(57)【要約】【課題】ＦＥＴをオン状態に維持するための電流を従来よりも低減することができる負荷駆動装置を提供する。【解決手段】ＦＥＴ１１のソースは、ヒューズ２を介してバッテリ電圧＋Ｖに接続され、ＦＥＴ１１のドレインには電気負荷１を接続してある。ＦＥＴ１１のゲートには、コンデンサ１２１と抵抗１２２で構成される直列回路１２のコンデンサ１２１と抵抗１２２との接続ノードが接続されている。直列回路１２には、ＦＥＴ１４を直列に接続している。コンデンサ１２１の両端には、ＦＥＴ１５のソース、ドレインが接続されている。ＦＥＴ１５のゲートには、抵抗１６と抵抗１８との接続ノードが接続されている。抵抗１７には、ＦＥＴ１８を接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電圧の大小に応じてオン又はオフするＦＥＴを備え、電気負荷を駆動する負荷駆動装置において、
抵抗及びコンデンサを含む直列回路を備え、
該直列回路により電圧を分圧して前記バイアス電圧とすることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記コンデンサに並列に接続された第１のスイッチ回路を備え、
該第１のスイッチ回路をオン又はオフすることにより、前記コンデンサの電圧を変化させて前記ＦＥＴをオフ状態又はオン状態するようにしてあ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】
前記直列回路に直列に接続された第２のスイッチ回路を備え、
該第２のスイッチ回路をオンすることにより、前記コンデンサを充電して前記ＦＥＴをオン状態にするようにしてあ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。
【請求項４】
前記第２のスイッチ回路を周期的にオン又はオフすべく制御する制御部を備えることを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記コンデンサの電圧を検出する検出回路と、
該検出回路で検出した電圧と閾値電圧とを比較して、前記第２のスイッチ回路をオン又はオフすべく制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項３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、半導体スイッチにより電気負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両は、オルタネータ（車載発電機、交流発電機）及びバッテリなどを備えている。エンジンに連動してオルタネータで発電された電力は、バッテリの充電に利用されるとともに、バッテリからの電力は、車両に搭載された電気負荷に供給される。
【０００３】
バッテリから電気負荷へ電力を供給するには、バッテリと電気負荷との間の電路にＦＥＴ等の半導体スイッチを介装し、半導体スイッチをオン又はオフすることにより、電気負荷の駆動を制御する。例えば、マイコンでＦＥＴをＰＷＭ制御してランプなどの電気負荷を駆動する車載電子回路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５４９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の車載電子回路にあっては、複数の抵抗の直列回路でバッテリ電圧を分圧したバイアス電圧をＦＥＴのゲートに印加する。このため、ＦＥＴをオン状態に維持するためには、常に所要のバイアス電圧を生成すべく常時直列回路に電流が流れることになる。一方で、バッテリの容量は限られているため、バッテリの消費電力を抑えるためには、不要な消費電流をできるだけ低減することが望まれる。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ＦＥＴをオン状態に維持するための電流を従来よりも低減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】
【０００７】
