(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源が供給される側にワイヤを介して電流を流す半導体素子（１０）と、
前記ワイヤに流れる電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えないように前記半導体素子を制御して前記ワイヤに流れる電流を制限し、前記過電流制限闘値の電流として流す電流制限手段（１４）とを備え、
前記過電流制限闘値は、前記ワイヤに流れる電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されていることを特徴とする過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項２】
前記電流制限手段によって電流制限が行われている時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると前記半導体素子の作動を停止させる出力遮断手段（１６〜１９、２２〜２６）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項３】
前記出力遮断手段は、前記電流制限手段によって電流制限が行われている時間を計測し計測した時間が前記第１の所定時間に達すると出力遮断信号を出力する第１のタイマ手段（１７）と、この第１のタイマ手段からの出力遮断信号をラッチして出力する第１のラッチ手段（１８）と、この第１のラッチ手段の出力によって前記半導体素子の作動を停止させる手段（１９）と、を有することを特徴とする請求項２に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項４】
前記過電流制限闘値を設定する闘値設定手段（１５）を有し、この闘値設定手段は、前記過電流制限闘値を、起動時の第２の所定時間（Ｔ２）の間、第１の闘値に設定し、前記第２の所定時間経過後、前記第１の闘値より小さい第２の闘値に設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項５】
前記闘値設定手段は、前記第１の闘値が連続的または段階的に徐々に低下するように前記第１の闘値を設定することを特徴とする請求項４に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項６】
前記闘値設定手段は、前記第１、第２の闘値が前記ワイヤ焼損特性の温度変化に応じて変化するように前記第１、第２の闘値を設定することを特徴とする請求項４または５に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項７】
前記出力遮断手段は、前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）を有し、前記第１のタイマ手段は、前記電流制限検出信号が出力されている時間を計測することを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項８】
前記出力遮断手段は、前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、前記電流制限検出手段から出力された電流制限検出信号をラッチする第２のラッチ手段（２２）と、を備え、前記第１のタイマ手段は、前記第２のラッチ手段に前記電流制限検出信号がラッチされている時間を計測するようになっており、さらに前記電流制限検出手段から前記電流検出信号が出力されなくなった時間を計測しその計測時間が前記第１の所定時間より短い第３の所定時間（Ｔ３）経過すると前記第２のラッチ手段のラッチを解除する第２のタイマ手段（２３）を備えたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項９】
前記出力遮断手段は、前記電流制限検出手段から出力される電流制限検出信号の発生回数をカウントしカウントした発生回数が所定期間内に所定回数を超えたときに出力遮断信号を出力する間欠ショート検出手段（２４、２５）を備え、この間欠ショート検出手段からの出力遮断信号と前記第１のタイマ手段からの出力遮断信号がオア論理で前記第１のラッチ手段に入力されるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項１０】
前記半導体素子は、自身の温度により出力を自己遮断する温度保護機能付半導体素子であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置。
【請求項１１】
負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子（１０）を備えた負荷駆動装置であって、
前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、
前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、
さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、
前記電流制限検出信号が出力されてからの時間を計測し、計測した時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１７〜１９、２２、２３）とを備え、この手段は、前記ワイヤの間欠ショートによって前記電流制限検出信号が前記第１の所定時間より短い第２の所定時間（Ｔ３）内に間欠的に発生したときにも前記時間の計測を継続するようになっていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１２】
負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子を備えた負荷駆動装置であって、
