(57)【要約】【課題】応答性を向上しつつ、短絡時にスイッチング素子を安全に保護できる負荷駆動装置を提供すること。【解決手段】負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０、電流検出部３０、コンパレータ４０、制御回路５０、及び閾値設定部８０を備える。ＭＯＳＦＥＴは、バッテリ１１と負荷１２との間に配置され、オンすることでバッテリから負荷へ電力を供給する。検出部は、ＭＯＳＦＥＴに流れる電流を検出する。コンパレータは、検出部による検出値と過電流閾値とを比較して、スイッチング素子に過電流が流れているか否かを判定する。制御回路は、コンパレータの出力に応じて、ＭＯＳＦＥＴを制御する。閾値設定部は、閾値として、バッテリ電圧ＶＢが高いほど大きい値を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間及び負荷とグランドとの間の一方に配置され、オンすることで前記電源から前記負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
前記スイッチング素子に流れる電流を検出する検出部（３０）と、
前記検出部による検出値と閾値とを比較して、前記スイッチング素子に過電流が流れているか否かを判定する判定部（４０）と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記スイッチング素子を制御する制御部（５０）と、
前記閾値として、前記電源の電圧が高いほど大きい値を設定する閾値設定部（８０）と、
を備える負荷駆動装置。
【請求項２】
前記閾値設定部は、前記電源の電圧と前記閾値との関係が一次関数に規定される関係を満たすように、前記閾値を設定する請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記閾値設定部は、前記閾値が前記電源の電圧に比例するように、前記閾値を設定する請求項２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記検出部は、
前記スイッチング素子と同じ半導体チップに形成され、前記スイッチング素子に流れる電流に比例した電流が流れるセンス素子（３１）と、
前記センス素子に直列接続されたセンス抵抗（３２）と、を有する請求項１〜３いずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記センス素子に流れる電流が前記センス抵抗により変換されてなる電圧値と、前記閾値とを比較するコンパレータを有する請求項４に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記負荷との接続端子（Ｔ２）をさらに備え、
前記接続端子に、前記スイッチング素子が接続されており、
前記センス抵抗の一端が前記センス素子に接続され、他端が前記接続端子に接続されている請求項４又は請求項５に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記電源の電圧に基づいて、前記電源の電圧に比例する基準電圧を生成する基準生成部（６０）と、
前記基準電圧を電流に変換する電流変換部（７０）と、をさらに備え、
前記閾値設定部は、前記電流変換部により変換された電流に応じて前記閾値を設定する請求項１〜６いずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記負荷との接続端子（Ｔ２）をさらに備え、
前記接続端子に、前記スイッチング素子が接続されており、
前記検出部は、前記センス素子と前記センス抵抗との間の電位が、前記接続端子の電位と一致するように、前記センス素子に流れる電流をフィードバック制御するフィードバック制御部をさらに有する請求項４又は請求項５に記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、保護機能を備えた負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、過温度時に自己カットオフする機能を備えたスイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）、タイマ、及び制御手段を有する負荷駆動装置（ランプ点灯装置）が開示されている。スイッチング素子は、オンすることで電源（バッテリ）から負荷（ランプ）へ電力を供給する。タイマは、スイッチング素子への通電開始時点から作動する。制御手段は、タイマの動作期間中において、スイッチング素子の温度が一定値まで上昇してスイッチング素子がカットオフになったときに、再びスイッチング素子を導通させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−８３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえばランプのフィラメントの抵抗は、点灯開始直前の常温状態で小さく、点灯中の高温状態で大きいため、点灯開始直後はラッシュ電流が流れる。上記技術によれば、制御手段が、ラッシュ電流によるスイッチング素子の自己カットオフ状態を検出し、スイッチング素子を再び動作させるため、ランプの点灯遅れを抑制する、すなわち応答性を向上することができる。
