(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と、
外部の制御装置から与えられる制御信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動するための駆動制御信号を出力するドライブ回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを備え、
前記ドライブ回路は、
前記制御信号が前記スイッチング素子を駆動するための信号である場合、信号レベルが相対的に低いローレベルの前記駆動制御信号を出力し、
前記制御信号が前記スイッチング素子の駆動を停止するための信号である場合、信号レベルが相対的に高いハイレベルの前記駆動制御信号を出力し、
前記制御回路は、
電荷を蓄積するための電荷蓄積用コンデンサを有し、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるとき、前記スイッチング素子の駆動を停止し、前記電荷蓄積用コンデンサに充電を行い、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるとき、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記スイッチング素子からの放電インピーダンスを調整する放電インピーダンス調整回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記電荷蓄積用コンデンサからの電荷の逆流を防止するための電荷逆流防止用ショットキーバリアダイオードと、
前記電荷逆流防止用ショットキーバリアダイオードのアノードとカソードとの間に設けられる電界効果型トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルからローレベルに切り替わるときに、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷の放電を抑制する放電抑制回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記電流検出回路によって検出される前記スイッチング素子に流れる電流が、予め定める電流値よりも高くなると、前記制御回路の消費電流を増加させる回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記制御回路は、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記電流検出回路によって検出される前記スイッチング素子に流れる電流が、予め定める電流値よりも高くなると、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記ドライブ回路に電流を流す回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記制御回路は、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記電流検出回路によって検出される前記スイッチング素子に流れる電流が、予め定める電流値よりも高くなると、前記制御回路の消費電流を増加させる回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記電流検出回路によって検出される前記スイッチング素子に流れる電流が、予め定める電流値よりも高くなると、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記ドライブ回路に電流を流す回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記制御回路は、
温度を検出する温度検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記温度検出回路によって検出される温度が、予め定める温度よりも高くなると、前記制御回路の消費電流を増加させる回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記制御回路は、
温度を検出する温度検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記温度検出回路によって検出される温度が、予め定める温度よりも高くなると、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記ドライブ回路に電流を流す回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、
温度を検出する温度検出回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記温度検出回路によって検出される温度が、予め定める温度よりも高くなると、前記制御回路の消費電流を増加させる回路と、
前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記温度検出回路によって検出される温度が、予め定める温度よりも高くなると、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記ドライブ回路に電流を流す回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記消費電流を増加させる回路と電源との間に、電界効果型トランジスタを備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記消費電流を増加させる回路と電源との間に、電界効果型トランジスタを備えることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記消費電流を増加させる回路は、ショットキーバリアダイオードを介して、前記ドライブ回路に接続されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記消費電流を増加させる回路は、ショットキーバリアダイオードを介して、前記ドライブ回路に接続されることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記ドライブ回路は、前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記制御回路の消費電流を電圧情報として検出する機能を有することを特徴とする請求項５、８、１１〜１４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記ドライブ回路は、前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記制御回路から前記ドライブ回路へ流れ込む電流を電圧情報として検出する機能を有することを特徴とする請求項６または９に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記ドライブ回路は、
前記駆動制御信号がハイレベルであるときに、前記制御回路によって消費される電流を電圧情報として検出する機能と、
前記駆動制御信号がローレベルであるときに、前記制御回路から前記ドライブ回路へ流れ込む電流を電圧情報として検出する機能とを有することを特徴とする請求項７または１０に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記駆動制御信号がハイレベルであるときに前記電圧情報を検出する機能と、前記駆動制御信号がローレベルであるときに前記電圧情報を検出する機能とは、同一の回路によって実現されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記ドライブ回路は、前記制御装置から与えられる前記制御信号を、複数の抵抗の分圧によって制限して、前記駆動制御信号として前記制御回路に出力することを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記ドライブ回路は、前記制御装置から与えられる前記制御信号を、ダイオードを介して前記駆動制御信号として前記制御回路に出力することを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、より詳細には、内燃機関のイグニッションシステムにおいて、スイッチング素子によって誘導負荷を駆動する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関たとえば自動車のエンジンのイグニッションシステムでは、トランスなどの誘導負荷を用いて、エンジンが点火される。トランスは、半導体装置のスイッチング素子によって駆動される。スイッチング素子は、エンジン制御用コンピュータから出力される着火信号に基づいて、ドライブ回路によって動作される。【０００３】
イグニッションシステムに用いられる半導体装置には、保護機能が搭載される（たとえば特許文献１〜４参照）。たとえば、半導体装置には、焼損破壊を回避するために、予め定める時間以上持続してオン信号が印加されたとき、負荷電流を遮断する機能が搭載される。負荷電流を遮断する動作は、半導体装置の自己保護による遮断動作であるので、本来、エンジン制御用コンピュータから着火信号が出力されるタイミングとは異なるタイミングで行われる可能性が極めて高い。【０００４】
遮断動作のタイミングによっては、エンジンのバックファイアおよびノッキングなどの問題が発生する。最悪の場合は、エンジンの機械機構の破壊を招くおそれがあるという問題もある。これらの問題を防ぐために、半導体装置には、負荷電流の緩慢な遮断を実現し、不要な点火動作を防止する機能が搭載される。その他にも、半導体装置には、自己保護として、異常温度および過電流に対する対策も行われている。このように半導体装置は、誤点火のリスクを極力回避するように構成されている。【０００５】
また、イグニッションシステムに半導体装置として用いられる電力用半導体装置が接続されるパワー半導体用グランド（以下「パワーＧＮＤ」という場合がある）は、ドライブ回路から出力される出力信号の信号レベルがロー（Ｌｏｗ）レベルのときに、サージなどの印加によって電位が−６０Ｖ程度まで下がるおそれがある。これは、バッテリーが接続されるバッテリーグランド（以下「バッテリーＧＮＤ」という場合がある）までの配線の影響である。【０００６】
ドライブ回路から出力される出力信号の信号レベルがローレベルのときに、パワーＧＮＤの電位が−６０Ｖ程度まで下がると、半導体装置が誤動作し、スイッチング素子が再度オン（ＯＮ）動作をしてしまうおそれがある。これを防ぐために、半導体装置には、サージなどの短いパルス信号では動作しないように、不要な点火動作を防止する機能が保護機能として搭載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１７２３５８号公報
【特許文献２】特開平１１−２０５１１２号公報
【特許文献３】特開平７−１４２７１１号公報
【特許文献４】特開２０１０−２２６８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の特許文献１〜４などに開示されるように、イグニッションシステムに用いられる半導体装置には、保護機能が搭載される。保護機能は、半導体装置の回路規模を増大させ、低コスト化および小型化を阻害する要因となっている。【０００９】
本発明の目的は、保護機能を有し、かつ小型化および低コスト化を実現可能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、スイッチング素子と、外部の制御装置から与えられる制御信号に基づいて、前記スイッチング素子を駆動するための駆動制御信号を出力するドライブ回路と、前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号に基づいて、前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを備え、前記ドライブ回路は、前記制御信号が前記スイッチング素子を駆動するための信号である場合、信号レベルが相対的に低いローレベルの前記駆動制御信号を出力し、前記制御信号が前記スイッチング素子の駆動を停止するための信号である場合、信号レベルが相対的に高いハイレベルの前記駆動制御信号を出力し、前記制御回路は、電荷を蓄積するための電荷蓄積用コンデンサを有し、前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がハイレベルであるとき、前記スイッチング素子の駆動を停止し、前記電荷蓄積用コンデンサに充電を行い、前記ドライブ回路から出力される前記駆動制御信号がローレベルであるとき、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、前記スイッチング素子を駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、ドライブ回路からハイレベルの駆動制御信号が出力されると、制御回路によって、スイッチング素子の駆動が停止され、電荷蓄積用コンデンサに充電が行われる。ドライブ回路からローレベルの駆動制御信号が出力されると、制御回路によって、電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を用いて、スイッチング素子が駆動される。【００１２】
このようにスイッチング素子の駆動には、制御回路の電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷が用いられるので、スイッチング素子が連続して通電されると、制御回路の消費電力によって、電荷蓄積用コンデンサが放電する。この放電に伴い、スイッチング素子を電流が流れる導通状態とするための駆動電圧が徐々に低下する。これによって、スイッチング素子に流れる電流を緩慢に遮断することができるので、半導体装置を保護することができる。また、ドライブ回路から出力される駆動制御信号がハイレベルであるときには、電荷蓄積用コンデンサに充電されるのみで、スイッチング素子は駆動されないので、スイッチング素子が不所望に導通状態になることを防ぎ、半導体装置を保護することができる。【００１３】
このように本発明によれば、保護回路を別途設けることなく、保護機能を実現することができる。したがって、保護機能を有し、かつ小型化および低コスト化を実現可能な半導体装置を実現することができる。【００１４】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】点火装置１０の構成の一例を示す図である。
【図２】半導体装置１の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の前提技術である半導体装置１の制御回路１２およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態である半導体装置３０の制御回路３１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図５】図４の制御回路３１およびスイッチング素子部３の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態である半導体装置３５の制御回路３６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態である半導体装置４０の制御回路４１およびスイッチング素子３の構成を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態である半導体装置４５の制御回路４６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態である半導体装置５０の制御回路５１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態である半導体装置５５の制御回路５６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態である半導体装置６０の制御回路６１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態である半導体装置６５の制御回路６６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第９の実施の形態である半導体装置７０の制御回路７１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１４】本発明の第１０の実施の形態である半導体装置７５の制御回路７６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第１１の実施の形態である半導体装置８０の制御回路８１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１６】本発明の第１１の実施の形態の変形例である半導体装置８５の制御回路８６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第１２の実施の形態である半導体装置９０の制御回路９１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第１２の実施の形態の変形例である半導体装置９５の制御回路９６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。
【図１９】本発明の前提技術である半導体装置１のドライブ回路１１の構成を示す図である。
【図２０】本発明の第１３の実施の形態におけるドライブ回路１００の構成を示す図である。
【図２１】本発明の第１４の実施の形態におけるドライブ回路１０５の構成を示す図である。
【図２２】本発明の第１５の実施の形態におけるドライブ回路１１０の構成を示す図である。
【図２３】本発明の第１６の実施の形態におけるドライブ回路１１５の構成を示す図である。
【図２４】本発明の第１７の実施の形態におけるドライブ回路１２０の構成を示す図である。
【図２５】本発明の第１８の実施の形態におけるドライブ回路１２５の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
図１は、点火装置１０の構成の一例を示す図である。点火装置１０は、内燃機関たとえば自動車のエンジンの点火システムであるイグニッションシステムに備えられる。点火装置１０は、半導体装置１、点火用トランス４、点火プラグ５、電子制御ユニット（Electronic Control Unit；略称：ＥＣＵ）６および電源９を備えて構成される。
【００１７】
半導体装置１は、集積回路２およびスイッチング素子部３を備える。集積回路２は、ドライブ回路１１、制御回路１２および電流検出抵抗Ｒｓ１を備える。スイッチング素子部３は、スイッチング素子として、電力用半導体素子、具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；略称：ＩＧＢＴ）Ｑ１を備える。またスイッチング素子部３は、ツェナーダイオードＺｄ１を備える。点火用トランス４は、一次側コイル１３および二次側コイル１４を備える。
【００１８】
ＥＣＵ６は、ドライブ回路１１および制御用グランド７に接続される。ＥＣＵ６は、制御用コンピュータであり、中央演算処理装置（Central Processing Unit；略称：ＣＰＵ）を備えて構成される。ＥＣＵ６は、制御装置に相当する。
【００１９】
ＥＣＵ６は、スイッチング素子部３のスイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１を制御する制御信号Ｓｄを、ドライブ回路１１に与える。ドライブ回路１１は、制御回路１２および制御用グランド７に接続される。ドライブ回路１１は、ＥＣＵ６から与えられた制御信号Ｓｄを制御回路１２に与える。ドライブ回路１１から制御回路１２に出力される制御信号Ｓｄは、駆動制御信号に相当する。
【００２０】
制御回路１２は、スイッチング素子部３を構成するＩＧＢＴ  Ｑ１およびツェナーダイオードＺｄ１、電流検出抵抗Ｒｓ１およびパワー半導体用グランド８に接続される。制御回路１２は、具体的には、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート、およびツェナーダイオードＺｄ１のアノードに、それぞれ接続される。
