スイッチング素子の制御回路
【課題】 端子数を増加することなく、パワー素子の温度を精度良く推定して、サーマルシャットダウンをかけることができるスイッチング素子の制御回路を提供する。
【解決手段】 制御回路１０Ａは、入力信号に基づいてＩＧＢＴ２１に流れる動作電流を制御する出力部２と、ＩＧＢＴ２１が動作する前の制御回路１０Ａの温度を検出する動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと、ＩＧＢＴ２１が動作を開始して、制御回路１０Ａの温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎの検出結果に応じて第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部５と、第１の検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフするように出力部２を制御する出力制御部３と、を備える。
【解決手段】 制御回路１０Ａは、入力信号に基づいてＩＧＢＴ２１に流れる動作電流を制御する出力部２と、ＩＧＢＴ２１が動作する前の制御回路１０Ａの温度を検出する動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと、ＩＧＢＴ２１が動作を開始して、制御回路１０Ａの温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎの検出結果に応じて第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部５と、第１の検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフするように出力部２を制御する出力制御部３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子の制御回路に関し、特にサーマルシャットダウン機能を有するスイッチング素子の制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サーマルシャットダウン機能を有する半導体集積回路（ＩＣ）が知られており、ＩＣが所定以上の高温になった場合には、回路動作を停止して、内部の素子を高温による破壊や劣化から保護するようになっている。（例えば、特許文献１を参照）
この種のＩＣにおいて、保護される素子とその制御回路が別々のＩＣで構成される場合がある。即ち、図１４に示すように、パワー素子（大動作電流のスイッチング素子）を含むＩＣ１００とその制御ＩＣ２００は別々ＩＣチップで構成されている。制御ＩＣ２００は、パワー素子を含むＩＣ１００と信号のやり取りをしてパワー素子に流れる電流を制御する。この場合、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１が内蔵される。
【０００３】
そして、制御ＩＣ２００は、温度検出部１０１からの温度検出信号を受けて、パワー素子が所定以上の高温になったと判断した時に、パワー素子の動作を停止して、パワー素子を保護するようになっている。
【０００４】
図１５の構成例では、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１を内蔵する代わりに、制御ＩＣ２００にタイマー回路２０１を内蔵している。タイマー回路２０１は、パワー素子が動作している時間を計測する。そして、制御ＩＣ２００は、タイマー２０１で計測された時間に基づいてパワー素子の温度を推定し、パワー素子が所定以上の高温になったと判断した時に、パワー素子の動作を停止するように制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１０８２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１４のように、温度検出部１０１からの温度検出信号を受けて、サーマルシャットダウンかける場合、温度検出信号のノイズにより、制御ＩＣが誤動作を起こすおそれがあった。（例えば、誤ってサーマルシャットダウンをかける）また、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１を内蔵しているため、端子数が増加するという問題があった。つまり、パワー素子を含むＩＣ１００側に温度検出信号の出力端子、制御ＩＣ２００側に温度検出信号の入力端子が必要となる。
【０００７】
また、図１５のように、制御ＩＣ２００にタイマー回路２０１を内蔵する場合には、パワー素子の温度とタイマー２０１の相関を取るのが困難である。そのため、パワー素子の温度を精度良く推定し、サーマルシャットダウンをかけることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチング素子の制御回路は、スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子の制御回路において、入力信号に基づいて前記スイッチング素子に流れる動作電流を制御する出力部と、前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度を検出する動作前温度検出部と、前記スイッチング素子が動作を開始して、前記制御回路の温度が前記スイッチング素子の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、前記動作前温度検出部の検出結果に応じて前記第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部と、前記第１の検出信号に応じて、前記スイッチング素子をオフするように前記出力部を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスイッチング素子の制御回路によれば、端子数を増加することなく、パワー素子の温度を推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００１０】
また、本発明のスイッチング素子の制御回路によれば、動作前温度に応じて、第２の設定温度を適切に変更することができるので、ＩＧＢＴ２１の温度を精度良く推定してサーマルシャットダウンをかけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】参考例のＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。
【図２】温度検出部の第１の回路例を示す回路図である。
【図３】温度検出部の第２の回路例を示す回路図である。
【図４】参考例のＩＧＢＴの制御回路の動作波形図である。
【図５】参考例のＩＧＢＴの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＩＧＢＴと制御回路の温度変化を示す図である。
【図７】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。
【図８】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の構成を示す図である。
【図９】動作前温度に対する第２の設定温度及び目標温度の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の第１の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の第２の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１２】動作前温度に対する第２の設定温度の関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図１４】従来のサーマルシャットダウン回路の構成を示す図である。
【図１５】従来のサーマルシャットダウン回路の構成を示す図である。
【図１６】ＩＧＢＴの制御回路の第１の変形例を示す回路図である。
【図１７】ＩＧＢＴの制御回路の第２の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［参考例］
本発明の実施形態を説明する前に、参考例を図面に基づいて参照して説明する。図１はＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。図１の回路は、全体としては内燃機関用点火装置であり、点火用高電圧を発生する点火コイル回路２０（いわゆるイグナイタ回路）と、点火コイル回路２０のＩＧＢＴ２１（「スイッチング素子の一例」）の動作を制御する制御回路１０を含んでいる。
【００１３】
制御回路１０は、入力部１、出力部２、出力制御部３及び温度検出部４を含んだＩＣとして構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０の外部に設けられており、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略称）２１、一次コイル２２、二次コイル２３、出力端子２４を含んで構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０とは別のＩＣ又はＩＣモジュールで形成することができる。