前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、
前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、
さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１４）と、
この電流制限検出手段から出力された電流検出信号をラッチして出力する第１のラッチ手段（２２）と、
前記電流制限検出手段から前記電流検出信号が出力されなくなった時間を計測し、前記ワイヤの間欠ショートに対応して設定された間欠ショートの周期より長い時間に設定された第１の所定時間（Ｔ３）が経過すると、前記第１のラッチ手段のラッチを解除する第１のタイマ手段（２３）と、
前記第１のラッチ手段が前記電流検出信号を出力している時間を計測し、計測した時間が前記第１の所定時間より長い第２の所定時間（Ｔ２）に達したときに出力遮断信号を出力する第２のタイマ手段（１７）と、
前記第２のタイマ手段からの出力遮断信号をラッチして出力する第２のラッチ手段（１８）と、
この第２のラッチ手段の出力によって前記半導体素子の作動を停止させる手段（１９）と、を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１３】
半導体素子（１０）をパルス幅変調制御して負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する負荷駆動装置であって、
前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、
前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、
さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、
前記電流制限検出信号が出力されてからの時間を計測し、計測した時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１７〜１９、２２、２３）とを備え、この手段は、前記第１の所定時間より短く前記パルス幅変調の周期より長い第２の所定時間（Ｔ３）内に周期的に発生したときにも前記時間の計測を継続するようになっていることを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１４】
半導体素子（１０）をパルス幅変調制御して負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する負荷駆動装置であって、
前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、
前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、
さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、
この電流制限検出手段から出力された電流検出信号をラッチして出力する第１のラッチ手段（２２）と、
前記電流制限検出手段から前記電流検出信号が出力されなくなった時間を計測し、前記パルス幅変調の周期より長い時間に設定された第１の所定時間（Ｔ３）が経過すると、前記第１のラッチ手段のラッチを解除する第１のタイマ手段（２３）と、
前記第１のラッチ手段が前記電流検出信号を出力している時間を計測し、計測した時間が前記第１の所定時間より長い第２の所定時間（Ｔ１）に達したときに出力遮断信号を出力する第２のタイマ手段（１７）と、
前記第２のタイマ手段からの出力遮断信号をラッチして出力する第２のラッチ手段（１８）と、
この第２のラッチ手段の出力によって前記半導体素子の作動を停止させる手段（１９）と、を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１５】
負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子を備えた負荷駆動装置であって、
前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、
この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、
前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、
さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、
前記電流制限検出信号が出力されている時間を計測し計測した時間が所定時間（Ｔ１）に達すると出力遮断信号を出力するタイマ手段（１７）と、
前記電流制限検出手段から出力される電流制限検出信号の発生回数をカウントしカウントした発生回数が所定期間内に所定回数を超えたときに出力遮断信号を出力する間欠ショート検出手段（２４、２５）と、
