(57)【要約】【課題】過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定を精度高く行う。【解決手段】過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子１０が置かれる雰囲気温度Ｔを雰囲気温度センサ１１０で検出し、複数の温度範囲に分割した雰囲気温度Ｔの各温度範囲において作動した過熱遮断機能の作動回数をカウンタ１４０でカウントし、すべての温度範囲における過熱遮断機能の作動回数の総和に基づいて過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子１０の寿命を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度に達した際に動作がオフとなる過熱遮断機能を備えた過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の前記過熱遮断機能の作動回数をカウントし、前記過熱遮断機能の前記作動回数に基づいて前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命を判定する過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路であって、
前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子が置かれる雰囲気温度を複数の温度範囲に分割し、前記複数の温度範囲の各温度範囲において作動した前記過熱遮断機能の作動回数をカウントし、すべての前記温度範囲における前記過熱遮断機能の作動回数の総和に基づいて前記過熱遮断機能付き半導体スイッチング素子の前記寿命を判定することを特徴とする過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路。
【請求項２】
前記複数の温度範囲の各温度範囲において作動した前記過熱遮断機能の作動回数を、所定の温度範囲における前記過熱遮断機能の作動回数に補正して前記総和を算出することを特徴とする請求項１に記載の過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路。
【請求項３】
前記所定の温度範囲は、前記複数の温度範囲のうち、前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子に加わる温度負荷が最小である温度範囲であることを特徴とする請求項２に記載の過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等において、バッテリー電源から電力を供給してランプ等の高負荷を駆動する際は、電源供給制御装置を通して駆動対象となる負荷に電力を供給するものが多い。このような電源供給制御装置においては、過電流保護のための過熱遮断機能を備えたＦＥＴ等のスイッチング素子が負荷駆動用の素子として用いられるのが一般的である（特許文献１）。このようなスイッチング素子では、過電流が流れてスイッチング素子が一定温度以上に発熱すると、過熱遮断機能により素子動作がオフとなり、過電流による発熱でスイッチング素子が壊れてしまうのを防いでいる。
【０００３】
ここで、過熱遮断機能を備えたスイッチング素子は、過熱遮断機能が働く程の高温状態を何度も繰り返すと素子寿命が短くなり、スイッチング素子に加わる温度負荷と素子寿命の関係は、例えば図５に示すような関係にあることが知られている。
【０００４】
ここで、例えば過熱遮断機能が働く温度負荷をＴＨ度とした場合、スイッチング素子が置かれる雰囲気温度が常温の際に過熱遮断機能が作動した場合にスイッチング素子に加わる温度負荷と、雰囲気温度が低温、例えばマイナス４０℃の際に過熱遮断機能が作動した場合にスイッチング素子に加わる温度負荷とでは、後者の方がスイッチング素子に加わる温度負荷が大きい。したがって、特許文献１では、雰囲気温度が常温より低い所定温度ＴＳ度以下で過熱遮断機能が働いた回数をカウントし、その回数を指標として素子寿命を判定する装置を提案している。
【特許文献１】特開２０００―２３６２４７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１においては、雰囲気温度が所定温度ＴＳ度以下の場合に過熱遮断機能が働いた回数のみをカウントしている。しかしながら、雰囲気温度が所定温度ＴＳ度を超える状態で過熱遮断機能が働いた場合も、スイッチング素子には温度負荷が加わったことになり、素子寿命に影響するため、雰囲気温度が所定温度ＴＳ度以下の場合に過熱遮断機能が働いた回数のみをカウントしていては、素子寿命の判定を精度高く行うことができない、といった問題点がある。
【０００６】
本発明では以上の問題点に鑑み、過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定を精度高く行う過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の温度に達した際に動作がオフとなる過熱遮断機能を備えた過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の前記過熱遮断機能の作動回数をカウントし、前記過熱遮断機能の前記作動回数に基づいて前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命を判定する過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路であって、前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子が置かれる雰囲気温度を複数の温度範囲に分割し、前記複数の温度範囲の各温度範囲において作動した前記過熱遮断機能の作動回数をカウントし、すべての前記温度範囲における前記過熱遮断機能の作動回数の総和に基づいて前記過熱遮断機能付き半導体スイッチング素子の前記寿命を判定することを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の置かれる雰囲気温度を複数の温度範囲に分割し、各雰囲気温度において作動した過熱遮断機能の回数をカウントし、すべての温度範囲における総カウント数に基づいて半導体スイッチング素子の寿命を判定するため、寿命判定を精度高く行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記複数の温度範囲の各温度範囲において作動した前記過熱遮断機能の作動回数を、所定の温度範囲における前記過熱遮断機能の作動回数に補正して前記総和を算出することