系统电源电路和电子设备、电子设备的保护方法与流程

本发明涉及生成多个电源电压的系统电源电路。

背景技术：

电子设备中包括微型计算机、存储器、usb(universalserialbus：通用串行总线)等接口电路、液晶显示器、音响电路等各种各样的电路(以下，总称为负载电路)。为了向这些负载电路供给适当的电源电压，而使用系统电源电路。

图1是包括本发明人所研究的系统电源电路100r的电子设备200r的框图。系统电源电路100r为多通道(此处，为4通道)的电源电路，接受来自电池202的直流的输入电压(电池电压)vin，将其降压(或者升压)，向多个负载电路204＿1～204＿4分别供给适当的电平的电源电压vdd1～vdd4。

在音响等车载设备中，因为电池202的电压为系统电源电路100r的输入电压vin，所以非常大的电池变动会被直接输入到系统电源电路100r。当向系统电源电路100r的输入电压vin从适当的电压范围脱离时，电源电压vdd1～vdd4变成过电压状态或者低电压状态(以下，总称为电压异常状态)。当在电压异常状态下电子设备200r持续动作时，成为动作变得不稳定、或负载电路204或者系统电源电路100的可靠性降低的原因。

因此，在系统电源电路100r中安装有检测输入电压vin的异常状态的功能。多个负载电路204＿1～204＿4之一204＿2是综合地控制电子设备200r的微型计算机(主处理器)206，系统电源电路100r在微型计算机206的控制下进行动作。

系统电源电路100r和微型计算机206经由串行总线208而连接，能够通信。另外，系统电源电路100r与微型计算机206之间经由信号线210而连接，系统电源电路100r当检测到电压异常状态时，将信号线210的异常检测信号(标志)s1置于有效(例如，高电平)，并通知微型计算机206。

微型计算机206响应异常检测信号s1的置于有效/置于无效，经由串行总线208，发送指示系统电源电路100r的动作停止/恢复的控制信号s2。

图2是示出图1的电子设备200r的异常保护顺序的图。在时刻t0之前，输入电压vin维持正常电平(例如，14.4v)。在时刻t0，发生甩负载浪涌(loaddumpsurge)，输入电压vin暴涨。在时刻t1，当输入电压vin超过在系统电源电路100r的内部规定的阈值vth1(例如，20v)时，系统电源电路100r检测到过电压状态，将异常检测信号s1置于有效，并通知微型计算机206。微型计算机206经由串行总线208发送控制信号s2，对系统电源电路100r，指示停止除了为了微型计算机206自身进行动作而需要的通道(在图1中为通道ch2)之外的全部通道ch1、ch3、ch4。系统电源电路100r响应控制信号s2，停止通道ch1、ch3、ch4，其结果，电源电压vdd1、vdd3、vdd4会降低。

在时刻t2，当输入电压vin降低到比阈值vth1低而恢复到正常状态时，系统电源电路100r将异常检测信号s1置于无效(低电平)，并通知微型计算机206。微型计算机206响应异常检测信号s1的置于无效，发送控制信号s2。系统电源电路100r基于控制信号s2使通道ch1、ch3、ch4的电源电压vdd1、vdd3、vdd4恢复。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－089060号公报

技术实现要素：

[发明要解决的课题]

本发明人研究了图1的电子设备200r，结果，认识到以下的问题。在图2的时序图中，当继异常检测信号s1的置于有效之后的串行通信发生异常时，系统电源电路100r变得无法接收控制信号s2。如果这样，则系统电源电路100r变得无法停止微型计算机206所指示的通道，如单点划线所示，会持续供给电源电压vdd。在该状态下，当输入电压vin进一步上升时，有可能在系统电源电路100r中会发生异常或故障、或者对负载电路204带来不良影响。

在输入电压vin降低而成为了减电压状态的情况下，当系统电源电路100r接收指示停止的控制信号s2失败时，会产生同样的问题。此外，这样的问题不仅发生在车载设备中，还可能发生在输入电压vin可能大幅变动的各种各样的平台。

