(57)【要約】【課題】例えば高温時のアクティブクランプ動作を最適化する。【解決手段】スイッチ装置は、第１電圧ＶＢＢの印加端に接続される第１端子Ｔ１と、負荷３の第１端に接続される第２端子Ｔ２と、負荷３の第２端と第２電圧ＧＮＤの印加端に接続される第３端子Ｔ５と、第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２との間に接続されたスイッチ素子１０と、第１状態において第１電圧ＶＢＢ基準で第２端子Ｔ２の出力電圧Ｖｏを制限する第１アクティブクランパ３４と、第１状態とは異なる第２状態（例えば高温時（Ｓ７３＝Ｈ））において第２電圧ＧＮＤ基準で出力電圧Ｖｏを制限する第２アクティブクランパ３９と、を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電圧の印加端に接続される第１端子と、
負荷の第１端に接続される第２端子と、
前記負荷の第２端と第２電圧の印加端に接続される第３端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に接続されたスイッチ素子と、
第１状態において前記第１電圧基準で前記第２端子の出力電圧を制限する第１アクティブクランパと、
前記第１状態とは異なる第２状態において前記第２電圧基準で前記出力電圧を制限する第２アクティブクランパと、
を有することを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記第１アクティブクランパは、前記スイッチ素子の両端間電圧を第１クランプ電圧以下に制限し、前記第２アクティブクランパは、前記スイッチ素子の両端間電圧を前記第１クランプ電圧よりも低い第２クランプ電圧以下に制限することを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記第１アクティブクランパは、前記出力電圧を前記第１電圧よりも所定値だけ低い第１下限電圧以上に制限し、前記第２アクティブクランパは、前記出力電圧を前記第２電圧よりも所定値だけ低く前記第１下限電圧よりも高い第２下限電圧以上に制限することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記第２アクティブクランパは、
前記第２状態においてオンするスイッチ回路と、
カソードが前記スイッチ回路の第１端に接続されてアノードが前記第３端子に接続されたダイオードと、
カソードが前記スイッチ回路の第２端に接続されてアノードが前記第２端子に接続された第１ツェナダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記第２アクティブクランパは、カソードが前記スイッチ回路の第２端に接続されてアノードが前記スイッチ素子の制御端に接続された第２ツェナダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記第１アクティブクランパは、
カソードが前記第１端子に接続されたツェナダイオードと、
アノードが前記ツェナダイオードのアノードに接続されたダイオードと、
第１端が前記第１端子に接続されて第２端が前記スイッチ素子の制御端に接続されて制御端が前記ダイオードのカソードに接続されたトランジスタと、
を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記第１電圧は電源電圧であり、前記第２電圧は接地電圧であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記第１状態は、高温異常の未検出状態であり、前記第２状態は、前記高温異常の検出状態であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のスイッチ装置と、前記スイッチ装置に接続される負荷を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータであることを特徴とする請求項９に記載の電子機器。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の電子機器を有することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示されている発明は、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、以前より、車載ＩＰＤ［intelligent power device］などのスイッチ装置に関して、数多くの新技術を提案している（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１８７７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のスイッチ装置では、例えば高温時のアクティブクランプ動作について、さらなる検討の余地があった。
【０００５】
特に、近年では、車載用ＩＣに対して、ＩＳＯ２６２６２（自動車の電気／電子に関する機能安全についての国際規格）を順守することが求められており、車載ＩＰＤについても、より高い信頼性設計が重要となっている。
【０００６】