第１発明に係る負荷駆動装置は、バイアス電圧の大小に応じてオン又はオフするＦＥＴを備え、電気負荷を駆動する負荷駆動装置において、抵抗及びコンデンサを含む直列回路を備え、該直列回路により電圧を分圧して前記バイアス電圧とすることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係る負荷駆動装置は、第１発明において、前記コンデンサに並列に接続された第１のスイッチ回路を備え、該第１のスイッチ回路をオン又はオフすることにより、前記コンデンサの電圧を変化させて前記ＦＥＴをオフ状態又はオン状態するようにしてあることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係る負荷駆動装置は、第１発明又は第２発明において、前記直列回路に直列に接続された第２のスイッチ回路を備え、該第２のスイッチ回路をオンすることにより、前記コンデンサを充電して前記ＦＥＴをオン状態にするようにしてあることを特徴とする。
【００１０】
第４発明に係る負荷駆動装置は、第３発明において、前記第２のスイッチ回路を周期的にオン又はオフすべく制御する制御部を備えることを特徴とする。
【００１１】
第５発明に係る負荷駆動装置は、第３発明において、前記コンデンサの電圧を検出する検出回路と、該検出回路で検出した電圧と閾値電圧とを比較して、前記第２のスイッチ回路をオン又はオフすべく制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、抵抗及びコンデンサを含む直列回路を備え、直列回路により電圧（例えば、バッテリから供給される電圧）を分圧してバイアス電圧とする。バイアス電圧の大小に応じてＦＥＴはオン又はオフとなる。例えば、バイアス電圧を大きくしてＦＥＴをオンさせ、バイアス電圧を小さくしてＦＥＴをオフさせることができる。バイアス電圧を生成する直列回路にはコンデンサが含まれているので、一旦コンデンサにバイアス電圧に必要な電圧が充電された後は、コンデンサに電流がほとんど流れない。従来のように常時電流が流れている場合に比べて、ＦＥＴをオン状態に維持するための電流を低減することができる。
【００１３】
第２発明にあっては、コンデンサに並列に接続された第１のスイッチ回路を備え、第１のスイッチ回路をオン又はオフすることにより、コンデンサの電圧を変化させてＦＥＴをオフ状態又はオン状態にする。第１のスイッチ回路は、例えば、１段又は多段のＦＥＴにより構成することができる。例えば、第１のスイッチ回路がオンすれば、コンデンサの両端は第１のスイッチ回路を介して短絡されるのでコンデンサの電圧は低下し、バイアス電圧が小さくなりＦＥＴをオフ状態にさせることができる。また、第１のスイッチ回路がオフすれば、コンデンサの両端は第１のスイッチ回路を介して開放されるのでコンデンサは充電され、バイアス電圧が大きくなりＦＥＴをオン状態にさせることができる。これにより、ＦＥＴをオン状態に維持するための電流を少なくすることができるとともに、ＦＥＴのオン又はオフを制御して電気負荷の駆動を制御することができる。
【００１４】
第３発明にあっては、直列回路に直列に接続された第２のスイッチ回路を備え、第２のスイッチ回路をオンすることにより、コンデンサを充電してＦＥＴをオン状態にする。第２のスイッチ回路は、例えば、１段又は多段のＦＥＴにより構成することができる。これにより、コンデンサに充電された電圧が、例えば、漏れ電流により低下してバイアス電圧が小さくなることを防止することができる。
【００１５】
第４発明にあっては、第２のスイッチ回路を周期的にオン又はオフすべく制御する制御部を備える。制御部は、第２のスイッチ回路を周期的にオンしてコンデンサを充電してＦＥＴをオン状態にする。オン・オフする周期は、例えば、コンデンサに充電された電荷が漏れ電流等により放電し、バイアス電圧がＦＥＴをオン状態に維持することができなくなる電圧よりも小さくならないように設定することができる。これにより、ＦＥＴをオン状態に維持しつつ不要な消費電流を低減することができる。
【００１６】
第５発明にあっては、コンデンサの電圧を検出する検出回路と、検出回路で検出した電圧と閾値電圧とを比較して、第２のスイッチ回路をオン又はオフすべく制御する制御部とを備える。制御部は、検出したコンデンサの電圧に応じて第２のスイッチ回路をオンしてコンデンサを充電してＦＥＴをオン状態にする。閾値電圧は、例えば、コンデンサに充電された電圧が漏れ電流等により放電し、バイアス電圧がＦＥＴをオン状態に維持することができなくなる電圧よりも小さくならないように設定することができる。