(57)【要約】【課題】コスト上昇及び体積上昇が少なく、簡便且つ確実に電圧保護を行う。【解決手段】電源投入後一定時間においては、第１の保護回路部４０が、突入電流用の第１の電流しきい値に基づいて内部の過電流を自己検知し、負荷１１に対する駆動電流のオンオフ切替を行うとともに、外付けの待機指示回路部４２によって第２の保護回路部４１の動作を停止させ、一定時間経過後は、第２の保護回路部４１が、駆動スイッチ１２に流れる駆動電流を分流してその下流側の過電流を検出し、定常電流に対応する第２の電流しきい値に基づいて駆動スイッチ１２の下流側を過電流から保護する。コスト上昇及び体積上昇が少なく簡便な構成で、突入電流時とそれ以後の両方でそれぞれ効率的に過電流保護を行い得る。【選択図】        図１
2004236405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電流しきい値に基づいて過電流を検知し、所定の負荷に対する駆動電流のオンオフ切替を行う第１の保護回路部と、
前記負荷をオンオフ切替えする駆動スイッチに流れる駆動電流を分流して過電流を検出し、当該過電流を所定の基準と比較し、その比較結果に基づいて過電流を保護するための第２の保護回路部と、
電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記第２の保護回路部の動作を停止させる外付けの待機指示回路部と
を備え、
前記所定の基準が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過した後の定常電流に対応する第２の電流しきい値に基づいて決定され、
前記第２の電流しきい値が第１の電流しきい値より低く設定されることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項２】
請求項１に記載の過電流保護回路であって、
前記待機指示回路部が、
電源と前記第２の保護回路部との間に介在される抵抗と、
前記抵抗に並列に接続されて、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間に充電を行うコンデンサと
を備える過電流保護回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の過電流保護回路であって、
前記第２の保護回路部が、
前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、
前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、
前記分流手段から流れ出た電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器と
を備える過電流保護回路。
【請求項４】
請求項３に記載の過電流保護回路であって、
前記駆動スイッチ及び前記分流手段が、ＭＯＳ型電界効果型トランジスタであり、当該ＭＯＳ型電界効果型トランジスタの面積比により前記駆動スイッチ及び前記分流手段の分流比が決定されることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の過電流保護回路であって、
前記電圧調整手段が差動アンプであることを特徴とする過電流保護回路。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の過電流保護回路であって、
前記第１の保護回路部が、
当該第１の保護回路部内に流れる所定の電流が前記第１の電流しきい値に対して過電流であるか否かを検知する過電流検知回路と、
前記過電流検知回路で過電流が検知された場合に前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングする保護用論理回路と
を備え、
前記第２の保護回路部が、前記第２の電流しきい値に基づいて過電流を検出した場合に、前記保護用論理回路に対して所定の信号を送信し、
前記保護用論理回路が、前記第２の保護回路部からの前記信号に基づいて前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングし、
前記待機指示回路部が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記第２の保護回路部から前記保護用論理回路に与える前記信号を停止することを特徴とする過電流保護回路。
【請求項７】
請求項３に記載の過電流保護回路であって、
前記第１の保護回路部が、
負荷に与えられる電流が前記第１の電流しきい値に対して過電流であるか否かを検知する過電流検知回路と、
前記過電流検知回路で過電流が検知された場合に前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングする保護用論理回路と
を備え、
前記比較器は、前記検出電圧が前記基準電圧より高いときに前記保護用論理回路に対して所定の信号を送信し、
前記保護用論理回路が、前記第２の保護回路部からの前記信号に基づいて前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングし、
前記待機指示回路部が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記カレントミラー回路から前記比較器に出力される検出電圧を低減することを特徴とする過電流保護回路。
【請求項８】
請求項２に記載の過電流保護回路であって、
前記第２の保護回路部が、前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、