【００１４】
制御回路１０の入力部１には、点火信号Ｖｓが入力端子Ｐ１を介して入力される。出力部２は、出力トランジスタを含み、点火信号Ｖｓと出力制御部３からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流（コレクタ電流Ｉｃ）を制御するための制御電圧を作成して、前記出力トランジスタから出力する。この制御電圧は、出力端子Ｐ２を介してＩＧＢＴ２１のゲートに印加される。
【００１５】
ＩＧＢＴ２１が出力部２からの制御電圧に基づいて動作を開始すると、ＩＧＢＴ２１と制御回路１０の温度は同時に上昇を開始する。温度検出部４は、制御回路１０の温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して決定された第２の設定温度より高く上昇した時に検出信号を出力するように構成される。第１の設定温度は、ＩＧＢＴ２１の動作保証温度に基づいて決定される。この場合、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度まで上昇した時に、温度検出部４が検出する制御回路１０の温度は、通常、第１の設定温度より低い温度（目標温度）になっている。第２の設定温度は、その目標温度と同じ又はそれに近い温度に設定される。
【００１６】
出力制御部３は温度検出部４から出力される前記検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流ＩＣをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００１７】
出力制御部３は、通常動作時にはＩＧＢＴ２１に流れる動作電流を検出し、この動作電流が一定となるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御のために、ＩＧＢＴ２１のエミッタは制御回路１０の入力端子Ｐ３を介して出力制御部３に接続されている。出力制御部３は、ＩＧＢＴ２１のエミッタに流れるエミッタ電流Ｉｅを検出する電流検出回路と、エミッタ電流Ｉｅを接地に流し込むシャント抵抗を備えている。ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅはコレクタ電流Ｉｃにほぼ等しい。出力制御部３は、この電流検出回路の検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流、つまりコレクタ電流Ｉｃが一定になるように出力部２を制御する。
【００１８】
点火コイル回路２０において、一次コイル２２は、ＩＧＢＴ２１のコレクタと電源電圧Ｖｃｃを供給する電源線との間に接続されている。二次コイル２３は、電源線と出力端子２４との間に接続されている。
【００１９】
＝＝温度検出部４の構成＝＝
図２は、温度検出部４の第１の回路例を示す回路図である。温度検出部４は、定電流源３１、ダイオード３２、コンパレータ３３、定電圧源３４を含んで構成される。定電流源３１、ダイオード３２は、電源電圧Ｖｃｃを供給する電源線と接地との間に直列に接続される。コンパレータの正入力端子（＋）に前記接続点の電圧Ｖｆ（ダイオード３２の順方向電圧）が印加され、その負入力端子（−）に定電圧源３４の温度依存性の無い基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。すると、コンパレータ３３の出力から前記検出信号が得られる。
【００２０】
即ち、コンパレータ３３の出力は、Ｖｆ＞Ｖｒｅｆの場合はＨｉｇｈレベルであり、Ｖｆ＜Ｖｒｅｆの場合はＬｏｗレベルである。ダイオード３２の温度特性により、高温環境におかれるほど電圧Ｖｆは低下するので、温度上昇により電圧Ｖｆ＜Ｖｒｅｆとなると、コンパレータ３３の出力は、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。したがって、
前記基準電圧Ｖｒｅｆを第２の設定温度に対応した電圧に設定することにより、温度検出部４が内蔵された制御回路１０の温度が前記第２の設定温度より高いか否かを検出することができる。
【００２１】
図３は、温度検出部４の第２の回路例を示す回路図である。この温度検出部４もダイオードの温度特性を利用したものであって、定電流源３５、ダイオード３６、第１のＮＰＮ型トランジスタ３７、第１の抵抗３８、第２の抵抗３９、第３の抵抗４０、第２のＮＰＮ型トランジスタ４１を含んで構成され、第２のＮＰＮ型トランジスタ４１のコレクタから前記検出信号を得るようにしたものである。この温度検出部４では、第１のＮＰＮ型トランジスタ３７のエミッタに直列に接続された第１の抵抗３８、第２の抵抗３９の抵抗比Ｒ２／Ｒ１により、前記第２の設定温度を調節することができる。
【００２２】
＝＝通常動作＝＝
上述のように構成された制御回路１０の通常動作を図４に基づいて説明する。時刻ｔ０において、点火信号Ｖｓが入力されると、出力部２の制御電圧によりＩＧＢＴ２１をオンする。これにより、ＩＧＢＴ２１にコレクタ電流Ｉｃが流れる。ＩＧＢＴ２１にコレクタ電流Ｉｃが流れ始めるとコレクタ電圧Ｖｃは一時的に減少し、一次コイル２２に電気エネルギーが蓄えられる。コレクタ電流Ｉｃは出力制御部３のフィードバック制御により一定値（例えば、１２Ａ）になるように制御される。つまり、コレクタ電流Ｉｃは時刻ｔ０から増加するが、出力制御部３のフィードバック制御が働く時刻ｔｓからは一定値（例えば、１２Ａ）となる。
【００２３】
その後、点火信号ＶｓがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに立ち下がると、ＩＧＢＴ２１は出力部２の制御電圧に応じてオフし、コレクタ電流Ｉｃはゼロになる。すると、一次コイル２２が接続されたＩＧＢＴ２２のコレクタ電圧Ｖｃは瞬間的に高電圧（例えば、４００Ｖ）になる。すると、二次コイル２３が接続された出力端子２４から、一次コイル２２と二次コイル２３の巻数比に応じた点火用高電圧が発生する。例えば、一次コイル２２と二次コイル２３の巻線の巻数比が１：１００の場合には、二次コイル２３の出力電圧Ｖｏｕｔは４００×１００＝４００００Ｖという高電圧となる。
【００２４】
＝＝サーマルシャットダウン動作＝＝
次に、上述のように構成された制御回路１０のサーマルシャットダウン動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。先ず、制御回路１０の入力端子Ｐ１に点火信号Ｖｓが入力されると、制御回路１０はオン状態（イネーブル状態）となり動作を開始する。（ステップＳ１）そして、制御回路１０の出力部２は、点火信号Ｖｓに基づき、ＩＧＢＴ２１に制御電圧を出力する。これにより、ＩＧＢＴ２１はオンし、コレクタ電流Ｉｃが流れる。（ステップＳ２）この場合、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃは前述のように一定に制御される。
【００２５】
ＩＧＢＴ２１と制御回路１０は動作状態に入ることにより、同時に温度が上昇する。（ステップＳ３）ＩＧＢＴ２１の温度上昇はコレクタ電流Ｉｃによるものであり、制御回路１０の温度上昇は主として、ＩＧＢＴ２１から制御回路１０の出力制御部３の電流検出回路に流れ込むエミッタ電流Ｉｅによるものである。この場合、電流検出回路の接地に流れ込むシャント抵抗の値は、ＩＧＢＴ２１のオン抵抗の値より小さいことから、ＩＧＢＴ２１は制御回路１０に比べて大きなジュール熱を発生する。そのため、ＩＧＢＴ２１の温度係数は制御回路１０の温度係数より大きくなる。
【００２６】
すると、ＩＧＢＴ２１の温度が第１の設定温度まで上昇した時に、温度検出部４が検出する制御回路１０の温度は、それより低い温度まで上昇していることになる。即ち、図６に示すように、制御回路１０及びＩＧＢＴ２１が動作開始前において、３０℃の温度環境におかれているとする。そして、時刻ｔｏで両者の動作が開始すると、ＩＧＢＴ２１の温度は図６（ａ）に示すように時刻ｔ１で１００℃に達するが、制御回路１０の温度は、図６（ｂ）に示すように時刻ｔ０で６０℃である。
【００２７】
温度検出部４は、制御回路１０の温度検出を行う。（ステップＳ４）図６の温度特性の場合には、第２の設定温度は６０℃に設定される。そして、温度検出部４は、制御回路１０の温度が第２の設定温度（６０℃）より高く上昇したか否かをモニターする。（ステップＳ５）そして、制御回路１０の第２の設定温度（６０℃）より高く上昇した時に前記検出信号を出力する。（ステップＳ６）
そして、出力制御部３は温度検出部４から出力される前記検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度（１００℃）に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかける。（ステップＳ７）
このように、制御回路１０によれば、制御回路１０に温度検出部４を内蔵しているので、端子数を増加することなく、しかも、温度検出部４からの前記検出信号（第２の設定温度に対応）に基づいて、ＩＧＢＴ２１の温度を精度良く推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００２８】
