(57)【要約】【課題】直流電源の逆接続に対する保護を図ると共に、負荷電流の検出をより簡単に行なうことができる負荷駆動装置を提供する。【解決手段】負側の電源線に、モータ９を駆動する場合にＯＮされると共に、そのＯＮ時に流れる電流を分流させる電流検出端子２２ａを有するＦＥＴ２２を挿入し、制御・保護部２４は、バッテリ１が逆極性で接続されたことを検出するとＦＥＴ２２を遮断すると共に、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間に、電流検出端子２２ａに流れる電流の変化を監視して異常検出を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とグランドとの間に、負荷と共に直列に接続されている駆動用トランジスタに制御信号を出力することで、前記負荷をスイッチング駆動する装置において、
負側の電源線に挿入され、前記直流電源の極性が逆の状態で接続された場合に、通電を阻止する逆接続保護用素子と、
前記駆動用トランジスタが導通している期間に前記逆接続保護用素子を介して流れる電流の変化を監視することで、異常検出を行なう異常検出手段とを備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記異常検出手段は、前記駆動用トランジスタが遮断している期間に、前記逆接続保護用素子に電流が流れた場合にも、異常検出を行なうことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記逆接続保護用素子は、前記負荷を駆動する場合は導通状態にされると共に、導通時に流れる電流を分流させる電流検出端子を有する保護用トランジスタで構成され、
前記直流電源の極性が逆の状態で接続されたことを検出すると、前記保護用トランジスタを遮断する保護手段を備え、
前記異常検出手段は、前記駆動用トランジスタが導通している期間に前記電流検出端子に流れる電流の変化を監視することで、異常検出を行なうことを特徴とする請求項１又は２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
直流電源とグランドとの間に、負荷と共に直列に接続されている駆動用トランジスタに制御信号を出力することで、前記負荷をスイッチング駆動する装置において、
負側の電源線に挿入され、前記直流電源の極性が逆の状態で接続された場合に、通電を阻止する逆接続保護用素子と、
前記負荷を駆動する際に、前記逆接続保護用素子において、前記駆動用トランジスタの端子と共通に接続されている端子（共通接続端子）の電位変化を監視することで異常検出を行なう異常検出手段とを備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
前記異常検出手段は、前記駆動用トランジスタが遮断している期間に、前記共通接続端子の電位が閾値以上となった場合にも、異常検出を行なうことを特徴とする請求項４記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記逆接続保護用素子は、前記負荷を駆動する場合は導通状態にされる保護用トランジスタで構成され、
前記直流電源の極性が逆の状態で接続されたことを検出すると前記保護用トランジスタを遮断する保護手段を備えたことを特徴とする請求項４または５記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記保護手段は、前記異常検出手段により前記駆動用トランジスタが遮断している期間に異常検出が行なわれた場合にも、前記保護用トランジスタを遮断することを特徴とする請求項３または６記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記逆接続保護用素子は、トランジスタで構成されることを特徴とする請求項１，２，４，５の何れかに記載の負荷駆動装置。
【請求項９】
前記逆接続保護用素子は、ダイオードで構成されることを特徴とする請求項１，２，４，５の何れか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、直流電源とグランドとの間に、負荷と共に直列に接続されている駆動用トランジスタに制御信号を出力することで負荷をスイッチング駆動する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両に搭載され、バッテリを電源として動作する装置については、バッテリの極性が逆方向に接続された場合に、電子回路等の保護を図ることが要求される場合がある。極めて簡単なものとしては、図７に示すように、バッテリ１に対してヒューズ２及びツェナーダイオード３の直列回路を接続し、ツェナーダイオード３の両端に制御回路４を接続して電源供給を行うものがある。この場合、バッテリ１が逆方向に接続されると、ツェナーダイオード３を介して大きな電流が流れるので、ヒューズ２が溶断して接続が遮断される。しかし、上記構成では、保護動作が行なわれる毎にヒューズ２を交換する必要がある。
