(57)【要約】【課題】チャージポンプ回路の出力電圧が低下した場合に、チャージポンプ回路の出力電圧が供給される出力トランジスタの発熱を抑制することができる負荷駆動装置を提供すること。【解決手段】チャージポンプ回路１０の出力電圧を複数の負荷駆動回路２１〜２３に使用するものであり、チャージポンプ回路１０の出力電圧（昇圧能力）を常に監視し、チャージポンプ回路１０の出力電圧が低下したことを検出させる。そして、異常電圧検出部３０にてチャージポンプ回路１０の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された場合、チャージポンプ回路１０の出力電圧が基準値を超えたことが検出されるまでの間、優先順位が低い負荷駆動回路２１〜２３におけるＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａから順番にオフする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
電源電圧を該電源電圧よりも高い電圧に昇圧するチャージポンプ回路と、
複数の前記負荷をそれぞれ駆動するものであり、一つの前記チャージポンプ回路に対して共通に接続されて、該チャージポンプ回路の出力電圧がゲートに供給される出力トランジスタを含み、優先順位が付けられた複数の負荷駆動回路と、
前記チャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いか否かを検出する異常電圧検出部と、
前記異常電圧検出部にて前記チャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された場合、前記チャージポンプ回路の出力電圧が基準値を超えたことが検出されるまでの間、優先順位が低い前記負荷駆動回路における前記出力トランジスタから順番にオフするトランジスタ停止手段と、
を備えることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記トランジスタ停止手段は、少なくとも前記チャージポンプ回路における電圧の出力開始から出力が安定するまでの時間間隔をおいて前記出力トランジスタを順番にオフすることを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記トランジスタ停止手段は、前記異常電圧検出部にて前記チャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された後に、出力電圧が基準値を超えたことが検出された場合、出力電圧が基準値を超えたことが検出された直前にオフした前記出力トランジスタよりも前にオフした前記出力トランジスタをオンすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の負荷駆動回路が１つの昇圧回路（チャージポンプ回路）を共用する構成の負荷駆動装置の一例として特許文献１に示されるものがあった。
【０００３】
特許文献１に示される負荷駆動装置は、２つのソレノイドの各々へ電流を流し出す２つの出力トランジスタと、各出力トランジスタを制御信号に応じてオン／オフさせる２つの駆動回路とを備え、その各駆動回路が１つのチャージポンプ回路の出力電圧ＶＣＰを共用して、対応する出力トランジスタをオンさせる。そして、２つの出力トランジスタのうち駆動応答性の面で優先度が低い出力トランジスタの駆動回路は、チャージポンプ回路の出力電圧ＶＣＰが基準電圧よりも低くなったことが電圧判定回路で検知されると、その優先度が低い出力トランジスタのゲートへの駆動電流を通常の半分に抑制するものである。
【特許文献１】特開２００２−２７８６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、チャージポンプ回路の出力電圧ＶＣＰが低くなった場合、出力トランジスタのオン抵抗が増加する。このような状況で出力トランジスタに対して駆動電流を供給すると、出力トランジスタが発熱することになる。さらに、過熱フェールセーフ機能を備える場合は、チャージポンプ回路を共用する全ての出力トランジスタがオフしてしまう可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、チャージポンプ回路の出力電圧が低下した場合に、チャージポンプ回路の出力電圧が供給される出力トランジスタの発熱を抑制することができる負荷駆動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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の負荷駆動装置は、
複数の負荷を駆動するものであって、
電源電圧を該電源電圧よりも高い電圧に昇圧するチャージポンプ回路と、
