdを生成する。なお、遅延部179Xは、遅延信号SyXdの立上りタイミングにのみ遅延を与え、遅延信号SyXdの立下りタイミングには遅延を与えない。より具体的に述べると、遅延信号SyXdは、内部信号SyXがハイレベルに立ち上がってから遅延時間td(例えば3μs)だけ遅れてハイレベルに立ち上がり、内部信号SyXがローレベルに立ち下がると同時にローレベルに立ち下がる。
The
遅延部179Yは、内部信号SyY(比較信号VCMPYと等価)に遅延を与えて遅延信号SyYdを生成する。なお、遅延部179Yは、遅延信号SyYdの立上りタイミングにのみ遅延を与え、遅延信号SyYdの立下りタイミングには遅延を与えない。より具体的に述べると、遅延信号SyYdは、内部信号SyYがハイレベルに立ち上がってから遅延時間tdだけ遅れてハイレベルに立ち上がり、内部信号SyYがローレベルに立ち下がると同時にローレベルに立ち下がる。
The
上記した遅延部179X及び179Yの追加に伴い、RSフリップフロップ174X及び174Yには、それぞれ、内部信号SyX及びSyYに代えて、遅延信号SyXd及びSyYdが入力されている。
With the addition of the
図25は、第3実施例の閾値切替動作を示すタイミングチャートであり、上から順に、比較信号VCMPX(内部信号SyXと等価)、遅延信号SyXd、比較信号VCMPY(内部信号SyYと等価)、遅延信号SyYd、内部信号Sz、充電電圧Vd、内部信号Sx、並びに、閾値制御信号S170X及びS170Yについて、Tshift=Tmaskである場合の挙動が描写されている。 FIG. 25 is a timing chart showing the threshold value switching operation of the third embodiment. In order from the top, the comparison signal VCMPX (equivalent to the internal signal SyX), the delay signal SyXd, the comparison signal VCMPY (equivalent to the internal signal SyY), and the delay For signal SyYd, internal signal Sz, charging voltage Vd, internal signal Sx, and threshold control signals S170X and S170Y, the behavior when Tshift = Tmask is depicted.
本図の例では、Tshift=Tmaskであることから、時刻t61で比較信号VCMPX(=SyX)がハイレベルに立ち上がった後、時刻t62において、マスク期間Tmaskが経過すると同時、比較信号VCMPY(=SyY)がハイレベルに立ち上がっている。一方、遅延信号SyXd及びSyYdは、それぞれ、時刻t61及びt62から所定の遅延時間tdが経過した時点でハイレベルに立ち上がっている。 In the example of this figure, since Tshift = Tmask, after the comparison signal VCMPX (= SyX) rises to the high level at time t61, the comparison signal VCMPY (= SyY) coincides with the elapse of the mask period Tmask at time t62. ) Has risen to a high level. On the other hand, the delay signals SyXd and SyYd rise to a high level when a predetermined delay time td has elapsed from times t61 and t62, respectively.
なお、時刻t62で充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxがハイレベルとなる。このとき、遅延信号SyXdは、既にハイレベル(=リセット解除時の論理レベル)に立ち上がっている。従って、閾値制御信号S170Xは、時刻t62でハイレベルにセットされる。 If the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t62, the internal signal Sx becomes high level. At this time, the delay signal SyXd has already risen to the high level (= the logic level when the reset is released). Therefore, the threshold control signal S170X is set to a high level at time t62.
一方、時刻t62では、遅延信号SyYdが未だローレベル(=リセット時の論理レベル)に維持されている。従って、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がっても、閾値制御信号S170Yは、ローレベルにリセットされたままとなる。 On the other hand, at time t62, the delay signal SyYd is still maintained at the low level (= the logic level at the time of reset). Therefore, even if the internal signal Sx rises to a high level, the threshold control signal S170Y remains reset to a low level.
また、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がると、内部信号Szが所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとなるので、充電電圧Vdが0Vまで放電される。その後、時刻t63において、内部信号Szがローレベルに立ち下がると、上記の放電動作が停止されて充電電圧Vdが再び上昇に転じる。 Further, when the internal signal Sx rises to a high level, the internal signal Sz becomes a high level over a predetermined discharge period Tdchg, so that the charging voltage Vd is discharged to 0V. Thereafter, when the internal signal Sz falls to a low level at time t63, the discharging operation is stopped and the charging voltage Vd starts to rise again.
時刻t64において、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefを上回ると、内部信号Sxが再びハイレベルに立ち上がる。このとき、遅延信号SyYdは、既にハイレベル(=リセット解除時の論理レベル)に立ち上がっている。従って、閾値制御信号S170Yは、時刻t64でハイレベルにセットされる。 When the charging voltage Vd exceeds the mask period expiration voltage Vdref at time t64, the internal signal Sx rises again to the high level. At this time, the delay signal SyYd has already risen to the high level (= the logic level when the reset is released). Therefore, the threshold control signal S170Y is set to a high level at time t64.
また、内部信号Sxがハイレベルに立ち上がると、内部信号Szが所定の放電期間Tdchgに亘ってハイレベルとなるので、充電電圧Vdが0Vまで放電される。その後、時刻t65において、内部信号Szがローレベルに立ち下がると、上記の放電動作が停止される。なお、この時点で2チャンネル分の充電動作は完了してことから、充電電圧Vdが再び上昇に転じることはない。 Further, when the internal signal Sx rises to a high level, the internal signal Sz becomes a high level over a predetermined discharge period Tdchg, so that the charging voltage Vd is discharged to 0V. After that, when the internal signal Sz falls to the low level at time t65, the above discharge operation is stopped. Note that the charging operation for two channels is completed at this point, and therefore the charging voltage Vd does not start to rise again.
その後、時刻t66において、比較信号VCMPX(=内部信号SyX)がローレベルに立ち下がると、遅延信号SyXdも遅滞なくローレベルに立ち下がる。その結果、閾値制御信号S170Xがローレベルにリセットされる。 Thereafter, when the comparison signal VCMPX (= internal signal SyX) falls to the low level at time t66, the delay signal SyXd also falls to the low level without delay. As a result, the threshold control signal S170X is reset to a low level.
同様に、時刻t67において、比較信号VCMPY(=内部信号SyY)がローレベルに立ち下がると、遅延信号SyYdも遅滞なくローレベルに立ち下がる。その結果、閾値制御信号S170Yがローレベルにリセットされる。 Similarly, when the comparison signal VCMPY (= internal signal SyY) falls to the low level at time t67, the delay signal SyYd also falls to the low level without delay. As a result, the threshold control signal S170Y is reset to a low level.
このように、本実施例の閾値制御部170では、内部信号Sxと遅延信号SyXd及びSyYdとを用いて閾値制御信号S170X及びS170Yが生成される。そのため、Tshift≦Tmaskであるときには、遅延信号SyXd及びSyYdがハイレベルに立ち上がるよりも先に、比較信号VCMPX及びVCMPYの立上りタイミングで、必ず充電電圧Vdが放電されることになる。
As described above, the
従って、Tshift=Tmaskというクリティカルな条件下でも、閾値制御信号S170X及びS170Yが同時にハイレベルとなることはないので、チャンネル毎にマスク期間Tmaskを正しく設定することが可能となる。 Therefore, even under a critical condition of Tshift = Tmask, the threshold control signals S170X and S170Y do not become high at the same time, so that the mask period Tmask can be set correctly for each channel.
<フローチャート>
図26は、2チャンネル化された閾値切替動作の一例を示すフローチャートである。フローが開始されると、まず、ステップS201では、起動しているチャンネルの閾値電圧Vth*が内部設定値Vth*H(ただし「*」は「X」及び「Y」の少なくとも一方、以下も同様)に設定される(図18の時刻t21及びt23に相当)。
<Flowchart>
FIG. 26 is a flowchart showing an example of the threshold switching operation with two channels. When the flow starts, first, in step S201, the threshold voltage Vth * of the activated channel is set to the internal set value Vth * H (where “*” is at least one of “X” and “Y”, and so on). (Corresponding to times t21 and t23 in FIG. 18).
次に、ステップS202では、比較信号VCMPX及びVCMPYの一方がハイレベルであるか否か(すなわち、片方のチャンネルだけが起動している状態か否か)の判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS203に進められる(図18の時刻t22に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS208に進められる。 Next, in step S202, it is determined whether one of the comparison signals VCMPX and VCMPY is at a high level (that is, whether only one channel is activated). If the determination is yes, the flow proceeds to step S203 (corresponding to time t22 in FIG. 18). On the other hand, if a negative determination is made, the flow proceeds to step S208.
ステップS203では、ステップS202でのイエス判定を受けて、キャパシタ177の充電が開始される(図18の時刻t22に相当)。
In step S203, in response to a YES determination in step S202, charging of the
次に、ステップS204では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも高いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS205に進められる(図18の時刻t24に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS204に戻されて、本ステップでの判定が繰り返される(図18の時刻t22〜t24に相当)。 Next, in step S204, it is determined whether or not the charging voltage Vd is higher than the mask period expiration voltage Vdref. If the determination is yes, the flow proceeds to step S205 (corresponding to time t24 in FIG. 18). On the other hand, if a negative determination is made, the flow returns to step S204, and the determination at this step is repeated (corresponding to times t22 to t24 in FIG. 18).
ステップS205では、ステップS204でのイエス判定を受けてキャパシタ177が放電される。また、ステップS206では、起動しているチャンネルの閾値電圧Vth*が外部設定値Vth*Lに切り替えられる。これらのステップS205及びS206は、図18の時刻t24に相当する。
In step S205, the
次に、ステップS207では、起動しているチャンネルのセンス電圧Vs*が参照電圧VIset*よりも低いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS201に戻されて、閾値電圧Vth*が再び内部設定値Vth*Hに切り替えられる(図18の時刻t26に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS207に戻されて本ステップでの判定が繰り返される(図18の時刻t24〜t26に相当)。 Next, in step S207, it is determined whether the sense voltage Vs * of the activated channel is lower than the reference voltage VIset *. If the determination is yes, the flow returns to step S201, and the threshold voltage Vth * is switched to the internal set value Vth * H again (corresponding to time t26 in FIG. 18). On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S207 and the determination in this step is repeated (corresponding to times t24 to t26 in FIG. 18).
一方、ステップS208では、ステップS202でのノー判定を受けて、比較信号VCMPX及びVCMPYの両方がハイレベルであるか否か(すなわち、両方のチャンネルがいずれも起動している状態か否か)の判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS209に進められる(図18の時刻t23、図22の時刻t42、または、図25の時刻t62に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、いずれのチャンネルも起動していないので、フローがステップS201に戻される。 On the other hand, in step S208, it is determined whether or not both comparison signals VCMPX and VCMPY are at a high level in response to a negative determination in step S202 (that is, whether both channels are activated). A determination is made. If the determination is yes, the flow proceeds to step S209 (corresponding to time t23 in FIG. 18, time t42 in FIG. 22, or time t62 in FIG. 25). On the other hand, if no determination is made, since no channel is activated, the flow returns to step S201.
ステップS209では、ステップS208でのイエス判定を受けて、閾値制御信号S170X及びS170Yの一方がハイレベルであるか否か(すなわち、先発チャンネルの閾値電圧Vth*が既に外部設定値Vth*Lに切り替わっている状態か否か)の判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS203に進められて、ステップS203〜S207で後発チャンネルの閾値切替動作が行われる(図18の時刻t25〜t28に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS210に進められる。 In step S209, in response to a YES determination in step S208, whether or not one of the threshold control signals S170X and S170Y is at a high level (that is, the threshold voltage Vth * of the previous channel has already been switched to the external set value Vth * L). Is determined). If the determination is yes, the flow proceeds to step S203, and the threshold value switching operation for the subsequent channel is performed in steps S203 to S207 (corresponding to times t25 to t28 in FIG. 18). On the other hand, if a negative determination is made, the flow proceeds to step S210.
ステップS210では、ステップS209でのノー判定を受けて、閾値制御信号S170X及びS170Yの両方にローレベルであるか否か(すなわち、先発チャンネルのマスク期間Tmaskが経過する前に後発チャンネルの起動タイミングが到来したか否か)の判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS211に進められる(図22の時刻t42に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS214に進められる。 In step S210, in response to the no determination in step S209, whether or not the threshold control signals S170X and S170Y are both at the low level (that is, the start timing of the subsequent channel is set before the mask period Tmask of the previous channel elapses). A determination is made as to whether or not it has arrived. If the determination is yes, the flow proceeds to step S211 (corresponding to time t42 in FIG. 22). On the other hand, if a negative determination is made, the flow proceeds to step S214.