本明細書中に開示されている発明は、本願発明者らにより見出された上記課題に鑑み、例えば高温時のアクティブクランプ動作を最適化することのできるスイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書中に開示されているスイッチ装置は、第１電圧の印加端に接続される第１端子と、負荷の第１端に接続される第２端子と、前記負荷の第２端と第２電圧の印加端に接続される第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に接続されたスイッチ素子と、第１状態において前記第１電圧基準で前記第２端子の出力電圧を制限する第１アクティブクランパと、前記第１状態とは異なる第２状態において前記第２電圧基準で前記出力電圧を制限する第２アクティブクランパと、を有する構成（第１の構成）とされている。
【０００８】
なお、第１の構成から成るスイッチ装置において、前記第１アクティブクランパは、前記スイッチ素子の両端間電圧を第１クランプ電圧以下に制限し、前記第２アクティブクランパは、前記スイッチ素子の両端間電圧を前記第１クランプ電圧よりも低い第２クランプ電圧以下に制限する構成（第２の構成）にするとよい。
【０００９】
また、第１または第２の構成から成るスイッチ装置において、前記第１アクティブクランパは、前記出力電圧を前記第１電圧よりも所定値だけ低い第１下限電圧以上に制限し、前記第２アクティブクランパは、前記出力電圧を前記第２電圧よりも所定値だけ低く前記第１下限電圧よりも高い第２下限電圧以上に制限する構成（第３の構成）にするとよい。
【００１０】
また、上記第１〜第３いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記第２アクティブクランパは、前記第２状態においてオンするスイッチ回路と、カソードが前記スイッチ回路の第１端に接続されてアノードが前記第３端子に接続されたダイオードと、カソードが前記スイッチ回路の第２端に接続されてアノードが前記第２端子に接続された第１ツェナダイオードと、を含む構成（第４の構成）にするとよい。
【００１１】
また、第４の構成から成るスイッチ装置において、前記第２アクティブクランパは、カソードが前記スイッチ回路の第２端に接続されてアノードが前記スイッチ素子の制御端に接続された第２ツェナダイオードをさらに含む構成（第５の構成）にするとよい。
【００１２】
また、上記第１〜第５いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記第１アクティブクランパは、カソードが前記第１端子に接続されたツェナダイオードと、アノードが前記ツェナダイオードのアノードに接続されたダイオードと、第１端が前記第１端子に接続されて第２端が前記スイッチ素子の制御端に接続されて制御端が前記ダイオードのカソードに接続されたトランジスタと、を含む構成（第６の構成）にするとよい。
【００１３】
また、上記第１〜第６いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記第１電圧は電源電圧であり、前記第２電圧は接地電圧である構成（第７の構成）にするとよい。
【００１４】
また、上記した第１〜第７いずれかの構成から成るスイッチ装置において、前記第１状態は、高温異常の未検出状態であり、前記第２状態は、前記高温異常の検出状態である構成（第８の構成）にするとよい。
【００１５】
また、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第１〜第８いずれかの構成から成るスイッチ装置と、前記スイッチ装置に接続される負荷と、を有する構成（第９の構成）とされている。
【００１６】
なお、上記第９の構成から成る電子機器において、前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータである構成（第１０の構成）にするとよい。
【００１７】
また、本明細書中に開示されている車両は、上記第９または第１０の構成から成る電子機器を有する構成（第１１の構成）とされている。
【発明の効果】
【００１８】
本明細書中に開示されている発明によれば、例えば高温時のアクティブクランプ動作を最適化することのできるスイッチ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】半導体集積回路装置の全体構成を示すブロック図
【図２】ゲート制御部の一構成例を示すブロック図
【図３】第１アクティブクランパの一構成例を示す図
【図４】第１のアクティブクランプ動作を示す図
【図５】第２アクティブクランパの一構成例を示す図
【図６Ａ】第２のアクティブクランプ動作（第１例）を示す図
【図６Ｂ】第２のアクティブクランプ動作（第２例）を示す図
【図７】車両の一構成例を示す外観図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜半導体集積回路装置（全体構成）＞
図１は、半導体集積回路装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置１は、ＥＣＵ［electronic control unit］２からの指示に応じて電源電圧ＶＢＢの印加端と負荷３との間を導通／遮断する車載用ハイサイドスイッチＩＣ（＝車載ＩＰＤの一種）である。