【０００３】
また、特許文献１には、図８に示すように、ツェナーダイオード３に替えて、負側の電源線にＮチャネルＭＯＳＦＥＴ５を挿入し、ＦＥＴ５のゲートを、抵抗素子６を介して正側の電源線に接続すると共にコンデンサ７を介して負側の電源線に接続した構成が開示されている。この場合、バッテリ１の接続極性が正しければＦＥＴ５はＯＮするが、接続極性が逆の場合、ＦＥＴ５はＯＦＦとなることで保護を図るようになっている。
【特許文献１】特開平１０−３１５８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成を、例えばＤＣモータをＰＷＭ制御により駆動する装置に適用すると、図９に示す構成になることが想定される。ヒューズ２の負荷側には、コイル及びコンデンサからなるπ型フィルタ８を介して、ＤＣモータ９及びＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０の直列回路が接続されており、ＦＥＴ１０のソースがＦＥＴ５のソースに接続されている。また、モータ９には、フライホイールダイオード１１が逆並列に接続されている。
【０００５】
制御回路４は、制御・保護部１２，負荷電流検出部１３及びゲート駆動部１４で構成されている。制御・保護部１２は、図示しないエンジンＥＣＵ（Electronic Control  Unit）などから与えられる駆動指令信号に応じたデューティのＰＷＭ信号を生成すると、ゲート駆動部１４を介してＦＥＴ１０のゲートに出力する。負荷電流検出部１３は、ＦＥＴ１０のドレイン電位を監視することで、モータ９に流れる負荷電流の変化を検出する。そして、制御・保護部１２は、負荷電流検出部１３の検出結果により負荷電流の異常を検知すると、モータ９の駆動を停止するなどの対応処理を行なう。以上において、バッテリ１，ヒューズ２，モータ９，ＦＥＴ１０及びダイオード１１を除いたものが、駆動装置１５を構成している。
【０００６】
また、図１０は、制御回路４がモータ９をＰＷＭ制御によりスイッチング駆動する場合における、ＦＥＴ１０（Ｔ２）のドレイン電圧と、モータ９に流れる負荷電流とを示すものである。ＦＥＴ１０のＯＮ，ＯＦＦに応じて、ＦＥＴ１０のドレイン電圧は、グランドレベル（ＦＥＴ１０のオン抵抗と負荷電流によるドレイン電圧値）とバッテリ１の電圧レベルとに変化する。そして、モータ９に何らかの異常が発生すると、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間の上記ドレイン電圧が、負荷電流の増加により、通常時より上昇する。従って、その間に異常判定閾値を設定することで、異常判定を行う。
【０００７】
ところが、図９に示す構成では、ＦＥＴ１０のＯＦＦしている期間に、ドレイン電圧は電源レベルまで上昇するため、この期間には電流の検出をマスクする必要がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流電源の逆接続に対する保護を図ると共に、負荷電流の検出をより簡単に行なうことができる負荷駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の負荷駆動装置によれば、負側の電源線に逆接続保護用素子を挿入し、異常検出手段は、駆動用トランジスタが導通している期間に、逆接続保護用素子を介して流れる電流の変化を監視して異常検出を行なう。即ち、逆接続保護用素子には、駆動用トランジスタが導通している期間にだけ電流が流れるので、異常検出手段は上記期間に流れる電流の変化だけを監視すれば良く、従来構成のように、異常検出を行なうにあたり検出期間をマスクする必要がない。従って、異常検出手段の構成をより簡単にすることができる。
【０００９】
請求項２記載の負荷駆動装置によれば、異常検出手段は、駆動用トランジスタが遮断している期間に、逆接続保護用素子に電流が流れた場合にも異常検出を行なう。即ち、駆動用トランジスタの機能が正常であれば、上記期間に電流が流れることはないので、逆接続保護用素子に電流が流れた場合は駆動用トランジスタがショート故障していることが想定される。従って、駆動用トランジスタのショート故障も検出することができる。