ステップS211では、ステップS210でのイエス判定を受けて、キャパシタ177が一旦放電されたのち、再充電が開始される(図22の時刻t42〜t43に相当)。
In step S211, in response to a YES determination in step S210, the
次に、ステップS212では、充電電圧Vdがマスク期間満了電圧Vdrefよりも高いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS213に進められる(図22の時刻t44に相当)。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS212に戻されて、本ステップでの判定が繰り返される(図22の時刻t43〜t44に相当)。 Next, in step S212, it is determined whether or not the charging voltage Vd is higher than the mask period expiration voltage Vdref. If the determination is yes, the flow proceeds to step S213 (corresponding to time t44 in FIG. 22). On the other hand, when a negative determination is made, the flow is returned to step S212, and the determination at this step is repeated (corresponding to times t43 to t44 in FIG. 22).
ステップS213では、ステップS212でのイエス判定を受けてキャパシタ177が放電される。また、ステップS214では、両チャンネルの閾値電圧VthX及びVthYLが外部設定値VthXL及びVthYLに同時に切り替えられる。これらのステップS205及びS206は、図22の時刻t44に相当する。
In step S213, the
次に、ステップS215では、両チャンネルのセンス電圧VsX及びVsYが参照電圧VIsetX及びVIsetYよりも低いか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS201に戻されて、次回の起動を待機する状態となる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS215に戻されて、本ステップでの判定が繰り返される。 Next, in step S215, it is determined whether or not the sense voltages VsX and VsY of both channels are lower than the reference voltages VIsetX and VIsetY. Here, if a yes determination is made, the flow returns to step S201 to enter a state of waiting for the next activation. On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S215, and the determination in this step is repeated.
<マルチプレクサ>
図27は、これまでに説明してきた半導体集積回路装置1の2チャンネル化に伴い、状態報知信号Soの出力段として、マルチプレクサを導入した例を示すブロック図である。本構成例の半導体集積回路装置1には、出力電流検出部80X及び80Yと、信号出力部90X及び90Yと、マルチプレクサ100と、外部端子T5と、が集積化されている。
<Multiplexer>
FIG. 27 is a block diagram showing an example in which a multiplexer is introduced as the output stage of the status notification signal So in accordance with the two-channel semiconductor integrated
出力電流検出部80Xは、出力電流IoXに応じたセンス電流IsX’を生成して信号出力部90Xに出力する。
The output
出力電流検出部80Yは、出力電流IoYに応じたセンス電流IsY’を生成して信号出力部90Yに出力する。
The output current detection unit 80Y generates a sense current IsY ′ corresponding to the output current IoY and outputs it to the
信号出力部90Xは、制御ロジック部40Xから入力される出力選択信号S2Xに基づいて、センス電流IsX’(=出力電流IoXの検出結果に相当)と固定電圧V90(=異常フラグに相当)の一方を第1状態報知信号SoXとして選択出力するセレクタ91Xを含む。なお、セレクタ91Xは、出力選択信号S2Xが異常未検出時の論理レベル(例えばローレベル)であるときに、第1状態報知信号SoXとしてセンス電流IsX’を選択出力し、出力選択信号S2Xが異常検出時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときに、第1状態報知信号SoXとして固定電圧V90を出力する。
Based on the output selection signal S2X input from the
信号出力部90Yは、制御ロジック部40Yから入力される出力選択信号S2Yに基づいて、センス電流IsY’(=出力電流IoYの検出結果に相当)と固定電圧V90(=異常フラグに相当)の一方を第2状態報知信号SoYとして選択出力するセレクタ91Yを含む。なお、セレクタ91Yは、出力選択信号S2Yが異常未検出時の論理レベル(例えばローレベル)であるときに、第2状態報知信号SoYとしてセンス電流IsY’を選択出力し、出力選択信号S2Yが異常検出時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときに、第2状態報知信号SoYとして固定電圧V90を出力する。
Based on the output selection signal S2Y input from the
マルチプレクサ100は、外部端子T5に入力される出力選択信号SELに応じて、第1状態報知信号SoX(=センス電流IsX’または固定電圧V90)と第2状態報知信号SoY(=センス電流IsY’または固定電圧V90)のいずれか一方を外部端子T4に選択出力する。
The
外部端子T4にセンス電流IsX’が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、センス電流IsX’を外部センス抵抗4で電流/電圧変換した出力検出電圧V80X(=IsX’×R4)がECU2に伝達される。なお、出力検出電圧V80Xは、出力電流IoXが大きいほど高くなり、出力電流IoXが小さいほど低くなる。
When the sense current IsX ′ is selectively output to the external terminal T4, the output detection voltage V80X (= IsX ′ × R4) obtained by current / voltage conversion of the sense current IsX ′ with the
また、外部端子T4にセンス電流IsY’が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、センス電流IsY’を外部センス抵抗4で電流/電圧変換した出力検出電圧V80Y(=IsY’×R4)がECU2に伝達される。なお、出力検出電圧V80Yは、出力電流IoYが大きいほど高くなり、出力電流IoYが小さいほど低くなる。
When the sense current IsY ′ is selectively output to the external terminal T4, the output detection voltage V80Y (= IsY ′ × R4) obtained by converting the sense current IsY ′ into current / voltage by the
一方、外部端子T4に固定電圧V90が選択出力された場合には、状態報知信号Soとして、固定電圧V90がECU2に伝達される。なお、固定電圧V90は、出力検出電圧V80X及びV80Yの上限値よりも高い電圧値に設定しておけばよい。
On the other hand, when the fixed voltage V90 is selectively output to the external terminal T4, the fixed voltage V90 is transmitted to the
このようなマルチプレクサ100の導入により、任意のチャンネルについて、出力電流IoX及びIoYの検出結果と異常フラグの双方を外部監視することが可能となる。
By introducing such a
<ソフト切替機能(アンダーシュート抑制機能)>
図28は、過電流検出閾値Iocpのアンダーシュートが生じる様子を示す図である。これまでにも説明してきたように、過電流保護回路71では、過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpHとされているときに、出力電流Ioが外部設定値IocpL(<IocpH)を上回ったままマスク期間Tmask(=時刻t71〜t72を参照)が経過した時点で、過電流検出閾値Iocpが外部設定値IocpLに切り替えられる。
<Software switching function (undershoot suppression function)>
FIG. 28 is a diagram illustrating a state in which an undershoot of the overcurrent detection threshold Iocp occurs. As described above, in the
このとき、内部設定値IocpHと外部設定値IocpLとの差が大きいと、過電流検出閾値Iocpがアンダーシュートしやすくなる。このようなアンダーシュートが生じると、出力電流Ioが不必要に制限されるので、負荷3の安定動作を阻害する要因となる。
At this time, if the difference between the internal set value IocpH and the external set value IocpL is large, the overcurrent detection threshold Iocp is likely to undershoot. When such an undershoot occurs, the output current Io is unnecessarily limited, which becomes a factor that hinders the stable operation of the
そこで、以下に提案する過電流保護回路71(特に閾値電圧生成部130)は、図29で示したように、マスク期間Tmask(=時刻t81〜t82を参照)の経過後、過電流検出閾値Iocpを内部設定値IocpHから外部設定値IocpLに切り替える際、所定の遷移時間Ttrans(=時刻t82〜t83を参照)をかけて過電流検出閾値Iocpを徐々に引き下げていく機能(以下ではソフト切替機能と呼ぶ)を備えている。 Therefore, the overcurrent protection circuit 71 (particularly the threshold voltage generation unit 130) proposed below, as shown in FIG. 29, after the elapse of the mask period Tmask (= see times t81 to t82), the overcurrent detection threshold Iocp. When switching from the internal set value IocpH to the external set value IocL, a function for gradually decreasing the overcurrent detection threshold Iocp over a predetermined transition time Ttrans (= time t82 to t83) (hereinafter referred to as a software switching function) Called).
このようなソフト切替機能を具備することにより、内部設定値IocpHと外部設定値IocpLとの差が大きい場合であっても、過電流検出閾値Iocpのアンダーシュートを抑制することができる。従って、出力電流Ioが不必要に制限されなくなるので、負荷3の安定動作に寄与することが可能となる。
By providing such a soft switching function, even if the difference between the internal set value IocpH and the external set value IocL is large, the undershoot of the overcurrent detection threshold value Iocp can be suppressed. Therefore, the output current Io is not unnecessarily limited, which can contribute to the stable operation of the
図30は、ソフト切替機能を備えた閾値電圧生成部130の一構成例を示す図である。本構成例の閾値電圧生成部130は、可変電流源134と抵抗135を含む。
FIG. 30 is a diagram illustrating a configuration example of the threshold
可変電流源134は、昇圧電圧VGの印加端と閾値電圧Vthの出力端との間に接続されており、可変電流IREFを生成する。特に、可変電流源134は、閾値制御信号S170に応じて、可変電流IREFの電流値をリニア制御する機能を備えている。具体的に述べると、可変電流源134は、閾値制御信号S170がローレベルであるときには、可変電流IREFを第1電流Irefに固定する一方、閾値制御信号S170がハイレベルに立ち上がると、所定の遷移時間Ttransをかけて可変電流IREFを第1電流Irefから第2電流Isetまで徐々に減らしていく。
The variable
抵抗135は、閾値電圧Vthの出力端と出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)との間に接続されており、可変電流IREFに応じた閾値電圧Vth(=IREF×R135)を生成する。
The
従って、可変電流IREFのリニア制御に伴い、閾値電圧Vthは、内部設定値VthH(=Iref×R135)から、外部設定値VthL(=Iset×R135)まで徐々に低下していく。これは、出力電流Ioと比較される過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpHから外部設定値IocpLまで徐々に引き下げられることと等価である。 Therefore, with the linear control of the variable current IREF, the threshold voltage Vth gradually decreases from the internal set value VthH (= Iref × R135) to the external set value VthL (= Iset × R135). This is equivalent to the overcurrent detection threshold Iocp compared with the output current Io being gradually reduced from the internal set value IocpH to the external set value IocpL.
図31は、可変電流源134の一構成例を示す図である。本構成例の可変電流源134は、上側電流生成部134Hと下側電流生成部134Lを含み、上側電流IHから下側電流ILを差し引いた差分電流(IH−IL)を可変電流IREFとして出力する。
FIG. 31 is a diagram illustrating a configuration example of the variable
上側電流生成部134Hは、上側電流IHを生成する回路ブロックであり、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP1〜P3を含む。トランジスタP1〜P3それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP1〜P3それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP1のドレインに接続されている。このように、トランジスタP1〜P3は、トランジスタP1のドレイン電流をトランジスタP2及びP3それぞれのドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。
Upper
ここで、トランジスタP1のドレインには、第1電流生成部110から第1電流Irefが流されている。従って、トランジスタP2及びP3それぞれのドレインには、第1電流Irefと等価のミラー電流が流れる。なお、トランジスタP2のミラー電流は、第1電流Irefそのものとして、下側電流生成部134Lに供給されている。一方、トランジスタP3のミラー電流は、第1電流Irefと同値に固定された上側電流IHとして、上側電流生成部134Hから出力されている。
Here, the first current Iref flows from the first
下側電流生成部134Lは、下側電流ILを生成する回路ブロックであり、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP4〜P7と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN1〜N7と、オペアンプAMPと、スイッチSWと、抵抗R2及びR3と、キャパシタC2と、を含む。
The lower
トランジスタP4及びP5それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP4及びP5それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP4のドレインに接続されている。このように、トランジスタP4及びP5は、トランジスタP4のドレイン電流をトランジスタP5のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタP4のドレインには、第2電流生成部120から第2電流Isetが流されている。従って、トランジスタP5のドレインには、第2電流Isetと等価のミラー電流が流れる。
The sources and back gates of the transistors P4 and P5 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P4 and P5 are both connected to the drain of the transistor P4. Thus, the transistors P4 and P5 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P4 as the drain current of the transistor P5. Here, the second current Iset is supplied from the second
トランジスタN1及びN2それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN1及びN2それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN1のドレインに接続されている。このように、トランジスタN1及びN2は、トランジスタN1のドレイン電流をトランジスタN2のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN1のドレインは、トランジスタP5のドレインに接続されており、第2電流Isetと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN2のドレインにも、第2電流Isetと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N1 and N2 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N1 and N2 are both connected to the drain of the transistor N1. Thus, the transistors N1 and N2 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N1 as the drain current of the transistor N2. Here, the drain of the transistor N1 is connected to the drain of the transistor P5, and a mirror current equivalent to the second current Iset flows. Accordingly, a mirror current equivalent to the second current Iset also flows through the drain of the transistor N2.