【００２１】
制御回路１２は、ドライブ回路１１から与えられる制御信号Ｓｄと、予め定められる動作条件とに基づいて、スイッチング素子部３のＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動させるドライブ信号Ｖｇｅを生成する。制御回路１２は、生成したドライブ信号Ｖｇｅを、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに与える。これによって、制御回路１２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１の駆動を制御する。
【００２２】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタは、点火用トランス４の一次側コイル１３の一端およびツェナーダイオードＺｄ１のカソードに接続される。点火用トランス４の一次側コイル１３の他端には、電源９が接続される。ツェナーダイオードＺｄ１のアノードは、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートおよび制御回路１２に接続される。点火用トランス４の二次側コイル１４の一端には、電源９が接続される。点火用トランス４の二次側コイル１４の他端には、点火プラグ５の一端が接続される。点火プラグ５の他端は、パワー半導体用グランド８に接続される。
【００２３】
ツェナーダイオードＺｄ１は、点火用トランス４を構成する一次側コイル１３および二次側コイルの巻き線の絶縁破壊を防止するために、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタとゲートとの間に設けられる。ツェナーダイオードＺｄ１は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタとエミッタとの間の電圧（以下「コレクタ−エミッタ間電圧」という場合がある）Ｖｃｅを予め定める電圧に固定（クランプ（clamp））するためのクランプツェナーである。ツェナーダイオードＺｄ１は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを、たとえば５００Ｖ程度にクランプする。
【００２４】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタは、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端に接続される。電流検出抵抗Ｒｓ１の他端は、パワー半導体用グランド８に接続される。電流検出抵抗Ｒｓ１の一端には、制御回路１２が接続される。制御回路１２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタに流れるエミッタ電流を、電流検出抵抗Ｒｓ１によってセンス電圧Ｖｓｅｎｓｅに変換して検出する。
【００２５】
具体的には、制御回路１２は、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端とパワー半導体用グランド８との電位差を、センス電圧Ｖｓｅｎｓｅとして検出する。制御回路１２は、検出したセンス電圧Ｖｓｅｎｓｅと、電流検出抵抗Ｒｓ１の抵抗値とに基づいて、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタに流れるエミッタ電流を求める。このようにして求めたエミッタ電流を、以下の説明では、センス電流Ｉｓｅｎｓｅという。
【００２６】
点火装置１０は、以下のように動作する。点火装置１０の半導体装置１は、ＥＣＵ６から、制御信号Ｓｄとして、スイッチング素子部３のＩＧＢＴ  Ｑ１をオンにするためのオン信号が与えられると、ＥＣＵ６からのオン信号を、ドライブ回路１１を介して、制御回路１２の制御端子で受信する。制御回路１２は、受信したオン信号に基づいて、ＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動する。これによって、半導体装置１は、負荷である点火用トランス４に電流を流す。
【００２７】
点火タイミング時には、ＥＣＵ６から、制御信号Ｓｄとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするためのオフ信号が与えられる。半導体装置１は、ＥＣＵ６からのオフ信号を、ドライブ回路１１を介して、制御回路１２の制御端子で受信する。制御回路１２は、受信したオフ信号に基づいて、ＩＧＢＴ  Ｑ１をターンオフし、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタとエミッタとの間の導通を遮断する。
【００２８】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタ−エミッタ間の導通の遮断によって、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが上昇し、点火用トランス４の二次側コイル１４に、巻き数比倍された高電圧が励起され、点火用電圧Ｖ２として、点火プラグ５に印加される。点火用電圧Ｖ２は、たとえば、マイナス（−）３０ｋＶ以上である。
【００２９】
図２は、半導体装置１の動作を示すタイミングチャートである。図２では、半導体装置１の動作を示すために、ＥＣＵ６からドライブ回路１１を介して制御回路１２に与えられる制御信号Ｓｄ（Ｖ）、制御回路１２からＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに与えられるドライブ信号Ｖｇｅ（Ｖ）、点火用トランス４からＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる負荷電流Ｉｃ（Ａ）、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ（Ｖ）、および点火用電圧Ｖ２（Ｖ）の変化を表すタイミングチャートを示している。ドライブ信号Ｖｇｅ（Ｖ）は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートとエミッタとの間の電圧（以下「ゲート−エミッタ間電圧」という）となる。図２の横軸は、時間Ｔ（ｓｅｃ）である。
【００３０】
時刻ｔ１において、制御回路１２に与えられる制御信号Ｓｄの信号レベルがロー（Ｌｏｗ）レベルからハイ（Ｈｉ）レベルに切り替わると、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに与えられるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがローレベルからハイレベルとなる。これによって、負荷である点火用トランス４から、負荷電流ＩｃがＩＧＢＴ  Ｑ１に流れ始める。負荷電流Ｉｃは、徐々に増加する。
【００３１】
点火タイミングＴｉｇである時刻ｔ２において、制御信号Ｓｄの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わると、ドライブ信号Ｖｇｅがハイレベルからローレベルになる。これによって、負荷電流Ｉｃが遮断される。
【００３２】
その後、時刻ｔ３において、時刻ｔ１と同様に、制御信号Ｓｄの信号レベルがローレベルからハイレベルに切り替わると、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがローレベルからハイレベルになり、負荷電流Ｉｃが流れ始める。
【００３３】
制御信号Ｓｄのオン時間、すなわち制御信号Ｓｄとしてオン信号が与えられる時間、および電源９の電圧Ｖｐに依存して、負荷電流Ｉｃの値は変動する。ＩＧＢＴ  Ｑ１は、負荷電流Ｉｃが、ある値以上になると、点火用トランス４を構成する一次側コイル１３および二次側コイルの巻き線の溶断、ならびに点火用トランス４の磁気飽和のリスクを回避するために、負荷電流Ｉｃを頭打ちにするように制御される。この最大許容電流値を「電流制限値」と定義し、Ｉｃ０で表す。
【００３４】
たとえば、時刻ｔ４において、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがハイレベルから低下して負荷電流Ｉｃがさらに増加し、時刻ｔ５において、負荷電流Ｉｃが電流制限値Ｉｃ０に到達すると、ＩＧＢＴ  Ｑ１は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが増加するように制御回路１２によって制御される。これによって、負荷電流Ｉｃが電流制限値Ｉｃ０に制限される。
【００３５】
その後、点火タイミングＴｉｇである時刻ｔ６において、制御信号Ｓｄの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わると、ドライブ信号Ｖｇｅがハイレベルからローレベルになり、負荷電流Ｉｃが遮断される。
【００３６】
参照符号「１５」で示される動作ポイントでは、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１に、大きなジュール損失が発生している。
【００３７】
図３は、本発明の前提技術である半導体装置１の制御回路１２およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。制御回路１２は、内部電源２０、シュミットトリガ回路２１、遅延タイマ２２、直流電流源２３、基準電圧源２４、コンパレータ２５、電圧−電流変換回路（略称：Ｖ−Ｉ変換回路）２６、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１、第２のショットキーバリアダイオードＤｓ２、制御回路用ツェナーダイオードＺｄ２、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２、第１のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）ＰＭ１、第２のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ  ＰＭ２、第３のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ  ＰＭ３、第４のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ  ＰＭ４および第５のＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴ  ＰＭ５を備えて構成される。以下の説明では、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを「ＰＭＯＳトランジスタ」という。
【００３８】
スイッチング素子部３は、ＩＧＢＴ  Ｑ１およびツェナーダイオードＺｄ１を備えて構成される。以下の説明では、スイッチング素子部３を構成するツェナーダイオードＺｄ１を、「素子部用ツェナーダイオードＺｄ１」という場合がある。ＩＧＢＴ  Ｑ１は、コレクタ電流に比例したセンス電流Ｉｓｅｎｓｅが出力されるセンス端子を備える。
【００３９】
制御回路用ツェナーダイオードＺｄ２のカソードは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇに接続される。制御回路用ツェナーダイオードＺｄ２のアノードは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノードは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇに接続される。第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のカソードは、第２のショットキーバリアダイオードＤｓ２のカソードに接続される。第２のショットキーバリアダイオードＤｓ２のアノードは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。
【００４０】
第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のカソードと、第２のショットキーバリアダイオードＤｓ２のカソードとの接続点は、内部電源２０、第１の抵抗Ｒ１の一端、シュミットトリガ回路２１の入力端子、第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のソース、第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２のソース、第３のＰＭＯＳトランジスタＰＭ３のソース、第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４のソース、第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５のソースにそれぞれ接続される。
【００４１】
第１の抵抗Ｒ１の一端は、内部電源２０に接続される。第１の抵抗Ｒ１の他端は、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。
【００４２】
シュミットトリガ回路２１の出力端子は、遅延タイマ２２の一端に接続される。遅延タイマ２２の他端は、第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のゲートに接続される。第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のドレインは、第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２のドレインおよび第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４のドレインに接続される。
【００４３】
第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のドレイン、第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２のドレインおよび第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４のドレインの接続点は、直流電流源２３の一端に接続される。直流電流源２３の他端は、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。
【００４４】
第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２および第３のＰＭＯＳトランジスタＰＭ３によって、カレントミラー回路が構成される。第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２および第３のＰＭＯＳトランジスタＰＭ３のゲートは、共通に接続され、第３のＰＭＯＳトランジスタＰＭ３のドレインに接続される。第３のＰＭＯＳトランジスタＰＭ３のドレインは、Ｖ−Ｉ変換回路２６の出力端子に接続される。
【００４５】
第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４および第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５によって、カレントミラー回路が構成される。第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４および第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５のゲートは、共通に接続され、第４のＰＭＯＳトランジスタＰＭ４のドレインに接続される。
【００４６】
第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５のドレインは、第２の抵抗Ｒ２の一端に接続される。第２の抵抗Ｒ２の他端は、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５のドレインと、第２の抵抗Ｒ２の一端との接続点は、スイッチング素子部３を構成するスイッチング素子用ツェナーダイオードＺｄ１のアノードと、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートとの接続点に接続される。
【００４７】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタは、図１に示す点火用トランス４の一次側コイル１３の一端に接続され、またスイッチング素子用ツェナーダイオードＺｄ１のカソードに接続される。スイッチング素子用ツェナーダイオードＺｄ１のアノードは、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに接続される。
【００４８】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。ＩＧＢＴ  Ｑ１のセンス端子は、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端に接続される。電流検出抵抗Ｒｓ１の他端は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタ、およびパワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。
【００４９】
前述の図１では、電流検出抵抗Ｒｓ１が、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタとパワー半導体用グランド８との間に設けられる場合を示している。図３では、理解を容易にするために、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタに設けられるセンス端子が、電流検出抵抗Ｒｓ１を介してパワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続され、ＩＧＢＴ  Ｑ１のエミッタがパワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される場合を示している。
【００５０】
ＩＧＢＴ  Ｑ１のセンス端子と電流検出抵抗Ｒｓ１の一端との接続点は、コンパレータ２５の非反転入力端子に接続される。コンパレータ２５の反転入力端子は、基準電圧源２４の正極端子に接続される。基準電圧源２４の負極端子は、基準電源電位ＧＮＤに接続される。コンパレータ２５の出力端子は、Ｖ−Ｉ変換回路２６の入力端子に接続される。
【００５１】
前提技術の制御回路１２では、図１に示すパワー半導体用グランド８は、バッテリーが接続されるバッテリーＧＮＤまでの配線の影響で、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルのときに、サージなどの印加によって電位が−６０Ｖ程度まで下がるおそれがある。これによって、半導体装置１が誤動作し、ＩＧＢＴ  Ｑ１がターンオフされた後に、再度オン（ＯＮ）動作をしてしまうおそれがある。
【００５２】
これを防ぐために、半導体装置１には、サージなどの短いパルス信号では動作しないように、不要な点火動作を防止する機能が保護機能として搭載される。また半導体装置１には、他の保護機能、たとえば、焼損破壊を回避するために、予め定める時間以上持続してオン信号が印加されたとき、負荷電流を遮断する機能が搭載される。
【００５３】
これらの保護機能は、半導体装置１の回路規模を増大させ、低コスト化および小型化を阻害する要因となっている。そこで、本発明の半導体装置では、以下に示す実施の形態の構成を採用している。
【００５４】
図４は、本発明の第１の実施の形態である半導体装置３０の制御回路３１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置３０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。
【００５５】
