JP3610875B2 - 電気負荷の駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の電気負荷を駆動する駆動装置に関し、特に、複数の駆動素子を用いた電気負荷の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の各部に設けられた各種スイッチやセンサ等からの情報をマイクロコンピュータに入力してその情報に基づく各種演算を行い、駆動装置を介してモータ等の電気負荷を駆動することにより、車両制御を行う電子制御装置が広く知られている。
【０００３】
特に、近年の車両システムの急速な電子化に伴い、内燃機関におけるスロットルバルブの開閉制御やアイドル回転速度制御、或いは自動変速機のシフトレンジ切換制御等の、モータを駆動して各種機構を操作するシステムが増加している。モータを駆動するための駆動装置では、使用するモータの種類や制御方法などによって種々の駆動用回路が構成されるが、例えば、パワートランジスタ等の駆動素子を六個備え、これらをＰＷＭ制御することにより交流モータへ三相交流を供給する駆動回路や、駆動素子を四つ備え、これらの駆動素子をオン・オフ制御することにより直流モータへの通電を制御する、いわゆるＨブリッジ回路、或いはステップモータの駆動回路などがよく知られている。
【０００４】
このようなモータ駆動回路では、複数の駆動素子を順次通電（オン）したり、通電中の駆動素子のデューティ比を調整することによって、モータの回転方向や回転位置・トルク等を制御することができ、バルブの開度などの制御対象を適切に駆動・制御することができる。
【０００５】
パワートランジスタ等からなる駆動素子は、通電により熱が発生しやすいため、駆動素子を選定する際は、通常、駆動装置における動作条件（電流値、通電時間、デューティ等）を考慮して、使用可能な範囲内の電力損失を有する部品が適宜選定されることになる。また、駆動素子に放熱フィンを取り付けることにより、放熱性能を向上させて、ある程度電力損失の大きい（即ち発熱量の大きい）駆動素子でも使えるようにする方法も、一般によく行われている。
【０００６】
ところで、近年では、上記のような装置筐体などに放熱する放熱フィンを廃止し、例えば表面実装部品や放熱板付素子などの、基板に放熱する小型の駆動素子を採用して、基板への実装状態における放熱性能を考慮した駆動素子の選定を行うことにより、装置全体の小型化、低コスト化を可能としている。
【０００７】
そしてこの場合、オン抵抗のより小さい（換言すれば電力損失の少ない）駆動素子を用いれば、更に駆動素子を小さくして装置を小型化することが可能となる。即ち、素子が小さくなればその分放熱性能も悪くなるため、素子のオン抵抗を小さくして発熱量を抑えることにより、放熱性能の低下をカバーしようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにオン抵抗の小さい駆動素子を用いることにより、駆動素子の小型化は可能になるものの、オン抵抗を小さくするためには、内部のチップ（半導体チップ）サイズの大きい駆動素子を使用する必要があり、そのため駆動素子のコストはアップしてしまう。つまり、駆動素子全体（パッケージ）の大きさは小さくできるが、その分、内部のチップは大きくせざるを得なくなり、駆動素子の小型化とコストダウンとが同時に達成できないのである。
【０００９】
このような問題を解決する方法として、例えば、特表平６−５０７０４９号公報にて、装置筐体等を利用して出力構成部材（発熱性部品）からの良好な放熱を可能とする方法が開示されている。これは、具体的には、基板外周部の両面に熱伝導性材料からなる被覆が環状に形成されており、冷却フィンを備えた発熱性部品は、その冷却フィンが基板外周部の被覆に熱的に接触するように配置されている。また、基板等を収納するケーシング（装置筐体）も、基板外周部の被覆に熱的に接触するように構成されており、これにより発熱性部品に別途放熱用部品等を付加することなく、良好な放熱を実現している。
【００１０】
しかしながら、上記方法では、放熱性能は良好になるものの、基板外周部に放熱のための被覆を設ける必要があり、その分基板も大きくなってしまう。しかも、複数の発熱性部品を全て基板外周部に環状に配置するため、基板上における発熱性部品と外部入出力用端子（コネクタ等）との距離も長くなり、太い配線パターンを長く形成せざるを得なくなる。
【００１１】
そのため、部品は小型化できるものの、基板が大きくなり、装置全体の大型化を招いて、結果としてコストアップしてしまう。また、基板上には、発熱性部品の動作等を制御する制御回路も配置されるが、基板外周部に配置された発熱性部品からコネクタまでの太い配線パターンがこの制御回路近傍を通過することになるため、この配線パターンを流れる電流（例えば外部負荷を駆動する電流）により配線パターン周囲に放射される電磁ノイズに起因して、制御回路が誤動作するおそれもある。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の発熱素子を備えた電気負荷の駆動装置において、発熱素子の小型化及び低コスト化を図ると共に、装置全体の小型化及び低コスト化を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の駆動装置は、一つ又は複数の電気負荷への通電経路に設けられた複数の発熱素子を有するものである。そして、複数の発熱素子のうち、互いに同時に通電されることのない少なくとも二つの発熱素子は、基板上に近接して実装される。
その近接して実装される各発熱素子は、いずれも、半導体チップと該半導体チップからの熱を放出するための放熱用金属部材とが樹脂モールドにより一体化されて構成されている。また、基板における、少なくとも上記近接して実装される各発熱素子が備える放熱用金属部材の下部には、各発熱素子の相互間で熱を伝導させるための導電性金属パターンが少なくとも一つ形成されている。そして、上記近接して実装される各発熱素子は、放熱用金属部材が導電性金属パターンに接触するように基板上に実装されている。
【００１４】
近接して実装された駆動素子は、共に同時に動作する（通電状態になる）ことはなく、どちらか一方の発熱素子は動作しない（不通電状態になる）。つまり、電気負荷の駆動中にどちらか一方の発熱素子は必ず通電されない状態となっている。そこで、一方の発熱素子が動作していないときには、他方の動作中の発熱素子から発生する熱を、その他方の発熱素子が備える放熱用金属部材および基板に形成された導電性金属パターンを介して、動作していない発熱素子に吸収させることができるため、放熱性能が良好になり、より多くの電流を駆動素子に流すことができる。これは即ち、通電時の電力損失のより大きい（例えば素子サイズの小さい）発熱素子を用いることができることになる。
