WO2008004446A1 - Dispositif de commande de charge - Google Patents

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Yuji Kato
Keiichi Sekiguchi
Kiyokatsu Satoh
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    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
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    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
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    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • the present invention stops the operation of the switching element when the overheating of the switching element that supplies power to the load is detected by the temperature detection element or when the disconnection of the temperature detection element is detected.
  • the present invention relates to a load driving circuit that prevents the above.
  • the conventional load drive circuit has an output signal corresponding to the temperature of the drive M ⁇ S-FET (3) and drive MOS-FET (3) that supply power to the load (4).
  • Drive device (1) equipped with a temperature detection element (6) that generates heat, the drive circuit (5) that drives the drive MOS-FET (3) on and off, and the output signal of the temperature detection element (6) And a control device (2) having an overheat protection circuit (7).
  • the temperature of a diode or transistor is controlled by utilizing the temperature dependence of the forward voltage of a diode whose impedance fluctuates with changes in ambient temperature, the voltage between the base and emitter of a transistor, and the voltage between the gate and source of an FET. It can be provided as a detection element (6) to measure the temperature of the driving M ⁇ S_FET (3).
  • the drive MOS-FET (3) is turned on and off, and the drive MOS-FET ( When the 3) is on, the drive M ⁇ S_FET (3
  • the load (4) Through the load (4).
  • an abnormality such as a short circuit of the load (4) occurs, an overcurrent flows to the driving MOS-FET (3), and the temperature of the driving M ⁇ S_FET (3) rises abnormally. M ⁇ S_FET (3) may be damaged.
  • the temperature detection element (6) constantly monitors the temperature of the driving MOS-FE T (3), and the driving M ⁇ S-FET The output signal corresponding to the temperature in (3) is given to the overheat protection circuit (7).
  • the overheat protection circuit (7) gives an overheat detection signal to the drive circuit (5) when the driving M ⁇ S-FET (3) is overheated to a certain level of temperature. Is stopped, the MOS_FET for driving (3) is turned off, and the current supply to the load (4) is stopped.
  • Patent Document 1 uses a temperature detection element integrated in the periphery of a semiconductor chip to detect a temperature closer to the center of the semiconductor chip and accurately detect whether the semiconductor chip is overheated.
  • the semiconductor device includes a semiconductor chip in which a temperature detection element is integrated on one end of the semiconductor chip, and first and second metal wires having a plurality of wire bonding points extending in the X direction.
  • the wire of the first metal wire that is closest to the temperature sensing element from one end adjacent to the temperature sensing element is shorter than the second distance to the wire bonding point of the second metal wire. Therefore, while the temperature detection element is arranged in the peripheral part of the semiconductor chip, the wire bonding point of the adjacent metal wire is brought closer to the temperature detection element, so that the temperature near the center part of the semiconductor chip is increased in the peripheral part of the semiconductor chip. Detects the presence or absence of overheating of the semiconductor chip with high accuracy. In this semiconductor device, the heat generation of the semiconductor chip can be reduced. However, since the potential on the back surface of the semiconductor chip is larger than the ground potential, the control semiconductor device that controls the semiconductor chip is separated from the output semiconductor device including the semiconductor chip. There is a need.
  • FIG. 1 shows an overheat protection circuit equipped with a fault monitoring means such as a road, particularly a disconnection.
  • This overheat protection circuit monitors the sudden increase in the resistance value of the circuit including the overheat detection circuit that detects the overheating of the switching power semiconductor element by the change in the resistance value of the temperature sensor having negative resistance characteristics, and the circuit that includes the temperature sensor.
  • the fault detection circuit is connected to the intermediate point of each of the third series resistance arm connected in parallel to the resistance bridge of the overheat detection circuit and one series arm including the series resistance arm and the temperature sensor. It consists of a second comparator that detects the balanced voltage, and the midpoint of one series arm including the temperature sensor is the non-inverting input terminal of the second comparator, and the midpoint of the third series arm is the inverting input terminal of the comparator. When an abnormality such as disconnection occurs in the circuit including the temperature sensor, the second comparator generates an ON signal.
  • the overheat detection circuit that monitors changes in the resistance value of the temperature sensor to detect overheating of the switching power semiconductor element has a failure detection circuit that detects abnormalities in the overheat protection circuit by monitoring the rapid increase in the resistance value of the temperature sensor circuit.
  • the overheat protection circuit monitors the overheating of the switching power semiconductor element, and when a short-circuit accident occurs, the signal output circuit issues an overheat protection of the switching power semiconductor element and a signal to notify the overheating protection of the switching power semiconductor element.
  • the failure detection circuit monitors the rapid increase in the resistance value of the temperature sensor circuit and notifies the disconnection of the temperature sensor circuit.
