(57)【要約】【課題】保護動作によるトランジスタの通電遮断時間を短縮する。【解決手段】モータ２に異物の噛み込みが発生すると、ＭＯＳＦＥＴ７、８の電流が急増し、ＭＯＳＦＥＴ７、８の近傍に配置されたダイオード１５による検出温度が急上昇する。検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１を超えると、第１の過熱検出信号Ｓ１がＨに変化し、ラッチ２７のリセット状態が解除される。その後、検出電流が過電流保護レベルｉａを超えるとラッチ２７の出力信号Ｓ３がＨに変化し、その時点から一定の通電遮断時間ＴｍだけＨの信号Ｓ３を出力する。この通電遮断時間Ｔｍの間に検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１よりも低下すると、第１の過熱検出信号Ｓ１がＬに変化し、ラッチ２７がリセットされる。このとき、第２の過熱検出信号Ｓ２もＬであるので、モータ駆動回路１は通電遮断状態から通電動作状態に復帰する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記トランジスタに対する過電流保護レベルを設定する保護電流設定回路と、
前記検出電流が前記過電流保護レベルを超えた時に過電流検出信号を出力する電流比較回路と、
前記トランジスタの近傍に配置された温度検出手段と、
前記トランジスタに対する第１の過熱保護レベルを設定する第１の保護温度設定回路と、
前記検出温度が前記第１の過熱保護レベルを超えているときに第１の過熱検出信号を出力する第１の温度比較回路と、
前記電流比較回路から前記過電流検出信号が出力された時点から一定時間だけ前記トランジスタを通電遮断状態に設定するとともに、その一定時間内に前記第１の温度比較回路が前記第１の過熱検出信号の出力を停止した場合には、その停止時点から前記トランジスタを通電動作状態に復帰させる通電制御回路とを備えていることを特徴とするトランジスタの保護装置。
【請求項２】
前記第１の過熱保護レベルよりも高い温度の第２の過熱保護レベルを設定する第２の保護温度設定回路と、
前記検出温度が前記第２の過熱保護レベルを超えているときに第２の過熱検出信号を出力する第２の温度比較回路とを備え、
前記通電制御回路は、前記第２の温度比較回路が前記第２の過熱検出信号を出力している時には、前記過電流検出信号および前記第１の過熱検出信号の出力状態にかかわらず前記トランジスタを強制的に通電遮断状態に制御することを特徴とする請求項１記載のトランジスタの保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流および過熱に対するトランジスタの保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタを用いてモータへの通電を制御する構成において、モータロックやモータ巻線の短絡が発生すると、通電経路中に存在していたモータの誘起電圧が失われるため、トランジスタには過大な電流が流れる。この過電流により、トランジスタの温度は急激に上昇する。しかし、ＩＣ等において、トランジスタから温度検出素子への熱伝導には遅れがあり、ノイズ防止のため温度検出回路にフィルタを挿入する場合もある。このため、過熱保護回路だけではトランジスタを十分に保護できない場合がある。
【０００３】
そこで、従来の保護装置では、発熱上昇勾配が大きく過熱検出による保護ができない場合に備えて過電流保護回路を備えている。過電流検出回路は、電流が過電流保護レベルを超えたことを検出すると直ちにトランジスタの通電を停止し、その後一定の通電遮断時間を経過した後に復帰させるようになっている。こうした保護装置では、ＩＣの周囲環境温度が許容動作環境温度の上限値である場合、電流が許容電流の最大値である場合など最悪の条件下であってもＩＣ（トランジスタ）を保護可能なように、上記一定の通電遮断時間は余裕を持って設定されている。
【０００４】
例えば、特許文献１記載の過電流保護装置は、モータの予熱中に過電流を検出すると、予熱動作を一旦中断した後で予熱動作をリトライし、予熱中にリトライ回数が所定回数になると予熱制御を終了する。また、特許文献２記載のパッシブベルト制御装置は、シートベルトを駆動するモータがロックするとモータを一旦停止し、所定時間の経過後にモータに駆動信号を再出力するリトライ制御を実行する。リトライによる再出力回数が所定回数に達した場合には再出力動作を禁止する。
