(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成でスイッチング素子の過熱状態を検出可能な導通制御回路を提供する。【解決手段】過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているＩＧＢＴ素子に、制御端子Ｇの漏れ電流に基づいてＩＧＢＴ素子の過熱状態を制限可能な検出抵抗Ｒｇを設けた電流制限回路ＩＣＬを有する。検出抵抗Ｒｇは、前記漏れ電流を検知可能で温度特性を有する。電流制限回路ＩＣＬは、ＩＧＢＴ素子が過電流制限状態で動作している場合に機能する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているスイッチング素子と、
制御端子に流れる漏れ電流に基づいて前記スイッチング素子の過熱状態を判定可能な判定手段と、を設けたことを特徴とする導通制御回路。
【請求項２】
前記判定手段は、前記漏れ電流を検知可能な検出抵抗を有して構成されている請求項１に記載の導通制御回路。
【請求項３】
前記判定手段は、前記スイッチング素子の前記制御端子と電流流出端子との間に内蔵された温度特性を有する抵抗素子で構成されている請求項１に記載の導通制御回路。
【請求項４】
前記判定手段は、前記スイッチング素子が過電流制限状態で動作している場合に機能する請求項１〜３の何れかに記載の導通制御回路。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の前記スイッチング素子を内蔵する点火コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護素子を内蔵したＩＧＢＴなどのスイッチング素子を使用した導通制御回路に関し、特に、簡易な構成で過熱状態を検出可能な点火コイルの導通制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンなどの内燃機関の点火放電を実現する点火コイルをＯＮ／ＯＦＦ制御するイグナイタには、一般に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子が好適に使用されている。
【０００３】
そして、ＩＧＢＴのコレクタ端子とゲート端子との間、及び、ゲート端子とエミッタ端子との間に過電圧保護のツェナーダイオードを配置したＩＧＢＴ素子も知られている（特許文献１〜特許文献５）。
【０００４】
この種の点火コイルの駆動回路では、一次コイルＬ１に過大電流が流れないよう制限するのが一般的であり、イグナイタのコレクタ電流Ｉｃが所定レベルを超えると電流制限回路が機能するよう構成されている（特許文献６）。
【０００５】
図３は、特許文献６に記載の点火コイルの駆動回路を図示したものであり、イグナイタＱ１のエミッタ電流Ｉｅを検出する検出抵抗Ｒｓの両端電圧が、タイミングＴ１で所定レベルを超えると（図３（ｆ）参照）、それまでＯＮ状態であった第１トランジスタＱ３の電流が減少し始め、破線矢印の電流が流れ始めるよう構成されている（図３（ａ）参照）。
【０００６】
そして、第２トランジスタＱ４の電流が増加するのに応じて、それまでＯＮ状態であったイグナイタＱ１が能動動作を開始することで、コレクタ電流Ｉｃが抑制されることになる（タイミングＴ２以降の電流制限状態）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１７９４４０号公報
【特許文献２】特開２００８−２４８７７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−０４５１４１号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１９５４２号公報
【特許文献５】再表２０１２−０３６２４７号公報
【特許文献６】特開平１０−３２５３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この電流制限状態では、イグナイタＱ１が能動動作することに伴い、そのコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥがゼロレベルから有意に増加することになり（図３（ｇ）参照）、その分だけイグナイタの電力損失（＝ＶＣＥ＊Ｉｃ）が増加することになる。
【０００９】
したがって、電流制限状態では、この電力損失のために、イグナイタＱ１が過熱状態になる可能性があるが、この過熱状態を簡易に検出できる構成は未だ知られていない。
【００１０】
本発明は、この問題点に鑑みてなされたものであった、簡易な構成でスイッチング素子の過熱状態を検出可能な導通制御回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明者は、過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているＩＧＢＴについて検討を繰り返した。その結果、ＩＧＢＴの過熱状態に対応して、ゲート端子からの漏れ流入電流が増えること、及び、その漏れ電流は、素子温度に対応することを見出して本発明に至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、過電圧保護用のツェナーダイオードが内蔵されているスイッチング素子と、制御端子に流れる漏れ電流に基づいて前記スイッチング素子の過熱状態を判定可能な判定手段と、を設けたことを特徴とする導通制御回路である。
【００１３】