  • the overheat protection circuit of Patent Document 2 detects the resistance change of the temperature sensor with a resistance bridge including a temperature sensor having a negative resistance characteristic, so that it is difficult to integrate the drive circuit, and the outer shape becomes large. There are difficulties
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-13022
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 7-30390
  • an object of the present invention is to provide a load drive circuit that prevents thermal damage to a switching element when a wire breakage occurs between wirings between a temperature detection element and an overheat protection circuit.
  • the load driving device of the present invention is a switch connected in series to a DC power source (V) and a load (4).
  • a temperature sensor (6) that detects the temperature of the switching element (3), a drive circuit (5) that generates a control signal for on / off control of the switching element (3), a temperature detection element
  • An overheat protection circuit (7) that generates an overheat detection signal when the element (6) detects a temperature above a predetermined level, and a temperature detection element (6) connected to one and the other terminals of the temperature detection element (6) )
  • an overheat protection circuit (7) a disconnection detection circuit (11) having a current mirror circuit (12) for detecting disconnection.
  • the overheat protection circuit (7) When the overheat protection circuit (7) generates an overheat detection signal or the disconnection detection circuit (11) detects a disconnection between the temperature detection element (6) and the overheat protection circuit (7), the overheat protection circuit ( 7)
  • the control signal of the drive circuit (5) to the switching element (3) is stopped by the output of the disconnection detection circuit (11). Since the current mirror circuit (12) is provided in the disconnection detection circuit (11), disconnection can be reliably detected even if the overheat detection element is driven with a small current.
  • the drive device (1) including the switching element (3) and the temperature detection element (6) is formed by a single integrated circuit, and the overheat protection circuit (7), drive circuit (5), and disconnection detection circuit ( The control device (2) including 11) can be formed by another single integrated circuit.
  • the control signal from the drive circuit to the power control element is stopped by the output of the disconnection detection circuit. Therefore, damage to the power control element due to overheating can be prevented.
  • FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an embodiment of a load driving device according to the present invention.
  • FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a conventional load driving device.
  • FIG. 1 parts that are substantially the same as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
  • the load driving device of the present embodiment includes a DC power supply (V) and a load (4).
  • Driving M ⁇ S-FET (3) as a switching element connected in series, driving circuit (5) that generates a control signal to turn on and off the driving MOS-FET (3), and driving MOS -FE T (3)
  • Temperature-sensitive semiconductor rectifier as a temperature detector that detects the temperature, that is, when the temperature detection diode (6) and the diode (6) detect a temperature higher than the specified value,
  • An overheat protection circuit (7) that generates an output signal, and a current mirror circuit that detects disconnection between the diode (6) and the overheat protection circuit (7) connected to one and other terminals of the diode (6) ( 1 2)
  • a A signal blocking circuit that stops the control signal of the drive circuit (5) to the drive MOS-FET (3) when the output of the / D conversion circuit (18) is received.
  • the driving MOS-FET (3) and the diode (6) can be formed as a single integrated circuit, and the driving circuit (5), overheat protection circuit (7), disconnection detection circuit (11)
  • the AZD conversion circuit (18) and the signal blocking circuit (19) can be formed as separate single integrated circuits.
  • the drive device (1) and the control device (2) are separated from each other so that a large current can flow through the load (4), and the control device (2) and the drive device (1) Are connected by wiring such as a wire.
  • the disconnection detection circuit (11) includes a first transistor constituting a first amplifying element in which one main terminal, that is, a collector terminal is connected to one terminal of the diode (6), that is, a force sword terminal. (13), the other main terminal of the first transistor (13), that is, the constant current source (14) connected between the emitter terminal and the ground, and the other terminal, that is, the anode of the diode (6).
  • a second transistor (17) constituting a second amplifying element in which one main terminal, that is, a collector terminal is connected to a terminal and a voltage source (15) via a resistor (16), and a resistor (16) And an A / D conversion circuit (18) connected to the collector terminal of the second transistor (17).
  • the collector terminal and base terminal of the first transistor (13) are connected to each other, and the base terminal of the first transistor (13) is connected to the second terminal.
  • the current mirror circuit (12) is configured by being connected to the base terminal of the transistor (17).
  • the other main terminal of the second transistor (17), that is, the emitter terminal, is connected to the ground, and is capable of detecting the presence or absence of disconnection based on the level of the voltage applied to the collector terminal of the second transistor (17). S can.
  • a comparator (8) for detecting a potential difference applied between the force sword and the anode terminal of the diode (6) is provided in the overheat protection circuit (7), and the force sword terminal of the diode (6) is a comparator. It is connected to one input terminal of (8), that is, the non-inverting input terminal (+), and the anode terminal of the diode (6) is connected to the other input terminal of the comparator (8) via the reference power supply (20), that is, Connected to the inverting input terminal (-).
  • a voltage source (15) is connected to a connection point between the resistor (16) and the diode (6).
  • the signal blocking circuit (19) connected between the disconnection detection circuit (11) and the comparator (8) and the gate terminal of the driving MOS-FET (3) is connected to the output of the comparator (8).
