(57)【要約】      （修正有）【課題】  パルス列状の制御信号に基づく半導体素子のオンオフ動作により電力供給の制御を行うと共に、半導体スイッチ素子の破壊を防ぐ保護動作を行うことができ、且つ、過剰な保護を適切に防止できる電力供給制御装置構成を提供する。【解決手段】  電力供給制御装置１０には、ＰＷＭ制御信号に基づいてオンオフ動作するＦＥＴ２０を備えたサーマルＦＥＴ１１が設けられている。このサーマルＦＥＴ１１には過熱保護回路４２が設けられ、他方、サーマルＦＥＴ１１の外部に設けられた入力レベル検出手段５０によってゲート端子Ｇの電圧レベルに対応した信号がマイコン１２に入力される。マイコン１２は、ゲート端子Ｇの電圧レベルが、ＦＥＴ２０の遮断レベルに所定回数達した場合にＰＷＭ制御信号の停止動作を行う。一方、マイコン１２は、車両用電源３０の電源電圧レベルが、基準レベル以下の場合には、ＰＷＭ制御信号の停止動作を行わずに出力を維持する。【選択図】  図１
2006180573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス列状の制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号を増幅し増幅制御信号を出力する増幅手段と、
前記増幅制御信号に基づいて制御入力端子の電圧レベルが変化することによりオンオフ動作される半導体素子と、異常検出時に強制的に前記制御入力端子の電圧レベルを変化させて前記半導体素子の遮断動作を行い、その後、遮断動作から復帰させる保護手段とを有する半導体スイッチ手段と、
を備えた電力供給制御装置であって、
前記制御入力端子の入力電圧又は前記半導体素子の出力電圧を遮断判定用電圧として、この遮断判定用電圧が遮断レベルに達することを条件として前記保護手段による遮断動作を検出する遮断検出手段と、
前記遮断動作が行われたことを条件に、前記制御信号を停止または無効化する保護動作を行うスイッチ保護手段と、
電源電圧レベルを検出し、この電源電圧レベルが基準レベル以下の場合に、前記スイッチ保護手段による保護動作を阻止する保護動作阻止手段とを設けたことを特徴とする電力供給制御装置。
【請求項２】
前記増幅手段は、前記電源電圧レベルが、前記制御信号の最大出力レベルよりも高く設定される停止レベルに達した場合に前記増幅制御信号の出力を停止するように構成されており、
前記基準レベルは、前記停止レベルと同レベル又は前記停止レベルよりも高いレベルとされていることを特徴とする請求項１に記載の電力供給制御装置。
【請求項３】
前記スイッチ保護手段は、前記制御手段からなり、
前記制御手段は、前記制御信号において前記半導体素子を導通させるオン信号が出力されるオン期間毎に、前記遮断判定用電圧のレベルの確認を行い、所定回数の前記オン期間において、連続して前記遮断判定用電圧のレベルが前記遮断レベルに達することを条件として前記保護動作を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力供給制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記オン期間において、前記オン信号の出力開始から一定期間が経過した後、前記遮断判定用電圧のレベルを複数回確認するよう構成され、前記遮断判定用電圧レベルが前記複数回にわたり前記遮断レベルに達したことが検出されたオン期間が、前記所定回数連続することを条件として、前記保護動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力供給制御装置。
【請求項５】
前記保護手段は、前記半導体素子に対する前記遮断動作が行われた後、前記制御信号における前記半導体素子を導通させるオン信号が前記半導体スイッチ手段に到来することを条件として、前記半導体素子を前記遮断動作から復帰させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電力供給制御装置。
【請求項６】
前記スイッチ保護手段は、当該電力供給制御装置の外部に設けられたリセット手段からリセット信号を入力可能に構成されており、前記保護動作を行った後、前記リセット信号が入力されることを条件として前記保護動作の解除を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電力供給制御装置。
【請求項７】
前記遮断判定用電圧として前記制御入力端子の入力電圧レベルを検出する入力レベル検出手段を備え、
前記遮断検出手段は、前記制御入力端子の前記入力電圧レベルが前記遮断レベルに達することを条件として前記保護手段による遮断動作を検出する構成をなし、
前記スイッチ保護手段、前記半導体スイッチ手段、及び前記入力レベル検出手段が、共に同一基板に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力供給制御装置。
【請求項８】
前記電源は車両用電源であり、前記負荷は車両用電気部品であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか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、保護機能を有する半導体スイッチ手段を備えた電力供給制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、制御信号に基づきオンオフ動作する半導体スイッチ手段を備え、その半導体スイッチ手段に連なる電源から負荷へ供給される電力を制御する電力供給制御装置が提供されている。このような電力供給制御装置としては、例えば特許文献１のように、半導体スイッチ手段として、過熱保護機能付きＦＥＴを用いるような技術が知られている。この特許文献１に示される過熱保護機能付きＦＥＴは、当該ＦＥＴの温度を検出する温度センサを備えており、例えば負荷の短絡等によってドレイン−ソース間に過電流が流れて温度が上昇し所定の温度に達した場合にゲート端子への制御信号の入力を遮断するように構成される。そして、ＦＥＴの温度が低下し、次に到来する制御信号の立ち上がり電圧でゲート端子の遮断を解除する構成となっている。