前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、
負荷に流れる電流に応じた前記分流手段からの電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器と、
前記カレントミラー回路と前記比較器との間に介在されて、前記第１の保護回路部が過電流を検出した際に、前記比較器とカレントミラー回路との間を遮断するスイッチと
を備える過電流保護回路。
【請求項９】
請求項２に記載の過電流保護回路であって、
前記第２の保護回路部が、
前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、
前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、
前記分流手段から流れ出た電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器と、
前記第１の保護回路部が前記駆動スイッチをオフにするタイミングに応じて、前記待機指示回路部の前記コンデンサを放電するスイッチと
を備える過電流保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に接続されて過電流を防止する過電流保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、エンジン系、車体電動系または情報系等の様々な車載負荷が搭載されており、特に近年の電子技術の発展により、車載負荷としての各種電子ユニット等が数多く搭載されてきている。
【０００３】
ところで従来、図３の如く、負荷１と電源２とを結ぶ電流経路３にフューズ４を設置することで、各種の過電流保護を行ってきた（従来技術１）。尚、図３中の符合５はメカニカルリレーである。
【０００４】
しかしながら、過電流保護のために上記のようなフューズ４を使用する場合、このフューズ４が頻繁に切れると、それを交換する作業も頻繁になる。また、一般に、複数のフューズ４をひとまとめにユニット化したフューズボックスが使用されるが、このフューズボックスの体積が大きく、他の車載電装品の搭載スペースが少なくなる。さらに、フューズ４の交換作業を考慮すると、フューズボックスの搭載位置が限定される。
【０００５】
これらに鑑みて、フューズボックスに代えて半導体リレーを用いた過電流保護回路を設置することも行われている。
【０００６】
具体的には以下の２つの方法がある。
【０００７】
ひとつには、過電流をシャント抵抗またはセンスまたはＭＯＳ−ＦＥＴで検出し、マイクロコンピュータまたは外部回路で過電流の判定をするもの（従来技術２）がある。この場合、突入電流は外部回路の基準電圧変更かマイクロコンピュータのソフトウェアプログラムにより対応することになる。
【０００８】
あるいは、図４に示すように、電流検出機能と判定機能を有する自己保護型のＩＰＤ（インテリジェントパワーデバイス）６を使用するもの（従来技術３）もある。
【０００９】
この従来技術３のＩＰＤ６は、図５の如く、過電流保護回路自身に過電流が流れたり過温度となった場合に、その旨を検出して電流を遮断する自己保護型の過電流保護機能を有するものである。この場合は、図４におけるフューズ６を省略することも可能である。
【００１０】
このＩＰＤ６は、図５の如く、基本的には、負荷１に対する駆動のオンオフ切替えをＦＥＴからなる第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２で行う構成となっている。
【００１１】
具体的には、操作者が操作スイッチ１３でオンオフ切替操作を行ったときに、その操作スイッチ１３のオンオフ状態を入力インターフェース回路１５が検知する。入力インターフェース回路１５が操作スイッチ１３のオン状態を検知したときには、ＦＥＴとしての第２のスイッチング素子１７がオン状態となり、保護用論理回路２１及びチャージポンプ２３に電源（＋Ｂ）１９が投入されて動作する。
【００１２】
この場合、チャージポンプ２３は、第１のスイッチング素子１２のゲートをそのソースよりも高電位に保つためＮチャネルＦＥＴ及び発振用コンデンサ等を用いて電源（＋Ｂ）１９の電圧を昇圧（例えば２倍）する。
【００１３】
この際、電流制限回路２５は、第１のスイッチング素子１２のドレイン−ソース間の電圧降下が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、第１のスイッチング素子１２のドレイン−ソース間の電圧降下が所定のしきい値を超えた場合に、そのゲート−ソース間を短絡させて当該ゲートへの入力電圧を低減させ、第１のスイッチング素子１２に流れる電流を低減させる。
【００１４】
そして、このＩＰＤ６には、過電流を検知してその旨を保護用論理回路２１に報知する過電流検知回路２９と、過温度を検出して保護用論理回路２１に報知する過温度検出回路３１とが設けられており、保護用論理回路２１は、過電流検知回路２９が過電流を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、チャージポンプ２３を介して、第１のスイッチング素子１２のゲート電圧の供給を遮断または断続的に停止することで電流及び温度を調整する。
【００１５】
ただし、負荷１に対してサージ電流が発生した場合に、負荷１に対する電流供給の遮断を行った場合に負サージにより電圧の過低下を抑制するため、ダイナミッククランプ回路２７は、負サージが発生している間だけ、第１のスイッチング素子１２をオンにして過電流保護回路内の各部位を保護するよう機能する。
【００１６】