  • OR gate (9) as an OR circuit having one input terminal connected to the terminal and the other input terminal connected to the output terminal of the A / D converter circuit (18), and the output of the OR gate (9)
  • a control transistor (10) as a control switching element that changes the voltage level of the gate terminal of the driving MOS_FET (3).
  • a drive signal generated by an external signal or generated by the drive circuit (5) itself is applied to the gate terminal of the drive M0 S-FET (3) for drive use.
  • MOS_FET (3) is on
  • the diode (6) detects the temperature of the driving MOS-FET (3) and sends the detection signal to the comparator (8).
  • the comparator (8) compares the voltage applied to the inverting input terminal (-) and the non-inverting input terminal (+).
  • the diode ( 6) Internal impedance is As a result, the potential difference between the inverting input terminal ( ⁇ ) and the non-inverting input terminal (+) of the comparator (8) increases, and the comparator (8) outputs a stop signal. Since the stop signal of the comparator (8) is applied to the gate terminal of the control transistor (10) through the OR gate (9), the control transistor (10) is turned on and the gate terminal is set to a low voltage level. The driving M ⁇ S_FET (3) is switched off. When the driving MOS-FET (3) is cooled below the predetermined temperature, the stop signal of the comparator (8) is released and the control transistor (10) is turned off, so the driving MOS-FET ( 3) returns to normal operation and is switched on.
  • the output voltage value of the voltage source (15) is V
  • the non-reciprocity of the comparator (8) equal to the voltage V at the force sword terminal of the diode (6) f a
  • the voltage V at the transfer input terminal (+) is expressed by the following equation 1.
  • the voltage V is expressed by the following equation 2.
  • the temperature of the device (1) rises abnormally and the voltage V at the non-inverting input terminal (+) of the comparator (8) is inverted.
  • control transistor (10) is turned on via the OR gate (9) which is the path, the driving MOS-FET (3) whose gate voltage is lowered is switched off and current is supplied to the load (4). Not.
  • the diode (6) detects the temperature of the control transistor (10), it is constant from the voltage source (15) through the diode (6), the first transistor (13), and the constant current source (14). Current flows to ground. Therefore, due to the characteristics of the current mirror circuit (12), a current having the same current value as the current flowing through the first transistor (13) or a current multiplied by the ratio of the current mirror circuit (12) is applied to the voltage source (15 ) To the ground through the resistor (16) and the second transistor (17). When current flows through the collector and emitter terminals of the resistor (16) and the second transistor (17), a voltage drop occurs in the resistor (16) and the second transistor (17) collector terminal and A / The input terminal of the D converter (18) is at a low voltage level. Accordingly, since the A / D converter (18) generates a low voltage level digital signal, the control transistor (10) is held in the OFF state via the OR gate (9), and the driving MOS- FET (3) continues to pass current through load (4).
  • the current mirror circuit (12) can detect no-current of the diode (6). Therefore, the A / D converter (18) generates a high voltage level digital signal, so that the high voltage level digital signal is applied to the gate terminal of the control transistor (10) through the OR gate (9). The control transistor (10) is switched on, and the driving M0 S-FET (3) is held off. Since the output signal of the A / D converter circuit (18) can be sent to the outside through the connection port of the control device (2) as an alarm signal for notifying disconnection, the load drive device can be monitored remotely.
  • the drive MOS-FET (3) maintains the off state.
  • the overheat protection circuit (7) when the overheat protection circuit (7) generates an overheat detection signal or the disconnection detection circuit (11) is connected between the diode (6) and the overheat protection circuit (7).
  • the control signal of the drive circuit (5) to the drive MOS-FET (3) can be stopped by the overheat detection signal of the overheat protection circuit (7) or the output of the disconnection detection circuit (11). it can.
  • the current mirror circuit (12) is provided in the disconnection detection circuit (11), disconnection can be reliably detected even if the overheat detection element is driven with a small current.
  • the driving device (1) including the driving MOSFET (3) and the diode (6) is formed by a single integrated circuit, and the overheat protection circuit (7), driving circuit (5), and disconnection detection circuit are formed.
  • the control device (2) including (11) can be formed by another single integrated circuit. Therefore, the load of the present invention In the drive unit, even if the wiring between the temperature detection element such as the diode (6) and the overheat protection circuit (7) is disconnected, the power control element such as the drive MOS-FET (3) is prevented from being damaged by overheating.
  • the power to do is S.
  • a voltage source external to the control device (2) may be used as the voltage source (15) formed on the control device (2) shown in FIG.
  • the operation of the drive circuit (5) may be stopped by the disconnection detection signal from the second transistor (17).
  • the temperature detection element detects overheating of the switching element that supplies power to the load, and when the disconnection of the temperature detection element is detected, the operation of the switching element is stopped to prevent overheating of the switching element.
  • the present invention can be applied to other load driving circuits.