【００２１】
なお、半導体集積回路装置１は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子Ｔ１〜Ｔ４を備えている。外部端子Ｔ１は、不図示のバッテリから電源電圧ＶＢＢ（例えば１２Ｖ）の供給を受け付けるための電源端子（ＶＢＢピン）である。外部端子Ｔ２は、負荷３（バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど）を外部接続するための負荷接続端子ないしは出力端子（ＯＵＴピン）である。外部端子Ｔ３は、ＥＣＵ２から外部制御信号Ｓｉの外部入力を受け付けるための信号入力端子（ＩＮピン）である。外部端子Ｔ４は、ＥＣＵ２に状態報知信号Ｓｏを外部出力するための信号出力端子（ＳＥＮＳＥピン）である。なお、外部端子Ｔ４と接地端との間には、外部センス抵抗４が外付けされている。
【００２２】
また、半導体集積回路装置１は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０と、出力電流監視部２０と、ゲート制御部３０と、制御ロジック部４０と、信号入力部５０と、内部電源部６０と、異常保護部７０と、出力電流検出部８０と、信号出力部９０と、を集積化して成る。
【００２３】
ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、ドレインが外部端子Ｔ１に接続されてソースが外部端子Ｔ２に接続された高耐圧（例えば４２Ｖ耐圧）のパワートランジスタである。このように接続されたＮＭＯＳＦＥＴ１０は、電源電圧ＶＢＢの印加端から負荷３を介して接地端に至る電流経路を導通／遮断するためのスイッチ素子（ハイサイドスイッチ）として機能する。ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、ゲート駆動信号Ｇ１がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号Ｇ１がローレベルであるときにオフする。
【００２４】
なお、ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、フルオン時におけるオン抵抗値が数十ｍΩとなるように設計すればよい。ただし、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン抵抗値が低いほど、外部端子Ｔ２の地絡時（＝接地端ないしはこれに準ずる低電位端への出力ショート時）に過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン抵抗値を下げるほど、後述する過電流保護回路７１や温度保護回路７３の重要性が高くなる。
【００２５】
出力電流監視部２０は、ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２１’とセンス抵抗２２を含み、ＮＭＯＳＦＥＴ１０に流れる出力電流Ｉｏに応じたセンス電圧Ｖｓ（＝センス信号に相当）を生成する。
【００２６】
ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２１’は、いずれもＮＭＯＳＦＥＴ１０に対して並列接続されたミラートランジスタであり、出力電流Ｉｏに応じたセンス電流Ｉｓ及びＩｓ’を生成する。ＮＭＯＳＦＥＴ１０とＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２１’とのサイズ比は、ｍ：１（ただしｍ＞１）である。従って、センス電流Ｉｓ及びＩｓ’は、出力電流Ｉｏを１／ｍに減じた大きさとなる。なお、ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２１’は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０と同様、ゲート駆動信号Ｇ１がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧Ｇ２がローレベルであるときにオフする。
【００２７】
センス抵抗２２（抵抗値：Ｒｓ）は、ＮＭＯＳＦＥＴ２１のソースと外部端子Ｔ２との間に接続されており、センス電流Ｉｓに応じたセンス電圧Ｖｓ（＝Ｉｓ×Ｒｓ＋Ｖｏ、ただし、Ｖｏは外部端子Ｔ２に現れる出力電圧）を生成する電流／電圧変換素子である。
【００２８】
ゲート制御部３０は、ゲート制御信号Ｓ１の電流能力を高めたゲート駆動信号Ｇ１を生成してＮＭＯＳＦＥＴ１０及び２１それぞれのゲートに出力することにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０及び２１のオン／オフ制御を行う。なお、ゲート制御部３０は、過電流保護信号Ｓ７１に応じて出力電流Ｉｏを制限するようにＮＭＯＳＦＥＴ１０及び２１を制御する機能を備えている。
【００２９】