そして、過電流検知回路２９が過電流を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、その出力の論理和を論理和回路３３が論理判断し、ＦＥＴである第３のスイッチング素子３７をオン切り換えして、プルアップ抵抗３５を利用して例えば警告ランプ等の外部の警告装置等（図示省略）にその旨を報知する。
【００１７】
これらの従来技術２，３によると、それまで必要であったフューズ４の交換回数が大幅に低減し、その分の手間が必要なくなる。さらに、フューズボックス自体を省略することも可能であり、この場合には、必要となる搭載スペースを縮小することができる。
【００１８】
参考のために、この発明に関連する先行技術文献を以下に示しておく。
【００１９】
【特許文献１】
特開２０００−３１２４３３公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術２の方式では、外部回路やマイクロコンピュータについてコスト上昇及び体積上昇を招いてしまい、実質的に普及するには至っていない。
【００２１】
また、上記従来技術３の方式の場合、特に自動車の負荷駆動を行う際には、突入電流の発生を避けることができないが、この突入電流を許容するためには内部回路が複雑にならざるを得ず、結局はあまり実用化されることがない。
【００２２】
そこで、この発明の課題は、コスト上昇及び体積上昇が少なく、簡便且つ確実に過電流保護を行い得る過電流保護回路を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、第１の電流しきい値に基づいて過電流を検知し、所定の負荷に対する駆動電流のオンオフ切替を行う第１の保護回路部と、前記負荷をオンオフ切替えする駆動スイッチに流れる駆動電流を分流して過電流を検出し、当該過電流を所定の基準と比較し、その比較結果に基づいて過電流を保護するための第２の保護回路部と、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記第２の保護回路部の動作を停止させる外付けの待機指示回路部とを備え、前記所定の基準が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過した後の定常電流に対応する第２の電流しきい値に基づいて決定され、前記第２の電流しきい値が第１の電流しきい値より低く設定されるものである。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過電流保護回路であって、前記待機指示回路部が、電源と前記第２の保護回路部との間に介在される抵抗と、前記抵抗に並列に接続されて、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間に充電を行うコンデンサとを備えるものである。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の過電流保護回路であって、前記第２の保護回路部が、前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、前記分流手段から流れ出た電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器とを備えるものである。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の過電流保護回路であって、前記駆動スイッチ及び前記分流手段が、ＭＯＳ型電界効果型トランジスタであり、当該ＭＯＳ型電界効果型トランジスタの面積比により前記駆動スイッチ及び前記分流手段の分流比が決定されるものである。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の過電流保護回路であって、前記電圧調整手段が差動アンプである。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の過電流保護回路であって、前記第１の保護回路部が、当該第１の保護回路部内に流れる所定の電流が前記第１の電流しきい値に対して過電流であるか否かを検知する過電流検知回路と、前記過電流検知回路で過電流が検知された場合に前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングする保護用論理回路とを備え、前記第２の保護回路部が、前記第２の電流しきい値に基づいて過電流を検出した場合に、前記保護用論理回路に対して所定の信号を送信し、前記保護用論理回路が、前記第２の保護回路部からの前記信号に基づいて前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングし、前記待機指示回路部が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記第２の保護回路部から前記保護用論理回路に与える前記信号を停止するものである。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の過電流保護回路であって、前記第１の保護回路部が、負荷に与えられる電流が前記第１の電流しきい値に対して過電流であるか否かを検知する過電流検知回路と、前記過電流検知回路で過電流が検知された場合に前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングする保護用論理回路とを備え、前記比較器は、前記検出電圧が前記基準電圧より高いときに前記保護用論理回路に対して所定の信号を送信し、前記保護用論理回路が、前記第２の保護回路部からの前記信号に基づいて前記駆動スイッチを遮断またはチョッピングし、前記待機指示回路部が、電源の投入時から突入電流が発生する一定時間が経過するまで、前記カレントミラー回路から前記比較器に出力される検出電圧を低減するものである。