【００１０】
請求項３記載の負荷駆動装置によれば、逆接続保護用素子を、負荷を駆動する場合は導通状態にされると共に、導通時に流れる電流を分流させる電流検出端子を有する保護用トランジスタで構成し、保護手段は、直流電源が逆極性で接続されたことを検出すると保護用トランジスタを遮断する。そして、異常検出手段は、駆動用トランジスタが導通している期間に、保護用トランジスタが備えている電流検出端子に流れる電流の変化を監視して異常検出を行なう。即ち、請求項１と同様に、保護用トランジスタには、駆動用トランジスタが導通している期間にだけ電流が流れるので、異常検出手段は上記期間に電流検出端子に流れる電流の変化だけを監視すれば良いから、異常検出手段の構成を簡単にすることができる。
【００１１】
請求項４記載の負荷駆動装置によれば、負側の電源線に負側の電源線に逆接続保護用素子を挿入し、異常検出手段は、負荷を駆動する際に、逆接続保護用素子と駆動用トランジスタの端子との共通接続端子の電位変化を監視することで異常検出を行なう。即ち、逆接続保護用素子には、駆動用トランジスタが導通している期間にだけ電流が流れるので、異常検出手段は上記期間に流れる共通接続端子の電位変化だけを監視すれば良く、従来構成のように、異常検出を行なうにあたり検出期間をマスクする必要がない。従って、異常検出手段の構成をより簡単にすることができる。
【００１２】
請求項５記載の負荷駆動装置によれば、異常検出手段は、駆動用トランジスタが遮断している期間に、共通接続端子の電位が閾値以上となった場合にも異常検出を行なう。即ち、駆動用トランジスタの機能が正常であれば、上記期間における共通接続端子の電位は略グランドレベルに等しいはずであり、共通接続端子の電位がグランドレベルよりもある程度上昇した場合には、逆接続保護用素子に電流が流れており、駆動用トランジスタがショート故障していることが想定される。従って、駆動用トランジスタのショート故障も検出することができる。
【００１３】
請求項６記載の負荷駆動装置によれば、逆接続保護用素子を、負荷を駆動する場合は導通状態にされる保護用トランジスタで構成し、保護手段は、直流電源が逆極性で接続されたことを検出すると保護用トランジスタを遮断する。即ち、保護用トランジスタには、駆動用トランジスタが導通している期間にだけ電流が流れるので、異常検出手段は上記期間に流れる共通接続端子の電位変化だけを監視すれば良く、請求項４と同様の効果が得られる。
【００１４】
請求項７記載の負荷駆動装置によれば、保護手段は、異常検出手段により、駆動用トランジスタが遮断している期間に異常検出が行なわれると保護用トランジスタを遮断する。即ち、駆動用トランジスタがショート故障した場合には短絡電流が流れるので、保護用トランジスタを遮断すれば、短絡電流が流れることを防止してその他の回路素子などに悪影響が及ぶことを回避できる。
【００１５】
請求項８，９記載の負荷駆動装置によれば、逆接続保護用素子をトランジスタ（請求項８）、又はダイオード（請求項９）で構成するので、電源が逆極性で接続された場合の通電を簡単に阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１実施例）
以下、本発明を車両に搭載されるモータを負荷として駆動する装置に適用した場合の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。尚、図８と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１は、負荷駆動装置２１の構成を示すものである。負荷駆動装置２１では、ＦＥＴ５がＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（保護用トランジスタ，逆接続保護用素子）２２に置き換えられている。このＦＥＴ２２は、例えば、カレントミラー回路を利用した電流検出端子２２ａを備えており、ＦＥＴ２２に流れるドレイン電流を分流した電流が検出できるようになっている。
【００１７】
制御回路４に替わる制御回路２３では、負荷電流検出部１３が削除されており、制御・保護部１２は制御・保護部（保護手段，異常検出手段）２４に置き換わっている。そして、制御・保護部２４は、ＦＥＴ２２の電流検出端子２２ａに流れる電流の変化に基づいて、保護動作を行うようになっている。また、制御・保護部２４は、バッテリ１の極性が逆方向に接続された場合には、その内部を経由してＦＥＴ２２のゲートをロウレベルとするように構成されており（例えば、図８と同様の構成でも良い）、ＦＥＴ２２をＯＦＦして保護動作を行なう。