制御ロジック部４０は、内部電源電圧Ｖｒｅｇの供給を受けてゲート制御信号Ｓ１を生成する。例えば、外部制御信号Ｓｉがハイレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせるときの論理レベル）であるときには、内部電源部６０から内部電源電圧Ｖｒｅｇが供給されるので、制御ロジック部４０が動作状態となり、ゲート制御信号Ｓ１がハイレベル（＝Ｖｒｅｇ）となる。一方、外部制御信号Ｓｉがローレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフさせるときの論理レベル）であるときには、内部電源部６０から内部電源電圧Ｖｒｅｇが供給されないので、制御ロジック部４０が非動作状態となり、ゲート制御信号Ｓ１がローレベル（＝ＧＮＤ）となる。また、制御ロジック部４０は、各種の異常保護信号（過電流保護信号Ｓ７１、オープン保護信号Ｓ７２、温度保護信号Ｓ７３、及び、減電圧保護信号Ｓ７４）を監視している。なお、制御ロジック部４０は、上記した異常保護信号のうち、過電流保護信号Ｓ７１、オープン保護信号Ｓ７２、及び、温度保護信号Ｓ７３の監視結果に応じて出力切替信号Ｓ２を生成する機能も備えている。
【００３０】
信号入力部５０は、外部端子Ｔ３から外部制御信号Ｓｉの入力を受け付けて制御ロジック部４０や内部電源部６０に伝達するシュミットトリガである。なお、外部制御信号Ｓｉは、例えば、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせるときにハイレベルとなり、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフさせるときにローレベルとなる。
【００３１】
内部電源部６０は、電源電圧ＶＢＢから所定の内部電源電圧Ｖｒｅｇを生成して半導体集積回路装置１の各部に供給する。なお、内部電源部６０の動作可否は、外部制御信号Ｓｉに応じて制御される。より具体的に述べると、内部電源部６０は、外部制御信号Ｓｉがハイレベルであるときに動作状態となり、外部制御信号Ｓｉがローレベルであるときに非動作状態となる。
【００３２】
異常保護部７０は、半導体集積回路装置１の各種異常を検出する回路ブロックであり、過電流保護回路７１と、オープン保護回路７２と、温度保護回路７３と、減電圧保護回路７４と、を含む。
【００３３】
過電流保護回路７１は、センス電圧Ｖｓの監視結果（＝出力電流Ｉｏの過電流異常が生じているか否か）に応じた過電流保護信号Ｓ７１を生成する。なお、過電流保護信号Ｓ７１は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
【００３４】
オープン保護回路７２は、出力電圧Ｖｏの監視結果（＝負荷３のオープン異常が生じているか否か）に応じたオープン保護信号Ｓ７２を生成する。なお、オープン保護信号Ｓ７２は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
【００３５】
温度保護回路７３は、半導体集積回路装置１（特にＮＭＯＳＦＥＴ１０周辺）の異常発熱を検出する温度検出素子（不図示）を含み、その検出結果（＝異常発熱が生じているか否か）に応じた温度保護信号Ｓ７３を生成する。なお、温度保護信号Ｓ７３は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
【００３６】
減電圧保護回路７４は、電源電圧ＶＢＢないしは内部電源電圧Ｖｒｅｇの監視結果（＝減電圧異常が生じているか否か）に応じた減電圧保護信号Ｓ７４を生成する。なお、減電圧保護信号Ｓ７４は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
【００３７】
出力電流検出部８０は、不図示のバイアス手段を用いてＮＭＯＳＦＥＴ２１’のソース電圧と出力電圧Ｖｏとを一致させることにより、出力電流Ｉｏに応じたセンス電流Ｉｓ’（＝Ｉｏ／ｍ）を生成して信号出力部９０に出力する。
【００３８】
信号出力部９０は、出力選択信号Ｓ２に基づいてセンス電流Ｉｓ’（＝出力電流Ｉｏの検出結果に相当）と固定電圧Ｖ９０（＝異常フラグに相当、本図では明示せず）の一方を外部端子Ｔ４に選択出力する。センス電流Ｉｓ’が選択出力された場合には、状態報知信号Ｓｏとして、センス電流Ｉｓ’を外部センス抵抗４（抵抗値：Ｒ４）で電流／電圧変換した出力検出電圧Ｖ８０（＝Ｉｓ’×Ｒ４）がＥＣＵ２に伝達される。出力検出電圧Ｖ８０は、出力電流Ｉｏが大きいほど高くなり、出力電流Ｉｏが小さいほど低くなる。一方、固定電圧Ｖ９０が選択出力された場合には、状態報知信号Ｓｏとして、固定電圧Ｖ９０がＥＣＵ２に伝達される。なお、状態報知信号Ｓｏから出力電流Ｉｏの電流値を読み取る場合には、状態報知信号ＳｏをＡ／Ｄ［analog-to-digital］変換してやればよい。一方、状態報知信号Ｓｏから異常フラグを読み取る場合には、固定電圧Ｖ９０よりもやや低い閾値を用いて状態報知信号Ｓｏの論理レベルを判定してやればよい。
【００３９】
＜ゲート制御部＞
図２は、ゲート制御部３０の一構成例を示すブロック図である。本構成例のゲート制御部３０は、ゲートドライバ３１と、オシレータ３２と、チャージポンプ３３と、クランパ３４と、ＮＭＯＳＦＥＴ３５と、抵抗３６（抵抗値：Ｒ３６）と、キャパシタ３７（容量値：Ｃ３７）と、ツェナダイオード３８と、を含む。
【００４０】