【００１５】
従って、請求項１記載の発明によれば、動作中の発熱素子が発生する熱を、近接して実装された非動作中の発熱素子に吸収させることができるため、発熱素子を小型化してそのコストを低減することが可能となる。またこれにより、装置全体の小型化及び低コスト化も可能となる。
【００１６】
尚、発熱素子は、例えばパワートランジスタやサイリスタ等の各種素子が考えられ、近接実装された発熱素子が同時に動作（通電）することはなく、しかも相互に熱を吸収できるものであれば何でもよい。
【００１７】
ここで、導電性金属パターンは、例えば熱伝導のためだけに設けてもよいが、請求項２に記載のように、基板上に形成された配線パターンを熱の伝導用としても兼用するようにしてもよい。即ち、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電気負荷の駆動装置であって、放熱用金属部材は、半導体チップにおける能動面とは反対側の非能動面に電気的且つ熱的に接続され、導電性金属パターンは、上記能動面とその接続対象とを電気的に接続するための配線パターンである。
配線パターンとしては、例えば基板上に電気伝導のために形成される周知の銅箔パターンやスルーホールなどがある。このようにすれば、基板上の配線パターンを有効に利用して熱伝導用にも利用できるため、駆動装置をより小型化、低コスト化することができる。
【００１８】
また、既述のように、本発明は種々の発熱素子に適用することができるが、請求項３に記載したように、電気負荷の通電経路を導通・遮断するスイッチング素子である場合に適用するとより効果的である。即ち、例えばパワートランジスタなどのスイッチング素子は、電気負荷への通電電流を導通・遮断するものであり、その通電電流の量も、電気負荷を駆動するために必要な比較的大きな電流であるから、通電時にスイッチング素子から発生する熱の量も多い。そのため、互いに同時に通電されることのない複数のスイッチング素子を近接実装すると共に各スイッチング素子の下部に導電性金属パターンを設けて相互に熱伝導できるようにすることにより、発熱量の大きいスイッチング素子の小型化も可能となる。
【００１９】
さらに、基板上に近接して実装される複数の発熱素子は、請求項４に記載したように、基板の表裏面に基板を挟むように実装してもよい。このようにすれば、放熱用金属部材と接続される導電性金属パターン以外に別途導電性金属パターンを設ける必要がなく、しかも、基板において、表裏面に実装された発熱素子が挟む部分で熱の伝導を行うことができる。つまり、基板上の同一面に近接して配置する場合に比べ、基板を介して直接かつ面的に熱が伝導でき、より放熱効果が高まる。そのため、発熱素子をより小型化できるのに加え、表裏面に実装することで基板上の実装面積も小さくできるため、駆動装置全体をより小型化することが可能となる。
【００２０】
尚、表裏面に実装される発熱素子の相対的な位置関係は、良好な熱伝導性を考慮すれば、基板の同一位置における表裏面に実装される（つまり、発熱素子が基板を挟んで相互に完全に対向するように実装される）のが望ましいが、必ずしも基板の同一位置の表裏面に完全に実装される必要はなく、基板において、発熱素子で挟まれている部分が少しでも存在するように実装されていればよい。
【００２１】
ここで、請求項１〜４記載の発明は、請求項５に記載したように、発熱素子として四つのスイッチング素子を備え、その四つのスイッチング素子にて構成されたＨブリッジ回路により、電気負荷としての一つのモータへの通電方向を制御可能な駆動装置に適用することができる。そして、四つのスイッチング素子のうち、互いに同時に通電されることのない二つのスイッチング素子を、相互に近接するように実装する。
【００２２】
通常、Ｈブリッジ回路によるモータ駆動の際は、四つのスイッチング素子のオン・オフを適切に制御することにより、モータへの通電方向を制御する。そのため、モータ駆動の際に四つのスイッチング素子が全て同時にオンになることはない。そこで、四つのスイッチング素子のうち、互いに同時に通電されることのない二つのスイッチング素子を、相互に近接するように実装すれば、動作中のスイッチング素子の発熱を、近接実装された他方の非動作中のスイッチング素子に吸収させることができる。
【００２３】
従って、スイッチング素子の数が多い（四つ）Ｈブリッジ回路に対して、本発明（請求項１〜４）を適用すると、四つのスイッチング素子を小型化して、モータの駆動装置をより小型化・低コスト化することができため、より効果的である。
【００２４】
ところで、Ｈブリッジ回路にてモータを駆動する場合、例えば、電源の正極又は負極のいずれか一方の極性側に接続された二つのスイッチング素子を通電方向選択用（方向選択サイド）に用い、他方の極性に接続された二つのスイッチング素子を通電制御用（通電制御サイド）に用いるのが一般的である。
【００２５】
つまり、例えば、方向選択サイドの二つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子を常時オンとし、通電制御サイドの二つのスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子を常時オフとすることにより、モータへの通電方向を決める。そして、方向選択サイドにおける他方のスイッチング素子（方向選択サイド駆動素子）をオフにし、通電制御サイドにおける他方の素子（通電制御サイド駆動素子）をオンにしたとき、モータへの通電が行われる。
【００２６】
モータへの通電電流量を制御するためには、例えば通電制御サイド駆動素子をデューティ制御すればよいが、通電制御サイド駆動素子をオフにして非通電状態にしても、モータに蓄えられた磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、モータを流れる電流はすぐにはゼロにならない。そのため、例えば、通電制御サイド駆動素子をオフにするのと同時に方向選択サイド側でオフにしていたスイッチング素子をオンにすることにより、方向選択サイドの二つのスイッチング素子とモータとで、環流回路が形成され、これによりモータの磁気エネルギを消費させて電流をゼロにすることができる。
【００２７】
つまりこの場合、モータへの通電オフ時の消弧エネルギーを方向選択サイドにて消費させることになり、方向選択サイドの二つのスイッチング素子は、共に同時に電流が流れる期間が存在するが、通電制御サイドの二つのスイッチング素子には、共に同時に電流が流れる期間は存在しない。
【００２８】
そこで、請求項５に記載したＨブリッジ回路にてモータを駆動する駆動装置においては、請求項６に記載したように、モータの電源の正極又は負極のいずれか一方の極性側に接続されている二つのスイッチング素子であって、しかもモータ通電時には通電電流の方向や大きさを制御するために、一方は常にオフしていて他方がデューティ制御されるものである場合に、その二つのスイッチング素子を近接して実装すると、特に効果的である。