【特許文献１】特開平０９−２７１１３５号公報
【特許文献２】実公平０６−０１３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータを駆動する装置の場合、異物の噛み込みにより一時的に過電流が流れても、モータの惰性回転により直ぐに異物が外れ、正常駆動できる状態に戻ることがある。しかし、上述した従来の保護装置は、一旦過電流を検出すると、たとえ回転駆動状態に復帰できる状態に回復しても、一定の通電遮断時間が経過するまでモータ駆動を停止し続ける。このため、例えば車両の燃料ポンプをモータ駆動する場合にあっては、一時的な過電流の発生であるにもかかわらずエンジンの回転に影響を及ぼす虞があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、保護動作によるトランジスタの通電遮断時間を短縮可能なトランジスタの保護装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した手段によれば、トランジスタに流れる電流を検出し、その検出電流が過電流保護レベルを超えた時に過電流検出信号を出力する。また、トランジスタの近傍に温度検出手段を配置し、その検出温度が第１の過熱保護レベルを超えているときに第１の過熱検出信号を出力する。通電制御回路は、過電流検出信号が出力された時点から一定の時間だけトランジスタを通電遮断状態に設定するとともに、その一定時間内に検出温度が第１の過熱保護レベルを超えた状態から第１の過熱保護レベル以下となって第１の過熱検出信号の出力が停止した場合には、その停止時点からトランジスタを通電動作状態に復帰させる。
【０００８】
第１の過熱保護レベルは、例えばトランジスタの周囲環境温度が許容動作環境温度の上限値である場合、通電動作時のトランジスタに流れる電流が許容電流の最大値である場合のように、トランジスタが熱的に最も苛酷な条件となる場合であっても、トランジスタを通電遮断状態から通電動作状態に復帰させたときにトランジスタが故障しない温度レベルに設定されている。
【０００９】
その結果、トランジスタに過電流が流れると、一旦は通電遮断状態に移行するとともに検出温度が第１の過熱保護レベルを超えるが、その後検出温度が第１の過熱保護レベル以下になると、上記一定時間を待つことなくトランジスタは通電動作状態に復帰するので、過電流検出時における実質的な通電遮断時間を極力短くできる。また、第１の過熱保護レベルを上述のように設定したので、通電動作状態への復帰時に依然として過電流の発生原因が存在していても、再度の過電流遮断に至るまでの間にトランジスタが故障することを防止することができる。
【００１０】
請求項２に記載した手段によれば、第１の過熱保護レベルよりも高い温度レベルであって、トランジスタに通電すると短時間で故障に至る蓋然性の高い第２の過熱保護レベルを設定する。そして、検出温度が第２の過熱保護レベルを超えているときには、過電流検出信号および第１の過熱検出信号の出力状態にかかわらずトランジスタを強制的に通電遮断状態に制御するので、トランジスタを確実に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、車両用燃料ポンプのモータ駆動回路を備えたＩＣの構成図である。モータ駆動回路以外の構成および電源端子などは省略している。ＩＣに内蔵されたモータ駆動回路１は、通断電を指令する通電指令信号Ｓｄに従ってモータ２を駆動するとともに、モータ２を過電流および過熱から保護する保護機能を備えている。モータ２は、ＩＣの出力端子３、４間に接続されるようになっている。
【００１２】
バッテリ電圧ＶＢを供給する電源線５と出力端子３との間、出力端子４と電源線（グランド線）６との間には、それぞれＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ７、８（トランジスタ）が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ７に付随して、ＭＯＳＦＥＴ７とゲート同士およびドレイン同士が接続されたＭＯＳＦＥＴ９（電流検出手段）が形成されている。電流センス用のＭＯＳＦＥＴ９には、ＭＯＳＦＥＴ７に流れる電流の１／Ｎ（Ｎは１より大きい定数）の電流が流れる。
【００１３】