【特許文献１】特開平７−２２１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような電力供給制御装置では、オンオフレベルを交互に繰り返すパルス列状の制御信号（例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御信号）を過熱保護機能付きＦＥＴへ与えて負荷への電力供給量を制御する方法が採られているが、このような過熱保護機能付きＦＥＴをパルス列状の制御信号によって制御する場合には次のような問題が生じる。
【０００４】
即ち、上記過熱保護機能付きＦＥＴは、例えば負荷が短絡などした場合、オン動作させるオン信号（例えばハイレベル）を受けたときに過電流が流れて過熱状態となりゲート端子への入力を遮断する遮断動作を行う。しかし、その後間もなく到来する次のオン信号の出力タイミングで遮断動作が解除され、再びドレイン−ソース間に過電流が流れＦＥＴの温度が上昇することとなる。この構成の場合、負荷に短絡等が生じた状態で、制御信号の出力が依然として続くと、過熱保護機能付きＦＥＴはオン信号が出力される毎に遮断動作とその解除を繰り返すこととなる。しかしながら、このような過熱保護機能付きＦＥＴは、素子の構造上、遮断動作回数（熱ストレス）に限界があるため、上記のように負荷の短絡等が生じた状態で制御信号が長時間続くと、遮断動作回数が許容回数を超え、ＦＥＴが破壊されてしまうといった問題がある。
【０００５】
このような問題を解決する方法として、ＦＥＴのゲート端子の入力電圧又は出力電圧（ソース電圧）を遮断判定用電圧とし、この遮断判定用電圧が遮断レベルに達することを条件としてＦＥＴの遮断動作を判断する構成が考えられる。この構成の場合、遮断動作と判断された場合（具体的には、例えば所定回数の遮断動作が繰り返された場合など）にスイッチ保護手段により制御信号の出力を停止又は無効化するようにすれば、その後の遮断動作と解除の繰り返しを防止でき、ＦＥＴが効果的に保護されることとなる。
【０００６】
ところで、上記例のような過熱保護機能付きＦＥＴ等の半導体スイッチ手段を駆動する場合には、ＰＷＭ制御信号等の制御信号を半導体素子（ＦＥＴ等）の駆動レベルに対応させるため増幅手段を設け、この増幅手段からの増幅制御信号を半導体素子に与えるようにすると半導体素子の駆動を好適に行うことができる。しかしながら、このような増幅手段は、電源電圧に基づいて制御信号を増幅する構成をなすため、電源電圧レベルが低下すると、増幅制御信号の出力停止状態或いは出力レベル低下状態となり、これにより半導体スイッチ手段の適切な駆動が行われなくなる。
【０００７】
一方、このような電源電圧レベルの低下は、過電流等の異常状態とは異なり、半導体スイッチ手段の破壊を引き起こしやすい類のものではなく、また一時的な低下の場合も多い。しかしながら、上記のようにゲート端子の入力電圧又は出力電圧（ソース電圧）を遮断判定用電圧として遮断動作を判断する構成を採用した場合、このような電源電圧レベルの低下が生じると、保護手段による遮断動作が行われていないにもかかわらず（即ち、過熱、過電流等の異常状態が発生していないにもかかわらず）、スイッチ保護手段ではこのような異常状態が発生したものと判断してしまい、制御信号は出力停止又は無効化されてしまう。即ち、電源電圧レベルの低下の都度、制御信号の出力停止又は無効化が行われるといった過剰な保護動作が行われてしまうこととなる。
【０００８】
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、パルス列状の制御信号に基づく半導体素子のオンオフ動作により電力供給の制御を行うと共に、半導体スイッチ素子の破壊を防ぐ保護動作を行うことができ、その一方で、過剰な保護動作を適切に防止可能な電力供給制御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】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、パルス列状の制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号を増幅し増幅制御信号を出力する増幅手段と、
前記増幅制御信号に基づいて制御入力端子の電圧レベルが変化することによりオンオフ動作される半導体素子と、異常検出時に強制的に前記制御入力端子の電圧レベルを変化させて前記半導体素子の遮断動作を行い、その後、遮断動作から復帰させる保護手段とを有する半導体スイッチ手段と、
を備えた電力供給制御装置であって、
前記制御入力端子の入力電圧又は前記半導体素子の出力電圧を遮断判定用電圧として、この遮断判定用電圧が遮断レベルに達することを条件として前記保護手段による遮断動作を検出する遮断検出手段と、
前記遮断動作が行われたことを条件に、前記制御信号を停止または無効化する保護動作を行うスイッチ保護手段と、
電源電圧レベルを検出し、この電源電圧レベルが基準レベル以下の場合に、前記スイッチ保護手段による保護動作を阻止する保護動作阻止手段とを設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の電力供給制御装置において、