トランジスタN3及びN4それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN3及びN4それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN3のドレインに接続されている。このように、トランジスタN3及びN4は、トランジスタN3のドレイン電流をトランジスタN4のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN3のドレインは、トランジスタP2及びN2それぞれのドレインに接続されており、第1電流Irefから第2電流Isetを差し引いた差分電流(Iref−Iset)が流されている。従って、トランジスタN4のドレインにも、上記の差分電流(Iref−Iset)と等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N3 and N4 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N3 and N4 are both connected to the drain of the transistor N3. Thus, the transistors N3 and N4 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N3 as the drain current of the transistor N4. Here, the drain of the transistor N3 is connected to the respective drains of the transistors P2 and N2, and a differential current (Iref−Iset) obtained by subtracting the second current Iset from the first current Iref is passed. Therefore, a mirror current equivalent to the differential current (Iref−Iset) flows through the drain of the transistor N4.
トランジスタP6及びP7それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP6及びP7それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP6のドレインに接続されている。このように、トランジスタP6及びP7は、トランジスタP6のドレイン電流をトランジスタP7のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタP6のドレインは、トランジスタN4のドレインに接続されており、先出の差分電流(Iref−Iset)が流されている。従って、トランジスタP7のドレインにも、差分電流(Iref−Iset)と等価のミラー電流が流れる。なお、このミラー電流は、キャパシタC2の充電電流として用いられる。 The sources and back gates of the transistors P6 and P7 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P6 and P7 are both connected to the drain of the transistor P6. Thus, the transistors P6 and P7 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P6 as the drain current of the transistor P7. Here, the drain of the transistor P6 is connected to the drain of the transistor N4, and the above-described differential current (Iref-Iset) flows therethrough. Therefore, a mirror current equivalent to the differential current (Iref−Iset) also flows through the drain of the transistor P7. This mirror current is used as a charging current for the capacitor C2.
上記のように、下側電流生成部134Lにおいて、トランジスタP4〜P7及びN1〜N4は、第1電流Irefから第2電流Isetを差し引くことにより、キャパシタC2の充電電流(=Iref−Iset)を生成する充電電流生成部として機能する。
As described above, in the lower
抵抗R2は、トランジスタP7のドレインと接地端との間に接続されている。スイッチSWの第1端は、トランジスタP7のドレインに接続されている。スイッチSWの第2端は、キャパシタC2の第1端に接続されている。キャパシタC2の第2端は、接地端に接続されている。 The resistor R2 is connected between the drain of the transistor P7 and the ground terminal. The first end of the switch SW is connected to the drain of the transistor P7. The second end of the switch SW is connected to the first end of the capacitor C2. A second terminal of the capacitor C2 is connected to the ground terminal.
スイッチSWは、閾値制御信号S170がローレベルであるときにオフし、閾値制御信号S170がハイレベルであるときにオンする。スイッチSWがオンしているときには、トランジスタP7のドレインに流れる充電電流(Iref−Iset)を用いてキャパシタC2が充電される。このように、スイッチSWは、閾値制御信号S170の立上りに応じてキャパシタC2の充電を開始する充電制御部として機能する。なお、キャパシタC2の充電に伴い、キャパシタC2の充電電圧VCは、ゼロ値から所定の上限値(=(Iref−Iset)×R2)まで上昇する。 The switch SW is turned off when the threshold control signal S170 is at a low level, and turned on when the threshold control signal S170 is at a high level. When the switch SW is on, the capacitor C2 is charged using the charging current (Iref-Iset) flowing through the drain of the transistor P7. In this manner, the switch SW functions as a charge control unit that starts charging the capacitor C2 in response to the rising of the threshold control signal S170. As the capacitor C2 is charged, the charging voltage VC of the capacitor C2 increases from a zero value to a predetermined upper limit value (= (Iref−Iset) × R2).
オペアンプAMPの非反転入力端(+)は、キャパシタC2の第1端(=充電電圧VCの出力端)に接続されている。オペアンプAMPの反転入力端(−)は、トランジスタN5のソース及びバックゲートに接続されている。オペアンプAMPの出力端は、トランジスタN5のゲートに接続されている。トランジスタN5のソース及びバックゲートは、いずれも抵抗R3の第1端に接続されている。抵抗R3の第2端は、接地端に接続されている。トランジスタN5のドレインは、下側電流生成部134Lの出力端に相当する。
The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier AMP is connected to the first terminal (= the output terminal of the charging voltage VC) of the capacitor C2. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier AMP is connected to the source and back gate of the transistor N5. The output terminal of the operational amplifier AMP is connected to the gate of the transistor N5. The source and back gate of the transistor N5 are both connected to the first end of the resistor R3. A second end of the resistor R3 is connected to the ground end. The drain of the transistor N5 corresponds to the output terminal of the lower
なお、オペアンプAMPは、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするようにトランジスタN5のゲート制御を行う。従って、抵抗R3の第1端には、充電電圧VCと等価の電圧が印加されるので、トランジスタN5のドレインに流れる下側電流ILは、充電電圧VCに応じた可変電圧(=VC/R3)となる。より具体的に述べると、下側電流ILは、キャパシタC2の充電に伴い、ゼロ値から所定の上限値(=(Iref−Iset)×R2/R3)まで徐々に増大していく。なお、抵抗R2及びR3それぞれの抵抗値を互いに同値としておくことにより、下側電流ILの上限値を(Iref−Iset)に設定することができる。 The operational amplifier AMP controls the gate of the transistor N5 so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are imaginarily short-circuited. Accordingly, since a voltage equivalent to the charging voltage VC is applied to the first end of the resistor R3, the lower current IL flowing through the drain of the transistor N5 is a variable voltage (= VC / R3) corresponding to the charging voltage VC. It becomes. More specifically, the lower current IL gradually increases from a zero value to a predetermined upper limit value (= (Iref−Iset) × R2 / R3) as the capacitor C2 is charged. Note that the upper limit value of the lower current IL can be set to (Iref−Iset) by setting the resistance values of the resistors R2 and R3 to the same value.
上記のように、下側電流生成部134Lにおいて、オペアンプAMP、トランジスタN5、及び、抵抗R3は、キャパシタC2の充電電圧VCを下側電流ILに変換する電圧/電流変換部として機能する。
As described above, in the lower
上側電流生成部134Hの出力端(=トランジスタP3のドレイン)と下側電流生成部134Lの出力端(=トランジスタN5のドレイン)は、いずれも、可変電流IREFの出力端に接続されている。従って、可変電流IREFとしては、上側電流IHから下側電流ILを差し引いた差分電流(IH−IL)が出力される。
The output terminal of the upper
図32は、上側電流IH、下側電流IL、及び、可変電流IREF(=IH−IL)それぞれの挙動を示す図である。先にも述べたように、上側電流IH(実線)は、第1電流Irefと同値に設定された固定値である。一方、下側電流IL(破線)は、キャパシタC2の充電に伴い、ゼロ値から所定の上限値(Iref−Iset)まで徐々に増大していく可変値である。従って、可変電流IREF(一点鎖線)は、所定の遷移時間Ttrans(=時刻t91〜t92を参照)をかけて、第1電流Iref(=Iref−0)から第2電流Iset(=Iref−(Iref−Iset))まで徐々に減少していく。 FIG. 32 is a diagram illustrating behaviors of the upper current IH, the lower current IL, and the variable current IREF (= IH−IL). As described above, the upper current IH (solid line) is a fixed value set to the same value as the first current Iref. On the other hand, the lower current IL (broken line) is a variable value that gradually increases from a zero value to a predetermined upper limit value (Iref-Iset) as the capacitor C2 is charged. Therefore, the variable current IREF (one-dot chain line) takes a predetermined transition time Ttrans (= see times t91 to t92) and the first current Iref (= Iref-0) to the second current Iset (= Iref− (Iref). -Iset)) gradually decreases.
<動作レンジ改善>
車載用ハイサイドスイッチICとして用いられる半導体集積回路装置1では、NMOSFET10のオン抵抗値が小さくなるにつれて、数十Aレベルの大電流を許容する必要があるので、過電流検出閾値Iocp(=内部設定値IocpH)が大きくなる。例えば、NMOSFET10のオン抵抗値が45mΩである場合には、内部設定値IocpHがtyp30A(max40A)に設定される。一方、負荷3に応じた外部設定値IocpLは、10A未満(min1〜2A)に設定される。つまり、内部設定値IocpHと外部設定値IocpLとの間には、40倍もの開きがある。
<Operation range improvement>
In the semiconductor integrated
このように、内部設定値IocpHが高くなり、外部設定値IocpLとの電流差が大きくなると、センス電圧Vsの動作レンジが大きくなり、適切な過電流保護の実現が困難となる。この問題点について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Thus, when the internal set value IocpH increases and the current difference from the external set value IocpL increases, the operating range of the sense voltage Vs increases, making it difficult to achieve appropriate overcurrent protection. This problem will be described in detail with reference to the drawings.