また、上述の制御回路１０は、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを入力端子Ｐ３から取り込み、出力制御部３の電流検出回路のシャント抵抗に流しているが、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅの電流経路の構成は、その他に２つの構成変形例が考えられる。
【００２９】
１つの構成は、図１６に示すように、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを第１のエミッタ電流Ｉｅ１と第２のエミッタ電流Ｉｅ２とに分割することである。この場合、本流の第１のエミッタ電流Ｉｅ１は、分流の第２のエミッタ電流Ｉｅ２より大きく設定される。そして、第２のエミッタ電流Ｉｅ２を入力端子Ｐ３から取り込み、出力制御部３の電流検出回路のシャント抵抗に流す。これにより、制御回路１０は、分流の第２のエミッタ電流Ｉｅ２の発熱により温度が上昇するので、温度係数を小さく抑えることができる。
【００３０】
また、もう１つの構成は、図１７に示すように、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを制御回路１０の外部に設けられたシャント抵抗２５を介して制御回路１０の外部の接地に流し込むことである。この場合、ＩＧＢＴ２１のエミッタとシャント抵抗２５の接続点の電圧（エミッタ電圧）Ｖｅを、入力端子Ｐ３を介して出力制御部３に取り込む。電圧Ｖｅは、エミッタ電流Ｉｅ、コレクタ電流Ｉｃに比例するので出力制御部３の電流検出回路は、電圧Ｖｅに基づいてエミッタ電流Ｉｅ、コレクタ電流Ｉｃを検出することができる。また、制御回路１０は電圧Ｖｅにより発熱し、これにより温度が上昇することになる。
［本発明の実施形態］
本発明の実施形態を図面に基づいて参照して説明する。図７はＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。図７の回路は、全体としては内燃機関用点火装置であり、点火用高電圧を発生する点火コイル回路２０と、点火コイル回路２０のＩＧＢＴ２１の動作を制御する制御回路１０Ａを含んでいる。
【００３１】
制御回路１０Ａは、入力部１、出力部２、出力制御部３、温度検出制御部５、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎ、ラッチ７−１〜７−Ｎを含んだＩＣとして構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０Ａの外部に設けられており、ＩＧＢＴ２１、一次コイル２２、二次コイル２３、出力端子２４を含んで構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０とは別のＩＣ又はＩＣモジュールで形成することができる。
【００３２】
制御回路１０Ａの入力部１には、点火信号Ｖｓが入力端子Ｐ１を介して入力される。出力部２は、出力トランジスタを含み、点火信号Ｖｓと出力制御部３からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流（コレクタ電流Ｉｃ）を制御するための制御電圧を作成して、前記出力トランジスタから出力する。この制御電圧は、出力端子Ｐ２を介してＩＧＢＴ２１のゲートに印加される。
【００３３】
ＩＧＢＴ２１が出力部２からの制御電圧に基づいて動作を開始すると、ＩＧＢＴ２１と制御回路１０Ａの温度は同時に上昇を開始する。参考例においては、温度検出部４は、制御回路１０の温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度（例えば、１００℃）に対応して設定された第２の設定温度（例えば、６０℃）より高く上昇した時に検出信号を出力するように構成される。つまり、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対して、制御回路１０の第２の設定温度は固定されている。
【００３４】
しかしながら、第２の設定温度は、制御回路１０Ａの動作開始前の温度（以下、「動作前温度」という）によって変更することが望ましい。その理由は以下の通りである。図６において、制御回路１０ＡとＩＧＢＴ２１は通常同じ温度環境におかれるので、両者の動作前温度は等しい。この動作前温度が３０℃より高い場合（例えば５０℃）には、制御回路１０ＡとＩＧＢＴ２１は、動作開始により５０℃を起点として温度上昇を開始することになる。すると、制御回路１０Ａの温度係数はＩＧＢＴ２１の温度係数より小さいことから、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度（１００℃）に到達した時には制御回路１０Ａは、６０℃より高い温度になる。したがって、第２の設定温度は６０℃より高くする必要がある。逆に、動作前温度が３０℃より低い場合（例えば０℃）には、第２の設定温度は６０℃より低くする必要がある。そのような第２の設定温度は予め行う測定により知ることができる。
【００３５】
そこで、第２の実施形態では、先ず、動作前温度を検出して、その検出結果に応じて、第２の設定温度を変更可能にしたものである。そのため、制御回路１０Ａには、Ｎ個の動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと、それに対応してＮ個のラッチ７−１〜７−Ｎ（本発明の「保持回路」の一例）が設けられている。この場合、Ｎは１以上の自然数である。
【００３６】
即ち、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎは、対応する第１乃至第Ｎの温度閾値を有しており、制御回路１０Ａの温度が対応する第１乃至第Ｎの閾値温度より高いか否かを検出して、第２の検出信号をラッチ７−１〜７−Ｎに出力する。動作前温度検出部６−１〜６−Ｎは図２又は図３の回路で構成することができる。この場合、図２の回路の基準電圧Ｖｒｅｆ及び図３の回路の抵抗比Ｒ２／Ｒ１は、第１乃至第Ｎの温度閾値Ｔ１〜ＴＮに対応して決定される。
【００３７】
ラッチ７−１〜７−Ｎは、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎから出力される第２の検出信号を保持する。温度検出制御部５は、制御回路１０Ａの温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力する。この場合、温度検出制御部５は、ラッチ７−１〜７−Ｎに保持された第２の検出信号に応じて第２の設定温度を変更することができるように構成される。
【００３８】
具体的には図８に示すように、温度検出制御部５は、Ｎ＋１個の動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）と、ラッチ７−１〜７−Ｎに保持された第２の検出信号に応じて、Ｎ＋１個の動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）の中、いずれか１つの動作中温度検出部８−ｊ（ｊ＝１〜Ｎ＋１）を選択する選択回路９を含んで構成されている。
【００３９】
動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）は、それぞれ第１乃至第Ｎ＋１の温度閾値Ｔ１’〜ＴＮ＋１’を有しており、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと同様の回路で構成されている。図９は、動作前温度に対する第２の設定温度及び目標温度の関係を示す図である。目標温度とは、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度に到達した時の制御回路１０Ａの温度である。制御回路１０Ａの第２の設定温度は、この目標温度と同じかこれにできるだけ近く設定することが好ましい。
【００４０】
例えば、動作前温度はＴ１〜Ｔ２の温度領域にある時は、動作前温度検出部６−１の検出信号は第１のレベル（例えばＬｏｗレベル）であり、残りの動作前温度検出部６−２〜６−Ｎの検出信号は第２のレベル（例えば、Ｈｉｇｈ）レベルである。
【００４１】
すると、選択回路９は、これらの信号で構成される第２の検出信号に応じて、動作中温度検出部８−２を選択する。これにより、動作前温度がＴ１〜Ｔ２の温度領域にある時は、第２の設定温度はＴ２’に設定される。
【００４２】
同様に、動作前温度はＴ２〜Ｔ３の温度領域にある時は、動作前温度検出部６−１，６−２の検出信号は第１のレベル（例えばＬｏｗレベル）であり、残りの動作前温度検出部３〜Ｎの検出信号は第２のレベル（例えば、Ｈｉｇｈ）レベルである。
【００４３】
すると、選択回路９は、これらの信号で構成される第２の検出信号に応じて、動作中温度検出部８−３を選択する。これにより、動作前温度がＴ２〜Ｔ３以下の温度領域にある時は、第２の設定温度はＴ３’に設定される。以下、他の温度領域に同様である。
【００４４】
図１０は、温度検出制御部５の第１の具体的な構成例を示す回路図である。この場合は、１つの動作前温度検出部６−１と、２つの動作中温度検出部８−１，８−２が設けられている。選択回路９は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２で構成される。動作前温度検出部６−１は３０℃の温度閾値を有している。動作中温度検出部８−１，８−２はそれぞれ７０℃、１４０℃の温度閾値を有している。
