(57)【要約】【課題】発熱を抑制することができるプルアップ抵抗内蔵型ドライバを提供する。【解決手段】電源電圧Ｖｓに接続されたプルアップ抵抗４０と、プルアップ抵抗４０に接続されたＭＯＳＦＥＴ５０と、プルアップ抵抗４０に流れる電流の最大値を制限する電流制限回路３０、２３０、３３０とを備えたプルアップ抵抗内蔵ドライバ１０とする。プルアップ抵抗４０に流れる電流の最大値を制限する電流制限回路３０を備えるので、電源電圧Ｖｓが高電圧になったとしても、プルアップ抵抗４０に流れる電流は、電流制限回路３０により定まる最大値に制限される。よって、電源電圧Ｖｓが高電圧になったときにも、ドライバの発熱を抑制することができる。【選択図】図１
2018113550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧に接続されたプルアップ抵抗（４０）と、
前記プルアップ抵抗に接続されたスイッチング素子（５０）と、
前記プルアップ抵抗に流れる電流の最大値を制限する電流制限回路（３０、２３０、３３０）とを備えたプルアップ抵抗内蔵ドライバ。
【請求項２】
請求項１において、
前記電流制限回路（２３０）は、電流の最大値を可変できるようになっているプルアップ抵抗内蔵ドライバ。
【請求項３】
請求項１または２において、
互いに抵抗値が異なる第１プルアップ抵抗（４０）と第２プルアップ抵抗（３６０）と、
前記電源電圧が、前記第１プルアップ抵抗を介して前記スイッチング素子に流れる経路と、前記第２プルアップ抵抗を介して前記スイッチング素子に流れる経路とを切り替える経路切替部（３３６、３３７）とを備え、
前記電流制限回路は、前記第１プルアップ抵抗に流れる電流を制限するプルアップ抵抗内蔵ドライバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プルアップ抵抗を内蔵したドライバに関し、特に、ドライバの発熱を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にプルアップ抵抗を備えたドライバが開示されている。このドライバは、スイッチング素子が、プルアップ抵抗を介して電源等のＨｉレベルに相当する電圧レベルに接続される。このドライバは、たとえば、ＬＩＮ（local interconnect network）において使用される。なお、ＬＩＮは登録商標である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＩＮにおいて用いるドライバ（以下、ＬＩＮドライバ）は、プルアップ抵抗を内蔵せず、スイッチング素子が実装されている集積回路の外にプルアップ抵抗を実装することが多い。しかし、プルアップ抵抗を集積回路の外に備える場合には、実装面積が大きくなるという問題がある。
【０００５】
実装面積を小さくするには、プルアップ抵抗も集積回路内に内蔵したプルアップ抵抗内蔵型ドライバとすればよい。しかし、スイッチング素子がオンしているときにはプルアップ抵抗に電流が流れることから、プルアップ抵抗内蔵型ドライバとすると、ドライバの発熱が大きくなるという問題がある。
【０００６】
ＬＩＮドライバのプルアップ抵抗は電源電圧に接続される。この電源電圧はバッテリ電圧であり、ユーザが、ダブルバッテリ状態、すなわち、２つのバッテリを直列に接続した状態にしてしまうことがある。ダブルバッテリ状態になると、ＬＩＮドライバに、規格で定められた電圧以上の高電圧が加わる可能性がある。ＬＩＮドライバに、規格で定められた電圧以上の高電圧が加わると、スイッチング素子がオンのときの発熱が大きくなり、場合によってはスイッチング素子が破損する恐れがある。
【０００７】
したがって、ＬＩＮドライバをプルアップ抵抗内蔵型とする場合には、発熱を抑制できることが好ましい。また、ＬＩＮドライバ以外でも、プルアップ抵抗内蔵型ドライバであれば、発熱を抑制することが好ましい。
【０００８】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、発熱を抑制することができるプルアップ抵抗内蔵型ドライバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
上記目的を達成するための本発明は、電源電圧に接続されたプルアップ抵抗（４０）と、
プルアップ抵抗に接続されたスイッチング素子（５０）と、
