負荷駆動装置
【課題】クランプ回路が未使用状態なのか断線状態なのかを判別する。
【解決手段】温度センサ１ｈの出力が入力される温度検出端子１４ａ〜１４ｃを利用し、クランプ回路５ａ〜５ｃや温度検出回路７ａ〜７ｃの一部がパワーモジュール１に接続されないときには温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に基づいて温度センサ１ｈが接続されていない断線無効状態を検出する。例えば、温度検出端子１４ａ〜１４ｃのうち温度センサ１ｈに接続されない端子に断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３以上の電圧を印加することで、温度検出端子１４ａ〜１４ｃが温度センサ１ｈに接続されていないことを検出する。これにより、クランプ回路５ａ〜５ｃに接続されるクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に応じて判定できる。
【解決手段】温度センサ１ｈの出力が入力される温度検出端子１４ａ〜１４ｃを利用し、クランプ回路５ａ〜５ｃや温度検出回路７ａ〜７ｃの一部がパワーモジュール１に接続されないときには温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に基づいて温度センサ１ｈが接続されていない断線無効状態を検出する。例えば、温度検出端子１４ａ〜１４ｃのうち温度センサ１ｈに接続されない端子に断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３以上の電圧を印加することで、温度検出端子１４ａ〜１４ｃが温度センサ１ｈに接続されていないことを検出する。これにより、クランプ回路５ａ〜５ｃに接続されるクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に応じて判定できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への電流供給を制御する半導体スイッチング素子からなるパワー素子を有すると共に、このパワー素子の駆動電圧を一定電圧にクランプするクランプ回路を有した負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パワー素子を駆動することで負荷への電流供給を制御する負荷駆動装置に、ゲート電圧をクランプするクランプ回路が備えられた構成が知られている。パワー素子を駆動する際に、電源とＧＮＤとが短絡した状態になると過電流状態になり、その過電流が素子耐量を超える安全動作領域外の大きさに達すると素子破壊に至る可能性がある。このため、クランプ回路にてゲート電圧をクランプしてパワー素子をハーフオン状態とし、過電流が流れることによる素子破壊を防止している（例えば、特許文献１参照）。このようなクランプ回路は、複数のパワー素子を駆動する能力を持つ負荷駆動装置では、パワー素子の数に合せて複数備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０３２４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数のパワー素子を駆動する能力を持つ負荷駆動装置において、パワー素子の一部を使用しない形態とすることがある。例えば、負荷の種類に応じて負荷への電流供給量を減らす場合があり、パワー素子を並列的に備えておき、負荷駆動装置が電流供給量が大きな負荷に適用される場合には並列的に備えた複数のパワー素子を使用し、電流供給量が小さな負荷に適用される場合には並列的に備えた複数のパワー素子の一部のみを使用する形態とする。この場合には、クランプ回路の数よりも少ない数のパワー素子しか駆動されないことになる。
【０００５】
このような場合、使用しないクランプ回路が存在することになり、クランプ回路を出力オープン状態にするが、実際に使用しているパワー素子とクランプ回路との間が断線状態になっても同じ状態となる。このため、断線監視を行っている部分（ＩＣ）では、クランプ回路が未使用状態なのか、それとも断線状態なのかを判別することができない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、クランプ回路の数よりも少ない数のパワー素子しか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路が未使用状態なのか断線状態なのかを判別できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、パワー素子（１ａ）の制御端子（１ｂ）の電位が入力されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて、クランプ状態であることや制御端子（１ｂ）からクランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態を検出するクランプ断線制御回路（５５）を有し、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