前記タイマ手段および前記間欠ショート検出手段のいずれかから前記出力遮断信号が出力されると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１８、１９、２６）と、を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置を、車両のバッテリと負荷駆動装置の間に配置し、前記負荷駆動装置に至るワイヤを過電流から保護するようにしたことを特徴とする車両用電源供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流保護機能を有する電源供給装置に関し、例えば自動車用において負荷を駆動する負荷駆動装置として用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、負荷に過電流が流れたときに負荷を駆動する半導体素子を保護する装置が種々提案されている。例えば、特開平１０−１４５２０５号公報には、過電流の検出を負荷駆動用の半導体素子の温度上昇で検出し、半導体素子が破壊に至る前に負荷駆動を停止させ、半導体素子自身を保護するものが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のものでは、負荷駆動用の半導体素子を破壊から保護することはできても、半導体素子の温度が所定の温度まで上昇し続ける間、過電流がワイヤを介して負荷に流れ続けることになり、ワイヤを保護することができないという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みたもので、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は特許請求の範囲の各請求項に記載した技術的手段を採用する。
【０００６】
すなわち、請求項１〜１０に記載の過電流保護機能を有する電源供給装置は、電源が供給される側にワイヤを介して電流を流す半導体素子（１０）と、前記ワイヤに流れる電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えないように前記半導体素子を制御して前記ワイヤに流れる電流を制限し、前記過電流制限闘値の電流として流す電流制限手段（１４）とを備え、前記過電流制限闘値は、前記ワイヤに流れる電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ前記電流値以下の値に設定されていることを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、ワイヤを介して流れる電流が過電流制限闘値を超えないようにその電流を制限し、過電流制限闘値の電流として流すようにしているので、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができる。また、負荷とワイヤの間に配置されているワイヤ保護用ヒューズを無くした構成とすることができる。
【０００８】
この場合、請求項２に記載した発明のように、前記電流制限手段によって電流制限が行われている時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると前記半導体素子の作動を停止させる出力遮断手段（１６〜１９、２２〜２６）を備えれば、ワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【０００９】
また、請求項１１に記載の負荷駆動装置は、負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子（１０）を備えた負荷駆動装置であって、前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、前記電流制限検出信号が出力されてからの時間を計測し、計測した時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１７〜１９、２２、２３）とを備え、この手段は、前記ワイヤの間欠ショートによって前記電流制限検出信号が前記第１の所定時間より短い第２の所定時間（Ｔ３）内に間欠的に発生したときにも前記時間の計測を継続するようになっていることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができ、間欠ショート時にも半導体素子（１０）の作動を停止させてワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【００１１】
請求項１２に記載の負荷駆動装置は、負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子を備えた負荷駆動装置であって、前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１４）と、この電流制限検出手段から出力された電流検出信号をラッチして出力する第１のラッチ手段（２２）と、前記電流制限検出手段から前記電流検出信号が出力されなくなった時間を計測し、前記ワイヤの間欠ショートに対応して設定された間欠ショートの周期より長い時間に設定された第１の所定時間（Ｔ３）が経過すると、前記第１のラッチ手段のラッチを解除する第１のタイマ手段（２３）と、前記第１のラッチ手段が前記電流検出信号を出力している時間を計測し、計測した時間が前記第１の所定時間より長い第２の所定時間（Ｔ２）に達したときに出力遮断信号を出力する第２のタイマ手段（１７）と、前記第２のタイマ手段からの出力遮断信号をラッチして出力する第２のラッチ手段（１８）と、この第２のラッチ手段の出力によって前記半導体素子の作動を停止させる手段（１９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができ、間欠ショート時にも半導体素子の作動を確実に停止させてワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【００１３】
