(57)【要約】プリドライバ回路に異常が発生した場合においても、該当箇所以外は安定した動作を続けることができる多機能IC を低コストで提供することにある。プリドライバ回路を含む多機能半導体装置（１）に電流遮断回路（２５、３２）を設ける。プリドライバ回路（１４）のスイッチ素子（２０、２１、３５、３６）のいずれかに外乱が印加され、接合破壊或いは絶縁破壊のために短絡故障して大電流が流れたときに、電流遮断回路（２５、３２）によって故障したプリドライバ回路（１４）に流れる電流を遮断し、電源電圧の低下を防ぐ。その際、プリドライバ出力電位をハイサイド側はローレベルに、ローサイド側はハイレベルに固定し、回路が不活性になるようにする。
2015104921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するＭＯＳＦＥＴからなるドライバ回路と、  その前段にあるプリドライバ回路とを備える車載制御装置であって、    前記プリドライバ回路は電流検知手段を具備し、  前記プリドライバ回路が故障した際には、該当回路部の異常電流部分を遮断、かつ前記ドライバ回路の出力が非活性となるように前記プリドライバ回路の出力をＬｏｗ固定またはＨｉ固定することを特徴とする車載用電子制御装置。
【請求項２】
負荷を駆動するＭＯＳＦＥＴからなるドライバ回路と、  その前段にあるプリドライバ回路とを備える車載制御装置であって、  前記ドライバ回路は異常電流検知手段を具備し、  前記ドライバ回路が故障した際には、該当回路部の異常電流部分を遮断、かつ前記ドライバ回路の出力が非活性となるように前記プリドライバ回路の出力をＬｏｗ固定またはＨｉ固定することを特徴とする車載用電子制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の車載制御装置であって、  前記ドライバ回路は異常電流検知手段を具備し、  前記プリドライバ回路或いは前記ドライバ回路が故障した際には、該当回路部の異常電流部分を遮断、かつ前記ドライバ回路の出力が非活性となるように前記プリドライバ回路の出力をＬｏｗ固定またはＨｉ固定することを特徴とする車載用電子制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の車載制御装置であって、  前記ドライバ回路は異常電流検知手段を具備し、  前記プリドライバ回路が故障した際には、該当回路部の異常電流部分及び前段回路からの電流経路を合わせて遮断、かつ前記ドライバ回路の出力が非活性となるように前記プリドライバ回路の出力をＬｏｗ固定またはＨｉ固定することを特徴とする車載用電子制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の車載制御装置であって、  前記プリドライバ回路、電源回路、前記ドライバ回路を１チップに集約したことを特徴とする半導体集積装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、負荷を駆動するドライバ及びその前段にあるプリドライバを備える車載用制御装置及びその駆動回路故障時の対応に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  本技術分野の背景技術としては、例えば特開2012-157154号公報がある。本公報には該当箇所の故障を検出し電流を遮断することが記載されている。また、本技術分野の背景技術としては、特開2012-157154号公報や特開2010-098907号公報もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-158318号公報
【特許文献２】特開2012-157154号公報
【特許文献３】特開2010-098907号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  近年、車載用電子制御装置は、部品点数・コスト削減、ダウンサイジングといった観点から、車載用電子制御装置内における電子回路、例えばインジェクタ、イグナイタ、ソレノイド等のアクチュエータの駆動回路をシリコンチップに集積化することが検討され、実用化されている。従来、これらの駆動回路が故障により短絡した際、短絡電流が流れるが、その電流遮断手段を具備していない。過電流検出回路を具備しており、過電流が検出すれば、駆動回路の動作は停止するものが多く電流遮断までは行っていない。【０００５】  また、特許文献１にあるように昨今では、該当箇所の故障を検出し、電流を遮断する取組みも実施されている。しかし、MOSトランジスタのゲートが破壊された場合、前段回路からの異常電流も想定される。また、プリドライバ出力が固定されていないため、ドライバ回路の動作が不安定になってしまうという課題もある。