JPH09215320A - Power circuit for automobile controller - Google Patents
Power circuit for automobile controllerInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は自動車用制御装置用
電源回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply circuit for an automobile controller.
【0002】[0002]
【従来の技術】昨今、高機能化,高性能化のため自動車
用電子制御装置においてもCPUの16ビット,32ビ
ット化、クロック周波数の高速化などが盛んに進められ
ているが、同時に電子回路内の消費電流も増加の一途を
たどっている。一方、バッテリを電圧源とする自動車の
電子制御装置でCPU等ロジックICに定電圧(例えば
5V)を供給するために、通常シリーズ式定電圧回路と
よばれるものを用いているが、小形である反面、回路消
費電流に比例した熱損失を伴うため大きな問題となって
いる。そこで最近では、これを解決するために損失の少
ないスイッチング式定電圧回路を採用したものも見られ
るようになったが、従来回路に較べ複雑であると共に高
価なことから、広く普及されていない。2. Description of the Related Art Recently, electronic control units for automobiles have been actively promoted to have 16-bit and 32-bit CPUs and high-speed clock frequency in order to achieve higher functionality and higher performance. The current consumption in the market is also increasing. On the other hand, in order to supply a constant voltage (for example, 5 V) to a logic IC such as a CPU in an electronic control unit of an automobile that uses a battery as a voltage source, what is usually called a series type constant voltage circuit is used, but it is small. On the other hand, it is a big problem because it involves heat loss proportional to the circuit current consumption. In order to solve this problem, a switching type constant voltage circuit with less loss has recently been adopted, but it is not widely used because it is more complicated and expensive than the conventional circuit.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、発熱を
逃がすために放熱手段を設けるか、複雑なスイッチング
式定電圧回路を用いるか、どちらにしても高価な構成に
なるという問題が有った。In the prior art, there has been a problem that an expensive structure is provided regardless of whether a heat radiating means is provided for escaping heat generation or a complicated switching type constant voltage circuit is used. .
【0004】本発明の目的は、CPUの高機能,高性能
化に着目し、発熱の少ないスイッチング式定電圧方式を
最小の部品構成で達成し、制御自由度の大きい電源回路
を提供することにある。An object of the present invention is to provide a power supply circuit having a high degree of freedom of control, with a focus on high function and high performance of a CPU, to achieve a switching constant voltage system with less heat generation with a minimum number of components. is there.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】スイッチングレギュレー
タの構成は一般にスイッチング素子1,インダクタンス
2,フライホイールダイオード3,誤差増幅器4,発振
器5,制御ロジック部6,基準電圧回路7,保護回路8
等からなるが、高性能CPUに誤差増幅器、制御ロジッ
ク部、保護回路の機能を含ませることにより、最低スイ
ッチング素子1,インダクタンス2,フライホイールダ
イオード3,基準電圧回路7,高性能CPU9と通常の
半分の機能構成となり、部品数の低減が図れ、安価で信
頼性の高いスイッチング式定電圧回路を実現できる。A switching regulator generally has a switching element 1, an inductance 2, a flywheel diode 3, an error amplifier 4, an oscillator 5, a control logic section 6, a reference voltage circuit 7, and a protection circuit 8.
However, by including the functions of the error amplifier, the control logic unit, and the protection circuit in the high-performance CPU, the minimum switching element 1, the inductance 2, the flywheel diode 3, the reference voltage circuit 7, the high-performance CPU 9 and the normal CPU With half the functional configuration, the number of parts can be reduced, and an inexpensive and highly reliable switching type constant voltage circuit can be realized.