プルアップ抵抗に流れる電流の最大値を制限する電流制限回路（３０、２３０、３３０）とを備えたプルアップ抵抗内蔵ドライバである。
【００１１】
本発明のプルアップ抵抗内蔵ドライバは、プルアップ抵抗に流れる電流の最大値を制限する電流制限回路を備える。電源電圧が高電圧になったとしても、プルアップ抵抗に流れる電流は、電流制限回路により定まる最大値に制限される。よって、電源電圧が高電圧になったときにも、ドライバの発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のＬＩＮドライバ１０の構成図である。
【図２】電流制限回路３０があることによるＬＩＮバス２の電圧立ち上がり速度の変化を説明する図である。
【図３】第２実施形態のＬＩＮドライバ２００の構成図である。
【図４】第３実施形態のＬＩＮドライバ３００の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のプルアップ抵抗内蔵ドライバの第１実施形態となるＬＩＮドライバ１０の回路構成を示す図である。図１に示すＬＩＮドライバ１０は、マスタ用であり、ＬＩＮバス２に接続されている。ＬＩＮバス２には、スレーブ用のＬＩＮドライバ３と、コンデンサ４も接続されている。
【００１４】
また、ＬＩＮドライバ１０は、電源電圧Ｖｓに接続されている。電源電圧Ｖｓは、車両に搭載されているバッテリである。ＬＩＮドライバ１０は、プルアップ抵抗４０を内蔵しており、プルアップ抵抗４０の他に、ダイオード２０、電流制限回路３０、ＭＯＳＦＥＴ５０を備える。ＬＩＮドライバ１０が備えるこれらの要素は１つの集積回路内に構成されている。
【００１５】
ダイオード２０は、アノード端子が電源電圧Ｖｓに接続されており、カソード端子が電流制限回路３０に接続されている。
【００１６】
電流制限回路３０は、ＰＮＰ型のトランジスタ３１と、２つのダイオード３２、３３と、２つの抵抗３４、３５を備えている。抵抗３４はトランジスタ３１のエミッタ端子に一端が接続されている。他端は、ダイオード２０のカソード端子と、ダイオード３２のアノード端子に接続されている。
【００１７】
もう一方の抵抗３５は、一端がトランジスタ３１のベース端子に接続され、他端が接地されている。ダイオード３２、３３は、直列接続され、上流側のダイオード３２のアノード端子が抵抗３４およびダイオード２０のカソード端子と接続されている。下流側のダイオード３３は、トランジスタ３１のベース端子と抵抗３５とに接続されている。
【００１８】
この構成を備える電流制限回路３０はエミッタフォロワー回路を構成している公知の電流制限回路である。トランジスタ３１のベースエミッタ間電圧ＶＢＥとダイオード３３の両端の電圧が等しいとき、電流制限回路３０が出力する電流、すなわちプルアップ抵抗４０に流れる電流Ｉｐｕの最大値は、ダイオード３２の両端間の電圧÷抵抗３４の抵抗値となる。よって、たとえば、抵抗３４の抵抗値を適宜設定することで、電流制限回路３０が出力する電流Ｉｐｕの最大値を調整できる。本実施形態では、電流制限回路３０が出力する電流Ｉｐｕの最大値は１８ｍＡとする。
【００１９】
プルアップ抵抗４０は、一端がトランジスタ３１のコレクタ端子に接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ５０のドレイン端子に接続されている。プルアップ抵抗４０と抵抗３４の合成抵抗値は１ｋΩとする。電流制限回路３０により電流制限されていないときのプルアップ抵抗値を１ｋΩとするためである。この抵抗値はＬＩＮ規格に基づいて定められる。
【００２０】
スイッチング素子に相当するＭＯＳＦＥＴ５０は、ｎチャネル側であり、ドレイン端子はプルアップ抵抗４０の一端に接続されている。ＬＩＮバス２は、プルアップ抵抗４０とＭＯＳＦＥＴ５０のドレイン端子の間に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５０のソース端子は接地され、ゲート端子には、ＬＩＮドライバ１０を駆動させる制御信号が入力される。
【００２１】
［第１実施形態の効果］
この第１実施形態のＬＩＮドライバ１０は、プルアップ抵抗４０に流れる電流Ｉｐｕの最大値を制限する電流制限回路３０を備える。これにより、たとえばダブルバッテリ状態となり、電源電圧Ｖｓが２６Ｖなど１８Ｖ以上になったとしても、プルアップ抵抗４０に流れる電流Ｉｐｕは１８ｍＡに制限される。