ゲートドライバ３１は、チャージポンプ３３の出力端（＝昇圧電圧ＶＧの印加端）と外部端子Ｔ２（＝出力電圧Ｖｏの印加端）との間に接続されており、ゲート制御信号Ｓ１の電流能力を高めたゲート駆動信号Ｇ１を生成する。なお、ゲート駆動信号Ｇ１は、ゲート制御信号Ｓ１がハイレベルであるときにハイレベル（＝ＶＧ）となり、ゲート制御信号Ｓ１がローレベルであるときにローレベル（＝Ｖｏ）となる。
【００４１】
オシレータ３２は、所定周波数のクロック信号ＣＬＫを生成してチャージポンプ３３に出力する。なお、オシレータ３２の動作可否は、制御ロジック部４０からのイネーブル信号Ｓａに応じて制御される。
【００４２】
チャージポンプ３３は、クロック信号ＣＬＫを用いてフライングキャパシタを駆動することにより、電源電圧ＶＢＢよりも高い昇圧電圧ＶＧを生成してゲートドライバ３１に供給する昇圧部の一例である。なお、チャージポンプ３３の動作可否は、制御ロジック部４０からのイネーブル信号Ｓｂに応じて制御される。
【００４３】
クランパ３４は、外部端子Ｔ１（＝電源電圧ＶＢＢの印加端）とＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートとの間に接続されている。外部端子Ｔ２に誘導性の負荷３が接続されるアプリケーションでは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンからオフへ切り替える際、負荷３の逆起電力により、出力電圧Ｖｏが負電圧（＜ＧＮＤ）となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ３４（いわゆるアクティブクランプ回路）が設けられている。
【００４４】
ＮＭＯＳＦＥＴ３５のドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ３５のソースは、外部端子Ｔ２に接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ３５のゲートは、過電流保護信号Ｓ７１の印加端に接続されている。また、ＮＭＯＳＦＥＴ３５のドレイン・ゲート間には、抵抗３６とキャパシタ３７が直列に接続されている。
【００４５】
ツェナダイオード３８のカソードは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに接続されている。ツェナダイオード３８のアノードは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のソースに接続されている。このように接続されたツェナダイオード３８は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲート・ソース間電圧（＝ＶＧ−Ｖｏ）を所定値以下に制限するクランプ素子として機能する。
【００４６】
本構成例のゲート制御部３０において、過電流保護信号Ｓ７１がハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号Ｇ１が定常時のハイレベル（＝ＶＧ）から所定の時定数τ（＝Ｒ３６×Ｃ３７）で引き下げられていく。その結果、ＮＭＯＳＦＥＴ１０の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ｉｏに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号Ｓ７１がローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号Ｇ１が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、ＮＭＯＳＦＥＴ１０の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ｉｏの制限が解除される。
【００４７】
このように、本構成例のゲート制御部３０は、過電流保護信号Ｓ７１に応じて出力電流Ｉｏを制限するようにゲート駆動信号Ｇ１を制御する機能を備えている。
【００４８】
＜第１アクティブクランパ＞
図３は、クランパ３４（第１アクティブクランパに相当）の一構成例を示す図である。本構成例のクランパ３４は、ｍ段（例えばｍ＝８）のツェナダイオード列３４１と、ｎ段（例えばｎ＝３）のダイオード列３４２と、ＮＭＯＳＦＥＴ３４３と、を含む。
【００４９】
ツェナダイオード列３４１のカソードとＮＭＯＳＦＥＴ３４３のドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のドレインと共に、外部端子Ｔ１（＝電源電圧ＶＢＢの印加端に接続される第１端子に相当）に接続されている。ツェナダイオード列３４１のアノードは、ダイオード列３４２のアノードに接続されている。ダイオード列３４２のカソードは、ＮＭＯＳＦＥＴ３４３のゲートに接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ３４３のソースは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲート（＝ゲート駆動信号Ｇ１の印加端）に接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ１０のソースは、外部端子Ｔ２（＝負荷３の第１端に接続される第２端子に相当）に接続されている。なお、負荷３としては、コイルやソレノイドなどの誘導性負荷が接続され得る。