【００３０】
請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の過電流保護回路であって、前記第２の保護回路部が、前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、負荷に流れる電流に応じた前記分流手段からの電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器と、前記カレントミラー回路と前記比較器との間に介在されて、前記第１の保護回路部が過電流を検出した際に、前記比較器とカレントミラー回路との間を遮断するスイッチとを備えるものである。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、請求項２に記載の過電流保護回路であって、前記第２の保護回路部が、前記駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、前記分流手段の電圧降下を前記駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段と、前記分流手段から流れ出た電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、前記カレントミラー回路から出力された検出電圧を、前記第２の電流しきい値に基づいて決定された前記所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器と、前記第１の保護回路部が前記駆動スイッチをオフにするタイミングに応じて、前記待機指示回路部の前記コンデンサを放電するスイッチとを備えるものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一の実施の形態に係る過電流保護回路を示すブロック図である。この過電流保護回路は、図１の如く、従来技術３で説明した自己保護型の過電流保護機能に加えて、負荷１１を直接オンオフ切替えする駆動スイッチ（第１のスイッチング素子）１２の下流側のハーネスをも保護する機能を有し、特に、そのしきい値となる基準電流を、外付けの回路により任意に設定できるようにしたものである。即ち、この過電流保護回路は、従来技術３で説明したＩＰＤ６と同様の第１の保護回路部４０の他、負荷１１を直接オンオフ切替えする駆動スイッチ１２の下流側のハーネスを保護する第２の保護回路部４１と、電源（＋Ｂ）１９の投入時に第２の保護回路部４１の動作を一定時間停止させる外付けの待機指示回路部４２とを備える。尚、第１の保護回路部４０及び第２の保護回路部４１は単一のＩＰＤとして集積的に構成される。
【００３３】
第１の保護回路部４０は、当該第１の保護回路部４０自身の内部における過電流及び過温度を検知して負荷１１に対する駆動電流を調整するもので、従来技術３と同様、第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２と、入力インターフェース回路１５と、第２のスイッチング素子１７と、保護用論理回路２１と、チャージポンプ２３と、電流制限回路２５と、ダイナミッククランプ回路２７と、過電流検知回路２９と、過温度検出回路３１と、論理和回路３３と、第３のスイッチング素子３７とを備える。
【００３４】
第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ）が使用されて負荷１１に対する駆動のオンオフ切替えを行うものである。
【００３５】
入力インターフェース回路１５は、負荷１１の駆動について操作者がオンオフ切替操作を行うための操作スイッチ１３のオンオフ状態を検知するものである。
【００３６】
第２のスイッチング素子１７は、ＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ）が使用されて入力インターフェース回路１５が操作スイッチ１３のオン状態を検知したときにオン状態となるものである。
【００３７】
保護用論理回路２１は、第１のスイッチング素子１７がオンしたときに電源（＋Ｂ）１９が投入されて動作するようになっており、過電流検知回路２９が過電流を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、これらの各回路２９，３１からの断続的な信号に基づいてチャージポンプ２３を介し第１のスイッチング素子１２のゲート電圧の供給を遮断または断続的に停止（チョッピング）して、負荷１１に対する駆動電流及び温度を調整するものである。
【００３８】
そして、この保護用論理回路２１は、後述する第２の保護回路部４１から与えられた報知信号に基づいて負荷１１の駆動電流に異常が発生したときにも、第１のスイッチング素子１２のゲート電圧の供給を停止して、負荷１１に対する駆動電流を遮断またはチョッピングするようになっている。
【００３９】
チャージポンプ２３は、第１のスイッチング素子１２のゲートをそのソースよりも高電位に保つためＮチャネルＦＥＴ及び発振用コンデンサ等を用いて電源（＋Ｂ）１９の電圧を昇圧（例えば２倍）するものである。
【００４０】
電流制限回路２５は、第１のスイッチング素子１２のドレイン−ソース間の電圧降下が所定のしきい値を超えた場合に、ゲート−ソース間を短絡させて当該ゲートへの入力電圧を低減させて第１のスイッチング素子１２に流れる電流を低減させるものである。
【００４１】
ダイナミッククランプ回路２７は、サージ電流の発生時に負荷１１に対する電流供給の遮断またはチョッピングを行った場合に負サージにより電圧の過低下を抑制するために第１のスイッチング素子１２をオンにして過電流保護回路内の各部位を保護するためのものである。