【００２２】
ＬＩＮ規格においては、プルアップ抵抗値、すなわち、本実施形態ではプルアップ抵抗４０と抵抗３４の合成抵抗値は１ｋΩであり、ＬＩＮドライバに入力される最大の電圧値は１８Ｖである。よって、ＬＩＮ規格では、プルアップ抵抗４０に流れる電流の最大値は１８ｍＡである。
【００２３】
本実施形態では、電流制限回路３０が出力する電流Ｉｐｕの最大値を１８ｍＡとしているので、電源電圧Ｖｓが１８Ｖよりも高くなっても、プルアップ抵抗４０に流れる電流の最大値を、ＬＩＮ規格において定められている電流の最大値と同じにできる。つまり、電源電圧Ｖｓが高電圧になったときにも、ＬＩＮドライバ１０の発熱を抑制できる。また、発熱を抑制できるので、電源電圧Ｖｓが高電圧になったときにも、ＬＩＮドライバ１０が動作することができる。
【００２４】
［ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度］
電源電圧Ｖｓが１８Ｖ以下のときは、プルアップ抵抗４０に流れる電流Ｉｐｕは、電流制限回路３０により制限されない。したがって、電源電圧Ｖｓが１８Ｖ以下のときは、ＬＩＮバス２の電圧変化、および、プルアップ抵抗４０に流れる電流Ｉｐｕの変化は、電流制限回路３０がない場合と同じになる。
【００２５】
一方、電源電圧Ｖｓが１８Ｖよりも高くなった場合においては、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がりが遅くなるデメリットが一応、存在する。この理由を説明する。図１に示したように、ＬＩＮバス２にはコンデンサ４が接続されている。このコンデンサ４が存在するため、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度は、コンデンサ４の容量と、ＬＩＮバス２に接続されている抵抗の時定数により定まる。
【００２６】
電源電圧Ｖｓが１８Ｖよりも高くなったときは、電流制限回路３０により電流Ｉｐｕが制限される。このことは、電源電圧が１８Ｖよりも高くなったときは、ＬＩＮバス２に接続されている抵抗値が、電源電圧が１８Ｖ以下のときよりも大きくなっていることを意味する。よって、時定数が大きくなる。そのため、電源電圧Ｖｓが１８Ｖよりも高くなると、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度が遅くなるのである。
【００２７】
図２は、電源電圧Ｖｓが２５Ｖになっている場合における、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度を、電流制限回路３０がある場合と電流制限回路３０がない場合で比較して示す図である。また、図２には、電源電圧Ｖｓが１８Ｖおよび２５Ｖのときにプルアップ抵抗４０を流れる電流Ｉｐｕも合わせて示している。
【００２８】
図２において、破線は電流制限回路３０がある場合、細い実線は電流制限回路３０がない場合である。なお、電流制限回路３０がある場合とは、本実施形態のＬＩＮドライバ１０を意味し、電流制限回路３０がない場合とは、ＬＩＮドライバ１０から電流制限回路３０を取り除いた構成を意味する。
【００２９】
時刻ｔ０までは、ＭＯＳＦＥＴ５０がオンの状態である。ＭＯＳＦＥＴ５０がオンであって電流制限回路３０がない場合、電源電圧Ｖｓが２５Ｖであると、プルアップ抵抗４０を流れる電流Ｉｐｕは、図２の下図に示すように、２５ｍＡになる。一方、電流制限回路３０があると、電源電圧Ｖｓが２５Ｖであっても、プルアップ抵抗４０を流れる電流Ｉｐｕは１８ｍＡになる。
【００３０】
時刻ｔ０にＭＯＳＦＥＴ５０がオフになる。ＭＯＳＦＥＴ５０がオフになると、プルアップ抵抗４０の効果により、ＬＩＮバス２の電圧は、ＭＯＳＦＥＴ５０がオン時の電圧Ｖ１から電源電圧Ｖｓに向けて上昇する。
【００３１】
前述した理由により、時刻ｔ０からのＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度は、電流制限回路３０がある場合には、電流制限回路３０がない場合に比較して遅くなる。しかし、電流制限回路３０があっても、ＬＩＮバス２の電圧の最終値は２５Ｖである。
【００３２】
時刻ｔ１はサンプリングポイントを示している。サンプリングポイントは、ＬＩＮドライバ１０を介してＭＣＵ（Micro Controller Unit）がＬＩＮバス２の電圧をサンプリングする時刻である。この時刻ｔ１の時点では、電流制限回路３０がある場合もＬＩＮバス２の電圧は２５Ｖになっている。