複数の負荷をそれぞれ駆動するものであり、一つのチャージポンプ回路に対して共通に接続されて、該チャージポンプ回路の出力電圧がゲートに供給される出力トランジスタを含み優先順位が付けられた複数の負荷駆動回路と、
チャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いか否かを検出する異常電圧検出部と、
異常電圧検出部にてチャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された場合、チャージポンプ回路の出力電圧が基準値を超えたことが検出されるまでの間、優先順位が低い負荷駆動回路における出力トランジスタから順番にオフするトランジスタ停止手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように、チャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低い場合は、優先順位が低い負荷駆動回路における出力トランジスタから順番にオフすることによって、チャージポンプ回路の出力電圧が低下して出力トランジスタのオン抵抗の増大することによる出力トランジスタの発熱を抑制することができる。また、過熱フェールセーフ機能を備える場合であっても、出力トランジスタの発熱を抑制することができるので、全ての出力トランジスタがオフすることを抑制することができる。
【０００８】
また、チャージポンプ回路は、電圧の出力開始から出力が安定するまである程度の時間を要する。従って、請求項２に示すように、トランジスタ停止手段は、少なくともチャージポンプ回路における電圧の出力開始から出力が安定するまでの時間間隔をおいて出力トランジスタを順番にオフするようにしてもよい。
【０００９】
このようにすることによって、異常電圧検出部による誤検出を抑制することができるので好ましい。
【００１０】
また、請求項３に示すように、トランジスタ停止手段は、異常電圧検出部にてチャージポンプ回路の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された後に、出力電圧が基準値を超えたことが検出された場合、出力電圧が基準値を超えたことが検出された直前にオフした出力トランジスタよりも前にオフした出力トランジスタをオンするようにしてもよい。
【００１１】
このようにすることによって、チャージポンプ回路の出力に悪影響を及ぼしている出力トランジスタのみをオフすることができるので好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における負荷駆動装置の概略構成を示す回路図である。
【００１３】
本実施の形態における負荷駆動装置は、一つのチャージポンプ回路１０の出力電圧を複数の負荷駆動回路２１〜２３に使用するものである。また、負荷駆動装置が駆動する負荷は、例えば、自動車のエンジン駆動制御やトランスミッション制御、及び周辺アクセサリ機能などに用いるリレーやソレノイドなどを含むことができる。
【００１４】
この負荷駆動装置は、図１に示すように、電源電圧ＶＢ（例えば、バッテリー電圧）を電源電圧ＶＢよりも高い電圧ＶＣＰに昇圧するチャージポンプ回路１０と、一つのチャージポンプ回路１０に対して共通に接続される複数の負荷駆動回路２１〜２３と、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが基準値（ＶＢ＋Ｖｔ）よりも低いか否かを検出し、低い場合に異常電圧検出信号を出力する異常電圧検出部３０と、優先順位が低い負荷駆動回路２１〜２３におけるＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａから順番にオフするためのセレクタ回路（ＳＥＬ）４０（トランジスタ停止手段）及びＡＮＤ回路５１〜５３（トランジスタ停止手段）などを含む。なお、負荷駆動装置は、図示しないマイコン（専用ＩＣなどであってもよい）に接続される。そして、チャージポンプ回路１０、ＡＮＤ回路５１〜５３には、このマイコンからイネーブル信号（ＥＮ信号、ＥＮ１〜ＥＮ３）が入力される。また、異常電圧検出部３０が出力する異常電圧信号はマイコンにも入力される。
【００１５】
チャージポンプ回路１０は、イネーブル信号（ＥＮ信号、ＥＮ１〜ＥＮ３）の入力に応じて、電源電圧ＶＢを出力電圧（昇圧電圧）ＶＣＰに昇圧する。この出力電圧ＶＣＰは、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの低オン抵抗動作条件であるＶＢ＋Ｖｔ以上が必要である。なお、回路構成などに関しては周知技術であるため説明を省略する。
【００１６】
負荷駆動回路２１〜２３は、複数の負荷２１ｄ〜２３ｄをそれぞれ駆動するものであり、チャージポンプ回路１０の出力電圧がゲートに供給されるＮｃｈＭＯＳトランジスタ（出力トランジスタ）２１ａ〜２３ａ、定電流源２１ｂ〜２３ｂ、抵抗２１ｃ〜２３ｃ、及び、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの発熱上昇による過熱フェールセーフ機能のための過熱検出回路２１ｅ〜２３ｅなどを含む。