【００４２】
過電流検知回路２９は、過電流を検知してその過電流が持続する間は保護用論理回路２１に所定の信号を断続的に送信し続けるものである。
【００４３】
過温度検出回路３１は、過温度を検出してその過温度が持続する間は保護用論理回路２１に所定の信号を断続的に送信し続けるものである。
【００４４】
論理和回路３３は、過電流検知回路２９が過電流を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、その出力の論理和をとるものである。
【００４５】
第３のスイッチング素子３７は、具体的にはＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ）が使用され、過電流検知回路２９が過電流を検知しまたは過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、論理和回路３３からの出力に基づいてオン状態となって、プルアップ抵抗３５を利用して警告ランプ等の外部の警報装置（図示省略）にその旨を報知するものである。
【００４６】
ここで、それぞれＭＯＳ−ＦＥＴで構成される各スイッチング素子１２，１７，３７は、過電流保護回路の所定の領域に所定の面積のパワーＭＯＳ−ＦＥＴを構成し、このパワーＭＯＳ−ＦＥＴを局部的に領域区分してその面積比を所定の比率に設定することでそれぞれ電気特性が決定されて形成されるものである。
【００４７】
かかる第１の保護回路部４０は、それ自身の内部の異常（過電流及び過温度）に基づいて負荷１１の駆動電流の調整を行うのに対して、第２の保護回路部４１は、第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２の下流側（負荷１１側）の保護を行うもので、負荷１１の駆動スイッチとしての第１のスイッチング素子１２に並列対称に接続されるセンスＭＯＳ−ＦＥＴ（分流手段）５１と、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１のソース電圧を第１のスイッチング素子１２のソース電圧に等しくする差動アンプ（電圧調整手段）５２と、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１から差動アンプ５２を経由して流れ出た電流Ｉ１を検出して当該電流Ｉ１に基づく電圧を出力するカレントミラー回路５３と、このカレントミラー回路５３から出力された電圧を所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較してその比較結果を第１の保護回路部４０の保護用論理回路２１に出力する比較器５４とを備える。
【００４８】
センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１（分流手段）は、各スイッチング素子１２，１７，３７を構成するためのパワーＭＯＳ−ＦＥＴの一部を区切って領域が割り当てられており、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１の領域の第１のスイッチング素子１２に対する面積比を所定の値に設定することにより、第１のスイッチング素子１２に対するセンスＭＯＳ−ＦＥＴ５１の分流比（例えば、１万分の１など）で、当該第１のスイッチング素子１２に流れる駆動電流を分流するものである。また、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１のドレインに接続される電源（＋Ｂ）１９は、第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２のドレインに接続される電源（＋Ｂ）１９と同一とされる。したがって、第１のスイッチング素子１２に流れる駆動電流が増減変化したときには、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１に流れる電流Ｉ１も同等の比率で増減するようになっている。
【００４９】
差動アンプ５２は負帰還抵抗を用いたイマジナリショートにより、負側入力端子に接続されたセンスＭＯＳ−ＦＥＴ５１のソース電圧を、正側入力端子に接続された第１のスイッチング素子１２のソース電圧に等しくなるように調整しながら、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１から差動アンプ５２を経由して流れ出た電流Ｉ１を出力する。
【００５０】
カレントミラー回路５３は、互いに対称に形成された一対のＭＯＳ−ＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果型トランジスタ）５３ａ，５３ｂに同等の電流が流れることを利用して、差動アンプ５２から流れ出た電流Ｉ１に等しい電流Ｉ２をＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂに流し、そのときのＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレイン電圧（検出電圧）をスイッチ５６を介して比較器５４に与えるようになっている。
【００５１】
比較器５４は、カレントミラー回路５３から出力された電圧（ＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレイン電圧：検出電圧）を所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、カレントミラー回路５３からの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合に、その旨を意味する出力電圧を第１の保護回路部４０の保護用論理回路２１に出力する。この場合の基準電圧Ｖｒｅｆは、図２中の第２の電流しきい値Ｔｈ２のように、負荷１１の破壊や電線発煙を確実に防止し且つ負荷１１の定常電流を余裕をもって流す電流値に相当する電圧値に設定しておけばよい。