【０００５】
しかしながら、スイッチング素子がグランド又は電源に短絡し、スイッチング素子に過電流として短絡電流が流れる場合にも、カットオフ後にスイッチング素子を再び動作させることとなる。したがって、スイッチング素子や、負荷駆動装置と負荷や電源とを接続するワイヤハーネスを、短絡時に安全に保護することができない。
【０００６】
一方、スイッチング素子に流れる電流を検出し、過電流の閾値と比較することで、短絡時にスイッチング素子などを保護する技術も知られている。しかしながら、ランプのようにラッシュ電流が大きい負荷に適用した場合、ラッシュ電流と短絡電流を区別することができない。電流の検出値が閾値以上になるとスイッチング素子をオフさせて電流を遮断する場合、ラッシュ電流も遮断することとなり、ランプの点灯が遅れてしまう。
【０００７】
また、スイッチング素子のオフ時に、ワイヤハーネスに蓄積されたエネルギからスイッチング素子を保護するために、過電流の閾値をラッシュ電流よりも十分に低い値とし、この閾値で電流をクランプする技術も知られている。たとえばスイッチング素子が形成された半導体チップの温度と、スイッチング素子を除く負荷駆動装置の要素の少なくとも一部が形成された半導体チップの温度を検出する。そして、これら半導体チップの温度差ΔＴからスイッチング素子の過熱状態を検出し、スイッチング素子のオンオフを制御する。具体的には、ΔＴが遮断温度まで上昇するとスイッチング素子をオフさせ、ΔＴが復帰温度まで低下すると、スイッチング素子を再度オンさせる。このように、スイッチング素子が過度に熱くならないようにスイッチング素子をオンオフさせながら、ランプを温めて点灯させる。なお、スイッチング素子と、スイッチング素子を除く負荷駆動装置の要素が同一の半導体チップに形成される場合には、半導体チップにおけるスイッチング素子近傍の温度と、スイッチング素子とは離れた位置の温度とを検出し、温度差ΔＴを求める。
【０００８】
スイッチング素子をたとえばＭＯＳＦＥＴとすると、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが大きくなるように、すなわちオン抵抗を大きくするようにゲート電圧を制御することで、ＭＯＳＦＥＴに流れる電流を、ラッシュ電流よりも十分に低い値である閾値にクランプすることができる。しかしながら、Ｖｄｓが大きくなることでＭＯＳＦＥＴの発熱が増大するため、過熱検出によりＭＯＳＦＥＴがオンオフを繰り返すこととなり、ランプの点灯が遅延してしまう。また、温度差ΔＴによる過熱検出であるため、オンオフを繰り返すことでＭＯＳＦＥＴの温度が徐々に上昇する。したがって、ＭＯＳＦＥＴなどを安全に保護することができない。
【０００９】
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、応答性を向上しつつ、短絡時にスイッチング素子を安全に保護できる負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。
【００１１】
本開示のひとつは、電源と負荷との間及び負荷とグランドとの間の一方に配置され、オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
スイッチング素子に流れる電流を検出する検出部（３０）と、
検出部による検出値と閾値とを比較して、スイッチング素子に過電流が流れているか否かを判定する判定部（４０）と、
判定部の判定結果に応じて、スイッチング素子を制御する制御部（５０）と、
閾値として、電源の電圧が高いほど大きい値を設定する閾値設定部（８０）と、
を備える。
【００１２】
電源や負荷と負荷駆動装置との接続状態や、電源の劣化状態が同じであれば、スイッチング素子が電源又はグランドに短絡する短絡時のほうが、ラッシュ電流が流れるラッシュ時よりも、電源の電圧が低くなる。このため、閾値は、ラッシュ時において大きい値が設定され、短絡時においてラッシュ時よりも小さい値が設定される。これにより、ラッシュ電流はラッシュ時に設定される閾値を下回り、過電流と判定されない。したがって、応答性を向上することができる。また、短絡電流は短絡時に設定される閾値以上の値となり、過電流と判定される。短絡時の過電流閾値は小さいため、逆起電力エネルギも小さくなる。したがって、短絡時にスイッチング素子を安全に保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る負荷駆動装置の概略構成を示す図である。
【図２】過電流閾値とバッテリ電圧ＶＢの関係を示す図である。
【図３】グランドショート発生時のタイミングチャートである。
【図４】ラッシュ電流と過電流閾値との関係を示す図である。
【図５】第１変形例を示す図である。
【図６】第２変形例を示す図である。
【図７】第３変形例を示す図である。
【図８】第４変形例を示す図である。