【００４５】
動作前温度が３０℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１の第２の検出信号に応じてスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすることにより、動作中温度検出部８−１が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は７０℃となる。
【００４６】
動作前温度が３０℃より高い場合は、動作前温度検出部６−１の第２の検出信号に応じてスイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすることにより、動作中温度検出部８−２が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は１４０℃となる。
【００４７】
図１１は、温度検出制御部５の第２の具体的な構成例を示す回路図である。この場合は、２つの動作前温度検出部６−１，６−２と、３つの動作中温度検出部８−１，８−２，８−３が設けられている。選択回路９は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と動作前温度検出部６−１，６−２からの第２の検出信号を解読するデコーダで構成される。
【００４８】
動作前温度検出部６−１，６−２はそれぞれ３０℃、１００℃の温度閾値を有している。動作中温度検出部８−１，８−２，８−３はそれぞれ７０℃、１４０℃、１７０℃の温度閾値を有している。この場合、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度は例えば１７０℃である。
【００４９】
すると、動作前温度と第２の設定温度の関係は図１２のようになる。即ち、動作前温度が３０℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフすることにより、動作中温度検出部８−１が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は７０℃となる。
【００５０】
動作前温度が３０℃より高く、１００℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ１，ＳＷ３がオフすることにより、動作中温度検出部８−２が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−２から得られ、第２の設定温度は１４０℃となる。
【００５１】
動作前温度が１００℃より高い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフすることにより、動作中温度検出部８−３が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−３から得られ、第２の設定温度は１７０℃となる。
【００５２】
＝＝サーマルシャットダウン動作＝＝
次に、上述のように構成された制御回路１０Ａのサーマルシャットダウン動作を図１３のフローチャートに基づいて説明する。
【００５３】
先ず、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎにより、制御回路１０Ａの動作前温度が検出される。（ステップＳ１１）動作前温度検出部６−１〜６−Ｎの検出結果は第２の検出信号としてラッチ７−１〜７−Ｎにより保持される。（ステップＳ１２）そして、温度検出制御回路は、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度（例えば、１７５℃）と第２の検出信号に基づいて、第２の設定温度を決定する。（ステップＳ１３）
次に、制御回路１０Ａの入力端子Ｐ１に点火信号Ｖｓが入力されると、制御回路１０Ａはオン状態（イネーブル状態）となり動作を開始する。（ステップＳ１４）そして、制御回路１０Ａの出力部２は、点火信号Ｖｓに基づき、ＩＧＢＴ２１に制御電圧を出力する。これにより、ＩＧＢＴ２１はオンし、コレクタ電流Ｉｃが流れる。（ステップＳ１５）この場合、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃは前述のように一定に制御される。
【００５４】
ＩＧＢＴ２１と制御回路１０Ａは動作状態に入ることにより、同時に温度が上昇する。（ステップＳ１６）温度検出部制御５は、ステップ１３で決定された第２の設定温度に基づき、制御回路１０Ａの温度検出を行う。つまり、温度検出制御部５は制御回路１０Ａの温度が第２の設定温度より高く上昇したか否かをモニターする。（ステップＳ１７）制御回路１０Ａの温度が第２の設定温度より高くなると第１の検出信号を出力する。（ステップＳ１９）
そして、出力制御部３は温度検出制御部５から出力される第１の検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が目標とする第１の設定温度に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかける。（ステップＳ２０）
このように、制御回路１０Ａによれば、動作前温度に応じて、第２の設定温度を適切に変更することができるので、ＩＧＢＴ２１の温度をさらに精度良く推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００５５】
また、本実施形態においても、参考例と同様に、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅの電流経路として図１６、図１７の構成を採用することができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、内燃機関用点火装置に内蔵されたＩＧＢＴ２１に対してサーマルシャットダウンをかけているが、ＩＧＢＴ２１は動作電流が流れることで発熱するスイッチング素子の一例であり、本発明はその他のスイッチング素子（例えば、バイポータトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等）のサーマルシャットダウンに適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 入力部 ２ 出力部 ３ 出力制御部
４ 温度検出部 ５ 温度検出制御部
６−１〜６−Ｎ 動作前温度検出部 ７−１〜７−Ｎ ラッチ
８−１〜８−（Ｎ＋１） 動作中温度検出部
９ 選択回路 １０ 制御回路
２０ 点火コイル回路 ２１ ＩＧＢＴ ２２ 一次コイル
２３ 二次コイル ２４ 出力端子 ２５ シャント抵抗
３１ 定電流源 ３２ ダイオード ３３ コンパレータ
３４ 定電圧源 ３５ 定電流源 ３６ ダイオード
３７ 第１のＮＰＮ型トランジスタ ３８ 第１の抵抗
３９ 第２の抵抗 ４０ 第３の抵抗
４１ 第２のＮＰＮ型トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子の制御回路に関し、特にサーマルシャットダウン機能を有するスイッチング素子の制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サーマルシャットダウン機能を有する半導体集積回路（ＩＣ）が知られており、ＩＣが所定以上の高温になった場合には、回路動作を停止して、内部の素子を高温による破壊や劣化から保護するようになっている。（例えば、特許文献１を参照）
この種のＩＣにおいて、保護される素子とその制御回路が別々のＩＣで構成される場合がある。即ち、図１４に示すように、パワー素子（大動作電流のスイッチング素子）を含むＩＣ１００とその制御ＩＣ２００は別々ＩＣチップで構成されている。制御ＩＣ２００は、パワー素子を含むＩＣ１００と信号のやり取りをしてパワー素子に流れる電流を制御する。この場合、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１が内蔵される。
【０００３】
そして、制御ＩＣ２００は、温度検出部１０１からの温度検出信号を受けて、パワー素子が所定以上の高温になったと判断した時に、パワー素子の動作を停止して、パワー素子を保護するようになっている。
【０００４】
図１５の構成例では、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１を内蔵する代わりに、制御ＩＣ２００にタイマー回路２０１を内蔵している。タイマー回路２０１は、パワー素子が動作している時間を計測する。そして、制御ＩＣ２００は、タイマー２０１で計測された時間に基づいてパワー素子の温度を推定し、パワー素子が所定以上の高温になったと判断した時に、パワー素子の動作を停止するように制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１０８２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１４のように、温度検出部１０１からの温度検出信号を受けて、サーマルシャットダウンかける場合、温度検出信号のノイズにより、制御ＩＣが誤動作を起こすおそれがあった。（例えば、誤ってサーマルシャットダウンをかける）また、パワー素子を含むＩＣ１００に温度検出部１０１を内蔵しているため、端子数が増加するという問題があった。つまり、パワー素子を含むＩＣ１００側に温度検出信号の出力端子、制御ＩＣ２００側に温度検出信号の入力端子が必要となる。