本发明是鉴于该问题而完成的，其一个方式的例示性的目的之一在于提供一种提高了可靠性的系统电源电路。

[用于解决技术课题的技术方案]

本发明的一个方式涉及一种接受输入电压并向包含微型计算机的多个负载电路供给电源电压的系统电源电路。系统电源电路包括：多通道的电源电路，其对应于多个负载电路；异常检测电路，其生成在输入电压被包含在第1电压范围内时被置于无效、当输入电压从第1电压范围脱离时被置于有效的异常检测信号，并输出到微型计算机；接口电路，期能够与微型计算机进行通信，接收响应异常检测信号的置于有效而由微型计算机生成的控制信号，并使该控制信号所指示的通道的电源电路停止；以及内部保护电路，其当输入电压从被规定得比第1电压范围大的第2电压范围脱离时，使至少一个预定通道的电源电路停止。

根据该方式，即使在经由微型计算机进行的保护处理失败的情况下，也因为内部保护电路的保护起作用，所以能够提高可靠性。

也可以是，内部保护电路在因输入电压超过上述第2电压范围的上侧阈值，结果导致停止了预定通道的电源电路后，当输入电压被包含在上述第2电压范围内时，使预定通道的电源电路再次动作。

由此，能够使系统整体自动地恢复到原来的状态。

也可以是，因输入电压降低到比第2电压范围的下侧阈值低而停止了的预定通道的电源电路，响应来自微型计算机的控制信号而恢复。

在输入电压降低的减电压状态下，向微型计算机的电源电压不足，可能发生微型计算机关闭的状况。在该状况下，当系统电源电路独自地使预定通道的电源电路再次动作时，微型计算机的状态与系统电源电路的状态会发生不协调。因此，通过在减电压状态之后，将再次动作的控制委托给微型计算机，从而能够防止不协调。

也可以是，系统电源电路进一步包括寄存器。也可以是，多通道的电源电路的接通、断开与被存储在寄存器中的对应的控制值进行联动。也可以是，控制信号包含对应于多通道、并分别指定所对应的通道的电源电路的接通、断开的多个控制值。也可以是，接口电路将多个控制值写入到寄存器。

由此，系统的设计者能够根据写入在寄存器中的值来自由地规定电压异常状态下的各通道的状态。

也可以是，寄存器存储规定第2电压范围的下侧阈值的设定值。多大程度地容许因输入电压的减电压状态而引起的电源电压的降低取决于以微型计算机为首的负载电路。因此，系统的设计者能够通过指定第2电压范围的下侧阈值，从而能够实现对每个系统最合适的保护。

也可以是，在因输入电压降低到比第2电压范围的下侧阈值低，结果停止了预定通道的电源电路时，将寄存器初始化。

也可以是，输入电压为车载电池的电池电压，系统电源电路被用于车辆所搭载的电子设备。

也可以是，系统电源电路被集成于一个半导体基板，或者被模块化。所谓“一体集成化”，意思是主要构成要素被一体集成化，dc/dc转换器的电感器或平滑电容器等也可以被设置在半导体基板的外部。通过将系统电源电路的主要部分集成在1个芯片上，或者模块化，从而能够削减电路面积，并且能够将电路元件的特性保持均匀。

本发明的其它方式涉及电子设备。也可以是，电子设备包括：直流电源；多个负载电路，其包含微型计算机；以及系统电源电路，其接受来自直流电源的输入电压，并向多个负载电路供给电源电压。

直流电源为车载用电池，也可以是车载电子产品。车载用电池因为电压变动较大，所以能够有效应用内部保护电路的保护。

此外，以上的构成要素的任意的组合或将本发明的构成要素或表现形式在方法、装置、系统等之间相互置换后的方式，作为本发明的实施方式也是有效的。

[发明效果]