これにより、ＦＥＴをオン状態に維持しつつ不要な消費電流を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＦＥＴをオン状態に維持するための電流を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係る負荷駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】本実施の形態に係る負荷駆動装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】実施の形態２に係る負荷駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図４】実施の形態３に係る負荷駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る負荷駆動装置をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る負荷駆動装置１００の構成の一例を示す回路図である。負荷駆動装置１００は、バイアス電圧Ｖｇｓの大小に応じてオン又はオフするＦＥＴとしてのｐチャネルＦＥＴ１１、抵抗及びコンデンサを含む直列回路としての抵抗１２２とコンデンサ１２１との直列回路１２、コンデンサ１２１に並列に接続された第１のスイッチ回路としてのｐチャネルＦＥＴ１５、抵抗１６、抵抗１７及びｎチャネルＦＥＴ１８、直列回路１２に直列に接続された第２のスイッチ回路としてのｎチャネルＦＥＴ１４、ｎチャネルＦＥＴ１４をオン又はオフすべく制御する制御部としてのマイコン１０などを備えている。
【００２０】
図１に示すように、ＦＥＴ１１のソースは、ヒューズ２を介してバッテリ電圧＋Ｖに接続され、ＦＥＴ１１のドレインには電気負荷１を接続してある。ＦＥＴ１１のゲートには、コンデンサ１２１と抵抗１２２で構成される直列回路１２のコンデンサ１２１と抵抗１２２との接続ノードが接続されている。また、直列回路１２には、第２のスイッチ回路としてのＦＥＴ１４を直列に接続している。これにより、コンデンサ１２１と抵抗１２２でバッテリ電圧＋Ｖが分圧された電圧（コンデンサ１２１の電圧Ｖｃ）がＦＥＴ１１のゲート・ソース間にバイアス電圧Ｖｇｓとして印加される。
【００２１】
コンデンサ１２１の両端には、第１のスイッチ回路を構成するＦＥＴ１５のソース、ドレインが接続されている。ＦＥＴ１５のゲートには、抵抗１６と抵抗１７との接続ノードが接続されている。抵抗１７には、第１のスイッチ回路を構成するＦＥＴ１８を接続している。
【００２２】
ＦＥＴ１８のゲートは、制御部としてのマイコン１０のポート１に接続されている。ＦＥＴ１４のゲートは、マイコン１０のポート２に接続されている。ＦＥＴ１１のゲート・ソース間には、過電圧又はノイズ等からＦＥＴを保護するためのツェナーダイオード２０を接続してある。また、ＦＥＴ１５のゲート・ソース間には、過電圧又はノイズ等からＦＥＴを保護するためのツェナーダイオード１９を接続してある。
【００２３】
マイコン１０のポート１より、所要の正電圧を出力すると、ＦＥＴ１８がオン状態となり、ＦＥＴ１５のゲート電位が下がりＦＥＴ１５がオン状態となる。この場合、コンデンサ１２１の両端は、ＦＥＴ１５のソース・ドレインを介して短絡され、コンデンサ１２１の電圧は低下する。一方、ポート１より電圧が出力されない場合（ゼロ電位の場合）、ＦＥＴ１８がオフ状態となり、ＦＥＴ１５のゲート電位が上がりＦＥＴ１５がオフ状態となる。この場合、コンデンサ１２１の両端は、ＦＥＴ１５のソース・ドレインを介して開放され、コンデンサ１２１は充電され、コンデンサ１２１の電圧は上昇する。
【００２４】
マイコン１０のポート２より、所要の正電圧を出力すると、ＦＥＴ１４がオン状態となり、コンデンサ１２１は充電され、コンデンサ１２１の電圧は上昇する。一方、ポート２より電圧が出力されない場合（ゼロ電位の場合）、ＦＥＴ１４がオフ状態となり、コンデンサ１２１の充電は行われない。
【００２５】
上述のように、電気負荷を駆動するＦＥＴ１１のバイアス電圧Ｖｇｓとして、抵抗１２２及びコンデンサ１２１を含む直列回路１２によりバッテリ電圧＋Ｖを分圧した電圧を用いる。バイアス電圧Ｖｇｓが所定の閾値より大きくなればＦＥＴ１１はオン状態となり、バイアス電圧Ｖｇｓが所定の閾値より小さくなればＦＥＴ１１はオフ状態となる。バイアス電圧Ｖｇｓを生成する直列回路１２にはコンデンサ１２１が含まれているので、一旦コンデンサ１２１にバイアス電圧Ｖｇｓに必要な電圧Ｖｃが充電された後は、コンデンサ１２１に電流がほとんど流れない。これにより、従来のように常時電流（例えば、数ｍＡ〜十数ｍＡ程度）が流れている場合に比べて、ＦＥＴ１１をオン状態に維持するための電流を低減することができる。特にＦＥＴ１１のオン状態での使用時間が長い装置ほど、省電力効果が大きくなる。なお、ＦＥＴ１４、ＦＥＴ１５、ＦＥＴ１８などを省略することもできる。
【００２６】