【0006】補助定電圧源でCPUが起動し始めると、
そのCPUは本来の制御内容以外にA/D変換された電
源電圧および基準電圧を入力とする誤差増幅器、またそ
の誤差に見合った量だけスイッチング素子を制御する制
御ロジックとして働き常に一定の電源電圧を維持するよ
うにフィードバック動作を行う。When the CPU starts to be activated by the auxiliary constant voltage source,
In addition to the original control contents, the CPU functions as an error amplifier that receives the A / D converted power supply voltage and reference voltage as input, and as a control logic that controls the switching element by an amount commensurate with the error, and always supplies a constant power supply voltage. Perform feedback action to maintain.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面で詳
細に説明する。図2は一実施例の構成図である。図2に
おいて、バッテリからの電圧は図には記載されていない
が車輌のイグニッションスイッチを介してVignとして供
給されるものとする。Vignラインに直接接続されるダイ
オード12はバッテリの逆接続時保護、ツェナーダイオ
ード13はダンプサージ保護、コンデンサ14は外部の
急峻な電源変動を抑え安定させる為に設けられている。
ダイオード12のカソードに接続される3端子ボルテー
ジレギュレータIC15とその出力側のコンデンサ16
により第一電源回路を構成しており、その出力VCC′
はダイオード17を介してCPU11の電源端子である
Vccに接続されている。一方、ダイオード12のカソ
ードからは更にスイッチング素子であるFET18,イ
ンダクタンスであるチョークコイル19,平滑コンデン
サ22及びフライホイールダイオード20により第二電
源回路のスイッチング部分が構成されており、同様にそ
の出力はCPU11の電源端子であるVccに接続され
ている。更にCPU11のアナログ入力端子ADIN
0,ADIN1にはVOUTを抵抗24及び25で分割
した電圧と一次電源回路出力VCC11を同じく抵抗2
6,27で分割した電圧が入力されている。また、CP
U11のPWM出力端子であるPWMOUTは抵抗23を介し
FET18のゲートを駆動するよう接続されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram of an embodiment. In FIG. 2, the voltage from the battery is supplied as Vign through an ignition switch of the vehicle, which is not shown in the figure. The diode 12 directly connected to the Vign line is provided for protection when the battery is reversely connected, the Zener diode 13 is provided for dump surge protection, and the capacitor 14 is provided for stabilizing abrupt external power fluctuation.
A three-terminal voltage regulator IC 15 connected to the cathode of the diode 12 and a capacitor 16 on the output side thereof
The first power supply circuit is composed of
Is connected to Vcc, which is a power supply terminal of the CPU 11, via a diode 17. On the other hand, from the cathode of the diode 12, a switching portion of the second power supply circuit is further constituted by the FET 18, which is a switching element, the choke coil 19, which is an inductance, the smoothing capacitor 22, and the flywheel diode 20, and similarly the output thereof is the CPU 11 Is connected to Vcc which is a power supply terminal of the. Further, the analog input terminal ADIN of the CPU 11
0 and ADIN1 have the same voltage as the voltage obtained by dividing VOUT by resistors 24 and 25 and the primary power supply circuit output VCC11.
The voltage divided by 6 and 27 is input. Also, CP
The PWM output terminal PWMOUT of U11 is connected to drive the gate of the FET 18 via the resistor 23.
【0008】次に動作について説明する。イグニッショ
ンスイッチがオフからオン状態に変わると、Vign電圧は
0Vからほぼバッテリ電圧まで上昇する。これにより三
端子ボルテージレギュレータIC15の出力電圧も0V
から5Vまで上昇する。すると図に記載はないが、通常
周辺に配置されたパワーオンリセット回路によりCPU
11はリセット状態からプログラム実行状態に遷移し定
められたプログラムの実行を開始する。しかし、FET
18,インダクタンスであるチョークコイル19,平滑
コンデンサ22及びフライホイールダイオード20によ
り構成される第二電源回路はCPU11のプログラムに
より制御が始まるまでFETはオフのままである。その
後、第二電源回路の制御プログラムが走り始めると、CP
U11のPWM出力端子であるPWMOUTはVccを一定に制
御するようFET18をオン,オフさせる。次に第二電
源回路の制御プログラムの流れを説明する。いまFET
18をオンさせると入力電圧VINはチョークコイル1
9,平滑コンデンサ22によるLC回路に供給され、前
記コンデンサ22の両端からCPU11を含む負荷回路
に供給される。FET18をオフさせるとチョークコイ
ル19に蓄えられていたエネルギは、フライホイールダ
イオード20を通して再度負荷回路に供給される。そし
てLC回路は入力を平滑して出力電圧を供給する。ここ
で出力電圧VOUTは次式で与えられる。Next, the operation will be described. When the ignition switch changes from the off state to the on state, the Vign voltage rises from 0V to almost the battery voltage. As a result, the output voltage of the three-terminal voltage regulator IC15 is also 0V.