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記所定の温度範囲は、前記複数の温度範囲のうち、前記過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子に加わる温度負荷が最小である温度範囲であることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、複数の温度範囲における過熱遮断機能の作動回数の総和を簡単に算出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の置かれる雰囲気温度を複数の温度範囲に分割し、各雰囲気温度において作動した過熱遮断機能の回数をカウントし、すべての温度範囲における総カウント数に基づいて導体スイッチング素子の寿命を判定するため、寿命判定を精度高く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００１４】
図１に、本発明の実施形態のブロック図を、図２に本実施形態における半導体スイッチング素子の素子寿命と温度負荷の関係を表すグラフを、図３に図１に示すブロック図のタイミングチャートを示す。なお、以下で用いる温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１＜０℃であるものとする。
【００１５】
過熱遮断機能内蔵半導体スイッチング素子の寿命判定回路１００は、雰囲気温度センサ１１０、比較器１２１〜１２３を備えた比較部１２０、パルス発生器１３１〜１３３を備えたパルス発生部１３０、カウンタ１４０を備えており、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０（例えば過熱遮断機能内蔵ＦＥＴ）において過熱遮断機能が作動した際に出力される過熱遮断機能作動信号ＳＴを受け取って、過熱遮断機能の作動回数をカウントする。
【００１６】
過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０は、外部からの制御信号により駆動制御が行われ、負荷５００（図示省略）に電力を供給する。
【００１７】
また、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０は、過電流が流れて所定温度以上に発熱すると、過熱遮断機能により素子動作がオフとなるとともに、過熱遮断機能作動信号ＳＴを出力する。
【００１８】
雰囲気温度センサ１１０は、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０が置かれる雰囲気温度Ｔにより、内部抵抗値が変化して、雰囲気温度センサ１１０を流れる電流Ｉの量が変化する。すなわち、雰囲気温度Ｔが高くなるにつれて内部抵抗値が減少し、電流Ｉが増加する。この電流Ｉの変化により、雰囲気温度センサ１１０の上流（図１のＰ点）の電位ＶＰが変化する。
【００１９】
比較器１２１は、Ｐ点の電位ＶＰと、コンデンサＣ１で定まる電位ＶＣ１とを比較し、ＶＰ≦ＶＣ１の場合に、所定の電圧信号ＣＰ１を出力する。ここで、雰囲気温度ＴがＴ１の際のＰ点の電位ＶＰと電位ＶＣ１とが等しくなるように、コンデンサＣ１の容量が設定されている。この状態で、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の過熱遮断機能が作動した場合、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ１は、過熱遮断機能作動温度をＴＨとすると、ＴＨ１＝ＴＨ−Ｔ１となる。
【００２０】
比較器１２２は、Ｐ点の電位ＶＰと、コンデンサＣ２で定まる電位ＶＣ２とを比較し、ＶＰ≦ＶＣ２の場合に、所定の電圧の出力信号ＣＰ２を出力する。ここで、雰囲気温度ＴがＴ２（＜Ｔ１）の際のＰ点の電位ＶＰと電位ＶＣ２とが等しくなるように、コンデンサＣ２の容量が設定されている。この状態で、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の過熱遮断機能が作動した場合、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ２は、過熱遮断機能作動温度をＴＨとすると、ＴＨ２＝ＴＨ−Ｔ２となる。
【００２１】
比較器１２３は、Ｐ点の電位ＶＰと、コンデンサＣ３で定まる電位ＶＣ３とを比較し、ＶＴ≦ＶＣ３の場合に、所定の電圧信号ＣＰ３を出力する。ここで、雰囲気温度ＴがＴ３（＜Ｔ２）の際のＰ点の電位ＶＰと電位ＶＣ３とが等しくなるように、コンデンサＣ３の容量が設定されている。この状態で、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の過熱遮断機能が作動した場合、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ３は、過熱遮断機能作動温度をＴＨとすると、ＴＨ３＝ＴＨ−Ｔ３となる。
【００２２】
図２に、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ１〜ＴＨ３と、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命との関係を示す。
【００２３】
パルス発生器１３１は、比較器１２１の出力信号ＣＰ１を入力信号として受け取る。また、比較器１２２の出力信号ＣＰ２を、インヒビット信号ＩＮＨ１として受け取る。パルス発生器１３１は、インヒビット信号ＩＮＨ１がＬレベルの状態（雰囲気温度Ｔ＞Ｔ２）で入力信号ＣＰ１を受け取った（雰囲気温度Ｔ≦Ｔ１）後、インヒビット信号がＨレベルになる（雰囲気温度Ｔ≦Ｔ２）までの間に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴの過熱遮断機能が作動した際に過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０から出力される過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ１として出力する。すなわち、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴから過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ１として出力する。
【００２４】