図33は、コンパレータ141の動作点について説明するための図である。本図のコンパレータ141は、一対のNチャネル型MOS電界効果トランジスタN6及びN7を含んでおり、いわゆるカレントミラー型コンパレータとして構成されている。
FIG. 33 is a diagram for explaining the operating point of the
トランジスタN6及びN7それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN6のドレインに接続されている。トランジスタN6のドレインは、カレントミラー133の第1出力端に接続されており、第1電流Irefまたは第2電流Isetが流される。トランジスタN6のソースは、いずれも抵抗132の第1端(=閾値電圧Vthの印加端に相当)に接続されている。抵抗132の第2端は、出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)に接続されている。トランジスタN7のドレインは、カレントミラー133の第2出力端に接続されており、第1電流Irefまたは第2電流Isetが流される。また、トランジスタN7のドレインは、過電流保護信号S71の出力端にも接続されている。トランジスタN7のソースは、NMOSFET21のソースとセンス抵抗22の第1端(=センス電圧Vsの印加端)に接続されている。センス抵抗22の第2端は、出力電圧Voの印加端(=外部端子T2)に接続されている。NMOSFET21のドレインは、電源電圧VBBの印加端(=外部端子T1)に接続されている。
The gates of the transistors N6 and N7 are both connected to the drain of the transistor N6. The drain of the transistor N6 is connected to the first output terminal of the
本構成例のコンパレータ141は、出力電圧Voを基準電位として動作し、トランジスタN6のソースに印加される閾値電圧Vth(=Iref(またはIset)×R132+Vo)と、トランジスタN7のソースに印加されるセンス電圧Vs(=Is×Rs+Vo)とを比較して過電流保護信号S71を生成する。
The
ここで、電源電圧VBB、出力電圧Vo、センス電圧Vs、及び、NMOSFET21のソース・ドレイン間に付随するボディダイオードの順方向降下電圧Vfについては、次の(1)式が成立する。
Here, for the power supply voltage VBB, the output voltage Vo, the sense voltage Vs, and the forward drop voltage Vf of the body diode associated between the source and drain of the
Vout<Vs<VBB+Vf (VBB≒OUT) … (1) Vout <Vs <VBB + Vf (VBB≈OUT) (1)
上記(1)式から、センス電圧Vsの動作点は、Vout+Vfレベルであることが分かる。従って、Vf=0.2V@150℃であることに鑑み、例えば、内部設定値IocpH(例えば40A)に対応するセンス電圧Vsが0.2V程度となるように、センス抵抗22及び抵抗132それぞれの抵抗値を調整した場合、外部設定値IocpL(例えば1A)に対応するセンス電圧Vsが5mVと非常に低い値になってしまう。
From the above equation (1), it can be seen that the operating point of the sense voltage Vs is at the Vout + Vf level. Therefore, considering that Vf=0.2V@150° C., for example, each of the
このように、単一のコンパレータ141を用いて内部設定値IocpHと外部設定値IocpLの双方に対応しようとすると、センス電圧Vsの動作点が非常に厳しくなってしまうので、ノイズの影響を受けやすく検出精度の悪化を招くおそれがある。
As described above, if the
図34は、上記の問題点を解消するために考案された閾値電圧生成部130及び過電流検出部140(及びそれらの周辺回路)の一変形例を示す図である。本変形例の半導体集積回路装置1において、過電流保護回路71は、閾値電圧生成部130と過電流検出部140を2つずつ含んでいる。以下では、閾値電圧生成部130a及び130b、並びに、過電流検出部140a及び140bというように、個別の符号を付して説明する。
FIG. 34 is a diagram showing a modification of the threshold
また、上記の回路変更に伴い、過電流保護回路71には、過電流検出部140a及び140bの切替制御を行う切替制御部180が設けられているほか、出力電流監視部20やゲート制御部30にも、種々の変更が加えられている。以下、本図を参照しながら、半導体集積回路装置1の各部構成について、個別具体的に詳述する。
Along with the above circuit change, the
出力電流監視部20は、NMOSFET21a〜21cと、センス抵抗22a〜22cを含む。NMOSFET21a〜21cは、いずれもNMOSFET10に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ioに応じたセンス電流Isを生成する。NMOSFET10とNMOSFET21a〜21cとのサイズ比は、m:1(ただし、m>1)である。従って、センス電流Isは、出力電流Ioを1/mに減じた大きさとなる。NMOSFET21a〜21cは、NMOSFET10と同様、ゲート駆動信号G1がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧G2がローレベルであるときにオフする。
The output
センス抵抗22a〜22c(抵抗値:Rsa〜Rsc)は、NMOSFET21a〜21cそれぞれのソースと外部端子T2との間に接続されており、センス電流Isに応じたセンス電圧Vsa〜Vscを生成する電流/電圧変換素子である。なお、センス電圧Vsa及びVsbは、それぞれ、過電流検出部140a及び140bでの比較処理に用いられる。一方、センス電圧Vscは、比較部160での比較処理に用いられる。
The
なお、本図の例では、比較部160の構成要素として、コンパレータ161の後段に、ローパスフィルタ162と遅延部163が設けられている。
In the example of this figure, as a component of the
閾値電圧生成部130a及び130bは、それぞれ、可変電流源134a及び134bと、抵抗135a及び135b(抵抗値:Rrefa及びRrefb)と、を含む。
The
可変電流源134aは、昇圧電圧VGの印加端と閾値電圧Vthaの出力端との間に接続されており、可変電流Iaを生成する。特に、可変電流源134aは、閾値制御信号S170に応じて、可変電流Iaの電流値をリニア制御する機能を備えている。具体的に述べると、可変電流源134aは、閾値制御信号S170がローレベルであるときには、可変電流Iaを第1電流Irefに固定する一方、閾値制御信号S170がハイレベルに立ち上がると、所定の遷移時間Ttrans1をかけて可変電流Iaを第1電流Irefから中間電流Im(ただしIset<Im<Iref)まで徐々に減らしていく。
The variable
抵抗135aは、閾値電圧Vthaの出力端と外部端子T2との間に接続されており、可変電流Iaに応じた閾値電圧Vtha(=Ia×Rrefa)を生成する。
The
可変電流源134bは、昇圧電圧VGの印加端と閾値電圧Vthbの出力端との間に接続されており、可変電流Ibを生成する。特に、可変電流源134bは、切替制御信号S180に応じて、可変電流Ibの電流値をリニア制御する機能を備えている。具体的に述べると、可変電流源134bは、切替制御信号S180がハイレベルであるときには、可変電流Ibを中間電流Imに固定する一方、切替制御信号S180がローレベルに立ち下がると、所定の遷移時間Ttrans2をかけて可変電流Ibを中間電流Imから第2電流Isetまで徐々に減らしていく。
The variable
抵抗135bは、閾値電圧Vthbの出力端と外部端子T2との間に接続されており、可変電流Ibに応じた閾値電圧Vthb(=Ib×Rrefb)を生成する。
The
このように、閾値電圧生成部130a及び130bは、可変電流Ia及びIbの双方を用いて閾値電圧Vtha及びVthb(延いては過電流検出閾値Iocp)を設定する。
As described above, the
過電流検出部140a及び140bは、それぞれ、コンパレータ141a及び141bを含み、センス電圧Vsa及びVsbと閾値電圧Vtha及びVthbとをそれぞれ比較して過電流保護信号S71a及びS71bを生成する。
The
コンパレータ141aの非反転入力端(+)は、センス電圧Vsaの印加端に接続されている。コンパレータ141aの反転入力端(−)は、閾値電圧Vthaの印加端に接続されている。このようにして接続されたコンパレータ141aは、センス電圧Vsaと閾値電圧Vthaとを比較して過電流保護信号S71aを生成する。過電流保護信号S71aは、センス電圧Vsaが閾値電圧Vthaよりも低いときにローレベル(=過電流未検出時の論理レベル)となり、センス電圧Vsaが閾値電圧Vthaよりも高いときにハイレベル(=過電流検出時の論理レベル)となる。
The non-inverting input terminal (+) of the
コンパレータ141bの非反転入力端(+)は、センス電圧Vsbの印加端に接続されている。コンパレータ141bの反転入力端(−)は、閾値電圧Vthbの印加端に接続されている。このようにして接続されたコンパレータ141bは、センス電圧Vsbと閾値電圧Vthbとを比較して過電流保護信号S71bを生成する。過電流保護信号S71bは、センス電圧Vsbが閾値電圧Vthbよりも低いときにローレベル(=過電流未検出時の論理レベル)となり、センス電圧Vsbが閾値電圧Vthbよりも高いときにハイレベル(=過電流検出時の論理レベル)となる。
The non-inverting input terminal (+) of the
ゲート制御部30としては、過電流検出部140a及び140bにそれぞれ対応して、2つのゲート制御部30a及び30bが設けられている。ゲート制御部30a及び30bは、それぞれ、NMOSFET35a及び35bと、抵抗36a及び36bと、キャパシタ37a及び37bと、を含む。また、ゲート制御部30bは、NMOSFET38をさらに含む。
As the
NMOSFET35aのドレインは、NMOSFET10のゲートに接続されている。NMOSFET35aのソースは、外部端子T2に接続されている。なお、NMOSFET35aのゲートには、コンパレータ71aから過電流保護信号S71aが印加されている。また、NMOSFET35aのドレイン・ゲート間には、抵抗36aとキャパシタ37aが直列に接続されている。
The drain of the NMOSFET 35 a is connected to the gate of the
NMOSFET35aは、過電流保護信号S71aがローレベルであるときにオフし、過電流保護信号S71aがハイレベルであるときにオンする。従って、過電流保護信号S71aがハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号G1が定常時のハイレベル(=VG)から所定の時定数τ(=R36a×C37a)で引き下げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ioに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号S71aがローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号G1が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ioの制限が解除される。
The
NMOSFET35bのドレインは、NMOSFET10のゲートに接続されている。NMOSFET35bのソースは、外部端子T2に接続されている。なお、NMOSFET35bのゲートには、コンパレータ71bから過電流保護信号S71bが印加されている。また、NMOSFET35bのドレイン・ゲート間には、抵抗36bとキャパシタ37bが直列に接続されている。
The drain of the NMOSFET 35 b is connected to the gate of the
NMOSFET35bは、過電流保護信号S71bがローレベルであるときにオフし、過電流保護信号S71bがハイレベルであるときにオンする。従って、過電流保護信号S71bがハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号G1が定常時のハイレベル(=VG)から所定の時定数τ(=R36b×C37b)で引き下げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ioに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号S71bがローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号G1が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、NMOSFET10の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ioの制限が解除される。
The NMOSFET 35b is turned off when the overcurrent protection signal S71b is at a low level, and turned on when the overcurrent protection signal S71b is at a high level. Therefore, when the overcurrent protection signal S71b is raised to the high level, the gate drive signal G1 is lowered from the high level (= VG) at the steady state with a predetermined time constant τ (= R36b × C37b). As a result, the continuity of the
なお、NMOSFET35bのゲートと外部端子T2との間には、切替制御信号S180に応じてオン/オフするNMOSFET38が接続されている。従って、切替制御信号S180がハイレベルであるときには、NMOSFET38がオンし、過電流保護信号S71bが強制的にローレベルに引き下げられるので、NMOSFET35bがオフする。このような動作状態は、過電流検出部140bが無効とされた状態(=過電流検出部140bを用いて過電流検出が行われる状態)に相当する。
An
一方、切替制御信号S180がローレベルであるときには、NMOSFET38がオフするので、先述のように、過電流保護信号S71bによるNMOSFET35bのゲート駆動が行われる。このような動作状態は、過電流検出部140bが有効とされた状態(=過電流検出部140bを用いて過電流検出が行われる状態)に相当する。
On the other hand, when the switching control signal S180 is at the low level, the
このように、過電流検出部140a及び140bは、切替制御信号S180(延いては過電流検出閾値Iocp)に応じて使い分けられる。
As described above, the
切替制御部180は、電流源181と、抵抗182と、コンパレータ183と、否定論理積演算器184と、を含む。
The switching
電流源181は、昇圧電圧VGの印加端と閾値電圧VthMの出力端との間に接続されており、所定の中間電流Imを生成する。 The current source 181 is connected between the application terminal of the boost voltage VG and the output terminal of the threshold voltage VthM, and generates a predetermined intermediate current Im.
抵抗182は、閾値電圧VthMの出力端と外部端子T2との間に接続されており、中間電流Imに応じた閾値電圧VthM(=Im×R182)を生成する。なお、過電流検出閾値Iocpに置き換えて考えた場合、閾値電圧VthMは、内部設定値IocpHよりも低く、外部設定値IocpLよりも高い中間設定値IocpMに相当する。 The resistor 182 is connected between the output terminal of the threshold voltage VthM and the external terminal T2, and generates a threshold voltage VthM (= Im × R182) corresponding to the intermediate current Im. When replaced with the overcurrent detection threshold value Iocp, the threshold voltage VthM corresponds to an intermediate set value IocM that is lower than the internal set value IocpH and higher than the external set value IocpL.
コンパレータ183の反転入力端(−)は、閾値電圧Vthaの印加端に接続されている。コンパレータ183の非反転入力端(+)は、閾値電圧VthMの印加端に接続されている。このようにして接続されたコンパレータ183は、閾値電圧Vthaと閾値電圧VthMとを比較して比較信号Scmpを生成する。比較信号Scmpは、閾値電圧Vthaが閾値電圧VthMよりも高いときにハイレベルとなり、閾値電圧Vthaが閾値電圧VthMよりも低いときにローレベルとなる。このような比較動作は、過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpHから中間設定値IocpMまで低下したか否かを検出する動作に他ならない。
The inverting input terminal (−) of the
否定論理積演算器184は、比較信号Scmpと閾値制御信号S170との否定論理積演算により、切替制御信号S180を生成する。従って、切替制御信号S180は、比較信号Scmpと閾値制御信号S170がいずれもハイレベルであるときにローレベルとなり、比較信号Scmpと閾値制御信号S170の少なくとも一方がローレベルであるときにハイレベルとなる。
The
図35は、電流源181、並びに、可変電流源134a及び134bを構成する電流生成回路190の一構成例を示す図である。本構成例の電流生成回路190は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタP11〜P23と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタN11〜N28と、抵抗R11〜R14と、キャパシタC11及びC12と、オペアンプAMP1及びAMP2と、スイッチSW1及びSW2と、インバータINVを含む。
FIG. 35 is a diagram illustrating a configuration example of the
まず、電流源181の構成要素として機能する部分(トランジスタP11及びP15、並びに、トランジスタN15及びN16)を中心にその接続関係や動作を説明する。 First, the connection relationship and operation will be described focusing on the parts (transistors P11 and P15 and transistors N15 and N16) that function as components of the current source 181.
トランジスタP11〜P15それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP11〜P15それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP11のドレインに接続されている。このように、トランジスタP11〜P15は、トランジスタP11のドレイン電流をトランジスタP12〜P15それぞれのドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。 The sources and back gates of the transistors P11 to P15 are all connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P11 to P15 are all connected to the drain of the transistor P11. Thus, the transistors P11 to P15 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P11 as the drain currents of the transistors P12 to P15.