To 5V. Then, although not shown in the figure, the CPU is normally operated by the power-on reset circuit arranged in the periphery.
Reference numeral 11 makes a transition from the reset state to the program execution state and starts the execution of the defined program. But the FET
In the second power supply circuit constituted by 18, the choke coil 19 which is an inductance, the smoothing capacitor 22 and the flywheel diode 20, the FET remains off until the control by the program of the CPU 11 starts. After that, when the control program of the second power supply circuit starts running, CP
PWMOUT, which is the PWM output terminal of U11, turns on and off the FET 18 so as to control Vcc constant. Next, the flow of the control program of the second power supply circuit will be described. FET now
When 18 is turned on, the input voltage VIN becomes choke coil 1
9. The smoothing capacitor 22 supplies the LC circuit, and both ends of the capacitor 22 supply the load circuit including the CPU 11. When the FET 18 is turned off, the energy stored in the choke coil 19 is supplied to the load circuit again via the flywheel diode 20. The LC circuit smooths the input and supplies the output voltage. Here, the output voltage VOUT is given by the following equation.
【0009】[0009]
【数1】 VOUT=TON/(TON+TOFF)*VIN=TON/T*VIN …(数1) 数1よりVOUTはオンデューティTON/Tに比例し
ており、このオンデューティを制御することでVOUT
を一定値に制御できることが判る。この動きを図3の制
御フローチャートに示す。VOUTの分圧値VOUT′
とVCC1の分圧値(例えばVOUTと同じ分圧にす
る)VREFはCPU内のAD変換回路において、常に
比較されているとする。ステップ1でVOUT′がVC
C1′に対し小さいか、を判定する。もし真であればス
テップ2へ移行し、さもなければステップ3へ移る。ス
テップ3では逆にVOUT′が(VREF+VHYS)
より大きいか、を判定する。もし真であればステップ4
へ移行し、さもなければこの制御フローを抜ける。ステ
ップ2ではオンデューティTON/Tを大きくするよう
にCPU11はFET18を制御する。逆にステップ2
ではオンデューティTON/Tを小さくするようにCP
U11はFET18を制御する。ここでVHYSはハンチン
グを防ぐためのヒステリシス電圧である。また通常VC
C1はVOUTより若干低い値に定められている。理由は第
二電源回路からVOUT電圧が十分に供給され始めた時
に第一電源回路による電流供給を停止し三端子ボルテー
ジレギュレータIC15の発熱を抑えることにある。ま
たこの例では、第二電源回路の起動時にFET8のオン
デューティTON/Tを徐々に大きくし、突入電流を抑
えるソフトスタート制御をCPU11のプログラム上で
実現している。このような構成により、キーオン後のわ
ずかな間のみシリーズ式定電圧回路を用いるが、プログ
ラム実行後は第二電源回路であるスイッチング式定電圧
回路に移行し発熱のない効率の良い定電圧動作を実現で
きる。[Formula 1] VOUT = TON / (TON + TOFF) * VIN = TON / T * VIN (Formula 1) From Formula 1, VOUT is proportional to the on-duty TON / T. By controlling this on-duty, VOUT is
It can be seen that can be controlled to a constant value. This movement is shown in the control flowchart of FIG. VOUT divided voltage value VOUT '
And the divided voltage value of VCC1 (for example, the same divided voltage as VOUT) VREF is always compared in the AD conversion circuit in the CPU. In step 1, VOUT 'is VC
It is determined whether it is smaller than C1 '. If true, go to step 2, else go to step 3. Conversely, in step 3, VOUT 'is (VREF + VHYS)
Determine if greater than. If true, step 4
Otherwise, exit this control flow. In step 2, the CPU 11 controls the FET 18 so as to increase the on-duty TON / T. Conversely, step 2
In order to reduce on duty TON / T, CP
U11 controls the FET 18. Here, VHYS is a hysteresis voltage for preventing hunting. Ordinary VC