【図９】第５変形例を示す図である。
【図１０】第６変形例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る負荷駆動装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。
【００１５】
（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態に係る負荷駆動装置の概略構成を説明する。
【００１６】
図１に示す負荷駆動装置１０は、車両に搭載され、直流電源であるバッテリ１１を用いて、負荷１２を駆動させる装置である。負荷駆動装置１０は、ヘッドライトなどのランプ、ヒータ、モータなどの負荷１２に適用される。なかでも、ラッシュ電流が大きい負荷１２、たとえばランプに好適である。本実施形態では、負荷１２がランプである例を示す。バッテリ１１が、電源に相当する。
【００１７】
負荷駆動装置１０は、外部接続用の端子として、電源端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、及び入力端子Ｔ３を備えている。また、負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０、電流検出部３０、コンパレータ４０、制御回路５０、基準生成部６０、電流変換部７０、及び閾値設定部８０を備えている。
【００１８】
電源端子Ｔ１は、ワイヤハーネスなどの配線１３を介して、バッテリ１１の正極端子に接続されている。電源端子Ｔ１は、バッテリ１１からバッテリ電圧ＶＢが入力される端子である。図１では、配線１３のインダクタンスを１３Ｌ、抵抗を１３Ｒと示している。
【００１９】
出力端子Ｔ２は、ワイヤハーネスなどの配線１４を介して、負荷１２に接続されている。出力端子Ｔ２は、負荷駆動装置１０から負荷１２へ出力するための端子である。図１では、配線１４のインダクタンスを１４Ｌ、抵抗を１４Ｒと示している。負荷１２の他端は、バッテリ１１の負極端子（グランド）に接続されている。出力端子Ｔ２が、接続端子に相当する。
【００２０】
入力端子Ｔ３は、外部機器から負荷１２を駆動するための制御指令が入力される端子である。本実施形態では、負荷１２であるランプの制御指令が入力される。
【００２１】
ＭＯＳＦＥＴ２０は、バッテリ１１と負荷１２との間に配置され、オンすることでバッテリ１１から負荷１２へ電力を供給する。ＭＯＳＦＥＴ２０は、負荷１２に対してハイサイド側に配置されている。ＭＯＳＦＥＴ２０が、スイッチング素子に相当する。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０としてｎチャネル型を採用している。ＭＯＳＦＥＴ２０のドレインは電源端子Ｔ１に接続され、ソースは出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチング素子としては、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ２０に限定されず、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタを採用することもできる。
【００２２】
電流検出部３０は、ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流を検出する。電流検出部３０は、ＭＯＳＦＥＴ３１と抵抗３２を有している。電流検出部３０が、検出部に相当する。ＭＯＳＦＥＴ３１がセンス素子に相当し、抵抗３２がセンス抵抗に相当する。ＭＯＳＦＥＴ３１は、ＭＯＳＦＥＴ２０と同じ半導体チップに形成されており、ＭＯＳＦＥＴ２０と同一構造を有しつつ、その面積がＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流と電流検出部３０にて検出する電流に応じて設定されている。たとえばＭＯＳＦＥＴ３１の面積が、ＭＯＳＦＥＴ２０の面積の数千〜数万分の一となっている。ＭＯＳＦＥＴ３１のドレインは電源端子Ｔ１に接続され、ソースは抵抗３２の一端に接続されている。抵抗３２の他端は、出力端子Ｔ２に接続されている。すなわち、抵抗３２の他端は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソースに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２０，３１のゲートは、同一のゲートドライバ５１の出力端子に接続されている。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ３１には、ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流に比例した電流が流れる。抵抗３２は、ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる電流を電圧に変換する。
【００２４】