【００５２】
待機指示回路部４２は、抵抗６１とコンデンサ６２の並列回路であり、第２の保護回路部４１の動作開始時に、抵抗６１を通じて電源（＋Ｂ）１９からの電流Ｉ２がカレントミラー回路５３に流れ始める際、コンデンサ６２への経時的充電によって、ＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂに突入電流が供給されるのを防止するようになっている。そして、待機指示回路部４２に接続される電源（＋Ｂ）１９は、第１のスイッチング素子（駆動スイッチ）１２及びセンスＭＯＳ−ＦＥＴ５１のそれぞれのドレインに接続される電源（＋Ｂ）１９と同一である。これにより、電源（＋Ｂ）１９を投入した後、抵抗６１の抵抗値とコンデンサ６２の容量とによって決定される一定時間だけ、第２の保護回路部４１の保護用論理回路２１に対する出力を停止することができる。そして、かかる待機指示回路部４２は、第２の保護回路部４１に対して外付けで取り付け可能となっている。これにより、電源（＋Ｂ）１９の投入時に第２の保護回路部４１の動作を一定時間停止させる停止時間を容易に設定・変更できるようになっている。
【００５３】
ところで、一般に、ランプやモータ等の負荷１１を駆動する場合、駆動電流を供給する電線の発煙特性は図２のようになる。図２の横軸は電源（＋Ｂ）１９の投入時からの経過時間、縦軸は耐電流であって、符合Ｌ１は電源（＋Ｂ）１９の投入時からの経過時間に応じて電線が発煙する電流の値を示している。この図２に見られる通り、電源（＋Ｂ）１９の投入時からの経過時間が短い間は、電線が発熱していないことから耐電流の値は高いが、時間の経過とともに電線が徐々に発熱し、その耐電流が低下し、比較的小さな電流であっても発煙してしまうことがある。
【００５４】
ここで、図２中の期間Ｔαは突入電流が流れる期間を意味している。そして、この突入電流が流れる期間Ｔαについては、第１の保護回路部４０での自己異常検出で充分に対応できるが、この突入電流が流れる期間Ｔαを越えると、上述のように耐電流が低減するため、第１の保護回路部４０での自己異常検出では充分に対応することができない。
【００５５】
このため、突入電流が流れる期間Ｔαを越えた場合に、第２の保護回路部４１により一定の基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負荷１１に流れる駆動電流の状態を精度良く監視する。
【００５６】
例えば、図２中の第１の電流しきい値Ｔｈ１を、突入電流が流れる期間Ｔαの過電流のしきい値とし、この第１の電流しきい値Ｔｈ１に基づいて第１の保護回路部４０の過電流検知回路２９が動作し、また第２の電流しきい値Ｔｈ２を、突入電流が流れる期間Ｔαの経過後の過電流のしきい値とし、この第２の電流しきい値Ｔｈ２に基づいて第２の保護回路部４１が過電流を監視するようにする。これにより、突入電流の終了前後で過電流に対する監視方法を変更でき、確実且つ簡単に過電流保護を行うことができる。
【００５７】
以下、この過電流保護回路の動作を説明する。
【００５８】
＜突入電流が流れる期間Ｔαの動作＞
ここでは、原則としてスイッチ５６がオン状態であることを前提に説明する。突入電流が流れる期間Ｔαでは、第１の保護回路部４０での自己異常検出で過電流の保護を行う。この場合、待機指示回路部４２では、抵抗６１の抵抗値とコンデンサ６２の容量とによって決定される一定時間が突入電流が流れる期間Ｔαにほぼ等しく設定されている。したがって、この期間Ｔαの間は、コンデンサ６２への経時的充電によって、突入電流や定常電流から一時的に過電流状態に移行しても、比較器５４に入力される基準電圧Ｖｒｅｆの方が待機指示回路部４２と第２の保護回路部４１との接続点の電圧よりも高い状態にあり、これにより保護用論理回路２１に対する第２の保護回路部４１の出力が停止され、第２の保護回路部４１は実質的に機能しないことになる。故に、この期間Ｔαは、過電流保護回路の機能は第１の保護回路部４０の機能のみとなり、従来技術３と同様の動作が実行される。
【００５９】
即ち、操作者が操作スイッチ１３でオンオフ切替操作を行ったときに、その操作スイッチ１３のオンオフ状態を入力インターフェース回路１５が検知する。入力インターフェース回路１５が操作スイッチ１３のオン状態を検知したときには、ＭＯＳ−ＦＥＴとしての第２のスイッチング素子１７がオン状態となり、保護用論理回路２１及びチャージポンプ２３に電源（＋Ｂ）１９が投入されて動作する。
【００６０】
この場合、チャージポンプ２３は、第１のスイッチング素子１２のゲートをそのソースよりも高電位に保つために電源（＋Ｂ）１９の電圧を昇圧（例えば２倍）する。
【００６１】
この際、電流制限回路２５は、第１のスイッチング素子１２のドレイン−ソース間の電圧降下が所定のしきい値を超えたか否かを判断し、第１のスイッチング素子１２のドレイン−ソース間の電圧降下が所定のしきい値を超えた場合に、そのゲート−ソース間を短絡させて当該ゲートへの入力電圧を低減させ、第１のスイッチング素子１２に流れる電流を低減させる。
【００６２】
そして、過電流検知回路２９は、図２中の第１の電流しきい値Ｔｈ１に基づいて所定の基準に従って過電流を検知し、過電流であった場合に、その旨の信号を保護用論理回路２１に出力する。
【００６３】
これと併行して、過温度検出回路３１は、過温度か否かを検出し、過温度であった場合にその旨の信号を保護用論理回路２１に出力する。
【００６４】
