特開 2024-44801 マイクロコントローラ及び電子回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024044801

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】マイクロコントローラ及び電子回路

(51)【国際特許分類】

   G06F 15/78 20060101AFI20240326BHJP

   H03K 7/08 20060101ALI20240326BHJP

   H03K 17/22 20060101ALI20240326BHJP

   G06F 1/24 20060101ALI20240326BHJP

   G06F 11/07 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G06F15/78 517

H03K7/08 A

H03K17/22 C

G06F1/24 351

G06F11/07 196

G06F11/07 140Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022150550

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】320012037

【氏名又は名称】ラピステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森岡 健一

【テーマコード（参考）】

5B042

5B062

5J055

【Ｆターム（参考）】

5B042GA04

5B042JJ17

5B042JJ29

5B042KK02

5B062DD06

5B062HH08

5J055AX32

5J055AX53

5J055AX66

5J055AX68

5J055BX16

5J055BX42

5J055DX09

5J055DX52

5J055EZ23

5J055EZ25

5J055EZ39

5J055FX04

5J055FX05

5J055FX06

5J055FX18

5J055GX02

(57)【要約】

【課題】ＭＣＵの装置外の外部回路の動作をＭＣＵの内部回路により制御する際に、ＣＰＵによるソフトウェアリセットを実行することができず、電圧検出回路では検出することができないような異常状態が発生した場合でもＭＣＵ全体をリセットすることができるようにする。
【解決手段】ＰＷＭ制御回路１４は、外部回路２０の動作を制御するとともに外部の異常検出回路３０から異常検出信号１０３が入力されると動作を停止する。電圧検出回路１１は、電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号１０１を生成して出力するように構成されている。リセット回路１２は、電圧検出回路１１からのハードウェアリセット信号１０１、ＣＰＵ１３からのソフトウェアリセット信号１０２、及び、異常検出信号１０３のいずれかがアクティブ、つまりロウレベルになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号１０４を出力する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部回路の動作を制御するとともに外部から異常検出信号が入力されると動作を停止してＣＰＵにより制御される内部回路と、
電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号を生成して出力する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路からのハードウェアリセット信号、前記ＣＰＵからのソフトウェアリセット信号、及び、前記異常検出信号のいずれかがアクティブになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号を出力するリセット回路と、
を備えたマイクロコントローラ。

【請求項2】

前記内部回路は、前記外部回路の素子の動作を制御するためのＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ制御回路である請求項１記載のマイクロコントローラ。

【請求項3】

ＣＰＵを含むマイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラの外部に設けられた外部回路と、
前記外部回路における異常状態を検出して異常検出信号を生成する異常検出回路と、
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記外部回路の動作を制御するとともに前記異常検出回路から異常検出信号が入力されると動作を停止して前記ＣＰＵにより制御される内部回路と、電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号を生成して出力する電圧検出回路と、前記電圧検出回路からのハードウェアリセット信号、前記ＣＰＵからのソフトウェアリセット信号、及び、前記異常検出信号のいずれかがアクティブになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号を出力するリセット回路と、を有する、
電子回路。

【請求項4】

前記内部回路は、前記外部回路の素子の動作を制御するためのＰＷＭ信号を生成するためのＰＷＭ制御回路である請求項３記載の電子回路。

【請求項5】

前記異常検出回路は、前記外部回路における電流異常、電圧異常、及び、温度異常のうちのいずれかを検出した場合に、異常検出信号を生成する請求項３または４記載の電子回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロコントローラ及び電子回路に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、マイクロコントローラ（又はマイクロコントローラユニット：以降、ＭＣＵと呼ぶ）は、ＣＰＵと周辺回路とが半導体集積回路として構成され、様々なシステムの動作を制御するために使用される。このＭＣＵは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を有する外部回路を接続した状態で使用される場合がある。この場合には、ＭＣＵはＩＧＢＴを制御するためにＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御回路を内部に構成して、このＰＷＭ制御回路から出力されるＰＷＭ信号によりＩＧＢＴの動作を制御する。

