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こんなリセットICってどうやって使うのですか?(機能安全って?)

functional safety

今回はちょっと変わったリセットIC(ウィンドウボルテージディテクタ)のお話です

ある日、ベテラン社員の先輩Aさんのところに、入社3年目の新人B君が、困った顔してやってきました……

 

※教えて先輩!シリーズ、の過去の記事はこちら:
  第1回: 太陽電池だけでは朝まで動き続けないんです・・
  第2回: 携帯機器のスリープ時に電池がどんどん消耗するんです…
  第3回: バックアップ電源切換回路が面倒くさいんです。
  第4回:AEC-Q100ってなんですか?
  第5回:サンプルをこっそり手にいれたいんです。

 

教えて先輩!シリーズ 第6回

  こんなリセットICってどうやって使うのですか?(機能安全って?)

 

kouhai_man_gimon新人B
先輩!変なリセットICを見つけました。これってどうやって使うのですか?

senpai_man_egao先輩A
? 変なって……

kouhai_man_egao新人B
これです。上下監視とかウィンドウタイプのボルテージディテクタとか言っていますけど、意味あるんでしょうか。
機能安全?を考慮したICみたいなのですが。。。。
windowVD3

図1:電圧降下でも電圧上昇でもリセット信号"L"を出力

senpai_man_egao先輩A
ああ、これね。電圧の低下だけでなく上昇でもリセットをかけるんだよ。

kouhai_man_egao新人B
理屈はわかるんですが、電圧の上昇ってオーバーシュートですか?それってOVPで対策できるんじゃないでしょうか。なぜボルテージディテクタが必要なんでしょう?

※OVP: Over Voltage Protectionの略。出力端子の過電圧を検知して出力を停止する保護機能のこと。

 

senpai_man_egao先輩A
いや、オーバーシュートって一瞬だからリセットICでは検知できないかもね。それよりも何らかの異常による過電圧を検知するのが目的なんだよ。だから、これは電源ICの後ろにつける(出力電圧を検知する)んだ。電源ICの前の電源部に異常があったら電源ICのOVPで保護できるけど、その電源IC自体に異常があったら保護できないだろ?
window-vd

図2:R3152Nの基本回路例

kouhai_man_gimon新人B
安定した電源を供給する役割の電源ICが壊れた時のために監視するということですか?

 

電源ICが壊れた時のためのボルテージディテクタ?

senpai_man_egao先輩A
まあ、そうだよね。

kouhai_man_odoroki新人B
電源ICにパワーグッド出力があれば電源ICの異常も検知できるかもしれないですよね?

senpai_man_egao先輩A
それも1つの方法だと思うね。ただ、パワーグッドって検出精度が良くなかったりするし、そもそも電源IC自体が壊れていたらパワーグッド信号って出力されるのかって問題もあるよね。

kouhai_man_ase新人B
それは……ちょっと心配し過ぎでは?

senpai_man_egao先輩A
そんなことないよ。
設計思想というのもあるけど、絶対に故障してはいけない機器ってあるよね。

kouhai_man_nayami新人B
うーん。「絶対はない」と教わりましたが。

senpai_man_egao先輩A
例えば、クルマを運転中に制御不能になったら大変だよね。

 

絶対に故障してはいけない機器がある?

kouhai_man_odoroki新人B
確かに。

senpai_man_egao先輩A
最近のクルマは電装品の塊と言われていて数多くの半導体部品や電子部品が使われているよね。EV自動車なんか、走る電化製品って言われてるよね。それが故障して自動車事故が起こっては困るというわけさ。

kouhai_man_egao新人B
フェールセーフ設計とか多重設計とかいろいろ工夫されていると聞きました。

senpai_man_egao先輩A
そのとおりで、部品が壊れることを想定して、壊れても危なくない方向に壊れるように設計するとか、同じ回路を複数用意して1つが壊れても他のバックアップ回路が動くようになっていたりするんだ。