保護用論理回路２１は、過電流検知回路２９が過電流（Ｔｈ１を越える電流）を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、チャージポンプ２３を介して第１のスイッチング素子１２のゲート電圧の供給を断続的に停止することで電流及び温度を調整する。
【００６５】
ただし、負荷１１に対してサージ電流が発生した場合に、負荷１１に対する電流供給の遮断またはチョッピングを行った場合に負サージにより電圧の過低下を抑制するため、ダイナミッククランプ回路２７は、負サージが発生している間だけ、第１のスイッチング素子１２をオンにして過電流保護回路内の各部位を保護するよう機能する。
【００６６】
そして、過電流検知回路２９が過電流を検知し、または過温度検出回路３１が過温度を検出したときに、その出力の論理和を論理和回路３３が論理判断し、第３のスイッチング素子３７をオン切り換えして、プルアップ抵抗３５を利用して例えば警告ランプ等の外部の警告装置等（図示省略）にその旨を報知する。
【００６７】
尚、過電流状態では、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１が大電流を検出するため、外付けのコンデンサ６２に一時的に大きな電圧が加わって充電されることになる。そうすると、正常電流値への移行直後にコンデンサ６２に充電された電荷が放電されていなければ過電流状態を検出してしまって、相変わらず駆動スイッチがオフの状態のままになってしまうおそれがある。このことを考慮し、第１の保護回路部４０の保護用論理回路２１が自己保護のため負荷短絡もしくは過電流を判断した際には、比較器５４とカレントミラー回路５３の間のスイッチ５６をオフにし、コンデンサ６２に充電が行われないようにする。
【００６８】
あるいは、かかるスイッチ５６に代えて、保護用論理回路２１が第１のスイッチング素子１２をオフにするタイミングに同期して、コンデンサ６２とカレントミラー回路５３のＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレインとの間を短絡させてコンデンサ６２の電荷を放電するようなスイッチを設けてもよい。
【００６９】
＜突入電流が流れる期間Ｔαの経過後＞
ここでも、原則としてスイッチ５６がオン状態であることを前提に説明する。突入電流が流れる期間Ｔαが経過すると、コンデンサ６２に電荷がチャージされてＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレイン電圧（検出電圧）が上昇する。このとき、待機指示回路部４２は、比較器５４からの出力電圧に基づいて、カレントミラー回路５３のＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂに対する電流Ｉ２の制限が解除されるため、第２の保護回路部４１からの信号に基づいて、保護用論理回路２１が過電流時の対応を行う。
【００７０】
具体的に、第２の保護回路部４１のセンスＭＯＳ−ＦＥＴ５１は、第１のスイッチング素子１２に供給される電流の一部が所定の分流比で分流され、電流Ｉ１として差動アンプ５２に出力される。
【００７１】
差動アンプ５２では、その負帰還抵抗を用いたイマジナリショートにより、負側入力端子に接続されたセンスＭＯＳ−ＦＥＴ５１のソース電圧を、正側入力端子に接続された第１のスイッチング素子１２のソース電圧に等しくなるように調整しながら、センスＭＯＳ−ＦＥＴ５１から差動アンプ５２を経由して流れ出た電流Ｉ１をカレントミラー回路５３のＭＯＳ−ＦＥＴ５３ａに出力する。
【００７２】
カレントミラー回路５３では、差動アンプ５２からＭＯＳ−ＦＥＴ５３ａに入力された電流Ｉ１に等しい電流Ｉ２をＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂに流し、このＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレイン電圧（検出電圧）をスイッチ５６を介して比較器５４に与える。
【００７３】
比較器５４では、カレントミラー回路５３から出力された電圧（ＭＯＳ−ＦＥＴ５３ｂのドレイン電圧：検出電圧）を所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、カレントミラー回路５３からの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを越えた場合に、その旨を意味する出力電圧を第１の保護回路部４０の保護用論理回路２１に出力する。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆは、図２中の第２の電流しきい値Ｔｈ２に対応して設定されている。したがって、突入電流が流れる期間Ｔαの経過後に、図２中の第２の電流しきい値Ｔｈ２を越える電流が負荷１１に流れようとしたときには、第２の保護回路部４１が第１の保護回路部４０内の保護用論理回路２１にその旨の報知信号を出力する。このとき、保護用論理回路２１は、第２の保護回路部４１から与えられた報知信号に基づいて、第１のスイッチング素子１２のゲート電圧の供給を停止して、負荷１１に対する駆動電流を遮断またはチョッピングする。
【００７４】
以上のように、この実施の形態では、電源（＋Ｂ）１９の投入直後の突入電流が流れる期間Ｔαについては、外付けの待機指示回路部４２のコンデンサ６２に充電が行われている最中であるため、基準電圧Ｖｒｅｆとの比較結果に基づいて比較器５４からの出力がなされず、過電流検出機能は働かずに、第１の保護回路部４０による自己異常監視が行われる一方、突入電流が流れる期間Ｔαを越えた場合に、コンデンサ６２に電荷がチャージされて電圧が上昇すると、最終的には負荷１１の駆動電流に比例したカレントミラー回路電流Ｉ１，Ｉ２と抵抗６１で決まる電圧となって、第２の保護回路部４１により一定の基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負荷１１に流れる駆動電流の状態を精度良く監視するので、負荷１１及び電線の効率的な保護を行うことができる。