請求項１３に記載の負荷駆動装置は、半導体素子（１０）をパルス幅変調制御して負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する負荷駆動装置であって、前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、前記電流制限検出信号が出力されてからの時間を計測し、計測した時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達すると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１７〜１９、２２、２３）とを備え、この手段は、前記第１の所定時間より短く前記パルス幅変調の周期より長い第２の所定時間（Ｔ３）内に周期的に発生したときにも前記時間の計測を継続するようになっていることを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができ、パルス幅変調によって半導体素子を制御する場合のショート時にも半導体素子の作動を確実に停止させてワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【００１５】
請求項１４に記載の負荷駆動装置では、半導体素子（１０）をパルス幅変調制御して負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する負荷駆動装置であって、前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、この電流制限検出手段から出力された電流検出信号をラッチして出力する第１のラッチ手段（２２）と、前記電流制限検出手段から前記電流検出信号が出力されなくなった時間を計測し、前記パルス幅変調の周期より長い時間に設定された第１の所定時間（Ｔ３）が経過すると、前記第１のラッチ手段のラッチを解除する第１のタイマ手段（２３）と、前記第１のラッチ手段が前記電流検出信号を出力している時間を計測し、計測した時間が前記第１の所定時間より長い第２の所定時間（Ｔ１）に達したときに出力遮断信号を出力する第２のタイマ手段（１７）と、前記第２のタイマ手段からの出力遮断信号をラッチして出力する第２のラッチ手段（１８）と、この第２のラッチ手段の出力によって前記半導体素子の作動を停止させる手段（１９）と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができ、パルス幅変調によって半導体素子を制御する場合のショート時にも半導体素子の作動を確実に停止させてワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【００１７】
請求項１５に記載の負荷駆動装置は、負荷（２００）にワイヤを介して負荷電流を供給する半導体素子を備えた負荷駆動装置であって、前記負荷電流を検出する電流検出手段（１３）と、この電流検出手段によって検出された電流が過電流制限闘値を超えたときに前記半導体素子を制御して前記負荷電流を前記過電流制限闘値以下に制限する電流制限手段（１４）と、を備え、前記過電流制限闘値は、前記負荷電流によって前記ワイヤが焼損する電流値の時間変化特性を示すワイヤ焼損特性に応じ、前記電流値以下の値に設定されており、さらに前記電流制限手段によって電流制限が行われていることを検出して電流制限検出信号を出力する電流制限検出手段（１６）と、前記電流制限検出信号が出力されている時間を計測し計測した時間が所定時間（Ｔ１）に達すると出力遮断信号を出力するタイマ手段（１７）と、前記電流制限検出手段から出力される電流制限検出信号の発生回数をカウントしカウントした発生回数が所定期間内に所定回数を超えたときに出力遮断信号を出力する間欠ショート検出手段（２４、２５）と、前記タイマ手段および前記間欠ショート検出手段のいずれかから前記出力遮断信号が出力されると、前記半導体素子の作動を停止させる手段（１８、１９、２６）と、を備えたことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、過電流が流れたときのワイヤの保護を図ることができ、間欠ショート時にも半導体素子の作動を確実に停止させてワイヤの焼損の拡大を防止することができる。
【００１９】
請求項１６に記載の車両用電源供給装置は、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の過電流保護機能を有する電源供給装置を、車両のバッテリと負荷駆動装置の間に配置し、負荷駆動装置に至るワイヤを過電流から保護するようにしたことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、従来必要であったヒュージブルリンクを無くした構成とすることができる。
【００２１】
なお、上記各手段および特許請求の範囲における括弧内の符号は、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る。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明に係る電源供給装置として自動車用の負荷駆動装置１００に適用した場合の構成を図１に示す。
【００２３】
負荷駆動装置１００は、バッテリ１に接続され、負荷（例えば、ランプ、モータ、ヒータ等の抵抗体、ソレノイイドなど）２００にワイヤを介して負荷電流を供給し、負荷を駆動するもので、負荷に負荷電流を供給するスイッチング素子としての半導体素子１０と、負荷を駆動するためのスイッチ、センサ等からの信号を入力する入力回路１１と、この入力回路１１からの信号により半導体素子１０をオン／オフ駆動するドライバ回路１２とを備えている。半導体素子１０としては、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタなど動作特性に能動領域を持つ半導体素子１０が用いられる。
【００２４】