本実施の形態の半導体装置３０は、図３に示す前提技術の制御回路１２に代えて、図４に示す制御回路３１を備えること以外は、図１に示す半導体装置１と同様に構成される。本実施の形態の半導体装置３０における制御回路３１は、外部コンデンサＣ１を備えること、および図３に示す遅延タイマ２２に代えて、第１のインバータ回路ＩＮＶ１を備えること以外は、前提技術の制御回路１２と同様の構成を有する。したがって、制御回路１２と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態では、シュミットトリガ回路２１の入力端子は、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノードと、ドライブ回路１１の出力端子Ｇとの接続点に接続される。シュミットトリガ回路２１の入力端子は、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のカソードと、第２のショットキーバリアダイオードＤｓ２のカソードとの接続点には接続されない。
【００５７】
シュミットトリガ回路２１の出力端子は、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の入力端子に接続される。第１のインバータ回路ＩＮＶ１の出力端子は、第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のゲートに接続される。
【００５８】
外部コンデンサＣ１は、制御回路３１の外部コンデンサＣ１を除く残余の部分を構成する半導体チップの外部に設けられる。外部コンデンサＣ１の一方の電極は、内部電源２０に接続される。外部コンデンサＣ１の他方の電極は、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。
【００５９】
本実施の形態における制御回路３１は、外部コンデンサＣ１の蓄積電荷を利用した負論理（ネガティブロジック）型のスイッチング素子駆動回路である。制御回路３１は、相補型金属酸化膜半導体（Complementary Metal Oxide Semiconductor；略称：ＣＭＯＳ）で構成される。したがって、制御回路３１は、消費電流が比較的少ないので、外部コンデンサＣ１の容量を比較的小さくすることができる。
【００６０】
制御回路３１は、ドライブ回路１１の出力端子Ｇから出力されて入力される制御信号がハイ（Ｈｉ）レベルであるとき、外部コンデンサＣ１に充電を行う。制御回路３１は、ドライブ回路１１の出力端子Ｇから出力されて入力される制御信号がロー（Ｌｏｗ）レベルであるとき、外部コンデンサＣ１に蓄えた電荷によって、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動する。
【００６１】
本実施の形態では、制御信号がロー（Ｌｏｗ）レベルであるときに、外部コンデンサＣ１の電荷が、入力側であるドライブ回路１１の出力端子Ｇに逆流しないように、外部コンデンサＣ１に第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１を接続している。
【００６２】
制御回路３１は、外部コンデンサＣ１に蓄えた電荷を利用してＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動するので、外部コンデンサＣ１に蓄えた電荷がなくなると、必然的に動作を停止する。したがって、本実施の形態における制御回路３１では、ある一定時間以上持続してオン信号が印加されたときに負荷電流Ｉｃを遮断する機能を容易に実現することができる。
【００６３】
具体的に述べると、本実施の形態では、長時間にわたって連続して通電する異常連続通電が発生したとき（以下「異常連続通電時」という場合がある）には、制御回路３１の消費電力によって、外部コンデンサＣ１が放電する。外部コンデンサＣ１の放電に伴い、ＩＢＧＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅが徐々に低下するので、制御回路３１は、負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃを緩慢に遮断することができる。
【００６４】
また、前述の図３に示す前提技術における制御回路１２では、異常連続通電を検出し、負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃを緩慢に遮断する保護回路が必要である。これに対し、本実施の形態の制御回路３１では、前述のように外部コンデンサＣ１の放電を利用して、負荷電流Ｉｃを緩慢に遮断することができるので、別途、保護回路を設ける必要はない。
【００６５】
すなわち、本実施の形態における制御回路３１では、保護回路を別途設けることなく、長時間にわたって連続して通電することを防止するタイマ機能（以下「連続通電防止タイマ機能」という場合がある）と、負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃを緩慢に遮断する機能（以下「電流緩慢遮断機能」という場合がある）とを容易に両立することができる。したがって、制御回路３１の小型化および低コスト化が可能となる。
【００６６】
また、図３に示す前提技術における制御回路１２では、ドライブ回路１１から出力される制御信号がオフ信号であり、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオフされたときに、サージおよびノイズなどがあった場合、配線ドロップによって、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤにおける電圧が−６０Ｖ程度まで下がり、ＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オン動作をしてしまうおそれがある。
【００６７】
これに対し、本実施の形態における制御回路３１では、負論理型としているので、ＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オン動作をすることを防止することができる。具体的に述べると、負論理型では、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオフのときには、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイ（Ｈｉ）レベルであり、外部コンデンサＣ１に充電しているモードである。その状態で、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤにおける電圧が−６０Ｖ程度まで低下しても、制御回路３１は動作しない。したがって、ＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オン動作をすることを防止することができる。
【００６８】
また前述の前提技術における制御回路１２は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルである場合、第１〜第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１〜ＰＭ５などのＰＭＯＳトランジスタ、およびＮＭＯＳトランジスタを駆動させることはできない。
【００６９】
これに対し、本実施の形態における制御回路３１では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルである場合でも、外部コンデンサＣ１に電荷が蓄積されているので、制御回路３１に電力を供給することができる。したがって、第１〜第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１〜ＰＭ５などのＰＭＯＳトランジスタ、およびＮＭＯＳトランジスタを駆動することが可能である。
【００７０】
外部コンデンサＣ１としては、比較的高い誘電率を有するセラミックコンデンサなどが用いられる。外部コンデンサＣ１を、制御回路３１の外部コンデンサＣ１を除く残余の部分を構成する半導体チップの外部に設けることによって、制御回路３１を比較的安価に実現することができる。また、外部コンデンサＣ１の容量を自由に設定することができる。
【００７１】
図５は、図４の制御回路３１およびスイッチング素子部３の動作を示すタイミングチャートである。図５では、半導体装置３０の動作を示すために、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵ（Ｖ）、ドライブ回路１１から制御回路３１に与えられる制御信号Ｓｄ（Ｖ）、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１（Ｖ）、制御回路３１からＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに与えられるドライブ信号Ｖｇｅ（Ｖ）、点火用トランス４からＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる負荷電流Ｉｃ（Ａ）、ＩＧＢＴ  Ｑ１のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅ（Ｖ）、および点火用電圧Ｖ２（Ｖ）の変化を表すタイミングチャートを示している。図５の横軸は、時間Ｔ（ｓｅｃ）である。
【００７２】
時刻ｔ１１において、図１に示すＥＣＵ６から電圧信号ＶＥＣＵとして、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１をオンするためのオン（ＯＮ）信号が印加される。具体的には、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルが、ローレベルからハイレベルに切り替わる。
【００７３】
これによって、時刻ｔ１１において、ドライブ回路１１から制御回路３１に与えられる制御信号Ｓｄの信号レベルが、ハイレベルからローレベルになる。また時刻ｔ１１において、外部コンデンサＣ１が放電を開始し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１が低下し始める。また時刻ｔ１１において、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになり、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオンする。
【００７４】
時刻ｔ１１においてＩＧＢＴ  Ｑ１がオンすると、負荷である点火用トランス４のインダクタンスと配線抵抗とで決まる時定数に従って、図５に示すように負荷電流ＩｃがＩＧＢＴ  Ｑ１に流れ始める。負荷電流Ｉｃは、徐々に増加する。
【００７５】
燃料を点火させたいタイミングである点火タイミングＴｉｇ、たとえば時刻ｔ１２において、ＥＣＵ６から出力される制御信号、具体的には、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わり、ドライブ回路１１から制御回路３１に、制御信号Ｓｄとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフするためのオフ（ＯＦＦ）信号が印加される。すなわち、制御信号Ｓｄの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになる。
【００７６】
これによって、時刻ｔ１２において、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがハイレベルからローレベルになり、点火用トランス４の１次側コイル１３を流れる負荷電流Ｉｃが遮断される。また時刻ｔ１２において、外部コンデンサＣ１が充電を開始し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１が上昇し始める。
【００７７】
この負荷電流Ｉｃの遮断は、点火用トランス４内の鎖公磁束の変化を誘発させ、２次側コイル１４に、巻き数比に依存した高電圧を誘発する。これによって、エンジン気筒内のスパークプラグに放電が発生する。
【００７８】
その後、時刻ｔ１３において、時刻ｔ１１と同様に、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルが、ローレベルからハイレベルに切り替わり、ドライブ回路１１から制御回路３１に与えられる制御信号Ｓｄの信号レベルが、ハイレベルからローレベルになる。また時刻ｔ１３において、外部コンデンサＣ１が放電を開始し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１が低下し始める。また時刻ｔ１３において、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになり、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオンする。
【００７９】
時刻ｔ１３においてＩＧＢＴ  Ｑ１がオンすると、負荷電流ＩｃがＩＧＢＴ  Ｑ１に流れ始める。負荷電流Ｉｃは、徐々に増加する。
【００８０】
制御回路３１は、過電流による巻き線の溶断、点火用トランス４のリラクタンスである磁気抵抗を調整するためのマグネットの減磁抑制およびコア素材の磁気飽和抑制のために、電流制限機能を備えている。電流制限機能は、予め定める値以上の負荷電流Ｉｃが流れないようにする保護機能である。この予め定める値が前述の「電流制限値」である。以下の説明では、電流制限値をＩｃ０で表す。電流制限値は、たとえば、１０Ａまたは１４Ａなどである。
【００８１】
制御回路３１は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがハイレベルから低下して負荷電流Ｉｃがさらに増加し、時刻ｔ１５において、ＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる負荷電流Ｉｃが電流制限値Ｉｃ０に到達すると、電流制限値Ｉｃ０以上に負荷電流Ｉｃが流れないように、ＩＧＢＴ  Ｑ１を制御する。このような制御を、以下の説明では「負帰還制御」という場合がある。この負帰還制御が行われているとき、すなわち時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの間、ＩＢＧＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅは、信号レベルがハイレベルよりも低くなっている。
【００８２】
電流制限を行う場合、制御回路３１は、センス電圧Ｖｓｅｎｓｅを、コンパレータ２５によって基準電圧Ｖｒｅｆと比較して増幅し、コンパレータ２５の出力端子から出力される操作量を、Ｖ−Ｉ変換回路２６によって電流量Ｉｆ１に変換する。センス電圧Ｖｓｅｎｓｅは、図４に示すセンス電流Ｉｓｅｎｓｅと、センス抵抗である電流検出抵抗Ｒｓ１とによって発生する電圧である。
【００８３】
求められた電流量Ｉｆ１によって、第２のＰＭＯＳトランジスタＰＭ２のドレインからドレイン電流Ｉｆ２が発生し、直流電流源２３を流れる電流Ｉ＿ｂａｓｅに流入する。これによって、直流電流源２３を流れる電流Ｉ＿ｂａｓｅの量である電流生成量Ｉｇ２が変動する。直流電流源２３は、ＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動する電流源である。
【００８４】
負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃが増えるほど、この電流生成量Ｉｇ２が低下し、第２の抵抗Ｒ２によって発生する電圧が低下するので、負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃを抑制するように作用する。このようにして、負帰還制御が実現される。ここで、第２の抵抗Ｒ２の抵抗値は、数１０ｋΩオーダーである。図５の例では、以上の動作を、外部コンデンサＣ１に蓄えた電荷を利用して行っている。
【００８５】
外部コンデンサＣ１の充放電は、ＥＣＵ６から出力される出力信号のハイレベルおよびローレベルに呼応してドライブ回路１１から出力される出力信号に応じて行われる。たとえば、制御回路３１は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルのとき、外部コンデンサＣ１へ充電し、回路動作を停止、すなわちＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号をローレベルとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフする。また制御回路３１は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルのとき、外部コンデンサＣ１の蓄積電荷を利用して、回路動作を開始、すなわちＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号をハイレベルとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオンさせる。
【００８６】
その後、点火タイミングＴｉｇである時刻ｔ１６において、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わり、ドライブ回路１１から制御回路３１に、制御信号Ｓｄとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフするためのオフ（ＯＦＦ）信号が印加される。すなわち、制御信号Ｓｄの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになる。これによって、時刻ｔ１６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがローレベルになり、点火用トランス４の１次側コイル１３を流れる負荷電流Ｉｃが遮断される。
【００８７】
その後、たとえば時刻ｔ１７から時刻ｔ２１までの期間Ｔ０において、異常連続通電が発生した場合を考える。まず、時刻ｔ１７において、時刻ｔ１１，ｔ１３と同様に、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルが、ローレベルからハイレベルに切り替わり、ドライブ回路１１から制御回路３１に与えられる制御信号Ｓｄの信号レベルが、ハイレベルからローレベルになる。また時刻ｔ１７において、外部コンデンサＣ１が放電を開始し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１が低下し始める。また時刻ｔ１７において、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになり、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオンする。
【００８８】
時刻ｔ１７においてＩＧＢＴ  Ｑ１がオンすると、負荷電流ＩｃがＩＧＢＴ  Ｑ１に流れ始める。負荷電流Ｉｃは、徐々に増加する。時刻ｔ１８において、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがハイレベルから低下すると、負荷電流Ｉｃがさらに増加する。時刻ｔ１９において、負荷電流Ｉｃが電流制限値Ｉｃ０に到達すると、ＩＧＢＴ  Ｑ１は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが増加するように制御回路３１によって制御される。
【００８９】
電流制限値Ｉｃ０の負荷電流Ｉｃの通電が比較的長時間にわたって継続され、異常連続通電となると、制御回路３１の消費電力によって外部コンデンサＣ１が放電される。外部コンデンサＣ１の放電に伴い、たとえば時刻ｔ２０において、ＩＢＧＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧であるドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルが低下を開始する。それに伴い、負荷電流Ｉｃが低下を開始し、たとえば時刻ｔ２１において、負荷電流Ｉｃがゼロになる。
【００９０】
