(57)【要約】【課題】回路構成を簡素化しつつ過熱保護のための機能を備えた電流検出回路及び電力供給制御回路を提供する。【解決手段】電力検出回路１１は、バッテリＢＡＴから負荷ＬＯに至る経路の通電電流に応じた電圧と閾値との比較結果の信号を出力する比較回路１３と、閾値を生成する閾値生成回路１４と、を備え、閾値生成回路１４は、温度に応じて特性が変化する温度特性変化素子２０を備え、温度特性変化素子２０の特性の変化に応じて異なる閾値を生成するものであり、温度特性変化素子２０は、半導体スイッチング素子２３に対して伝熱的に配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から負荷に至る経路の通電電流に応じた物理量と閾値との比較結果の信号を出力する比較回路と、
前記閾値を生成する閾値生成回路と、を備え、
前記閾値生成回路は、温度に応じて特性が変化する温度特性変化素子を備え、前記温度特性変化素子の特性の変化に応じて異なる前記閾値を生成するものであり、
前記温度特性変化素子は、前記電源から供給される電流の経路に配された発熱素子に対して伝熱的に配置されている電流検出回路。
【請求項２】
前記閾値生成回路は定電流回路を備えており、前記温度特性変化素子は前記定電流回路に備えられている請求項１に記載の電流検出回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電流検出回路と、
前記電源から前記負荷に供給される電流を通断電する半導体スイッチング素子と、
前記比較回路からの出力に応じて前記半導体スイッチング素子の通断電を制御する制御回路とを備えた電力供給制御装置。
【請求項４】
前記発熱素子は、前記半導体スイッチング素子である請求項３に記載の電力供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出回路及び電力供給制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の通電電流を検出する電流検出回路と、半導体素子の過熱を検出する過熱検出回路とを備えた回路が知られている。
特許文献１は、ワンチップの温度上昇を検出する温度検出回路を備えた過熱保護機能付き半導体装置が記載されている。
【０００３】
この特許文献１では、過熱保護機能付き半導体装置に備えられる電流検出回路とは別に温度検出回路が設けられており、電流検知回路は、電源から駆動回路を経て過熱保護機能付き半導体装置に流れる駆動電流が予め設定されたしきい値電流を超えた場合に検知信号を出力する。また、温度検出回路からチップの温度が出力されると、ゲート遮断回路により、ＭＯＳＦＥＴのゲート入力が遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３０２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１では、半導体素子を過熱保護するために、電流検出回路とは別に温度検出回路を設けているが、電流検出回路の構成を利用して半導体素子の過熱保護を図ることができれば、回路構成を簡素化することができるため好ましい。
【０００６】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、回路構成を簡素化しつつ過熱保護のための機能を備えた電流検出回路及び電力供給制御回路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】
本発明の電流検出回路は、電源から負荷に至る経路の通電電流に応じた物理量と閾値との比較結果の信号を出力する比較回路と、前記閾値を生成する閾値生成回路と、を備え、前記閾値生成回路は、温度に応じて特性が変化する温度特性変化素子を備え、前記温度特性変化素子の特性の変化に応じて異なる前記閾値を生成するものであり、前記温度特性変化素子は、前記電源から供給される電流の経路に配された発熱素子に対して伝熱的に配置されている。
【０００８】
本構成によれば、温度特性変化素子は、発熱素子に伝熱的に配置されているため、発熱素子から伝わる熱に応じて温度特性変化素子の特性が変化し、閾値生成回路は、温度特性変化素子の特性の変化に応じて異なる閾値を生成する。そして、比較回路は、発熱素子から伝わる熱の影響が加味された閾値と電源から負荷に至る経路の通電電流に応じた物理量との比較結果の信号を出力する。これにより、電流検出回路が過熱保護のための機能を備えることが可能になり、回路構成を簡素化することができる。
【０００９】