さらに、この負荷駆動装置１００は、半導体素子１０に流れる負荷電流（すなわちワイヤに流れる電流）を検出するカレントミラー回路１３と、このカレントミラー回路１３にて検出した負荷電流により負荷電流が過電流制限闘値を超えたことを検出して半導体素子１０に流れる電流を制限する電流制限回路１４と、闘値を設定する闘値設定回路１５と、電流制限を行っていることを検出する電流制限検出回路１６と、電流制限を行っている時間を計測するタイマ回路１７と、計測した時間が所定時間Ｔ１に達したときのタイマ回路１７の出力を保持するラッチ回路１８と、ラッチ回路１８からの出力により半導体素子１０の作動を停止させる出力遮断スイッチ１９と、負荷の起動時から所定時間Ｔ２経過後に遅延信号を出力して闘値設定回路１５が設定する闘値を切り替えさせる遅延回路２０と、負荷駆動開始時にラッチ回路１８とタイマ回路１７をパワーオンリセットするパワーオンリセット回路２１とを備えている。
【００２５】
上記した構成において、負荷駆動を行うための信号が入力回路１１に入力されると、ドライバ回路１２は半導体素子１０をオン駆動し、負荷にワイヤを介して負荷電流を供給する。また、パワーオンリセット回路２１は、ラッチ回路１８とタイマ回路１７をパワーオンリセットする。
【００２６】
半導体素子１０に負荷電流が流れると、カレントミラー回路１３には、その負荷電流に比例した電流（例えば負荷電流の１／２０００の電流）が流れる。そして、負荷電流に比例した電圧が、電流制限回路１４を構成するコンパレータ１４ａの反転入力端子に入力される。また、コンパレータ１４ａの非反転入力端子には、過電流を検出するための闘値に応じた闘値電圧が入力されている。
【００２７】
負荷電流が過電流制限闘値を超えない間は、負荷電流に比例した電圧が闘値電圧より低いため、コンパレータ１４ａの出力はハイレベルになっており、半導体素子１０の駆動がそのまま継続される。
【００２８】
しかし、負荷あるいはワイヤのデッドショートなどにより半導体素子１０に過電流が流れると、負荷電流に比例した電圧が闘値電圧を超えることになり、コンパレータ１４ａは半導体素子１０の駆動電流を低下させる。半導体素子１０の駆動電流が低下すると、負荷電流が低下し、負荷電流に応じた電圧が闘値電圧より低くなるため、コンパレータ１４ａは半導体素子１０の駆動電流を増加させる。このようなフィードバック作動を繰り返すことにより、負荷電流は過電流制限闘値に制限される。
【００２９】
ここで、過電流を検出して電流制限するための過電流制限闘値は、次のようにして設定されている。負荷電流は、起動時からの経過時間により図２に示すように変化し、起動時から所定時間Ｔ２の間は突入電流で、その後、徐々に低下して定常の電流となる。また、使用するワイヤのワイヤ焼損特性（ワイヤに流れる電流によってワイヤが焼損する電流値の時間に対する変化特性）は、起動時は大きくその後時間とともに低下していく。ワイヤが焼損する電流値は、ワイヤの線径等により、使用するワイヤによって決まる。そして、過電流制限闘値は、ワイヤ焼損特性に応じワイヤが焼損する電流値以下（但し、定常の負荷電流値より大きい）の値に設定される。この実施形態では、起動時から所定時間Ｔ２の間は、突入電流で誤作動しないように第１の闘値が設定され、所定時間Ｔ２経過後に第１の闘値より小さい第２の闘値が設定される。なお、過電流制限闘値は、負荷、ワイヤの線径、使用環境などに応じて適当な値に設定される。
【００３０】
このようにして設定された過電流制限闘値に基づき、闘値設定回路１５は、起動時から所定時間Ｔ２の間は、第１の闘値に相当する電圧の第１の闘値電圧を出力し、起動時から所定時間Ｔ２が経過して遅延回路２０から遅延信号が出力されると、第２の闘値に相当する電圧の第２の闘値電圧を出力するように構成されている。具体的には、図１に示すように、闘値設定回路１５は、抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよびトランジスタ１５ｄで構成され、遅延回路２０から遅延信号が出力されないときはトランジスタ１５ｄがオフして、抵抗１５ａ、１５ｂにより第１の闘値電圧を出力し、起動時から所定時間Ｔ２が経過して遅延回路２０から遅延信号が出力されると、トランジスタ１５ｄがオンして抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃにより第２の闘値電圧を出力する。なお、遅延回路２０は、抵抗２０ａ、２０ｂ、２０ｃとコンデンサ２０ｄで構成されており、起動時から所定時間Ｔ２経過後に遅延信号（タイマ信号）を出力する。
【００３１】
また、電流制限が行われると、電流制限検出回路１６から電流制限検出信号が出力される。この電流制限検出回路１６は、半導体素子１０のソース−ドレイン間電圧を監視するコンパレータ１６ａを有しており、このコンパレータ１６ａは、電流制限が行われて半導体素子１０のソース−ドレイン間電圧が高くなると、電流制限を行っていることを示す電流制限検出信号を出力する。
【００３２】
タイマ回路１７は、コンパレータ１６ａから電流制限検出信号が出力されないときにリセットされ、コンパレータ１６ａから電流制限検出信号が出力されるとその時間を計測し、計測した時間が所定時間Ｔ１に達すると出力遮断信号を出力する。
【００３３】
ラッチ回路１８は、タイマ回路１７から出力された出力遮断信号を保持し、出力遮断スイッチ１９は、保持された出力遮断信号により半導体素子１０の作動を停止させる。この出力遮断スイッチ１９は、例えばトランジスタ等のスイッチング素子で構成され、ドライバ回路１２から半導体素子１０への出力を遮断する。
【００３４】
上記した構成によれば、負荷の起動時から所定時間Ｔ２の間は、負荷電流と第１の闘値が比較され、負荷電流が第１の闘値を超えると、電流制限回路１４の作動により、負荷電流が第１の闘値に制限される。この場合、第１の闘値を適度な値とし、任意の電流値で負荷に発生する突入電流を制限すれば、負荷自体の突入電流による劣化を低減することができる。
【００３５】
また、起動時から所定時間Ｔ２経過した後は、負荷電流と第２の闘値が比較され、負荷電流が第２の闘値を超えると、電流制限回路１４の作動により、負荷電流が第２の闘値に制限される。第１、第２の闘値は、負荷電流特性とワイヤ焼損特性との間に設定されているため、過電流検出時に負荷電流を第１の闘値あるいは第２の闘値に制限することにより、ワイヤの焼損を防止することができる。なお、起動時から所定時間Ｔ２の間は定常状態の闘値より高い第１の闘値としているため、突入電流により誤って電流制限を行うことはない。