前記増幅手段は、前記電源電圧レベルが、前記制御信号の最大出力レベルよりも高く設定される停止レベルに達した場合に前記増幅制御信号の出力を停止するように構成されており、
前記基準レベルは、前記停止レベルと対応したレベルとされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電力供給制御装置において、前記スイッチ保護手段は、前記制御手段からなり、
前記制御手段は、前記制御信号において前記半導体素子を導通させるオン信号が出力されるオン期間毎に、前記遮断判定用電圧のレベルの確認を行い、所定回数の前記オン期間において、連続して前記遮断判定用電圧のレベルが前記遮断レベルに達することを条件として前記保護動作を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の電力供給制御装置において、前記制御手段は、前記オン期間において、前記オン信号の出力開始から一定期間が経過した後、前記遮断判定用電圧のレベルを複数回確認するよう構成され、
前記遮断判定用電圧レベルが前記複数回にわたり前記遮断レベルに達したことが検出されたオン期間が、前記所定回数連続することを条件として、前記保護動作を行うことを特徴とする。  
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４に記載の電力供給制御装置において、前記保護手段は、前記半導体素子に対する前記遮断動作が行われた後、前記制御信号における前記半導体素子を導通させるオン信号が前記半導体スイッチ手段に到来することを条件として、前記半導体素子を前記遮断動作から復帰させるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電力供給制御装置において、前記スイッチ保護手段は、当該電力供給制御装置の外部に設けられたリセット手段からリセット信号を入力可能に構成されており、前記保護動作を行った後、前記リセット信号が入力されることを条件として前記保護動作の解除を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電力供給制御装置において、
前記遮断判定用電圧として前記制御入力端子の入力電圧レベルを検出する入力レベル検出手段を備え、
前記遮断検出手段は、前記制御入力端子の前記入力電圧レベルが前記遮断レベルに達することを条件として前記保護手段による遮断動作を検出する構成をなし、
前記スイッチ保護手段、前記半導体スイッチ手段、及び前記入力レベル検出手段が、共に同一基板に取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電力供給制御装置において、前記電源は車両用電源であり、前記負荷は車両用電気部品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、保護手段による保護機能が作動した場合に半導体素子の遮断動作と復帰動作が許容回数以上繰り返される前に、制御信号を停止又は無効化して半導体素子を保護することが可能となる。従って、制御信号による電力供給制御を可能としつつ、半導体スイッチ手段の破壊を効果的に防ぐことができる構成となる。さらに、このようなスイッチ保護の構成を実現しつつ、その一方で、電源電圧の低下の都度、制御信号の出力停止又は無効化が行われるといった過剰な保護動作を防止でき、保護の適正化が図られることとなる。
【００１８】
＜請求項２の発明＞
制御信号を増幅手段によって増幅する構成を用いる場合、電源電圧レベルがある程度以上低下すると増幅手段による増幅が適切に行われないため、半導体素子の正常駆動に悪影響を及ぼす虞があるが、請求項２の構成では、電源電圧レベルが停止レベルに達した場合に出力が停止されるため、このような事態を防ぐことができる。また、このような構成の場合、何らかの手段を講じないと、増幅手段による出力停止が行われる度に遮断検出手段によって遮断動作が検出されて保護動作が行われてしまうこととなるが、請求項２の構成では、基準レベルが停止レベルと同レベル又は停止レベルよりも高いレベルとされ、増幅手段が出力停止となった場合、又は出力停止になりそうな場合に制御信号の出力停止又は無効化が行われなくなるため、増幅手段の機能停止中に保護動作の実行も停止されることとなり、過剰な保護動作をより効果的に防止できる。
【００１９】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成のように、所定回数のオン期間において、連続して遮断判定用電圧が遮断レベルに達することを条件として保護動作を行うようにすれば、ノイズの影響を効果的に抑えることができる。
【００２０】
＜請求項４の発明＞
請求項４の構成のように、遮断判定用電圧のレベルが複数回にわたり遮断レベルに達したことが検出されたオン期間が、所定回数連続することを条件として保護動作を行うようにすれば、各オン期間毎にノイズによる影響を除くことができるため、より一層ノイズの影響を考慮した精度高い判断が可能となり、異常状態をより正確に判別できることとなる。
【００２１】
＜請求項５の発明＞
請求項５の構成のように、半導体素子に対する遮断動作を行った後、半導体スイッチ手段に制御信号が到来することを条件として、半導体素子を遮断動作から復帰させるように保護手段を構成すると、オン信号に基づいて遮断動作を簡単に解除できることとなるが、このような構成の場合、異常が解消されない状態（例えば、短絡等の起因する大電流状態）が続くと、制御信号に基づく信号（即ち、増幅制御信号）が半導体スイッチ手段に供給され続けている間、保護手段による遮断動作が行われても、オン信号が到来する度に解除されることとなり、短時間の間に遮断動作及び解除動作が繰り返されてしまう。これに対し、請求項５の構成では、このように短時間のうちに遮断と解除が繰り返されやすい構成のものにおいて制御信号を停止または無効化しうるスイッチ保護手段が設けられており、極めて効果的な保護が図られることとなる。