【００１８】
次に、本実施例の作用について図２及び図３も参照して説明する。図２は、制御・保護部２４を中心とする処理内容を示すフローチャートである。この処理を行う場合、ＦＥＴ２２はＯＮ状態に維持されている。制御・保護部２４は、先ず、外部よりモータ９の駆動指令信号の入力があるか否かを判定し（ステップＳ１）、入力がある場合は、ＦＥＴ１０（Ｔ２，駆動用トランジスタ）をＰＷＭ制御によりスイッチング駆動する（ステップＳ２）。そして、ＦＥＴ２２の電流検出端子２２ａに流れる電流を検出して（ステップＳ３）異常判定を行う（ステップＳ４）。ここで異常がなければステップＳ１に戻り、異常があれば、例えばモータ９の駆動を停止するなどの保護動作を行なう（ステップＳ７）。
【００１９】
一方、ステップＳ１において、駆動指令信号の入力がない場合も、制御・保護部２４は、ＦＥＴ２２の電流検出端子２２ａに流れる電流を検出して（ステップＳ５）異常判定を行う（ステップＳ６）。即ち、駆動指令信号が入力されない場合はＦＥＴ１０をスイッチングさせないので、この期間に電流検出端子２２ａに電流が流れるとすれば、ＦＥＴ１０がショート故障している可能性が高いと判断できる。従って、電流検出端子２２ａに電流が流れていれば「異常有り」と判定し、ステップＳ７に移行して保護動作を行なう。
【００２０】
図３は、制御回路２３に駆動指令信号が入力されており、ステップＳ１〜Ｓ４を繰り返し実行してモータ９を駆動している状態に対応するタイミングチャートである。即ち、従来と同様に、モータ９に何らかの異常が発生したことで、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間のドレイン電圧が正常時よりも上昇している場合には、図中に１点差線で示すようにＦＥＴ１０のドレイン電流がより多く流れており、それに応じて、ＦＥＴ２２の電流検出端子２２ａに流れる電流も増加する。従って、電流検出端子２２ａを介して検出される電流値に判定閾値を設定することで、従来と同様に負荷電流の異常を検出することができる。
【００２１】
以上のように本実施例によれば、負側の電源線に、モータ９を駆動する場合にＯＮされると共に、そのＯＮ時に流れる電流を分流させる電流検出端子２２ａを有するＦＥＴ２２を挿入し、制御・保護部２４は、バッテリ１が逆極性で接続されたことを検出するとＦＥＴ２２を遮断すると共に、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間に、電流検出端子２２ａに流れる電流の変化を監視して異常検出を行なうようにした。
【００２２】
即ち、ＦＥＴ２２には、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間にだけ電流が流れるので、制御・保護部２４は上記期間に流れる電流の変化だけを監視すれば良く、従来構成のように、異常検出を行なう場合に検出期間をマスクする必要がない。従って、制御・保護部２４の構成をより簡単にすることができる。そして、制御・保護部２４は、ＦＥＴ１０がＯＦＦしている期間に、電流検出端子２２ａに電流が流れた場合にも異常検出を行なうので、ＦＥＴ１０のショート故障も検出することができる。
【００２３】
（第２実施例）
図４は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施例の負荷駆動装置２５は、負荷駆動装置２１のＦＥＴ２２を、従来構成と同様のＦＥＴ５（保護用トランジスタ，逆接続保護用素子）に置き換えたものである。そして、制御回路２６の制御・保護部（保護手段，異常検出手段）２７は、電流検出端子２２ａに流れる電流を検出することに替えて、ＦＥＴ５のソース（ＦＥＴ１０との共通接続点）電位を検出する。
即ち、ＦＥＴ５のソース電位は、ＦＥＴ５のＯＮ抵抗とＦＥＴ５に流れる電流とで決まるため、制御・保護部２７がソース電位の変化を監視することで、第１実施例と同様の異常検出処理を行なうことが可能となる。
【００２４】
以上のように第２実施例によれば、負側の電源線にＦＥＴ５を挿入し、制御・保護部２７は、ＦＥＴ５のソース電位変化を監視することで異常検出を行なうので、電流検出端子２２ａを備えていないＦＥＴ５を用いた場合も、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００２５】
（第３実施例）