時刻ｔ１７から時刻ｔ２１までの期間Ｔ０において、外部コンデンサＣ１は、放電を継続し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１は、徐々に低下する。これに伴い、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルも徐々に低下し、たとえば時刻ｔ２２において、ドライブ信号Ｖｇｅがローレベルになる。さらにその後、たとえば時刻ｔ２３よりも前に、外部コンデンサＣ１の放電が完了し、外部コンデンサＣ１の端子間電圧ＶＣ１がゼロになる。
【００９１】
このように外部コンデンサＣ１が放電された状態で、たとえば時刻ｔ２３において、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わる。これに伴い、ドライブ回路１１から制御回路３１に、制御信号Ｓｄとして、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフするためのオフ（ＯＦＦ）信号が印加される。すなわち、制御信号Ｓｄの信号レベルが、ローレベルからハイレベルになる。これによって、外部コンデンサＣ１の充電が開始される。
【００９２】
外部コンデンサＣ１の充電が完了した後は、通常時の動作に復帰し、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間、および時刻ｔ１３から時刻ｔ１６までの期間と同様の動作が行われる。
【００９３】
たとえば時刻ｔ２４において、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルがローレベルからハイレベルに切り替わり、制御信号Ｓｄの信号レベルがハイレベルからローレベルになると、外部コンデンサＣ１が放電を開始し、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがローレベルからハイレベルになり、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオンする。
【００９４】
次いで、たとえば時刻ｔ２５において、ＥＣＵ６からドライブ回路１１に入力される電圧信号ＶＥＣＵの信号レベルがハイレベルからローレベルに切り替わり、制御信号Ｓｄの信号レベルがローレベルからハイレベルになると、ドライブ信号Ｖｇｅの信号レベルがハイレベルからローレベルになり、点火用トランス４の１次側コイル１３を流れる負荷電流Ｉｃが遮断される。
【００９５】
時刻ｔ２５以降は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間、時刻ｔ１３から時刻ｔ１６までの期間、および時刻ｔ２４から時刻ｔ２５までの期間のような通常の動作が繰り返し行われる。そして、異常連続通電時には、時刻ｔ１１から時刻ｔ２１までの期間Ｔ０のような動作が行われる。
【００９６】
異常連続通電時、たとえば、通電が１００ｍｓｅｃ以上２００ｍｓｅｃ以下程度連続して行われているときには、制御回路３１の消費電力によって、外部コンデンサＣ１が放電される。外部コンデンサＣ１の放電に伴い、ＩＢＧＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間電圧Ｖｇｅが徐々に低下するので、負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃを緩慢に遮断することができる。
【００９７】
したがって、本実施の形態では、前述の図３に示す前提技術の制御回路１２では必要であった、異常通電を検出し、コレクタ電流Ｉｃを緩慢に遮断する保護回路が不要となる。これによって、連続通電防止タイマ機能と電流緩慢遮断機能とを容易に両立することができるので、制御回路３１を含む集積回路２の小型化および低コスト化が可能となる。
【００９８】
また、前提技術における制御回路１２では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであり、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号がローレベルであるときに、配線ドロップによって、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤの電位がマイナスに振れ、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オンするおそれがある。したがって、前提技術の制御回路１２は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オンすることを防止するための再オン防止回路を具備する。
【００９９】
たとえば、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤは、バッテリーＧＮＤからの配線の引き回しの影響で、サージおよびノイズなどが入った場合、−６０Ｖ程度まで電位が下がるおそれがある。前提技術の制御回路１２では、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号がオフであるとき、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるので、この状態でパワーＧＮＤが−６０Ｖ程度まで下がると、ＩＧＢＴ  Ｑ１がオン動作をしてしまう。
【０１００】
これに対し、本実施の形態の制御回路３１では、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート信号がオフであるときに、パワーＧＮＤの電位がマイナスに振れた場合、外部コンデンサＣ１への充電が行われるのみである。したがって、ＩＧＢＴ  Ｑ１は駆動されないので、ＩＧＢＴ  Ｑ１が再度オンすることを防止することができる。
【０１０１】
具体的には、本実施の形態の制御回路３１では、ゲート信号がオフであるときには、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルはハイレベルである。この状態でパワーＧＮＤの電位が−６０Ｖ程度まで下がっても、ドライブ回路１１から出力される出力信号がより高電位、すなわちハイレベルになるだけであり、外部コンデンサＣ１への充電が行われる状態であることに変わりはない。したがって、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１は駆動されない。
【０１０２】
以上のことから、本実施の形態では、再オン防止回路を具備せずに、前提技術の制御回路１２と同等の保護機能を有する制御回路３１を実現することができることが判る。したがって、本実施の形態では、制御回路３１を含む集積回路の小型化および低コスト化が可能となる。
【０１０３】
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態である半導体装置３５の制御回路３６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置３５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置３５は、以下に示す構成以外は、前述の図４に示す第１の実施の形態の半導体装置３０と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路３６の構成は、第１の実施の形態の制御回路３１の構成と類似する。したがって、制御回路３１と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１０４】
図４に示す第１の実施の形態における制御回路３１では、コレクタ電流Ｉｃの遮断速度を調整するために、第１の抵抗Ｒ１が接続される。この第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ２で決まるインピーダンスによって、スイッチング素子であるＩＧＢＧ  Ｑ１のゲート容量を放電させ、遮断速度を決めている。この場合、ばらつきがあり、またコレクタ電流Ｉｃの遮断時以外にも、第１の抵抗Ｒ１で常に消費電流が発生する。
【０１０５】
そこで、本実施の形態では、第１の抵抗Ｒ１を設けることに代えて、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲート−エミッタ間に、第３の抵抗Ｒ３、第１のＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴ  ＮＭ１および第２のインバータ回路ＩＮＶ２を設ける構成にしている。以下の説明では、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを「ＮＭＯＳトランジスタ」という。
【０１０６】
本実施の形態では、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の出力端子は、第２のインバータ回路ＩＮＶ２の入力端子および第１のＰＭＯＳトランジスタＰＭ１のゲートに接続される。第２のインバータ回路ＩＮＶ２の出力端子は、第１のＮＭＯＳトランジスタＮＭ１のゲートに接続される。第１のＮＭＯＳトランジスタＮＭ１のドレインは、第３の抵抗Ｒ３の他端に接続される。第１のＮＭＯＳトランジスタＮＭ１のソースは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。第３の抵抗Ｒ３の一端は、第５のＰＭＯＳトランジスタＰＭ５のドレイン、素子部用ツェナーダイオードＺｄ１のアノードおよびＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに接続される。
【０１０７】
本実施の形態では、コレクタ電流Ｉｃの遮断時には、第１のＮＭＯＳトランジスタＮＭ１をオンする。これによって、第２および第３の抵抗Ｒ２，Ｒ３で決まるインピーダンスによって、コレクタ電流Ｉｃの遮断速度が決まる。
【０１０８】
以上のように本実施の形態では、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに直接、放電抵抗として第３の抵抗Ｒ３が接続される。これによって、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１からの放電インピーダンスを調整する放電インピーダンス調整回路が構成される。
【０１０９】
このようにＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに直接、放電抵抗として第３の抵抗Ｒ３を接続して、放電インピーダンス調整回路を設けることによって、ばらつきを抑制して、コレクタ電流Ｉｃの遮断速度をコントロールすることができる。また、コレクタ電流Ｉｃの遮断時以外は、第１のＮＭＯＳトランジスタＮＭ１をオフすることによって、第３の抵抗Ｒ３での消費電流の発生を回避することが可能となる。
【０１１０】
＜第３の実施の形態＞
図７は、本発明の第３の実施の形態である半導体装置４０の制御回路４１およびスイッチング素子３の構成を示す図である。半導体装置４０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置４０は、以下に示す構成以外は、前述の図６に示す第２の実施の形態の半導体装置３５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路４１の構成は、第２の実施の形態の制御回路３６の構成と類似する。したがって、制御回路３６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１１１】
第１および第２の実施の形態における制御回路３１，３６では、バッテリー電圧が低いときには、電荷逆流防止用ショットキーバリアダイオードである第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１の順方向降下電圧によって、外部コンデンサＣ１の充電電圧が低下し、コレクタ電流Ｉｃの遮断能力が低下するおそれがある。特に、低温時には、ショットキーバリアダイオードＤｓ１の順電圧ＶＦが高くなるので、コレクタ電流Ｉｃの遮断能力の低下が顕著になるおそれがある。
【０１１２】
そこで、本実施の形態における制御回路４１では、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１を、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６と、第３のインバータ回路ＩＮＶ３とを用いて、バイパスしている。第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のソースは、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノードおよびシュミットトリガ回路２１の入力端子に接続される。シュミットトリガ回路２１の出力端子は、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の入力端子および第３のインバータ回路ＩＮＶ３の入力端子に接続される。第３のインバータ回路ＩＮＶ３の出力端子は、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のゲートに接続される。第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のドレインは、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のカソード、内部電源２０および外部コンデンサＣ１の一方の電極に接続される。
【０１１３】
以上のように本実施の形態では、電荷逆流防止用ショットキーバリアダイオードである第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノードとカソードとの間には、電界効果型トランジスタ、具体的には第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６が設けられる。このように第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１をＰＭＯＳトランジスタでバイパスすることによって、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１での電圧ドロップを低減することができる。したがって、コレクタ電流Ｉｃの遮断能力を大幅に改善することができる。
【０１１４】
＜第４の実施の形態＞
図８は、本発明の第４の実施の形態である半導体装置４５の制御回路４６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置４５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置４５は、以下に示す構成以外は、前述の図７に示す第３の実施の形態の半導体装置４０と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路４６の構成は、第３の実施の形態の制御回路４１の構成と類似する。したがって、制御回路４１と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１１５】
第１〜第３の実施の形態における制御回路３１，３６，４１では、ドライブ回路１１から出力される出力信号がオンからオフに切り替わったときに、外部コンデンサＣ１の電荷が、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６を介して放電してしまうおそれがある。
【０１１６】
そこで、本実施の形態では、外部コンデンサＣ１と、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のドレインとの間に、第４の抵抗Ｒ４を接続している。これによって、ドライブ回路１１から出力される信号がハイレベルからローレベルに切り替わるときに、外部コンデンサＣ１に蓄積された電荷の放電を抑制する放電抑制回路を構成し、時定数を持たせている。
【０１１７】
このように構成することによって、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６がオフするまでの伝達遅延分の放電を抑制することが可能となる。
【０１１８】
＜第５の実施の形態＞
図９は、本発明の第５の実施の形態である半導体装置５０の制御回路５１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置５０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置５０は、以下に示す構成以外は、前述の図８に示す第４の実施の形態の半導体装置４５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路５１の構成は、第４の実施の形態の制御回路４６の構成と類似する。したがって、制御回路４６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１１９】
本実施の形態における制御回路５１は、第４の実施の形態における制御回路４６の構成に加えて、第５の抵抗Ｒ５と、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流を検出する機能を有する集積回路である電流検出回路５２とを備える。
【０１２０】
第５の抵抗Ｒ５の一端は、内部電源２０に接続される。第５の抵抗Ｒ５の他端は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のドレインに接続される。第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のソースは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。電流検出回路５２の入力端子は、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端に接続される。電流検出回路５２の出力端子は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに接続される。
【０１２１】
電流検出回路５２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流、すなわち負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃが、予め定める電流値よりも大きくなった場合、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに、１パルスのハイレベルの信号を出力する。
【０１２２】
過電流が流れた場合、電流検出抵抗Ｒｓ１での電圧ドロップが大きくなる。したがって、電流検出回路５２は、電流検出抵抗Ｒｓ１での電圧ドロップを検出することによって、過電流か否かを判断する。電流検出回路５２は、過電流と判断した場合、前述のように第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに１パルスのハイレベルの信号を出力することによって、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンする。これによって、第５の抵抗Ｒ５で決まる電流が流れ、制御回路５１の消費電流が増加する。第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と第５の抵抗Ｒ５とによって構成される回路は、制御回路５１の消費電流を増加させる回路に相当する。
【０１２３】
この制御回路５１の消費電流を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、過電流が生じていることを表す情報（以下「過電流情報」という場合がある）を、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に伝達することが可能となる。これによって、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができるので、過電流による焼損リスクを回避することができる。したがって、エンジンシステム全体の耐久性および信頼性の向上を実現することができる。