【００１７】
定電流源２１ｂ〜２３ｂは、ＡＮＤ回路５１〜５３からの出力信号、及び過熱検出回路２１ｅ〜２３ｅからの出力に応じてオンオフする。そして、この定電流源２１ｂ〜２３ｂのオンオフに伴って、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａがオンオフする。換言すると、ＡＮＤ回路５１〜５３からの出力信号に応じて、負荷駆動回路２１〜２３がオンオフする。後ほど詳しく説明するが、定電流源２１ｂ〜２３ｂは、出力電圧ＶＣＰが異常である場合に優先順位の低い方からオフするものである。
【００１８】
また、定電流源２１ｂ〜２３ｂは、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの発熱によって温度が所定値を超えると、過熱検出回路２１ｅ〜２３ｅによる過熱フェールセーフ機能によってオフするものである。なお、過熱検出回路２１ｅは、例えば、図２に示すように、電源、抵抗２１ｅ１，２１ｅ２からなる基準電圧発生部と、電源、定電流源２１ｅ３、抵抗２１ｅ４、温度検出用ダイオード２１ｅ５からなる温度検出部と、コンパレータ２１ｅ６とを備える。なお、温度検出用ダイオード２１ｅ５の順方向電圧ＶＦは温度上昇と共に低下する。
【００１９】
温度検出用ダイオード２１ｅ５のアノードは、抵抗２１ｅ４、定電流源２１ｅ３を介して電源に接続されており、温度検出用ダイオード２１ｅ５には定電流源２１ｅ３から定電流が流れる。そして、温度上昇に伴い温度検出用ダイオード２１ｅ５のアノード電圧は低下する。一方、基準電圧発生部では、直列接続された抵抗２１ｅ１，２１ｅ２は電源の電圧を分圧しており、抵抗２１ｅ１，２１ｅ２の接続点より基準電圧を生成する。コンパレータ２１ｅ６は、第１の入力端子には抵抗２１ｅ１，２１ｅ２の接続点から基準電圧（閾値電圧）が入力され、第２の入力端子には温度検出部の温度検出用ダイオード２１ｅ５のアノード電圧が入力され、第１、第２の入力端子の電圧を比較し出力する。
【００２０】
この過熱検出回路２１ｅにおいて、温度上昇に伴って温度検出用ダイオード２１ｅ５のアノード電圧は低下し、温度検出用ダイオード２１ｅ５のアノード電圧が第１の入力端子の電圧、すなわち閾値電圧より低くなった場合に、コンパレータの出力電圧が反転する。このようにして過熱状態を検出している。なお、過熱検出回路２２ｅ，２３ｅは、過熱検出回路２１ｅと同じ構成を有するものであるので説明は省略する。
【００２１】
負荷駆動回路２１〜２３は、異常時の影響度などによって決められる優先順位が付けられている。優先順位が低いほうが異常時の影響度が小さく、優先順位が高いほうが異常時の影響度が大きい。つまり、車両の走行に関係する負荷を駆動する負荷駆動回路の優先順位は高く、車両の走行に影響しない負荷を駆動する負荷駆動回路の優先順位は低く設定される。例えば、エンジン駆動制御（ＩＧ）などに関係する負荷を駆動する負荷駆動回路は、優先順位は高く、周辺のアクセサリ機能などに関係する負荷を駆動する負荷駆動回路は、優先順位は低い。なお、本実施の形態においては、負荷駆動回路２３が最も優先順位が高く、次に優先順位が高いのが負荷駆動回路２２、そして、最も優先順位が低いのが負荷駆動回路２１として説明する。
【００２２】
異常電圧検出部３０は、例えば、図３に示すように、コンパレータ３１と複数の抵抗３２〜３５などによって構成される回路を適用することができる。この抵抗３２〜３５は、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰがＶＢ＋Ｖｔ以上であることを検出できるような抵抗比とする。異常電圧検出部３０が出力する異常電圧検出信号は、マイコンに加えてセレクタ回路４０にも入力される。
【００２３】
セレクタ回路４０は、図４に示すように、異常電圧検出部３０からの信号が入力されるバッファ４１と、バッファ４１の出力信号と発振回路４２の出力信号とが入力されるＡＮＤ回路４３と、ＡＮＤ回路４３の出力に伴って所定時間毎（本実施の形態では１ｍｓ毎）にＡＮＤ回路５１〜５３に信号を出力するタイマー４４などを備える。
【００２４】
なお、チャージポンプ回路１０は、図６に示すように、イネーブル信号ＥＮが入力されてから昇圧を開始して、出力電圧ＶＣＰが安定するまでには時間が必要ある。チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが安定する前にタイマー４４が信号を出力した場合、異常電圧検出部３０は、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが安定する前の電圧値で異常を検出することになり誤検出となり得る可能性がある。このタイマー４４を用いて所定時間毎にＡＮＤ回路５１〜５３に信号を出力するのは、このような誤検出を抑制するためである。また、このようにすることによって、必要最小限の出力トランジスタのみを停止させることができるので好ましい。