ここで、トランジスタP11のドレインには、第1電流生成部110から中間電流Imが流されている。このように、第1電流生成部110は、第1電流Irefではなく中間電流Imを生成するように構成されている。従って、トランジスタP12〜P15それぞれのドレインには、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。
Here, the intermediate current Im flows from the first
トランジスタN15及びN16それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN15及びN16それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN15のドレインに接続されている。このように、トランジスタN15及びN16は、トランジスタN15のドレイン電流をトランジスタN16のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN15のドレインは、トランジスタP15のドレインに接続されており、中間電流Imと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN16のドレインにも、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N15 and N16 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N15 and N16 are both connected to the drain of the transistor N15. Thus, the transistors N15 and N16 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N15 as the drain current of the transistor N16. Here, the drain of the transistor N15 is connected to the drain of the transistor P15, and a mirror current equivalent to the intermediate current Im flows. Therefore, a mirror current equivalent to the intermediate current Im also flows through the drain of the transistor N16.
なお、電流源181は、トランジスタN16のドレインに流れるミラー電流を入力としてこれと等価の中間電流Imを出力する。このように、トランジスタP11及びP15、並びに、トランジスタN15及びN16は、電流源181の構成要素として機能する。 The current source 181 receives a mirror current flowing through the drain of the transistor N16 as an input, and outputs an intermediate current Im equivalent thereto. Thus, the transistors P11 and P15 and the transistors N15 and N16 function as components of the current source 181.
次に、可変電流源134aの構成要素として機能する部分(トランジスタP11及びP13〜P15、トランジスタN11〜N15及びN17、スイッチSW1、抵抗R11及びR12、キャパシタC11、インバータINV、並びに、オペアンプAMP1)に着目して説明する。
Next, attention is paid to portions (transistors P11 and P13 to P15, transistors N11 to N15 and N17, switch SW1, resistors R11 and R12, capacitor C11, inverter INV, and operational amplifier AMP1) that function as components of the variable
トランジスタN15及びN17それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN15及びN17それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN15のドレインに接続されている。このように、トランジスタN15及びN17は、トランジスタN15のドレイン電流をトランジスタN17のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN15のドレインには、先にも述べたように、中間電流Imと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN17のドレインにも、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N15 and N17 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N15 and N17 are both connected to the drain of the transistor N15. Thus, the transistors N15 and N17 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N15 as the drain current of the transistor N17. Here, as described above, a mirror current equivalent to the intermediate current Im flows through the drain of the transistor N15. Therefore, a mirror current equivalent to the intermediate current Im also flows through the drain of the transistor N17.
なお、トランジスタN17のドレイン電流は、中間電流Imと同値に固定された要素電流i1として用いられる。このように、トランジスタP11及びP15、並びに、トランジスタN15及びN17は、第1要素電流生成部として機能する。 The drain current of the transistor N17 is used as an element current i1 that is fixed to the same value as the intermediate current Im. Thus, the transistors P11 and P15 and the transistors N15 and N17 function as a first element current generation unit.
抵抗R11及びスイッチSW1それぞれの第1端は、いずれもトランジスタP13のドレインに接続されている。スイッチSW1の第2端は、キャパシタC11の第1端に接続されている。抵抗R11及びキャパシタC11それぞれの第2端は、いずれも接地端に接続されている。なお、スイッチSW1がオンしているときには、キャパシタC11がトランジスタP13のドレイン電流(=中間電流Im)を用いて充電される。このように、トランジスタP11及びP13は、中間電流Imと同値の充電電流を生成する充電電流生成部として機能する。 The first ends of the resistor R11 and the switch SW1 are both connected to the drain of the transistor P13. The second end of the switch SW1 is connected to the first end of the capacitor C11. The second ends of the resistor R11 and the capacitor C11 are both connected to the ground end. When the switch SW1 is on, the capacitor C11 is charged using the drain current (= intermediate current Im) of the transistor P13. Thus, the transistors P11 and P13 function as a charging current generation unit that generates a charging current having the same value as the intermediate current Im.
トランジスタN12及びN13それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN12及びN13それぞれのゲートは、トランジスタN12のドレインに接続されている。このように、トランジスタN12及びN13は、トランジスタN12のドレイン電流をトランジスタN13のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN12のドレインは、トランジスタP14のドレインに接続されており、中間電流Imと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN13のドレインにも、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。トランジスタN13のドレインは、キャパシタC11の第1端に接続されている。従って、上記のカレントミラーが有効とされているとき(=トランジスタN11がオフされているとき)には、キャパシタC11がトランジスタN13のドレイン電流(=中間電流Im)を用いて放電される。このように、トランジスタP11及びP14、並びに、トランジスタN12及びN13は、中間電流Imと同値の放電電流を生成する放電電流生成部として機能する。 The sources and back gates of the transistors N12 and N13 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N12 and N13 are connected to the drain of the transistor N12. Thus, the transistors N12 and N13 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N12 as the drain current of the transistor N13. Here, the drain of the transistor N12 is connected to the drain of the transistor P14, and a mirror current equivalent to the intermediate current Im flows. Therefore, a mirror current equivalent to the intermediate current Im also flows through the drain of the transistor N13. The drain of the transistor N13 is connected to the first end of the capacitor C11. Therefore, when the current mirror is valid (= when the transistor N11 is turned off), the capacitor C11 is discharged using the drain current (= intermediate current Im) of the transistor N13. Thus, the transistors P11 and P14 and the transistors N12 and N13 function as a discharge current generation unit that generates a discharge current having the same value as the intermediate current Im.
インバータINVの入力端は、閾値制御信号S170の印加端に接続されている。インバータINVの出力端は、スイッチSW1の制御端とトランジスタN11のゲートにそれぞれ接続されている。トランジスタN11のドレインは、トランジスタN12のドレインに接続されている。トランジスタN11のソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。 The input terminal of the inverter INV is connected to the application terminal of the threshold control signal S170. The output terminal of the inverter INV is connected to the control terminal of the switch SW1 and the gate of the transistor N11. The drain of the transistor N11 is connected to the drain of the transistor N12. The source and back gate of the transistor N11 are both connected to the ground terminal.
閾値制御信号S170がローレベルであるときには、スイッチSW1とトランジスタN11がいずれもオンする。その結果、キャパシタC11が充電状態となり、その充電電圧VC11が上限値(=Im×R11)まで充電される。一方、閾値制御信号S170がハイレベルであるときには、スイッチSW1とトランジスタN11がいずれもオフする。その結果、キャパシタC11が放電状態となり、その充電電圧VC11がゼロ値まで放電される。このように、インバータINV、スイッチSW1、及び、トランジスタN11は、閾値制御信号S170に応じてキャパシタC11の充電状態と放電状態を切り替える充放電制御部として機能する。 When the threshold control signal S170 is at a low level, both the switch SW1 and the transistor N11 are turned on. As a result, the capacitor C11 is charged, and the charging voltage VC11 is charged to the upper limit value (= Im × R11). On the other hand, when the threshold control signal S170 is at a high level, both the switch SW1 and the transistor N11 are turned off. As a result, the capacitor C11 is discharged, and the charge voltage VC11 is discharged to a zero value. As described above, the inverter INV, the switch SW1, and the transistor N11 function as a charge / discharge control unit that switches the charge state and the discharge state of the capacitor C11 according to the threshold control signal S170.
オペアンプAMP1の非反転入力端(+)は、キャパシタC11の第1端(=充電電圧VC11の出力端)に接続されている。オペアンプAMP1の反転入力端(−)は、トランジスタN14のソース及びバックゲートに接続されている。オペアンプAMP1の出力端は、トランジスタN14のゲートに接続されている。トランジスタN14のソースとバックゲートは、いずれも抵抗R12の第1端に接続されている。抵抗R12の第2端は、接地端に接続されている。 The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier AMP1 is connected to the first terminal (= the output terminal of the charging voltage VC11) of the capacitor C11. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier AMP1 is connected to the source and back gate of the transistor N14. The output terminal of the operational amplifier AMP1 is connected to the gate of the transistor N14. The source and back gate of the transistor N14 are both connected to the first end of the resistor R12. A second end of the resistor R12 is connected to the ground end.
なお、オペアンプAMP1は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするようにトランジスタN14のゲート制御を行う。従って、抵抗R12の第1端には、充電電圧VC11と等価の電圧が印加されるので、トランジスタN14のドレインに流れる要素電流i2は、充電電圧VC11に応じた可変電圧(=VC11/R12)となる。より具体的に述べると、要素電流i2は、キャパシタC11の放電に伴い、所定の上限値(=Im×R11/R12)からゼロ値まで徐々に減少していく。なお、抵抗R11及びR12それぞれの抵抗値を互いに同値としておくことにより、要素電流i2の上限値を中間電流Imと同値に設定することができる。 The operational amplifier AMP1 controls the gate of the transistor N14 so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are imaginarily short-circuited. Accordingly, since a voltage equivalent to the charging voltage VC11 is applied to the first end of the resistor R12, the element current i2 flowing through the drain of the transistor N14 is a variable voltage (= VC11 / R12) corresponding to the charging voltage VC11. Become. More specifically, the element current i2 gradually decreases from a predetermined upper limit value (= Im × R11 / R12) to a zero value as the capacitor C11 is discharged. Note that, by setting the resistance values of the resistors R11 and R12 to the same value, the upper limit value of the element current i2 can be set to the same value as the intermediate current Im.
このように、オペアンプAMP1、トランジスタN14、及び、抵抗R12は、キャパシタC11の充電電圧VC11を要素電流i2に変換する電圧/電流変換部として機能する。そして、上記のキャパシタC11、充電電流生成部(P11、P13)、放電電流生成部(P11、P14、N12、N13)、充放電制御部(INV、SW1、N11)、及び、電圧/電流変換部(AMP1、N14、R12)は、閾値制御信号S170に応じて要素電流i2を所定の上限値(=Im)からゼロ値まで徐々に減らしていく第2要素電流生成部を形成している。 As described above, the operational amplifier AMP1, the transistor N14, and the resistor R12 function as a voltage / current conversion unit that converts the charging voltage VC11 of the capacitor C11 into the element current i2. And said capacitor C11, charging current generation part (P11, P13), discharge current generation part (P11, P14, N12, N13), charging / discharging control part (INV, SW1, N11), and voltage / current conversion part (AMP1, N14, R12) form a second element current generator that gradually decreases the element current i2 from a predetermined upper limit value (= Im) to a zero value in accordance with the threshold control signal S170.
なお、トランジスタN17のドレイン(=要素電流i1の出力端)とトランジスタN14のドレイン(=要素電流i2の出力端)は、互いに接続されているので、その接続ノードには、要素電流i1と要素電流i2を足し合わせた加算電流(i1+i2)が流れる。 Note that the drain of the transistor N17 (= the output terminal of the element current i1) and the drain of the transistor N14 (= the output terminal of the element current i2) are connected to each other. An added current (i1 + i2) obtained by adding i2 flows.
先にも述べた通り、要素電流i1は、中間電流Imと同値の固定値であり、要素電流i2は、所定の上限値(=Im)からゼロ値まで減少していく可変値である。従って、加算電流(i1+i2)は、2Im(=Im+Im)からIm(=Im+0)まで変化する。 As described above, the element current i1 is a fixed value having the same value as the intermediate current Im, and the element current i2 is a variable value that decreases from a predetermined upper limit value (= Im) to a zero value. Therefore, the addition current (i1 + i2) changes from 2Im (= Im + Im) to Im (= Im + 0).
可変電流源134aは、この加算電流(i1+i2)を入力としてこれと等価の可変電流Iaを生成する。具体的に述べると、可変電流源134aは、閾値制御信号S170がローレベルであるときには、可変電流Iaを第1電流Iref(=2Im)に固定する一方、閾値制御信号S170がハイレベルに立ち上がると、所定の遷移時間Ttrans1をかけて可変電流Iaを第1電流Irefから中間電流Imまで徐々に減らしていく。
The variable
次に、可変電流源134bの構成要素として機能する部分(トランジスタP11及びP12、トランジスタP15〜P23、トランジスタN15及びN18〜N28、スイッチSW2、抵抗R13及びR14、キャパシタC12、並びに、オペアンプAMP2)に着目して説明する。
Next, attention is focused on the parts (transistors P11 and P12, transistors P15 to P23, transistors N15 and N18 to N28, switch SW2, resistors R13 and R14, capacitor C12, and operational amplifier AMP2) that function as components of the variable
トランジスタN15及びN18それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN15及びN18それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN15のドレインに接続されている。このように、トランジスタN15及びN18は、トランジスタN15のドレイン電流をトランジスタN18のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN15のドレインには、先にも述べたように、中間電流Imと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN18のドレインにも、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N15 and N18 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N15 and N18 are both connected to the drain of the transistor N15. Thus, the transistors N15 and N18 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N15 as the drain current of the transistor N18. Here, as described above, a mirror current equivalent to the intermediate current Im flows through the drain of the transistor N15. Therefore, a mirror current equivalent to the intermediate current Im also flows through the drain of the transistor N18.
