(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力信号が与えられる入力端子と、
前記入力端子に接続された第１の抵抗を介してゲートに与えられた入力信号に応じて負荷を駆動するパワースイッチ素子と、
前記パワースイッチ素子のソースに接続された接地端子と、
前記パワースイッチ素子のドレイン・ソース間の電圧を分圧する第２，第３の抵抗と、
前記パワースイッチ素子のゲートと前記接地端子との間に接続され、前記分圧した電圧レベルが上昇してしきい値を越えるとオン状態になる電流検出素子とを備えた負荷駆動装置であって、
前記パワースイッチ素子のゲート電圧に対応した電圧が入力され当該電圧の立ち下がりのみを遅延した遅延信号を出力するオフ時間遅延回路と、
前記電流検出素子と前記接地端子との間に接続されると共に、前記遅延信号に応じてスイッチングされ、前記遅延信号のレベルが下がるとオフ状態になるゲート電圧検出素子と、を含むことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記オフ時間遅延回路は、前記入力端子より電源供給される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】
前記オフ時間遅延回路は、前記負荷駆動装置の温度上昇に応じて前記入力信号レベルのオフ時間遷移を長く遅延させることを特徴とする請求項１または２記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記負荷駆動装置は、検出した温度に基づき前記パワースイッチ素子を遮断状態にする加熱保護回路を備え、前記オフ時間遅延回路は、前記加熱保護回路において検出される温度に応じて前記入力信号レベルのオフ時間遷移を遅延させることを特徴とする請求項３記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記オフ時間遅延回路は、外部からの前記信号が供給される抵抗と、互いに順方向に直列接続された複数のダイオードとの接続部により電源供給されることを特徴とする請求項３または４記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記パワースイッチ素子は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴからなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記パワースイッチ素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタからなることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ、ＬＥＤ、インダクタなどの負荷を駆動する負荷駆動装置に関し、特に、過電流もしくは短絡電流が発生した場合に、負荷駆動装置を構成するパワースイッチ素子の発熱による破壊を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ランプやコイル等の負荷を駆動する手法として、図４に示すように、負荷１７の高電位側に電源９を接続し、負荷１７の低電位側に負荷駆動装置１’を設け、外部から入力端子２２に供給される信号により、負荷駆動装置１’のパワースイッチ素子２をオン、オフさせ、電源９からの電流を導通、遮断することで負荷１７が駆動される。かかる負荷駆動装置１’は、一般的に、各種の保護機能を備えている。これら保護機能の中で、負荷短絡保護機能や過電流保護機能等を実現するためには、負荷１７の低電位側の電圧、つまり負荷駆動装置１’のドレイン端子２１の電位を電流検出抵抗１３、１４により検出し、検出した電位に基づいてパワースイッチ素子２をＯＦＦし、負荷駆動装置１’を熱破壊から守る必要がある。
【０００３】
次に、具体的な負荷短絡保護機能や過電流保護機能について、図５を参照して説明する。図５は、負荷短絡や過電流発生時の負荷駆動装置１’における各部の電圧・電流を示す波形図である。
【０００４】
まず、外部から入力端子２２に電圧ＶINが加わり、抵抗１０、１１と抵抗１２により分圧された電圧ＶTがゲート電圧検出素子１６のしきい値を越えると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となり、ドレイン端子２２の電圧ＶDをモニターする状態になる。
【０００５】
この状態で、負荷１７に異常が発生し大電流が流れると、その電流ＩLに応じて電流検出抵抗１３と１４により分圧された電圧ＶCが上昇し、電圧ＶCが電流検出素子１５のしきい値（ＶTH）を越えると電流検出素子１５はＯＮし、接地端子２３を介してパワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGが接地レベルへと低下し、パワースイッチ素子２はＯＦＦとなる。
【０００６】
パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの低下により、抵抗１１と１２による分圧された電圧ＶTがゲート電圧検出素子１６のしきい値より下がると、ゲート電圧検出素子１６はＯＦＦし、電流検出素子１５もＯＦＦとなり、再びパワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGは上昇する。その結果、パワースイッチ素子２は再びＯＮとなる。
【０００７】
パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの上昇により、ゲート電圧ＶGを抵抗１１と抵抗１２により分圧した電圧ＶTが上昇し、電圧ＶTがゲート電圧検出素子１６のしきい値よりも高くなると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となる。