コンパレータ４０は、電流検出部３０による電流検出値と過電流判定の閾値（以下、過電流閾値と示す）とを比較し、ＭＯＳＦＥＴ２０（スイッチング素子）に過電流が流れているか否かを判定する。コンパレータ４０が、判定部に相当する。過電流とは、ＭＯＳＦＥＴ２０が負荷１２を介さずにバッテリ１１又はグランドに短絡した際に流れる短絡電流を示す。本実施形態では、ハイサイド駆動なので、ＭＯＳＦＥＴ２０が負荷１２を介さずにグランドに短絡（以下、グランドショートと示す）した際に流れる電流を示す。
【００２５】
コンパレータ４０の非反転入力端子には、ＭＯＳＦＥＴ３１と抵抗３２との接続点が接続されている。すなわち、非反転入力端子には、上記電流検出値として、ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる電流が抵抗３２により変換されてなる電圧値が入力される。コンパレータ４０の反転入力端子には、後述する接続点Ｐ４の電位が、過電流閾値として入力される。
【００２６】
コンパレータ４０は、過電流が流れているか否かを示す判定信号を制御回路５０に出力する。コンパレータ４０は、電流検出値が過電流閾値以上の場合に、過電流が流れていることを示すハイレベルの信号を出力する。一方、電流検出値が過電流閾値よりも小さい場合に、過電流が流れていないことを示すローレベルの信号を出力する。
【００２７】
制御回路５０は、入力端子Ｔ３を介して図示しない外部機器より与えられる制御指令及びコンパレータ４０の判定信号を論理的に処理し、ゲートドライバ５１を介して、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１のゲートに駆動信号を出力する。このように、制御回路５０は、コンパレータ４０の判定結果に応じて、ＭＯＳＦＥＴ２０を制御する。したがって、制御回路５０が、制御部に相当する。
【００２８】
制御回路５０は、制御指令として、点灯を指示するハイレベルの信号が入力されると、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１がオンするように制御する。また、制御指令がハイレベルの信号であっても、コンパレータ４０の判定信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１がオフするように制御する。制御指令がハイレベルで継続している場合、制御回路５０は、オフさせてから所定時間が経過すると、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１が再びオンするように制御する。制御回路５０は、コンパレータ４０により過電流が流れていると判定された場合、ＭＯＳＦＥＴ２０をオフさせてバッテリ１１及び負荷１２間の電流を遮断する。
【００２９】
基準生成部６０は、バッテリ電圧ＶＢに比例する基準電圧Ｖ１を生成する。基準生成部６０は、抵抗６１，６２、バイポーラトランジスタ６３、及び定電流源６４を有している。抵抗６１，６２は、電源端子Ｔ１と負荷駆動装置１０のグランドとの間で直列接続されている。このため、抵抗６１，６２の接続点Ｐ１の電位である基準電圧Ｖ１は、バッテリ電圧ＶＢを抵抗分圧した値、すなわちバッテリ電圧ＶＢに比例する値となる。
【００３０】
本実施形態では、バイポーラトランジスタ６３としてｐｎｐ型を採用している。バイポーラトランジスタ６３のベースは接続点Ｐ１に接続され、エミッタは定電流源６４に接続されている。定電流源６４の他端は、電源端子Ｔ１に接続されている。バイポーラトランジスタ６３のコレクタは、グランドに接続されている。このため、負荷駆動時において、バイポーラトランジスタ６３は常時オンする。バイポーラトランジスタ６３のエミッタと定電流源６４との接続点Ｐ２の電位は、基準電圧Ｖ１に順方向電圧Ｖｆを加算した値となる。
【００３１】
電流変換部７０は、基準電圧Ｖ１を電流に変換する。電流変換部７０は、バイポーラトランジスタ７１，７２及び抵抗７３を有している。本実施形態では、バイポーラトランジスタ７１としてｐｎｐ型、バイポーラトランジスタ７２としてｎｐｎ型を採用している。バイポーラトランジスタ７１のエミッタは電源端子Ｔ１に接続され、ベース及びコレクタはバイポーラトランジスタ７２のコレクタに接続されている。バイポーラトランジスタ７２のベースは接続点Ｐ２に接続され、エミッタは抵抗７３を介してグランドに接続されている。
【００３２】
したがって、負荷駆動時において、バイポーラトランジスタ７１は常時オンする。バイポーラトランジスタ７１がオンし、定電流源６４からバイポーラトランジスタ７２のベースに電流が流れるため、バイポーラトランジスタ７２も常時オンする。バイポーラトランジスタ７２のエミッタと抵抗７３との接続点Ｐ３の電位は、接続点Ｐ２の電位から順方向電圧Ｖｆを減算した値、すなわち基準電圧Ｖ１と等しくなる。電流変換部７０には、接続点Ｐ３の電位が接続点Ｐ１と同じ基準電圧Ｖ１となるように、電流が流れる。
【００３３】