）は、温度センサ（１ｈ）が接続される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいてパワー素子（１ａ）の過熱状態を検出する過熱検出回路（７１）と、温度センサ（１ｈ）と温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の間の断線状態を検出する断線検出回路（７２）と、温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に温度センサ（１ｈ）が接続されない断線無効状態を検出する断線検出無効化回路（７３）とを有し、断線無効状態が検出されるとその旨を示す信号をクランプ断線制御回路（５５）に出力するように構成され、クランプ断線制御回路（５５）は、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の断線検出無効化回路（７３）が断線無効状態を検出したときに出力する信号を入力し、該信号が入力されるとクランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態ではなく、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴としている。
【０００８】
このように、温度センサ（１ｈ）の出力が入力される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）を利用し、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）や温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の一部がパワー素子（１ａ）や温度センサ（１ｈ）に接続されないときには温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいて温度センサ（１ｈ）が接続されていない断線無効状態を検出する。このようにすることで、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）に接続されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に応じて判定しておくことができる。したがって、クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）が断線状態なのか、出力オープン状態なのかを正確に判定することが可能となる。
【０００９】
よって、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）の数よりも少ない数のパワー素子（１ａ）しか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が未使用状態なのか断線状態なのかを判別することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、クランプ断線制御回路（５５）は、ゲートドライバ回路（３）とゲートオフ回路（４）のオンオフを制御する制御信号（８）と、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の出力とクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいてクランプ状態か断線状態もしくは断線無効状態であることの判定を行い、制御信号にてゲートオフ回路（４）がオンされているときに断線検出無効化回路（７３）から断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されると、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴としている。
【００１１】
このように、制御信号にてゲートオフ回路（４）がオンされているときに、クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて断線検出を行うことができる。この場合において、断線検出無効化回路（７３）から断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されていれば、断線無効状態であるとして、断線状態と検出しないようにすることで、誤って断線状態を検出することを防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）では、温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位が温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外であると、断線検出無効化回路（７３）にて断線無効状態と検出し、その旨を示す信号をクランプ断線制御回路（５５）に出力することを特徴としている。
【００１３】