【００２９】
このようにすれば、近接して実装した二つのスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子は必ずオフになっているため、放熱がより良好に行われる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された車両のスロットル制御システムの構成を表す概略構成図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態のスロットル制御装置は、吸入空気管７内を内燃機関９に向かって流れる空気流量を調節するためのスロットルバルブ１と、スロットルバルブ１の回転軸に連結され、スロットルバルブ１を回転させるためのモータ２と、スロットルバルブ１の開度を検出するために図示しないスロットルボディに取り付けられ、スロットルバルブ１と連動してスロットル開度に比例した電圧を出力するスロットル開度センサ３と、運転者によるアクセルペダル８の操作量を検出し、その操作量に比例した電圧を出力するペダル位置センサ４と、スロットル開度センサ３及びペダル位置センサ４からの信号（出力電圧）を入力し、これらの入力信号に応じて、スロットルバルブ１の開度を所望の開度に制御するためにモータ２への通電制御を行う電子制御装置５と、車両に搭載され、モータ２へ電力を供給するためのバッテリ６と、バッテリ６から電子制御装置５への通電経路を導通・遮断するためのイグニションスイッチ７とから構成される。尚、モータ２は、通電方向により回転方向が、通電電流量により回転トルクが制御される周知の直流モータである。
【００３２】
電子制御装置５は、主としてマイクロコンピュータ（以下、単に「マイコン」と称す）１１と、モータ駆動回路１２と、電流検出回路１３とで構成されるものであり、その詳細を図２に示す。
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、バスライン等を備えた周知のものである。マイコン１１には、スロットル開度センサ３からの出力電圧が抵抗Ｒ１、Ｒ２にて分圧された上で入力され、ペダル位置センサ４からの出力電圧が抵抗Ｒ３、Ｒ４にて分圧された上で入力され、電流検出回路１３からの出力電圧が抵抗Ｒ５、Ｒ６にて分圧された上で入力される。そして、これらの各入力信号（電圧）に基づき、モータ２への通電を制御するための制御信号を、モータ駆動回路１２内の駆動ロジック部２１へ出力する。
【００３３】
尚、図示はしないものの、マイコン１１には上記入力電圧のほか、エンジン回転数や冷却水温度、吸気・排気温度、バッテリ電圧等の各種信号も入力され、これら各種入力信号に基づいて、車両各部の制御（例えば点火時期制御やアイドル回転数制御など）が行われている。また、マイコン１１の動作用の電力も、バッテリ６からイグニションスイッチ７を介して供給されている。
【００３４】
モータ駆動回路１２には、四個のＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ、以下単に「トランジスタ」と称す）Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４からなるＨブリッジ回路が備えられている。具体的には、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２（ハイサイド側のトランジスタ）のドレインがイグニションスイッチ７を介してバッテリ６の正極側に接続され、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４（ローサイド側のトランジスタ）のソースが電流検出回路１３内の抵抗Ｒ１１を介してバッテリ６の負極側と同電位の電源ライン（グランドライン）に接続されている。尚、この四つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４は、本発明の発熱素子としてのスイッチング素子に相当するものである。
【００３５】
そして、トランジスタＴｒ２のソースはトランジスタＴｒ３のドレインと接続されると共にその接続点Ａはモータ２の一端に接続され、トランジスタＴｒ１のソースはトランジスタＴｒ４のドレインと接続されると共にその接続点Ｂはモータ２の他端に接続されている。尚、モータ２は、実際には図１に示したようにスロットルバルブ１近傍に設けられているものであるが、図２においては、説明の明瞭化のためモータ駆動回路１２の中にモータ２を併せて記載した。
【００３６】
このようなＨブリッジ回路では、全てのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４がオフ状態であるときに、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１とローサイド側のトランジスタＴｒ３とを同時にオンすれば、モータ２に対して接続点Ｂから接続点Ａに電流が流れて、モータ２を、スロットルバルブ１を閉じる方向に回転（閉回転）させることができる。逆に、ハイサイド側のトランジスタＴｒ２とローサイド側のトランジスタＴｒ４とを同時にオンすれば、モータ２に対して接続点Ａから接続点Ｂに電流が流れて、モータ２を、スロットルバルブ１を開く方向に回転（開回転）させることができる。
【００３７】
また、モータ２の回転位置（延いてはスロットルバルブ１の開度）を制御するには、モータ２を流れる電流Ｉｍを制御すればよいため、本実施形態におけるモータ２の駆動制御は、例えばモータ２を閉回転させる場合は、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１をオン状態、ローサイド側のトランジスタＴｒ４をオフ状態にそれぞれ保持し、ローサイド側のトランジスタＴｒ３とハイサイド側のトランジスタＴｒ２とのオン・オフ状態を交互に切り換えることにより行われる。
【００３８】
つまり、ＮチャネルのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４はいずれも、ゲートに入力される駆動信号Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４がＨｉｇｈレベル（以下「Ｈレベル」と称す）である時にオン状態となるため、本実施形態では、図３に示す如く、閉回転時は、トランジスタＴｒ１の駆動信号Ｏ１をＨレベルに、トランジスタＴｒ４の駆動信号Ｏ４をＬｏｗレベル（以下「Ｌレベル」と称す）に保持することにより、トランジスタＴｒ１をオン状態、トランジスタＴｒ４をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ２、Ｏ３を入力することにより、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００３９】