また、従来のような抵抗のみの直列回路によるバイアス回路の場合には、抵抗値を大きくすることにより、直列回路に流れる電流を抑えることも可能であるが、抵抗値を大きくすることにより、ノイズによる影響が大きくなりＦＥＴが誤動作し易くなるという問題、あるいは、バイアス電圧が小さくなりＦＥＴをオン状態にすることが困難となるなどの問題が生じるが、本実施の形態では、このような問題が生じることもない。
【００２７】
また、ＦＥＴ１５、ＦＥＴ１８の２段のＦＥＴにより構成されたスイッチ回路を備える場合、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５をオン又はオフすることにより、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃを変化させてＦＥＴ１１をオフ状態又はオン状態にすることができる。例えば、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５がオンすれば、コンデンサ１２１の両端はＦＥＴ１５を介して短絡されるのでコンデンサ１２１の電圧は低下し、バイアス電圧Ｖｇｓが小さくなりＦＥＴ１１をオフ状態にさせることができる。また、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５がオフすれば、コンデンサ１２１の両端はＦＥＴ１５を介して開放されるのでコンデンサ１２１は充電され、バイアス電圧Ｖｇｓが大きくなりＦＥＴ１１をオン状態にさせることができる。これにより、ＦＥＴ１１をオン状態に維持するための電流を少なくすることができるとともに、ＦＥＴ１１のオン又はオフを制御して電気負荷の駆動を制御することができる。
【００２８】
また、ＦＥＴ１４を備える場合、ＦＥＴ１４をオンすることにより、コンデンサ１２１を充電してＦＥＴ１１をオン状態にする。なお、図１の例では、ＦＥＴ１４を１つ備える構成であるが、第２のスイッチ回路は、多段のＦＥＴにより構成することもできる。これにより、コンデンサ１２１に充電された電圧が、例えば、漏れ電流により低下してバイアス電圧Ｖｇｓが小さくなることを防止することができる。
【００２９】
図２は本実施の形態に係る負荷駆動装置１００の動作を示すタイムチャートである。図２に示すように、マイコン１０はポート２から所定のタイミングの矩形状のパルス波形（ハイ、ロー）を出力する。すなわち、ポート２からは周期的に正電圧が出力される。ポート２から正電圧が出力されると、ＦＥＴ１４がオン状態となり、コンデンサ１２１が充電される。これにより、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃ（すなわち、バイアス電圧Ｖｇｓ）が閾値Ｖｔｈより大きくなるとＦＥＴ１１がオフ状態からオン状態になる。
【００３０】
ポート２から正電圧の出力が停止すると、ＦＥＴ１４がオフ状態となり、コンデンサ１２１への充電が停止する。コンデンサ１２１に充電された電荷は、ＦＥＴ１１等を通じて流れる漏れ電流により減少し、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃ（すなわち、バイアス電圧Ｖｇｓ）が低下する。コンデンサ１２１の電圧Ｖｃ（すなわち、バイアス電圧Ｖｇｓ）が閾値Ｖｔｈより小さくなる前に、ポート２から正電圧を出力してコンデンサ１２１への充電を再開することによりＦＥＴ１１をオン状態に維持することができる。
【００３１】
上述の所定のタイミングは、コンデンサ１２１に充電された電荷が漏れ電流等により放電し、バイアス電圧ＶｃがＦＥＴ１１をオン状態に維持することができなくなる電圧よりも小さくならないように設定することができる。そして、所定のタイミングは、予めマイコン１０に記憶させておくことができる。これにより、ＦＥＴ１１をオン状態に維持しつつ、コンデンサ１２１により不要な消費電流を低減することができる。
【００３２】
ポート１から正電圧が出力されると、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５がオン状態となり、コンデンサ１２１に充電した電荷はＦＥＴ１５を介して放電され、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃは低下する。これによりバイアス電圧Ｖｇｓは低下し、ＦＥＴ１１をオフ状態として電気負荷１への駆動を停止することができる。
【００３３】
実施の形態２
図３は実施の形態２に係る負荷駆動装置１１０の構成の一例を示す回路図である。上述の実施の形態では、ポート２から出力する矩形状のパルス波形を、予め設定したタイミングで出力する構成であったが、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃに応じて、ポート２から矩形状のパルス波形を出力することもできる。図３に示すように、実施の形態２では、コンデンサ１２１の電圧を検出する検出回路としてのポート３をマイコン１０に備える。