【００３３】
時刻ｔ２にＭＯＳＦＥＴ５０がオンになる。これにより、ＬＩＮバス２の電圧は低下する。このときの電圧の低下速度は、電流制限回路３０がある場合も、ない場合も同じになる。
【００３４】
時刻ｔ３もサンプリングポイントである。時刻ｔ３でのＬＩＮバス２の電圧は、電流制限回路３０がある場合とない場合は同じになっている。一方、電流制限回路３０がある場合、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの電流は１８ｍＡに制限されている。よって、発熱が抑制される。
【００３５】
時刻ｔ４は、再びＭＯＳＦＥＴ５０がオフになった時刻であり、時刻ｔ５はサンプリングポイントである。時刻ｔ４から時刻ｔ５におけるＬＩＮバス２の電圧の変化および電流Ｉｐｕの変化は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までと同じである。時刻ｔ５では、電流制限回路３０がある場合もＬＩＮバス２の電圧は２５Ｖになっている。
【００３６】
このように、電流制限回路３０を設けると、電源電圧Ｖｓが１８Ｖよりも高くなった場合においては、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がりが遅くなる。しかし、サンプリングポイントにおいては、ＬＩＮバス２の電圧は電源電圧Ｖｓになっている。そのため、ＬＩＮバス２の立ち上がり速度が遅くなることは、実質的には問題にならない。
【００３７】
なお、サンプリングポイントの間隔がさらに短い場合も考えられる。サンプリングポイントの間隔が短いが、想定される電源電圧Ｖｓの最大値が本実施形態よりも低い場合には、電流制限回路３０により制限する電流の最大値を１８ｍＡよりも大きくすればよい。こうすれば、ＬＩＮバス２の電圧の立ち上がり速度を速くすることができるからである。ただし、電流制限回路３０により制限する電流の最大値を１８ｍＡよりも大きくすると、発熱抑制効果は少なくなる。
【００３８】
さらに、次に説明する第２実施形態のようにすれば、サンプリングポイントの間隔と、想定される電源電圧Ｖｓの最大値が異なる種々の条件に適合させることができる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。
【００４０】
図３に第２実施形態のＬＩＮドライバ２００の構成を示す。ＬＩＮドライバ２００は、電流制限回路２３０の構成が第１実施形態と異なる。
【００４１】
第２実施形態の電流制限回路２３０は、制限する電流値を設定するための３つの抵抗３４ａ、３４ｂ、３４ｃを互いに並列に備えている。これら３つの抵抗３４ａ、３４ｂ、３４ｃの一端はいずれもトランジスタ３１のエミッタ端子に接続されている。抵抗３４ａ、３４ｂ、３４ｃの他端には、スイッチ２３７、２３８、２３９が接続されている。これらスイッチ２３７、２３８、２３９は、抵抗３４ａ、３４ｂ、３４ｃとダイオード２０のカソード端子との間を断続する。
【００４２】
さらに、電流制限回路２３０は、トランジスタ３１を介さないでプルアップ抵抗４０と電源電圧Ｖｓを接続する経路２６０上にもスイッチ２３６と抵抗３４ｄが設けられている。抵抗３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄの抵抗値は、第１実施形態の抵抗３４と同じにすればよい。
【００４３】
スイッチ２３６をオンにして、他のスイッチをオフにすれば、電流制限回路３０がない状態とすることができる。また、スイッチ２３６をオフにして、スイッチ２３７〜２３９の少なくとも一つをオンにすれば、電源制限機能を働かせることができる。
【００４４】
スイッチ２３７〜２３９をオンにする数が多いほど、電流制限回路２３０が出力する電流Ｉｐｕの最大値は高くなる。つまり、第２実施形態のＬＩＮドライバ２００は、スイッチ２３６〜２３９のオンオフを切り替えることで電流Ｉｐｕの最大値を可変できる。
【００４５】
スイッチ２３６〜２３９のオンオフは、想定される電源電圧Ｖｓの最大値に応じて予め設定しておくことができる。また、電源電圧Ｖｓを検出する電圧検出部と、スイッチ２３６〜２３９を切替制御する切替制御部とを備え、ＬＩＮドライバ２００が電源電圧Ｖｓに応じて自動でスイッチ２３６〜２３９を切り替えてもよい。もちろん、電源電圧検出部と切替制御部をＬＩＮドライバ２００の外部に備えることもできる。