kouhai_man_odoroki新人B
なるほど。さっきの上下監視のリセットICは電源ICの出力異常でマイコンが誤動作する前にマイコンをリセットするわけですね。そうするとマイコンが暴走したりしないという意味ではフェールセーフ設計になりますね。

senpai_man_egao先輩A
そういうこと。だから、このリセットICはクルマ用なんだろうね。

kouhai_man_egao新人B
クルマ以外でも製造ラインの工作機械とかにも使えそうです。

senpai_man_egao先輩A
! そうそう。よくわかっているじゃないか。
このように、機能安全とは、機器が故障しないように作るのではなく、部品が壊れることを前提として、壊れた時の安全を機能で確保することなんだ。

 

日清紡マイクロデバイス(旧リコー電子デバイス)の機能安全への取り組みはこちら

 

 

 

senpai_man_egao
ちなみに、このリセットICの電源は電源ICの出力ではなく、車の場合で言うとバッテリー直結でもらうんだよ。

kouhai_man_gimon新人B

 

SENSE端子分離で安全!

senpai_man_egao先輩A
つまり、電源ICから電源をもらっていたらその電源ICが壊れたらアウトだよね。そうではなくて自らの電源は直接電源からもらっていて、電源ICの出力電圧監視は専用のSENSE端子で行っているんだよ。安全設計というわけさ。
WindowVD1-1

図3:SENSE端子による監視機能の分離

kouhai_man_egao新人B
なるほど。考えられているわけですね。それ以前にCMOSなのにカーバッテリーに対応しているなんてスゴイですね。CMOS電源ICってもはや携帯機器向けってわけではないんですよね。

senpai_man_egao先輩A
そして、……

kouhai_man_ase新人B
まだあるんですか(笑)。

 

端子配置にも工夫が

senpai_man_egao先輩A
……。端子配置にも気を配っているみたいだね。何らかの理由で隣の端子とショートしても致命的な不具合にならないように工夫しているみたいだ。

kouhai_man_odoroki新人B
電源端子とグランド端子が反対側にありますね。
R3152N

図4:R3152Nの端子配置図

senpai_man_egao先輩A
いや、僕が言いたいのはそっちじゃなくて……w。
まあ、電源端子とグランド端子を離すのは基本だけど、電源端子とSENSE端子が反対側にあるだろ。電源端子とSENSE端子がショートして後ろのマイコンとかまで壊してしまわないように工夫してあるんだよ。さらに、加えて、リセットIC自身が壊れないようにVDD端子の隣のCD端子も50Vまで耐圧を上げてあるんだ。

kouhai_man_egao新人B
なるほど。遅延用コンデンサ端子なんですけどね。

senpai_man_egao先輩A
端子位置に気を配るってことは中のチップの設計段階から考えているわけだよね。機能安全って、最初から計画的に行う必要があるんだ。これって当り前なんだけど簡単なことではなくて実は難しいんだよね。いろいろ経験を積んだからできることなんだ。

kouhai_man_egao新人B
なるほど。よくわかりました。ありがとうございました。

 

 

機能安全を考慮した上下監視ウィンドウボルテージディテクタ搭載製品一覧

シリーズ名 製品説明
R3152N 入力最大42V ウィンドウボルテージディテクタ
R3154N 診断機能付き 入力最大42V ウィンドウボルテージディテクタ
R3500S 診断機能付き 入力最大42V 4ch ウィンドウボルテージディテクタ
R5116x 入力最大42V ウィンドウボルテージディテクタ付き ボルテージレギュレータ

 

 

おまけ(故障の話:機能安全番外編)
fl_top_kosyo

 

あとがき
我々の製品がお役立ちできるような紹介ブログの第6回目です。
本記事で気になったことがあれば何なりとこちらからお問い合わせください。


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日清紡マイクロデバイスが、IoT実証実験を始めたわけ
半導体の微細化とアナログ回路

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