閾値設定部８０は、過電流閾値を設定する。閾値設定部８０は、バッテリ電圧ＶＢが高いほど過電流閾値として大きい値を設定する。本実施形態では、閾値設定部８０が、バッテリ電圧ＶＢと過電流閾値との関係が一次関数に規定される関係、すなわち線形を満たすように、過電流閾値を設定する。具体的には、過電流閾値として、バッテリ電圧ＶＢに比例した値を設定する。閾値設定部８０は、電流変換部７０により変換された電流に応じて過電流閾値を設定する。なお、一次関数に規定される関係とは、完全な一次関数に限定されない。概ね一次関数（ほぼ線形）であればよい。
【００３４】
閾値設定部８０は、バイポーラトランジスタ８１と抵抗８２を有している。バイポーラトランジスタ８１は、バイポーラトランジスタ７１とカレントミラー回路を構成しており、負荷駆動時において常時オンする。バイポーラトランジスタ８１のエミッタが電源端子Ｔ１に接続され、ベースがバイポーラトランジスタ７１のベース及びコレクタに接続されている。
【００３５】
過電流閾値を設定するための抵抗８２の一端は、バイポーラトランジスタ８１のコレクタに接続され、他端は、出力端子Ｔ２に接続されている。すなわち、抵抗８２の他端は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソースに接続されている。また、バイポーラトランジスタ８１のコレクタと抵抗８２との接続点Ｐ４が、コンパレータ４０の反転入力端子に接続されている。
【００３６】
本実施形態では、バイポーラトランジスタ７１，８１の特性が同じとなっている。このため、バイポーラトランジスタ８１には、バイポーラトランジスタ７１と同じコレクタ電流が流れる。これにより、抵抗８２にも、基準電圧Ｖ１を変換してなる電流、すなわちバッテリ電圧ＶＢに比例した電流が流れる。したがって、接続点Ｐ４の電位、すなわち過電流閾値は、図２に示すように、バッテリ電圧ＶＢに比例した値となる。なお、バイポーラトランジスタ７１，８１に流れるコレクタ電流が互いに等しい例を示したが、これに限定されない。バイポーラトランジスタ７１に流れるコレクタ電流が、バイポーラトランジスタ８１とに流れるコレクタ電流のｎ倍となるようにしてもよい。
【００３７】
上記したように、負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０や配線１３，１４を過電流から保護するための過電流保護回路を有している。過電流保護回路は、電流検出部３０、コンパレータ４０、基準生成部６０、電流変換部７０、及び閾値設定部８０を備えている。
【００３８】
次に、図３に基づき、グランドショート時に、制御回路５０が実行する処理について説明する。グランドショートとは、上記したように、負荷１２を介さずにＭＯＳＦＥＴ２０がグランド（バッテリ１１の負極端子）に接続された状態を示す。すなわち、図１において、配線１４が負荷１２を介さずにグランドに接続された状態である。
【００３９】
グランドショートが発生時に、時刻ｔ１で、入力端子Ｔ３を介して制御回路５０に入力される制御指令ＩＮＰＵＴが、ローレベルから点灯を指示するハイレベルの信号に切り替わる。すると、制御回路５０は、ゲートドライバ５１を介して駆動信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１をオンさせる。これにより、抵抗３２に流れる電流、すなわち電流検出値は増加する。
【００４０】
バッテリ電圧ＶＢは、配線１３，１４のインダクタンス１３Ｌ，１４Ｌの和をＬ、抵抗１３Ｒ，１４Ｒ及びＭＯＳＦＥＴ２０の抵抗の和をＲとし、ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる短絡電流をＩとすると、下記式１で示すことができる。
（数１）ＶＢ＝Ｉ×Ｒ＋Ｌ×ｄＩ／ｄｔ
また、配線１３のインダクタンス１３ＬのインダクタンスをＬ１、抵抗１３Ｒの抵抗をＲ１とすると、バッテリ電圧ＶＢの変動ΔＶは、下記式２で示すことができる。
（数２）ΔＶ＝Ｉ×Ｒ１＋ｄＩ／ｄｔ×Ｌ１
なお、電位の基準は、負荷駆動装置１０のグランドである。上記数式１，２に示すように、配線１３のインダクタンス１３Ｌ、抵抗１３Ｒの抵抗値が大きいほど、バッテリ電圧ＶＢの変動ΔＶ、すなわちバッテリ電圧ＶＢの低下が大きくなる。一方、配線１４のインダクタンス１４Ｌ、抵抗１４Ｒの抵抗値が小さいほど、バッテリ電圧ＶＢの変動ΔＶ、すなわちバッテリ電圧ＶＢの低下が大きくなる。出力端子Ｔ２の出力電圧ＶＯＵＴは、ＭＯＳＦＥＴ２０がオンすることで上昇する。
【００４１】
バッテリ電圧ＶＢの低下にともない、基準電圧Ｖ１も低下する。したがって、電流検出値が増加する反面、バッテリ電圧ＶＢの低下にともなって過電流閾値が小さくなる。これにより、時刻ｔ２で、電流検出値が過電流閾値に到達する。上記したように、コンパレータ４０は、電流検出値が過電流閾値以上になると、過電流であることを示すハイレベルの信号を出力する。したがって、時刻ｔ２で、制御回路５０はＭＯＳＦＥＴ２０，３１をオフさせる。ＭＯＳＦＥＴ２０がオフすると、配線１３，１４のインダクタンス１３Ｌ，１４Ｌに蓄積されたエネルギがオフしたＭＯＳＦＥＴ２０に流れ込み、バッテリ電圧ＶＢが上昇する。これにより、時刻ｔ３までの間、たとえばＭＯＳＦＥＴ２０がオンする直前よりも高くなる。また、電流検出値は時刻ｔ２から減少し、時刻ｔ３で０となる。
