Mobile menu

1つのASICで実現する電源監視、シャットダウン、およびリセット

投稿日 2026/08/2 日曜日

At a Glance

電源監視、シャットダウン、およびリセットロジックを単一の Renesas GreenPAK ASIC に統合します。プログラマブルICにより、ディスクリート設計と比べて効率を向上させます。

Go Deeper with AI:

電圧/電流の監視、リモート負荷のシャットダウンのトリガー、適切なリセット条件の判定を行うとなると、どの電源システムにとっても大きな課題に思えるかもしれません。多くの設計者はおそらく、ADC、ディスクリートのオペアンプまたは計装アンプ回路、いくつかのコンパレータ、そしてマイクロコントローラを組み合わせ、すべてのロジックをファームウェアで実装するでしょう。つまり、ハードウェアの設計、シミュレーション、ベンチテストに加えて、組み込みアプリケーションを構築し、周辺機器用のドライバも作成しなければなりません。

よりよい選択肢は、これらすべての機能を単一のASICに集約することです。通常、プログラマブルロジックはこの問題のデジタル面しか扱いませんが、電力監視やシステムリセットではアナログ信号の監視も必要です。そこで有効なのが、GreenPAKのようなプログラマブルASICにおけるミックスドシグナル処理です。これらの機能をコンパクトなプログラマブルASICへ統合するソリューションとして、GreenPAKを検討すべき理由を以下で説明します。

電力監視機能

ディスクリートでの電圧監視は通常、レール電圧をコンパレータまたはADCの入力範囲に収めるための抵抗分圧器から始まり、その後にコンバータのスイッチングノイズを除去するためのRCフィルタを配置します。電流監視では一般にローサイドまたはハイサイドのシャント抵抗を用い、電流検出アンプまたは計装アンプでゲインを与えます。これは、妥当な電力損失に抑えたシャント電圧が数十mV程度と小さいためです。その後、両方の信号に対してゲイン調整、オフセット補正、フィルタリング、検出ノード上の過渡現象からの保護といった信号調整が必要になります。

測定されたアナログ値は、ロジック状態に変換されて初めて有用になります。これは、固定またはプログラマブルな基準電圧を使ったコンパレータで実現でき、ノイズによるしきい値近傍でのチャタリングを防ぐヒステリシスを持たせながら、過電圧、低電圧、過電流といった1ビットの状態を生成できます。一方、ADCはデジタル値を出力し、それをファームウェアがしきい値と比較しますが、これには変換遅延が加わり、しかもファームウェアで処理しなければなりません。保護ロジックでは、コンパレータベースのしきい値判定の方が高速で、コード実行にも依存しません。

このしきい値判定をプログラマブルなミックスドシグナルデバイス上で実装するには、次の要素が必要です。

プログラマブルなヒステリシスを備えたアナログコンパレータ
しきい値設定用の内部プログラマブル電圧リファレンスまたはDAC
分圧またはバッファ機能に対応したアナログ入力ピン
複数のフラグを単一の障害条件にまとめるためのルックアップテーブル

システムシャットダウン機能

障害が特定されると、シャットダウンブロックはそのロジック出力に基づいて動作しなければなりません。統合ソリューションでは、シャットダウンロジックは監視コンパレータの直後に配置され、レギュレータのイネーブルピン、FET用のゲートドライバ、そして/またはホストプロセッサへ戻す障害ラインを駆動します。コンパレータ出力を組み合わせロジック経由で出力ピンへルーティングすれば、1マイクロ秒未満でコンバータを無効化でき、これは短絡時にMOSFETを保護するのに十分な速さです。

電力エレクトロニクスにおけるシャットダウンは、単純に出力を1つ切り替えるだけで済むことはほとんどありません。通常、負荷はパワーアップシーケンスとは逆の順序で停止させる必要があるためです。そのため、独立した遅延を持つシーケンス出力に加え、一時的な障害でシステムが自動的に再起動しないようにするラッチも必要です。

シャットダウンロジックの実装に必要なデジタル機能：

障害条件とイネーブル条件を組み合わせるためのルックアップテーブル
シーケンス制御および突入電流マスキング用の遅延ブロックとワンショットブロック
意図的にクリアされるまで障害状態を保持するSRラッチ
障害チェック間の遅延設定用カウンタ
イネーブルピンおよびゲートピンを駆動可能なオープンドレインまたはプッシュプル出力

システムリセット機能

リセットブロックのロジックは2つの点を監視します。1つは、負荷電力がほぼゼロまで減衰したことを示す電流（または電圧）監視コンパレータ、もう1つは、シャットダウンシーケンサからの、シャットダウンシーケンスのすべての段階が完了したことを確認するロジックインジケータです。定義された保持時間のあいだ両方の条件が満たされた場合にのみ、リセットシーケンスを実行すべきです。ゼロ電流検出状態とリセット出力の間に遅延タイマを設けることで、電源レールが完全に放電する時間を確保できます。

リセットロジックの実装に必要なデジタル機能：

ゼロ電流フラグとシャットダウン完了インジケータをANDするためのルックアップテーブル
放電保持期間用の遅延ブロックまたはカウンタ
規定幅のリセットパルスを生成するためのエッジ検出器およびパルスジェネレータ
リセットブロックまたは外部コマンドのいずれかで駆動されるラッチクリアパス
デバイス自体を既知の状態で起動させるためのパワーオンリセット回路

GreenPAKでカスタムASICを作成

RenesasのGreenPAKは、アナログコンパレータ、リファレンス、遅延ブロックおよびカウンタブロック、ラッチ、構成可能なルックアップテーブルを単一の小型ダイ上に統合した、プログラマブルなミックスドシグナルICファミリです。しかも、これらはファームウェアではなく、無償のグラフィカル設計ツール上で構成できます。電源シーケンス、監視、リセット用途向けのリファレンスデザインも十分に整備されているため、こうしたロジックの大部分をゼロから作るのではなく流用・適応できます。

Renesas GreenPAKの開発ツールにより、設計者は完全にカスタムなデジタル、アナログ、またはミックスドシグナルICを開発できます。これらのプログラマブル・ミックスドシグナル・プロセッサは、クロックおよび信号管理回路に見られる機能を集約できるため、より小型で高効率なシステムの実現を可能にします。詳しくは、GreenPAKコンポーネントおよびリファレンス例をご覧ください。

詳しくは、GreenPAKコンポーネントおよびリファレンス例をご覧ください。

信頼性の高い電力エレクトロニクスでも、高度なデジタルシステムでも、Altiumが提供する完全なPCB設計機能と世界クラスのCADツールを活用して、GreenPAKソリューションを実装してください。Altiumは、業界最高レベルのPCB設計ツールと、高度な設計チーム向けの部門横断型コラボレーション機能を備えた、世界有数の電子製品開発プラットフォームを提供しています。今すぐAltiumのエキスパートにご相談ください。