このように、温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外の電圧を温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に入力することにより、断線検出無効化回路（７３）にて断線無効状態と検出することができる。
【００１４】
例えば、請求項４に記載したように、クランプ断線制御回路（５５）をクランプ回路（５ａ〜５ｃ）に備えることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、ゲートドライバ回路（３）、ゲートオフ回路（４）、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および電流検出回路（７ａ〜７ｃ）は、パワー素子（１ａ）を制御する制御ＩＣ（２）に備えられており、クランプ断線制御回路（５５）も制御ＩＣ（２）に備えられていることを特徴としている。
【００１６】
このように、クランプ断線制御回路（５５）をパワー素子（１ａ）の駆動に用いられる制御ＩＣ（２）に備えることで、制御ＩＣ（２）に備えられる各回路と共に集約できるため、周辺回路の構成を容易にできる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、クランプ断線制御回路（５５）は、ＣＭＯＳロジックにより構成されていることを特徴としている。
【００１８】
このように、クランプ断線制御回路（５５）をロジック回路にて構成することができ、そのロジック回路をＣＭＯＳロジックにて構成すれば、チップ面積の縮小を図ることが可能となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、制御ＩＣ（２）は、バイポーラトランジスタ、ＣＭＯＳおよびＤＭＯＳが複合された半導体素子回路によって構成されていることを特徴としている。
【００２０】
このように、制御ＩＣ（２）をバイポーラトランジスタやＣＭＯＳおよびＤＭＯＳを複合した半導体素子回路によって構成することで、アナログ回路とデジタル回路をすべて１チップに構成することが可能となる。このため、これらを別チップで構成しなければならない場合と比較して、より装置の簡素化を図ることが可能となる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるクランプ回路を備えた負荷駆動装置のブロック構成例を示した図である。
【図２】図１に示す負荷駆動装置のパワーモジュール１の具体的な回路構成例を示した図である。
【図３】クランプ回路５の詳細を示した図である。
【図４】温度検出回路７の詳細を示した図である。
【図５】各種電圧や閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の大小関係をまとめたタイミングチャートである。
【図６】クランプ断線制御回路５５での論理判定を示した真理値表である。
【図７】各端子の状態と負荷駆動装置にの状態との関係を示した真理値表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるクランプ回路を備えた負荷駆動装置のブロック構成例を示した図である。この図を参照して、本実施形態のクランプ回路を備えた負荷駆動装置について説明する。
【００２５】
図１に示す負荷駆動装置は、負荷への電流供給のオンオフを制御するパワー素子１ａが形成されたパワーモジュール１と、パワー素子１ａの駆動を行うための各種回路が備えられたパワーモジュール制御ＩＣ２とを有した構成とされている。
【００２６】
パワー素子１ａは、負荷への電流供給を行う電源ラインＬに備えられており、パワー素子１ａがオンされると電源ラインＬを通じて負荷への電流供給がなされ、負荷が駆動される。パワー素子１ａは、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチングにより構成されており、ゲート電圧が制御されることによってオンオフが制御される。本実施形態では、電源ラインＬに対して２つのパワー素子１ａを並列接続した図を記してあるが、１つのみとされていても良いし、３つ以上とされていても良い。
【００２７】
図２は、パワー素子１ａをＩＧＢＴで構成した場合の回路模式図である。この図に示すように、パワー素子１ａは、制御端子１ｂ、電源供給端子１ｃ、基準電位端子１ｄおよびセンス端子１ｅとを有した構成とされ、制御端子１ｂの電圧、つまりゲート電圧を制御することにより、ＩＧＢＴで構成されたパワー素子１ａがオンされ、負荷に供給されるメイン電流が電源供給端子１ｃと基準電位端子１ｄとの間に流される。センス端子１ｅは、メイン電流に対して所定のカレントミラー比で減少させたセンス電流を流す。このセンス端子１ｅが流すセンス電流に基づいて、メイン電流の大きさを検出することが可能となっている。
【００２８】
また、パワーモジュール１には、温度センサ１ｈが備えられており、温度センサ１ｈの出力端子１ｆと基準電源端子１ｇとの電位差からの出力に基づいてパワーモジュール１の温度、すなわちパワー素子１ａの温度が検出できるようになっている。温度センサ１ｈは、パワー素子１ａの温度に対応する出力を発生させるもので、例えばパワーモジュール制御ＩＣ２からのバイアス電流と複数段のダイオードを直列接続したもので構成され、ダイオードの順方向電圧Ｖｆが温度特性を有していることを利用して、出力端子１ｆからパワー素子１ａの温度に対応した出力を変化させる。