【０１２４】
本実施の形態における制御回路５１の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるとき、すなわちスイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１がオフであるときに、過電流を検出することが可能である。
【０１２５】
電流検出回路５２から第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２に出力される信号は、１パルスのハイレベルの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調（Pulse Width Modulation；略称：ＰＷＭ）された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスのハイレベルの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
＜第６の実施の形態＞
図１０は、本発明の第６の実施の形態である半導体装置５５の制御回路５６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置５５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置５５は、以下に示す構成以外は、前述の図８に示す第４の実施の形態の半導体装置４５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路５６の構成は、第４の実施の形態の制御回路４６の構成と類似する。したがって、制御回路４６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１２７】
本実施の形態における制御回路５６は、第４の実施の形態における制御回路４６の構成に加えて、第６の抵抗Ｒ６と、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７と、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流を検出する機能を有する集積回路である電流検出回路５２とを備える。
【０１２８】
第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のソースは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇ、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノード、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のソースおよびシュミットトリガ回路２１の入力端子に接続される。第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のドレインは、第６の抵抗Ｒ６の一端に接続される。第６の抵抗Ｒ６の他端は、内部電源２０に接続される。電流検出回路５２の入力端子は、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端に接続される。電流検出回路５２の出力端子は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のゲートに接続される。
【０１２９】
電流検出回路５２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流、すなわち負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃが、予め定める電流値よりも大きくなった場合、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に、１パルスのローレベルの信号を出力する。
【０１３０】
電流検出回路５２は、コレクタ電流Ｉｃが、予め定める電流値よりも大きい、すなわち過電流であると判断した場合、前述のように第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に、１パルスのローレベルの信号を出力することによって、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７をオンする。これによって、外部コンデンサＣ１の電荷を利用して、第６の抵抗Ｒ６で決まる電流をドライブ回路１１側に流すことができる。
【０１３１】
この電流を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報を伝達することが可能となる。これによって、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができるので、過電流による焼損リスクを回避することができる。したがって、エンジンシステム全体の耐久性および信頼性の向上を実現することができる。
【０１３２】
本実施の形態における制御回路５６の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるとき、すなわちスイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１がオンであるときに、過電流を検出することが可能である。
【０１３３】
電流検出回路５２から第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に出力される信号は、１パルスのローレベルの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスのローレベルの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
＜第７の実施の形態＞
図１１は、本発明の第７の実施の形態である半導体装置６０の制御回路６１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置６０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置６０は、制御回路６１の構成が異なること以外は、前述の図９に示す第５の実施の形態の半導体装置５０と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路６１の構成は、第５の実施の形態の制御回路５１の構成と類似する。したがって、制御回路５１と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１３５】
本実施の形態における制御回路６１は、第５の実施の形態における制御回路５１の構成に加えて、第６の抵抗Ｒ６と、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７と、第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１と、第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１とを備える。また制御回路６１は、第５の実施の形態における制御回路５１と同様に、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流を検出する機能を有する集積回路である電流検出回路５２を備える。
【０１３６】
第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のソースは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇ、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノード、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のソースおよびシュミットトリガ回路２１の入力端子に接続される。第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のドレインは、第６の抵抗Ｒ６の一端に接続される。第６の抵抗Ｒ６の他端は、内部電源２０に接続される。電流検出回路５２の入力端子は、電流検出抵抗Ｒｓ１の一端に接続される。
【０１３７】
電流検出回路５２の出力端子は、第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の一方の入力端子、および第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の一方の入力端子に接続される。第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の他方の入力端子は、シュミットトリガ回路２１の出力端子と、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の入力端子との接続点に接続される。第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の他方の入力端子は、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の出力端子に接続される。
【０１３８】
第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の出力端子は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに接続される。第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の出力端子は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のゲートに接続される。
【０１３９】
電流検出回路５２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１に流れる電流、すなわち負荷電流であるコレクタ電流Ｉｃが、予め定める電流値よりも大きくなった場合、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるか、ローレベルであるかに応じて、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２および第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のいずれか一方をオンする。電流検出回路５２は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２および第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のうち、オンする方のトランジスタに、１パルスの信号を与える。
【０１４０】
電流検出回路５２は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときに、過電流と判断した場合は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンする。電流検出回路５２は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに、過電流と判断した場合は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７をオンする。これによって、第５または第６の抵抗Ｒ５，Ｒ６で決まる電流が生じる。
【０１４１】
この電流の変化を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報を伝達することが可能となる。これによって、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるか、ローレベルであるかに関わらず、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができる。したがって、焼損リスクを回避することができる。
【０１４２】
以上のように、本実施の形態における制御回路６１の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるか、ローレベルであるかに関わらず、過電流を検出することが可能である。
【０１４３】
電流検出回路５２から第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２または第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に出力される信号は、１パルスの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１４４】
＜第８の実施の形態＞
図１２は、本発明の第８の実施の形態である半導体装置６５の制御回路６６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置６５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置６５は、以下に示す構成以外は、前述の図８に示す第４の実施の形態の半導体装置４５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路６６の構成は、第４の実施の形態の制御回路４６の構成と類似する。したがって、制御回路４６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１４５】
本実施の形態における制御回路６６は、第４の実施の形態における制御回路４６の構成に加えて、第５の抵抗Ｒ５と、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と、温度検出用ダイオードＤ１による熱検出機能を有する集積回路である温度検出回路６７とを備える。
【０１４６】
第５の抵抗Ｒ５の一端は、内部電源２０に接続される。第５の抵抗Ｒ５の他端は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のドレインに接続される。第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のソースは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤに接続される。温度検出回路６７は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに接続される。
【０１４７】
温度検出回路６７は、温度検出用ダイオードＤ１によって検出された温度が、予め定める温度よりも高くなった場合、すなわち異常温度になった場合、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２に、１パルスのハイレベルの信号を出力する。
【０１４８】
異常温度になった場合、温度検出用ダイオードＤ１の順電圧ＶＦが低下する。温度検出回路６７は、温度検出用ダイオードＤ１の順電圧ＶＦの低下を検出することによって、異常温度か否かを判断する。温度検出回路６７は、異常温度と判断した場合、前述のように第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに、１パルスのハイレベルの信号を出力することによって、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンする。これによって、第５の抵抗Ｒ５で決まる電流が流れ、制御回路６６の消費電流が増加する。第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と第５の抵抗Ｒ５とによって構成される回路は、制御回路６６の消費電流を増加させる回路に相当する。
【０１４９】
この制御回路６６の消費電流を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、異常温度であることを表す情報（以下「異常温度情報」という場合がある）を、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に伝達することが可能となる。これによって、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができるので、異常温度による焼損リスクを回避することができる。
【０１５０】
本実施の形態における制御回路６６の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるとき、すなわちスイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１がオフであるときに、異常温度を検出することが可能である。
【０１５１】
温度検出回路６７から第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２に出力される信号は、１パルスのハイレベルの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスのハイレベルの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１５２】
＜第９の実施の形態＞
図１３は、本発明の第９の実施の形態である半導体装置７０の制御回路７１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置７０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置７０は、以下に示す構成以外は、前述の図８に示す第４の実施の形態の半導体装置４５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路７１の構成は、第４の実施の形態の制御回路４６の構成と類似する。したがって、制御回路４６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１５３】
本実施の形態における制御回路７１は、第４の実施の形態における制御回路４６の構成に加えて、第６の抵抗Ｒ６と、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７と、温度検出用ダイオードＤ１による熱検出機能を有する集積回路である温度検出回路６７とを備える。
【０１５４】
第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のソースは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇ、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノード、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のソースおよびシュミットトリガ回路２１の入力端子に接続される。第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のドレインは、第６の抵抗Ｒ６の一端に接続される。第６の抵抗Ｒ６の他端は、内部電源２０に接続される。温度検出回路６７は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のゲートに接続される。
【０１５５】
温度検出回路６７は、図１２に示す第８の実施の形態における温度検出回路６７と同様の構成である。温度検出回路６７は、温度検出用ダイオードＤ１によって検出された温度が、予め定める温度よりも高くなった場合、異常温度になったと判断し、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に、１パルスのローレベルの信号を出力する。
【０１５６】
