(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から外部の負荷への第１通電経路に設けられ、制御端子に入力される駆動指令信号に基づき該第１通電経路を通電・遮断する第１スイッチング素子と、
前記負荷を駆動制御するために、前記第１スイッチング素子を駆動するための駆動指令信号を出力する駆動手段と、
前記直流電源からの電流を前記負荷以外に供給する第２通電経路に設けられ、制御端子が前記第１スイッチング素子の制御端子に接続されて、第１スイッチング素子に比例した電流を流す第２スイッチング素子と、
前記第２通電経路に流れる電流を検出する第２電流検出手段と、
該第２電流検出手段により検出される電流が、前記第１スイッチング素子に流れる過電流に応じて設定された第２規定値を超えると、前記第１通電経路に流れる過電流を検出するとともに、前記駆動手段による前記駆動指令信号の出力を停止させる過電流検出手段と、
を備えて、前記負荷を駆動するとともに過電流検出を行う負荷駆動回路であって、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との温度差を検出する温度差検出手段と、
該温度差検出手段により検出される温度差に応じて、前記第１スイッチング素子の温度から前記第２スイッチング素子の温度を差し引いたときの温度差が大きくなるほど前記第２規定値が高くなるように前記第２規定値を補正する補正手段、
を備えたことを特徴とする負荷駆動回路。
【請求項２】
前記温度差検出手段は、
前記第１スイッチング素子の近傍に設けられた第１ダイオードと、前記第２スイッチング素子の近傍に設けられた第２ダイオードと、該第１ダイオードおよび該第２ダイオードのそれぞれに電流を供給する電流供給手段と、を備え、
前記第１ダイオードと前記第２ダイオードにおける順方向の両端電圧の差によって、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との温度差を検出すること、を特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
【請求項３】
前記第１ダイオードおよび前記第２ダイオードは、それぞれ複数のダイオード素子からなること、を特徴とする請求項２に記載の負荷駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電流を供給することで負荷を駆動する負荷駆動回路であり、負荷への供給電流に比例する電流に基づいて、負荷への通電経路における電流を検出する機能を備えた負荷駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高精度の電流制御や電流検出を行い、負荷に電力供給することで負荷を駆動する負荷駆動回路が知られている。
そして、こうした負荷駆動回路には、負荷に通電する電流の過電流を検出する機能を備えたものがあり、例えば、負荷への通電経路を通電・遮断するｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ等からなる第１スイッチング素子と、この第１スイッチング素子よりも小さい電流を通電するｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ等からなる第２スイッチング素子とにより構成されるカレントミラー回路を用いて過電流を検出するものが挙げられる。なお、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子は同一の駆動指令信号によって制御されており、第２スイッチング素子は、第１スイッチング素子に比例した電流（例えば、第１スイッチング素子：第２スイッチング素子＝１０００：１）を通電するよう構成されている。
【０００３】
このように構成された過電流検出機能を有する負荷駆動回路では、例えば、負荷においてグランドショート（接地短絡）などの異常が発生して、第１スイッチング素子に過電流が流れた場合、第２スイッチング素子にはその過電流に比例した電流が流れる。よって、第２スイッチング素子に流れる電流が、第１スイッチング素子の過電流に対応する電流値を超えることで、第１スイッチング素子に流れる過電流を検出することができる。
【０００４】
ここで、第１スイッチング素子や第２スイッチング素子としてのパワー素子がＩＣに内蔵される場合、こうしたパワー素子内蔵ＩＣ（集積回路）は、電力消費に伴い発熱することになる。そして、半導体からなるＩＣは、高温環境下（例えば１５０℃以上）では正常動作が困難であることから、電力消費に伴う発熱によってＩＣが誤操作しないように、発熱量を考慮して許容電力消費量が決定されている。この許容電力消費量は、ＩＣの熱抵抗に基づいて決定されており、熱抵抗とは電力消費量に対する温度上昇の割合のことである。
【０００５】