根据本发明的一个方式，能够提高系统电源电路的可靠性。

附图说明

图1是包括本发明人所研究的系统电源电路的电子设备的框图。

图2是示出图1的电子设备的异常保护顺序的图。

图3是包括实施方式的系统电源电路的电子设备的电路图。

图4是输入电压vin的电平图。

图5的(a)、(b)是过电压状态下的图2的电子设备的动作波形图。

图6的(a)、(b)是减电压状态下的图2的电子设备的动作波形图。

图7是包括系统电源电路的车载用音响装置的框图。

具体实施方式

以下，参照附图基于优选的实施方式对本发明进行说明。对于各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，实施方式并非限定发明，而是例示，并非实施方式中所记述的所有特征及其组合都是发明的本质部分。

在本说明书中，所谓“构件a与构件b连接的状态”，除了包含构件a与构件b物理地直接连接的情况之外，还包含构件a与构件b经由不对电连接状态带来影响或者不会阻碍功能的其它构件间接连接的情况。另外，所谓“构件c被设置在构件a与构件b之间的状态”，除了包含构件a与构件c、或者构件b与构件c直接连接的情况之外，还包含经由不会对电连接状态带影响的或者不会阻碍功能的其他构件间接连接的情况。

图3是包括实施方式的系统电源电路100的电子设备200的电路图。电子设备200包括作为直流电源的电池202、系统电源电路100、以及复数m个(m为2以上的整数)负载电路204＿1～204＿m。多个负载电路204＿1～204＿m之一204＿2为综合地控制电子设备200的微型计算机206。其它负载电路204没有特别限定，根据电子设备200的用途或功能而是多种多样的。

系统电源电路100从电池202接受输入电压vin，向多个负载电路204＿1～204＿m供给电源电压vdd1～vddm。系统电源电路100是其主要部分被集成在一个半导体基板上的功能ic(integratedcircuit：集成电路)。向系统电源电路100的输入(vin)端子供给输入电压vin。另外，在多个输出端子out1～outm上连接对应的负载电路204＿1～204＿m。在图3中，为了使说明简化、容易理解，而省略了构成电源电路的外接的芯片零件。以下，对于表示通道编号的＿#，在不需要将它们区别的情况下，适当省略。

系统电源电路100包括多通道ch1～chm的电源电路102＿1～102＿m、异常检测电路104、接口电路106、内部保护电路108、以及寄存器110。

多通道的电源电路102＿1～102＿m对应于多个负载电路204＿1～204＿m。各通道chi(i＝1，2，…，m)的电源电路102＿i向对应的负载电路204＿i供给电源电压vddi。电源电路102的构成可以根据每个通道而不同，也可以某个通道的电源电路102为dc/dc转换器，其它通道的电源电路102为线性稳压器。另外，dc/dc转换器可以是降压型，也可以是升压型。

在图3中，描绘成全通道的电源电路102经由输入线112而接受输入电压vin，但不限于此。例如，也可以是某个通道的电源电路102在输入端接受其它通道的电源电路102的输出电压。

异常检测电路104经由输入线112而接受输入电压vin。异常检测电路104生成在输入电压vin被包含在第1电压范围vrng1中时被置于无效、当从第1电压范围vrng1脱离时被置于有效的异常检测信号s1。第1电压范围vrng1的上侧阈值设为vh1、下侧阈值设为vl1。异常检测信号s1经由标志端子(flg)及信号线210而被输入到微型计算机206。

接口电路106经由串行总线208而与微型计算机206连接，能够进行串行通信。串行接口的形式没有特别限定，例如能够使用i2c(interic)总线或spi(serialperipheralinterface：串行外设接口)等。

微型计算机206响应异常检测信号s1的置于有效，生成指定应当停止电源电路102的通道ch的控制信号s2a，经由串行总线208发送到接口电路106。另外，微型计算机206响应异常检测信号s1的置于无效，生成指定使电源电路102动作的通道的控制信号s2b，经由串行总线208发送到接口电路106。