温度検出回路６７は、異常温度と判断した場合、前述のように第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に、１パルスのローレベルの信号を出力することによって、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７をオンする。これによって、外部コンデンサＣ１の電荷を利用して、第６の抵抗Ｒ６で決まる電流をドライブ回路１１側に流すことができる。
【０１５７】
この電流を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、異常温度情報を伝達することが可能となる。これによって、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができるので、異常温度による焼損リスクを回避することができる。
【０１５８】
本実施の形態における制御回路７１の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるとき、すなわちスイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１がオンであるときに、異常温度を検出することが可能である。
【０１５９】
温度検出回路６７から第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に出力される信号は、１パルスのローレベルの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスのローレベルの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
＜第１０の実施の形態＞
図１４は、本発明の第１０の実施の形態である半導体装置７５の制御回路７６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置７５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置７５は、制御回路７６の構成が異なること以外は、前述の図１２に示す第８の実施の形態の半導体装置６５と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路７６の構成は、第８の実施の形態の制御回路６６の構成と類似する。したがって、制御回路６６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１６１】
本実施の形態における制御回路７６は、第８の実施の形態における制御回路６６の構成に加えて、第６の抵抗Ｒ６と、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７と、第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１と、第２のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１とを備える。また制御回路７６は、第８の実施の形態における制御回路６６と同様に、温度検出用ダイオードＤ１による熱検出機能を有する集積回路である温度検出回路６７を備える。
【０１６２】
第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のソースは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇ、第１のショットキーバリアダイオードＤｓ１のアノード、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のソースおよびシュミットトリガ回路２１の入力端子に接続される。第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のドレインは、第６の抵抗Ｒ６の一端に接続される。第６の抵抗Ｒ６の他端は、内部電源２０に接続される。
【０１６３】
温度検出回路６７は、第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の一方の入力端子、および第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の一方の入力端子に接続される。第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の他方の入力端子は、シュミットトリガ回路２１の出力端子と、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の入力端子との接続点に接続される。第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の他方の入力端子は、第１のインバータ回路ＩＮＶ１の出力端子に接続される。
【０１６４】
第１のＡＮＤ回路ＡＮＤ１の出力端子は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２のゲートに接続される。第１のＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１の出力端子は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のゲートに接続される。
【０１６５】
温度検出回路６７は、図１２に示す第８の実施の形態における温度検出回路６７と同様の構成である。温度検出回路６７は、温度検出用ダイオードＤ１によって検出された温度が、予め定める温度よりも高くなった場合、異常温度になったと判断する。温度検出回路６７は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるか、ローレベルであるかに応じて、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２および第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７のいずれか一方をオンする。温度検出回路６７は、オンする方のトランジスタに、１パルスの信号を与える。
【０１６６】
温度検出回路６７は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときに、異常温度と判断した場合は、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンする。温度検出回路６７は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに、異常温度と判断した場合は、第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７をオンする。これによって、第５または第６の抵抗Ｒ５，Ｒ６で決まる電流が生じる。
【０１６７】
この電流変化を、たとえばドライブ回路１１によって監視することによって、ドライブ回路１１から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、異常温度情報を伝達することが可能となる。これによって、ＥＣＵ６において、ＩＧＢＴ  Ｑ１をオフにするように集積回路２を制御することができるので、異常温度による焼損リスクを回避することができる。
【０１６８】
以上のように、本実施の形態における制御回路７６の構成では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるか、ローレベルであるかに関わらず、異常温度を検出することが可能である。
【０１６９】
温度検出回路６７から第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２または第７のＰＭＯＳトランジスタＰＭ７に出力される信号は、１パルスの信号に限らず、電流レベルに応じてパルス幅変調された信号でもよい。また、パルス幅変調以外の変調方式で変調された信号でもよい。いずれの変調方式で変調された信号を用いても、１パルスの信号を用いる場合と同様の効果を得ることができる。
【０１７０】
＜第１１の実施の形態＞
図１５は、本発明の第１１の実施の形態である半導体装置８０の制御回路８１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置８０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置８０は、以下に示す構成以外は、前述の図９に示す第５の実施の形態の半導体装置５０と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路８１の構成は、第５の実施の形態の制御回路５１の構成と類似する。したがって、制御回路５１と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１７１】
前述の第５および第８の実施の形態における制御回路５１，６６では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときには、制御回路５１，６６の消費電流を監視することによって、過電流または異常温度を検出することが可能である。しかし、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときには、過電流または異常温度を検出することができないおそれがある。
【０１７２】
また、仮に、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに過電流または異常温度を検出した場合、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンすることになるので、外部コンデンサＣ１の電荷が、第５の抵抗Ｒ５を介して放電するおそれがある。
【０１７３】
そこで、本実施の形態における制御回路８１では、第５の抵抗Ｒ５と内部電源２０との間に、第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８を設けている。第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８のソースは、内部電源２０に接続される。第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８のドレインは、第５の抵抗Ｒ５の一端に接続される。第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８のゲートは、第６のＰＭＯＳトランジスタＰＭ６のゲートおよび第３のインバータ回路ＩＮＶ３の出力端子に接続される。
【０１７４】
制御回路８１は、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときには、この第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８をオフする。これによって、外部コンデンサＣ１の無駄な放電を避けることが可能となるので、制御回路８１によってＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動可能な時間を延長することができる。
【０１７５】
以上のように本実施の形態によれば、制御回路８１は、第５の抵抗Ｒ５と内部電源２０との間に、第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８を備えるので、この第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８をオフすることによって、外部コンデンサＣ１の無駄な放電を避けることが可能である。したがって、制御回路８１によってＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動可能な時間を延長することができる。
【０１７６】
＜第１１の実施の形態の変形例＞
図１６は、本発明の第１１の実施の形態の変形例である半導体装置８５の制御回路８６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置８５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。
【０１７７】
本変形例の半導体装置８５は、第１１の実施の形態の半導体装置８０における電流検出回路５２に代えて、温度検出回路６７を備えること以外は、第１１の実施の形態の半導体装置８０と同様の構成を有する。温度検出回路６７は、図１２に示す第８の実施の形態における温度検出回路６７と同様の構成である。本変形例の制御回路８６の構成は、第８の実施の形態の制御回路６６の構成と類似する。したがって、制御回路６６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１７８】
本変形例における制御回路８６では、第１１の実施の形態と同様に、第５の抵抗Ｒ５と内部電源２０との間に、第８のＰＭＯＳトランジスタＰＭ８が接続される。これによって、第１１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、外部コンデンサＣ１の無駄な放電を避けることが可能となるので、制御回路８６によってＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動可能な時間を延長することができる。
【０１７９】
＜第１２の実施の形態＞
図１７は、本発明の第１２の実施の形態である半導体装置９０の制御回路９１およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置９０は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。本実施の形態の半導体装置９０は、以下に示す構成以外は、前述の図９に示す第５の実施の形態の半導体装置５０と同様の構成を有する。本実施の形態の制御回路９１の構成は、第５の実施の形態の制御回路５１の構成と類似する。したがって、制御回路５１と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。本実施の形態において、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と第５の抵抗Ｒ５とによって構成される回路は、制御回路９１の消費電流を増加させる回路に相当する。
【０１８０】
前述の第５および第８の実施の形態における制御回路５１，６６では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに過電流または異常温度を検出した場合、第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンすることになり、外部コンデンサＣ１の電荷が放電してしまうおそれがある。
【０１８１】
そこで、本実施の形態における制御回路９１では、第５の抵抗Ｒ５を、第３のショットキーバリアダイオードＤｓ３を介して、ドライブ回路１１の出力端子Ｇに接続している。具体的には、第３のショットキーバリアダイオードＤｓ３のアノードは、ドライブ回路１１の出力端子Ｇに接続される。第３のショットキーバリアダイオードＤｓ３のカソードは、第５の抵抗Ｒ５の一端に接続される。
【０１８２】
このように本実施の形態では、制御回路９１の消費電流を増加させる回路である第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２と第５の抵抗Ｒ５とによって構成される回路は、第３のショットキーバリアダイオードＤｓ３を介して、ドライブ回路１１に接続される。これによって、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに、外部コンデンサＣ１が無駄に放電することを回避することが可能となる。したがって、制御回路９１によってＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動可能な時間を延長することができる。
【０１８３】
また、本実施の形態における制御回路９１では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときに、過電流を検出するだけではなく、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときにも、過電流を検出することが可能である。
【０１８４】
ドライブ回路１１から出力される出力信号のローレベルは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤの電位である０Ｖであるので、過電流を検出したときに第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンしても電流は流れない。
【０１８５】
しかし、このローレベルを、制御回路９１の閾値を超えない範囲で設定することによって、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルでありながら、過電流を検出したときには第５の抵抗Ｒ５で決まる電流を流すことができる。この電流をドライブ回路１１によって監視することによって、過電流を検出することが可能となる。
【０１８６】
前述の制御回路９１の閾値を超えない範囲は、たとえば数百ｍＶ以上１Ｖ以下程度であり、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１が駆動しない範囲で設定可能である。
【０１８７】
＜第１２の実施の形態の変形例＞
図１８は、本発明の第１２の実施の形態の変形例である半導体装置９５の制御回路９６およびスイッチング素子部３の構成を示す図である。半導体装置９５は、前述の図１に示す半導体装置１に代えて、点火装置１０に備えられて用いられる。
【０１８８】
本変形例の半導体装置９５は、図１７に示す第１２の実施の形態の半導体装置９０における電流検出回路５２に代えて、温度検出回路６７を備えること以外は、第１２の実施の形態の半導体装置９０と同様の構成を有する。温度検出回路６７は、図１２に示す第８の実施の形態における温度検出回路６７と同様の構成である。本変形例の制御回路９６の構成は、第８の実施の形態の制御回路６６の構成と類似する。したがって、制御回路６６と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０１８９】
本変形例における制御回路９６では、第１２の実施の形態と同様に、第５の抵抗Ｒ５を、第３のショットキーバリアダイオードＤｓ３を介して、ドライブ回路１１の出力端子Ｇに接続している。これによって、第１２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに、外部コンデンサＣ１が無駄に放電することを回避することが可能となるので、制御回路９６によってＩＧＢＴ  Ｑ１を駆動可能な時間を延長することができる。
【０１９０】
また、本変形例における制御回路９６では、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときに、異常温度を検出するだけではなく、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときにも、異常温度を検出することが可能である。
【０１９１】
ドライブ回路１１から出力される出力信号のローレベルは、パワー半導体用グランド８のグランド端子ＧＮＤの電位である０Ｖであるので、異常温度を検出したときに第２のＮＭＯＳトランジスタＮＭ２をオンしても電流は流れない。
【０１９２】
しかし、このローレベルを、制御回路９６の閾値を超えない範囲で設定することによって、ドライブ回路１１から出力される出力信号の信号レベルがローレベルでありながら、異常温度を検出したときには第５の抵抗Ｒ５で決まる電流を流すことができる。この電流をドライブ回路１１によって監視することによって、異常温度を検出することが可能となる。
【０１９３】
前述の制御回路９６の閾値を超えない範囲は、たとえば数百ｍＶ以上１Ｖ以下程度であり、スイッチング素子であるＩＧＢＴ  Ｑ１が駆動しない範囲で設定可能である。
【０１９４】
＜第１３の実施の形態＞
図１９は、本発明の前提技術である半導体装置１のドライブ回路１１の構成を示す図である。ドライブ回路１１は、前述の図１に示すように、制御回路１２および電流検出抵抗Ｒｓ１とともに、集積回路２を構成する。