【００２２】
＜請求項６の発明＞
請求項６の構成によれば、スイッチ保護手段によって制御信号の停止或いは無効化がなされた場合であっても、当該電力供給制御装置の外部から独立してリセットを行うことができる。即ち、一旦、制御信号の停止或いは無効化がなされた場合には、当該電力供給制御装置の内部動作に起因して復帰せずに、外部からのリセット信号に基づいて復帰することとなるため、当該電力供給制御装置の内部動作に拘わらず制御信号の停止状態又は無効化状態を確実に維持することができ、その一方で、外部から独立して容易に復帰できることとなる。
【００２３】
＜請求項７の発明＞
請求項７のように、半導体素子の遮断動作が行われたか否か（即ち、保護機能が作動したか否か）を、制御入力端子の電圧レベルに基づいて判断する構成とすると、電源から負荷への電力供給ラインのレベルに基づいて当該遮断動作を判断するような構成と比較して、ノイズの影響がより少なくなるため判断を高精度に行うことができ、かつ、装置構成の小型化、簡素化を図りやすい構成となる。また、請求項７の構成によれば、スイッチ保護手段、半導体スイッチ手段、及び入力レベル検出手段を、共に同一基板に取り付けており、装置構成の簡素化が図られる。特に、本構成では、制御入力端子の電圧レベルを検出するように入力レベル検出手段を構成しているため、入力レベル検出手段については、小型化、簡素化を図りやすく、基板に好適に取り付けることができるようになっており、ひいては、スイッチ保護手段、半導体スイッチ手段、入力レベル検出手段、及び基板全体の小型化、簡素化が図られることとなる。
【００２４】
＜請求項８の発明＞
請求項８の構成のように、車両用電源から車両用電気部品に電力を供給する構成の場合、負荷（即ち車両用電気部品）への電力供給ラインは車両用電源の影響から電圧変動が生じやすくなる。このため、仮に、電力供給ラインのレベル変化に基づいて半導体素子の遮断動作を判断する構成とすると、電圧変動の影響により正確な判断が阻害されることが懸念されるが、本構成では、負荷への電力供給ラインと比較して電源の影響を受けにくい入力ライン（即ち、制御入力端子への信号供給ライン）の電圧レベルを検出して半導体素子の遮断動作を判断しているため、構成を簡素化しつつ、遮断動作の判断を精度高く安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図５を参照しつつ説明する。
本実施形態の電力供給制御装置１０は、パルス状の制御信号としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御信号Ｓ１（以下、単に制御信号Ｓ１ともいう）を、半導体スイッチ手段に相当するサーマルＦＥＴ１１の入力に与えてオンオフ動作させることでこのサーマルＦＥＴ１１の出力側に連なる車両用電源３０（以下、単に電源３０とも称する）から負荷３１への電力供給をＰＷＭ制御するように構成されている。なお、本実施形態では、電力供給制御装置１０は図示しない車両に搭載され、負荷３１として例えば車両用のランプ、パワーウインドウ用駆動モータやワイパー用駆動モータなどの駆動制御をするために使用される。
【００２６】
（１）全体構成
図１には、電力供給制御装置１０のハードウエア構成が示されている。同図に示すように、電力供給制御装置１０は、マイコン１２と、ＦＥＴ駆動回路１３と、上記サーマルＦＥＴ１１と、レベル変換回路４０とを備えて構成されている。
【００２７】
マイコン１２はＣＰＵとして、或いはＣＰＵを備えて構成されており、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を内部生成或いは図示しない外部信号源から取り込んでＦＥＴ駆動回路１３に与える。なお、マイコン１２は、特許請求の範囲でいう制御手段、遮断検出手段、スイッチ保護手段、保護動作阻止手段に相当している。なお、遮断検出手段、スイッチ保護手段、保護動作阻止手段としての具体的機能については後述する。
【００２８】
ＦＥＴ駆動回路１３（ＦＥＴ駆動回路１３は特許請求の範囲でいう増幅手段に相当する）は、図２に示すように、マイコン１２からのＰＷＭ制御信号Ｓ１を昇圧（増幅）するための昇圧回路１５を備えた構成をなし、ここで昇圧されたＰＷＭ制御信号は、抵抗Ｒ０、Ｒ１で調整され、ＰＷＭ制御信号Ｓ１’（以下、増幅制御信号Ｓ１’ともいう）として出力される。増幅制御信号Ｓ１’は、図１に示すように、抵抗Ｒ２を介してサーマルＦＥＴ１１に備えられたＦＥＴ（電界効果トランジスタ。本実施形態ではｎチャネル型ＦＥＴ。）２０のゲート端子Ｇに与えられる。なお、このゲート端子Ｇは、特許請求の範囲でいう制御入力端子に相当する。また、ＦＥＴ２０は、特許請求の範囲でいう半導体素子に相当する。
【００２９】
また、ＦＥＴ駆動回路１３は、図２に示すように、電源３０から電圧が印加される構成をなし、電源電圧に基づいてＰＷＭ制御信号Ｓ１を増幅するように構成されている。マイコン１２から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１は、Ｈレベルが５Ｖとされ、Ｌレベルが０Ｖとされており、増幅制御信号はＳ１’、Ｈレベルが５Ｖより大きいレベル（例えば、２０Ｖ程度）に増幅され、この増幅制御信号Ｓ１’が抵抗Ｒ２を介してゲート端子Ｇに与えられる。
【００３０】