ここで、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の場合において、過熱遮断機能が作動した場合を考える。雰囲気温度ＴがＴ１の際に過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ１での過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命（温度負荷がＴＨ１となる環境下で過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の動作が保障される耐用回数）をｎ１回とすると、温度負荷ＴＨ１は寿命をカウントする温度負荷のうち最も低いものであるため、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間に作動した過熱遮断機能の回数をそのままカウントし、ｎ１回となった時点で寿命となると考えればよい。したがって、過熱遮断機能の作動回数とパルス発生器１３１が出力するパルス信号の数の比を１：１とし、パルス発生器１３１は、過熱遮断機能作動信号ＳＴを受け取る度に１個のパルス信号を出力信号ＣＴ１として出力する。
【００２５】
パルス発生器１３２は、比較器１２２の出力信号ＣＰ２を入力信号として受け取る。また、比較器１２３の出力信号ＣＰ３を、インヒビット信号ＩＮＨ２として受け取る。パルス発生器１３２は、インヒビット信号ＩＮＨ２がＬレベルの状態（雰囲気温度Ｔ＞Ｔ３）で入力信号ＣＰ２を受け取った（雰囲気温度Ｔ≦Ｔ２）後、インヒビット信号がＨレベルになる（雰囲気温度Ｔ≦Ｔ３）までの間に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴの過熱遮断機能が作動した際に過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０から出力される過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ２として出力する。すなわち、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴから過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ２として出力する。
【００２６】
ここで、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の場合において、過熱遮断機能が作動した場合を考える。雰囲気温度ＴがＴ２の際に過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０に加わる温度負荷ＴＨ２での過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命（温度負荷がＴＨ２となる環境下で過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の動作が保障される耐用回数）をｎ２回とすると、温度負荷がＴＨ２となるまでに、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０には温度負荷ＴＨ１が既に加わっていることになる。したがって、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間に作動した過熱遮断機能の回数をカウントし、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間に作動した過熱遮断機能の回数を、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間に作動した過熱遮断機能の回数に変換（補正）して寿命のカウントを行い、補正後のカウント数がｎ１回となった時点で寿命となると考えればよい。
【００２７】
ここで、簡単なカウントの補正方法は、温度負荷がＴＨ１で過熱遮断機能が作動した場合の寿命をｎ１、温度負荷がＴＨ２で過熱遮断機能が作動した場合の寿命をｎ２とすると、温度負荷がＴＨ２で過熱遮断機能が作動した場合のカウント数＝温度負荷がＴＨ１で過熱遮断機能が作動した場合のカウント数×（ｎ１／ｎ２）とすることである。したがって、過熱遮断機能の作動回数とパルス発生器１３２が出力するパルス信号の数の比を１：（ｎ１／ｎ２）とし、パルス発生器１３２は、過熱遮断機能作動信号ＳＴを受け取る度に（ｎ１／ｎ２）個のパルス信号を出力信号ＣＴ２として出力する。図３では、（ｎ１／ｎ２）＝２とした場合のタイミングチャートを示している。
【００２８】
パルス発生器１３３は、比較器１２３の出力信号ＣＰ３を入力信号として受け取る。パルス発生器１３３は、入力信号ＣＰ３を受け取った（雰囲気温度Ｔ≦Ｔ３）後に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴの過熱遮断機能が作動した際に過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０から出力される過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ３として出力する。すなわち、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３の場合に、過熱遮断機能内蔵ＦＥＴから過熱遮断作動信号ＳＴを受け取った場合に、あらかじめ設定した数のパルス信号を出力信号ＣＴ３として出力する。
【００２９】
ここで、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３の場合において、過熱遮断機能が作動した場合を考える。温度負荷がＴＨ３の際の過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命（温度負荷がＴＨ３となる環境下で過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の動作が保障される耐用回数）をｎ３回とすると、温度負荷がＴＨ３となるまでに、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０には温度負荷ＴＨ１が既に加わっていることになる。したがって、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３で作動した過熱遮断機能の回数をカウントし、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３で作動した過熱遮断機能の回数を、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間に作動した過熱遮断機能の回数に変換（補正）して寿命のカウントを行い、補正後のカウント数がｎ１回となった時点で寿命となると考えればよい。
【００３０】