C1 is set to a value slightly lower than VOUT. The reason is that when the VOUT voltage starts to be sufficiently supplied from the second power supply circuit, the current supply by the first power supply circuit is stopped to suppress the heat generation of the three-terminal voltage regulator IC15. Further, in this example, the on-duty TON / T of the FET 8 is gradually increased when the second power supply circuit is activated, and the soft start control for suppressing the inrush current is realized on the program of the CPU 11. With such a configuration, the series type constant voltage circuit is used only for a short time after the key is turned on, but after the program is executed, the switching type constant voltage circuit, which is the second power supply circuit, is switched to for efficient constant voltage operation without heat generation. realizable.
【0010】図4に別の実施例を示す。この例ではバッ
テリからの電圧Vbatが直接第二電源回路へ接続されてい
る。また第一電源回路は抵抗15aとツェナーダイオー
ド15bで構成されているが、前記例のように三端子ボ
ルテージレギュレータであってもよい。また基準電圧回
路は、抵抗26aとツェナーダイオード27bにより独
立して設けている。更に第一電源回路の出力であるVC
C1はCPU11の入力端子D1に接続されている。FIG. 4 shows another embodiment. In this example, the voltage Vbat from the battery is directly connected to the second power supply circuit. Although the first power supply circuit is composed of the resistor 15a and the Zener diode 15b, it may be a three-terminal voltage regulator as in the above example. Further, the reference voltage circuit is independently provided by the resistor 26a and the Zener diode 27b. Furthermore, the VC output from the first power supply circuit
C1 is connected to the input terminal D1 of the CPU 11.
【0011】次に動作を説明する。この例で、イグニッ
ションスイッチがオフからオン状態に遷移した後の制御
は上記例と同様であるが、もしイグニッションスイッチ
のオンからオフを検出した場合はVignが0Vとなるため
第一電源回路は停止する。一方、第二電源回路はバッテ
リ直結であるため、CPU11のPWMOUTによって、引き
続き定電圧制御がおこなわれる構成となっている。ここ
でCPU11はDI入力によりイグニッションスイッチ
の状態を検知しているため、プログラム内容によっては
そこから一定時間は第二電源回路の動作を継続させ、前
述の時間が経過した後、初めてPWMOUT出力をオフさせる
という機能を構成することも可能である。このようにC
PU自身でCPU11への供給電圧を制御できるためセ
ルフシャットオフ回路が容易に構成できる。Next, the operation will be described. In this example, the control after the ignition switch transitions from the OFF state to the ON state is the same as the above example, but if the ignition switch is detected from ON to OFF, Vign becomes 0V, so the first power supply circuit is stopped. To do. On the other hand, since the second power supply circuit is directly connected to the battery, the constant voltage control is continuously performed by the PWMOUT of the CPU 11. Here, the CPU 11 detects the state of the ignition switch by the DI input, so depending on the program contents, the operation of the second power supply circuit is continued for a certain time after that, and the PWMOUT output is turned off for the first time after the above-mentioned time has elapsed. It is also possible to configure the function of causing. Thus C
Since the supply voltage to the CPU 11 can be controlled by the PU itself, the self-shutoff circuit can be easily constructed.