この結果、駆動信号Ｏ２がＬレベル、駆動信号Ｏ３がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍがマイナス方向に上昇（つまり、接続点Ｂから接続点Ａへ流れる電流が上昇）する。そして、駆動信号Ｏ２がＨレベル、駆動信号Ｏ３がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ３がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、モータ２によりハイサイド側に形成される閉回路（環流回路）に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍは減衰する。
【００４０】
一方、モータ２を開回転させる場合も、図３に示す如く、トランジスタＴｒ２の駆動信号Ｏ２をＨレベルに、トランジスタＴｒ３の駆動信号Ｏ３をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ２をオン状態、トランジスタＴｒ３をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ４には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ１、Ｏ４を入力することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００４１】
この結果、駆動信号Ｏ１がＬレベル、駆動信号Ｏ４がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオフ、トランジスタＴｒ４がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍが上昇する。そして、駆動信号Ｏ１がＨレベル、駆動信号Ｏ４がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオン、トランジスタＴｒ４がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、モータ２で形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍはやはり減衰する。
【００４２】
つまり、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を、通電方向選択用として使用し、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を、通電時間制御用として使用する。
そして、閉回転・開回転いずれの場合にも、モータ２には、トランジスタＴｒ３（閉回転時）又はトランジスタＴｒ４（開回転時）のオン／オフ時間の比率（デューティ比）に応じたトルクが発生し、スロットルバルブ１の開度を所望の位置に回転させる。
【００４３】
駆動ロジック部２１は、マイコン１１からの制御信号に基づき、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をオン・オフ制御するための信号（例えば、５ＶのＨレベル信号又は０ＶのＬレベル信号）を、各プリドライバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに出力する。そして、各プリドライバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにて、駆動ロジック部２１からの出力信号を、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を実際に駆動しうるだけの電圧（例えば、１２Ｖ若しくは２０Ｖ（ハイサイド側トランジスタ駆動時）のＨレベル信号、又は０ＶのＬレベル信号）にレベルアップさせ、駆動信号Ｏ１〜Ｏ４としてそれぞれ各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４へ出力する。
【００４４】
また、電流検出回路１３は、オペアンプ１３ａと、抵抗Ｒ７〜Ｒ１１にて構成され、モータ２の通電経路に直列に挿入された抵抗Ｒ１１の両端の電圧に基づき、モータ２或いはこれを駆動させるためのＨブリッジ回路等の異常（断線・短絡）を検出するものである。この電流検出回路１３からの出力（異常検出信号）は、駆動ロジック部２１に入力され、駆動ロジック部２１は、モータ２に流れる電流が所定の上限値を超えた場合にはモータ電流を抑制するように各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を制御する。また、電流検出回路１３からの出力は、抵抗Ｒ５及びＲ６にて分圧された上でマイコン１１にも入力され、異常時には、マイコン１１は、異常が生じたことをダイアグノーシスコードとして記憶し、運転室内のインパネに設けられた警告灯（図示せず）を点灯させて異常の発生を運転者にも報知する。
【００４５】
ところで、本実施形態のモータ駆動回路１２のように、四個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をオン・オフ制御することによりモータ２への通電を制御する場合、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の通電時（オン時）には、各トランジスタのオン抵抗により素子内部に電力損失が生じ、これに起因して熱が発生する。そのため、通電時に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４で発生する熱を、外部に適切に放出する必要がある。
【００４６】
この場合、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に別途放熱器を設けるなどの一般的な放熱方法ももちろん可能であるが、このようにすると、従来技術で述べたような問題が生じる。
そこで、本実施形態では、四個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が全て同時にオンになることはないことに着目し、例えばローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を、図４に示すように基板上に近接して実装した。図４（ａ）は、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における断面Ａ−Ａの概略を表す説明図である。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、トランジスタＴｒ４は、樹脂によりモールドされた表面実装用の部品であり、トランジスタチップＢ４の裏面（ドレイン）は金属製のドレイン端子Ｄ４に直接接合されている。このドレイン端子Ｄ４は、トランジスタチップＢ４から発生する熱を放熱するための放熱板としての役目を兼ね備えたものである。