図１は、本発明を説明する図面であり、ＩＧＢＴの内部構成を示す等価回路である。図示の通り、ＩＧＢＴのコレクタ端子（Ｃ）とゲート端子（Ｇ）との間、及び、ゲート端子（Ｇ）とエミッタ端子（Ｅ）との間には、等価的に双方向ツェナーダイオードＺＤ３，ＺＤ２が配置されることで、仮に、ＣＧ間やＧＥ間に過大電圧が加わっても、その電圧がクランプされることで内部の半導体構造を保護している。
【００１４】
また、制御入力端子（ＩＮ）とエミッタ端子（Ｅ）との間にも、等価的に双方向ツェナーダイオードＺＤ１が配置されることで、過大な入力電圧に対して、内部の半導体構造を保護している。
【００１５】
ところが、ＩＧＢＴが過熱状態となると、半導体構造が熱破壊されることに先行して、図１（ａ）に示す漏れ電流ＩＬ１，ＩＬ２，ＩＬ３が増加することで、制御入力端子から流入する漏れ電流Ｉｇも増加する。なお、Ｉｃをゲート端子（Ｇ）への充放電電流とすると、ＩＧＢＴ内部においてＩｇ＝Ｉｃ＋ＩＬ１＋ＩＬ２−ＩＬ３の関係が成立するが、電流制限状態（図１（ｂ）参照）において、漏れ電流Ｉｇが増加することが確認された。
【００１６】
したがって、この漏れ流入電流に基づいてチップ内部の温度を推定することができ、必要に応じて、（１）サーマルシャットダウン機構を起動させる、（２）ＥＣＵに通知して点火コイルの交換などを運転手に警告する、などの措置を採ることができる。
【００１７】
図１（ｃ）は、本発明の動作内容を説明する図面であり、ＩＧＢＴのコレクタ電流が基準値を上回ったことで、電流制限動作が開始された結果、漏れ電流Ｉｇが増加する状態が示されている。そして、漏れ電流Ｉｇが電流閾値を越えたタイミング（Ｔ）で、本発明の制御動作が開始されることで、ジャンクション温度の上昇が抑制されている。なお、電流閾値は、ＩＧＢＴ素子の温度特性に基づいて適宜に設定される。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明によれば、簡単な構成でありながら、素子の過熱状態を検出することができる。したがって、小型化が要請される点火コイルにおいて、一次コイルのコイル電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するイグナイタに好適に活用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を説明する図面である。
【図２】実施例を説明する図面である。
【図３】一般的な電流制限回路を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施例について更に詳細に説明する。但し、以下に示す実施例は、本発明を適用する一例を例示したに過ぎず、何ら、本発明を限定するものではない。
【００２１】
先ず、図２は、実施例に係る導通制御回路を示す回路図であり、好適には、点火コイルの一次電流を導通制御するイグナイタとして活用される。
【００２２】
図示の通り、点火コイルＬ１，Ｌ２を導通制御するＩＧＢＴ素子Ｑ１のゲート端子Ｇには、電流制限回路ＩＣＬを経由して、ＥＣＵから点火パルスＳＧが供給されている。
【００２３】
そして、実施例の導通制御回路は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のゲート電圧Ｖｇと比較電圧Ｅｓを受けるコンパレータＤ１と、漏れ電流検出抵抗Ｒｇの両端電圧を受ける差動増幅回路Ｄ２と、コンパレータＤ１と差動増幅回路Ｄ２の出力を受ける判定ロジック回路ＪＧと、を有して構成されている。
【００２４】
上記の構成において、電流制限回路ＩＣＬが電流制限状態になると、ゲート電圧Ｖｇが有意に降下するので（図３（ｂ）参照）、判定ロジック回路ＪＧは、ゲート電圧Ｖｇと比較電圧Ｅｓを比較するコンパレータＤ１の出力に基づいて、電流制限状態に突入したことを検出することができる。
【００２５】
電流制限状態に突入した後、差動増幅回路Ｄ２が出力する検出抵抗Ｒｇの両端電圧を判定することで、漏れ電流Ｉｇの増加を判定することができるので、判定ロジック回路ＪＧは、検出抵抗Ｒｇの両端電圧が所定レベルを超えるか否かに基づいて、ＩＧＢＴ素子Ｑ１の過熱状態を判定することができる。
【００２６】
そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１が過熱状態であると判定された後、判定ロジック回路ＪＧは、適宜な報知動作やフェールセーフ動作を実行することになる。報知動作として、例えば、過熱状態をＥＣＵに通知する動作を実現できる。また、フェールセーフ動作として、例えば、トランジスタＤ３をＯＮ動作させて、ゲート端子Ｇの電位を降下させて、通電遮断するサーマルシャットダウン動作を実現できる。
【００２７】
何れにしても、本実施例によれば、ＩＧＢＴ素子の内部に温度センサなどの回路を設ける必要が無く、比較的簡単な構成でＩＧＢＴ素子の過熱状態を検出することができ、ＩＧＢＴ素子の熱暴走を未然防止することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施例を説明したが、具体的な記載内容は何ら本発明を限定せず、適宜な変更が可能である、例えば、ＩＧＢＴ素子の内部に、負の温度特性を有する抵抗Ｒｓｎを設けることで、過熱時の漏れ電流Ｉｇを増加させるのも好適である。図１（ｃ）はこの実施例を示す図面であり、抵抗Ｒｓｎは、例えば、ポリシリコン抵抗や、拡散抵抗によって実現される。
【符号の説明】
【００２９】
ＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３  ツェナーダイオード
Ｑ１  スイッチング素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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