ここで、簡単なカウントの補正方法は、温度負荷がＴＨ１で過熱遮断機能が作動した場合の寿命をｎ１、温度負荷がＴＨ３で過熱遮断機能が作動した場合の寿命をｎ３とすると、温度負荷がＴＨ３で過熱遮断機能が作動した場合のカウント数＝温度負荷がＴＨ１で過熱遮断機能が作動した場合のカウント数×（ｎ１／ｎ３）とすることである。したがって、過熱遮断機能の作動回数とパルス発生器１３３が出力するパルス信号の数の比を１：（ｎ１／ｎ３）とし、パルス発生器１３３は、過熱遮断機能作動信号ＳＴを受け取る度に（ｎ１／ｎ３）個のパルス信号を出力信号ＣＴ３として出力する。図３では、（ｎ１／ｎ３）＝３とした場合のタイミングチャートを示している。
【００３１】
カウンタ１４０は、パルス発生器１３１〜１３３が出力する出力信号ＣＴ１〜ＣＴ３のパルス数をカウントし、カウント結果を表示部２００（図示省略）に表示する。
【００３２】
図３のタイミングチャートにおいて、最下段に示す過熱遮断機能作動信号ＳＴの発生回数は、従来技術において、雰囲気温度Ｔに閾値を一つ設定し（このときの温度負荷は図３におけるＴＨ３に相当）、雰囲気温度Ｔが閾値以下の場合に作動した過熱遮断機能の数と同等となる。すなわち、図３において、従来技術では寿命のカウント数は４となる。
【００３３】
これに対し、本実施形態では、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間に、過熱遮断機能が作動した回数２に対し、パルス発生器１３１がパルス数１の出力信号ＣＴ３を２回出力する。また、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間に、過熱遮断機能が作動した回数１に対し、パルス発生器１３２がパルス数２の出力信号ＣＴ３を１回出力する。また、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３で、過熱遮断機能が作動した回数１に対し、パルス発生器１３３がパルス数３の出力信号ＣＴ３を１回出力する。以上の動作により、カウンタ１４０のカウント数は計７回となる。
【００３４】
このように、過熱遮断機能が作動する過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の雰囲気温度Ｔに複数の温度範囲を設定し、各温度範囲において過熱遮断機能の作動回数をカウントし、総和を算出することで、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命をより精度高く判定することができる。
【００３５】
また、複数の温度範囲の各温度範囲において作動した過熱遮断機能の作動回数を、所定の温度範囲における過熱遮断機能の作動回数に補正してカウントの総和を算出するため、複数の温度範囲における過熱遮断機能の作動回数の総和を簡単に算出することができる。
[実施例２]
本実施例では、過熱遮断機能の作動回数のカウント方法が前述した実施形態と異なる。
【００３６】
過熱遮断機能の作動回数をカウントする雰囲気温度Ｔの温度範囲を、Ｔ≦Ｔ３、Ｔ３＜Ｔ≦Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ１＜０とし、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間で作動した過熱遮断機能の回数をＣＴ１、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間で作動した過熱遮断機能の回数をＣＴ２、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３で作動した過熱遮断機能の回数をＣＴ３とする。
【００３７】
このとき、例えば雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２の間で過熱遮断機能が作動したとすると、雰囲気温度ＴがＴ２＜Ｔ≦Ｔ１の間の温度負荷も加わっていることになるので、ＣＴ２＝ＣＴ２＋１とカウントすると同時に、ＣＴ１＝ＣＴ１＋１とカウントする。
【００３８】
同様に、雰囲気温度ＴがＴ≦Ｔ３で過熱遮断機能が作動したとすると、雰囲気温度ＴがＴ３＜Ｔ≦Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ１の温度負荷も加わっていることになるので、ＣＴ３＝ＣＴ３＋１とカウントすると同時に、ＣＴ２＝ＣＴ２＋１、ＣＴ１＝ＣＴ１＋１とカウントする。このようにカウントすることにより、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子１０の寿命判定をより精度高く行うことができる。なお、カウントは、図４に示すように、図１において比較器１２１、１２２、１２３の出力および過熱遮断機能作動信号ＳＴを別途設定したＣＰＵ１５０に取り込んで行えばよい。
【００３９】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、実施例は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施例の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。
【００４０】
例えば、図１、図４に示すブロック図、回路図は一例であり、上述した動作を行うものであれば他の構成を備えていても良い。
【００４１】
また、雰囲気温度の分割範囲（分割数）は、実施形態に示したものに限定されるものではなく、任意の範囲（数）に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における、過熱遮断機能内蔵スイッチング素子に加わる温度負荷と素子寿命の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態のタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例２のブロック図である。
【図５】過熱遮断機能内蔵スイッチング素子に加わる温度負荷と素子寿命の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１０  過熱遮断機能内蔵スイッチング素子
１００  過熱遮断機能内蔵スイッチング素子の寿命判定回路
１１０  雰囲気温度センサ
１２０  比較部
１２１、１２２、１２３  比較器
１３０  パルス発生部
１３１、１３２、１３３  パルス発生器
１４０  カウンタ
１５０  ＣＰＵ
【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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