【００３６】
また、電流制限を行っている時間が所定時間Ｔ１を超えると、半導体素子１０の作動を停止するため、デッドショート時に負荷を適切に保護することができる。
【００３７】
図３（ａ）に、起動時からデッドショートしている場合の動作波形を示す。負荷電流が第１の闘値を超えると負荷電流が第１の闘値に制限され、電流制限を行っている時間が所定時間Ｔ１に達すると負荷電流の供給が停止される。また、図３（ｂ）に、負荷駆動中にデッドショートが発生した場合の動作波形を示す。負荷電流が第２の闘値を超えると負荷電流を第２の闘値に制限され、電流制限を行っている時間が所定時間Ｔ１に達すると負荷電流の供給が停止される。
（第２実施形態）
図４に、本発明の第２実施形態に係る自動車用の負荷駆動装置１００の構成を示す。
【００３８】
ワイヤのショートとしては、上記したデッドショート以外に、ワイヤの絶縁被覆が焼損し、車両ボデー等に振動接触したような場合に発生する間欠ショート（レアショート）がある。この間欠ショート時には、負荷電流が間欠的に過電流制限闘値を越えるため、電流制限検出回路１６から間欠的に電流制限検出信号が出力される。このため、第１実施形態のように、タイマ回路１７で電流制限検出信号が出力されている時間を計測すると、電流制限検出信号が所定時間Ｔ１より短い周期で出力された場合、タイマ回路１７が所定時間Ｔ１を計測することができず、半導体素子１０の作動を停止させることができなくなる。
【００３９】
この実施形態では、間欠ショートが発生した場合でも、半導体素子１０の作動を確実に停止させることができるようにするため、第１実施形態の構成に、第２のラッチ回路２２と第２のタイマ回路２３を加えた構成となっている。
【００４０】
第２のラッチ回路２２は、電流制限検出回路１６から出力される電流制限検出信号をラッチする。また、第２のタイマ回路２３は、電流制限検出回路１６から出力される電流制限検出信号によってリセットされ、電流制限検出信号が出力されない時間が所定時間Ｔ３に達すると、第２のラッチ回路２２をリセットする。
【００４１】
ここで、上記した所定時間Ｔ３は、タイマ回路１７が計測する所定時間Ｔ１より短く、またワイヤの間欠ショートに対応して設定された間欠ショートの周期より長い時間に設定されている。従って、図５に示すように、間欠ショート時に負荷電流が過電流制限闘値を間欠的に越え、電流制限検出回路１６から電流制限検出信号が所定時間Ｔ３より短い間隔で繰り返し出力された場合、第２のラッチ回路２２は電流制限検出信号を保持し、第２のタイマ回路２３は所定時間Ｔ３を計測する前に次の電流制限検出信号によってリセットされるため、第２のラッチ回路２２はリセットされない。第２のラッチ回路２２が、タイマ回路１７で計測する所定時間Ｔ１以上電流制限検出信号を保持すると、第１実施形態と同様、半導体素子１０の作動を停止させる。
【００４２】
しかし、間欠ショートが所定時間Ｔ３以上繰り返されない場合は、第２のタイマ回路２３がラッチ回路２２にリセット信号を出力するため、タイマ回路１７への電流制限検出信号の出力が停止される。このとき、タイマ回路１７が所定時間Ｔ１を計測していないと、半導体素子１０の作動を停止させない。すなわち、間欠ショートが一時的であって、それが所定時間Ｔ１以上繰り返さない場合は、半導体素子１０の作動を停止させない。
【００４３】
このように、この実施形態によれば、間欠ショートが発生した場合でも誤作動なく、確実にワイヤをショートから保護することができる。
【００４４】
また、この第２実施形態の構成によれば、半導体素子１０をパルス幅変調（ＰＷＭ）制御して負荷を駆動する場合に、間欠ショートの場合と同様、半導体素子１０の作動を確実に停止させることができる。
【００４５】
このＰＷＭ制御においては、入力回路１１にＰＷＭ制御用の信号が入力され、半導体素子１０がＰＷＭ制御されて負荷２００を駆動する。このため、負荷電流が過電流制限闘値を越えると、電流制限検出信号が周期的に出力されることになる。この場合、上記した所定時間Ｔ３を、タイマ回路１７が計測する所定時間Ｔ１より短く、またＰＷＭ制御の周期より長い時間に設定しておくことにより、図６に示すように、ＰＷＭ制御時に負荷電流が過電流制限闘値を周期的に越えて電流制限検出回路１６から周期的に電流制限検出信号が出力されても、間欠ショートの場合と同様、半導体素子１０の作動を確実に停止させることができる。なお、このＰＷＭ制御において間欠ショートが発生した場合にも、間欠ショートが所定時間Ｔ３以上繰り返してタイマ回路１７が所定時間Ｔ１を計測すれば、半導体素子１０の作動を停止させることができる。
【００４６】
このように、図４に示す構成とすることによって、間欠ショートが発生した場合、あるいはＰＷＭ制御時に負荷ショートが発生した場合のいずれの場合も、誤作動なく、確実にワイヤをショートから保護することができる。
【００４７】
なお、この実施形態において、パワーオンリセット回路２１は、ラッチ回路１８、タイマ回路１７、第２のラッチ回路２２および第２のタイマ回路２３をパワーオンリセットする。但し、半導体素子１０をＰＷＭする場合には、入力回路１１にＰＷＭ制御用の信号が入力されるため、パワーオンリセット回路２１は、入力回路１１から出力される信号の立ち上がりを最初に検出したときにパワーオンリセット信号を出力し、その後、入力回路１１から周期的に信号が出力される場合には、パワーオンリセット信号を出力しないように構成されている。
（第３実施形態）