接口电路106接收响应异常检测信号s1的置于有效而由微型计算机206生成的控制信号s2a，并使该控制信号s2a所指示的通道ch的电源电路102停止。

另外，接口电路106接收响应异常检测信号s1的置于无效而由微型计算机206生成的控制信号s2b，并使该控制信号s2b所指示的通道ch的电源电路102动作。

作为基于来自微型计算机206的控制信号s2进行的保护的后备，而设置有内部保护电路108。当输入电压vin从被规定得比第1电压范围vrng1宽的第2电压范围vrng2脱离时，内部保护电路108将内部保护信号s3置于有效(例如，高电平)，使至少一个预定通道的电源电路停止。预定通道可以与微型计算机206的指示无关。此外，因为当停止了微型计算机206的动作所需的电源电压时，系统整体变得不能动作，所以，在该例子中，对应于微型计算机206的通道ch2和对应于微型计算机206的周边电路(例如，存储器)的通道(例如，通道ch3)被从停止的对象中除外。在此情况下，作为一个例子，能够将其余的通道ch1、ch4～chm作为预定通道。将第2电压范围vrng2的上侧阈值设为vh2，将下侧阈值设为vl2。

以上是系统电源电路100的构成。接下来，说明其动作。图4是输入电压vin的电平图。第1电压范围vrng1是不需要保护的正常电压范围。第1电压范围vrng1的外侧的区域、即vin＞vh1、vin＜vl1是微型计算机的控制下的保护的对象。另外，第2电压范围vrng2的外侧的区域、即vin＞vh2、vin＜vl2是系统电源电路100自身的保护的对象。因此，因为即使在经由微型计算机的保护处理失败的情况下，内部保护电路所进行的保护也会起作用，所以能够提高可靠性。

图5的(a)、(b)是过电压状态下的图2的电子设备200的动作波形图。图5的(a)是示出微型计算机控制下的关闭、恢复的图，因为与图2的动作相同，所以省略说明。此处，将预定通道设为ch1。

图5的(b)示出串行通信产生了障碍时的动作。在紧接着时刻t1之后，当接口电路106接收控制信号s2失败时，不使预定通道的电源电路102＿1停止，而是电源电压vdd1维持原来的电压。

当输入电压vin进一步上升，并在时刻t3超过第2电压范围vrng2的上侧阈值vh2时，内部保护信号s3被置于有效。然后，内部保护电路108使预定通道的电源电路102＿1停止，由此，电源电压vdd1会降低。然后，当在时刻t4输入电压vin恢复到第2电压范围vrng2内时，内部保护信号s3被置于无效。内部保护电路108将预定通道的电源电路102＿1恢复到动作状态，使电源电压vdd1上升。

通过该动作，即使在过电压状态下与微型计算机的通信产生了障碍的情况下，也能够停止预定通道的电源电路，能够保护电路。

图6的(a)、(b)是减电压状态下的图2的电子设备200的动作波形图。图6的(a)是示出微型计算机控制下的关闭、恢复的图。在时刻t0之前，输入电压vin维持正常电平(例如，14.4v)。在时刻t0发生电池的瞬断等，输入电压vin降低。当在时刻t1输入电压vin降低到比第1电压区域vrng1的下侧阈值vl1低时，异常检测信号s1被置于有效。微型计算机206响应异常检测信号s1的置于有效而向接口电路106发送控制信号s2。接口电路106基于控制信号s2，停止被指示的通道(例如，ch1)的电源电路102＿1。

在时刻t2，当输入电压vin超过阈值vl1而恢复到正常状态时，系统电源电路100将异常检测信号s1置于无效(低电平)，并通知微型计算机206。微型计算机206响应异常检测信号s1的置于无效，发送控制信号s2。系统电源电路100r使控制信号s2所指示的通道ch1的电源电路102恢复到动作状态。

图6的(b)示出串行通信产生了障碍时的动作。当在紧接着时刻t1之后接口电路106接收控制信号s2失败时，不使预定通道的电源电路102＿1停止，而是电源电压vdd1维持原来的电压。