【００４８】
トランジスタチップＢ４の表面（ソース）はワイヤボンディングＷ４により金属製のソース端子Ｓ４に接続されている。また、図示はしないものの、トランジスタチップＢ４のゲートも、同じくワイヤボンディングにより金属製のゲート端子Ｇ４に接続されている。そして、トランジスタチップＢ４及びワイヤボンディングＷ４を含む部品全体が、樹脂モールドによるパッケージＭ４に覆われた構造になっている。
【００４９】
尚、他の３つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３も、トランジスタＴｒ４と全く同様の構造を有する表面実装用のモールド型部品であるため、詳細な説明は省略する。
そして、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、図４（ａ）に示すように基板４４上に相互に近接して実装され、トランジスタＴｒ３のドレイン端子Ｄ３、ソース端子Ｓ３、ゲート端子Ｇ３は、それぞれ、基板４４に形成されたランドＬＤ３、ＬＳ３、ＬＧ３にはんだ付けされている。トランジスタＴｒ４のドレイン端子Ｄ４、ソース端子Ｓ４、ゲート端子Ｇ４も、それぞれ、基板４４に形成されたランドＬＤ４、ＬＳ４、ＬＧ４にはんだ付けされている。基板４４は、板状絶縁体の両面に所望の銅箔パターン（ランドを含む）が形成された周知の両面プリント基板である。
【００５０】
各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４のドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は、それぞれ基板４４上に形成されたレジスト施工済みの配線パターン（銅箔パターン）ＰＤ３、ＰＤ４を介して、接続対象であるコネクタ４５の所定のリード４５ａ、４５ｂに電気的に接続され、このコネクタ４５を介してモータ２（図４では図示せず）に接続されている。この各配線パターンＰＤ３、ＰＤ４は、各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４から発生する熱の伝導を良好にする（詳細は後述）ため、図４に示すように広い範囲で形成されており、しかも両者が近接するように形成されている。
【００５１】
一方、ソース端子Ｓ３，Ｓ４は、配線パターンＰＳ３，ＰＳ４、スルーホール４６ａ、４６ｂ及び基板４４の裏面に形成された配線パターンＰＧ３４を介して、電気的に接続されている。このソース端子Ｓ３、Ｓ４、及びゲート端子Ｇ３、Ｇ４は、いずれも図示しない配線パターンを介して基板４４上の所定の部位に配線されるが、ここでは、その詳細については省略する。
【００５２】
基板４４の裏面における、各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の裏面に相当する範囲には、銅箔パターンＰＴが形成されている。この銅箔パターンＰＴは、電気信号を伝達せるためのものではないため、他の部品や配線パターン等と電気的に接続されておらず、後述するように、二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の放熱部（ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４）から発生する熱の伝導を良好にするために設けたものであり、ランドＬＤ３，ＬＤ４、配線パターンＰＤ３，ＰＤ４と共に、本発明の導電性金属パターンに相当するものである。
【００５３】
既述の通り、モータ２への通電を四つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４にて制御するため、各トランジスタへの通電時には、素子内部（トランジスタチップ）で熱が発生する。そのため、近接して実装した二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４からも、通電時には熱が発生するが、二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４に同時に連続して通電されることはない。即ち、図３で説明したように、モータ２の閉回転時にはトランジスタＴｒ４は常時オフとなり、トランジスタＴｒ３をデューティ制御することにより、モータ２への通電電流量を制御する。一方、モータ２の開回転時にはトランジスタＴｒ３が常時オフとなり、トランジスタＴｒ４をデューティ制御することにより、モータ２への通電電流量を制御する。
【００５４】
つまり、いずれか一方のトランジスタは常時オフになり、他方のトランジスタに対して通電が行われるため、モータ２の駆動中は、いずれか一方の通電中のトランジスタからのみ熱が発生することになる。そのため、図４のように、この二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を近接して実装（換言すれば、放熱部としてのドレイン端子Ｄ３，Ｄ４を近接）することにより、動作中のトランジスタからの発熱を、動作していないトランジスタの放熱部（ドレイン端子）に伝えれば、トランジスタからの放熱がより良好に行われることになる。
【００５５】
ここで、上記のように二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板４４の同一面上に近接実装した場合、各ドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は、相互が配線パターンを介して直接接続されていないため、動作中のトランジスタからの発熱は、基板４４を構成する絶縁体を直接介して、動作していないトランジスタへ、基板４４を水平方向に伝導することになる。しかしながら、基板４４の絶縁体（例えばガラス布エポキシ）は銅などの金属に比べ、熱抵抗が大きく、熱が伝導しにくい。
【００５６】
そこで、本実施形態では、基板４４の裏面に、熱伝導のための銅箔パターンＰＴを設け、これを介して二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４相互間の熱伝導を行うことにより、熱が良好に伝導できるようにした。