【０００７】
また、図１５のように、制御ＩＣ２００にタイマー回路２０１を内蔵する場合には、パワー素子の温度とタイマー２０１の相関を取るのが困難である。そのため、パワー素子の温度を精度良く推定し、サーマルシャットダウンをかけることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のスイッチング素子の制御回路は、スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子の制御回路において、入力信号に基づいて前記スイッチング素子に流れる動作電流を制御する出力部と、前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度を検出する動作前温度検出部と、前記スイッチング素子が動作を開始して、前記制御回路の温度が前記スイッチング素子の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、前記動作前温度検出部の検出結果に応じて前記第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部と、前記第１の検出信号に応じて、前記スイッチング素子をオフするように前記出力部を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスイッチング素子の制御回路によれば、端子数を増加することなく、パワー素子の温度を推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００１０】
また、本発明のスイッチング素子の制御回路によれば、動作前温度に応じて、第２の設定温度を適切に変更することができるので、ＩＧＢＴ２１の温度を精度良く推定してサーマルシャットダウンをかけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】参考例のＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。
【図２】温度検出部の第１の回路例を示す回路図である。
【図３】温度検出部の第２の回路例を示す回路図である。
【図４】参考例のＩＧＢＴの制御回路の動作波形図である。
【図５】参考例のＩＧＢＴの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図６】ＩＧＢＴと制御回路の温度変化を示す図である。
【図７】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。
【図８】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の構成を示す図である。
【図９】動作前温度に対する第２の設定温度及び目標温度の関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の第１の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１１】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の温度検出制御部の第２の具体的な構成例を示す回路図である。
【図１２】動作前温度に対する第２の設定温度の関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態のＩＧＢＴの制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図１４】従来のサーマルシャットダウン回路の構成を示す図である。
【図１５】従来のサーマルシャットダウン回路の構成を示す図である。
【図１６】ＩＧＢＴの制御回路の第１の変形例を示す回路図である。
【図１７】ＩＧＢＴの制御回路の第２の変形例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［参考例］
本発明の実施形態を説明する前に、参考例を図面に基づいて参照して説明する。図１はＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。図１の回路は、全体としては内燃機関用点火装置であり、点火用高電圧を発生する点火コイル回路２０（いわゆるイグナイタ回路）と、点火コイル回路２０のＩＧＢＴ２１（「スイッチング素子の一例」）の動作を制御する制御回路１０を含んでいる。
【００１３】
制御回路１０は、入力部１、出力部２、出力制御部３及び温度検出部４を含んだＩＣとして構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０の外部に設けられており、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略称）２１、一次コイル２２、二次コイル２３、出力端子２４を含んで構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０とは別のＩＣ又はＩＣモジュールで形成することができる。
【００１４】
制御回路１０の入力部１には、点火信号Ｖｓが入力端子Ｐ１を介して入力される。出力部２は、出力トランジスタを含み、点火信号Ｖｓと出力制御部３からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流（コレクタ電流Ｉｃ）を制御するための制御電圧を作成して、前記出力トランジスタから出力する。この制御電圧は、出力端子Ｐ２を介してＩＧＢＴ２１のゲートに印加される。
【００１５】
ＩＧＢＴ２１が出力部２からの制御電圧に基づいて動作を開始すると、ＩＧＢＴ２１と制御回路１０の温度は同時に上昇を開始する。温度検出部４は、制御回路１０の温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して決定された第２の設定温度より高く上昇した時に検出信号を出力するように構成される。第１の設定温度は、ＩＧＢＴ２１の動作保証温度に基づいて決定される。この場合、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度まで上昇した時に、温度検出部４が検出する制御回路１０の温度は、通常、第１の設定温度より低い温度（目標温度）になっている。第２の設定温度は、その目標温度と同じ又はそれに近い温度に設定される。
【００１６】
出力制御部３は温度検出部４から出力される前記検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流ＩＣをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００１７】
出力制御部３は、通常動作時にはＩＧＢＴ２１に流れる動作電流を検出し、この動作電流が一定となるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御のために、ＩＧＢＴ２１のエミッタは制御回路１０の入力端子Ｐ３を介して出力制御部３に接続されている。出力制御部３は、ＩＧＢＴ２１のエミッタに流れるエミッタ電流Ｉｅを検出する電流検出回路と、エミッタ電流Ｉｅを接地に流し込むシャント抵抗を備えている。ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅはコレクタ電流Ｉｃにほぼ等しい。出力制御部３は、この電流検出回路の検出結果に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流、つまりコレクタ電流Ｉｃが一定になるように出力部２を制御する。
【００１８】
点火コイル回路２０において、一次コイル２２は、ＩＧＢＴ２１のコレクタと電源電圧Ｖｃｃを供給する電源線との間に接続されている。二次コイル２３は、電源線と出力端子２４との間に接続されている。
【００１９】
＝＝温度検出部４の構成＝＝
図２は、温度検出部４の第１の回路例を示す回路図である。温度検出部４は、定電流源３１、ダイオード３２、コンパレータ３３、定電圧源３４を含んで構成される。定電流源３１、ダイオード３２は、電源電圧Ｖｃｃを供給する電源線と接地との間に直列に接続される。コンパレータの正入力端子（＋）に前記接続点の電圧Ｖｆ（ダイオード３２の順方向電圧）が印加され、その負入力端子（−）に定電圧源３４の温度依存性の無い基準電圧Ｖｒｅｆが印加される。すると、コンパレータ３３の出力から前記検出信号が得られる。
【００２０】
即ち、コンパレータ３３の出力は、Ｖｆ＞Ｖｒｅｆの場合はＨｉｇｈレベルであり、Ｖｆ＜Ｖｒｅｆの場合はＬｏｗレベルである。ダイオード３２の温度特性により、高温環境におかれるほど電圧Ｖｆは低下するので、温度上昇により電圧Ｖｆ＜Ｖｒｅｆとなると、コンパレータ３３の出力は、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。したがって、
前記基準電圧Ｖｒｅｆを第２の設定温度に対応した電圧に設定することにより、温度検出部４が内蔵された制御回路１０の温度が前記第２の設定温度より高いか否かを検出することができる。
【００２１】