この実施形態では、上記した第１実施形態に対し、１ショットマルチバイブレータ２４とカウンタ回路２５とオア回路２６を追加した構成となっている。この構成によれば、１ショットマルチバイブレータ２４からパルスが発生する所定の時間の間、カウンタ回路２５で、電流制限検出回路１６から出力される電流制限検出信号の発生回数をカウントする。そのカウント値が所定回数に達すると、カウンタ回路から出力遮断信号がオア回路２６を介してラッチ回路１８に出力される。従って、第１実施形態において間欠ショートを検出できなかった問題をこの第３実施形態の構成によっても解決することができる。
【００４８】
なお、この実施形態では、１ショットマルチバイブレータ２４とカウンタ回路２５により、所定期間内に、電流制限検出回路１６から出力される電流制限検出信号の発生回数が所定回数を超えたことを判定して出力遮断信号を出力する間欠ショート検出回路を構成しているが、他の構成のものであってもよい。
（その他の実施形態）
上記した種々の実施形態において、電流制限回路１４と闘値設定回路１５は、図８に示すように構成されていてもよい。この図８に示すものでは、電流制限回路１４を、抵抗１４ｂとトランジスタ１４ｃで構成し、闘値設定回路１５を、抵抗１５ｅ、１５ｆ、トランジスタ１５ｇで構成している。
【００４９】
この構成によれば、闘値設定回路１５において、起動時から所定時間Ｔ２の間は、遅延回路２０から遅延信号が出力されないため、トランジスタ１５ｇがオフし、抵抗１５ｅによって第１の闘値に相当する抵抗値が設定され、また起動時から所定時間Ｔ２が経過して遅延回路２０から遅延信号が出力されると、トランジスタ１５ｇがオンし、抵抗１５ｅ、１５ｆによって第２の闘値に相当する抵抗値が設定される。
【００５０】
そして、カレントミラー回路１３から闘値設定回路１５に流れる電流により、電流制限回路１４におけるトランジスタ１４ｃのベース電圧が決定され、それが所定電圧以下であるときには、トランジスタ１４ｃがオフする。しかし、負荷電流が過電流になってトランジスタ１４ｃのベース電圧が所定電圧以上になると、トランジスタ１４ｃがオンし、半導体素子１０をオフさせる。半導体素子１０がオフすると、負荷電流が低下し、トランジスタ１４ｃのベース電圧が所定電圧より低くなるため、トランジスタ１４ｃがオフし、半導体素子１０をオンさせる。このような作動を繰り返すことにより、負荷電流は過電流制限闘値に制限される。
【００５１】
また、上記した種々の実施形態において、半導体素子１０を停止させるための所定時間Ｔ１は、固定である必要はなく、例えば起動時から所定時間Ｔ２よりそれ以降の方が長い時間となるようにしてもよい。例えば、遅延回路２０から遅延信号が出力されない間は第１のタイマでＴ１を比較的短い時間に設定し、遅延回路２０から遅延信号が出力されると第２のタイマでＴ１をそれよりも長い時間に切り替えるようにすればよい。起動時から所定時間Ｔ２経過後は第２の闘値による低い電流で電流制限が行われるため、所定時間Ｔ２以降に所定時間Ｔ１を長くすることによって、半導体素子１０を即座に遮断させずに、安定した負荷駆動を行うことができる。
【００５２】
また、闘値設定回路１５において、起動時から所定時間Ｔ２の間に設定される第１の闘値に時定数あるいは階段制御を持たせ、図９に示すように、第１の闘値を連続的または段階的に徐々に下する過電流制限闘値としてもよい。例えば、闘値設定回路１５における抵抗１５ｂ（図１、図４、図７に示す実施形態の場合）、あるいは抵抗１５ｅ（図８に示す実施形態の場合）を時間に応じて連続的に抵抗値が変わる可変抵抗とする。このようにすれば、例えばランプの突入電流等、急峻な電流変化に追従し、かつワイヤの焼損特性に比例した電流制限特性をつくりこむことが可能となるため、さらに安定したワイヤの保護を図ることができる。
【００５３】
また、図１０に示すように、電流制限闘値を、ワイヤ焼損温度特性に比例したものとしてもよい。これは、例えば、負荷駆動装置１００を１チップのデバイスで構成した場合、闘値設定回路１５における抵抗１５ｂ、１５ｃ（図１、図４、図７に示す実施形態の場合）、あるいは抵抗１５ｅ、１５ｆ（図８に示す実施形態の場合）を拡散抵抗で形成し、その温度特性を利用することによって電流制限闘値をワイヤ焼損温度特性に比例したものとすることができる。また、ツェナーダイオード等の温度特性を有する素子を、上記した抵抗１５ｂ、１５ｃあるいは１５ｅ、１５ｆに直列接続し、それによって電流制限闘値をワイヤ焼損温度特性に比例したものとしてもよい。このようにすれば、さらに精度よく安定したワイヤの保護を図ることができる。
【００５４】
また、上記した種々の実施形態において、半導体素子１０を温度保護機能付半導体素子としてもよい。この温度保護機能付半導体素子は、半導体素子の温度が所定の温度以上になると半導体素子の熱破壊から自身を保護するために出力を自己遮断する機能を持つものである。この温度保護機能付半導体素子を用いることにより、図１１に示すように、電流制限を行っている時間がＴ１に達する前であっても、素子温度が異常に高くなると、半導体素子が出力を遮断する。このことにより、素子の破壊を未然に防ぐことができる。特に、上記した実施形態に示すように電流制限を行った場合には、それによって半導体素子１０が発熱するため、このように温度保護機能付半導体素子を用いることは有効である。
【００５５】
また、上記した種々の実施形態では、負荷電流を検出する手段としてカレントミラー回路１３を用いるものを示したが、半導体素子のオン電圧で負荷電流を検出する手段、負荷電流経路に検出用の抵抗を直列に挿入しその電圧降下で負荷電流を検出する手段、負荷電流経路に発生する磁力を検出する手段などを用いてもよい。
【００５６】
また、上記した種々の実施形態では、電流制限検出回路１６において、半導体素子１０のソース−ドレイン間電圧を監視して電流制限が行われることを検出するものを示したが、電流制限回路１４から電流制限を行っている信号を直接得て電流制限が行われることを検出するようにしてもよい。この場合、電流制限回路１４から電流制限を行っている信号を得る部分が、電流制限検出手段を構成することになる。