【００７５】
そして、待機指示回路部４２が、第２の保護回路部４１に対して外付けで取り付け可能となっているので、電源（＋Ｂ）１９の投入時に第２の保護回路部４１の動作を一定時間停止させる停止時間を容易に設定・変更できるので便利である。
【００７６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、電源投入後一定時間においては、第１の保護回路部が、突入電流用の第１の電流しきい値に基づいて内部の過電流を自己検知し、所定の負荷に対する駆動電流のオンオフ切替を行うとともに、待機指示回路部によって第２の保護回路部の動作を停止させ、一定時間経過後は、第２の保護回路部が、駆動スイッチに流れる駆動電流を分流して当該駆動スイッチの下流側の過電流を検出し、定常電流に対応する第２の電流しきい値に基づいて駆動スイッチの下流側を過電流から保護するので、電源投入直後の突入電流の発生時にはこれを許容しつつも、電源投入直後と定常時の両方について過電流を精度良く監視して、負荷及び電線の効率的な保護を行うことができる。
【００７７】
特に、待機指示回路部が第２の保護回路部に対して外付けで取り付けられているので、電源の投入時に第２の保護回路部の動作を一定時間停止させる際の停止時間を容易に設定・変更できる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、待機指示保護回路をコンデンサと抵抗の並列回路で構成し、電源投入直後に突入電流が待機指示回路部に流れた場合に、コンデンサへの経時的な充電を利用して、突入電流の影響を無くしているので、簡単な構成で、負荷電流保護回路の停止時間を容易に決定できる。
【００７９】
請求項３に記載の発明によれば、第２の保護回路部が、駆動スイッチに並列対称に接続されて当該駆動スイッチに与えられる駆動電流を所定の分流比で分流する分流手段と、分流手段の電圧降下を駆動スイッチの電圧降下に一致させる電圧調整手段（例えば、請求項５に記載の差動アンプ）と、分流手段から流れ出た電流を検出して当該電流に基づく電圧を出力するカレントミラー回路と、カレントミラー回路から出力された検出電圧を、第２の電流しきい値に基づいて決定された所定の基準となる基準電圧と比較してその比較結果を出力する比較器とを備えるので、コスト上昇及び体積上昇が少なく、簡便な構成で、駆動スイッチから負荷に供給される駆動電流を精度良く監視し、その過電流を正確に検出して保護を行うことができる。
【００８０】
請求項４に記載の発明によれば、駆動スイッチ及び分流手段が、ＭＯＳ型電界効果型トランジスタであり、当該ＭＯＳ型電界効果型トランジスタの面積比により駆動スイッチ及び分流手段の分流比が決定されるので、分流手段に流れる電流をもって精度良く負荷に流れ出る過電流を検出して保護することができる。
【００８１】
請求項６及び請求項７に記載の発明によれば、負荷電流保護回路で負荷に流れ出る過電流を検出した場合に、第１の保護回路部内の保護用論理回路をそのまま利用して保護することができ、保護用論理回路の兼用により効率の良い回路を実現できる。
【００８２】
ところで、過電流状態では、分流手段が大電流を検出するため、待機指示回路部のコンデンサに一時的に大きな電圧が加わって充電されることになり、正常電流値への移行直後の時点でコンデンサに充電された電荷が既に放電されていなければ負荷電流保護回路が過電流状態と誤検出する可能性がある。しかしながら、請求項８に記載の発明によれば、第１の保護回路部が内部の負荷短絡または過電流を検出した際に、比較器とカレントミラー回路との間を遮断するスイッチを設けているので、この際にコンデンサに充電が行われないようにすることができ、正常電流値への移行直後にコンデンサに電荷が蓄積されている状態を防止でき、復帰時に過電流状態と誤判断するのを防止できる。
【００８３】
あるいは、請求項９に記載の発明によれば、第１の保護回路部が内部の負荷短絡または過電流を検出した際に、コンデンサを放電するスイッチを設けているので、正常電流値への移行直後にコンデンサに電荷が蓄積されている状態を防止でき、復帰時に過電流状態と誤判断するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る過電流保護回路を示すブロック図である。
【図２】電源の投入時からの経過時間に応じて電線が発煙する電流の値の変化を示す図である。
【図３】従来技術１に係る過電流保護回路を示すブロック図である。
【図４】従来技術３に係る過電流保護回路を示すブロック図である。
【図５】従来技術３に係る過電流保護回路のＩＰＤを示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  負荷
１２  スイッチング素子
２１  保護用論理回路
２３  チャージポンプ
２５  電流制限回路
２７  ダイナミッククランプ回路
２９  過電流検知回路
３１  過温度検出回路
３３  論理和回路
４０  第１の保護回路部
４１  第２の保護回路部
４２  待機指示回路部
５１  センスＭＯＳ−ＦＥＴ
５２  差動アンプ
５３  カレントミラー回路
５４  比較器
５６  スイッチ
６１  抵抗
６２  コンデンサ
【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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