即ち、銅箔パターンＰＴを設けたことにより、一方の動作中のトランジスタから発生した熱は、基板４４の絶縁体を介して水平方向に伝導するよりも、基板４４の厚さ方向に（つまり基板４４の裏面側に）伝導する方が、早く且つ効率的に伝導される。例えば、トランジスタＴｒ４のトランジスタチップＢ４から発生した熱は、ドレイン端子Ｄ４からランドＬＤ４へ伝わり、配線パターンＰＤ４へと放熱されていく。そして、このようにドレイン端子Ｄ４を中心として配線パターンＰＤ４まで伝導した熱は、基板４４を介してその裏面の銅箔パターンＰＴにも伝わる。
【００５７】
銅箔パターンＰＴは基板４４の絶縁体に比べて熱抵抗が小さいため、銅箔パターンＰＴ全体に熱が急速に伝わる。銅箔パターンＰＴ全体に伝わった熱は、再び基板４４の絶縁体を介して、近接実装されたトランジスタＴｒ３の放熱部（ドレイン端子Ｄ３）や配線パターンＰＤ３に伝わり、吸収される。
【００５８】
つまり、単に近接実装して、基板４４の水平方向に基板４４の絶縁体を介して熱を伝導するのに比べ、基板４４の裏面の銅箔パターンＰＴを利用して、トランジスタ相互間の熱伝導を面的（基板４４の厚さ方向）に行う方が、より良好に熱を伝導できるのである。
【００５９】
従って、本実施形態のスロットル制御システムによれば、共に同時に通電されることのない二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板４４上に近接して実装し、各ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４と電気的・熱的につながった配線パターンＰＤ３，ＰＤ４をできるだけ広い範囲且つ近接するように形成して、しかも基板４４の裏面におけるトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の裏面に相当する範囲に銅箔パターンＰＴを設けたことにより、動作中のトランジスタから発生した熱は基板４４の絶縁体及び銅箔パターンＰＴを介して、非動作中のトランジスタに良好に伝導し、吸収させることができる。
【００６０】
そのため、動作中のトランジスタの温度が低減されることになり、この温度低減効果の分だけ、より多くの電流をトランジスタに通電させることができることになる。言い換えれば、オン抵抗の大きい、チップサイズのより小さいトランジスタを、許容損失の低いより小さなパッケージにして用いることができるようになるわけである。そのため、トランジスタのコストダウンも可能となり、結果として電子制御装置５全体の小型化及び低コスト化も可能となる。
【００６１】
また、銅箔パターンＰＴは、熱伝導にのみ利用するために設けたものであるため、電源ラインやグランドラインなどの他の信号の配線に併用することも可能である。
［第２実施形態］
本実施形態のスロットル制御システムの構成は、第１実施形態のスロットル制御システムの構成（図１及び図２）と同じであるため、ここではその説明を省略する。そして、以下、本実施形態のスロットル制御システムの構成についても、第１実施形態の図１及び図２に基づいて説明する。
【００６２】
本実施形態では、図５に示すように、閉回転時は、トランジスタＴｒ３の駆動信号Ｏ３をＨレベルに、トランジスタＴｒ２の駆動信号Ｏ２をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ３をオン状態、トランジスタＴｒ２をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ４には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ１、Ｏ４を入力することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００６３】
この結果、駆動信号Ｏ１がＨレベル、駆動信号Ｏ４がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオン、トランジスタＴｒ４がオフ状態となったときには、モータ電流Ｉｍがマイナス方向に上昇（つまり、接続点Ｂから接続点Ａへ流れる電流が上昇）する。そして、駆動信号Ｏ４がＨレベル、駆動信号Ｏ１がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ４がオン、トランジスタＴｒ１がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、モータ２によりローサイド側に形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍは減衰する。
【００６４】
一方、モータ２を開回転させる場合も、図５に示す如く、トランジスタＴｒ４の駆動信号Ｏ４をＨレベルに、トランジスタＴｒ１の駆動信号Ｏ１をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ４をオン状態、トランジスタＴｒ１をオフ状態にする。そして、駆動信号Ｏ３がＬレベル、駆動信号Ｏ２がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ３がオフ、トランジスタＴｒ２がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍが上昇する。そして、駆動信号Ｏ３がＨレベル、駆動信号Ｏ２がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ３がオン、トランジスタＴｒ２がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、モータ２で形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍはやはり減衰する。
【００６５】
つまり、本実施形態では、第１実施形態とは逆に、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を通電時間制御用として使用し、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を通電方向選択用として使用している。
上記のようにモータ２への通電を行った場合、例えばハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、いずれか一方は常時オフとなっている。そのため、通電中のトランジスタから発生する熱を非通電中のトランジスタに吸収させるように、両トランジスタを基板上に配置できれば、放熱性能が向上し、トランジスタチップのサイズをより小さくすることができる。
【００６６】