【０００８】
負荷１７に異常が発生し大電流が流れる状態が続いていると、上記動作を繰り返すというような発振状態になる。このように、負荷１７に大電流が流れた場合に、負荷駆動装置１’の熱破壊を防ぐために、負荷短絡保護機能や過電流保護機能が設けられている。なお、負荷短絡保護機能と過電流保護機能の違いは、負荷１７に流れる電流値の違いにより、電流検出抵抗１３、１４による検出電圧が異なるだけで、動作的には同じである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、入力端子２２に電圧ＶINが印加され続けている間、負荷短絡保護機能や過電流保護機能によって、負荷電流ＩLの発振状態は続くことになる。このような負荷電流ＩLの発振状態により、負荷駆動装置１’は発熱し温度が上昇するが、過熱保護回路１８を設けることで、負荷駆動装置１’の温度が加熱設定温度に達すると、パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGは下げられ、パワースイッチ素子２がＯＦＦにされて、装置の熱破壊が防止される。
【００１０】
この過熱保護回路１８による加熱設定温度は、通常、負荷駆動装置１’の動作上限温度である１５０℃付近に設定されるが、回路定数のバラツキに起因して、２００℃近くまでなる可能性があり、負荷短絡や過電流が何度も発生した場合、負荷駆動装置１’が熱破壊に至るおそれがあり、装置の信頼性上問題になる場合があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷短絡や過電流が発生したとしても、熱破壊に至るのを確実に防止することで、信頼性の向上を図った負荷駆動装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る負荷駆動装置は、外部から入力信号が与えられる入力端子と、前記入力端子に接続された第１の抵抗を介してゲートに与えられた入力信号に応じて負荷を駆動するパワースイッチ素子と、前記パワースイッチ素子のソースに接続された接地端子と、前記パワースイッチ素子のドレイン・ソース間の電圧を分圧する第２，第３の抵抗と、前記パワースイッチ素子のゲートと前記接地端子との間に接続され、前記分圧した電圧レベルが上昇してしきい値を越えるとオン状態になる電流検出素子とを備えた負荷駆動装置であって、前記パワースイッチ素子のゲート電圧に対応した電圧が入力され当該電圧の立ち下がりのみを遅延した遅延信号を出力するオフ時間遅延回路と、前記電流検出素子と前記接地端子との間に接続されると共に、前記遅延信号に応じてスイッチングされ、前記遅延信号のレベルが下がるとオフ状態になるゲート電圧検出素子と、を含むことを特徴とする。ここで、パワースイッチ素子は、電圧駆動タイプである、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタにより構成することができる。
【００１４】
また、オフ時間遅延回路は、入力端子より電源供給されることが好ましい。
【００１５】
また、オフ時間遅延回路は、負荷駆動装置の温度上昇に応じて入力信号レベルのオフ時間遷移を長く遅延させることが好ましい。
【００１６】
この場合、負荷駆動装置は、検出した温度に基づきパワースイッチ素子を遮断状態にする加熱保護回路を備え、オフ時間遅延回路は、加熱保護回路において検出される温度に応じて入力信号レベルのオフ時間遷移を遅延させることが好ましい。
【００１７】
また、オフ時間遅延回路は、外部からの前記信号が供給される抵抗と、互いに順方向に直列接続された複数のダイオードとの接続部により電源供給されることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、負荷短絡や過電流発生時に、パワースイッチ素子のオフ時間を長くし、また、常温ではオフ時間を短く設定し温度上昇に応じてオフ時間を長くすることで、負荷駆動装置が熱破壊に至るのを確実に防止するとともに、一時的な負荷短絡や過電流の発生から復帰した際の応答速度を改善することができ、装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による負荷駆動装置１の構成図である。なお、図４に示す従来例と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略する。本実施形態が従来例と異なるのは、抵抗１１と１２により分圧された電圧ＶTの立ち下がりを所定時間だけ遅らせるオフ時間遅延回路３をゲート電圧検出素子１６の入力に設けた点にある。また、オフ時間遅延回路３は、入力端子２２に印加される電圧ＶINを電源としている。
【００２１】
図２は、負荷短絡や過電流発生時の負荷駆動装置１における各部の電圧または電流を示す波形図である。
【００２２】
次に、図１および図２を用いて、本実施形態による負荷駆動装置１の負荷短絡保護機能や過電流保護機能について説明する。
【００２３】
まず、外部から入力端子２２に電圧ＶINが印加されると、抵抗１０、１１と抵抗１２により分圧された電圧ＶTが上昇する。電圧ＶTはオフ時間遅延回路３に入力されるが、電圧ＶTの立ち上がりに対しては遅延せず電圧ＶT1としてゲート電圧検出素子１６に出力される。電圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値を越えると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となり、ドレイン端子２１の電圧ＶDをモニターする状態になる。
【００２４】