トランジスタP16及びP17それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP16及びP17それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP16のドレインに接続されている。このように、トランジスタP16及びP17は、トランジスタP16のドレイン電流をトランジスタP17のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタP16のドレインは、トランジスタN18のドレインに接続されており、中間電流Imと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタP17のドレインにも、中間電流Imと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors P16 and P17 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P16 and P17 are both connected to the drain of the transistor P16. Thus, the transistors P16 and P17 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P16 as the drain current of the transistor P17. Here, the drain of the transistor P16 is connected to the drain of the transistor N18, and a mirror current equivalent to the intermediate current Im flows. Therefore, a mirror current equivalent to the intermediate current Im also flows through the drain of the transistor P17.
なお、トランジスタP17のドレイン電流は、中間電流Imと同値に固定された要素電流i3として用いられる。このように、トランジスタP11及びP15〜P17、並びにトランジスタN15及びN18は、第3要素電流生成部として機能する。 The drain current of the transistor P17 is used as an element current i3 that is fixed to the same value as the intermediate current Im. Thus, the transistors P11 and P15 to P17 and the transistors N15 and N18 function as a third element current generation unit.
トランジスタP18及びP19それぞれのソースとバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP18及びP19それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP18のドレインに接続されている。このように、トランジスタP18及びP19は、トランジスタP18のドレイン電流をトランジスタP19のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここでトランジスタP18のドレインには、第2電流生成部120から第2電流Isetが流れているので、トランジスタP19のドレインには、第2電流Isetと等価のミラー電流が流れる。
The sources and back gates of the transistors P18 and P19 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P18 and P19 are both connected to the drain of the transistor P18. Thus, the transistors P18 and P19 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P18 as the drain current of the transistor P19. Here, since the second current Iset flows from the second
トランジスタN21及びN22それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN21及びN22それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN21のドレインに接続されている。このように、トランジスタN21及びN22は、トランジスタN21のドレイン電流をトランジスタN22のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN21のドレインは、トランジスタP19のドレインに接続されており、第2電流Isetと等価のミラー電流が流されている。従って、トランジスタN22のドレインにも、第2電流Isetと等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N21 and N22 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N21 and N22 are both connected to the drain of the transistor N21. Thus, the transistors N21 and N22 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N21 as the drain current of the transistor N22. Here, the drain of the transistor N21 is connected to the drain of the transistor P19, and a mirror current equivalent to the second current Iset is passed. Accordingly, a mirror current equivalent to the second current Iset also flows through the drain of the transistor N22.
トランジスタN23及びN24それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN23及びN24それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN23のドレインに接続されている。このように、トランジスタN23及びN24は、トランジスタN23のドレイン電流をトランジスタN24のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN23のドレインは、トランジスタP12及びN22それぞれのドレインに接続されており、中間電流Imから第2電流Isetを差し引いた差分電流(Im−Iset)が流されている。従って、トランジスタN24のドレインにも、上記の差分電流(Im−Iset)と等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N23 and N24 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N23 and N24 are both connected to the drain of the transistor N23. Thus, the transistors N23 and N24 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N23 as the drain current of the transistor N24. Here, the drain of the transistor N23 is connected to the respective drains of the transistors P12 and N22, and a differential current (Im-Iset) obtained by subtracting the second current Iset from the intermediate current Im flows. Therefore, a mirror current equivalent to the differential current (Im-Iset) flows also to the drain of the transistor N24.
トランジスタP20及びP21それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP20及びP21それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP20のドレインに接続されている。このように、トランジスタP20及びP21は、トランジスタP20のドレイン電流をトランジスタP21のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタP20のドレインは、トランジスタN24のドレインに接続されており、先出の差分電流(Im−Iset)が流されている。従って、トランジスタP21のドレインにも、差分電流(Im−Iset)と等価のミラー電流が流れる。なお、このミラー電流は、キャパシタC12の充電電流として用いられる。 The sources and back gates of the transistors P20 and P21 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P20 and P21 are both connected to the drain of the transistor P20. Thus, the transistors P20 and P21 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P20 as the drain current of the transistor P21. Here, the drain of the transistor P20 is connected to the drain of the transistor N24, and the above-described differential current (Im-Iset) flows therethrough. Therefore, a mirror current equivalent to the differential current (Im−Iset) also flows through the drain of the transistor P21. This mirror current is used as a charging current for the capacitor C12.
上記のように、トランジスタP4〜P7及びN1〜N4は、中間電流Imから第2電流Isetを差し引くことにより、キャパシタC12の充電電流(=Im−Iset)を生成する充電電流生成部として機能する。 As described above, the transistors P4 to P7 and N1 to N4 function as a charging current generator that generates the charging current (= Im−Iset) of the capacitor C12 by subtracting the second current Iset from the intermediate current Im.
抵抗R13は、トランジスタP21のドレインと接地端との間に接続されている。スイッチSW2の第1端は、トランジスタP21のドレインに接続されている。スイッチSW2の第2端は、キャパシタC12の第1端に接続されている。キャパシタC12の第2端は、接地端に接続されている。 The resistor R13 is connected between the drain of the transistor P21 and the ground terminal. The first end of the switch SW2 is connected to the drain of the transistor P21. The second end of the switch SW2 is connected to the first end of the capacitor C12. The second end of the capacitor C12 is connected to the ground end.
スイッチSW2は、切替制御信号S180がハイレベルであるときにオフし、切替制御信号S180がローレベルであるときにオンする。スイッチSW2がオンしているときには、トランジスタP21のドレインに流れる充電電流(Im−Iset)を用いてキャパシタC12が充電される。このように、スイッチSW2は、切替制御信号S180の立上りに応じてキャパシタC12の充電を開始する充電制御部として機能する。なお、キャパシタC12の充電に伴い、キャパシタC12の充電電圧VC12は、ゼロ値から所定の上限値(=(Im−Iset)×R13)まで上昇する。 The switch SW2 is turned off when the switching control signal S180 is at a high level, and is turned on when the switching control signal S180 is at a low level. When the switch SW2 is on, the capacitor C12 is charged using the charging current (Im-Iset) flowing through the drain of the transistor P21. Thus, the switch SW2 functions as a charge control unit that starts charging the capacitor C12 in response to the rise of the switching control signal S180. As the capacitor C12 is charged, the charging voltage VC12 of the capacitor C12 increases from a zero value to a predetermined upper limit value (= (Im−Iset) × R13).
オペアンプAMP2の非反転入力端(+)は、キャパシタC12の第1端(=充電電圧VC12の出力端)に接続されている。オペアンプAMP2の反転入力端(−)は、トランジスタN25のソース及びバックゲートに接続されている。オペアンプAMP2の出力端は、トランジスタN25のゲートに接続されている。トランジスタN25のソースとバックゲートは、いずれも抵抗R14の第1端に接続されている。抵抗R14の第2端は、接地端に接続されている。 The non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier AMP2 is connected to the first terminal (= the output terminal of the charging voltage VC12) of the capacitor C12. The inverting input terminal (−) of the operational amplifier AMP2 is connected to the source and back gate of the transistor N25. The output terminal of the operational amplifier AMP2 is connected to the gate of the transistor N25. The source and back gate of the transistor N25 are both connected to the first end of the resistor R14. A second end of the resistor R14 is connected to the ground end.
なお、オペアンプAMP2は、非反転入力端(+)と反転入力端(−)がイマジナリショートするようにトランジスタN25のゲート制御を行う。従って、抵抗R14の第1端には、充電電圧VC12と等価の電圧が印加されるので、トランジスタN25のドレインに流れる要素電流i4は、充電電圧VC12に応じた可変電圧(=VC12/R14)となる。より具体的に述べると、要素電流i4は、キャパシタC12の充電に伴い、ゼロ値から所定の上限値(=(Im−Iset)×R13/R14)まで徐々に増大していく。なお、抵抗R13及びR14それぞれの抵抗値を互いに同値としておくことにより、要素電流i4の上限値を(Im−Iset)に設定することができる。 The operational amplifier AMP2 controls the gate of the transistor N25 so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are imaginarily short-circuited. Therefore, since a voltage equivalent to the charging voltage VC12 is applied to the first end of the resistor R14, the element current i4 flowing through the drain of the transistor N25 is a variable voltage (= VC12 / R14) corresponding to the charging voltage VC12. Become. More specifically, the element current i4 gradually increases from a zero value to a predetermined upper limit value (= (Im−Iset) × R13 / R14) as the capacitor C12 is charged. The upper limit value of the element current i4 can be set to (Im−Iset) by setting the resistance values of the resistors R13 and R14 to the same value.
トランジスタP22及びP23それぞれのソース及びバックゲートは、いずれも内部電源電圧Vregの印加端に接続されている。また、トランジスタP22及びP23それぞれのゲートは、いずれもトランジスタP22のドレインに接続されている。このように、トランジスタP22及びP23は、トランジスタP22のドレイン電流をトランジスタP23のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタP22のドレインは、トランジスタN25のドレインに接続されており、先出の要素電流i4が流されている。従って、トランジスタP23のドレインにも、要素電流i4と等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors P22 and P23 are both connected to the application terminal of the internal power supply voltage Vreg. The gates of the transistors P22 and P23 are both connected to the drain of the transistor P22. Thus, the transistors P22 and P23 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor P22 as the drain current of the transistor P23. Here, the drain of the transistor P22 is connected to the drain of the transistor N25, and the previous element current i4 flows therethrough. Therefore, a mirror current equivalent to the element current i4 also flows through the drain of the transistor P23.
トランジスタN27及びN28それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN27及びN28それぞれのゲートは、トランジスタN27のドレインに接続されている。このように、トランジスタN27及びN28は、トランジスタN27のドレイン電流をトランジスタN28のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN27のドレインは、トランジスタP23のドレインに接続されており、先出の要素電流i4が流されている。従って、トランジスタN28のドレインにも、要素電流i4と等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N27 and N28 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N27 and N28 are connected to the drain of the transistor N27. Thus, the transistors N27 and N28 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N27 as the drain current of the transistor N28. Here, the drain of the transistor N27 is connected to the drain of the transistor P23, and the above-described element current i4 flows. Therefore, a mirror current equivalent to the element current i4 also flows through the drain of the transistor N28.
トランジスタN26のドレインは、トランジスタN27のドレインに接続されている。トランジスタN26のソース及びバックゲートは、接地端に接続されている。トランジスタN26のゲートは、切替制御信号S180の印加端に接続されている。 The drain of the transistor N26 is connected to the drain of the transistor N27. The source and back gate of the transistor N26 are connected to the ground terminal. The gate of the transistor N26 is connected to the application terminal of the switching control signal S180.
切替制御信号S180がハイレベルであるときには、トランジスタN26がオンする。その結果、トランジスタN27及びN28から成るカレントミラーが無効となり、要素電流i4の出力が禁止される。一方、切替制御信号S180がローレベルであるときには、トランジスタN26がオフする。その結果、トランジスタN27及びN28から成るカレントミラーが有効となり、要素電流i4の出力が許可される。 When the switching control signal S180 is at a high level, the transistor N26 is turned on. As a result, the current mirror composed of the transistors N27 and N28 is disabled, and the output of the element current i4 is prohibited. On the other hand, when the switching control signal S180 is at a low level, the transistor N26 is turned off. As a result, the current mirror composed of the transistors N27 and N28 becomes effective, and the output of the element current i4 is permitted.
このように、オペアンプAMP2、トランジスタN25、抵抗R14(さらには、後段のトランジスタP22及びP23、並びに、トランジスタN27及びN28)は、キャパシタC12の充電電圧VC12を要素電流i4に変換する電圧/電流変換部として機能する。そして、上記のキャパシタC12、充電電流生成部(P11、P12、P18〜P21、N21〜N24)、充電制御部(SW2)、並びに、電圧/電流変換部(AMP2、N25、R14)は、切替制御信号S180に応じて要素電流i4をゼロ値から所定の上限値(=Im−Iset)まで徐々に増やしていく第4要素電流生成部を形成している。 As described above, the operational amplifier AMP2, the transistor N25, and the resistor R14 (and the subsequent transistors P22 and P23, and the transistors N27 and N28) include a voltage / current conversion unit that converts the charging voltage VC12 of the capacitor C12 into the element current i4. Function as. The capacitor C12, the charging current generator (P11, P12, P18 to P21, N21 to N24), the charging controller (SW2), and the voltage / current converter (AMP2, N25, R14) are switched. A fourth element current generator is formed that gradually increases the element current i4 from a zero value to a predetermined upper limit value (= Im−Iset) in response to the signal S180.