【００４６】
＜第３実施形態＞
図４に第３実施形態のＬＩＮドライバ３００の構成を示す。第３実施形態のＬＩＮドライバ３００は、第１実施形態のＬＩＮドライバ１０が備える構成に加えて、スレーブ用のプルアップ抵抗３６０を備える。また、電流制限回路３３０の構成が第１実施形態と相違する。
【００４７】
電流制限回路３３０は、第１実施形態の電流制限回路３０が備える構成に加えて、２つのスイッチ３３６、３３７を備える。スイッチ３３６は、一端がプルアップ抵抗３６０に接続されており、他端がダイオード２０のカソード端子に接続されている。
【００４８】
スレーブ用のプルアップ抵抗３６０は抵抗値が３０ｋΩになっている。このプルアップ抵抗３６０の他端はＬＩＮバス２に接続されている。第３実施形態では、プルアップ抵抗４０が請求項の第１プルアップ抵抗に相当し、プルアップ抵抗３６０が請求項の第２プルアップ抵抗に相当する。
【００４９】
スイッチ３３７は、一端が抵抗３４に接続され、他端がダイオード２０のカソード端子に接続されている。２つのスイッチ３３６、３３７は、電流経路を切り替える経路切替部として機能している。
【００５０】
具体的には、スイッチ３３６をオンにし、スイッチ３３７をオフにすれば、電流経路が、プルアップ抵抗３６０を流れる経路となる。この場合、ＬＩＮドライバ３００はスレーブ用のＬＩＮドライバとして使用できる。
【００５１】
反対に、スイッチ３３６をオフにし、スイッチ３３７をオンにすれば、電流経路が、プルアップ抵抗４０を流れる経路となる。この場合、ＬＩＮドライバ３００は第１実施形態のＬＩＮドライバ１０と同様、マスタ用のＬＩＮドライバとして使用できる。なお、スイッチ３３６、３３７のオンオフは、外部の制御部からの指示信号により切り替える構成とする。
【００５２】
第３実施形態のＬＩＮドライバ３００を用いると、マスタ用のＬＩＮドライバとスレーブ用のＬＩＮドライバを共通化できる。よって、性能評価試験が簡略化できる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例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できる。
【００５４】
＜変形例１＞
第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、第３実施形態において、トランジスタ３１に、電流Ｉｐｕを調整するために複数の抵抗３４を並列接続してもよい。これら複数の抵抗３４は、スイッチにより選択的に電源電圧Ｖｓに接続する。
【００５５】
＜変形例２＞
第２実施形態および変形例１において、電流Ｉｐｕを調整するための抵抗３４の数は、３つよりも多くてもよいし、２つでもよい。
【００５６】
＜変形例３＞
第１〜第３実施形態は、いずれも本発明をＬＩＮドライバに適用していた。しかし、本発明は、プルアップ抵抗を内蔵したドライバであれば、ＬＩＮドライバ以外にも適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
２：ＬＩＮバス    ３：ＬＩＮドライバ    ４：コンデンサ    １０：ＬＩＮドライバ    ２０：ダイオード    ３０：電流制限回路    ３１：トランジスタ    ３２：ダイオード    ３３：ダイオード    ３４：抵抗    ３４ａ：抵抗    ３４ｂ：抵抗    ３４ｃ：抵抗    ３４ｄ：抵抗    ３５：抵抗    ４０：プルアップ抵抗    ５０：ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）    ２００：ＬＩＮドライバ    ２３０：電流制限回路    ２３６：スイッチ    ２３７：スイッチ    ２３８：スイッチ    ２３９：スイッチ    ２６０：経路    ３００：ＬＩＮドライバ    ３３０：電流制限回路    ３３６：スイッチ    ３３７：スイッチ    ３６０：プルアップ抵抗
【図１】
2018113550.tif 000003
【図２】
2018113550.tif 000004
【図３】
2018113550.tif 000005
【図４】
2018113550.tif 000006