【００４２】
制御指令ＩＮＰＵＴが引き続き点灯を指示している場合、制御回路５０は、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１をオフさせから所定時間経過した時刻ｔ４で、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１を再度オンさせる。そして、時刻ｔ２同様、時刻ｔ５で、電流検出値が過電流閾値に到達すると、コンパレータ４０の出力がローレベルからハイレベルに切り替わり、制御回路５０は、ＭＯＳＦＥＴ２０，３１をオフさせる。
【００４３】
次に、本実施形態に係る負荷駆動装置１０の効果について説明する。
【００４４】
負荷１２であるランプのフィラメントの抵抗は、点灯開始直前の常温状態で小さく、点灯中の高温状態で大きい。したがって、点灯開始直後はラッシュ電流が流れる。ラッシュ電流が流れるラッシュ時には、出力端子Ｔ２からグランドまでの間に、配線１４と負荷１２が介在する。一方、グランドショート時には、出力端子Ｔ２からグランドまでの間に、負荷１２が介在しない。よって、ラッシュ時の方が、グランドショート時よりも、出力端子Ｔ２からグランドまでの間の抵抗が大きい。
【００４５】
ラッシュ時とグランドショート時とで、バッテリ１１や負荷１２と負荷駆動装置１０との接続状態や、バッテリ１１の劣化状態が同じであれば、グランドショート時のほうがラッシュ時よりも、バッテリ電圧ＶＢが低くなる。これに対し、本実施形態では、閾値設定部８０が、バッテリ電圧ＶＢが高いほど過電流閾値として大きい値を設定する。
【００４６】
このため、図４に示すように、ラッシュ時には、過電流閾値として突入電流よりも大きい値が設定される。たとえばバッテリ電圧ＶＢが１８Ｖで、１００Ａのラッシュ電流が流れるとすると、バッテリ電圧ＶＢが１８Ｖのときに、過電流閾値として１００Ａよりも大きい値が設定される。これにより、ラッシュ電流はラッシュ時に設定される過電流閾値を下回り、コンパレータ４０で過電流と判定されない。したがって、ラッシュ電流での誤遮断を防ぎ、負荷１２の応答性を向上することができる。具体的には、ランプのフィラメントが早く温まるため、ランプの点灯遅延を抑制することができる。
【００４７】
一方、グランドショート時には、バッテリ電圧ＶＢがラッシュ時よりも低くなるため、過電流閾値としてラッシュ時よりも小さい値、具体的には短絡電流以下の値が設定される。これにより、短絡電流はグランドショート時に設定される過電流閾値以上の値となり、コンパレータ４０で過電流と判定される。グランドショート時の過電流閾値が小さいため、グランドショート時にＭＯＳＦＥＴ２０をオフすることで、配線１３，１４のインダクタンス１３Ｌ，１４Ｌに生じる逆起電力エネルギを小さくすることができる。よって、ＭＯＳＦＥＴ２０や配線１３，１４を安全に保護することができる。
【００４８】
特に本実施形態では、閾値設定部８０が、過電流閾値として、バッテリ電圧ＶＢに比例した値を設定する。したがって、精度良く過電流を検出することができる。具体的には、過電流閾値が比例値よりも小さいことで生じる誤遮断や、比例値よりも大きいことで生じる遮断遅れ、すなわち発熱量の増加を抑制することができる。
【００４９】
なお、過電流閾値をバッテリ電圧ＶＢに比例させることで、ラッシュ電流を遮断せずに、短絡電流を遮断することは、出力端子Ｔ２からグランドまでの間の抵抗値をモニタして、所定の抵抗値以下の場合、すなわちグランドショート時の場合、出力端子Ｔ２からの出力を遮断することと等価である。
【００５０】
バッテリ１１の劣化などにより、バッテリ電圧ＶＢが低い電圧（たとえば１０Ｖ）となった場合、ラッシュ電流もバッテリ電圧ＶＢに比例して小さくなる。しかしながら、本実施形態では、過電流閾値をバッテリ電圧ＶＢに比例させるため、バッテリ電圧ＶＢが１０Ｖのときの過電流閾値は、たとえば１８Ｖにおける過電流閾値よりも小さくなる。したがって、ラッシュ電流が過電流閾値を下回り、コンパレータ４０で過電流と判定されない。
【００５１】
過電流閾値とバッテリ電圧ＶＢの比例関係は、図２の例に限定されない。図５の第１変形例、図６の第２変形例に示すように、少なくともバッテリ１１の使用電圧範囲ＶＢｍｉｎ〜ＶＢｍａｘ（たとえば８Ｖ〜１８Ｖ）で比例関係を満たせばよい。バッテリ電圧ＶＢが数Ｖ（たとえば４Ｖ）以下の低電圧領域では、ＭＯＳＦＥＴ２０が安定してオンできない。図５では、低電圧領域でＭＯＳＦＥＴ２０をオフさせるために過電流閾値を０とし、それ以外の領域において比例関係としている。図６では、図５同様、低電圧領域において過電流閾値を０とし、使用電圧範囲の上限値ＶＢｍａｘよりも高い所定電圧以上の領域において、過電流閾値を一定値としている。
【００５２】