トランジスタN19及びN20それぞれのソースとバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。また、トランジスタN19及びN20それぞれのゲートは、いずれもトランジスタN19のドレインに接続されている。このように、トランジスタN19及びN20は、トランジスタN19のドレイン電流をトランジスタN20のドレイン電流としてミラーするカレントミラーを形成している。ここで、トランジスタN19のドレインは、トランジスタP17及びN28それぞれのドレインに接続されており、要素電流i3から要素電流i4を差し引いた差分電流(i3−i4)が流されている。従って、トランジスタN20のドレインにも、上記の差分電流(i3−i4)と等価のミラー電流が流れる。 The sources and back gates of the transistors N19 and N20 are both connected to the ground terminal. The gates of the transistors N19 and N20 are both connected to the drain of the transistor N19. Thus, the transistors N19 and N20 form a current mirror that mirrors the drain current of the transistor N19 as the drain current of the transistor N20. Here, the drain of the transistor N19 is connected to the drains of the transistors P17 and N28, and a differential current (i3-i4) obtained by subtracting the element current i4 from the element current i3 is passed. Therefore, a mirror current equivalent to the differential current (i3-i4) flows also to the drain of the transistor N20.
先にも述べた通り、要素電流i3は、中間電流Imと同値の固定値であり、要素電流i4は、ゼロ値から所定の上限値(=Im−Iset)まで増大していく可変値である。従って、差分電流(i3−i4)は、Im(=Im−0)からIset(=Im−(Im−Iset))まで変化する。 As described above, the element current i3 is a fixed value that is the same value as the intermediate current Im, and the element current i4 is a variable value that increases from a zero value to a predetermined upper limit value (= Im−Iset). . Therefore, the differential current (i3-i4) changes from Im (= Im-0) to Iset (= Im- (Im-Iset)).
可変電流源134bは、この差分電流(i3−i4)を入力としてこれと等価の可変電流Ibを生成する。具体的に述べると、可変電流源134bは、切替制御信号S180がハイレベルであるときには、可変電流Ibを中間電流Imに固定する一方、切替制御信号S180がローレベルに立ち下がると、所定の遷移時間Ttrans2をかけて可変電流Ibを中間電流Imから第2電流Isetまで徐々に減らしていく。
The variable
なお、上記では、Im=Iref/2である場合を例に挙げたが、中間電流Imの電流値については、何らこれに限定されるものではなく、センス電圧Vsa及びVsbそれぞれの動作点に支障が生じない範囲で、任意の電流値に設定することが可能である。 In the above description, the case where Im = Iref / 2 is taken as an example. However, the current value of the intermediate current Im is not limited to this, and the operation points of the sense voltages Vsa and Vsb are hindered. It is possible to set an arbitrary current value within a range where no occurs.
図36は、過電流検出閾値Iocpの切替動作を示す図である。本図で示したように、マスク期間Tmask(=時刻t101〜t102を参照)の経過後、閾値制御信号S170がハイレベルに立ち上がると、遷移時間Ttrans1(=時刻t102〜t103を参照)をかけて、過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpHから中間設定値IocpMまで引き下げられていく。なお、時刻t103以前の過電流検出動作(IocpM<Iocp<IocpH)は、過電流検出部140aを主体として実施される。
FIG. 36 is a diagram illustrating the switching operation of the overcurrent detection threshold value Iocp. As shown in the figure, when the threshold control signal S170 rises to a high level after the mask period Tmask (= refer to times t101 to t102), a transition time Ttrans1 (= refer to times t102 to t103) is applied. The overcurrent detection threshold Iocp is lowered from the internal set value IocpH to the intermediate set value IocpM. Note that the overcurrent detection operation (IocpM <Iocp <IocpH) before time t103 is mainly performed by the
その後、過電流検出閾値Iocpが中間設定値IocpMまで低下し、切替制御信号S180がローレベルに立ち下がると、遷移時間Ttrans2(=時刻t103〜t104を参照)をかけて、過電流検出閾値Iocpが中間設定値IocpMから外部設定値IocpLまでさらに引き下げられていく。なお、時刻t103以降の過電流検出動作(IocpL<Iocp<IocpM)は、過電流検出部140bを主体として実施される。
After that, when the overcurrent detection threshold Iocp decreases to the intermediate set value IocpM and the switching control signal S180 falls to the low level, the transition time Ttrans2 (= see time t103 to t104) is applied and the overcurrent detection threshold Iocp is The value is further lowered from the intermediate set value IocpM to the external set value IocpL. The overcurrent detection operation after time t103 (IocpL <Iocp <IocM) is performed mainly by the
このように、2つの過電流検出部140a及び140bを個別に用意しておき、過電流検出閾値Iocpに応じて両者を使い分ける構成であれば、内部設定値IocpHと外部設定値IocpLとの差が大きい場合であっても、センス電圧Vsa及びVsbの動作点を個別に調整することができるので、適切な過電流保護を実現することが可能となる。
In this way, if the two
なお、先にも述べたように、内部設定値IocpHと外部設定値IocpLとの差が大きくなるほど、過電流検出閾値Iocpの切替時にアンダーシュートを生じやすくなる。そのため、過電流検出閾値Iocpの切替時には、所定の遷移時間Ttrans(=Ttrans1+Ttrans2)をかけて、過電流検出閾値Iocpを徐々に引き下げていくソフト切替機能を併せて導入することが望ましいと言える。 As described above, as the difference between the internal set value IocpH and the external set value IocpL increases, an undershoot is more likely to occur when the overcurrent detection threshold Iocp is switched. Therefore, when switching overcurrent detection threshold value Iocp, it can be said that it is desirable to introduce a soft switching function that gradually reduces overcurrent detection threshold value Iocp over a predetermined transition time Ttrans (= Ttrans1 + Ttrans2).
ただし、過電流検出閾値Iocpのアンダーシュート抑制技術と、センス電圧Vsa及びVsbの動作点改善技術は、それぞれ単独でも実装することが可能である。例えば、過電流検出閾値Iocpのアンダーシュートを抑制する必要がなければ、遷移時間Ttrans1及びTtrans2の一方または両方をゼロ値とすることも任意である。 However, the undershoot suppression technology for the overcurrent detection threshold Iocp and the operating point improvement technology for the sense voltages Vsa and Vsb can be implemented independently. For example, if it is not necessary to suppress the undershoot of the overcurrent detection threshold value Iocp, it is optional to set one or both of the transition times Ttrans1 and Ttrans2 to zero values.
図37は、本変形例における閾値切替動作の一例を示すフローチャートである。フローが開始すると、まず、ステップS300では、過電流保護回路71が起動し、第1電流Iref(及びその基準となる中間電流Im)と第2電流Isetがそれぞれ生成される。
FIG. 37 is a flowchart showing an example of the threshold value switching operation in the present modification. When the flow starts, first, in step S300, the
次に、ステップS301では、過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpH(∝Iref)に初期設定される。 Next, in step S301, the overcurrent detection threshold Iocp is initially set to the internal set value IocpH (∝Iref).
次に、ステップS302では、比較信号VCMPがハイレベル(Vsc>VIset)であるか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS303に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS302に戻されて本ステップでの判定が繰り返される。 Next, in step S302, it is determined whether or not the comparison signal VCMP is at a high level (Vsc> Vset). Here, if the determination is yes, the flow proceeds to step S303. On the other hand, if a negative determination is made, the flow returns to step S302 and the determination in this step is repeated.
ステップS303では、ステップS302でのイエス判定を受けて、キャパシタ177の充電が開始される。
In step S303, in response to a YES determination in step S302, charging of the
続いて、ステップS304では、閾値制御信号S170がハイレベル(Vd>Vdref)であるか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS305に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS304に戻されて本ステップでの判定が繰り返される。 Subsequently, in step S304, it is determined whether or not the threshold control signal S170 is at a high level (Vd> Vdref). If the determination is yes, the flow proceeds to step S305. On the other hand, if a negative determination is made, the flow returns to step S304 and the determination in this step is repeated.
ステップS305では、ステップS304でのイエス判定を受けて、キャパシタ177が放電される。
In step S305, the
また、ステップS306では、所定の遷移時間Ttrans1をかけて過電流検出閾値Iocpが内部設定値IocpH(∝Iref)から中間設定値IocpM(∝Im)まで引き下げられていく。 In step S306, overcurrent detection threshold Iocp is lowered from internal set value IocpH (∝Iref) to intermediate set value IocM (∝Im) over a predetermined transition time Ttrans1.
次に、ステップS307では、切替制御信号S180がローレベル(S170=HかつVtha<VthM)であるか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS308に進められる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS307に戻されて本ステップでの判定が繰り返される。 Next, in step S307, it is determined whether or not the switching control signal S180 is at a low level (S170 = H and Vtha <VthM). If the determination is yes, the flow proceeds to step S308. On the other hand, if a negative determination is made, the flow returns to step S307 and the determination in this step is repeated.
なお、ステップS307でのイエス判定以前は、過電流検出部140bが無効とされるので、過電流検出部140aを主体とする過電流検出動作が実施される。一方、ステップS307のイエス判定以降は、過電流検出部140bが有効とされるので、過電流検出部140bを主体とする過電流検出動作が実施される。
Note that, prior to the YES determination in step S307, the
ステップS308では、所定の遷移時間Ttrans2をかけて過電流検出閾値Iocpが中間設定値IocpMから第2設定値IocpLまで引き下げられていく。 In step S308, the overcurrent detection threshold Iocp is lowered from the intermediate set value IocM to the second set value IocL over the predetermined transition time Ttrans2.
次に、ステップS309では、比較信号VCMPがローレベル(Vsc<VIset)であるか否かの判定が行われる。ここで、イエス判定が下された場合には、フローがステップS301に戻されて、過電流検出閾値Iocpが再び内部設定値IocpHに切り替えられる。一方、ノー判定が下された場合には、フローがステップS309に戻されて本ステップでの判定が繰り返される。 Next, in step S309, it is determined whether or not the comparison signal VCMP is at a low level (Vsc <VIset). If the determination is yes, the flow returns to step S301, and the overcurrent detection threshold Iocp is switched again to the internal set value IocpH. On the other hand, if a negative determination is made, the flow is returned to step S309 and the determination in this step is repeated.
<車両への適用>
図38は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(本図では不図示)と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器X11〜X18とを搭載している。なお、本図における電子機器X11〜X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
<Application to vehicles>
FIG. 38 is an external view showing a configuration example of a vehicle. The vehicle X of this configuration example includes a battery (not shown in the figure) and various electronic devices X11 to X18 that operate by receiving power supply from the battery. In addition, about the mounting position of the electronic devices X11-X18 in this figure, it may differ from the actual for convenience of illustration.
電子機器X11は、エンジンに関連する制御(インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など)を行うエンジンコントロールユニットである。 The electronic device X11 is an engine control unit that performs control related to the engine (injection control, electronic throttle control, idling control, oxygen sensor heater control, auto cruise control, and the like).
電子機器X12は、HID[high intensity discharged lamp]やDRL[daytime running lamp]などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。 The electronic device X12 is a lamp control unit that performs on / off control such as HID [high intensity discharged lamp] and DRL [daytime running lamp].
電子機器X13は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。 The electronic device X13 is a transmission control unit that performs control related to the transmission.
電子機器X14は、車両Xの運動に関連する制御(ABS[anti-lock brake system]制御、EPS[electric power steering]制御、電子サスペンション制御など)を行うボディコントロールユニットである。 The electronic device X14 is a body control unit that performs control (ABS [anti-lock brake system] control, EPS [electric power steering] control, electronic suspension control, etc.) related to the motion of the vehicle X.
電子機器X15は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。 The electronic device X15 is a security control unit that performs drive control such as a door lock and a security alarm.
電子機器X16は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー(ショックアブソーバー)、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Xに組み込まれている電子機器である。 The electronic device X16 is an electronic device that is built into the vehicle X at the factory shipment stage as a standard equipment item or manufacturer's option product, such as a wiper, an electric door mirror, a power window, a damper (shock absorber), an electric sunroof, and an electric seat. It is.