【００５０】
以下では、ＮＭＯＳＦＥＴ１０及び３４３それぞれのゲート・ソース間電圧をＶｇｓ１及びＶｇｓ２とし、ツェナダイオード列３４１の降伏電圧をｍＶＺとし、ダイオード列３４２の順方向降下電圧をｎＶＦとして、クランパ３４による第１のアクティブクランプ動作を説明する。
【００５１】
図４は、クランパ３４による第１のアクティブクランプ動作を示すタイミングチャートであり、上から順番に、外部制御信号Ｓｉ、出力電圧Ｖｏ（実線）及びゲート駆動信号Ｇ１（破線）、温度保護信号Ｓ７３、並びに、出力電流Ｉｏが描写されている。なお、本図では、負荷３として誘導性負荷が接続されているものとする。
【００５２】
時刻ｔ１１において、外部制御信号Ｓｉがハイレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンするときの論理レベル）に立ち上げられると、ゲート駆動信号Ｇ１がハイレベルに立ち上がり、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオンするので、出力電流Ｉｏが流れ始め、出力電圧Ｖｏが電源電圧ＶＢＢ近傍まで上昇する。
【００５３】
その後、時刻ｔ１２において、外部制御信号Ｓｉがローレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフするときの論理レベル）に立ち下げられると、ゲート駆動信号Ｇ１がローレベルに立ち下がり、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオフする。このとき、負荷３として接続された誘導性負荷（コイルやソレノイドなど）は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン期間に蓄えたエネルギーを放出するまで出力電流Ｉｏｕｔを流し続ける。その結果、出力電圧Ｖｏは、接地電圧ＧＮＤよりも低い負電圧まで低下する。
【００５４】
ただし、出力電圧Ｖｏが負電圧になると、クランパ３４の働きにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオンするので、出力電流Ｉｏが放電される。従って、出力電圧Ｖｏは、電源電圧ＶＢＢよりも所定値α（＝ｍＶＺ＋ｎＶＦ＋Ｖｇｓ１＋Ｖｇｓ２）だけ低い下限電圧ＶＢＢ−α（例えばＶＢＢ−５０Ｖ）以上に制限される。
【００５５】
つまり、クランパ３４は、電源電圧ＶＢＢ基準で出力電圧Ｖｏを制限することにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（＝ＶＢＢ−Ｖｏ）を所定のクランプ電圧Ｖｃｌｐ（＝α）以下に制限する。
【００５６】
クランプ電圧Ｖｃｌｐは、電源電圧ＶＢＢの最大定格値よりも高く、かつ、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン・ソース間耐圧よりも低い電圧値に設定しておく必要がある。また、クランプ電圧Ｖｃｌｐが高いほど、半導体集積回路装置１の性能は良いと言えるが、そのアクティブクランプ耐量Ｅ（ｍＪ）を鑑みると、クランプ電圧Ｖｃｌｐは低い方が良い。
【００５７】
なお、半導体集積回路装置１のアクティブクランプ耐量Ｅ（ｍＪ）は、クランプ電圧Ｖｃｌｐ（Ｖ）、出力電流Ｉｏ（Ａ）、及び、放電時間ｔ（ｍｓ）から次式で決定される。
【００５８】
Ｅ（Ｊ）＝Ｖｃｌｐ（Ｖ）×Ｉｏ（Ａ）×ｔ（ｍｓ）
【００５９】
ところで、ＩＰＤを含むパワーＩＣには、インダクタンス（例えば５ｍＨ）を持つ経路を介して出力端子を天絡または地絡した状態で、パワーＩＣのオン／オフを複数サイクル（グレードに応じて３００サイクル〜１００万サイクル）に亘って繰り返す負荷ショート信頼性試験（ＡＥＣ−Ｑ１００−０１２）が課せられる。
【００６０】
ここで、パワーＩＣの過電流制限値が数十Ａ〜１００Ａに設定されていた場合には、数百Ｗ〜１０００Ｗもの大電力が消費される。そのため、パワーＩＣでは、過熱を検出した状態（高温状態：例えば、図４の時刻ｔ１３以降において、温度保護信号Ｓ７３がハイレベルに立ち上がった状態）でオン／オフが繰り返される。
【００６１】
このような高温時には、熱の影響により、半導体集積回路装置１のアクティブクランプ耐量Ｅ（ｍＪ）が低下する。そのため、ＮＭＯＳＦＥＴ１０などの熱破壊を防止するためには、クランプ電圧Ｖｃｌｐを引き下げることが望ましい。ただし、電源電圧ＶＢＢ基準で出力電圧Ｖｏを制限するクランパ３４では、クランプ電圧Ｖｃｌｐの引き下げ幅に限界がある。そこで、以下では、高温時に接地電圧ＧＮＤ基準で出力電圧Ｖｏを制限することのできる第２アクティブクランパを提案する。
【００６２】
＜第２アクティブクランパ＞
図５は、クランパ３９（第２アクティブクランパに相当）の一構成例を示す図である。本構成例のクランパ３９は、スイッチ回路３９１と、ダイオード３９２と、ツェナダイオード３９３及び３９４と、を含む。
【００６３】
スイッチ回路３９１は、温度保護信号Ｓ７３に応じてオン／オフする。より具体的に述べると、スイッチ回路３９１は、高温時（Ｓ７３＝Ｈ）にオンして、非高温時（Ｓ７３＝Ｌ）にオフする。