ＭＯＳＦＥＴ９のソースと電源線６との間には、トランジスタ１０と抵抗１１とが直列に接続されている。オペアンプ１２は、ＭＯＳＦＥＴ７とＭＯＳＦＥＴ９の各ソースの電位を入力し、出力電圧によりトランジスタ１０のベースを駆動する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ７とＭＯＳＦＥＴ９のドレイン・ソース間電圧が等しく制御され、ＭＯＳＦＥＴ７に流れる電流をより正確に検出することが可能となる。保護電流設定回路１３は、ＭＯＳＦＥＴ７に対する過電流保護レベルｉａに対応した基準電圧Ｖａを生成する。コンパレータ１４（電流比較回路）は、抵抗１１の両端電圧と基準電圧Ｖａとを比較することで、ＭＯＳＦＥＴ７に流れる電流（検出電流）が過電流保護レベルｉａを超えているときにＨレベルの過電流検出信号Ｓａを出力する。
【００１４】
ＩＣ内において、ＭＯＳＦＥＴ７、８の近傍にはダイオード１５（温度検出手段）が形成されている。温度検出精度を高めるため、定電流回路１６は、制御用電源電圧Ｖccを供給する電源線１７からダイオード１５に対し一定の電流を流している。第１の保護温度設定回路１８は、ＭＯＳＦＥＴ７、８に対する第１の過熱保護レベルＴ１に対応した基準電圧Ｖ１を設定するもので、抵抗１９、２０の直列回路から構成されている。コンパレータ２１（第１の温度比較回路）は、ダイオード１５の順方向電圧Ｖｆと基準電圧Ｖ１とを比較することで、検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１を超えているときにＨレベルの第１の過熱検出信号Ｓ１を出力する。周知のように、ダイオードの順方向電圧Ｖｆは約−２ｍＶ／℃の温度係数を有している。
【００１５】
一方、第２の保護温度設定回路２２は、ＭＯＳＦＥＴ７、８に対する第２の過熱保護レベルＴ２に対応した基準電圧Ｖ２を設定するもので、抵抗２３、２４の直列回路から構成されている。コンパレータ２５（第２の温度比較回路）は、ダイオード１５の順方向電圧Ｖｆと基準電圧Ｖ２とを比較することで、検出温度が第２の過熱保護レベルＴ２を超えているときにＨレベルの第２の過熱検出信号Ｓ２を出力する。
【００１６】
第１の過熱検出信号Ｓ１とパワーオンリセット信号ＰＯＲはＡＮＤゲート２６に入力され、そのＡＮＤゲート２６の出力信号はラッチ２７のリセット端子に入力されている。パワーオンリセット信号ＰＯＲは、ＩＣに電源が投入された後一定時間だけＬレベルになる。ＡＮＤゲート２６の出力信号がＬレベルの期間、ラッチ２７はリセット状態となり、ラッチ２７の出力信号はＬレベルとなる。このラッチ２７（通電制御回路）は、クロック端子に入力される過電流検出信号ＳａがＬレベルからＨレベルに変化すると、その時点から一定の通電遮断時間ＴｍだけＨレベルの信号Ｓ３を出力する。
【００１７】
ラッチ２７の出力信号Ｓ３と過熱検出信号Ｓ２は、ＮＯＲゲート２８を介してＡＮＤゲート２９に与えられている。ＡＮＤゲート２９には、上記通電指令信号Ｓｄも入力されており、その出力信号はバッファ回路３０を経てＭＯＳＦＥＴ７、８のゲートを駆動している。その結果、バッファ回路３０は、ＡＮＤゲート２９からＨレベルの信号を入力するとＭＯＳＦＥＴ７、８をオン駆動し、Ｌレベルの信号を入力するとＭＯＳＦＥＴ７、８をオフ駆動する。なお、上述したモータ駆動回路１のうち、ＭＯＳＦＥＴ７、８とバッファ回路３０を除く回路が、本発明でいうトランジスタの保護装置に相当する。
【００１８】
次に、図２も参照しながら本実施形態の作用および効果を説明する。
まず、モータ駆動回路１で用いる各保護レベルについて説明する。過電流保護レベルｉａは、ＩＣの周囲環境温度（例えばＩＣが載置される車載電子制御装置の内部温度）が動作上許容される環境温度の上限値である場合など最悪条件の下で設定したＭＯＳＦＥＴ７、８の最大定格電流である。ＭＯＳＦＥＴ７、８に過電流保護レベルｉａを超える電流が流れると、チャネル温度が急激に上昇し短時間で過電流による故障に至る。
【００１９】
第１の過熱保護レベルＴ１は、ＩＣの周囲環境温度が動作上許容される環境温度の上限値である場合または通電動作時のＭＯＳＦＥＴ７、８に流れる電流が許容電流の最大値（上述した最大定格電流よりも小さい）である場合のように、ＭＯＳＦＥＴ７、８が熱的に最も苛酷な条件となる場合であっても、ＭＯＳＦＥＴ７、８を通電遮断状態から通電動作状態に復帰させたときにＭＯＳＦＥＴ７、８が故障しない温度レベルに設定されている。また、第２の過熱保護レベルＴ２は、第１の過熱保護レベルＴ１よりも高い温度レベルであって、検出温度が当該レベルＴ２を超えているときにＭＯＳＦＥＴ７、８に通電すると短時間で故障に至る温度である。