【００２９】
パワーモジュール制御ＩＣ２には、ゲートドライバ回路３、ゲートオフ回路４、クランプ回路５（５ａ〜５ｃ）、電流検出回路６（６ａ〜６ｃ）および温度検出回路７（７ａ〜７ｃ）などが備えられている。このパワーモジュール制御ＩＣ２は、図示しないマイコンから入力される負荷駆動用のＩＮ信号に基づいて、パワー素子１ａをオンさせることで負荷への電流供給を行うと共に、パワー素子１ａをオフさせることで負荷への電流供給を停止する。
【００３０】
パワーモジュール制御ＩＣ２には、内蔵する各種回路３〜７等に接続される各種端子８〜１５が備えられ、各種端子８〜１５がパワー素子１ａに備えられた温度センサ１ｈの出力端子１ｆやパワー素子１ａの各端子１ｂ〜１ｅ等と接続される。
【００３１】
具体的には、パワーモジュール制御ＩＣ２には、入力端子８、オン出力端子９、オフ出力端子１０、クランプ端子１１（１１ａ〜１１ｃ）、基準電位端子１２、電流検出端子１３（１３ａ〜１３ｃ）、温度検出端子１４（１４ａ〜１４ｃ）および電源端子１５が備えられている。
【００３２】
入力端子８は、図示しないマイコンからのＩＮ信号が入力される。この入力端子８に入力されたＩＮ信号は、ゲートドライバ回路３やクランプ回路５に伝えられ、ゲートドライバ回路３やクランプ回路５でパワー素子１ａをオンさせることが把握できるようにしている。
【００３３】
オン出力端子９は、ゲートドライバ回路３がパワー素子１ａをオンさせる際の出力端子として用いられ、ゲートドライバ回路３の出力に繋がり、ゲート抵抗１６ａ、１６ｂを介してパワー素子１ａの制御端子１ｂに接続される。このオン出力端子９を介してゲートドライバ回路３がパワー素子１ａのゲート電圧を制御する。オフ出力端子１０は、ゲートドライバ回路３によるゲート電圧の印加が停止されると、ゲートオフ回路４を通じてゲートに蓄えられた電荷を引き抜くために用いられる。このオフ出力端子１０は、ゲートオフ回路４に繋がり、ゲート抵抗１６ｃを介してパワー素子１ａの制御端子１ｂに接続される。
【００３４】
クランプ端子１１（１１ａ〜１１ｃ）は、各クランプ回路５（５ａ〜５ｃ）それぞれに対応して備えられ、通常はパワー素子１ａの制御端子１ｂと接続されることでパワー素子１ａのゲート電圧をクランプするために用いられる。基準電位端子１２は、負荷駆動装置の負側の基準電位が入力されるものである。例えば、負荷駆動装置がモータ駆動用のインバータに適用される場合、パワー素子１ａがモータのハイサイド側とローサイド側のいずれかに配置されることになるが、モータのハイサイド側に配置される場合には基準電位はモータのハイサイド電位となり、モータのローサイド側に配置される場合には基準電位はＧＮＤ電位となる。この基準電位端子１２は、ゲートオフ回路４やクランプ回路５の負極側などに繋がっている。
【００３５】
電流検出端子１３（１３ａ〜１３ｂ）は、パワー素子１ａのメイン電流の検出のためのセンス電流を入力し、電流検出回路６（６ａ〜６ｃ）に伝える。また、温度検出端子１４（１４ａ〜１４ｃ）は、温度センサ１ｈの出力を入力し、温度検出回路７（７ａ〜７ｃ）に伝える。そして、電源端子１５は、電源１７に接続され、電源１７の電位を出力している。
【００３６】
本実施形態のパワーモジュール制御ＩＣ２は、パワー素子１ａが３つ備えられたものに対応できるように、クランプ回路５や電流検出回路６および温度検出回路７がそれぞれ３つずつ備えられた構成とされていため、これらの繋がるクランプ端子１１、電流検出端子１３および温度検出端子１４も３つずつ備えられている。しかし、本実施形態では、パワーモジュール制御ＩＣ２をパワー素子１ａの数が２つのみである場合に適用している。
【００３７】
このような形態では、クランプ回路５の数よりもパワー素子１ａの数の方が少なくなるため、３つのクランプ回路５のうちの２つについてはパワー素子１ａのゲート電圧のクランプのために用いられるが、残る１つについてはパワー素子１ａのゲート電圧のクランプのために用いられなくなる。このため、本実施形態では、クランプ端子１１ｃについては、出力オープン状態、つまりいずれにも接続されていない状態とされている。
【００３８】
また、電流検出端子１３のうちパワー素子１ａのクランプを行わないクランプ回路５ｃと対応する電流検出回路６ｃや温度検出回路７ｃに繋がる端子１３ｃ、１４ｃについては、それぞれ基準電位とされる配線や電源１７の電位とされる配線に接続されるようにしてある。
【００３９】
このような接続形態により、負荷駆動装置が構成されている。このような接続形態とされる負荷駆動装置において、ゲートドライバ回路３は、入力端子８からのＩＮ信号に基づいて電源１７からの電力供給を行いパワー素子１ａにゲート電圧を発生させる。本実施形態の場合、ゲートドライバ回路３は、ＩＮ信号がハイレベルのときにはオフとなってパワー素子１ａをオフし、ローレベルのときにはオンとなってゲート電圧を発生させてパワー素子１ａをオンする。