【0003】

このような構成のシステムにおいて、何等かの要因でＩＧＢＴに異常電流が流れてしまう可能性がある。そして、ＩＧＢＴに異常電流が流れた状態で制御を続けるとＩＧＢＴが故障してしまう。このような事態の発生を防ぐために、ＰＷＭ制御回路には緊急停止という機能が付加される場合がある。このような場合、ＭＣＵの外部に、ＩＧＢＴの異常状態を検出するための異常検出回路を設け、この異常検出回路からの異常検出信号をＰＷＭ制御回路に入力するようにすれば、ＩＧＢＴが異常状態になると緊急停止機能が働き、ＰＷＭ制御回路の動作を停止して、ＰＷＭ信号の出力を停止させることができる。

【0004】

例えば、特許文献１には、温度センサから出された過熱検知信号及び電流センサから出力された過電流検知信号に基づきＩＧＢＴが破壊する閾値を超過したと判定した場合にはＣＰＵにアラーム信号を伝送する保護機能付きゲートドライバＩＣと、このアラーム信号を受け取ると、ゲートドライブ用ＰＷＭ信号の生成を停止することによりＩＧＢＴに流れる電流を遮断するＣＰＵとから構成された回路構成が開示されている。

【0005】

なお、システムによっては、異常状態を検出したときにＰＷＭ信号の出力を停止するだけではなく、ＭＣＵ全体をリセットすることが要求される場合がある。これは、異常状態によって、ＭＣＵの内部状態が正常であることが保証できない可能性があり、ＭＣＵ全体をリセットすることで、安全な状態に移行させる必要があるからである。

【0006】

そして、ＭＣＵでは、電源電圧の電圧値に基づくハードウェアリセットだけでなく、ＣＰＵによるソフトウェアリセット等の様々な経路によるリセットが行われる。

【0007】

例えば、特許文献２には、内部に有する複数の機能ブロック毎にリセットレジスタを設け、ＣＰＵが各リセットレジスタにデータの書込みを行うことにより、各機能ブロックのリセットを個別に制御可能となるように構成されたマイクロコンピュータが開示されている。

【0008】

上述したように、ＭＣＵの外部回路において何等かの異常状態が発生した場合に、発生した異常状態を検出してから、ＭＣＵ全体をリセットするには、ソフトウェアにてＭＣＵ全体をリセットさせることが考えられる。また、異常状態により電源電圧が変化する場合は、ＭＣＵ内部の電圧検出回路により電源電圧の変動を検出してＭＣＵ全体をリセットする方法も考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３－０５１５４７号公報

【特許文献2】特開２００５－３１６５９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかし、上述したような状態において、ＣＰＵのソフトウェアによりＭＣＵ全体のリセットをする場合、異常状態を検出してからリセットするまでの間においてソフトウェアが正常に動作していることが前提となっている。そのため、異常状態が発生することで、ソフトウェアの動作自体が異常となった場合には、ＭＣＵ全体のリセットができないという問題点がある。

【0011】

また、電圧検出回路などで電源電圧の異常を検出してＭＣＵ全体をリセットする場合、電圧検出回路の特性によっては、瞬間的な異常状態を検出できない場合があり、ＭＣＵ全体のリセットができないという問題点がある。

【0012】

本発明の目的は、マイクロコントローラの装置外の外部回路の動作をマイクロコントローラの内部回路により制御する際に、ＣＰＵによるソフトウェアリセットを実行することができず、電圧検出回路では検出することができないような異常状態が発生した場合でもマイクロコントローラ全体をリセットすることが可能なマイクロコントローラ及び電子回路を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記課題を解決するため、本発明のマイクロコントローラは、外部回路の動作を制御するとともに外部から異常検出信号が入力されると動作を停止してＣＰＵにより制御される内部回路と、
電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号を生成して出力する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路からのハードウェアリセット信号、前記ＣＰＵからのソフトウェアリセット信号、及び、前記異常検出信号のいずれかがアクティブになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号を出力するリセット回路とを備えている。

【0014】

また、上記課題を解決するため、本発明の電子回路は、ＣＰＵを含むマイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラの外部に設けられた外部回路と、
前記外部回路における異常状態を検出して異常検出信号を生成する異常検出回路と、
を備え、
前記マイクロコントローラは、前記外部回路の動作を制御するとともに前記異常検出回路から異常検出信号が入力されると動作を停止して前記ＣＰＵにより制御される内部回路と、電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号を生成して出力する電圧検出回路と、前記電圧検出回路からのハードウェアリセット信号、前記ＣＰＵからのソフトウェアリセット信号、及び、前記異常検出信号のいずれかがアクティブになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号を出力するリセット回路とを有する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、マイクロコントローラの装置外の外部回路の動作をマイクロコントローラの内部回路により制御する際に、ＣＰＵによるソフトウェアリセットを実行することができず、電圧検出回路では検出することができないような異常状態が発生した場合でもマイクロコントローラ全体をリセットすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明による構成を採用しない場合のＭＣＵ１００を含む電子回路の回路構成を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態のＭＣＵ１０を含む電子回路の回路構成を示す図である。