【０００６】  過電流が流れ続ければ、集積回路が焼損し、ICとして実装した全ての機能が失われてしまう。その場合、重大事故に繋がる。一方、市場要求としては、故障箇所のみ切り離して(電流経路を遮断して)、正常回路は動作し続けることが強く求められている。【０００７】  また、特許文献２に示された電流遮断方式では、MOSトランジスタのゲートが絶縁破壊された場合、前段回路からの異常電流も想定されるが、対応できていないという課題もある。さらには、プリドライバ出力が固定されていないため、ドライバ回路の動作が不安定になってしまう課題もある。【０００８】  そこで本発明の目的は、プリドライバ回路に異常が発生した場合においても、該当不良箇所以外の機能は安定した動作を続けることができる多機能ICを低コストで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】  本発明の目的は、その一例として過電流検出回路及び電流遮断回路を有し、過電流を検出し、その電流経路を遮断する。また、電流遮断した場合、ドライバ回路が入力フローティングで不安定動作に至らぬようプリドライバ出力をＬｏ固定またはＨｉ固定することで達成できる。
【発明の効果】
【００１０】    本発明によれば、プリドライバ回路に異常が発生した場合においても、該当不良箇所以外の機能は安定した動作を続けることができる多機能ICを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるプリドライバ回路を含む多機能半導体装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による電流遮断回路の構成例を示すブロック図で  ある。
【図３】本発明の第２の実施の形態によるプリドライバ回路を含む多機能半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】従来技術によるプリドライバ回路を含む多機能半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下、図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】  以下、図１から図３を参照して、本発明の実施例を説明する。【００１４】  図１は、本発明によるプリドライバ回路を含む多機能半導体装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１の多機能半導体装置は、図４の従来装置と比較して、ハイサイドプッシュプル回路１９と昇圧回路５の間に電流遮断スイッチ２５を設けた点と、各相のロウサイドプッシュプル回路１８と電源回路４の間に電流遮断スイッチング素子３２を設けた点とが異なっている。【００１５】  本発明の特徴は、図１に示すように、プリドライバ回路を含む多機能ICに電流遮断スイッチング素子２５，３２、及び電位固定用スイッチング素子２９，３９を設けたことにある。電流遮断スイッチ素子２５および３２は、プリドライバ回路１４の半導体スイッチ素子２０、２１、３５または３６が接合破壊或いは絶縁破壊のために短絡故障して大電流が流れたときに、当該スイッチ素子が設けられたプリドライバ回路１４に流れる電流を遮断する。これにより、大電流による溶断・焼損故障を防ぐと共に、昇圧回路５から出力される昇圧電圧または電源回路４から供給される電源電圧の低下を防ぐことができる。その結果、他のドライバ昇圧電圧または電源電圧には影響がないため、正常出力が可能となる。【００１６】  以下、図１の電流遮断スイッチング素子２５，３２の実施形態について、図２〜図３を参照して詳細に説明する。【００１７】  図２は、本発明の第１の実施の形態による電流遮断制御回路１１の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態の電流遮断制御回路１１は、オペアンプ４５，４６、フィルタ回路４７，４８、論理回路１４を有している。なお、ここでは電流遮断スイッチング素子２５を代表例として示しているが、電流遮断スイッチング素子３２も同様の構成を有している。【００１８】  通常状態の動作は、以下のように動作する。【００１９】  Hi出力の場合、ハイサイド半導体スイッチ素子２７オン、ローサイド半導体スイッチ素子４２をオフさせる。この時、ハイサイドプッシュプル回路１９の出力をHiに、ローサイドプッシュプル回路１８の出力をLoに制御する。【００２０】  Lo出力の場合、ハイサイド半導体スイッチ素子２７オフ、ローサイド半導体スイッチ素子４２をオンさせる。この時、ハイサイドプッシュプル回路１９の出力をLoに、ローサイドプッシュプル回路１８の出力をHiに制御する。【００２１】  異常電流が発生した場合は、短絡・開放検知回路９３、９４により検出される。