電子機器X17は、車載A/V[audio/visual]機器、カーナビゲーションシステム、及び、ETC[electronic toll collection system]など、ユーザオプション品として任意で車両Xに装着される電子機器である。 The electronic device X17 is an electronic device that is optionally mounted on the vehicle X as a user option product such as an in-vehicle A / V [audio / visual] device, a car navigation system, and an ETC [electronic toll collection system].
電子機器X18は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。 The electronic device X18 is an electronic device that includes a high-voltage motor such as an in-vehicle blower, an oil pump, a water pump, and a battery cooling fan.
なお、先に説明した半導体集積回路装置1、ECU2、及び、負荷3は、電子機器X11〜X18のいずれにも組み込むことが可能である。
The semiconductor integrated
<その他の変形例>
また、上記の実施形態では、車載用ハイサイドスイッチICを例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されている発明の適用対象は、これに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用IPD(車載用ローサイドスイッチICや車載用電源ICなど)はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。
<Other variations>
Further, in the above embodiment, the description has been given by taking the in-vehicle high-side switch IC as an example, but the application target of the invention disclosed in the present specification is not limited to this, for example, In addition to other in-vehicle IPDs (such as in-vehicle low-side switch ICs and in-vehicle power supply ICs), the present invention can be widely applied to semiconductor integrated circuit devices other than in-vehicle applications.
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 Various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment. That is, the above-described embodiment is to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and the technical scope of the present invention is indicated not by the description of the above-described embodiment but by the scope of the claims. It should be understood that all modifications that fall within the meaning and range equivalent to the terms of the claims are included.
本明細書中に開示されている発明は、車載用IPDなどに利用することが可能である。 The invention disclosed in this specification can be used for in-vehicle IPD and the like.
1 半導体集積回路装置
2 ECU
3、3X、3Y 負荷
4 外部センス抵抗
10、10X、10Y NMOSFET
20、20X、20Y 出力電流監視部
21、21’、21a、21b、21c NMOSFET
22、22a、22b、22c センス抵抗
30、30X、30Y、30a、30b ゲート制御部
31 ゲートドライバ
32 オシレータ
33 チャージポンプ
34 クランパ
35、35a、35b NMOSFET
36a、36b 抵抗
37a、37b キャパシタ
38 NMOSFET
40、40X、40Y 制御ロジック部
50、50X、50Y 信号入力部
60、60X、60Y 内部電源部
70、70X、70Y 異常保護部
71、71X、71Y 過電流保護回路
72 オープン保護回路
73 温度保護回路
74 減電圧保護回路
80、80X、80Y 出力電流検出部
90、90X、90Y 信号出力部
91、91X、91Y セレクタ
100 マルチプレクサ
110 第1電流生成部
111 オペアンプ
112 NMOSFET
113 抵抗
120 第2電流生成部
121 オペアンプ
122 NMOSFET
123 抵抗
130、130X、130Y、130a、130b 閾値電圧生成部
131 電流源
132 抵抗
133 カレントミラー
134、134a、134b 可変電流源
134H 上側電流生成部
134L 下側電流生成部
135、135a、135b 抵抗
140、140X、140Y、140a、140b 過電流検出部
141、141a、141b コンパレータ
150、150X、150Y 参照電圧生成部
151 電流源
152 抵抗
160、160X、160Y 比較部
161 コンパレータ
162 ローパスフィルタ
163 遅延部
170 閾値制御部
171 コンパレータ
172 電流源
173、173X、173Y レベルシフタ
174、174X、174Y RSフリップフロップ
175 放電制御部
176 NMOSFET
177 キャパシタ
178 充電制御部
179X、179Y 遅延部
180 切替制御部
181 電流源
182 抵抗
183 コンパレータ
184 否定論理積演算器
190 電流生成回路
NOR1 否定論理和演算器
AND1〜AND3 論理積演算器
OR1 論理和演算器
INV1〜INV3、INV インバータ
PG1 パルス生成部
R1〜R3、R11〜R14 抵抗
C1、C2、C11、C12 キャパシタ
T1〜T5、SET、DLY 外部端子
P1〜P7、P11〜P23 Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ
N1〜N7、N11〜N28 Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ
AMP、AMP1、AMP2 オペアンプ
SW、SW1、SW2 スイッチ
X 車両
X11〜X18 電子機器
1 Semiconductor integrated
3, 3X,
20, 20X, 20Y Output
22, 22a, 22b,
36a,
40, 40X, 40Y
113
Claims (17)
前記過電流検出閾値が前記第1設定値とされているときに監視対象電流が前記第2設定値を上回ったままマスク期間が経過した時点で前記過電流検出閾値を前記第2設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成する閾値制御部と、
を有し、
前記閾値生成部は、前記過電流検出閾値を前記第1設定値から前記第2設定値に切り替える際、所定の遷移時間をかけて前記過電流検出閾値を徐々に引き下げていくことを特徴とする過電流保護回路。 A threshold value generation unit that switches between an overcurrent detection threshold value as a first setting value or a second setting value lower than the first setting value in accordance with a threshold control signal;
When the overcurrent detection threshold is set to the first set value, the overcurrent detection threshold is switched to the second set value when the mask period elapses while the monitoring target current exceeds the second set value. A threshold control unit for generating the threshold control signal,
Have
The threshold generation unit gradually lowers the overcurrent detection threshold over a predetermined transition time when switching the overcurrent detection threshold from the first set value to the second set value. Overcurrent protection circuit.
前記第1電流値に固定された上側電流を生成する上側電流生成部と、
前記閾値制御信号に応じて下側電流をゼロ値から前記第1電流値と前記第2電流値との差分値まで徐々に増やしていく下側電流生成部と、
を含み、
前記上側電流から前記下側電流を差し引いた差分電流を前記可変電流として出力することを特徴とする請求項2に記載の過電流保護回路。 The variable current source is:
An upper current generator for generating an upper current fixed at the first current value;
A lower current generator that gradually increases a lower current from a zero value to a difference value between the first current value and the second current value according to the threshold control signal;
Including
The overcurrent protection circuit according to claim 2, wherein a differential current obtained by subtracting the lower current from the upper current is output as the variable current.
キャパシタと、
前記第1電流値の第1電流から前記第2電流値の第2電流を差し引いて前記キャパシタの充電電流を生成する充電電流生成部と、
前記閾値制御信号に応じて前記キャパシタの充電を開始する充電制御部と、
前記キャパシタの充電電圧を前記下側電流に変換する電圧/電流変換部と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の過電流保護回路。 The lower current generator is
A capacitor;
A charging current generator that subtracts a second current of the second current value from a first current of the first current value to generate a charging current of the capacitor;
A charge control unit that starts charging the capacitor in response to the threshold control signal;
A voltage / current converter that converts the charging voltage of the capacitor into the lower current;
The overcurrent protection circuit according to claim 3, further comprising:
前記監視対象電流と前記過電流検出閾値とを比較して過電流保護信号を生成する過電流検出部と、
前記過電流検出閾値が前記第1設定値とされているときに監視対象電流が前記第2設定値を上回ったままマスク期間が経過した時点で前記過電流検出閾値を前記第2設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成する閾値制御部と、
を有し、
前記過電流検出部は、前記過電流検出閾値に応じて使い分けられる第1過電流検出部と第2過電流検出部を含むことを特徴とする過電流保護回路。 A threshold value generation unit that switches between an overcurrent detection threshold value as a first setting value or a second setting value lower than the first setting value in accordance with a threshold control signal;
An overcurrent detection unit that generates an overcurrent protection signal by comparing the monitoring target current and the overcurrent detection threshold;
When the overcurrent detection threshold is set to the first set value, the overcurrent detection threshold is switched to the second set value when the mask period elapses while the monitoring target current exceeds the second set value. A threshold control unit for generating the threshold control signal,
Have
The overcurrent detection circuit, wherein the overcurrent detection unit includes a first overcurrent detection unit and a second overcurrent detection unit that are selectively used according to the overcurrent detection threshold.
前記閾値制御信号に応じて第1可変電流を第1電流値から中間電流値まで徐々に減らしていく第1可変電流源と、
前記切替制御信号に応じて第2可変電流を前記中間電流値から第2電流値まで徐々に減らしていく第2可変電流源と、
を含み、
前記第1可変電流と前記第2可変電流の双方を用いて前記過電流検出閾値を設定することを特徴とする請求項7に記載の過電流保護回路。 The threshold generation unit
A first variable current source that gradually decreases a first variable current from a first current value to an intermediate current value in response to the threshold control signal;
A second variable current source that gradually decreases the second variable current from the intermediate current value to the second current value in response to the switching control signal;
Including
The overcurrent protection circuit according to claim 7, wherein the overcurrent detection threshold is set using both the first variable current and the second variable current.
前記中間電流値に固定された第1要素電流を生成する第1要素電流生成部と、
前記閾値制御信号に応じて第2要素電流を前記中間電流値からゼロ値まで徐々に減らしていく第2要素電流生成部と、
を含み、
前記第1要素電流と前記第2要素電流とを足し合わせた加算電流を前記第1可変電流として出力することを特徴とする請求項8に記載の過電流保護回路。 The first variable current source includes:
A first element current generator for generating a first element current fixed at the intermediate current value;
A second element current generator that gradually decreases the second element current from the intermediate current value to a zero value in response to the threshold control signal;
Including
9. The overcurrent protection circuit according to claim 8, wherein an addition current obtained by adding the first element current and the second element current is output as the first variable current.
キャパシタと、
前記中間電流値の充電電流を生成する充電電流生成部と、
前記中間電流値の放電電流を生成する放電電流生成部と、
前記閾値制御信号に応じて前記キャパシタを充電状態と放電状態を切り替える充放電制御部と、
前記キャパシタの充電電圧を前記第2要素電流に変換する電圧/電流変換部と、
を含むことを特徴とする請求項9に記載の過電流保護回路。 The second element current generator is
A capacitor;
A charging current generator for generating a charging current of the intermediate current value;
A discharge current generator for generating a discharge current of the intermediate current value;
A charge / discharge control unit that switches a charge state and a discharge state of the capacitor according to the threshold control signal;
A voltage / current converter for converting a charging voltage of the capacitor into the second element current;
The overcurrent protection circuit according to claim 9, comprising:
前記中間電流値に固定された第3要素電流を生成する第3電流生成部と、
前記切替制御信号に応じて第4要素電流をゼロ値から前記中間電流値と前記第2電流値との差分値まで徐々に増やしていく第4電流生成部と、
を含み、
前記第3要素電流から前記第4要素電流を差し引いた差分電流を前記第2可変電流として出力することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の過電流保護回路。 The second variable current source includes:
A third current generator for generating a third element current fixed at the intermediate current value;
A fourth current generator that gradually increases a fourth element current from a zero value to a difference value between the intermediate current value and the second current value in response to the switching control signal;
Including
The overcurrent protection circuit according to claim 9 or 10, wherein a differential current obtained by subtracting the fourth element current from the third element current is output as the second variable current.
キャパシタと、
前記中間電流値の上側電流から前記第2電流値の下側電流を差し引いて前記キャパシタの充電電流を生成する充電電流生成部と、
前記切替制御信号に応じて前記キャパシタの充電を開始する充電制御部と、
前記キャパシタの充電電圧を前記第4要素電流に変換する電圧/電流変換部と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の過電流保護回路。 The fourth element current generator is
A capacitor;
A charging current generator that subtracts a lower current of the second current value from an upper current of the intermediate current value to generate a charging current of the capacitor;
A charge control unit that starts charging the capacitor in response to the switching control signal;
A voltage / current converter for converting the charging voltage of the capacitor into the fourth element current;
The overcurrent protection circuit according to claim 11, comprising:
前記出力電流を監視して過電流保護信号を生成する請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の過電流保護回路と、
前記過電流保護信号に応じて前記パワートランジスタを制御するゲート制御部と、
を集積化して成ることを特徴とする半導体集積回路装置。 A power transistor that conducts / cuts off a current path through which an output current flows; and
The overcurrent protection circuit according to any one of claims 1 to 13, wherein the overcurrent protection signal is generated by monitoring the output current;
A gate controller for controlling the power transistor in response to the overcurrent protection signal;
A semiconductor integrated circuit device characterized by being integrated.
前記半導体集積回路装置に接続される負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。 A semiconductor integrated circuit device according to claim 14,
A load connected to the semiconductor integrated circuit device;
An electronic device comprising:
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