「伝熱的に配置」とは発熱素子と温度特性変化素子との間の位置関係が、閾値生成回路が発熱素子の熱の影響を加味した閾値を生成可能な程度に温度特性変化素子の特性が変化するように配置されていることをいう。
【００１０】
上記構成の実施態様として以下の構成を有すれば好ましい。
・前記閾値生成回路は定電流回路を備えており、前記温度特性変化素子は前記定電流回路に備えられている。
・前記電流検出回路と、前記電源から前記負荷に供給される電流を通断電する半導体スイッチング素子と、前記比較回路からの出力に応じて前記半導体スイッチング素子の通断電を制御する制御回路とを備えた電力供給制御装置とする。
・前記発熱素子は、前記半導体スイッチング素子である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電流検出回路の回路構成を簡素化しつつ過熱保護のための機能を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１の電力供給制御装置が電源と負荷との間に接続された状態を示すブロック図
【図２】電流検出回路を有する電力供給制御装置の電気的構成を示す図
【図３】図２において定電流回路の具体的構成を示す図
【図４】回路基板上に配された半導体スイッチング素子と温度特性変化素子との位置関係の一例を示す図
【図５】実施形態２の定電流回路を示す図
【図６】実施形態３の定電流回路を示す図
【図７】実施形態４の閾値生成回路が定電流回路を用いない場合の電気的構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態１＞
実施形態１を図１〜図４を参照して説明する。
電力供給制御装置１０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されるものであり、図１に示すように、バッテリＢＡＴ（「電源」の一例）からモータや電装品等の負荷ＬＯに電力が供給される経路に電流検出回路１１と半導体装置２２とが配されている。
【００１４】
電流検出回路１１は、バッテリＢＡＴから供給される電流を検出し、検出結果の信号を制御回路２７に出力する。制御回路２７は、電流検出回路１１の検出結果に応じて半導体装置２２に制御信号を出力し、半導体装置２２は、制御信号に応じて負荷ＬＯに供給される電流の通断電を行う。
【００１５】
より詳しくは、図２に示すように、電力供給制御装置１０の半導体装置２２は、バッテリＢＡＴ（１２[Ｖ]）から負荷ＬＯに至る経路（導電路）に配される半導体スイッチング素子２３（「発熱素子」の一例）と、半導体スイッチング素子２３の下流側に接続されるダイオード２６（「発熱素子」の一例）とを備える。
【００１６】
半導体スイッチング素子２３は、例えばＰ型のパワーＭＯＳＦＥＴであって、バッテリＢＡＴ側から負荷ＬＯ側に至る経路にドレイン−ソース間が直列に接続されて負荷ＬＯに供給される電力の通断電を行う。半導体スイッチング素子２３のゲートは、他のＰ型のＭＯＳＦＥＴからなる半導体スイッチング素子２４のドレインに接続されている。この半導体スイッチング素子２４のゲートは、制御回路２７に接続されており、半導体スイッチング素子２４のドレイン側は、抵抗２５を介してバッテリＢＡＴに接続され、ソース側は接地されている。
これにより、制御回路２７からの制御信号が半導体スイッチング素子２４のゲートに入力されると、半導体スイッチング素子２３が通電や断電を行う。
【００１７】
ダイオード２６は、アノード側が接地されており、カソード側が半導体スイッチング素子２３のソースに接続されている。
半導体スイッチング素子２３とダイオード２６との間は、コイルＬ１とコンデンサＣ１とからなる平滑回路に接続されており、この平滑回路は、負荷ＬＯに接続されている。
【００１８】
電流検出回路１１は、バッテリＢＡＴから負荷ＬＯに至る経路に直列に接続される抵抗１２と、通電電流に応じた電圧と閾値とを比較する比較回路１３と、比較回路１３の閾値を生成する閾値生成回路１４とを備える。
抵抗１２は、一端側が閾値生成回路１４の抵抗２１を介して比較回路１３の−側の入力に接続されており、他端側が抵抗Ｒ１を介して比較回路１３の＋側の入力に接続されている。
【００１９】
比較回路１３は、−側の入力電圧（抵抗１２の下流側の点Ａの電圧と同じ）が＋側の入力電圧である閾値電圧よりも低い場合に、比較結果の信号として、例えば正の電圧信号を出力し、閾値電圧よりも高い場合に負の電圧信号を出力する。
閾値電圧（閾値）は、半導体スイッチング素子２３の通電電流が過電流であるか否かを判断するための基準値である。
【００２０】
閾値生成回路１４は、抵抗２１と、定電流回路１５とを備えている。