そして、近年の技術開発に伴いＩＣの熱抵抗値が小さくなり、従来は１［Ｗ］以下であった許容電力消費量が、３［Ｗ］程度にまで大きく設定することができ、より高度な制御が可能なＩＣを実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱抵抗が小さいＩＣにおいては、許容電力消費量を大きくすることにより、内蔵された各素子間の発熱量の差が大きくなり、ＩＣチップ内での温度勾配（温度分布の偏り）が増大してしまう。つまり、ＩＣに内蔵された上述の第１スイッチング素子と第２スイッチング素子は、電力消費に対する温度上昇の割合が異なることから、ＩＣ全体としての電力消費量が大きくなることにより、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との温度差がより大きくなるのである。
【０００７】
また、スイッチング素子は、その抵抗値が温度特性によって変化するため、温度差によって第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との抵抗値に差が生じて、各スイッチング素子に流れる電流の比例関係が変化して、電流検出精度が低下するという問題が生じてしまう。具体的には、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の抵抗値の温度特性がそれぞれ等しく４５００［ｐｐｍ］である場合に、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との温度差ΔＴが４［℃］となると、電流経路の抵抗値がおよそ２［％］（≒４［℃］×４５００［ｐｐｍ］）変化することになり、電流検出精度が約２［％］低下することになる。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、パワー素子に流れる電流検出を行うにあたり、パワー素子内蔵ＩＣにおける温度勾配の影響を抑えることができる負荷駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）に記載の負荷駆動回路によれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との温度差に応じて第２規定値を補正することで、電力消費に伴い発生する温度差による影響を抑え、検出精度を低下させることなく過電流検出を行うことができる。
つまり、第１スイッチング素子の温度から第２スイッチング素子の温度を差し引いたときの温度差が大きくなるほど第２規定値が高くなるように第２規定値を補正する。
【００１０】
また、本発明（請求項２）の負荷駆動回路によれば、ダイオードを用いることで、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との温度差を確実に検出することができる。
また、本発明（請求項３）の負荷駆動回路によれば、複数のダイオード素子からなるダイオードを用いることで、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との温度差をより高精度に検出でき、過電流検出をより正確に実行することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は、負荷の駆動制御を行うための負荷駆動回路の概略構成図であり、本負荷駆動回路は、過電流検出機能を備えている。
【００１２】
図１に示すように、本実施例の負荷駆動回路は、図示しない直流電源からの出力（例えば、電源電圧１２［ｖ］）Ｖｃが供給された電源ラインＬＶからの電流を負荷ＬＬに供給するための第１通電経路を通電・遮断するｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴからなる第１トランジスタ１１と、電源ラインＬＶからの電流を負荷ＬＬ以外に供給する第２通電経路を通電・遮断するｎチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴからなる第２トランジスタ１３と、第１トランジスタ１１および第２トランジスタ１３を駆動するための駆動指令信号Ｓａを出力するゲート駆動回路１５と、を備えて、負荷ＬＬを駆動制御している。
【００１３】
そして、ゲート駆動回路１５は、図示しない制御ロジックからの指令信号に基づき、第１トランジスタ１１および第２トランジスタ１３を駆動可能な駆動指令信号Ｓａを出力する。なお、制御ロジックは、例えばマイコンで構成されており、負荷ＬＬを制御するための処理を実行して、ゲート駆動回路１５に対して指令信号を出力している。
【００１４】
また、第１トランジスタ１１は、ゲートがゲート駆動回路１５における駆動指令信号Ｓａの出力端子に接続され、ドレインが電源ラインＬＶに接続され、ソースが負荷ＬＬに接続されている。そして、駆動指令信号Ｓａがハイレベルとなると、第１トランジスタ１１はオン状態となり第１通電経路に電流が流れて、電源ラインＬＶから負荷ＬＬへ電流が供給される。
【００１５】
よって、本負荷駆動回路１では、図示しない制御ロジックからの指令信号に基づいてゲート駆動回路１５が駆動指令信号Ｓａをハイレベルとすると、第１トランジスタ１１がオン状態となり、第１通電経路を通じて電源ラインＬＶから負荷ＬＬへの電力供給が行われる。