また、ＦＥＴ駆動回路１３は、電源３０の電源電圧レベルが低下し、停止レベルに達した場合に増幅制御信号Ｓ１’の出力を停止するように構成されている。本実施形態では、昇圧回路１５内のＩＣの電源が起動電圧レベル（例えば８Ｖ）に達しないときに（即ち、電源３０の電源電圧レベルが起動電圧レベルに達しないときに）、昇圧回路１５の昇圧動作が停止するように構成されている。なお、図２では、電源電圧レベルが停止レベルよりも低下した場合に増幅制御信号Ｓ１’の出力を停止させる構成の一形態を示したが、電源電圧レベルが停止レベルよりも低下した場合に増幅制御信号Ｓ１’の出力を停止しうる構成であれば、図２の構成に限定されないことは勿論である。
【００３１】
レベル変換回路４０は、図１に示すように、入力レベル検出手段５０の要部をなし、制御入力端子たるゲート端子Ｇの電圧レベルを間接的に検出し、レベル変換してマイコン１２に与えるように構成されている。このレベル変換回路４０は、入力側がＦＥＴ２０のゲート端子ＧとＦＥＴ駆動回路１３との接続点に接続され、ＦＥＴ２０のゲート端子Ｇに印加されるゲート電圧に対応したレベルの測定信号Ｓ２をマイコン１２に与える構成となっている。具体的には、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の値に基づいてゲート端子Ｇの電圧レベルに対応した電圧レベルがレベル変換回路４０に入力されるようになっており、さらに、このレベル変換回路４０にてマイコン１２で入力可能なレベルに変換されるようになっている。レベル変換回路４０からは、ゲート端子Ｇの電圧レベルに対応した低電圧信号がマイコン１２に入力されることとなる。なお、サーマルＦＥＴ１１においてゲート端子Ｇと入力端子Ｐの間には、保護用の抵抗Ｒ２が介在しており、レベル変換回路４０は、抵抗Ｒ２とＦＥＴ駆動回路１３の間の接続点に接続されている。
【００３２】
図３に示すように、本実施形態のサーマルＦＥＴ１１は、保護手段に相当する過熱保護回路４２を有しており、上記ＦＥＴ２０と、過熱保護回路４２の要部を構成する、温度センサ２１、制御回路２２、スイッチ２３、リセット回路２４とを備えて構成されている。このうちＦＥＴ２０は、ゲート端子Ｇに入力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１’（増幅制御信号）に応じてオンオフ動作し、電源３０から負荷３１に対する電力供給量を制御するように構成される。過熱保護回路４２は、温度検出センサ２１による検出結果に基づいて強制的にゲート端子Ｇの電圧レベルＶＧを変化させてＦＥＴ２０の遮断動作を行い、その後、所定条件の成立に応じてＦＥＴ２０を遮断動作から復帰させるように構成されている。
【００３３】
温度センサ２１は、ＦＥＴ２０のチャネル温度を検出し、この検出温度に対応する温度検出信号Ｓ３を出力する。
【００３４】
制御回路２２は、温度センサ２１が出力する温度検出信号Ｓ３を受けて、検出温度が所定の温度以上である場合に、スイッチ２３に駆動信号Ｓ４を与えて閉動作させる。なお、制御回路２２はラッチ回路を備え、この遮断状態を保持する機能を有しており、温度センサ２１での検出温度が所定の温度よりも低下しても、引き続きスイッチ２３をオン状態に保持するような駆動信号Ｓ４を出力する。
【００３５】
スイッチ２３は、ＦＥＴ２０のゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間に接続されており、上記制御回路２２からの駆動信号Ｓ４が入力端子に入力されるように構成されている。そして、スイッチ２３は、制御回路２２から駆動信号Ｓ４を受けていないときは開状態となりＰＷＭ制御信号Ｓ１’(増幅制御信号）を、抵抗Ｒ２を介してＦＥＴ２０のゲート端子Ｇに供給可能とする一方で、駆動信号Ｓ４を受けたときには閉動作してＰＷＭ制御信号Ｓ１’のゲートへの入力を遮断する。以下、この動作・状態を遮断動作・状態という。
【００３６】
過熱保護回路４２では、ＦＥＴ２０に対する遮断動作（即ちスイッチ２３のオン動作）が行われた後、ＰＷＭ制御信号Ｓ１’（即ち、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の増幅信号）におけるＦＥＴ２０を導通させるオン信号（Ｈレベル信号）が当該サーマルＦＥＴ１１に到来することを条件として、ＦＥＴ２０を遮断動作から復帰させるように構成されている。具体的には、リセット回路２４が、ＰＷＭ制御信号Ｓ１’のオン信号（具体的には立ち上がり電圧）を検知する毎に、解除信号Ｓ５を制御回路２２に与えて上記遮断状態を解除するように構成されている。
【００３７】
より詳しくは、制御回路２２はラッチ回路を有しており、温度センサ２１での検出温度が所定の温度よりも低下した場合には、ラッチ回路に保持信号が入力され、ラッチ回路はその入力を保持する。制御回路２２では、ラッチ回路の保持状態が続いている間は、駆動信号Ｓ４を出力し続ける。このラッチ回路での保持（即ち、遮断状態の維持）は、その後、リセット回路２４から解除信号Ｓ５（即ち、オン信号の立ち上がりに対応する信号）が入力されるまで続き、解除信号Ｓ５が入力されると、ラッチ回路での保持が解除され、駆動信号Ｓ４の出力が停止する。これに伴い、スイッチ２３の駆動動作が解除されることとなる（即ち、過熱保護回路４２によるＦＥＴ２０の遮断動作が解除されることとなる）。
【００３８】
以上のような構成により、電力供給制御装置１０は、マイコン１２からの出力Ｓ１に基づくＰＷＭ制御信号Ｓ１’をサーマルＦＥＴ１１に与えてオンオフ動作させ、電源３０から負荷３１への電力供給を行うＰＷＭ制御を実行する。その一方で、サーマルＦＥＴ１１は、例えば負荷３１の短絡等によって電源３０、負荷３１に連なる電力供給ラインに過電流が流れ所定の温度以上になったときにゲート端子ＧへのＰＷＭ制御信号Ｓ１’の入力を遮断する保護機能（過熱保護機能）を動作させる。