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  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

明 細 書
負荷駆動装置
技術分野
[0001] 本発明は、負荷に電力を供給するスイッチング素子の過熱を温度検出素子により 検出したとき又は温度検出素子の断線を検出したときに、スイッチング素子の作動を 停止して、スイッチング素子の過熱を防止する負荷駆動回路に関する。
背景技術
[0002] 例えば、車両用ランプ等の負荷に 10A以上の大電流を供給する図 2に示す負荷駆 動回路では、過電流が流れた場合、スイッチング素子を構成する駆動用 MOS-FET (3)の発熱を如何に制御するかが問題となる。図 2に示すように、従来の負荷駆動回 路は、負荷 (4)に電力を供給する駆動用 M〇S-FET(3)及び駆動用 MOS-FET(3)の 温度に対応する出力信号を発生する温度検出素子 (6)を備える駆動装置 (1)と、駆動 用 MOS-FET(3)をオン'オフ駆動する駆動回路 (5)及び温度検出素子 (6)の出力信 号を受信する過熱保護回路 (7)を備える制御装置 (2)とにより構成される。一般に、周 囲の温度変化に対してインピーダンスが変動するダイオードの順方向電圧、トランジ スタのベース一ェミッタ間電圧、 FETのゲート一ソース間電圧の温度依存性を利用し て、ダイオード又はトランジスタを温度検出素子 (6)として設けて、駆動用 M〇S_FET( 3)の温度を測定することができる。駆動回路 (5)から発生する駆動信号を駆動用 M〇 S_FET(3)のゲート端子に付与することにより、駆動用 MOS-FET(3)がオン'オフ駆 動され、駆動用 MOS-FET(3)のオン時に、直流電源 (V )から駆動用 M〇S_FET(3
CC
)を通じて負荷 (4)に電流が流れる。負荷 (4)の短絡等の異常が発生すると、駆動用 M OS-FET(3)に過電流が流れて、駆動用 M〇S_FET(3)の温度が異常に上昇し、そ の結果、駆動用 M〇S_FET(3)が破損する恐れがある。異常な温度上昇による駆動 用 MOS_FET(3)の破損を防止するために、温度検出素子 (6)は、駆動用 MOS-FE T(3)の温度を常時監視し、駆動用 M〇S-FET(3)の温度に対応する出力信号を過熱 保護回路 (7)に付与する。過熱保護回路 (7)は、駆動用 M〇S-FET(3)が一定レベル の温度に過熱されたときに、駆動回路 (5)に過熱検出信号を付与して、駆動回路 (5) の作動を停止し、駆動用 MOS_FET(3)をオフして負荷 (4)への電流供給を停止する
[0003] この場合に、駆動用 MOS-FET(3)の温度を正確に測定するため、駆動用 MOS- FET(3)を設ける駆動装置 (1)上に温度検出素子 (6)を実装して、温度検出素子 (6)と 過熱保護回路 (7)との間を配線で接続する必要がある。例えば、下記の特許文献 1は 、半導体チップの周辺部に集積した温度検知素子を用いて、半導体チップの中心部 により近い温度を検知して、半導体チップが過熱しているかどうかを精度よく検出す る半導体装置を示す。この半導体装置は、半導体チップの一方の端部上に温度検 知素子を集積した半導体チップと、 X方向に延びる複数のワイヤボンディング点を有 する第 1及び第 2の金属ワイヤとを備え、第 1の金属ワイヤが、 Y方向で第 2の金属ヮ ィャよりも温度検知素子に近接するとき、温度検知素子が隣接する一方の端部からこ れに最も隣接した第 1の金属ワイヤのワイヤボンディング点までの X方向での第 1の 距離が、第 2の金属ワイヤのワイヤボンディング点までの第 2の距離より短い。従って 、温度検知素子を半導体チップの周辺部に配置しながら、隣接する金属ワイヤのワイ ャボンディング点を温度検知素子により近接させて、半導体チップの周辺部で半導 体チップの中心部により近い温度を検知して、半導体チップの過熱の有無を精度よく 検出できる。この半導体装置では、半導体チップの発熱を低減できるが、半導体チッ プの裏面の電位が接地電位より大きいため、半導体チップを備える出力用半導体装 置から半導体チップを制御する制御用半導体装置を分離する必要がある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 図 2に示す回路では、衝撃、振動又は接続不良等の何らかの原因により、温度検 出素子 (6)と過熱保護回路 (7)との間が電気的に切断されると、駆動装置 (1)の動作温 度が異常に上昇しても過熱保護回路 (7)が動作せず、駆動用 M〇S-FET(3)が熱破 損する問題がある。また、駆動用 M〇S-FET(3)及び制御装置 (2)をパッケージに実 装するときに、配線の接続不良が発生しても、同様の問題が生じる。