【００１６】
また、第２トランジスタ１３は、ゲートがゲート駆動回路１５における駆動指令信号Ｓａの出力端子に接続され、ドレインが電源ラインＬＶに接続されており、駆動指令信号Ｓａがハイレベルとなるとオン状態となり、第１トランジスタ１１に比例した小さい電流（第１トランジスタ１１：第２トランジスタ１３＝１０００：１）を流すよう構成されている。なお、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３は、同一のＩＣチップに内蔵されている。
【００１７】
そして、本負荷駆動回路１は、上記構成に加えて、第１トランジスタ１１のソースに反転入力端子（−）が接続され、第２トランジスタ１３のソースに非反転入力端子（＋）が接続された第１比較器（以下、第１コンパレータという）２１と、第２トランジスタ１３のソースにコレクタが接続されるとともに、第１コンパレータ２１の出力端子にベースが接続されたｎｐｎ型トランジスタからなる第３トランジスタ２３と、第３トランジスタ２３のエミッタに一端が接続され、他端が接地された抵抗値が５００［Ω］の検出抵抗２５と、第３トランジスタ２３のエミッタと検出抵抗２５との接続点に非反転入力端子（＋）が接続され、ゲート駆動回路１５に出力端子が接続された第２比較器（以下、第２コンパレータという）２７と、第２コンパレータ２７の反転入力端子（−）に正極が接続され、後述する補正回路４７の出力端子（詳細には、オペアンプ４９の出力端子）に負極が接続された定電圧電源２９と、を備えている。
【００１８】
そして、第１トランジスタ１１のソースの電位（以下、第１電位という）Ｖ１が、第２トランジスタ１３のソースの電位（以下、第２電位という）Ｖ２よりも低下すると、第１コンパレータ２１の出力信号Ｓｂがハイレベルとなり、第３トランジスタ２３がオン状態となる。すると、電源ラインＬＶから第２トランジスタ１３、第３トランジスタ２３、検出抵抗２５を介してグランド（接地）に通じる第２通電経路に電流が流れる。
【００１９】
ここで、例えば、負荷ＬＬにおいてグランドショート（接地短絡）などの異常が発生すると、第１トランジスタ１１に過電流が流れるとともに、第１電位Ｖ１はグランド電位（０［ｖ］）となるため、第１電位Ｖ１が第２電位Ｖ２よりも低下する。このため、第１コンパレータ２１は、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２とを比較することで、第１通電経路における過電流を検出する。
【００２０】
そして、第１通電経路に過電流が流れると、第１コンパレータ２１が第３トランジスタ２３を駆動するため、第２通電経路に電流が流れることになり、このとき第２通電経路に流れる電流は、第１通電経路に流れる電流に比例した大きさとなる。また、検出抵抗２５の両端には、第２通電経路に流れる電流に比例する電圧が発生するため、検出抵抗２５の両端電圧は、第１通電経路に流れる電流に比例した大きさになる。
【００２１】
なお、本実施例の負荷駆動回路では、第１通電経路における５［Ａ］以上の電流が過電流であり、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との比例関係から、第１通電経路に過電流が流れるときには、第２通電経路には５［ｍＡ］の電流が流れる。このため、第２通電経路に流れる電流に基づき第１トランジスタ１１に流れる過電流を検出するための判定電流値は５［ｍＡ］である。よって、定電圧電源２９は、検出抵抗２５の抵抗値（５００［Ω］）と、第２通電経路における過電流の判定電流値（５［ｍＡ］）との乗算により得られる電圧（２．５［ｖ］）を出力する定電圧電源にて構成されている。
【００２２】
ここで、オペアンプ４９の出力端子の電位Ｖ５は、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差に応じて変化しており、定電圧電源２９の正極の電位は電位Ｖ５に応じて変化する。なお、電位Ｖ５の詳細は後述する。
そして、第２コンパレータ２７は、第３トランジスタ２３と検出抵抗２５との接続点の電位が、定電圧電源２９の正極の電位より大きくなると、ハイレベルの信号をゲート駆動回路１５に対して出力する。つまり、第２通電経路に流れる電流は第１通電経路に流れる電流に比例することから、第２コンパレータ２７は、第２通電経路を流れる電流に基づいて第１通電経路に流れる電流の大きさを判定して、過電流を検出すると出力信号をハイレベルにして、ゲート駆動回路１５に通知するのである。
【００２３】
よって、本負荷駆動回路１は、第１コンパレータ２１が、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２とを比較すると共に、さらに、第２コンパレータ２７が第２通電経路に流れる電流に基づき第１通電経路に流れる電流を判定することで、第１トランジスタ１１に流れる過電流を検出している。
【００２４】