【００３９】
なお、本構成では、上述したように、電源電圧レベルが停止レベル以下となった場合には、ＦＥＴ駆動回路１３の出力が停止されることとなるため、この場合には、過熱保護回路４２による遮断動作の有無にかかわらずＦＥＴ２０に制御信号Ｓ１’が到達せず、ＦＥＴ２０の駆動が停止されることとなる。
【００４０】
（２）スイッチ保護動作
次に、スイッチ保護動作について、図４及び図５を用いて説明する。
図４を参照して説明する。なお、図４において、符号ＶＭはマイコン１２から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１の電圧波形を示しており、ＶＰは入力端子Ｐの電圧波形を示すものである。また、ＶＧはＦＥＴ２０のゲート端子Ｇのゲート電圧波形を示し、ＶＳはＦＥＴ２０のソース電圧波形を示している。
【００４１】
（ａ）制御概要
図１に示すように、本実施形態の電力供給制御装置１０では、過熱状態となった後で、ハイローレベル（オンオフレベル）を交互に繰り返すＰＷＭ制御信号Ｓ１’をサーマルＦＥＴ１１にそのまま継続的に与えると、サーマルＦＥＴ１１は、図３に示す温度センサ２１、制御回路２２及びスイッチ２３による遮断動作と、その後のオン信号の立ち上がりに基づくリセット回路２４、制御回路２２による解除動作とをＰＷＭ制御信号Ｓ１のパルス毎（即ちオン信号毎）に繰り返し実行し、最終的に破壊されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、上述したようにゲート端子Ｇの電圧（遮断判定用電圧）レベルを間接的に検出する入力レベル検出手段５０を設け、この入力レベル検出手段５０によって検出されたレベルが、ＦＥＴ２０の遮断動作が行われる遮断レベルに達したことを条件に、マイコン１２からのＰＷＭ制御信号Ｓ１を停止する保護動作を行うようにしている。
【００４２】
具体的には、図４に示すように、マイコン１２から出力されるＰＷＭ制御信号Ｓ１においてＦＥＴ２０を導通させるオン信号（ハイレベル信号）が出力されるオン期間Ｔ１毎に、ゲート端子Ｇのレベルの確認を行い、所定回数のオン期間Ｔ１において、連続してゲート端子Ｇのレベルが遮断レベルに達することを条件として、マイコン１２にてＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力を停止する保護動作を行うように構成されている。ＦＥＴ駆動回路１３の出力が正常に行われている場合には、入力端子ＰのレベルＶＰがゲート端子ＧのレベルＶＧに対応しているため（即ち、図１に示すように、ゲート端子ＧのレベルＶＧに対し、抵抗Ｒ２を加味したレベルが入力端子ＰのレベルＶＰに相当しているため）、入力レベル検出手段５０は、入力端子ＰのレベルＶＰを確認をすることによりゲート端子ＧのレベルＶＧを間接的に検出している。マイコン１２は、この入力端子ＰのレベルＶＰが、遮断レベルＶＸ（ゲート端子Ｇの遮断動作に対応したレベル）に達した場合（即ちＶＸを下回った場合）に、ゲート端子ＧのレベルＶＧが遮断レベルに達したものとみなし、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力を停止するようにしている。
【００４３】
また、図４において、「検出」の部分の矢印にて説明されるように、マイコン１２では、各オン期間Ｔ１において、オン信号（ハイレベル信号）の出力開始から一定期間Ｔ２が経過した後、ゲート電圧Ｇの電圧レベルＶＧを複数回確認（詳しくは、入力端子Ｐの電圧レベルＶＰを複数回（図４では３回）確認）している。そして、ゲート端子Ｇの電圧レベルＶＧが複数回にわたり遮断レベルに達したことが検出されたオン期間Ｔ１（即ち、入力端子ＶＰの電圧レベルＶＧが複数回にわたり遮断レベルＶＸを下回ったことが検出されたオン期間）が、所定回数（本実施形態では５回）連続することを条件として、保護動作（即ちＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力をローレベルにする停止動作）を行うようにしている。図４の例では、第２番目のオン信号から第６番目のオン信号まで、連続して、ＶＰにおける時間Ｔ３のレベルが遮断レベルＶＸを下回っており、第６番目のオン信号でのレベルＶＰの検出後にＰＷＭ制御信号Ｓ１を停止させることとなる。
【００４４】
本実施形態では、上記のような保護機能に加え、保護動作阻止機能も備えられている。具体的には、マイコン１２にて電源３０の電圧レベルを検出し、この電源電圧レベルが基準レベル以下の場合に、スイッチ保護手段による保護動作を阻止するようにしている。即ち、本実施形態に係る電力供給制御装置１０は、上述したように電源電圧レベルが、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の最大出力レベル（本実施形態では５Ｖ）よりも高く設定される停止レベル（本実施形態では８Ｖ）に達した場合に、ＦＥＴ駆動回路１３からの増幅制御信号Ｓ１’の出力が停止されるように構成されており、マイコン１２は、電源電圧レベルがこの停止レベルに対応する基準レベルに達した場合、遮断動作が検出された場合であってもＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力停止を行わず、Ｓ１の出力を維持するようにしている。なお、本実施形態では停止レベルと基準レベルとは同レベルに設定されており、電源電圧レベルが停止レベル（本実施形態では８Ｖ）以下となった場合、遮断検出手段（本実施形態では、入力レベル検出手段５０及びマイコン１２によって遮断検出手段が構成される）によって遮断動作が検出されてもＳ１の出力停止を行わないようにして過剰な保護動作を防止している。