【００２５】
チャージポンプ回路１０は、自身の不良により必要とする出力電圧ＶＣＰが得られない場合がある。また、チャージポンプ回路１０は、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰを使用する負荷駆動回路２１〜２３の様々な半導体デバイス特性による出力電圧ＶＣＰの低下も起こりうる。例えば、このような負荷駆動装置では、３つの負荷駆動回路２１〜２３を同時にＯＮさせて、どこかの負荷駆動回路２１〜２３でデバイスのリークが発生した場合、図６に示すようにチャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが低下する（異常時）。つまり、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰは、上述のように、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの低オン抵抗動作条件としてＶＢ＋Ｖｔが必要であるにも関わらず、異常時にはＶＢ＋Ｖｔに達しないことがある。なお、デバイスのリークとは、例えば、図１のＮｃｈＭＯＳトランジスタ２２ａの符号２２Ｌ（点線）で示すゲートからのリークである。
【００２６】
ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａは、図５に示すような特性を有するものである。したがって、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａは、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが低下すると、フルオンできず、オン抵抗が増加して負荷駆動能力が低下する。また、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａは、オン抵抗増加による発熱増加に至る。その際、所定の温度以上になり（温度検出用ダイオードのアノード電圧が閾値電圧より低くなった場合）、過熱検出回路２１ｅ〜２３ｅによって過熱状態が検出されると、過熱フェールセーフ機能によって、全てのＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａがオフする可能性がある。
【００２７】
そこで、本実施の形態の負荷駆動装置は、上述のようにチャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰの異常を異常電圧検出部３０で検出して、出力電圧ＶＣＰの異常が検出されると、優先順位の低い負荷駆動回路２１〜２３からオフしていくものである。この負荷駆動装置の動作を図７に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００２８】
まず、（例えば、マイコンから）イネーブル信号ＥＮ１〜ＥＮ３が出力されると、負荷駆動回路２１〜２３がオンすると共に、チャージポンプ回路１０が電源電圧の昇圧を開始する。そして、異常電圧検出部３０がチャージポンプ回路１０の出力電圧の異常（基準値よりも低いこと）を検出すると、異常を検出してから所定時間（例えば１ｍｓ）後に、最も優先順位の低い負荷駆動回路２１に対するタイマー４４からの出力信号をオフにする。これによって、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａがオフして負荷駆動回路２１がオフする。
【００２９】
その後、負荷駆動回路２１に対するタイマー４４の出力信号をオフ（ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａをオフ）にしてから所定時間（１ｍｓ）経過するまでの間に、異常電圧検出部３０がチャージポンプ回路１０の出力電圧の異常（基準値よりも低いこと）を検出した場合、負荷駆動回路２１に対するタイマー４４の出力信号をオフにしてから所定時間（１ｍｓ）後に、次に優先順位の低い負荷駆動回路２２に対するタイマー４４の出力信号をオフにする。つまり、チャージポンプ回路１０や負荷駆動回路２２、２３が正常であれば、チャージポンプ回路１０の出力電圧が安定するはずの時間までに、チャージポンプ回路１０の出力電圧が正常にならなかった場合は、次に優先順位の低い負荷駆動回路２２をオフする。
【００３０】
そして、負荷駆動回路２２に対するタイマー４４の出力信号をオフ（ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２２ａをオフ）にしてから所定時間（１ｍｓ）経過するまでの間に、異常電圧検出部３０がチャージポンプ回路１０の出力電圧の異常を検出しなかった場合、負荷駆動回路２２に異常があったとみなすことができる。したがって、負荷駆動回路２３に対するタイマー４４の出力信号をオフする必要はない。