【０１９５】
ドライブ回路１１は、第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１、第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１、第１のベース抵抗Ｒｂ１、第２のベース抵抗Ｒｂ２、第１１の抵抗Ｒ１１、第１２の抵抗Ｒ１２および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。
【０１９６】
第１のベース抵抗Ｒｂ１の一端は、ドライブ回路１１の入力端子に接続される。入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。第１のベース抵抗Ｒｂ１の他端は、第１１の抵抗Ｒ１１の一端、および第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のベースに接続される。第１１の抵抗Ｒ１１の他端は、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０１９７】
第１２の抵抗Ｒ１２の一端および第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のエミッタには、ＥＣＵ６から、ハイ（Ｈｉ）レベルの信号が入力される。第１２の抵抗Ｒ１２の一端は、第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のエミッタに接続される。第１２の抵抗Ｒ１２の他端は、第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のコレクタ、および第２のベース抵抗Ｒｂ２の一端に接続される。
【０１９８】
第２のベース抵抗Ｒｂ２の他端は、第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のベースに接続される。第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のコレクタは、出力抵抗Ｒｏの一端に接続される。出力抵抗Ｒｏの他端は、ドライブ回路１１の出力端子Ｖｏｕｔに接続される。
【０１９９】
図２０は、本発明の第１３の実施の形態におけるドライブ回路１００の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１００は、後述する構成以外は、前述の図１９に示す前提技術におけるドライブ回路１１と同様の構成を有する。
【０２００】
ドライブ回路１００は、電圧検出回路１０１、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２、検出抵抗Ｒｄ１、第３のベース抵抗Ｒｂ３および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。電圧検出回路１０１は、第１３の抵抗Ｒ１３、第１４の抵抗Ｒ１４、第１５の抵抗Ｒ１５、第１６の抵抗Ｒ１６およびコンパレータ１０２を備える。
【０２０１】
第１３の抵抗Ｒ１３の一端は、コンパレータ１０２の出力端子に接続される。第１３の抵抗Ｒ１３の他端は、コンパレータ１０２の反転入力端子および第１４の抵抗Ｒ１４の一端に接続される。コンパレータ１０２の非反転入力端子は、第１５の抵抗Ｒ１５の一端、および第１６の抵抗Ｒ１６の一端に接続される。第１６の抵抗Ｒ１６の他端は、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０２０２】
検出抵抗Ｒｄ１の一端は、第１５の抵抗Ｒ１５の他端および第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のコレクタに接続される。検出抵抗Ｒｄ１の他端は、第１４の抵抗Ｒ１４の他端、およびグランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０２０３】
第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタは、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタに接続される。第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のベースは、共通に接続され、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタには、ＥＣＵ６から、ハイ（Ｈｉ）レベルの信号が入力される。
【０２０４】
第３のベース抵抗Ｒｂ３の一端は、ドライブ回路１００の入力端子に接続される。ドライブ回路１００の入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。第３のベース抵抗Ｒｂ３の他端は、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベースに接続される。第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のコレクタは、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のエミッタは、出力抵抗Ｒｏの一端に接続される。出力抵抗Ｒｏの他端は、ドライブ回路１００の出力端子Ｖｏｕｔに接続される。
【０２０５】
前述の図１９に示す前提技術におけるドライブ回路１１では、制御用コンピュータであるＥＣＵ６から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルか、ローレベルかに呼応して、ドライブ回路１１から出力される出力信号として、信号レベルがハイレベルまたはローレベルの信号を出力するのみである。
【０２０６】
これに対し、本実施の形態におけるドライブ回路１００は、電圧検出回路１０１を備えるので、前提技術におけるドライブ回路１１と同様の機能を有するだけでなく、ドライブ回路１００から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルのときに、制御回路の消費電流を電圧情報として検出することが可能である。
【０２０７】
したがって、過電流または異常温度が生じたときに、制御回路側で回路の消費電流を変化させ、この電流をドライブ回路１００で監視することによって、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２０８】
具体的に述べると、ドライブ回路１００から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるとき、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３に流れる電流は、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２に流れる電流と略等しい。したがって、温度検出回路１０１は、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２に流れる電流を、検出抵抗Ｒｄ１で電圧値に変換して検出する。
【０２０９】
本実施の形態におけるドライブ回路１００は、たとえば、前述の第５、第８、第１１の実施の形態、第１１の実施の形態の変形例、第１２の実施の形態または第１２の実施の形態の変形例の半導体装置５０，６５，８０，８５，９０，９５に対応するドライブ回路である。本実施の形態におけるドライブ回路１００を、前述の第５、第８、第１１の実施の形態、第１１の実施の形態の変形例、第１２の実施の形態または第１２の実施の形態の変形例の半導体装置５０，６５，８０，８５，９０，９５に用いることによって、以下の効果が得られる。前述のように過電流または異常温度が生じたときに、制御回路の消費電流の変化をドライブ回路１００で監視することによって、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２１０】
＜第１４の実施の形態＞
図２１は、本発明の第１４の実施の形態におけるドライブ回路１０５の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１０５は、後述する構成以外は、前述の図１９に示す前提技術におけるドライブ回路１１と同様の構成を有する。
【０２１１】
ドライブ回路１０５は、電圧検出回路１０６、第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４、第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４、第１のベース抵抗Ｒｂ１、第２のベース抵抗Ｒｂ２、第４のベース抵抗Ｒｂ４、第２の検出抵抗Ｒｄ２、第１２の抵抗Ｒ１２および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。電圧検出回路１０６は、第１７の抵抗Ｒ１７、第１８の抵抗Ｒ１８、第１９の抵抗Ｒ１９、第２０の抵抗Ｒ２０およびコンパレータ１０７を備える。
【０２１２】
第１７の抵抗Ｒ１７の一端は、コンパレータ１０７の出力端子に接続される。第１７の抵抗Ｒ１７の他端は、コンパレータ１０７の反転入力端子および第１８の抵抗Ｒ１８の一端に接続される。コンパレータ１０７の非反転入力端子は、第１９の抵抗Ｒ１９の一端、および第２０の抵抗Ｒ２０の一端に接続される。第２０の抵抗Ｒ２０の他端は、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０２１３】
第１８の抵抗Ｒ１８の他端は、第２の検出抵抗Ｒｄ２の他端、および第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。第１９の抵抗Ｒ１９の他端は、第２の検出抵抗Ｒｄ２の一端、第１２の抵抗Ｒ１２の一端、および第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のエミッタに接続される。
【０２１４】
第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３および第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のベースは、共通に接続され、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のコレクタに接続される。第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０２１５】
本実施の形態では、ドライブ回路１１の入力端子は、第１のベース抵抗Ｒｂ１の一端、および第４のベース抵抗Ｒｂ４の一端に接続される。ドライブ回路１０５の入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。第４のベース抵抗Ｒｂ４の他端は、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のベースに接続される。第１のベース抵抗Ｒｂ１の他端は、第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のベースに接続される。
【０２１６】
第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第１のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ１のコレクタは、第１２の抵抗Ｒ１２の他端および第２のベース抵抗Ｒｂ２の一端に接続される。第２のベース抵抗Ｒｂ２の他端は、第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のベースに接続される。
【０２１７】
第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のコレクタは、出力抵抗Ｒｏの一端、および第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のエミッタに接続される。出力抵抗Ｒｏの他端は、ドライブ回路１０５の出力端子Ｖｏｕｔに接続される。第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のコレクタは、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のコレクタに接続される。第１２の抵抗Ｒ１２、第２の検出抵抗Ｒｄ２および第１のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ１のエミッタには、ＥＣＵ６から、ハイ（Ｈｉ）レベルの信号が入力される。
【０２１８】
本実施の形態におけるドライブ回路１０５は、前述の図１９に示す前提技術におけるドライブ回路１１と同様の機能を有するだけでなく、ドライブ回路１０５から出力される出力信号の信号レベルがローレベルのときに、制御回路からドライブ回路１０５側に流れ込む電流を電圧情報として検出することが可能である。
【０２１９】
したがって、過電流または異常温度が生じたときに、制御回路側で外部コンデンサＣ１の電荷を利用してドライブ回路１０５に電流を流し、この電流をドライブ回路１０５で監視することによって、ドライブ回路１０５から、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２２０】
具体的に述べると、ドライブ回路１０５から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるとき、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４に流れる電流は、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３に流れる電流と略等しい。したがって、電圧検出回路１０６は、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４に流れる電流を、第２の検出抵抗Ｒｄ２で電圧値に変換して検出する。
【０２２１】
本実施の形態におけるドライブ回路１０５は、たとえば、前述の第６または第９の実施の形態の半導体装置５５，７０に対応するドライブ回路である。本実施の形態におけるドライブ回路１０５を、前述の第６または第９の実施の形態の半導体装置５５，７０に用いることによって、前述のように過電流または異常温度が生じたときに、制御回路の消費電流の変化をドライブ回路１０５で監視して、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２２２】
＜第１５の実施の形態＞
図２２は、本発明の第１５の実施の形態におけるドライブ回路１１０の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１１０は、前述の図２０に示す第１３の実施の形態におけるドライブ回路１００と、図２１に示す第１４の実施の形態におけるドライブ回路１０５とを組合せたものであり、第１３および第１４の実施の形態におけるドライブ回路１００，１０５と同様の構成を有する。
【０２２３】
本実施の形態では、ドライブ回路１１０は、第１の電圧検出回路１０１、第２の電圧検出回路１０６、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４、第３のベース抵抗Ｒｂ３、第４のベース抵抗Ｒｂ４、第１の検出抵抗Ｒｄ１、第２の検出抵抗Ｒｄ２および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。第１の電圧検出回路１０１は、図２０に示す第１３の実施の形態における電圧検出回路１０１と同様の構成である。第２の電圧検出回路１０６は、図２１に示す第１４の実施の形態における電圧検出回路１０６と同様の構成である。
【０２２４】
第１の電圧検出回路１０１の第１４の抵抗Ｒ１４の他端は、第１の検出抵抗Ｒｄ１の他端に接続される。第１の検出抵抗Ｒｄ１の他端は、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第１の電圧検出回路１０１の第１５の抵抗Ｒ１５の他端は、第１の検出抵抗Ｒｄ１の一端、および第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のコレクタに接続される。
【０２２５】
第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタは、第２の検出抵抗Ｒｄ２の一端および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタに接続される。第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のベースは、共通に接続され、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。
【０２２６】
ドライブ回路１１０の入力端子は、第３のベース抵抗Ｒｂ３の一端および第４のベース抵抗Ｒｂ４の一端に接続される。ドライブ回路１１０の入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。第３のベース抵抗Ｒｂ３の他端は、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベースに接続される。
【０２２７】
第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のコレクタは、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のエミッタは、出力抵抗Ｒｏの一端および第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のエミッタに接続される。出力抵抗Ｒｏの他端は、ドライブ回路１１０の出力端子Ｖｏｕｔに接続される。第４のベース抵抗Ｒｂ４の他端は、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のベースに接続される。
【０２２８】
第２の電圧検出回路１０６の第１８の抵抗Ｒ１８の他端は、第２の検出抵抗Ｒｄ２の他端、および第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３のコレクタに接続される。第２の電圧検出回路１０６の第１９の抵抗Ｒ１９の他端は、第２の検出抵抗Ｒｄ２の一端、および第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタに接続される。
【０２２９】
第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３および第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のベースは、共通に接続され、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のコレクタに接続される。第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のコレクタは、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４のコレクタに接続される。
【０２３０】
第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第２の検出抵抗Ｒｄ２、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタおよび第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタには、ＥＣＵ６から、ハイ（Ｈｉ）レベルの信号が入力される。
【０２３１】
第１３および第１４の実施の形態におけるドライブ回路１００，１０５では、ドライブ回路１００，１０５から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルおよびローレベルのいずれか一方の場合のみ、電流を監視することが可能である。