定電流回路１５は、一端側が比較回路１３の−側の入力に接続され、他端側が接地されている。
この定電流回路１５は、図３に示すように、トランジスタ１６と、オペアンプ１７と、温度に応じて特性が変化する温度特性変化素子２０とを備えている。
【００２１】
トランジスタ１６は、例えばＰＮＰ型であって、エミッタが比較回路１３の＋側の入力に接続され、コレクタが抵抗１８を介して接地されている。
オペアンプ１７は、＋側の入力が抵抗１９を介して電源側（Ｖｃｃ電源，５[Ｖ]）に接続され、−側の入力がトランジスタ１６のコレクタに接続されている。
【００２２】
温度特性変化素子２０は、温度が上がるにしたがって閾値生成回路１４で生成される閾値を下げる（負の温度特性を有する）ものであればよく、本実施形態では、複数（本実施形態では２個）のダイオードＤを直列に接続したものが用いられている。ダイオードＤは、例えば、ＰＮダイオードが用いられている。この温度特性変化素子は、ＰＮダイオードに限らず、ツェナーダイオード等の他のダイオードを用いることも可能である。
温度特性変化素子２０は、その順方向が通電方向になるよう接続されており、アノード側がオペアンプ１７の＋側の入力に接続され、カソード側が接地されている。
これにより、オペアンプ１７の＋側には温度特性変化素子２０の順方向電圧に応じた電圧が印加される。
【００２３】
ここで、温度特性変化素子２０は、温度が高くなるほど電圧が小さくなる素子であるため、定電流回路１５の電流が小さくなる。すると、比較回路１３の−側の電圧が低くなる。即ち、比較回路１３の閾値が低くなる。
これにより、温度に応じて変化した閾値に基づいて過電流であるか否かの判断結果が制御回路２７に出力される。
【００２４】
ここで、この温度特性変化素子２０は、発熱素子である半導体スイッチング素子２３やダイオード２６に対して伝熱的に配置されている。
「伝熱的に配置」とは半導体スイッチング素子２３やダイオード２６と温度特性変化素子２０との間の位置関係が、閾値生成回路１４が半導体スイッチング素子２３やダイオード２６の熱の影響を加味した閾値を生成可能な程度に温度特性変化素子２０の特性が変化するように配置されていることをいう。
【００２５】
本実施形態では、図４に示すように、例えば４層に積層された回路基板３５上（例えば１，４層の厚さは３５μｍ，２，３層の厚さは７０μｍ）において、半導体スイッチング素子２３と温度特性変化素子２０との間の距離が１５ｍｍとすることができる。なお、発熱素子と温度特性変化素子２０との間の位置関係は、これに限られず、少なくとも発熱素子の熱で温度特性変化素子２０の特性が変化して閾値を生成できるのであればよい。
【００２６】
これにより、例えば、抵抗２１＝１ｋΩ，Ｒ１＝１ｋΩ，抵抗１２＝１０ｍΩ，抵抗１９＝１０ｋΩ，抵抗１８＝１２ｋΩとし、２５℃でのダイオードＤの電圧Ｖｆ＝０．６[Ｖ]とすると、抵抗２１の電圧降下は、(０．６[Ｖ]×２)／１２ｋΩ×１ｋΩ＝１００ｍＶとなり、この過電流判定回路のしきい値は、１００ｍＶ／１０ｍΩ＝１０Ａとなる。
ここで、この回路の定常電流が７Ａとし、ダイオードの温度特性を−２ｍＶ／℃とすると、
(０．６[Ｖ]−０．００２[Ｖ]×ΔＴ)×２／１２ｋΩ×１ｋΩ＝基準電圧
基準電圧/１０ｍΩ＝７Ａ
となる。
ΔＴ＝９０℃となる。つまり、この条件では、温度が９０℃になった場合に、過熱保護が働く。
【００２７】
本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏する。
電流検出回路１１は、バッテリＢＡＴから負荷ＬＯに至る経路の通電電流に応じた電圧（物理量）と閾値との比較結果の信号を出力する比較回路１３と、閾値を生成する閾値生成回路１４と、を備え、閾値生成回路１４は、温度に応じて特性が変化する温度特性変化素子２０を備え、温度特性変化素子２０の特性の変化に応じて異なる閾値を生成するものであり、温度特性変化素子２０は、バッテリＢＡＴ（電源）から供給される電流の経路に配された半導体スイッチング素子２３（発熱素子）及びダイオード２６（発熱素子）に対して伝熱的に配置されている。
【００２８】
本実施形態によれば、温度特性変化素子２０は、発熱素子に伝熱的に配置されているため、発熱素子から伝わる熱に応じて温度特性変化素子２０の特性が変化し、閾値生成回路１４は、温度特性変化素子２０の特性の変化に応じて異なる閾値を生成する。そして、比較回路１３は、発熱素子から伝わる熱の影響が加味された閾値とバッテリＢＡＴから負荷ＬＯに至る経路の通電電流に応じた物理量との比較結果の信号を出力する。これにより、電流検出回路１１が過熱保護のための機能を備えることが可能になり、電流検出回路１１の回路構成を簡素化することができる。