当输入电压vin进一步降低并在时刻t3降低到比第2电压范围vrng2的下侧阈值vl2低时，内部保护信号s3被置于有效。然后，内部保护电路108使预定通道的电源电路102＿1停止，由此，电源电压vdd1降低。

然后，当在时刻t4输入电压vin恢复到第2电压范围vrng2内时，内部保护信号s3被置于无效。在图5的(b)的过电压保护中，伴随着内部保护信号s3的置于无效而使电源电路102＿1恢复，但是，在减电压保护中，即使内部保护信号s3被置于无效，也维持电源电路102＿1的停止。当在时刻t2输入电压vin超过阈值vl1时，异常检测信号s1被置于无效，并通知微型计算机206。微型计算机206生成控制信号s2，接口电路106基于控制信号s2而重启电源电路102＿1的动作。

此外，也存在向微型计算机206的电源电压vdd2由于输入电压vin的降低而变得无法维持最低动作电压的情况，此时的动作由单点划线示出。当微型计算机206变得不能动作时，紧接着时刻t2之后的控制信号s2不会被发送。而且，微型计算机206在再起动之后，在时刻t5发送用单点划线示出的控制信号s2，响应该控制信号s2，系统电源电路100使电源电路102＿1再次动作。

通过该动作，即使在减电压状态下与微型计算机的通信产生了障碍的情况下，也能够停止预定通道的电源电路，能够保护电路。

接下来，说明在过电压状态和减电压状态下停止了的通道的恢复的触发不同的理由。

如在图6的(b)中用单点划线示出的那样，在输入电压vin降低的减电压状态下，向微型计算机206的电源电压vdd2不足，可能发生微型计算机206关闭的状况。在该状况下，若系统电源电路100在时刻t4独自地使预定通道的电源电路102＿1再次动作，则微型计算机206的状态与系统电源电路100的状态会产生不协调。具体而言，尽管微型计算机206未指示动作，一部分的电源电路102＿1却进行了动作。因此，通过在减电压状态之后，将再次动作的控制委托给微型计算机206，从而能够防止不协调。

接下来，返回到图3，说明系统电源电路100的进一步的特征。

在系统电源电路100中设置有存储每个通道的控制值的寄存器110。各通道的电源电路102的接通、断开与被存储在寄存器110中的对应的控制值联动。例如，某个通道的控制值以取1、0的1比特来表示，在1时，其通道的电源电路102为接通，在0时为断开。

上述的控制信号s2包含与多通道ch1～chm对应的多个控制值。也就是说，控制信号s2以m比特的二进制数据表示。例如，msb(mostsignificantbit：最高有效位)对应于第1通道ch1，lsb(leastsignificantbit：最低有效位)对应于第m通道。例如，设m＝6。

s2＝[111111]表示全通道ch1～ch6的接通，

s2＝[000000]表示全通道ch1～ch6的断开，

s2＝[011000]表示仅第2通道ch2、第3通道ch3为接通，其余的通道为断开。

如图6的(b)所示，系统电源电路100在因输入电压vin降低到比第2电压范围vrng2的下侧阈值vl2低，结果导致停止了预定通道的电源电路时，将被存储在寄存器110中的多个控制值初始化，并等待来自微型计算机206的新的控制信号s2的写入。由此，即使微型计算机206已关闭，也能够将包含系统电源电路100及微型计算机206的系统整体恢复到微型计算机206所希望的状态。

进一步，寄存器110存储规定第2电压范围vrng2的下侧阈值vl2的设定值，微型计算机206能够写入该设定值。多大程度地容许因输入电压vin的减电压状态而引起的电源电压vdd1～vddm的降低，取决于以微型计算机206为首的负载电路204＿1～204＿m。

例如，在某个第1系统中，当变成vin＜5v时，在系统中会引起严重的错误，在另一第2系统中，当变成vin＜3v时，在系统中会引起严重的错误。在此情况下，若将第2电压范围vrng2的下侧阈值vl2固定于5v，则在第2系统中，尽管在vin＝4v时能够动作，却强制地施加由内部保护电路108进行的保护，也存在不是优选的情况。因此，系统整体的设计者通过使得能够指定第2电压范围vrng2的下侧阈值vl2，从而实现针对每个系统最合适的保护。