このように、各トランジスタの電流出力端における電位の比較だけではなく、第１通電経路に流れる電流を検出して過電流を判定することにより、より精度良く過電流を検出することが可能となる。また、第１コンパレータ２１が第３トランジスタ２３を駆動するときにのみ第２通電経路に電流を流すことから、常に第２通電経路に電流を流す場合に比べて、過電流検出に必要な電力消費量を抑えることができる。
【００２５】
そして、ゲート駆動回路１５は、第２コンパレータ２７からの信号が入力されると、図示しない制御ロジックからの指令信号に拘わらず、駆動指令信号Ｓａをローレベルとし、第１トランジスタ１１をオフ状態にすることで第１通電経路における通電を停止して、第１トランジスタ１１を過電流から保護する。
【００２６】
さらに、本負荷駆動回路１は、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差を検出するための温度差検出回路４１と、温度差検出回路４１にて検出される温度差に応じて定電圧電源２９の正極の電位を補正する補正回路４７と、を備えている。
【００２７】
そして、温度差検出回路４１は、第１トランジスタ１１の近傍に備えられたダイオード素子からなる第１ダイオード４３と、第２トランジスタ１３の近傍に備えられたダイオード素子からなる第２ダイオード４５と、電源ラインＬＶと第１ダイオード４３との間に設けられた定電流源Ｔ１と、電源ラインＬＶと第２ダイオード４５との間に設けられた定電流源Ｔ２、を備えている。このとき、第１ダイオード４３は、アノードが定電流源Ｔ１に接続され、カソードが接地されており、第２ダイオード４５は、アノードが定電流源Ｔ２に接続され、カソードが接地されている。
【００２８】
ここで、ダイオード素子の順方向電圧には温度特性（−２［ｍＶ／℃］）があり、第１ダイオード４３の両端には第１トランジスタ１１の温度に応じた順方向電圧が発生し、第２ダイオード４５の両端には第２トランジスタ１３の温度に応じた順方向電圧が発生する。このため、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との間に温度差がある場合、第１ダイオード４３のアノードの電位Ｖ３と第２ダイオード４５のアノードの電位Ｖ４との間に電位差が生じることになり、この電位差（Ｖ４−Ｖ３）は温度差に比例した値となる。
【００２９】
次に、補正回路４７は、差動増幅器（以下、オペアンプという）４９が備えられており、このオペアンプ４９は、反転入力端子（−）が抵抗Ｒ１を介して第１ダイオードのアノードに接続され、非反転入力端子（＋）が抵抗Ｒ２を介して第２ダイオードのアノードに接続されている。さらに、オペアンプ４９は、反転入力端子（−）と出力端子とが抵抗Ｒ３を介して接続され、出力端子は定電圧電源２９の負極に接続され、さらに、非反転入力端子（＋）は抵抗Ｒ４を介して接地されている。
【００３０】
そして、このように構成された補正回路４７は、増幅率Ａ（＝５．６）の増幅回路として動作し、入力信号である電位差（Ｖ４−Ｖ３）と増幅率Ａとの乗算で得られる電圧を、出力端子の電位Ｖ５として出力する。
つまり、補正回路４７は、温度差検出回路４１が検出した電位差（Ｖ４−Ｖ３）に応じて、出力端子の電位Ｖ５を変化させることで、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差に応じて、定電圧電源２９の正極の電位を変化させている。
【００３１】
ここで、例えば、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差が１０［℃］であるときには、電位差（Ｖ４−Ｖ３）は２０［ｍＶ］となり、補正回路４７の出力端子の電位は、１１２［ｍＶ］（＝２０［ｍＶ］×５．６）となる。一方、第１トランジスタ１１の温度特性が４５００［ｐｐｍ］であるので、抵抗値は４．５［％］上昇するため第１通電経路に流れる電流は小さくなり、第２通電経路には、本来の比例関係よりも４．５［％］増加した電流が流れる。そして、このとき第１トランジスタ１１に５［Ａ］の過電流が流れていると、第２トランジスタ１３には、本来の比例関係で流れる電流（５［ｍＡ］）の１０４．５［％］の電流、即ち、５．２２５［ｍＡ］の電流が流れ、検出抵抗２５（抵抗値＝５００［Ω］）の両端電圧は２．６１２５［Ｖ］となる。
【００３２】
そして、第２コンパレータ２７は、本来であれば、検出抵抗２５の両端電圧が２．５［Ｖ］以上となるときに出力信号をハイレベルとするのであるが、補正回路４７により電位Ｖ５が１１２［ｍＶ］に補正されるため、検出抵抗２５の両端電圧が２．６１２［Ｖ］（＝２．５［Ｖ］＋１１２［ｍＶ］）よりも大きくなるときに出力信号をハイレベルにする。
【００３３】
このため、電力消費に伴い、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差が１０［℃］となる場合でも、補正回路４７の動作により第２コンパレータ２７が動作する電圧値が補正されるため、第１トランジスタ１１に５［Ａ］を超える電流が流れるときに、正確に過電流を検出することができる。
【００３４】