短絡・開放検知９３、９４は、検出電流を検出電圧に変換してオペアンプ４5、４６へ出力する。この検出された電圧は、オペアンプ45、４６の非反転入力側に入力される。【００２２】  オペアンプ４５、４６は、非反転入力側に入力された短絡・開放検知回路９３、９４からの電流検出電圧と、反転入力側に入力される基準電圧とを比較し、その比較結果に応じたコンパレータ出力をフィルタ回路４７、４８へ出力する。フィルタ回路４７、４８を通過したコンパレータ出力は、論理回路１４で演算処理装置信号との論理和処理を行い、故障診断出力２４を送出する。故障診断出力２４が出力されることにより、異常の発生を検知することができる。検知した異常は、ＳＰＩ信号により��演算処理装置１０にも伝達され、異常処理がおこなわれる。【００２３】    故障診断出力２４は、ハイサイドプッシュプル回路の電流遮断スイッチング素子２５及びローサイドプッシュプル回路の電流遮断スイッチング３２をオフし、昇圧回路５から昇圧電圧供給配線７を介してグランドへの貫通電流、もしくは、電源回路４からローサイドドライバ１８に流れる貫通電流を遮断する。この場合、貫通電流には、スイッチング素子20,21,35,36のソース−ドレイン間を流れる電流と、前段のプッシュプル回路２２，３７からスイッチング素子20,21,35,36のゲート電極を介して、ソース電極に流れ込むものとがある。これらの貫通電流を遮断するため、ハイサイドプッシュプル回路19と其の前段のプッシュプル回路の電源給電部に電流遮断スイッチング素子２５を配置、ローサイドプッシュプル回路１８と其の前段のプッシュプル回路３７のGND電源給電部に電流遮断スイッチング素子３２を配置する。【００２４】  電流遮断したハイサイド・ローサイドのプリドライバ出力が不安定にならないように、電位固定用スイッチング素子２９，３９をオンし、ハイサイドドライバ出力をLoに、ローサイドドライバ出力をHiに固定する。【００２５】    また、電流遮断制御回路１１では、演算処理装置１０から出力される演算処理装置信号によって電流遮断スイッチング素子２５、３２のオンオフを制御することもできる。すなわち、予め定められた電流遮断条件を満たすか否かを演算処理装置１０において判断し、電流遮断条件を満たすと判断した場合は演算処理装置１０から電流遮断制御回路１１へ演算処理装置信号を出力することで、電源回路４からプリドライバ回路１４への電流供給を強制的に遮断することができる。演算処理装置１０は、ドライバ回路の異常を検出した時にも演算処理装置信号によって、電流遮断スイッチング素子２５，３２をオンオフ制御することができる。【００２６】  以上説明したようにして、電流遮断制御回路１１により短絡故障時の貫通電流を遮断することにより、プリドライバ回路１４におけるスイッチング素子２０，２１，３５，３６の接合／絶縁破壊による他の機能への悪影響を低減させることができる。その結果、異常が発生した場合においても当該機能以外は、安定した動作を続けることができる。【００２７】  以上説明した本発明の第１の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。（１）プリドライバ機能を含む多機能半導体装置３は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７およびロウサイド半導体スイッチ素子４２と、ハイサイド半導体スイッチ素子２７およびロウサイド半導体スイッチ素子４２の動作を制御するために設けられたプリドライバ回路１４と、プリドライバ回路１４へ電流を供給する電源回路４と、制御信号を演算して出力する演算処理装置１０と、演算処理装置１０から出力された制御信号に基づいて駆動信号を出力する論理回路１５と、論理回路１５から出力された駆動信号に基づいてハイサイドプッシュプル回路１９，ロウサイドプッシュプル回路１８の動作を制御する駆動回路２２、３７と、上記電流が所定値以上であることを検知する短絡・開放検知回路９３，９４、昇圧回路５からプリドライバ回路１４への電流の供給を遮断する電流遮断スイッチング素子２５��ローサイドプッシュプル回路１８からGND電位への電流パスを遮断する電流遮断スイッチング素子３２、短絡・開放検知回路９３，９４及び電流遮断制御回路１１とを備える。本構成により、異常が発生した場合においても安定した動作を続けることができる多機能半導体装置３を低コストで提供することができる。（２）プリドライバ回路１４は、ハイサイド半導体スイッチ素子２７に対応して設けられたハイサイドプッシュプル回路１９と、ロウサイド半導体スイッチ素子４２に対応して設けられたロウサイドプッシュプル回路１８とを含み、電流遮断スイッチング素子２５、３２は、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路１８双方への電流の供給を遮断し、電位固定用素子２９，３９をオンし、ハイサイドドライバ出力をローレベルに、ローサイドドライバ出力をハイレベルに固定するようにした。