【００４５】
（ｂ）制御の流れ
次に、負荷３１の短絡等によってサーマルＦＥＴ１１に過電流等によって過熱状態となった場合等の動作について図５に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、マイコン１２は、ステップＳ１でＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力を開始し、その後、パルスカウントＰを初期化し（Ｓ２）、上記検出タイミングが来るのを待つ。本実施形態での検出タイミングは、図４に示すように、例えばＰＷＭ制御信号Ｓ１の電圧レベルＶＭの立ち上がりタイミングを基準として一定時間Ｔ２経ったときとしている。
【００４６】
そして、検出タイミングが到来したとき（Ｓ３で「Ｙ」）に、Ｓ４で、電源電圧レベルがＦＥＴ駆動回路１３の動作電圧レベルか否か（逆に言えば、停止レベルに達していないか）を判断する。動作電圧ではない場合（即ち停止レベル以下の場合）には、Ｓ４にてＮに進む。一方、電源電圧レベルが動作電圧の場合（即ち、停止レベル以下でない場合）には、Ｓ４にてＹに進む。
【００４７】
そして、Ｓ５で、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の１つのパルスに対し、ゲート電圧ＧのレベルＶＧと遮断レベルとの比較動作（具体的には、入力端子Ｐの電圧レベルＶＰと遮断レベルＶＸとの比較動作）を時間Ｔ３（図４）内において所定時間間隔で複数回（本実施形態では３回）繰り返し実行する。そして、入力端子Ｐの電圧レベルＶＰが遮断レベルＶＸを下回る比較結果が所定回数（ここでは３回）あった場合（Ｓ６で「Ｙ」）には、Ｓ７において、再び、電源電圧レベルがＦＥＴ駆動回路１３の動作電圧レベルか否か（即ち、停止レベル以下ではないか）を判断する。動作電圧ではない場合（即ち停止レベル以下の場合）には、Ｓ７にてＮに進む。一方、電源電圧レベルが動作電圧の場合（即ち、停止レベル以下でない場合）には、Ｓ７にてＹに進む。
【００４８】
さらに、Ｓ８において、マイコン１２は、パルスカウントＰが５回未満か否かを確認する。パルスカウントＰが５回に到達していない場合には、Ｓ８においてＮに進み、パルスカウントＰに１加算して（Ｓ９）再び上記Ｓ３〜Ｓ８の処理を繰り返し実行する。なお、Ｓ６において、入力端子Ｐの電圧レベルＶＰが３回のうち１回でも遮断レベルＶＸ以上となった場合には、遮断動作が働いていないものとみなし、Ｓ６においてＮに進む。
【００４９】
そして、パルスカウントＰが所定の回数（例えば５回）になったときに（Ｓ８で「Ｙ」）、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の電圧レベルＶＭをオフレベルに保持してＰＷＭ制御を停止させる（Ｓ１０）。例えば、図４の例では、過熱状態となって、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の２パルス目からサーマルＦＥＴ１１の保護機能（ここでは過熱保護機能）による遮断動作が実行され、それ以降の検出タイミングでゲート電圧ＶＧが遮断レベルを下回り、対応して入力端子ＰのレベルＶＰが遮断レベルＶＸを下回っている。この下回る回数が５パルス連続した後の６パルス目で初めて上記ＰＷＭ制御の停止動作が実行されることとなる。
【００５０】
このように、制御信号Ｓ１の連続する複数のパルスにおいて所定回数遮断動作が確認された場合に、ＰＷＭ制御信号Ｓ１の出力停止を行うようにしているため、単発的なノイズなどによる一時的な過熱状態による影響を排除できるようにしている。
【００５１】
さらに、このようなスイッチ保護の構成を実現しつつ、その一方で、Ｓ４、Ｓ７において、電源電圧レベルがＦＥＴ駆動回路１３の動作電圧レベルか否か（即ち、停止レベルに達していないか）を判断しており、電源電圧の低下の都度、制御信号Ｓ１の出力停止又は無効化が行われるといった過剰な保護動作を効果的に防止している。従って、保護の適正化が図られることとなる。
【００５２】
更に、本実施形態に係る電力供給制御装置１０では、スイッチ保護手段たるマイコン１２に、電力供給制御装置１０の外部に設けられた図示しないリセット手段からリセット信号が入力されるように構成されている。即ち、ＦＥＴ駆動回路１３の正常動作中にサーマルＦＥＴ１１で過熱遮断が繰り返された場合、ＰＷＭ制御信号Ｓ１を停止する保護動作が行われ、その後、リセット信号が入力されることを条件として保護動作の解除が行われるようになっている。具体的には、ＩＧスイッチのＯＮ信号及びＤＲＬ（デイタイムランニングライト）の切替信号(オンからオフへの切替信号、或いはオフからオンへの切替信号）のいずれか又は両方をリセット信号としている。
【００５３】
このように構成されているため、マイコン１２によって制御信号Ｓ１の停止或いは無効化がなされた場合であっても、電力供給制御装置１０の外部から独立してリセットを行うことができる。即ち、一旦、制御信号Ｓ１の停止或いは無効化がなされた場合には、電力供給制御装置１０の内部動作に起因して復帰せずに、外部からのリセット信号に基づいて復帰することとなるため、電力供給制御装置１０の内部動作に拘わらず制御信号Ｓ１の停止状態又は無効化状態を確実に維持することができ、その一方で、外部から独立して容易に復帰できることとなる。
【００５４】