【００３１】
つまり、本実施の形態における負荷駆動装置は、チャージポンプ回路１０の出力電圧を複数の負荷駆動回路２１〜２３に使用するものであり、チャージポンプ回路１０の出力電圧（昇圧能力）を常に監視し、チャージポンプ回路１０の出力電圧が低下したこと（異常）を検出させる。そして、異常電圧検出部３０にてチャージポンプ回路１０の出力電圧が基準値よりも低いことが検出された場合、チャージポンプ回路１０の出力電圧が基準値を超えたことが検出されるまでの（正常になるまでの）間、優先順位が低い負荷駆動回路２１〜２３におけるＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａから順番にオフする（トランジスタ停止手段）。
【００３２】
このように、チャージポンプ回路１０の出力電圧が基準値よりも低い場合は、優先順位が低い負荷駆動回路２１〜２３におけるＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａから順番にオフすることによって、チャージポンプ回路１０の出力電圧が低下してＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａのオン抵抗の増大することによるＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの発熱を抑制することができる。また、ＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａの発熱を抑制することができるので、チャージポンプ回路１０の出力電圧ＶＣＰが異常となった場合であっても、過熱フェールセーフ機能にて全てのＮｃｈＭＯＳトランジスタ２１ａ〜２３ａがオフすることを抑制することができる。従って、異常時のシステムとしての影響度を緩和することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、チャージポンプ回路１０の出力電圧を使用する負荷駆動回路として、３つの負荷駆動回路２１〜２３を備える例を採用して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。チャージポンプ回路１０の出力電圧を使用する複数の負荷駆動回路を備えるものであれば、本発明の目的は達成できるものである。
【００３４】
また、ＡＮＤ回路５１〜５３の出力をマイコンにも入力するようにする。そして、異常電圧検出部３０にてチャージポンプ回路１０の出力電圧の異常（基準値よりも低いこと）が検出された後に、出力電圧が正常となった（基準値を超えたことが検出された）場合、出力電圧が正常となったことが検出された直前にオフしたＮｃｈＭＯＳトランジスタよりも前にオフしたＮｃｈＭＯＳトランジスタをオン（復帰）するようにしてもよい。
【００３５】
このようにすることによって、チャージポンプ回路１０の出力に悪影響を及ぼしているＮｃｈＭＯＳトランジスタのみをオフすることができるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態における負荷駆動装置の概略構成を示す回路図である。
【図２】過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態における異常電圧検出部の概略構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるセレクタ回路の概略構成を示す回路図である。
【図５】ＮｃｈＭＯＳトランジスタのゲート電圧とオン抵抗の特性を示すグラフである。
【図６】チャージポンプ回路の出力電圧の正常時と異常時とを示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態における負荷駆動装置の動作タイミングを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  チャージポンプ回路、２１〜２３  負荷駆動回路、２１ａ〜２３ａ  ＮｃｈＭＯＳトランジスタ、２１ｂ〜２３ｂ  定電流源、２１ｃ〜２３ｃ  抵抗、２１ｄ〜２３ｄ  負荷、３０  異常電圧検出部、３１  コンパレータ、３２〜３５  抵抗、４０  セレクタ回路（ＳＥＬ）、４１  バッファ回路、４２  発振回路、４３  ＡＮＤ回路、４４  タイマー、５１〜５３  ＡＮＤ回路
【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６】
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【図７】
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