【００６４】
ダイオード３９２のカソードは、スイッチ回路３９１の第１端に接続されている。ダイオード３９２のアノードは、外部端子Ｔ５（＝負荷３の第２端と接地電圧ＧＮＤの印加端に接続される第３端子に相当）に接続されている。ツェナダイオード３９３及び３９４それぞれのカソードは、スイッチ回路３９１の第２端に接続されている。ツェナダイオード３９３のアノードは、外部端子Ｔ２に接続されている。ツェナダイオード３９４のアノードは、ＮＭＯＳＥＴ１０のゲートに接続されている。
【００６５】
以下では、ツェナダイオード３９３の降伏電圧をＶｚとし、ダイオード３９２の順方向降下電圧をＶｆとして、クランパ３４及び３９による第２のアクティブクランプ動作を詳細に説明する。
【００６６】
図６Ａは、クランパ３４及び３９による第２のアクティブクランプ動作（第１例）を示すタイミングチャートであり、上から順に、外部制御信号Ｓｉ、出力電圧Ｖｏ、温度保護信号Ｓ７３、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。なお、本図でも、負荷３として誘導性負荷が接続されているものとする。
【００６７】
時刻ｔ２１において、外部制御信号Ｓｉがハイレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンするときの論理レベル）に立ち上げられると、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオンするので、出力電流Ｉｏが流れ始め、出力電圧Ｖｏが電源電圧ＶＢＢ近傍まで上昇する。なお、この時点では、半導体集積回路装置１の異常発熱が検出されておらず、温度保護信号Ｓ７３がローレベル（＝非高温時の論理レベル）であるものとする。
【００６８】
その後、時刻ｔ２２において、外部制御信号Ｓｉがローレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフするときの論理レベル）に立ち下げられると、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオフする。このとき、負荷３として接続された誘導性負荷（コイルやソレノイドなど）は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン期間に蓄えたエネルギーを放出するまで出力電流Ｉｏｕｔを流し続ける。その結果、出力電圧Ｖｏは、接地電圧ＧＮＤよりも低い負電圧まで低下する。
【００６９】
ただし、出力電圧Ｖｏが負電圧になると、クランパ３４の働きにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０がオンするので、出力電流Ｉｏが放電される。従って、出力電圧Ｖｏは、電源電圧ＶＢＢよりも所定値α（＝ｍＶＺ＋ｎＶＦ＋Ｖｇｓ１＋Ｖｇｓ２）だけ低い下限電圧ＶＢＢ−α（例えばＶＢＢ−５０Ｖ）以上に制限される。
【００７０】
つまり、クランパ３４は、電源電圧ＶＢＢ基準で出力電圧Ｖｏを制限することにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（＝ＶＢＢ−Ｖｏ）を所定のクランプ電圧Ｖｃｌｐ１（＝α）以下に制限する。ここまでのクランパ３４によるアクティブクランプ動作については、先の図４で説明した通りである。
【００７１】
一方、時刻ｔ２３において、半導体集積回路装置１の異常発熱が検出され、温度保護信号Ｓ７３がハイレベル（＝高温時の論理レベル）に立ち上がると、スイッチ回路３９１がオンされる。その結果、スイッチ回路３９１、ツェナダイオード３９３、負荷３、及び、ダイオード３９２を介する閉ループが形成されるので、クランパ３９が有効となる。従って、出力電圧Ｖｏは、接地電圧ＧＮＤよりも所定値β（＝Ｖｚ＋Ｖｆ）だけ低く、かつ、先述の下限電圧ＶＢＢ−αよりも高い下限電圧ＧＮＤ−β（例えばＧＮＤ−１０Ｖ）以上に制限される。
【００７２】
つまり、クランパ３９は、高温時（Ｓ７３＝Ｈ）に接地電圧ＧＮＤ基準で出力電圧Ｖｏを制限することにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓ（＝ＶＢＢ−Ｖｏ）をクランプ電圧Ｖｃｌｐ１よりも低いクランプ電圧Ｖｃｌｐ２以下に制限する。
【００７３】
このように、クランパ３９を導入することにより、半導体集積回路装置１のアクティブクランプ耐量Ｅ（ｍＪ）が低下する高温時（Ｓ７３＝Ｈ）には、電源電圧ＶＢＢ基準のアクティブクランプ動作から、接地電圧ＧＮＤ基準のアクティブクランプ動作に自動で切り替わる。従って、クランプ電圧Ｖｃｌｐを引き下げることができるので、ＮＭＯＳＦＥＴ１０などの熱破壊を防止することが可能となる。
【００７４】
図６Ｂは、クランパ３４及び３９による第２のアクティブクランプ動作（第２例）を示すタイミングチャートであり、先出の図６Ａと同じく、上から順に、外部制御信号Ｓｉ、出力電圧Ｖｏ、温度保護信号Ｓ７３、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。なお、本図でも、負荷３として誘導性負荷が接続されているものとする。
【００７５】