温度検出用素 子 (6)と過熱保護回路 (7)の接続が断線した場合に、下記特許文献 2がある。特許文 献 2は、インバータブリッジを構成するスイッチングパワー半導体素子の過熱保護回 路、特に断線等の故障監視手段を備えた過熱保護回路を示す。この過熱保護回路 は、負性抵抗特性を有する温度センサの抵抗値の変化によりスイッチングパワー半 導体素子の過熱を検出する過熱検出回路と、温度センサを含む回路の抵抗値の急 増を監視して温度センサの異常を検出する故障検出回路と、過熱検出回路及び故 障検出回路の出力信号を受けてスイッチングパワー半導体素子の過熱保護とその 報知信号又は温度センサの故障報知信号を出力する保護回路とを備えている。故 障検出回路は、過熱検出回路の抵抗ブリッジに並列に接続された第 3の直列抵抗ァ ーム、並びに直列抵抗アーム及び温度センサを含む一方の直列アームのそれぞれ の中間点に接続されて不平衡電圧を検出する第 2のコンパレータからなり、温度セン サを含む一方の直列アームの中間点が第 2のコンパレータの非反転入力端に、第 3 の直列アームの中間点がコンパレータの反転入力端にそれぞれ接続され、温度セン サを含む回路に断線等の異常が生じたとき、第 2のコンパレータがオン信号を発する 。温度センサの抵抗値の変化を監視してスイッチングパワー半導体素子の過熱を検 出する過熱検出回路に、温度センサ回路の抵抗値の急増を監視して過熱保護回路 の異常を検出する故障検出回路を付加するので、過熱保護回路は、スイッチングパ ヮー半導体素子の過熱を監視し、短絡事故発生時に信号出力回路がスイッチング パワー半導体素子の過熱保護とこれを報知する信号を発してスイッチングパワー半 導体素子の破壊を阻止すると共に、故障検出回路が温度センサ回路の抵抗値の急 増を監視し、温度センサ回路の断線を報知する。しかしながら、特許文献 2の過熱保 護回路は、負性抵抗特性の温度センサを含む抵抗ブリッジで温度センサの抵抗変 化を検出するので、駆動回路の集積化が困難であり、外形が大型化する難点がある
[0005] 特許文献 1 :特開 2006— 13022公報
特許文献 2：特開平 7— 30390号公報
[0006] 従って、本発明の目的は、温度検出素子と過熱保護回路との間の配線に断線が生 じたときに、スイッチング素子の熱破損を防止する負荷駆動回路を提供することにあ る。
課題を解決するための手段 [0007] 本発明の負荷駆動装置は、直流電源 (V )及び負荷 (4)に直列に接続されるスイツ
CC
チング素子 (3)と、スイッチング素子 (3)をオン'オフ制御する制御信号を発生する駆動 回路 (5)と、スイッチング素子 (3)の温度を検出する温度検出素子 (6)と、温度検出素子 (6)が所定以上の温度を検出したときに、過熱検出信号を発生する過熱保護回路 (7) と、温度検出素子 (6)の一方及び他方の端子に接続されて温度検出素子 (6)と過熱保 護回路 (7)との間の断線を検出するカレントミラー回路 (12)を有する断線検出回路 (11) とを備えている。過熱保護回路 (7)が過熱検出信号を発生したとき又は断線検出回路 (11)が温度検出素子 (6)と過熱保護回路 (7)との間の断線を検出したとき、過熱保護回 路 (7)又は断線検出回路 (11)の出力により、スイッチング素子 (3)への駆動回路 (5)の制 御信号を停止する。カレントミラー回路 (12)を断線検出回路 (11)に設けるので、少な い電流で過熱検出素子を駆動しても確実に断線を検出できる。また、スイッチング素 子 (3)及び温度検出素子 (6)を含む駆動装置 (1)を単一の集積回路で形成すると共に 、過熱保護回路 (7)、駆動回路 (5)及び断線検出回路 (11)を含む制御装置 (2)を別の単 一の集積回路で形成することができる。
発明の効果
[0008] 本発明の負荷駆動装置では、温度検出素子と過熱保護回路との間の配線が断線 しても、断線検出回路の出力により、駆動回路から電力制御素子への制御信号が停 止するので、過熱による電力制御素子の破損を防止することができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明による負荷駆動装置の実施の形態を示す電気回路図
[図 2]従来の負荷駆動装置を示す電気回路図
符号の説明
[0010] (1)··駆動回路、 （2)··制御回路、 （3)··駆動用 MOS-FET (スイッチング素子）、
(4)··負荷、 （5)··駆動回路、 （6)··ダイオード (温度検出素子）、 （7)··過熱保護 回路、 （8)··比較器、 （9)"〇Rゲート、 （10)··制御用トランジスタ、 （11)··断線検 出回路、 （12)··カレントミラー回路、 （13)··第 1のトランジスタ（第 1の増幅素子）、 ( 14)··定電流源、 （15)··電圧源、 （16)··抵抗、 （17)··第 2のトランジスタ（第 2の増 幅素子）、 （18)''A/D変換回路、 （19)··信号阻止回路、 発明を実施するための最良の形態