(用途)

系统电源电路100适合于输入电压变动较大的车载用途，能够适合用于车载用音响设备等车载用电子产品。图7是包括系统电源电路100a的车载用音响装置300的框图。系统电源电路100a由7通道构成，包括电源电路102＿1～102＿7。第1、第2通道为降压dc/dc转换器，第3～第7通道为线性稳压器。若干的线性稳压器被以对其它通道的dc/dc转换器的输出电压进行降压的方式构成。

负载电路204＿1～204＿7分别是cd驱动器、微型计算机(206)、微型计算机用的ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、音响电路、调谐模块、usb接口电路、液晶显示器。

系统电源电路100a的vin0端子相当于上述的vin端子，相当于输入电压vin的电池电压vbat被输入到该vin0端子。另外，电池电压vbat经由二极管d1而被输入到bcap端子。内部保护电路108也可以基于bcap端子的电压来判定输入电压vin(vbat)是被包含在第2电压范围vrng2内还是已脱离。从bsens管脚输出上述的异常检测信号s1。接口电路106为i2c接口，经由sda管脚和scl管脚而从微型计算机206接收控制信号s2。

高侧开关120在接通状态下向灯饰205供给输入电压vin。

在第2通道ch2中，与dc/dc转换器并联地设置有待机稳压器122。在系统整体为待机状态时，dc/dc转换器停止，从待机稳压器122向微型计算机206供给电源电压。例如，待机稳压器122的动作与被输入到eco管脚的信号联动。

另外，在过电压或者减电压状态下，在第2通道ch2的dc/dc转换器变得不能动作的情况下，能够使待机稳压器122作为备用电源而发挥功能。

振荡器124产生dc/dc转换器所需的周期信号。热致关闭电路126当检测到系统电源电路100a的过热状态时执行适当的保护处理。内部稳压器生成在系统电源电路100a的内部使用的稳定化电压。

控制系统电源电路100a整体的接通、断开的使能信号被输入到en管脚。当reg4en管脚变成高电平时，或者在接口电路106接收到指示接通的信号时，第6通道的电源电路102＿6动作。

以上，基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员当理解，本实施方式是例示，这些各构成要素、各处理工艺的组合可以有各种变形例，此外，这种变形例也属于本发明的范围。以下，说明这样的变形例。

(第1变形例)

在实施方式中，如图4所示，系统电源电路100的内部保护电路108的保护区域被设置在过电压侧和减电压侧这两者，但是，也可以仅设置于一者。例如，如果去除第2电压范围vrng2的下限，则仅在过电压状态下内部保护电路108的保护才有效。相反，如果去除第2电压范围vrng2的上限，则仅在减电压状态下内部保护电路108的保护才有效。

(第2变形例)

也可以是，图6的(b)所示的减电压状态后的恢复动作与图5的(a)的过电压状态后的恢复动作同样地，以内部保护信号s3的置于无效为触发，不等待来自微型计算机206的控制信号s2，而是由内部保护电路108单独进行。

(第3变形例)

图7的车载用音频装置300只不过是电子设备、或者车载电子产品的一个例子，本发明能够适于利用于汽车导航系统、车载用电视或车载计算机等的电源。另外，本发明的用途不限定于车载，能够在输入电压变动较大的各种各样的用途、平台中使用。

基于实施方式使用具体的用语对本发明进行了说明，但是实施方式仅表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书规定的本发明的思想的范围中，可以有多种变形例和配置的变更。

工业实用性

本发明能够广泛利用于电子电路。

[附图标记说明]

100…系统电源电路、102…电源电路、104…异常检测电路、106…接口电路、108…内部保护电路、110…寄存器、200…电子设备、202…电池、204…负载电路、206…微型计算机、208…串行总线、210…信号线、s1…异常检测信号、s2…控制信号、s3…内部保护信号。