図３は、温度検出部４の第２の回路例を示す回路図である。この温度検出部４もダイオードの温度特性を利用したものであって、定電流源３５、ダイオード３６、第１のＮＰＮ型トランジスタ３７、第１の抵抗３８、第２の抵抗３９、第３の抵抗４０、第２のＮＰＮ型トランジスタ４１を含んで構成され、第２のＮＰＮ型トランジスタ４１のコレクタから前記検出信号を得るようにしたものである。この温度検出部４では、第１のＮＰＮ型トランジスタ３７のエミッタに直列に接続された第１の抵抗３８、第２の抵抗３９の抵抗比Ｒ２／Ｒ１により、前記第２の設定温度を調節することができる。
【００２２】
＝＝通常動作＝＝
上述のように構成された制御回路１０の通常動作を図４に基づいて説明する。時刻ｔ０において、点火信号Ｖｓが入力されると、出力部２の制御電圧によりＩＧＢＴ２１をオンする。これにより、ＩＧＢＴ２１にコレクタ電流Ｉｃが流れる。ＩＧＢＴ２１にコレクタ電流Ｉｃが流れ始めるとコレクタ電圧Ｖｃは一時的に減少し、一次コイル２２に電気エネルギーが蓄えられる。コレクタ電流Ｉｃは出力制御部３のフィードバック制御により一定値（例えば、１２Ａ）になるように制御される。つまり、コレクタ電流Ｉｃは時刻ｔ０から増加するが、出力制御部３のフィードバック制御が働く時刻ｔｓからは一定値（例えば、１２Ａ）となる。
【００２３】
その後、点火信号ＶｓがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに立ち下がると、ＩＧＢＴ２１は出力部２の制御電圧に応じてオフし、コレクタ電流Ｉｃはゼロになる。すると、一次コイル２２が接続されたＩＧＢＴ２２のコレクタ電圧Ｖｃは瞬間的に高電圧（例えば、４００Ｖ）になる。すると、二次コイル２３が接続された出力端子２４から、一次コイル２２と二次コイル２３の巻数比に応じた点火用高電圧が発生する。例えば、一次コイル２２と二次コイル２３の巻線の巻数比が１：１００の場合には、二次コイル２３の出力電圧Ｖｏｕｔは４００×１００＝４００００Ｖという高電圧となる。
【００２４】
＝＝サーマルシャットダウン動作＝＝
次に、上述のように構成された制御回路１０のサーマルシャットダウン動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。先ず、制御回路１０の入力端子Ｐ１に点火信号Ｖｓが入力されると、制御回路１０はオン状態（イネーブル状態）となり動作を開始する。（ステップＳ１）そして、制御回路１０の出力部２は、点火信号Ｖｓに基づき、ＩＧＢＴ２１に制御電圧を出力する。これにより、ＩＧＢＴ２１はオンし、コレクタ電流Ｉｃが流れる。（ステップＳ２）この場合、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃは前述のように一定に制御される。
【００２５】
ＩＧＢＴ２１と制御回路１０は動作状態に入ることにより、同時に温度が上昇する。（ステップＳ３）ＩＧＢＴ２１の温度上昇はコレクタ電流Ｉｃによるものであり、制御回路１０の温度上昇は主として、ＩＧＢＴ２１から制御回路１０の出力制御部３の電流検出回路に流れ込むエミッタ電流Ｉｅによるものである。この場合、電流検出回路の接地に流れ込むシャント抵抗の値は、ＩＧＢＴ２１のオン抵抗の値より小さいことから、ＩＧＢＴ２１は制御回路１０に比べて大きなジュール熱を発生する。そのため、ＩＧＢＴ２１の温度係数は制御回路１０の温度係数より大きくなる。
【００２６】
すると、ＩＧＢＴ２１の温度が第１の設定温度まで上昇した時に、温度検出部４が検出する制御回路１０の温度は、それより低い温度まで上昇していることになる。即ち、図６に示すように、制御回路１０及びＩＧＢＴ２１が動作開始前において、３０℃の温度環境におかれているとする。そして、時刻ｔｏで両者の動作が開始すると、ＩＧＢＴ２１の温度は図６（ａ）に示すように時刻ｔ１で１００℃に達するが、制御回路１０の温度は、図６（ｂ）に示すように時刻ｔ０で６０℃である。
【００２７】
温度検出部４は、制御回路１０の温度検出を行う。（ステップＳ４）図６の温度特性の場合には、第２の設定温度は６０℃に設定される。そして、温度検出部４は、制御回路１０の温度が第２の設定温度（６０℃）より高く上昇したか否かをモニターする。（ステップＳ５）そして、制御回路１０の第２の設定温度（６０℃）より高く上昇した時に前記検出信号を出力する。（ステップＳ６）
そして、出力制御部３は温度検出部４から出力される前記検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度（１００℃）に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかける。（ステップＳ７）
このように、制御回路１０によれば、制御回路１０に温度検出部４を内蔵しているので、端子数を増加することなく、しかも、温度検出部４からの前記検出信号（第２の設定温度に対応）に基づいて、ＩＧＢＴ２１の温度を精度良く推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００２８】
また、上述の制御回路１０は、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを入力端子Ｐ３から取り込み、出力制御部３の電流検出回路のシャント抵抗に流しているが、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅの電流経路の構成は、その他に２つの構成変形例が考えられる。
【００２９】
１つの構成は、図１６に示すように、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを第１のエミッタ電流Ｉｅ１と第２のエミッタ電流Ｉｅ２とに分割することである。この場合、本流の第１のエミッタ電流Ｉｅ１は、分流の第２のエミッタ電流Ｉｅ２より大きく設定される。そして、第２のエミッタ電流Ｉｅ２を入力端子Ｐ３から取り込み、出力制御部３の電流検出回路のシャント抵抗に流す。これにより、制御回路１０は、分流の第２のエミッタ電流Ｉｅ２の発熱により温度が上昇するので、温度係数を小さく抑えることができる。
【００３０】
また、もう１つの構成は、図１７に示すように、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅを制御回路１０の外部に設けられたシャント抵抗２５を介して制御回路１０の外部の接地に流し込むことである。この場合、ＩＧＢＴ２１のエミッタとシャント抵抗２５の接続点の電圧（エミッタ電圧）Ｖｅを、入力端子Ｐ３を介して出力制御部３に取り込む。電圧Ｖｅは、エミッタ電流Ｉｅ、コレクタ電流Ｉｃに比例するので出力制御部３の電流検出回路は、電圧Ｖｅに基づいてエミッタ電流Ｉｅ、コレクタ電流Ｉｃを検出することができる。また、制御回路１０は電圧Ｖｅにより発熱し、これにより温度が上昇することになる。
［本発明の実施形態］
本発明の実施形態を図面に基づいて参照して説明する。図７はＩＧＢＴの制御回路を示す回路図である。図７の回路は、全体としては内燃機関用点火装置であり、点火用高電圧を発生する点火コイル回路２０と、点火コイル回路２０のＩＧＢＴ２１の動作を制御する制御回路１０Ａを含んでいる。
【００３１】
制御回路１０Ａは、入力部１、出力部２、出力制御部３、温度検出制御部５、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎ、ラッチ７−１〜７−Ｎを含んだＩＣとして構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０Ａの外部に設けられており、ＩＧＢＴ２１、一次コイル２２、二次コイル２３、出力端子２４を含んで構成される。点火コイル回路２０は、制御回路１０とは別のＩＣ又はＩＣモジュールで形成することができる。
【００３２】
制御回路１０Ａの入力部１には、点火信号Ｖｓが入力端子Ｐ１を介して入力される。出力部２は、出力トランジスタを含み、点火信号Ｖｓと出力制御部３からの制御信号に基づいて、ＩＧＢＴ２１に流れる動作電流（コレクタ電流Ｉｃ）を制御するための制御電圧を作成して、前記出力トランジスタから出力する。この制御電圧は、出力端子Ｐ２を介してＩＧＢＴ２１のゲートに印加される。
【００３３】
ＩＧＢＴ２１が出力部２からの制御電圧に基づいて動作を開始すると、ＩＧＢＴ２１と制御回路１０Ａの温度は同時に上昇を開始する。参考例においては、温度検出部４は、制御回路１０の温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度（例えば、１００℃）に対応して設定された第２の設定温度（例えば、６０℃）より高く上昇した時に検出信号を出力するように構成される。つまり、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対して、制御回路１０の第２の設定温度は固定されている。
【００３４】