【0012】またプログラムにより、CPU自身が大電
流負荷をオン/オフ制御していないにも関わらずVOU
Tが急変した場合は短絡等の異状があったと判断しCP
U11を再起動(リセットスタート)するまではFET1
8をオフし続ける保護機能も実現できる。Further, according to the program, although the CPU itself does not control ON / OFF of the large current load, the VOU
If T suddenly changes, it is judged that there is something wrong such as a short circuit, and CP
FET1 until U11 is restarted (reset start)
It is also possible to implement a protection function that keeps 8 turned off.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明によれば、発熱の少ないスイッチ
ング式定電圧方式を最小の部品構成で達成できるととも
に、ソフトスタートなど制御自由度の大きい電源回路を
提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a power supply circuit having a large degree of freedom in control such as soft start while achieving a switching type constant voltage system with less heat generation with a minimum component configuration.
【図1】スイッチング式定電圧回路のシステムブロック
図。FIG. 1 is a system block diagram of a switching constant voltage circuit.
【図2】本発明による一実施例の回路図。FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment according to the present invention.
【図3】本発明による一実施例のスイッチング制御フロ
ーチャート。FIG. 3 is a switching control flowchart of an embodiment according to the present invention.
【図4】本発明による第二の実施例の回路図。FIG. 4 is a circuit diagram of a second embodiment according to the present invention.
11…CPU、12,17…ダイオード、13,27a
…ツェナーダイオード、14,16…コンデンサ、15
…三端子ボルテージレギュレータIC、18…FET、
19…チョークコイル、20…フライホイールダイオー
ド、22…平滑コンデンサ、23…インジェクタ、2
4,25,26,26a,27…抵抗。11 ... CPU, 12, 17 ... Diode, 13, 27a
… Zener diodes, 14, 16… Capacitors, 15
… Three-terminal voltage regulator IC, 18… FET,
19 ... Choke coil, 20 ... Flywheel diode, 22 ... Smoothing capacitor, 23 ... Injector, 2
4, 25, 26, 26a, 27 ... Resistance.
Claims (3)
て、前記CPUの電源端子に接続された第一定電圧供給
手段、前記CPUの出力で駆動されるスイッチング素
子、前記スイッチング素子の出力と前記CPUの前記電
源端子間に接続されたチョークコイル、前記スイッチン
グ素子の出力と前記CPUのグランド端子間に接続され
たダイオード及び前記CPUの前記電源端子の電圧を取
り込むA/D変換器により構成される第二定電圧供給手
段を備えたことを特徴とする自動車制御装置用電源回
路。1. An automobile control device including a CPU, a first constant voltage supply means connected to a power supply terminal of the CPU, a switching element driven by an output of the CPU, an output of the switching element and the CPU. A choke coil connected between the power supply terminals, a diode connected between the output of the switching element and the ground terminal of the CPU, and an A / D converter for taking in the voltage of the power supply terminal of the CPU. (2) A power supply circuit for a vehicle control device, comprising a constant voltage supply means.
段による電圧が、前記第二定電圧供給手段による電圧よ
り小さい自動車制御装置用電源回路。2. The power supply circuit for an automobile controller according to claim 1, wherein the voltage by the first constant voltage supply means is smaller than the voltage by the second constant voltage supply means.
段の出力を前記第二定電圧供給手段の基準電圧として用
いる自動車制御装置用電源回路。3. A power supply circuit for a vehicle control device according to claim 1, wherein the output of the first constant voltage supply means is used as a reference voltage of the second constant voltage supply means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8013605A JPH09215320A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Power circuit for automobile controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8013605A JPH09215320A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Power circuit for automobile controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09215320A true JPH09215320A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=11837873
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8013605A Pending JPH09215320A (en) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | Power circuit for automobile controller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09215320A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-01-30 JP JP8013605A patent/JPH09215320A/en active Pending
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