[0011] 以下、本発明による負荷駆動装置の実施の形態を図 1について説明する。但し、図 1では、図 2に示す箇所と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を 省略する。
[0012] 図 1に示すように、本実施の形態の負荷駆動装置は、直流電源 (V )及び負荷 (4)に
CC
直列に接続されるスイッチング素子としての駆動用 M〇S-FET(3)と、駆動用 MOS- FET(3)をオン'オフ制御する制御信号を発生する駆動回路 (5)と、駆動用 MOS-FE T(3)の温度を検出する温度検出素子としての温度感応半導体整流素子、即ち温度 検出用のダイオード (6)と、ダイオード (6)が所定以上の温度を検出したときに、過熱検 出信号を発生する過熱保護回路 (7)と、ダイオード (6)の一方及び他方の端子に接続 されてダイオード (6)と過熱保護回路 (7)との間の断線を検出するカレントミラー回路 (1 2)を有する断線検出回路 (11)と、カレントミラー回路 (12)に接続された A/D (アナログ /ディジタル)変換回路 (18)と、過熱保護回路 (7)の過熱検出信号又は A/D変換回 路 (18)の出力を受信したときに駆動用 MOS-FET(3)への駆動回路 (5)の制御信号を 停止する信号阻止回路 (19)とを備えている。図示の実施の形態では、駆動用 MOS- FET(3)とダイオード (6)とを単一の集積回路として形成でき、駆動回路 (5)、過熱保護 回路 (7)、断線検出回路 (11)、 AZD変換回路 (18)及び信号阻止回路 (19)を別の単一 の集積回路として形成することができる。図 1の実施の形態では、負荷 (4)に大電流を 流せるように、駆動装置 (1)と制御装置 (2)とは互いに分離され、制御装置 (2)と駆動装 置 (1)との間はワイヤ等の配線により接続される。
[0013] 断線検出回路 (11)は、ダイオード (6)の一方の端子、即ち力ソード端子に一方の主 端子、即ち、コレクタ端子が接続された第 1の増幅素子を構成する第 1のトランジスタ ( 13)と、第 1のトランジスタ (13)の他方の主端子、即ちェミッタ端子とグランドとの間に接 続された定電流源 (14)と、ダイオード (6)の他方の端子、即ちアノード端子及び電圧源 (15)に抵抗 (16)を介して一方の主端子、即ちコレクタ端子が接続された第 2の増幅素 子を構成する第 2のトランジスタ (17)と、抵抗 (16)と第 2のトランジスタ (17)のコレクタ端 子に接続された A/D変換回路 (18)とを備えている。第 1のトランジスタ (13)のコレクタ 端子とベース端子とは互いに接続され、第 1のトランジスタ (13)のベース端子は、第 2 のトランジスタ (17)のベース端子に接続されて、カレントミラー回路 (12)が構成される。 第 2のトランジスタ (17)の他方の主端子、即ちェミッタ端子は、グランドに接続され、第 2のトランジスタ (17)のコレクタ端子に印加される電圧のレベルにより断線の有無を検 出すること力 Sできる。
[0014] ダイオード (6)の力ソード及びアノード端子間に印加される電位差を検出する比較器 (8)が過熱保護回路 (7)に設けられ、ダイオード (6)の力ソード端子は、比較器 (8)の一方 の入力端子、即ち非反転入力端子 (+)に接続され、ダイオード (6)のアノード端子は、 基準電源 (20)を介して比較器 (8)の他方の入力端子、即ち反転入力端子 (-)に接続さ れる。抵抗 (16)とダイオード (6)との接続点に電圧源 (15)が接続される。また、断線検出 回路 (11)及び比較器 (8)と、駆動用 MOS-FET(3)のゲート端子との間に接続される信 号阻止回路 (19)は、比較器 (8)の出力端子に接続された一方の入力端子及び A/D 変換回路 (18)の出力端子に接続された他方の入力端子を有する論理和回路として の ORゲート (9)と、 ORゲート (9)の出力を受信して、駆動用 MOS_FET(3)のゲート端 子の電圧レベルを変更する制御用スイッチング素子としての制御用トランジスタ (10)と を備えている。信号阻止回路 (19)は、比較器 (8)又は A/D変換回路 (18)の出力を受 信したときに、駆動用 M〇S-FET(3)への駆動回路 (5)の制御信号を停止する。 A/ D変換回路 (18)の出力は、制御装置 (2)の接続ポートを通じて外部に送出することが できる。
[0015] 動作の際に、外部からの信号に起因して又は駆動回路 (5)自身が発生する駆動信 号は、駆動用 M〇S-FET(3)のゲート端子に付与され、駆動用 MOS_FET(3)がオン