【００２０】
図２は、モータ２の駆動中に異物の噛み込み、配線短絡、巻線短絡などにより一時的に過電流保護レベルｉａを超える過電流が流れた場合の各部の波形を示している。上から順にＭＯＳＦＥＴ７の電流（検出電流）、過電流検出信号Ｓａ、ラッチ２７の出力信号Ｓ３、ダイオード１５の順方向電圧Ｖｆ、第１の過熱検出信号Ｓ１の波形を表している。
【００２１】
時刻ｔ１より前の正常な駆動状態では、検出電流が過電流保護レベルｉａよりも小さいので、過電流検出信号ＳａはＬレベルのままである。また、検出温度も第１の過熱保護レベルＴ１、Ｔ２よりも低いので、コンパレータ２１、２５が出力する第１、第２の過熱検出信号Ｓ１、Ｓ２もＬレベルとなる。その結果、ラッチ２７の出力信号Ｓ３がＬレベルとなり、バッファ回路３０は、通電指令信号Ｓｄに従ってＭＯＳＦＥＴ７、８をオンオフ駆動する。
【００２２】
時刻ｔ１で異物の噛み込み、配線短絡、巻線短絡などが発生すると、ＭＯＳＦＥＴ７、８の電流が急激に増加するとともに、ＭＯＳＦＥＴ７、８のチャネル温度ひいては検出温度が急上昇する。時刻ｔ２で検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１を超えると（すなわちダイオード１５の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖ１よりも低下すると）、第１の過熱検出信号Ｓ１がＬレベルからＨレベルに変化し、ラッチ２７のリセット状態が解除される。
【００２３】
その後、時刻ｔ３で検出電流が過電流保護レベルｉａを超えると、過電流検出信号ＳａがＨレベルに変化し、ラッチ２７の出力信号Ｓ３がＬレベルからＨレベルに変化する。このときに設定される一定のＨレベル期間（通電遮断時間Ｔｍ）は、ＩＣの周囲環境温度が動作上許容される環境温度の上限値である場合またはＭＯＳＦＥＴ７、８に流れる電流が許容電流の最大値である場合など熱的に過酷な条件の下でも、通電復帰時点（時刻ｔ５）において十分な温度余裕を持って通電を開始できる時間である。従来技術では、必ず通電遮断時間Ｔｍだけ待った後に通電復帰していた。
【００２４】
過電流を検出すると、通電が停止するので検出温度が徐々に低下する。検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１よりも低下すると（すなわちダイオード１５の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖ１よりも高くなると）、第１の過熱検出信号Ｓ１がＨレベルからＬレベルに変化し、ラッチ２７がリセットされる。このとき、第２の過熱検出信号Ｓ２もＬレベルであるので、モータ駆動回路１は通電遮断状態から通電動作状態に復帰する。
【００２５】
なお、検出温度が第２の過熱保護レベルＴ２を超えると（すなわちダイオード１５の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖ２よりも低下すると）、第２の過熱検出信号Ｓ２がＨレベルとなって、過電流検出信号Ｓａおよび第１の過熱検出信号Ｓ１の出力状態にかかわらず直ちに通電遮断状態になる。
【００２６】
また、検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１を超えない場合には、ラッチ２７の出力信号Ｓ３はＬレベルのまま保持されることになる。この場合には、ラッチ２７がリセット状態のままとなるので、その後に検出温度が第２の過熱保護レベルＴ２よりも低下しない限り通電が継続する。
【００２７】
一方、過電流検出信号ＳａがＨレベルに変化した後にダイオード１５の順方向電圧Ｖｆが基準電圧Ｖ１よりも低下した場合には、過電流検出信号Ｓａに基づいて通電を遮断できない。ＩＣの構成上こうした事態が生じる可能性がある場合には、リセット信号の状態にかかわらず第１の過熱検出信号Ｓ１がＨレベルに変化した時に信号Ｓ３をＨレベルとするようにラッチ２７を構成すればよい。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態のモータ駆動回路１は、ＭＯＳＦＥＴ７に流れる電流を検出し、その検出電流が過電流保護レベルｉａを超えた時にＨレベルの過電流検出信号Ｓａを出力して通電を一旦停止する。その後、一定の通電遮断時間Ｔｍの経過を待つ間において、検出温度が第１の過熱保護レベルＴ１を超えた状態からＴ１以下となって第１の過熱検出信号Ｓ１がＬレベルに戻った時には、通電遮断時間Ｔｍの経過を待つことなくその時点から直ちに通電動作状態に復帰する。