【図3】外部回路２０に異常が発生した際の、図２に示したＭＣＵ１０の動作状態を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0018】

まず、本実施形態におけるＭＣＵについて説明する前に、本発明による構成を採用しない場合のマイクロコントローラ（以下ＭＣＵと略す。）１００を含む電子回路の回路構成を図１に示す。

【0019】

この図１に示したＭＣＵ１００は、電圧検出回路１１と、リセット回路１１２と、ＣＰＵ１３と、ＰＷＭ(パルス幅変調)制御回路１４とを備えている。そして、ＭＣＵ１００の外部には、外部回路２０と、異常検出回路３０とが設けられている。

【0020】

外部回路２０は、ＭＣＵ１００の外部に設けられており、パワー半導体デバイスであるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を有している。

【0021】

異常検出回路３０は、外部回路２０における異常状態を検出して異常検出信号１０３を生成するように構成されている。具体的には、異常検出回路３０は、外部回路２０における電流異常、電圧異常、及び、温度異常のうちのいずれかを検出した場合に、異常検出信号１０３を生成して出力する。

【0022】

ＰＷＭ制御回路１４は、ＣＰＵ１３からの出力信号に基づいて、外部回路２０の動作を制御するとともに外部の異常検出回路３０から異常検出信号１０３が入力されると動作を停止してＣＰＵ１３により制御されるように構成された内部回路である。なお、ＰＷＭ制御回路１４は、外部回路２０の素子であるＩＧＢＴの動作を制御するためのＰＷＭ信号を生成するための回路である。

【0023】

ＣＰＵ１３は、ＭＣＵ１０の動作を制御しており、外部回路２０のＩＧＢＴのオンオフを制御するための出力信号を生成してＰＷＭ制御回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１３は、ＭＣＵ１００をソフトウェアによりリセットする場合には、ソフトウェアリセット信号１０２を出力する。

【0024】

電圧検出回路１１は、電源電圧の電圧値の変化を検出してハードウェアリセット信号１０１を生成して出力するように構成されている。

【0025】

なお、本実施形態では、ハードウェアリセット信号１０１、ソフトウェアリセット信号１０２、異常検出信号１０３、及び、リセット信号１０４のいずれもがロウアクティブの信号である場合について説明する。ここで、ロウアクティブの信号とは、ロウレベルの場合にリセットが行われるような負論理の信号であることを意味する。

【0026】

リセット回路１１２は、電圧検出回路１１からのハードウェアリセット信号１０１、又はＣＰＵ１３からのソフトウェアリセット信号１０２のどちらかがアクティブ、つまりロウレベルになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号１０４を出力する。

【0027】

図１に示したＭＣＵ１００は、上記で説明したような回路構成となっていることにより、異常検出回路３０が外部回路２０における異常状態を検出すると、異常検出信号１０３が出力され、ＰＷＭ制御回路１４は緊急停止機能が働いて動作停止状態となる。その結果、外部回路２０におけるＩＧＢＴの破壊が防がれることになる。

【0028】

また、ＭＣＵ１００の電源電圧が降下した場合には、電圧検出回路１１が電源電圧の降下を検出して、ハードウェアリセット信号１０１が出力されるため、ＭＣＵ１００は動作停止状態となる。

【0029】

さらに、ＣＰＵ１３がＭＣＵ１００全体をリセットすべきと判定した場合には、ソフトウェアリセット信号１０２が出力されるため、ＭＣＵ１００はリセットされて初期化されることになる。

【0030】

次に、本発明の一実施形態のＭＣＵ１０を含む電子回路の回路構成を図２に示す。本実施形態におけるＭＣＵ１０は、図１に示したＭＣＵ１００と同様に、ＣＰＵ１３と周辺回路とが半導体集積回路として構成されている。