•オフ制御される。駆動用 M〇S-FET(3)のオン時に、電源 (V )から駆動用 MOS-F cc
ET(3)を通り負荷 (4)に電流が流れて、負荷 (4)が駆動される。負荷 (4)の駆動中に、電 圧源 (15)からダイオード (6)に順方向電流が流れ、この順方向電流は、第 1のトランジ スタ (13)及び定電流源 (14)を通じてグランドに流れる。従って、ダイオード (6)には順方 向電圧が発生し、順方向電流は定電流源 (14)に電流値を与える。ダイオード (6)は、 駆動用 MOS-FET(3)の温度を検出して、その検出信号を比較器 (8)に送出する。比 較器 (8)は、反転入力端子 (-)と非反転入力端子 (+)とに付与される電圧を比較し、駆 動用 MOS-FET(3)が所定の温度を超えると、ダイオード (6)の内部インピーダンスが 変化して、比較器 (8)の反転入力端子 (-)と非反転入力端子 (+)との電位差が大きくなり 、比較器 (8)は、停止信号を出力する。比較器 (8)の停止信号は、 ORゲート (9)を通じ て制御用トランジスタ (10)のゲート端子に付与されるため、制御用トランジスタ (10)がォ ンとなり、ゲート端子が低電圧レベルとなる駆動用 M〇S_FET(3)は、オフに切り換え られる。駆動用 MOS-FET(3)が所定の温度未満に冷却されると、比較器 (8)の停止 信号が解除されて、制御用トランジスタ (10)がオフになるため、駆動用 MOS-FET(3) は通常動作に戻り、オンに切り換えられる。
[0016] ここで、電圧源 (15)の出力電圧値を V とし、温度検出用のダイオード (6)の順方向
CC
電圧を Vとすると、ダイオード (6)の力ソード端子の電圧 Vに等しい比較器 (8)の非反 f a
転入力端子 (+)の電圧 Vは、下式 1により表わされる。
1
V =V =V -V (式 1)
1 a CC f
また、基準電源 (20)の基準電圧を V とすると、比較器 (8)の反転入力端子 (-)に印加さ ref
れる電圧 Vは、下式 2により表わされる。
2
V =V -V (式 2)
2 CC ref
2mV/°Cの温度係数を有するダイオード (6)の順方向電圧 V及び比較器 (8)の非反 f
転入力端子 (+)の電圧 Vは、ダイオード (6)の温度上昇と共に増大する。従って、駆動
1
装置 (1)の温度が異常に上昇して、比較器 (8)の非反転入力端子 (+)の電圧 Vが反転
1 入力端子 (-)の電圧 Vより高くなると、比較器 (8)から停止信号が出力され、論理和回
2
路である ORゲート (9)を介して制御用トランジスタ (10)がオンになるので、ゲート電圧 が低下する駆動用 MOS-FET(3)がオフに切り換えられ、負荷 (4)に電流が供給され ない。
[0017] ダイオード (6)が制御用トランジスタ (10)の温度を検出する間に、電圧源 (15)からダイ オード (6)、第 1のトランジスタ (13)及び定電流源 (14)を通じて一定の電流がグランドに 流れる。従って、カレントミラー回路 (12)の特性により、第 1のトランジスタ (13)に流れる 電流値と同一の電流値を有する電流又はカレントミラー回路 (12)の比率倍された電 流が電圧源 (15)から抵抗 (16)及び第 2のトランジスタ (17)を通じてグランドに流れる。抵 抗 (16)及び第 2のトランジスタ (17)のコレクタ端子とェミッタ端子を通じて電流が流れる とき、抵抗 (16)には電圧降下が発生し、第 2のトランジスタ (17)のコレクタ端子及び A/ D変換器 (18)の入力端子は、低電圧レベルになる。従って、 A/D変換器 (18)は、低 電圧レベルのディジタル信号を発生するので、 ORゲート (9)を介して制御用トランジス タ (10)は、オフ状態に保持され、駆動用 MOS-FET(3)は、負荷 (4)に電流を流し続け る。
[0018] 衝撃、振動又は接続不良等の何らかの原因により、ダイオード (16)と比較器 (8)との 間に断線が発生すると、電圧源 (15)から分離される定電流源 (14)に電流が流れなレ、。 このため、第 1のトランジスタ (13)のコレクタ端子とェミッタ端子間に流れる電流が零に なり、カレントミラー回路 (12)の特性から第 1のトランジスタ (13)がオフになるため、第 2 のトランジスタ (17)もオフに切り換えられる。従って、抵抗 (16)の両端には電圧降下が 発生せずに、第 2のトランジスタ (17)のコレクタ端子が高電圧レベルの断線検出信号 を発生し、 A/D変換器 (18)の入力電圧は、電圧源 (15)の出力電圧に等しくなる。即 ち、カレントミラー回路 (12)は、ダイオード (6)の無電流を検出することができる。従って 、 A/D変換器 (18)は、高電圧レベルのディジタル信号を発生するので、 ORゲート (9 )を通じて制御用トランジスタ (10)のゲート端子に高電圧レベルのディジタル信号が付 与され、制御用トランジスタ (10)は、オンに切り換えられ、駆動用 M〇S-FET(3)は、ォ フ状態に保持される。 A/D変換回路 (18)の出力信号は、断線を通知するアラーム信 号として制御装置 (2)の接続ポートを通じて外部に送出できるので、負荷駆動装置の 遠隔監視が可能となる。