【００５７】
また、上記した種々の実施形態において、負荷駆動装置１００を構成する回路は、それぞれの機能を実現するための手段として把握されるものであり、それらの回路のうちの所定の回路についてはマイクロコンピュータなどを用いた機能実現手段によって構成することも可能である。
【００５８】
また、上記した種々の実施形態では、負荷をローサイド駆動するものを示したがハイサイド駆動としても同様に実施することができる。
（車両への搭載適用例）
上記した負荷駆動装置を車両に搭載した場合の適用例について説明する。
【００５９】
まず、図１２に示すものでは、バッテリ１からヒュージブルリンク２を介して車両内の各部電気系に電源供給が行うようになっている。車両の複数の負荷２００1、２００2、２００3、…は、負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…によってそれぞれ駆動される。負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…としては、上記した種々の実施形態におけるいずれかの負荷駆動装置が用いられる。負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…は、負荷駆動スイッチ１１０1、１１０2、１１０3、…からの信号によって動作する。本発明に係る負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…を用いることにより過電流に対する保護を図ることができるため、従来では負荷駆動装置から負荷の間にそれぞれ個別に設けられていたヒューズを廃止することができる。
【００６０】
また、図１３に示すように、負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…と第２の制御・通信装置１３０を１つのユニットにまとめ、かつ負荷駆動スイッチ１１０1、１１０2、１１０3、…からのスイッチ入力を第１の制御・通信装置１２０から第２の制御・通信装置１３０に多重通信で送信し、第２の制御・通信装置１３０から負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…にスイッチ入力を送ってそれぞれの負荷駆動を行うようにしてもよい。この場合も、上記したのと同様、負荷駆動装置−負荷間のヒューズを廃止することができる。なお、この例において、第２の制御・通信装置１３０に、負荷駆動装置１００1、１００2、１００3、…のダイアグ管理等を行わせるようにしてもよい。
【００６１】
図１４に、ヒュージブルリンク２を無くした構成を示す。ヒュージブルリンク２は、負荷駆動装置までのワイヤを過電流から保護するものであるが、図１およびそれに関連する実施形態の構成によれば過電流保護を図ることができるため、この例では、それを過電流保護機能付き電源供給装置３００としてヒュージブルリンク２の代わりに用いている。なお、この図１４に示すものでは、図１３に示す第１、第２の制御・通信装置１２０、１３０を用いた構成となっているため、過電流保護機能付き電源供給装置３００に第３の制御・通信装置１４０を介して制御開始の指示が入力されるようになっている。もちろん、図１２に示す構成においても、ヒュージブルリンク２の代わりに過電流保護機能付き電源供給装置３００を用いてもよい。
【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を示す図である。
【図２】負荷電流特性とワイヤ焼損特性の間に過電流制限闘値が設定されることを説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態においてデッドショート時の動作波形を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る負荷駆動装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態において間欠ショート時の動作波形を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態において半導体素子をＰＷＭ制御する場合のショート時の動作波形を説明するための図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る負荷駆動装置の構成を示す図である。
【図８】電流制限回路と闘値設定回路の他の構成例を示す図である。
【図９】第１の闘値を無段階に変化させた実施形態を説明するための図である。
【図１０】電流制限闘値をワイヤ焼損温度特性に比例させた実施形態を説明するための図である。
【図１１】半導体素子を温度保護機能付半導体素子とした場合の電流制限特性を示す図である。
【図１２】本発明に係る負荷駆動装置を車両に搭載した場合の第１の適用例を示す図である。
【図１３】本発明に係る負荷駆動装置を車両に搭載した場合の第２の適用例を示す図である。
【図１４】本発明に係る電源供給装置をヒュージブルリンクの代わりに用いた場合の適用例を示す図である。
【符号の説明】
１０…半導体素子、１１…入力回路、１２…ドライバ回路、
１３…カレントミラー回路、１４…電流制限回路、１５…闘値設定回路、
１６…電流制限検出回路、１７…タイマ回路、１８…ラッチ回路、
１９…出力遮断スイッチ、２０…遅延回路、２１…パワーオンリセット回路、
２２…第２のラッチ回路、２３…第２のタイマ回路、
２４…１ショットマルチバイブレータ、２５…カウンタ回路、
２６…オア回路、１００…負荷駆動装置、２００…負荷。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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