本図で示したように、時刻ｔ２２よりも前に半導体集積回路装置１の異常発熱が検出されていた場合（Ｓ７３＝Ｈ）には、時刻ｔ２２において、出力電圧Ｖｏが負電圧に低下した時点で、クランパ３９によるアクティブクランプ動作が掛かる。従って、出力電圧Ｖｏは、下限電圧ＶＢＢ−αまで低下することなく、当初から下限電圧ＧＮＤ−βに制限されることになる。
【００７６】
＜車両への適用＞
図７は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、バッテリ（本図では不図示）と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８とを搭載している。なお、本図における電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
【００７７】
電子機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。
【００７８】
電子機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
【００７９】
電子機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。
【００８０】
電子機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。
【００８１】
電子機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。
【００８２】
電子機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー（ショックアブソーバー）、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。
【００８３】
電子機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザオプション品として任意で車両Ｘに装着される電子機器である。
【００８４】
電子機器Ｘ１８は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。
【００８５】
なお、先に説明した半導体集積回路装置１、ＥＣＵ２、及び、負荷３は、電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８のいずれにも組み込むことが可能である。
【００８６】
＜その他の変形例＞
また、上記の実施形態では、車載用ハイサイドスイッチＩＣを例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されている発明の適用対象は、これに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用ＩＰＤ（車載用ローサイドスイッチＩＣや車載用電源ＩＣなど）はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。
【００８７】
また、上記の実施形態では、温度異常の検出有無に応じて第１のアクティブクランプ動作と第２のアクティブクランプ動作を切り替える例を挙げたが、より上位概念化すると、第１状態では第１のアクティブクランプ動作を行い、第１状態とは異なる第２状態では第２のアクティブクランプ動作を行うようにしてもよい。
【００８８】
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本明細書中に開示されている発明は、車載用ＩＰＤなどに利用することが可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１    半導体集積回路装置（スイッチ装置）
２    ＥＣＵ
３    負荷
４    外部センス抵抗
１０    ＮＭＯＳＦＥＴ（スイッチ素子）
２０    出力電流監視部
２１、２１’    ＮＭＯＳＦＥＴ
２２    センス抵抗
３０    ゲート制御部
３１    ゲートドライバ
３２    オシレータ
３３    チャージポンプ（昇圧部）
３４    クランパ（第１アクティブクランパ）
３４１    ツェナダイオード列
３４２    ダイオード列
３４３    ＮＭＯＳＦＥＴ
３５    ＮＭＯＳＦＥＴ
３６    抵抗
３７    キャパシタ
３８    ツェナダイオード（クランプ素子）
３９    クランパ（第２アクティブクランパ）
３９１    スイッチ回路
３９２    ダイオード
３９３、３９４    ツェナダイオード
４０    制御ロジック部
５０    信号入力部
６０    内部電源部
７０    異常保護部
７１    過電流保護回路（過電流保護部）
７２    オープン保護回路
７３    温度保護回路
７４    減電圧保護回路
８０    出力電流検出部
９０    信号出力部
Ｔ１〜Ｔ５    外部端子
Ｘ    車両
Ｘ１１〜Ｘ１８    電子機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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