また、本実施形態に係る電力供給制御装置１０では、スイッチ保護手段たるマイコン１２と、半導体スイッチ手段たるサーマルＦＥＴ１１と、入力レベル検出手段５０とが、共に同一基板に取り付けられている。このように、スイッチ保護手段、半導体スイッチ手段、及び入力レベル検出手段を、共に同一基板に取り付けるようにすれば、装置全体構成の小型化、簡素化が図られる。特に、本構成では、ゲート端子Ｇの電圧レベルＶＧを検出するように入力レベル検出手段５０を構成しているため、入力レベル検出手段５０については、小型化、簡素化を図りやすく、基板に好適に取り付けることができるようになっており、ひいては、マイコン１２、サーマルＦＥＴ１１、入力レベル検出手段５０、及び基板全体の小型化、簡素化を図りやすい構成となっている。
【００５５】
なお、本実施形態のように、車両用電源３０から車両用電気部品たる負荷３１に電力を供給する構成の場合、負荷３１への電力供給ラインは車両用電源３０の影響から電圧変動が生じやすくなる。このため、仮に、電力供給ラインのレベル変化に基づいてＦＥＴ２０の遮断動作を判断する構成とすると、電圧変動の影響により正確な判断が阻害されることが懸念されるが、本構成では、負荷３１への電力供給ラインと比較して電源３０の影響を受けにくい入力ライン（即ち、ゲート端子Ｇへの信号供給ライン）の電圧レベルを検出してＦＥＴ２０の遮断動作を判断しているため、構成を簡素化しつつ、遮断動作の判断を精度高く安定して行うことができるようになっている。
【００５６】
＜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、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）本実施形態では、制御信号としてＰＷＭ制御信号Ｓ１としたが、これに限らず、ハイローレベルを交互に繰り返す信号であれば、パルス幅変調されない他のパルス信号や三角波信号などであってもよい。
【００５７】
（２）上記実施形態では、半導体スイッチとしてｎチャネル型ＦＥＴを備えたものとしたが、これに限らず、ｐチャネル型ＦＥＴであってもよい。また、電界効果トランジスタに限らず、バイポーラトランジスタであってもよい。
（３）上記実施形態では、所定回数のオン期間（即ち所定回数のパルス）において連続して遮断動作が確認された場合に、ＰＷＭ制御信号の出力停止或いは無効化を行うようにしているが、所定期間に亘って遮断動作が確認された場合に、ＰＷＭ制御信号の出力停止或いは無効化を行うようにしてもよい。
【００５８】
（４）上記実施形態では、入力レベル検出手段５０によって検出されたレベルが、ＦＥＴ２０の遮断動作が行われる遮断レベルに達したことが検出されたことを条件に、マイコン１２にて制御信号Ｓ１を停止する保護動作を行っていたが、このようにせずに、制御信号Ｓ１を無効化するようにスイッチ保護手段を構成してもよい。例えば、入力レベル検出手段５０によって検出されたレベルが、ＦＥＴ２０の遮断動作が行われる遮断レベルに達したことが検出された場合に、マイコン１２から出力される制御信号がサーマルＦＥＴ１１に到達しないように構成してもよい。例えば、サーマルＦＥＴ１１とマイコン１２の間のいずれかの部分に、スイッチ２３と同様のスイッチを設け、遮断レベルに達した場合に、サーマルＦＥＴ１１とマイコン１２の間のいずれかの部分を接地レベルに維持して、制御信号Ｓ１或いはＳ１’無効化する構成などとしてもよい。なお、このような構成においても、電源電圧レベルを検出し、この電源電圧レベルが基準レベル以下の場合に、スイッチ保護手段による保護動作（即ち制御信号の無効化）を阻止するように保護動作阻止手段を構成できる。
【００５９】
（５）本実施形態では、基準レベルを停止レベルと同レベルに設定したが、例えば、停止レベルから所定のマージンを設け、基準レベルを停止レベルよりも高いレベルに設定してもよい。
（６）本実施形態では、半導体スイッチ手段として、温度検出手段によって過熱異常を検出し、その異常検出時に強制的に制御入力端子の電圧レベルを変化させて半導体素子の遮断動作を行い、その後、遮断動作から復帰させる過熱保護機能付きＦＥＴを例示したが、半導体スイッチ手段はこのような構成に限られない。例えば、電流検出手段によって半導体素子の過電流異常を検出し、その異常検出時に強制的に制御入力端子の電圧レベルを変化させて半導体素子の遮断動作を行い、その後、遮断動作から復帰させるような過電流保護機能付きの半導体スイッチ手段であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１に係る電力供給制御装置のハードウエア構成を概念的に示す概念図
【図２】ＦＥＴ駆動回路の内部構成を概念的に示す概念図
【図３】サーマルＦＥＴの内部構成を概念的に示す概念図
【図４】制御信号Ｓ１、入力端子電圧ＶＰ、ゲート電圧ＶＧ、ソース電圧ＶＳの電圧レベル変化等を示すタイムチャート
【図５】マイコン１２の制御内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６１】
１０…電力供給制御装置
１１…サーマルＦＥＴ（半導体スイッチ手段）
１２…マイコン（遮断検出手段、スイッチ保護手段、制御手段、保護動作阻止手段）
１３…ＦＥＴ駆動回路（増幅手段）
２０…ＦＥＴ（半導体素子）
３０…車両用電源
３１…負荷
４２…過熱保護回路（保護手段）
５０…入力レベル検出手段（遮断検出手段）
Ｇ…ゲート端子（制御入力端子）
Ｓ１…ＰＷＭ制御信号（制御信号）
Ｓ１’…増幅制御信号
Ｔ１…オン期間
Ｔ２…オン信号の出力開始からの一定期間
【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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