【０２３２】
これに対し、本実施の形態におけるドライブ回路１１０では、第１および第２の電圧検出回路１０１，１０６を備えるので、ドライブ回路１１０から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルか、ローレベルかに関わらず、過電流または異常温度発生時の電流変化を監視することが可能である。したがって、ドライブ回路１１０から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルか、ローレベルかに関わらず、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２３３】
具体的に述べると、ドライブ回路１１０から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるとき、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３に流れる電流は、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２に流れる電流と略等しい。したがって、ドライブ回路１１０は、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２に流れる電流を、第１の検出抵抗Ｒｄ１で電圧値に変換して検出する。
【０２３４】
また、ドライブ回路１１０から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるとき、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４に流れる電流は、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３に流れる電流と略等しい。したがって、ドライブ回路１１０は、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３に流れる電流を、第２の検出抵抗Ｒｄ２で電圧値に変換して検出する。
【０２３５】
本実施の形態におけるドライブ回路１１０は、たとえば、前述の第７または第１０の実施の形態の半導体装置６０，７５に対応するドライブ回路である。本実施の形態におけるドライブ回路１１０を、前述の第７または第１０の実施の形態の半導体装置６０，７５に用いることによって、前述のようにドライブ回路１１０の出力信号がハイレベルか、ローレベルかに関わらず、過電流または異常温度発生時の電流変化をドライブ回路１１０で監視して、制御用コンピュータであるＥＣＵ６に、過電流情報または異常温度情報を伝達することが可能となる。
【０２３６】
＜第１６の実施の形態＞
図２３は、本発明の第１６の実施の形態におけるドライブ回路１１５の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１１５の構成は、前述の図２２に示す第１５の実施の形態におけるドライブ回路１１０の構成と類似する。したがって、ドライブ回路１１０と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０２３７】
本実施の形態では、ドライブ回路１１５は、電圧検出回路１０１、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３、第４のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ４、第５のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ５、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３、第４のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ４、第５のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ５、第３のベース抵抗Ｒｂ３、第４のベース抵抗Ｒｂ４、第５のベース抵抗Ｒｂ５、第６のベース抵抗Ｒｂ６、第１の検出抵抗Ｒｄ１、および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。本実施の形態における電圧検出回路１０１は、図２０に示す第１３の実施の形態における電圧検出回路１０１と同様の構成である。
【０２３８】
本実施の形態では、ドライブ回路１１５の入力端子は、第３のベース抵抗Ｒｂ３の一端、第４のベース抵抗Ｒｂ４の一端、第５のベース抵抗Ｒｂ５の一端、および第６のベース抵抗Ｒｂ６の一端に接続される。ドライブ回路１１５の入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。
【０２３９】
ＥＣＵ６から入力されるハイ（Ｈｉ）レベルの信号は、第５のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ５のエミッタ、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタ、および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタに入力される。
【０２４０】
第５のベース抵抗Ｒｂ５の他端は、第５のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ５のベースに接続される。第５のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ５のコレクタは、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のコレクタ、および第１の検出抵抗Ｒｄ１の一端に接続される。
【０２４１】
第６のベース抵抗Ｒｂ６の他端は、第５のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ５のベースに接続される。第５のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ５のコレクタは、第３のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ３のコレクタ、および第１の検出抵抗Ｒｄ１の他端に接続される。第５のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ５のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。
【０２４２】
前述の図２２に示す第１５の実施の形態におけるドライブ回路１１０では、２つの検出抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２と、２つの電圧検出回路１０１，１０６とが必要であるので、回路が大型化してしまうおそれがある。
【０２４３】
回路の大型化を防ぐために、本実施の形態におけるドライブ回路１１５では、第５のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ５と、第５のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ５とを追加している。これによって、検出抵抗および電圧検出回路を１つにすることができるので、回路の小型化が可能である。また回路の低コスト化が可能である。
【０２４４】
＜第１７の実施の形態＞
図２４は、本発明の第１７の実施の形態におけるドライブ回路１２０の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１２０の構成は、前述の図２０に示す第１３の実施の形態におけるドライブ回路１００の構成と類似する。したがって、ドライブ回路１００と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０２４５】
本実施の形態におけるドライブ回路１２０は、第１３の実施の形態におけるドライブ回路１００を構成する電圧検出回路１０１、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２、検出抵抗Ｒｄ１、第３のベース抵抗Ｒｂ３および出力抵抗Ｒｏに加えて、第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６、第７のベース抵抗Ｒｂ７、第２１の抵抗Ｒ２１および第２２の抵抗Ｒ２２を備えて構成される。電圧検出回路１０１は、図２０の電圧検出回路１０１と同様の構成である。
【０２４６】
本実施の形態では、第３のベース抵抗Ｒｂ３の一端は、第２１の抵抗Ｒ２１の他端、および第２２の抵抗Ｒ２２の一端に接続される。ＥＣＵ６から入力されるハイ（Ｈｉ）レベルの信号は、第２１の抵抗Ｒ２１の一端、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２のエミッタ、および第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３のエミッタに入力される。
【０２４７】
第２２の抵抗Ｒ２２の他端は、第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６のコレクタに接続される。第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６のエミッタは、グランド、具体的には前述の図１に示す制御用グランド７に接続される。第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６のベースは、第７のベース抵抗Ｒｂ７の他端に接続される。第７のベース抵抗Ｒｂ７の一端は、ドライブ回路１２０の入力端子に接続される。ドライブ回路１２０の入力端子には、ＥＣＵ６からの電圧信号ＶＥＣＵが入力される。
【０２４８】
前述の図２２，図２３に示す第１５および第１６の実施の形態におけるドライブ回路１１０，１１５では、ドライブ回路１１０，１１５から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるときには、制御回路側へ流れる電流、すなわち制御回路の消費電流を監視している。ドライブ回路１１０，１１５から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときには、ドライブ回路１１０，１１５側へ流れ込む電流を監視している。これによって、過電流または異常温度を検出している。
【０２４９】
これに対し、本実施の形態におけるドライブ回路１２０では、ドライブ回路１２０から出力される出力信号の信号レベルがハイレベルであるとき、およびローレベルであるときのいずれのときも、制御回路側へ電流が流れる。
【０２５０】
ここで問題となるのが、ドライブ回路１２０から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときである。たとえば、前述の図２２，図２３に示す第１５および第１６の実施の形態におけるドライブ回路１１０，１１５では、出力信号のローレベルは、グランド電位である０Ｖであるので、制御回路側へ電流は流れない。
【０２５１】
そこで、本実施の形態では、ドライブ回路１２０から出力される出力信号のローレベルを、第２１の抵抗Ｒ２１と第２２の抵抗Ｒ２２との分圧によって、回路の閾値を超えない範囲、たとえば数百ｍＶ以上１Ｖ以下程度に設定している。これによって、ドライブ回路１２０から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときにも、制御回路側へ電流を流すことが可能となる。
【０２５２】
以上のように本実施の形態では、ドライブ回路１２０は、ＥＣＵ６から与えられる制御信号を、第２１の抵抗Ｒ２１と第２２の抵抗Ｒ２２との分圧によって制限して、制御信号Ｓｄとなる出力信号として、制御回路に出力する。そして、制御信号Ｓｄのローレベルは、０Ｖ以外の予め定める値に設定される。これによって、制御信号Ｓｄの信号レベルがローレベルであるときにも、制御回路側へ電流を流すことが可能となる。
【０２５３】
したがって、本実施の形態におけるドライブ回路１２０では、第１５および第１６の実施の形態におけるドライブ回路１１０，１１５に比べて、トランジスタの個数を削減することができるので、小型化が可能である。また本実施の形態では、ドライブ回路１２０から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときに、過電流または異常温度などの異常を検出した場合には、外部コンデンサＣ１の電荷を利用せずに、制御回路に電流を流すことができる。したがって、半導体装置の駆動可能な時間を延長することができる。
【０２５４】
本実施の形態では、ドライブ回路１２０から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときには、抵抗分圧によって、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧を決めている。ドライブ回路１２０の出力端子Ｖｏｕｔから出力される出力信号である出力電圧は、常温たとえば２５℃では、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧値から０．７Ｖ程度低下した値となる。したがって、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧を、たとえば１．４Ｖ程度にすると、ドライブ回路１２０の出力端子Ｖｏｕｔから出力される出力電圧は、約０．７Ｖ程度となる。
【０２５５】
本実施の形態におけるドライブ回路１２０は、たとえば、前述の図１７に示す第１２の実施の形態の半導体装置９０または前述の図１８に示す第１２の実施の形態の変形例の半導体装置９５に対応するドライブ回路である。本実施の形態におけるドライブ回路１２０を、前述の第１２の実施の形態の半導体装置９０または第１２の実施の形態の変形例の半導体装置９５に用いることによって、半導体装置９０，９５の小型化が可能であり、また半導体装置９０，９５の駆動可能な時間を延長することができる。
【０２５６】
＜第１８の実施の形態＞
図２５は、本発明の第１８の実施の形態であるドライブ回路１２５の構成を示す図である。本実施の形態におけるドライブ回路１２５の構成は、前述の図２４に示す第１７の実施の形態におけるドライブ回路１２０の構成と類似する。したがって、ドライブ回路１２０と同一の構成については同一の参照符号を付して、共通する説明を省略する。
【０２５７】
本実施の形態におけるドライブ回路１２５は、前述の図２４に示す第１７の実施の形態のドライブ回路１２０における第２２の抵抗Ｒ２２に代えて、第１のダイオードＤ１および第２のダイオードＤ２を備える構成である。
【０２５８】
具体的には、本実施の形態におけるドライブ回路１２５は、電圧検出回路１０１、第２のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ２、第３のＰＮＰトランジスタＰ−Ｔｒ３、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２、第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、第３のベース抵抗Ｒｂ３、第７のベース抵抗Ｒｂ７、第２１の抵抗Ｒ２１、検出抵抗Ｒｄ１および出力抵抗Ｒｏを備えて構成される。
【０２５９】
第１のダイオードＤ１のアノードは、第２１の抵抗Ｒ２１の他端に接続される。第１のダイオードＤ１のカソードは、第２のダイオードＤ２のアノードに接続される。第２のダイオードＤ２のカソードは、第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６のコレクタに接続される。
【０２６０】
前述の図２４に示す第１７の実施の形態におけるドライブ回路１２０では、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧を、第３のベース抵抗Ｒｂ３による抵抗分圧で与えている。この場合、制御用コンピュータであるＥＣＵ６から入力されるハイ（Ｈｉ）レベルの信号が、ノイズまたはサージなどによって変動したときに、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２が誤動作するおそれがある。
【０２６１】
そこで、本実施の形態におけるドライブ回路１２５では、第６のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ６と第３のベース抵抗Ｒｂ３との間に、第１および第２のダイオードＤ１，Ｄ２を設けて、第１および第２のダイオードＤ１，Ｄ２の順方向降下電圧を利用して、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧を与えるようにしている。これによって、ＥＣＵ６から入力されるハイ（Ｈｉ）レベルの信号が、ノイズまたはサージなどによって変動したときでも、安定したベース電圧を確保することができるので、第２のＮＰＮトランジスタＴｒ２の誤動作を抑制することが可能となる。
【０２６２】
以上のように本実施の形態では、ドライブ回路１２５は、ＥＣＵ６から与えられる制御信号を、第１および第２のダイオードＤ１，Ｄ２を介して、制御信号Ｓｄとなる出力信号として制御回路に出力する。これによって、制御信号としてＥＣＵ６から入力されるハイ（Ｈｉ）レベルの信号が、ノイズまたはサージなどによって変動したときでも、安定したベース電圧を確保することができる。したがって、第２のＮＰＮトランジスタＴｒ２の誤動作を抑制することが可能となる。
【０２６３】
本実施の形態では、前述のように第２２の抵抗Ｒ２２に代えて、第１および第２のダイオードＤ１，Ｄ２を設けて、ドライブ回路１２５から出力される出力信号の信号レベルがローレベルであるときには、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧に約１．４Ｖ程度を印加している。ドライブ回路１２５の出力端子Ｖｏｕｔから出力される出力電圧の値は、常温たとえば２５℃では、第２のＮＰＮトランジスタＮ−Ｔｒ２のベース電圧値から０．７Ｖ程度低下した値となるので、約０．７Ｖ程度となる。
【０２６４】
ドライブ回路１２５に設けるダイオードの個数は、２個に限らず、ドライブ回路１２５の出力端子Ｖｏｕｔから出力される出力電圧のローレベルが、回路の閾値を超えない範囲であれば、自由に設定可能である。
【０２６５】
本実施の形態におけるドライブ回路１２５は、たとえば、前述の図１７に示す第１２の実施の形態の半導体装置９０または前述の図１８に示す第１２の実施の形態の変形例の半導体装置９５に対応するドライブ回路である。本実施の形態におけるドライブ回路１２５を、前述の第１２の実施の形態の半導体装置９０または第１２の実施の形態の変形例の半導体装置９５に用いることによって、半導体装置９０，９５の小型化が可能であり、また半導体装置９０，９５の駆動可能な時間を延長することができる。
【０２６６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【０２６７】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０２６８】
１，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５  半導体装置、２  集積回路、３  スイッチング素子部、４  点火用トランス、５  点火プラグ、６  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１０  点火装置、１１，１００，１０５，１１０，１１５，１２０，１２５  ドライブ回路、１２，３１，３６，４１，４６，５１，５６，６１，６６，７１，７６，８１，８６，９１，９６  制御回路、５２  電流検出回路、６７  温度検出回路、１０１  電圧検出回路（第１の電圧検出回路）、１０６  電圧検出回路（第２の電圧検出回路）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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