しかしながら、第２の設定温度は、制御回路１０Ａの動作開始前の温度（以下、「動作前温度」という）によって変更することが望ましい。その理由は以下の通りである。図６において、制御回路１０ＡとＩＧＢＴ２１は通常同じ温度環境におかれるので、両者の動作前温度は等しい。この動作前温度が３０℃より高い場合（例えば５０℃）には、制御回路１０ＡとＩＧＢＴ２１は、動作開始により５０℃を起点として温度上昇を開始することになる。すると、制御回路１０Ａの温度係数はＩＧＢＴ２１の温度係数より小さいことから、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度（１００℃）に到達した時には制御回路１０Ａは、６０℃より高い温度になる。したがって、第２の設定温度は６０℃より高くする必要がある。逆に、動作前温度が３０℃より低い場合（例えば０℃）には、第２の設定温度は６０℃より低くする必要がある。そのような第２の設定温度は予め行う測定により知ることができる。
【００３５】
そこで、第２の実施形態では、先ず、動作前温度を検出して、その検出結果に応じて、第２の設定温度を変更可能にしたものである。そのため、制御回路１０Ａには、Ｎ個の動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと、それに対応してＮ個のラッチ７−１〜７−Ｎ（本発明の「保持回路」の一例）が設けられている。この場合、Ｎは１以上の自然数である。
【００３６】
即ち、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎは、対応する第１乃至第Ｎの温度閾値を有しており、制御回路１０Ａの温度が対応する第１乃至第Ｎの閾値温度より高いか否かを検出して、第２の検出信号をラッチ７−１〜７−Ｎに出力する。動作前温度検出部６−１〜６−Ｎは図２又は図３の回路で構成することができる。この場合、図２の回路の基準電圧Ｖｒｅｆ及び図３の回路の抵抗比Ｒ２／Ｒ１は、第１乃至第Ｎの温度閾値Ｔ１〜ＴＮに対応して決定される。
【００３７】
ラッチ７−１〜７−Ｎは、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎから出力される第２の検出信号を保持する。温度検出制御部５は、制御回路１０Ａの温度がＩＧＢＴ２１の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力する。この場合、温度検出制御部５は、ラッチ７−１〜７−Ｎに保持された第２の検出信号に応じて第２の設定温度を変更することができるように構成される。
【００３８】
具体的には図８に示すように、温度検出制御部５は、Ｎ＋１個の動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）と、ラッチ７−１〜７−Ｎに保持された第２の検出信号に応じて、Ｎ＋１個の動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）の中、いずれか１つの動作中温度検出部８−ｊ（ｊ＝１〜Ｎ＋１）を選択する選択回路９を含んで構成されている。
【００３９】
動作中温度検出部８−１〜８−（Ｎ＋１）は、それぞれ第１乃至第Ｎ＋１の温度閾値Ｔ１’〜ＴＮ＋１’を有しており、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎと同様の回路で構成されている。図９は、動作前温度に対する第２の設定温度及び目標温度の関係を示す図である。目標温度とは、ＩＧＢＴ２１が第１の設定温度に到達した時の制御回路１０Ａの温度である。制御回路１０Ａの第２の設定温度は、この目標温度と同じかこれにできるだけ近く設定することが好ましい。
【００４０】
例えば、動作前温度はＴ１〜Ｔ２の温度領域にある時は、動作前温度検出部６−１の検出信号は第１のレベル（例えばＬｏｗレベル）であり、残りの動作前温度検出部６−２〜６−Ｎの検出信号は第２のレベル（例えば、Ｈｉｇｈ）レベルである。
【００４１】
すると、選択回路９は、これらの信号で構成される第２の検出信号に応じて、動作中温度検出部８−２を選択する。これにより、動作前温度がＴ１〜Ｔ２の温度領域にある時は、第２の設定温度はＴ２’に設定される。
【００４２】
同様に、動作前温度はＴ２〜Ｔ３の温度領域にある時は、動作前温度検出部６−１，６−２の検出信号は第１のレベル（例えばＬｏｗレベル）であり、残りの動作前温度検出部３〜Ｎの検出信号は第２のレベル（例えば、Ｈｉｇｈ）レベルである。
【００４３】
すると、選択回路９は、これらの信号で構成される第２の検出信号に応じて、動作中温度検出部８−３を選択する。これにより、動作前温度がＴ２〜Ｔ３以下の温度領域にある時は、第２の設定温度はＴ３’に設定される。以下、他の温度領域に同様である。
【００４４】
図１０は、温度検出制御部５の第１の具体的な構成例を示す回路図である。この場合は、１つの動作前温度検出部６−１と、２つの動作中温度検出部８−１，８−２が設けられている。選択回路９は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２で構成される。動作前温度検出部６−１は３０℃の温度閾値を有している。動作中温度検出部８−１，８−２はそれぞれ７０℃、１４０℃の温度閾値を有している。
【００４５】
動作前温度が３０℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１の第２の検出信号に応じてスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２がオフすることにより、動作中温度検出部８−１が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は７０℃となる。
【００４６】
動作前温度が３０℃より高い場合は、動作前温度検出部６−１の第２の検出信号に応じてスイッチＳＷ１がオフし、スイッチＳＷ２がオンすることにより、動作中温度検出部８−２が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は１４０℃となる。
【００４７】
図１１は、温度検出制御部５の第２の具体的な構成例を示す回路図である。この場合は、２つの動作前温度検出部６−１，６−２と、３つの動作中温度検出部８−１，８−２，８−３が設けられている。選択回路９は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と動作前温度検出部６−１，６−２からの第２の検出信号を解読するデコーダで構成される。
【００４８】
動作前温度検出部６−１，６−２はそれぞれ３０℃、１００℃の温度閾値を有している。動作中温度検出部８−１，８−２，８−３はそれぞれ７０℃、１４０℃、１７０℃の温度閾値を有している。この場合、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度は例えば１７０℃である。
【００４９】
すると、動作前温度と第２の設定温度の関係は図１２のようになる。即ち、動作前温度が３０℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ１がオンし、スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフすることにより、動作中温度検出部８−１が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−１から得られ、第２の設定温度は７０℃となる。
【００５０】
動作前温度が３０℃より高く、１００℃より低い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ２がオンし、スイッチＳＷ１，ＳＷ３がオフすることにより、動作中温度検出部８−２が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−２から得られ、第２の設定温度は１４０℃となる。
【００５１】
動作前温度が１００℃より高い場合は、動作前温度検出部６−１，６−２の第２の検出信号の解読結果に応じてスイッチＳＷ３がオンし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフすることにより、動作中温度検出部８−３が選択される。これにより、第１の検出信号は動作中温度検出部８−３から得られ、第２の設定温度は１７０℃となる。
【００５２】
＝＝サーマルシャットダウン動作＝＝
次に、上述のように構成された制御回路１０Ａのサーマルシャットダウン動作を図１３のフローチャートに基づいて説明する。
【００５３】
先ず、動作前温度検出部６−１〜６−Ｎにより、制御回路１０Ａの動作前温度が検出される。（ステップＳ１１）動作前温度検出部６−１〜６−Ｎの検出結果は第２の検出信号としてラッチ７−１〜７−Ｎにより保持される。（ステップＳ１２）そして、温度検出制御回路は、ＩＧＢＴ２１の第１の設定温度（例えば、１７５℃）と第２の検出信号に基づいて、第２の設定温度を決定する。（ステップＳ１３）
次に、制御回路１０Ａの入力端子Ｐ１に点火信号Ｖｓが入力されると、制御回路１０Ａはオン状態（イネーブル状態）となり動作を開始する。（ステップＳ１４）そして、制御回路１０Ａの出力部２は、点火信号Ｖｓに基づき、ＩＧＢＴ２１に制御電圧を出力する。これにより、ＩＧＢＴ２１はオンし、コレクタ電流Ｉｃが流れる。（ステップＳ１５）この場合、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃは前述のように一定に制御される。
【００５４】