【００３４】
マイコン１０は、検出したコンデンサ１２１の電圧Ｖｃと閾値電圧とを比較する。閾値電圧は、例えば、コンデンサ１２１に充電された電圧が漏れ電流等により放電し、バイアス電圧ＶｇｓがＦＥＴ１１をオン状態に維持することができなくなる電圧よりも小さくならないように設定することができる。マイコン１０は、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃが閾値電圧より小さくならないように、ポート２から正電圧を断続的に出力する。これにより、ＦＥＴ１４を断続的にオンしてコンデンサ１２１を充電してＦＥＴ１１をオン状態にする。これにより、ＦＥＴ１１をオン状態に維持しつつ不要な消費電流を低減することができる。
【００３５】
上述の実施の形態において、ＦＥＴ１４を断続的又は所定のタイミングでオンさせる代わりに、ＦＥＴ１４を常時オンとしてもよい。この場合でも、一旦コンデンサ１２１が充電され、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃがバッテリ電圧＋Ｖと等しくなれば、直列回路１２には電流が流れなくなるので不要な消費電流を抑えることができる。
【００３６】
実施の形態３
図４は実施の形態３に係る負荷駆動装置１２０の構成の一例を示す回路図である。上述の実施の形態との相違点は、ＦＥＴ１４を具備しない点である。図４に示すように、ポート１から電圧が出力されない場合（ゼロ電位の場合）、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５はオフとなり、コンデンサ１２１の両端は開放される。この場合、電気負荷を駆動するＦＥＴ１１のバイアス電圧Ｖｇｓとして、抵抗１２２及びコンデンサ１２１を含む直列回路１２によりバッテリ電圧＋Ｖを分圧した電圧を用いているので、バイアス電圧Ｖｇｓが所定の閾値より大きくなりＦＥＴ１１がオン状態となる。バイアス電圧Ｖｇｓを生成する直列回路１２にはコンデンサ１２１が含まれているので、一旦コンデンサ１２１にバイアス電圧Ｖｇｓに必要な電圧Ｖｃが充電された後は、コンデンサ１２１に電流がほとんど流れない。これにより、従来にように常時電流が流れている場合に比べて、ＦＥＴ１１をオン状態に維持するための電流を低減することができる。
【００３７】
ポート１から正電圧を出力した場合、ＦＥＴ１８及びＦＥＴ１５はオンとなり、コンデンサ１２１はＦＥＴ１５により短絡される。コンデンサ１２１に充電した電荷はＦＥＴ１５を介して放電され、コンデンサ１２１の電圧Ｖｃは低下する。これによりバイアス電圧Ｖｇｓは低下し、ＦＥＴ１１をオフ状態として電気負荷１への駆動を停止することができる。
【００３８】
上述の実施の形態では、直列回路は抵抗とコンデンサとを各１つ含むが、さらに他の素子、例えば、抵抗、コンデンサなどを含めることもできる。
【００３９】
上述の実施の形態において、抵抗１６に代えてコンデンサを用いてもよい。
【００４０】
上述の実施の形態において、ｐチャネルＦＥＴをｎチャネルＦＥＴに代え、ｎチャネルＦＥＴをｐチャネルＦＥＴに代え、正電圧と接地レベル電位を、接地レベルと負電圧に代えることで同様の構成を実現することができる。
【００４１】
上述の実施の形態では、１つの電気負荷を備える構成であったが、これに限定されるものではなく、電気負荷は複数備えることができる。この場合、同時に駆動を制御することができる複数の電気負荷に対して１つのＦＥＴを設けることができる。また、電気負荷駆動用のＦＥＴを複数備える場合には、各ＦＥＴのゲートを１つに纏めて１つの直列回路１２で各ＦＥＴのオン状態又はオフ状態を制御することもできる。
【００４２】
開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４３】
１  電気負荷
１０  マイコン（制御部）
１１  ｐチャネルＦＥＴ（ＦＥＴ）
１２  直列回路
１２１  コンデンサ
１２２  抵抗
１４  ｎチャネルＦＥＴ（第２のスイッチ回路）
１５  ｐチャネルＦＥＴ（第１のスイッチ回路）
１８  ｎチャネルＦＥＴ（第１のスイッチ回路）
【図１】
2011077698.tif 000003
【図２】
2011077698.tif 000004
【図３】
2011077698.tif 000005
【図４】
2011077698.tif 000006