また、バッテリ電圧ＶＢと過電流閾値との関係は、比例、すなわち切片０の一次関数に限定されない。図７の第３変形例、図８の第４変形例に示すように、切片を有する一次関数に規定される関係、すなわち線形を満たすように、過電流閾値を設定してもよい。比例関係から切片分ずらすことで、ノイズの影響などを低減することもできる。たとえば図１において、バイポーラトランジスタ６３のエミッタと接続点Ｐ２との間に抵抗を追加することで、図７の関係を満たす過電流閾値を設定することができる。また、図１において、基準生成部６０及び電流変換部７０のうちのバイポーラトランジスタ７２を無くし、バイポーラトランジスタ７１のベース及びコレクタを抵抗７３に接続することで、図８の関係を満たす過電流閾値を設定することができる。
【００５３】
それ以外にも、図９の第５変形例に示すように、バッテリ電圧ＶＢの増加にともなって過電流閾値を多段階で増加するようにしてもよい。段数が多いと、バッテリ電圧ＶＢと過電流閾値との関係がほぼ線形となる。たとえばマイコンのメモリに、バッテリ電圧ＶＢと過電流閾値との対応関係をマップとして格納しておき、マイコンが所定のプログラムを実行することで、過電流閾値を多段階で設定することもできる。また、負荷駆動装置１０が複数のコンパレータを備えることで、過電流閾値を多段階で設定することもできる。
【００５４】
ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流を検出する電流検出部３０としては、ＭＯＳＦＥＴ２０と出力端子Ｔ２の間に配置され、ＭＯＳＦＥＴ２０に直列接続されるシャント抵抗を採用することもできる。これに対し、本実施形態では、電流検出部３０が、ＭＯＳＦＥＴ３１（センス素子）と抵抗３２（センス抵抗）を有している。したがって、シャント抵抗を用いる場合よりも、発熱を抑制することができる。また、コストを低減することもできる。
【００５５】
特に本実施形態では、抵抗３２におけるＭＯＳＦＥＴ３１と反対の端部が、負荷１２に対する出力端子Ｔ２に接続されている。したがって、オペアンプを用いることなく、ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流を検出することができる。これにより、たとえば小型化とコスト低減を図ることができる。
【００５６】
図１０の第６変形例に示すように、負荷駆動装置１０が、過熱保護のために、ＭＯＳＦＥＴ２０の温度を検出する温度検出素子９０をさらに備えてもよい。温度検出素子９０は、ＭＯＳＦＥＴ２０と同じ半導体チップに形成されている。温度検出素子９０としては、たとえばダイオードを採用することができる。温度検出素子９０の検出信号は、制御回路５０に入力される。制御回路５０は、温度検出素子９０による検出温度が所定の上限温度まで上昇すると、ＭＯＳＦＥＴ２０を強制的にオフさせる。また、制御指令がハイレベルで継続している場合、オフ後に温度が所定の下限温度まで低下すると、ＭＯＳＦＥＴ２０を再度オンさせる。
【００５７】
配線１４の長さが短いほど、ラッシュ電流が大きくなる。たとえば６０Ｗの負荷１２（ランプ）の場合、車両において配線１４の長さを最短である１ｍ程度とすると、ラッシュ時における出力端子Ｔ２からグランドまでの抵抗は１５０ｍΩ程度となる。この抵抗は、配線１４の長さが最短、すなわちラッシュ電流が最大のときの抵抗である。一方、車両において、配線１４（ワイヤハーネス）の長さは、たとえば５ｍ以下である。したがって、グランドショート時における出力端子Ｔ２からグランドまでの抵抗は８０ｍΩ程度以下となる。
【００５８】
本実施形態によれば、過電流閾値をバッテリ電圧ＶＢに比例させるため、出力端子Ｔ２からグランドまでの抵抗が８０ｍΩ以下の場合に、過電流から保護することができる。すなわち、抵抗が８０ｍΩ以下のグランドショートから、ＭＯＳＦＥＴ２０などを保護することができる。また、上記した温度検出素子９０を備えることで、仮に８０ｍΩよりも大きいグランドショートが生じた場合でも、温度検出素子９０により検出された温度に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ２０などを保護することができる。
【００５９】
（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した負荷駆動装置１０と共通する部分についての説明は省略する。
【００６０】
本実施形態では、図１１に示すように、負荷駆動装置１０の電流検出部３０が、フィードバック制御部３３をさらに備えている。フィードバック制御部３３は、ＭＯＳＦＥＴ３１と抵抗３２との間の電位が、出力端子Ｔ２の電位、すなわちＭＯＳＦＥＴ２０のソース電位と一致するように、ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる電流をフィードバック制御する。
【００６１】
フィードバック制御部３３は、バイポーラトランジスタ３３ａとオペアンプ３３ｂを有している。本実施形態では、バイポーラトランジスタ３３ａとしてｎｐｎ型を採用している。バイポーラトランジスタ３３ａのベースはオペアンプ３３ｂの出力端子に接続され、エミッタは抵抗３２に接続されている。バイポーラトランジスタ３３ａのコレクタは、ＭＯＳＦＥＴ３１のソースに接続されている。
【００６２】