よって、本実施例の負荷駆動回路１では、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差に応じて、第１トランジスタ１１の温度から第２トランジスタ１３の温度を差し引いたときの温度差が大きくなるほど第２コンパレータ２７が動作する電圧値を高く補正することで、過電流の検出精度の低下を抑制している。
【００３５】
なお、本負荷駆動回路１においては、ゲート駆動回路１５が特許請求の範囲における駆動手段に相当し、電源ラインＬＶが直流電源に相当し、第１トランジスタ１１が第１スイッチング素子に相当し、第２トランジスタ１３が第２スイッチング素子に相当し、検出抵抗２５が第２電流検出手段に相当し、第２コンパレータ２７および定電圧電源２９が過電流検出手段に相当し、温度差検出回路４１が温度差検出手段に相当し、補正回路４７が補正手段に相当し、定電圧電源２９の正極の電位が第２規定値に相当し、電源ラインＬＶおよび定電流源Ｔ１，Ｔ２が電流供給手段に相当する。
【００３６】
以上説明したように、本実施例の負荷駆動回路１では、温度差検出回路４１により検出される第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差に応じて、補正回路４７が電位Ｖ５を高くして、定電圧電源２９の正極の電位を高くする。つまり、第１トランジスタ１１の温度から第２トランジスタ１３の温度を差し引いたときの温度差が大きくなるほど第２コンパレータ２７が動作する電圧値を高く補正している。このため、電力消費により生じた温度差によって、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３とに流れる電流の比例関係が変化した場合でも、第２コンパレータ２７は、第１トランジスタ１１における５［Ａ］より大きい過電流を正確に検出することができる。
【００３７】
したがって、本実施例の負荷駆動回路によれば、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差に応じて定電圧電源２９の正極の電位を補正することで、電力消費に伴い発生する温度差による影響を抑え、検出精度を低下させることなく過電流検出を行うことができる。
【００３８】
また、本実施例では、第１ダイオードおよび第２ダイオードの両端電圧の差に基づいて各トランジスタの温度差を検出しており、ダイオード素子は順方向電圧に温度特性（通常，−２［ｍＶ／℃］）があることから、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１３との温度差を確実に検出することができる。
【００３９】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、第１ダイオードおよび第２ダイオードを、それぞれ複数のダイオード素子で構成してもよく、例えば、それぞれ３個のダイオード素子で構成した場合、第１ダイオードおよび第２ダイオードの温度特性は（−６［ｍＶ／℃］）となる。これは、ダイオード素子を１個とした場合に比べて、同一の温度差に対する各ダイオードの両端電圧の差が大きくなり、トランジスタにおける僅かな温度差を検出することが可能となる。したがって、第１ダイオードおよび第２ダイオードを、複数のダイオード素子で構成することで、第１トランジスタと第２トランジスタとの温度差を、より精度良く検出することが可能となる。
【００４０】
また、上記実施例では、５［Ａ］以上の電流が過電流であるが、過電流と判定される電流値は負荷駆動回路あるいは負荷によってそれぞれ異なり、また、検出抵抗の抵抗値、補正回路の増幅率、温度特性、定電源電圧の電圧値、トランジスタの電流比などの各数値は一例であり、上記実施例の数値に限定されるものではない。
【００４１】
さらに、上記実施例では、第１トランジスタおよび第２トランジスタとしてｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いた負荷駆動回路について説明したが、これらのトランジスタは、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴを用いて構成しても良く、また、バイポーラトランジスタを用いても良い。さらに、上記実施例では、第１トランジスタおよび第２トランジスタが、通電経路において負荷よりも高電位側に設けられたハイサイドスイッチとして備えられているが、これらトランジスタがローサイドスイッチとして備えられた負荷駆動回路に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の負荷駆動回路の概略構成図である。
【符号の説明】
１…負荷駆動回路、１１…第１トランジスタ、１３…第２トランジスタ、１５…ゲート駆動回路、２１…第１コンパレータ、２３…第３トランジスタ、２５…検出抵抗、２７…第２コンパレータ、２９…定電圧電源、４１…温度差検出回路、４３…第１ダイオード、４５…第２ダイオード、４７…補正回路、４９…オペアンプ、ＬＬ…負荷、ＬＶ…電源ライン、Ｔ１…定電流源、Ｔ２…定電流源。
【図１】
0003959924.tif 000002