[0019] 従って、駆動回路 (5)から駆動用 MOS-FET(3)のゲート端子に駆動信号が付与さ れても、駆動用 MOS-FET(3)は、オフ状態を維持する。このように、図 1に示す実施 の形態では、過熱保護回路 (7)が過熱検出信号を発生したとき又は断線検出回路 (11 )がダイオード (6)と過熱保護回路 (7)との間の断線を検出したとき、過熱保護回路 (7)の 過熱検出信号又は断線検出回路 (11)の出力により、駆動用 MOS-FET(3)への駆動 回路 (5)の制御信号を停止することができる。カレントミラー回路 (12)を断線検出回路（ 11)に設けるので、少ない電流で過熱検出素子を駆動しても確実に断線を検出できる 。また、駆動用 MOS- FET(3)及びダイオード (6)を含む駆動装置 (1)を単一の集積回 路で形成すると共に、過熱保護回路 (7)、駆動回路 (5)及び断線検出回路 (11)を含む 制御装置 (2)を別の単一の集積回路で形成することができる。よって、本発明の負荷 駆動装置では、ダイオード (6)等の温度検出素子と過熱保護回路 (7)との間の配線が 断線しても、過熱による駆動用 MOS-FET(3)等の電力制御素子の破損を防止する こと力 Sできる。
[0020] 本発明の実施の形態は、図 1に示す実施の形態に限定されず、種々の変更が可 能である。例えば、図 1に示す制御装置 (2)上に形成される電圧源 (15)に制御装置 (2) の外部の電圧源を用いてもよい。第 2のトランジスタ (17)からの断線検出信号により、 駆動回路 (5)の作動を停止してもよレ、。
産業上の利用可能性
[0021] 負荷に電力を供給するスイッチング素子の過熱を温度検出素子により検出すると 共に、温度検出素子の断線を検出したときに、スイッチング素子の作動を停止して、 スイッチング素子の過熱を防止する種々の負荷駆動回路に本発明を適用することが できる。

Claims

請求の範囲
[1] 直流電源及び負荷に直列に接続されるスイッチング素子と、
該スイッチング素子をオン'オフ制御する制御信号を発生する駆動回路と、 前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、
該温度検出素子が所定以上の温度を検出したときに、過熱検出信号を発生する過 熱保護回路と、
前記温度検出素子の一方及び他方の端子に接続されて前記温度検出素子と過熱 保護回路との間の断線を検出するカレントミラー回路を有する断線検出回路とを備え 前記過熱保護回路が過熱検出信号を発生したとき又は前記断線検出回路が前記 温度検出素子と過熱保護回路との間の断線を検出したとき、前記過熱保護回路又 は断線検出回路の出力により、前記スィッチング素子への前記駆動回路の制御信号 を停止することを特徴とする負荷駆動装置。
[2] 前記断線検出回路は、前記温度検出素子の一方の端子に一方の主端子が接続さ れた第 1の増幅素子と、該第 1の増幅素子の他方の主端子とグランドとの間に接続さ れた定電流源と、前記温度検出素子の他方の端子及び電圧源に抵抗を介して一方 の主端子が接続された第 2の増幅素子とを備え、
前記第 1の増幅素子の一方の主端子と制御端子とは互いに接続され、 前記第 1の増幅素子の制御端子は、前記第 2の増幅素子の制御端子に接続され、 前記第 2の増幅素子の他方の主端子は、グランドに接続され、
前記第 2の増幅素子の一方の端子に印加される電圧のレベルにより断線の有無を 検出する請求項 1に記載の負荷駆動装置。
[3] 過熱保護回路に設けられて前記温度検出素子の一方と他方の端子間に印加され る電位差を検出する比較器と、
前記抵抗と第 2の増幅素子の一方の主端子に接続された A/D変換回路と、 前記比較器又は A/D変換回路の出力を受信したとき、前記スイッチング素子への 前記駆動回路の制御信号を停止する信号阻止回路とを備えた請求項 2に記載の負 荷駆動装置。
[4] 前記温度検出素子の一方の端子を前記比較器の一方の入力端子に接続し、 前記温度検出素子の他方の端子を基準電源を介して前記比較器の他方の入力端 子に接続した請求項 3に記載の負荷駆動装置。
[5] 前記抵抗と前記温度検出素子との接続点に電圧源を接続した請求項 3に記載の 負荷駆動装置。
[6] 制御装置内に設けた前記 AZD変換回路の出力を前記制御装置の外部に送出す る請求項 3に記載の負荷駆動装置。
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