図５は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分のみ説明する。第３実施例の負荷駆動装置２８は、負側の電源線に、ＦＥＴ２２と共にもう１つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（保護用トランジスタ，逆接続保護用素子）２９を、互いのソースが共通となるように直列に挿入したものである。そして、正常な動作状態では、これら２つのＦＥＴを何れもＯＮにしておく。一方、制御回路３０の制御・保護部（保護手段，異常検出手段）３１が、図２に示すステップＳ６で（ＹＥＳ）と判断すると、２つのＦＥＴ２２及び２９をＯＦＦにすることで、ＦＥＴ１０がショート故障した場合に、短絡電流が流れ続けることを防止する。
【００２６】
以上のように構成された第３実施例によれば、制御・保護部３１は、ＦＥＴ１０が遮断している期間に異常検出が行なわれるとＦＥＴ２２及び２９を遮断するので、ＦＥＴ１０がショート故障した場合に短絡電流が流れることを防止して、その他の回路素子などに悪影響が及ぶことを回避できる。
【００２７】
（第４実施例）
図６は本発明の第４実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分のみ説明する。第４実施例の負荷駆動装置３２は、第２実施例のＦＥＴ５をダイオード（逆接続保護用素子）３３に置き換えたものである。そして、制御回路３４の制御・保護部（異常検出手段）３５は、ダイオード３３のアノード電位の変化を検出することで異常検出を行う。
【００２８】
すなわち、ダイオード３３により、バッテリ１が逆極性で接続された場合の通電を阻止することができる。また、ダイオード３３には、ＦＥＴ１０がＯＮしている期間にしか電流が流れないので、上記各実施例と同様に、異常検出を行なう場合に検出期間をマスクする必要がない。また、制御・保護部３５は、ダイオード３３について導通を制御する必要がないので、制御をより簡単にすることができる。
【００２９】
本発明は上記し且図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
第４実施例のダイオード３３に替えて、ダイオード接続したバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴを逆接続保護用素子として配置しても良い。
また、第４実施例のようにダイオード３３を配置した場合に、ダイオード３３を介して流れる電流を直接検出することで異常検出を行っても良い。
負荷はモータに限ることなく、直流電源によってスイッチング駆動される負荷であれば適用が可能である。また、車両に搭載される負荷に限ることもない。
ロウサイド駆動方式に限ることなく、ハイサイド駆動方式に適用しても良く、必要に応じてＰチャネルＭＯＳＦＥＴを使用すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例であり、負荷駆動装置の構成を示す図
【図２】制御・保護部を中心とする処理内容を示すフローチャート
【図３】図２のステップＳ１〜Ｓ４を繰り返し実行している場合のタイミングチャート
【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図６】本発明の第４実施例を示す図４相当図
【図７】従来技術の一例を示す図（その１）
【図８】従来技術の一例を示す図（その２）
【図９】図８の構成を、ＤＣモータの駆動装置に適用した場合を想定した図
【図１０】図３相当図
【符号の説明】
【００３１】
図面中、１はバッテリ（直流電源）、５はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（保護用トランジスタ）、９はＤＣモータ（負荷）、１０はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（駆動用トランジスタ）、２１は負荷駆動装置、２２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（保護用トランジスタ）、２２ａは電流検出端子、２４は制御・保護部（保護手段，異常検出手段）、２５は負荷駆動装置、２７は制御・保護部（保護手段，異常検出手段）、２８は負荷駆動装置、２９はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（保護用トランジスタ）、３１は制御・保護部（保護手段，異常検出手段）、３２は負荷駆動装置、３３はダイオード（逆接続保護用素子）、３５は制御・保護部（異常検出手段）を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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