そこで、本実施形態では、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、図６に示すように基板上に近接して実装した。図６（ａ）は、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における断面Ａ−Ａの概略を表す説明図である。尚、本実施形態においても、四つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の構造は、第１実施形態において図４に示した構造と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６７】
ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、図６（ａ）に示すように基板６１上に相互に近接して実装され、トランジスタＴｒ１のドレイン端子Ｄ１、ソース端子Ｓ１、ゲート端子Ｇ１は、それぞれ、基板６１に形成されたランドＬＤ１、ＬＳ１、ＬＧ１にはんだ付けされている。トランジスタＴｒ２のドレイン端子Ｄ２、ソース端子Ｓ２、ゲート端子Ｇ２も、それぞれ、基板６１に形成されたランドＬＤ２、ＬＳ２、ＬＧ２にはんだ付けされている。
【００６８】
一方、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のドレイン端子Ｄ１、Ｄ２は、同電位である（図２参照）ため、配線パターンＰＤ６０を介して、両ドレイン端子Ｄ１及びＤ２を電気的に接続している。そしてこの配線パターンＰＤ６０は、本発明の導電性金属パターンに相当し、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の相互間で熱を伝導させる機能をも有するものである。尚、ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２は、図示しない配線パターンを介してバッテリ６に接続され、ゲート端子Ｇ１、Ｇ２も図示しない配線パターンを介して基板６１上の所定の部位に配線されるが、ここでは、その詳細については省略する。
【００６９】
図５で説明したように、二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に同時に連続して通電されることはなく、モータ２の駆動時には、いずれか一方のトランジスタは常時オフになり、他方のトランジスタに対して通電が行われる。即ち、いずれか一方の通電中のトランジスタからのみ熱が発生することになる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、この配線パターンＰＤ６０を介して、二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２相互間の熱伝導を行うことにより、熱が良好に伝導できるようにした。
つまり、両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間の電気的接続のために必要な配線パターンＰＤ６０を、両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間を最短の距離でしかも太く配線するように形成することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２相互間の熱伝導を良好に行うための手段（即ち本発明の導電性金属パターン）として利用している。
【００７１】
従って、本実施形態のスロットル制御システムによれば、共に同時に通電されることのない二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を基板６１上に近接して実装し、しかも両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間は配線パターンＰＤ６０により接続されているため、動作中のトランジスタから発生した熱は主にこの配線パターンＰＤ６０を介して、非動作中のトランジスタの放熱部（ドレイン端子）に良好に伝導し、吸収させることができる。そのため、動作中のトランジスタの温度が低減されることになり、第１実施形態と同等の作用効果を奏する。
【００７２】
しかも、本実施形態では、第１実施形態の場合のように熱を伝導させるためだけに銅箔パターンＰＴ等を設ける必要はなく、通電に必要な配線パターンＰＤ６０を熱伝導にも有効利用できるため、電子制御装置５をより小型化、低コスト化することができる。
【００７３】
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、第１実施形態においては、ローサイド側のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を、基板４４の同一面上に近接して実装したが、例えば図７に示すように、基板７１の表裏面に、基板７１を挟むように実装してもよい。このようにすれば、第１実施形態の図４に示したような銅箔パターンＰＴを介すことなく、基板７１における両トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の放熱部（ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４）が挟む部分にて、基板７１の厚さ方向に直接面的に熱の伝導が行われるため、さらに良好な熱の伝導が行われ、しかも、ドレイン端子と接続する配線パターンＰＤ７１、ＰＤ７２をより小さくすることができ、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の実装面積も大幅に減少する。そのため、電子制御装置５のさらなる小型化・低価格化が可能となる。
【００７４】
第２実施形態においても同様に、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、基板６１の同一面上に近接して実装したが、例えば図８に示すように、基板６１の表裏面に、基板６１を挟むように実装してもよい。そしてこの場合、ドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は同電位であり、スルーホール８２により電気的に接続されるが、このスルーホールを介して熱を伝導することができるため、図７に場合比べて、熱の伝導はより良好に行われ、しかもトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の実装面積も大幅に減少するため、電子制御装置５のさらなる小型化・低価格化が可能となる。
【００７５】
尚、上記のように二つのトランジスタを基板両面に実装する場合、二つのトランジスタの放熱部（ドレイン端子）が基板を介して完全に対向するように実装するのが好ましいが、これに限らず、部品の放熱性能等を考慮した上で、両トランジスタの放熱部の一部分のみが対向するように実装してもよい。
【００８１】