【００２９】
この第１の過熱保護レベルＴ１は、異物の噛み込み、配線短絡、巻線短絡などの異常状態が継続中にＭＯＳＦＥＴ７、８を通電動作状態に復帰させたとしても、再度の過電流遮断状態に至るまでの通電期間にＭＯＳＦＥＴ７、８が故障することがない温度に設定されている。従って、ＭＯＳＦＥＴ７、８を過電流および過熱から保護しつつ、通電遮断時間Ｔｍの経過を待つことなく短い時間でモータ２の駆動動作状態に復帰することができる。
【００３０】
また、ＩＣごとにＭＯＳＦＥＴ７、８の固有のオン抵抗Ｒonや静特性などがばらつくので、ＭＯＳＦＥＴ７、８への通電による発熱特性（温度上昇特性）にもばらつきが生じる。従って、従来のように過電流検出時に一律に通電遮断時間Ｔｍだけ通電を遮断する構成では、製品のばらつきを考慮して最も発熱量の多い素子を基準に通電遮断時間Ｔｍを決定する必要があり、遮断時間が長くなり易かった。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、過電流検出後にも温度を検出し続け、第１の過熱保護レベルＴ１以下となったことを条件として通電復帰するので、上述した素子等のばらつきの影響を排除して確実な保護と遮断期間の短縮を実現できる。なお、ダイオード１５の順方向電圧Ｖｆにもばらつきは存在するので、ダイオード１５に替えてばらつきの少ない温度検出手段を採用するとよい。
【００３２】
本実施形態のモータ２は、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを駆動するものである。電子制御式の燃料噴射装置において、モータ２への通電が遮断されて回転速度が低下すると、インジェクタへの印加燃料圧力が低下し、やがてエンジンが停止する。また、モータ２がセンサレス駆動されるブラシレスモータである場合、一旦停止したモータ２を起動するには起動時間を要する。本実施形態のモータ駆動回路１は、過電流を検出したときに、従来よりも早いタイミングでモータ２を通電状態に復帰させるので、回転速度の低下が少ない惰性回転の状態から復帰させることができ、エンジンの停止を未然に防止することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
マイコンやロジック回路を用いて処理する場合、第１、第２の過熱保護レベルＴ１、Ｔ２に対応した基準電圧Ｖ１、Ｖ２のデジタル値を予めメモリ（第１、第２の保護温度設定回路に相当）に書き込み、ダイオード１５の順方向電圧をＡ／Ｄ変換し、プロセッサ（ＣＰＵ）により第１、第２の温度比較処理および通電制御処理を実行してもよい。さらに、過電流保護レベルｉａに対応した基準電圧Ｖａのデジタル値を予めメモリに書き込み、抵抗１１の両端電圧をＡ／Ｄ変換し、プロセッサにより電流比較処理および通電制御処理を実行してもよい。これらの場合において、一定の通電遮断時間Ｔｍはタイマを用いて設定すればよい。
【００３４】
モータ２は、車両用燃料ポンプの駆動モータに限られず、電気自動車やエレベータで用いるモータのように回転の停止や回転速度の低下を防止することが要請されているものに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示すモータ駆動回路の構成図
【図２】一時的に過電流が流れた場合の各部の波形図
【符号の説明】
【００３６】
図面中、７、８はＭＯＳＦＥＴ（トランジスタ）、９はＭＯＳＦＥＴ（電流検出手段）、１３は保護電流設定回路、１４はコンパレータ（電流比較回路）、１５はダイオード（温度検出手段）、１８は第１の保護温度設定回路、２１はコンパレータ（第１の温度比較回路）、２２は第２の保護温度設定回路、２５はコンパレータ（第２の温度比較回路）、２７はラッチ（通電制御回路）である。
【図１】
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【図２】
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