【００２８】  これにより、ハイサイド半導体スイッチ素子２７およびロウサイド半導体スイッチ素子４２の動作をハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路１８によりそれぞれ適切に制御しつつ、ハイサイドプッシュプル回路１９およびロウサイドプッシュプル回路１８のいずれか少なくとも一方に異常が発生した場合は、その回路への電流供給を遮断し、他の機能に悪影響を与えない。【００２９】  （３）電流遮断制御回路１１は、電流検出回路９３、９４により検出された電流の大きさが所定値以上である場合、オペアンプ４５、４６による電圧フォロワ回路の出力電圧を変化させ、故障診断信号２４を出力する。故障診断信号２４は、電流遮断スイッチング素子２５，３２をオフさせ、電源回路４、昇圧回路５からプリドライバ回路１４への電流の供給を遮断するようにした。これにより、プリドライバ回路１４において発生した異常を確実に検知して電流供給を遮断することができる。【００３０】  また、電流遮断制御回路１１は、ＳＰＩ(シリアルペリフェラルインタフェース)回路或るいはMSC(マイクロセカンドチャンネル)回路を通じて異常が発生したことを演算処理装置１０に通知する。これにより、プリドライバ回路１４において異常が発生したことをシステム全体で把握し、必要に応じてユーザへの警告等の措置を講じることができる。【００３１】  （４）多機能半導体装置3は、プリドライバ回路１４、論理回路１１、各種駆動回路５１電源回路４、昇圧回路５および電流遮断制御回路１１を少なくとも含む複数の回路を集積化する。これにより、モータ制御装置等の小型化および低コスト化を図ることができる。
【実施例２】
【００３２】  本発明の第２の実施の形態によるハイサイド半導体スイッチ素子２７およびロウサイド半導体スイッチ素子４２の電流遮断方法について図３を用いて説明する。【００３３】  ハイサイド半導体スイッチ素子２７およびロウサイド半導体スイッチ素子４２に異常が発生し、過電流が流れる場合、短絡検知回路５２により異常検知する。異常検知信号５３は、演算処理装置１０に伝達される。演算処理装置１０は、電流遮断信号５４を出力、昇圧ドライバ回路６１を経て、ハイサイド電流源スイッチ素子２８をオフさせるとともに、電流遮断制御回路１１にＳＰＩ回路或るいはＭＳＣ回路を通じて演算処理装置信号５５を送出する。電流遮断制御回路１１は、実施例１に示したように、プリドライバ回路１４の電流を遮断し、出力をローレベル／ハイレベルに固定する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  マイクロコントローラとドライバＩＣの間で行われるシリアル通信を利用して、ドライバＩＣの診断制御を行う制御部をドライバIC内に持ち、不良発生を検知した場合、その回路を即座に非活性化するので、溶断等の重大不良発生を防止できる。そのため、高い信頼性を求められる装置に適用できる。
【符号の説明】
【００３５】    ３  半導体装置    ４  電源回路    ５  昇圧回路    ６  電源供給配線    ７  昇圧電圧供給配線    ８  バッテリ電圧    ９  グランド  １０  演算処理装置  １１  電流遮断制御回路  １２  短絡・開放検知信号  １３  短絡・開放検知信号  １４  プリドライバ回路  １８  ロウサイドプッシュプル回路  １９  ハイサイドプッシュプル回路  ２０  半導体スイッチ素子  ２１  半導体スイッチ素子  ２２  駆動回路  ２３  半導体スイッチ素子  ２４  故障診断出力  ２５  電流遮断スイッチング素子  ２６  プリドライバ出力配線  ２７  ハイサイド半導体スイッチ素子  ２９  半導体スイッチ素子  ３２  電流遮断スイッチング素子  ３３  半導体スイッチ素子  ３４  ロウサイドプッシュプル回路  ３５  半導体スイッチ素子  ３６  半導体スイッチ素子  ３７  駆動回路  ３９  半導体スイッチ素子  ４１  プリドライバ出力配線  ４２  ロウサイド半導体スイッチ素子  ４５  オペアンプ  ４６  オペアンプ  ４７  フィルタ回路  ４８  フィルタ回路  ４９  論理回路  ５１  ドライバ回路  ５２  短絡検知回路  ５３  短絡検知信号  ５４  電流遮断信号  ５５  演算処理信号  ６１  昇圧ドライバ  ６２  昇圧ドライバ信号  ９３  短絡・開放検知回路  ９４  短絡・開放検知回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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