また、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の近接実装（第２実施形態の場合）、或いはローサイド側のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の近接実装（第１実施形態の場合）に限らず、例えばハイサイド側のトランジスタＴｒ２とローサイド側のトランジスタＴｒ３を相互に近接実装してもよい。
【００８２】
さらに、近接実装するトランジスタの数は二つに限らず、例えば三つのトランジスタを近接してもよく、とにかく近接実装したトランジスタが同時に通電されるものでなければよい。
更にまた、上記実施形態では、一つのモータ２を駆動するためのモータ駆動回路１２に備えられたトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を適宜近接して実装するようにしたが、例えばこのモータ２以外にも、負荷及び負荷への通電を制御するための駆動素子（トランジスタ等）が別途ある場合に、その駆動素子と、モータ駆動回路１２のいずれかのトランジスタとを近接して実装してもよい。
【００８３】
つまり、一つの制御対象（負荷）への通電を制御する素子間のみならず、複数の制御対象に対して個々に通電制御を行う素子の相互間にも、本発明を適用することができる。
また、本発明は、上記実施形態のように直流モータを駆動する装置に限らず、例えばステッピングモータ駆動装置、或いはインジェクタ駆動装置など、複数の発熱素子を備えるあらゆる駆動装置、制御装置等に適用することができる。
【００８４】
また更に、上記実施形態では、Ｈブリッジ回路を構成する四つのトランジスタ（ＦＥＴ）に対して本発明を適用したが、ＦＥＴに限らず、例えばバイポーラ型パワートランジスタやサイリスタ等のあらゆるパワー素子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたスロットルバルブ制御システムの構成を表す概略構成図である。
【図２】電子制御装置の構成を表す概略構成図である。
【図３】第１実施形態の、Ｈブリッジ回路によるモータへの通電パターンを示すタイムチャートである。
【図４】第１実施形態の、ローサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態を表す説明図である。
【図５】第２実施形態の、Ｈブリッジ回路によるモータへの通電パターンを示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態の、ハイサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態を表す説明図である。
【図７】第１実施形態の、ローサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態の、他の例を表す説明図である。
【図８】第２実施形態の、ハイサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態の、他の例を表す説明図である。
【符号の説明】
１…スロットルバルブ、２…モータ、３…スロットル開度センサ、４…ペダル位置センサ、５…電子制御装置、６…バッテリ、７…イグニションスイッチ、８…アクセルペダル、１１…マイコン、１２…モータ駆動回路、１３…電流検出回路、２１…駆動ロジック部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…プリドライバ、４４，６１，７１，８１…基板、４５，６３，７３，８３…コネクタ、４６ａ，４６ｂ，８２…スルーホール、Ｂ１，Ｂ４…トランジスタチップ、Ｍ１，Ｍ４…パッケージ、Ｗ１，Ｗ４…ワイヤボンディング、ＬＤ１〜ＬＤ４，ＬＳ１〜ＬＳ４，ＬＧ１〜ＬＧ４，ＬＤ７３，ＬＤ７４，ＬＤ８１，ＬＤ８２…ランド、ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ６０，ＰＤ７１，ＰＤ７２，ＰＤ８１，ＰＤ８２，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＧ３４…配線パターン、ＰＴ…銅箔パターン

Claims (6)

1. 一つ又は複数の電気負荷への通電経路に設けられた複数の発熱素子を有する駆動装置において、
   前記複数の発熱素子のうち、互いに同時に通電されることのない少なくとも二つの発熱素子は、基板上に近接して実装され、
   前記近接して実装される各発熱素子は、いずれも、半導体チップと該半導体チップからの熱を放出するための放熱用金属部材とが樹脂モールドにより一体化されて構成され、
   前記基板における、少なくとも前記近接して実装される各発熱素子が備える放熱用金属部材の下部には、該各発熱素子の相互間で熱を伝導させるための導電性金属パターンが少なくとも一つ形成されており、
   前記近接して実装される各発熱素子は、前記放熱用金属部材が前記導電性金属パターンに接触するように前記基板上に実装されている
   ことを特徴とする電気負荷の駆動装置。
2. 前記放熱用金属部材は、半導体チップにおける能動面とは反対側の非能動面に電気的且つ熱的に接続され、
   前記導電性金属パターンは、前記能動面とその接続対象とを電気的に接続するための配線パターンである
   ことを特徴とする請求項１記載の電気負荷の駆動装置。
3. 前記基板上に近接して実装される複数の発熱素子は、前記電気負荷の通電経路を導通・遮断するスイッチング素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気負荷の駆動装置。
4. 前記基板上に近接して実装される複数の発熱素子は、前記基板の表裏面に、前記基板を挟むように実装されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電気負荷の駆動装置。
5. 前記電気負荷は一つのモータであり、
   前記複数の発熱素子は、前記モータへの通電方向を制御可能なＨブリッジ回路を構成する四つのスイッチング素子であり、
   前記四つのスイッチング素子のうち、互いに同時に通電されることのない二つのスイッチング素子が、相互に近接して実装されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の電気負荷の駆動装置。
6. 近接して実装される前記二つのスイッチング素子は、いずれも、前記モータの電源の正極又は負極のいずれか一方の極性側に接続されていて、
   前記モータへの通電時は、通電電流の方向や大きさを制御するために、前記二つのスイッチング素子のうち一方が常にオフして他方がデューティ制御されるものであることを特徴とする請求項５記載の電気負荷の駆動装置。

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