【0031】

なお、図２においては、図１に示した構成と同じ動作を行う構成については同じ符号を付してその説明は省略する。

【0032】

本実施形態のＭＣＵ１０では、図１に示したＭＣＵ１００に対して、リセット回路１１２がリセット回路１２に置き換えらえた点が異なっている。

【0033】

そして、本実施形態におけるリセット回路１２には、ハードウェアリセット信号１０１、ソフトウェアリセット信号１０２だけでなく、異常検出回路３０からの異常検出信号１０３も入力されている点が、リセット回路１１２とは異なっている。

【0034】

図１に示したような回路構成のＭＣＵ１００においても、外部回路２０に異常状態が発生した場合、異常検出回路３０から出力される異常検出信号１０３がアクティブとなることによりＰＷＭ制御回路１４は緊急停止状態となる。しかし、ＭＣＵ１００が用いられるシステム構成によって、外部回路２０において異常状態が発生した場合、単にＰＷＭ制御回路１４の動作を停止しただけでは、正常動作に復帰できずＭＣＵ１００全体をリセットする必要がある場合も発生し得る。

【0035】

しかし、図１に示したＭＣＵ１００では、外部回路２０に異常が発生した際にＣＰＵ１３のソフトウェアの動作自体が異常となった場合には、ＭＣＵ１００全体のリセットができない。また、電圧検出回路１１の特性によっては、瞬間的な異常状態を検出できない場合があり、外部回路２０に異常が発生した際に電圧検出回路１１が異常状態の発生を検出できない場合には、ＭＣＵ１００全体のリセットができない。

【0036】

そこで、図２に示した本実施形態のＭＣＵ１０は、ＣＰＵ１３によるソフトウェアリセットを実行することができず、電圧検出回路１１では検出することができないような異常状態が発生した場合でもＭＣＵ１０全体をリセットすることを可能としている。

【0037】

本実施形態におけるリセット回路１２は、電圧検出回路１１からのハードウェアリセット信号１０１、ＣＰＵ１３からのソフトウェアリセット信号１０２、及び、異常検出信号１０３のいずれかがアクティブ、つまりロウレベルになると、デバイス全体をリセットするためのリセット信号１０４を出力する。

【0038】

次に、外部回路２０に異常が発生した際の、図２に示したＭＣＵ１０の動作状態について図３を参照して説明する。

【0039】

図３に示すように外部回路２０において異常状態が発生すると、ＭＣＵ１０の外部に設けられた異常検出回路３０が異常の発生を検出する。例えば、異常検出回路３０は、外部回路２０における電流異常、電圧異常、又は温度異常、具体的には過電流、過電圧、又は、異常発熱等を検出する。すると、異常検出回路３０は、異常検出信号１０３を出力する。具体的には、異常検出回路３０は、異常検出信号１０３をロウレベルとする。

【0040】

その結果、ＰＷＭ制御回路１４は、緊急動作停止状態となり、ＰＷＭ信号の出力を停止する。また、本実施形態のＭＣＵ１０は、異常検出信号１０３がリセット回路１２にも入力されていることにより、リセット回路１２は、リセット信号１０４をロウレベルとしてアクティブ状態とする。その結果、ＭＣＵ１０全体がリセットされて初期化されることになる。

【0041】

このような動作が行われることにより、ＭＣＵ１０が用いられたシステムにおいて何等かの異常が発生して、ＣＰＵ１３のソフトウェアの動作が異常となり、電圧検出回路１１では、その異常が検出されないような場合でも、ＭＣＵ１０全体がリセットされることになる。

【0042】

［変形例］
上記実施形態では、外部回路２０として、ＩＧＢＴを含む回路の場合を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＭＣＵ１０の内部回路により制御されるような外部回路の場合であっても本発明を同様に適用することができるものである。

【符号の説明】

【0043】

１０ ＭＣＵ（マイクロコントローラ）
１１ 電圧検出回路
１２ リセット回路
１３ ＣＰＵ
１４ ＰＷＭ制御回路
２０ 外部回路
３０ 異常検出回路
１００ ＭＣＵ（マイクロコントローラ）
１０１ ハードウェアリセット信号
１０２ ソフトウェアリセット信号
１０３ 異常検出信号
１０４ リセット信号
１１２ リセット回路

【図1】

【図2】

【図3】