オペアンプ３３ｂの反転入力端子は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソースと出力端子Ｔ２の接続点Ｐ５に接続されている。非反転入力端子は、ＭＯＳＦＥＴ３１とバイポーラトランジスタ３３ａの接続点Ｐ６に接続されている。抵抗３２におけるバイポーラトランジスタ３３ａと反対の端部は、出力端子Ｔ２ではなく、負荷駆動装置１０のグランドに接続されている。
【００６３】
また、負荷駆動装置１０は、基準生成部６０及び電流変換部７０を備えておらず、閾値設定部８０が、抵抗８３，８４により構成されている。抵抗８３，８４は、電源端子Ｔ１と負荷駆動装置１０のグランドと間で、抵抗８４をグランド側にして直列接続されている。コンパレータ４０の反転入力端子には、過電流閾値として、抵抗８３，８４の接続点Ｐ７の電位が入力される。接続点Ｐ７の電位は、バッテリ電圧ＶＢを抵抗分圧してなり、バッテリ電圧ＶＢに比例する。このため、閾値設定部８０は、基準生成部６０を兼ねているとも言える。コンパレータ４０の非反転入力端子には、バイポーラトランジスタ３３ａと抵抗３２との接続点Ｐ８の電位が入力される。
【００６４】
オペアンプ３３ｂは、接続点Ｐ６の電位が接続点Ｐ５の電位に一致するように、バイポーラトランジスタ３３ａのオン状態を制御する。接続点Ｐ５の電位は、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース電位である。たとえば接続点Ｐ６の電位が接続点Ｐ５の電位に対して低下すると、オペアンプ３３ｂから出力されるベース電流が小さくなり、バイポーラトランジスタ３３ａに流れるコレクタ電流も小さくなる。コレクタ電流が小さくなると、接続点Ｐ６の電位が上昇する。これにより、接続点Ｐ６の電位が接続点Ｐ５の電位を上回ると、オペアンプ３３ｂから出力されるベース電流が大きくなり、バイポーラトランジスタ３３ａに流れるコレクタ電流も大きくなる。これにより、接続点Ｐ６の電位が低下する。フィードバック制御部３３は、接続点Ｐ６の電位が接続点Ｐ５の電位に一致するように、接続点Ｐ８の電位を制御する。
【００６５】
本実施形態に係る負荷駆動装置１０によれば、電流検出部３０がオペアンプ３３ｂを有するため、ＭＯＳＦＥＴ２０に流れる電流を、より精度良く検出することができる。
【００６６】
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【００６７】
スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ２０）が、負荷１２とグランドとの間、すなわち負荷１２ｂに対してローサイド側に配置される構成にも適用できる。
【００６８】
電流検出値が過電流閾値に到達すると、制御回路５０がＭＯＳＦＥＴ２０をオフさせて電流を遮断する例を示した。しかしながら、電流検出値が過電流閾値に到達すると、制御回路５０が電流を過電流閾値でクランプ（保持）するようにしてもよい。この場合、温度検出素子９０により検出されるＭＯＳＦＥＴ２０の温度が所定の遮断温度まで上昇すると、制御回路５０が、ＭＯＳＦＥＴ２０をオフさせてクランプを解除すればよい。また、ＭＯＳＦＥＴ２０の温度が所定の復帰温度まで低下すると、制御回路５０が、ＭＯＳＦＥＴ２０を再度オンさせればよい。
【００６９】
負荷駆動装置１０は、少なくともＭＯＳＦＥＴ２０（スイッチング素子）、電流検出部３０、コンパレータ４０（判定部）、制御回路５０（制御部）、及び閾値設定部８０を備えればよい。したがって、過電流保護回路としては、
上記したように、負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０や配線１３，１４を過電流から保護するための過電流保護回路を有している。過電流保護回路は、すくなくとも電流検出部３０、コンパレータ４０、及び閾値設定部８０を備えればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…負荷駆動装置、１１…バッテリ、１２…負荷、１３，１４…配線、１３Ｌ，１４Ｌ…インダクタンス、１３Ｒ，１４Ｒ…抵抗、２０…ＭＯＳＦＥＴ、３０…電流検出部、３１…ＭＯＳＦＥＴ、３２…抵抗、３３…フィードバック制御部、３３ａ…バイポーラトランジスタ、３３ｂ…オペアンプ、４０…コンパレータ、５０…制御回路、５１…ゲートドライバ、６０…基準生成部、６１，６２…抵抗、６３…バイポーラトランジスタ、６４…定電流源、７０…電流変換部、７１，７２…バイポーラトランジスタ、７３…抵抗、８０…閾値設定部、８１…バイポーラトランジスタ、８２…抵抗、９０…温度検出素子、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ５，Ｐ７，Ｐ８…接続点、Ｔ１…電源端子、Ｔ２…出力端子、Ｔ３…入力端子
【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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【図１１】
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