【００２９】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図５を参照して説明する。
実施形態２は、実施形態１の定電流回路１５とは異なる構成の定電流回路２８を備えている。
具体的には、図５に示すように、定電流回路２８は、定電流回路１５のオペアンプ１７をなくし、ダイオードＤからなる温度特性変化素子２０をトランジスタからなる温度特性変化素子２８Ａに変えたものである。他の構成は、実施形態１と同一であり、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
温度特性変化素子２８Ａは、ＮＰＮ型のトランジスタであり、ベース−エミッタ間の電圧は、負の温度特性を有する。
このようにすれば、温度特性変化素子２８Ａの温度特性により、定電流回路１５は、温度に応じて異なる電流が流れるため、閾値生成回路１４が異なる閾値を生成することができる。
【００３０】
＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を図６を参照して説明する。
実施形態３は、実施形態１の定電流回路１５とは異なる構成の定電流回路２９を備えている。
具体的には、図６に示すように、定電流回路２９は、定電流回路１５のオペアンプ１７をなくしたものである。他の構成は、実施形態１と同一であり、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
＜実施形態４＞
次に、本発明の実施形態４を図７を参照して説明する。
実施形態４は、上記実施形態とは異なり、定電流回路１５を用いずに、閾値を生成するものである。上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図７に示すように、バッテリＢＡＴから負荷ＬＯに至る経路に直列に接続された抵抗１２と半導体スイッチング素子２３との間に、オペアンプ３０の−側の入力が接続されている。
【００３２】
オペアンプ３０の＋側の入力は、トランジスタ３１のエミッタに接続されている。トランジスタ３１のエミッタは、抵抗３２を介してバッテリＢＡＴに接続されている。
オペアンプ３０の出力は、トランジスタ３１のベースに接続されている。
トランジスタ３１のコレクタは、抵抗３７を介して接地されるとともに、比較回路１３の−側に入力される。
【００３３】
比較回路１３の＋側の入力は、温度特性変化素子３３を介して接地されている。
温度特性変化素子３３は、ＰＮダイオードが用いられており、アノード側が抵抗３４を介して電源側ラインに接続され、カソード側が接地されている。なお、温度特性変化素子は、ＰＮダイオードに限らず、ツェナーダイオード等の他のダイオードを用いることも可能である。
【００３４】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態の温度特性変化素子２０，３３におけるダイオードの個数は、適宜変更することが可能である。
（２）上記実施形態では、ダイオードＤやトランジスタを温度特性変化素子としたが、温度によって特性が変化するのであれば、これに限られない。例えば、リアクトルやサーミスタであってもよい。
（３）上記実施形態では、比較回路は、通電電流に応じた物理量としての電圧を閾値と比較したが、これに限られない。例えば、通電電流に応じた物理量としての電流を閾値と比較してもよい。
（４）半導体スイッチング素子２３，２４は、Ｐ型のＭＯＳＦＥＴとしたが、これに限られない。例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴや、トランジスタ等の他のスイッチング素子を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０...電力供給制御装置
１１...電流検出回路
１２...抵抗
１３...比較回路
１４...閾値生成回路
１５...定電流回路
１６...トランジスタ
１７...オペアンプ
２０，２８Ａ，３３...温度特性変化素子
２１...抵抗
２２...半導体装置
２３...半導体スイッチング素子（発熱素子）
２４...半導体スイッチング素子
２６...ダイオード（発熱素子）
２７...制御回路
２８，３１...トランジスタ
ＢＡＴ...バッテリ（電源）
ＬＯ...負荷
【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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