この状態で、負荷１７に異常が発生し大電流が流れると、その電流ＩLに応じて電流検出抵抗１３と１４により分圧された電圧ＶCが上昇し、電圧ＶCが電流検出素子１５のしきい値（ＶTH）を越えると電流検出素子１５はＯＮし、接地端子２３を介してパワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGが接地レベルへと低下し、パワースイッチ素子２はＯＦＦとなる。
【００２５】
次に、パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの低下により、抵抗１１と１２による分圧された電圧ＶTが低下するが、オフ時間遅延回路３により、所定の遅延時間だけゲート電圧検出素子１６に印加される電圧ＶT1の立ち下がりが遅れる。所定の遅延時間の後、電圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値より下がると、ゲート電圧検出素子１６はＯＦＦし、電流検出素子１５もＯＦＦとなり、再びパワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGは上昇する。その結果、パワースイッチ素子２は再びＯＮとなる。
【００２６】
パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの上昇により、ゲート電圧ＶGを抵抗１１と抵抗１２により分圧した電圧ＶTが上昇し、オフ時間遅延回路３を介した電圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値よりも高くなると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となる。
【００２７】
負荷１７に異常が発生し大電流が流れる状態が続いていると、上記動作を繰り返すというような発振状態になる。しかしながら、オフ時間遅延回路３により、電圧ＶTの立ち下がりに対して遅延時間を設けることで、オフ時間Ｔ２がオン時間Ｔ１の約１００倍程度の発振状態にすることができ、これにより、従来に比べて負荷駆動装置１の発熱を１／１００程度に抑えることができる。なお、オフ時間Ｔ２をあまり長く設定すると、一次的な負荷短絡や過電流が発生した後に復帰させる場合に、応答速度が遅くなり動作安定上よくない。
【００２８】
例えば、負荷短絡や過電流が発生した場合、負荷電流の発振状態による消費電力が１０Ｗで、負荷駆動装置が１Ｗの許容損失のパッケージであると、従来では、直ちに負荷駆動装置１’が発熱し過熱保護回路１８が機能するが、本実施形態によれば、消費電力は１／１００の０．１Ｗとなり、加熱設定温度にバラツキのある過熱保護回路１８は機能せずにすむ。これにより、負荷駆動装置１の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による負荷駆動装置１００の構成図である。なお、図２において、図１に示す第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略する。
【００３０】
第１実施形態では、オフ時間遅延回路３の電源を入力端子２２に印加される電圧ＶINからとったが、第２実施形態では、図３に示すように、入力端子２２に接続された抵抗２０と、互いに順方向に直列接続された複数のダイオード１９との接続点における電圧ＶFからとっている。
【００３１】
このように構成することで、負荷駆動装置１００の温度が上昇すると、複数のダイオード１９の各順方向電圧はその温度特性により低下し、複数のダイオード１９の順方向電圧を個数分加算した電圧ＶFは低下することになる。この電圧ＶFが低下すると、電圧ＶFを電源としているオフ時間遅延回路３のオフ遅延時間は長くなり、負荷電流ＩLのオフ時間Ｔ２も長くなる。よって、負荷駆動装置１００が高温になるとより発熱しないように動作する。
【００３２】
これにより、常温時にオフ時間Ｔ２を短く設定することができ、オフ時間Ｔ２を長く設定した場合の不具合である、一時的な負荷短絡や過電流の発生から復帰した際の応答速度の遅くれを防止し、負荷駆動装置１００をより安定動作させることが可能になる。
【００３３】
なお、一般的には、過熱保護回路１８には、温度検出用として、抵抗２０と複数のダイオード１９と同様の回路素子が用いられており、そこからオフ時間遅延回路３の電源をとることにより、素子数を減らすこともできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷短絡や過電流が発生したとしても、負荷駆動装置が熱破壊に至るのを確実に防止することができ、装置の信頼性を向上させることが可能になるという格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係る負荷駆動装置の構成図
【図２】  負荷短絡または過電流発生時の図１に示す負荷駆動装置における各部の電圧または電流の波形図
【図３】  本発明の第２実施形態に係る負荷駆動装置の構成図
【図４】  従来の負荷駆動回路の構成図
【図５】  従来の負荷駆動装置における各部の電圧または電流の波形図
【符号の説明】
１、１００  負荷駆動装置
２  パワースイッチ素子
３  オフ時間遅延回路
９  電源
１０、１１、１２  抵抗
１３、１４  電流検出抵抗
１５  電流検出素子
１６  ゲート電圧検出素子
１７  負荷
１８  過熱保護回路
１９  複数のダイオード
２０  抵抗
２１  ドレイン端子
２２  入力端子
２３  接地端子
【図１】
0003793012.tif 000002
【図２】
0003793012.tif 000003
【図３】
0003793012.tif 000004
【図４】
0003793012.tif 000005
【図５】
0003793012.tif 000006