ＩＧＢＴ２１と制御回路１０Ａは動作状態に入ることにより、同時に温度が上昇する。（ステップＳ１６）温度検出部制御５は、ステップ１３で決定された第２の設定温度に基づき、制御回路１０Ａの温度検出を行う。つまり、温度検出制御部５は制御回路１０Ａの温度が第２の設定温度より高く上昇したか否かをモニターする。（ステップＳ１７）制御回路１０Ａの温度が第２の設定温度より高くなると第１の検出信号を出力する。（ステップＳ１９）
そして、出力制御部３は温度検出制御部５から出力される第１の検出信号に応じて、ＩＧＢＴ２１をオフし、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流Ｉｃをゼロにするように出力部２を制御することにより、ＩＧＢＴ２１が目標とする第１の設定温度に上昇した時に、サーマルシャットダウンをかける。（ステップＳ２０）
このように、制御回路１０Ａによれば、動作前温度に応じて、第２の設定温度を適切に変更することができるので、ＩＧＢＴ２１の温度をさらに精度良く推定して、サーマルシャットダウンをかけることができる。
【００５５】
また、本実施形態においても、参考例と同様に、ＩＧＢＴ２１のエミッタ電流Ｉｅの電流経路として図１６、図１７の構成を採用することができる。
【００５６】
なお、本実施形態においては、内燃機関用点火装置に内蔵されたＩＧＢＴ２１に対してサーマルシャットダウンをかけているが、ＩＧＢＴ２１は動作電流が流れることで発熱するスイッチング素子の一例であり、本発明はその他のスイッチング素子（例えば、バイポータトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ等）のサーマルシャットダウンに適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 入力部 ２ 出力部 ３ 出力制御部
４ 温度検出部 ５ 温度検出制御部
６−１〜６−Ｎ 動作前温度検出部 ７−１〜７−Ｎ ラッチ
８−１〜８−（Ｎ＋１） 動作中温度検出部
９ 選択回路 １０ 制御回路
２０ 点火コイル回路 ２１ ＩＧＢＴ ２２ 一次コイル
２３ 二次コイル ２４ 出力端子 ２５ シャント抵抗
３１ 定電流源 ３２ ダイオード ３３ コンパレータ
３４ 定電圧源 ３５ 定電流源 ３６ ダイオード
３７ 第１のＮＰＮ型トランジスタ ３８ 第１の抵抗
３９ 第２の抵抗 ４０ 第３の抵抗
４１ 第２のＮＰＮ型トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子の制御回路において、
入力信号に基づいて前記スイッチング素子に流れる動作電流を制御する出力部と、
前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度を検出する動作前温度検出部と、
前記スイッチング素子が動作を開始して、前記制御回路の温度が前記スイッチング素子の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、前記動作前温度検出部の検出結果に応じて前記第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部と、
前記第１の検出信号に応じて、前記スイッチング素子をオフするように前記出力部を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とするスイッチング素子の制御回路。
【請求項２】
前記動作前温度検出部は、前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度が第１の閾値温度より高いか否かを検出して、第２の検出信号を出力するように構成され、
前記温度検出制御部は、前記第２の検出信号に応じて前記第１の検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項３】
前記第２の検出信号を保持する保持回路を備え、前記温度検出制御部は、前記保持回路によって保持された前記第２の検出信号に応じて前記第１の検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項４】
前記温度検出制御部は、前記制御回路の温度が第２の閾値温度より高いか否かを検出する第１の動作中温度検出部と、
前記制御回路の温度が第３の閾値温度より高いか否かを検出する第２の動作中温度検出部と、
前記第２の検出信号に応じて、前記第１又は第２の動作中温度検出部を選択する選択回
路と、を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項５】
前記出力制御部は、前記スイッチング素子に流れる動作電流を検出し、この動作電流が一定となるように前記出力部をフィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項６】
前記第２の設定温度は前記第１の設定温度より低いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項７】
前記スイッチング素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、前記出力部は前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲートに制御電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項１】
スイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子の制御回路において、
入力信号に基づいて前記スイッチング素子に流れる動作電流を制御する出力部と、
前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度を検出する動作前温度検出部と、
前記スイッチング素子が動作を開始して、前記制御回路の温度が前記スイッチング素子の第１の設定温度に対応して設定された第２の設定温度より高く上昇した時に、第１の検出信号を出力すると共に、前記動作前温度検出部の検出結果に応じて前記第２の設定温度を変更可能に構成された温度検出制御部と、
前記第１の検出信号に応じて、前記スイッチング素子をオフするように前記出力部を制御する出力制御部と、を備えることを特徴とするスイッチング素子の制御回路。
【請求項２】
前記動作前温度検出部は、前記スイッチング素子が動作する前の前記制御回路の温度が第１の閾値温度より高いか否かを検出して、第２の検出信号を出力するように構成され、
前記温度検出制御部は、前記第２の検出信号に応じて前記第１の検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項３】
前記第２の検出信号を保持する保持回路を備え、前記温度検出制御部は、前記保持回路によって保持された前記第２の検出信号に応じて前記第１の検出信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項４】
前記温度検出制御部は、前記制御回路の温度が第２の閾値温度より高いか否かを検出する第１の動作中温度検出部と、
前記制御回路の温度が第３の閾値温度より高いか否かを検出する第２の動作中温度検出部と、
前記第２の検出信号に応じて、前記第１又は第２の動作中温度検出部を選択する選択回
路と、を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項５】
前記出力制御部は、前記スイッチング素子に流れる動作電流を検出し、この動作電流が一定となるように前記出力部をフィードバック制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項６】
前記第２の設定温度は前記第１の設定温度より低いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【請求項７】
前記スイッチング素子は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、前記出力部は前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲートに制御電圧を出力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスイッチング素子の制御回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−４８５５１（Ｐ２０１２−４８５５１Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９０８８８（Ｐ２０１０−１９０８８８）
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（３１１００３７４３）オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド (166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２７日（２０１０．８．２７）
【出願人】（３１１００３７４３）オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド (166)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]