【００４０】
ゲートオフ回路４は、入力端子８から入力されるＩＮ信号に基づいてパワー素子１ａのゲートに蓄えられた電荷を引き抜くものであり、ゲートドライバ回路３とオンオフが逆となるように制御される。本実施形態の場合、ゲートオフ回路４は、ＩＮ信号がハイレベルのときにはオンとなってパワー素子１ａのゲートに蓄えられた電荷を引き抜き、ローレベルのときにはオフとなってパワー素子１ａがオンさせられる状態にする。
【００４１】
クランプ回路５は、パワー素子１ａを駆動する際に、パワー素子１ａのゲート電圧をフルオン状態よりも小さなクランプ電圧にクランプする役割を果たす。パワー素子１ａを駆動する際に、負荷への電流供給を行う電源１７とＧＮＤとが短絡した状態になると過電流状態になり、その過電流が素子耐量を超える安全動作領域外の大きさに達すると素子破壊に至る可能性がある。このため、クランプ回路５にてゲート電圧をクランプしてパワー素子１ａをハーフオン状態とし、過電流が流れることによる素子破壊を防止している。
【００４２】
図３は、図１のうちのクランプ回路５の詳細を示した図である。この図では、図１のうち１つのパワー素子１ａの制御に関わる部分のみを抽出して図示してある。
【００４３】
この図に示すように、クランプ回路５は、短絡制御回路５０、クランプ制御回路５１、インピーダンス回路５２、比較器５３、電源供給回路５４、クランプ断線制御回路５５、比較器５６、電流供給部５７および基準電源５８、５９を有した構成とされている。
【００４４】
短絡制御回路５０は、電流検出回路６での検出結果に基づいて短絡時の制御を行うものであり、後述するように電流検出回路６でメイン電流が過電流になっていることが検出されると、その検出結果に基づいて短絡制御回路５０から電源供給回路５４をオンさせる出力を出す。
【００４５】
クランプ制御回路５１は、パワー素子１ａの制御端子１ｂと基準電位端子１２との間に接続され、比較器５３の出力に基づいてオンオフが制御されるスイッチにて構成されている。クランプ制御回路５１は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子にて構成され、オンされるとパワー素子１ａの制御端子１ｂと基準電位端子１２とを接続することで、制御端子１ｂに供給されようとするエネルギーを吸い取り、基準電位側に流すことで制御端子１ｂのゲート電圧がクランプ電圧にクランプされるようにする。
【００４６】
インピーダンス回路５２は、クランプ制御回路５１をオンする際の電位差を発生させるべくインピーダンスを高くするために用いられる。例えば、上記したようにクランプ制御回路５１は、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成されるが、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間にインピーダンス回路５２が配置されることで、これらの間に電位差を形成し、クランプ制御回路５１がオンさせられるようにする。
【００４７】
比較器５３は、基準電源５８が生成する基準電圧ＶＲＥＦ１とクランプ端子１１の電位、つまりパワー素子１ａのゲート電圧とを大小比較し、ゲート電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１よりも大きくなると、ハイレベル出力を発生させることでインピーダンス回路５２のハイサイド側の電圧をハイレベルにし、クランプ制御回路５１をオンさせる。
【００４８】
電源供給回路５４は、電源からの比較器５３への電圧印加を制御するものであり、電源供給回路５４がオンされると比較器５３への電圧印加が行われることで、比較器５３が起動するようになっている。電源供給回路５４のオンオフは、電流検出回路６での検出結果に基づく短絡制御回路５０の出力に基づいて制御され、後述するように電流検出回路６でメイン電流が過電流になっていることが検出されると、その検出結果に基づいて短絡制御回路５０から電源供給回路５４をオンさせる出力が出される。なお、図３中には示していないが、電源供給回路５４は入力端子８からのＩＮ信号によってパワー素子１ａをオンさせる際にも所定のクランプ期間中オンされる。これにより、パワー素子１ａを駆動する際にゲート電圧がクランプ電圧にクランプされることで、過電流が発生することを防止できるようになっている。
【００４９】
クランプ断線制御回路５５は、クランプ回路５が繋がるクランプ端子１１の断線を検出し、断線時にそれを示す信号を断線出力端子１８から出力する。クランプ断線制御回路５５は、端子５５ａに入力される比較器５６の出力、端子５５ｂに入力される温度検出回路７の出力および端子５５ｃに入力される入力端子８からのＩＮ信号に基づいてクランプ端子１１の断線を検出している。具体的には、クランプ断線制御回路５５は、ＣＭＯＳロジックなどによるロジック回路によって構成されており、各端子５５ａ〜５５ｃに入力される信号の論理演算に基づいて、クランプ端子１１が断線しているのか、出力オープン状態であるのかを判別している。この論理演算については後で詳細に説明する。
【００５０】
比較器５６は、クランプ端子１１の電位、つまりパワー素子１ａのゲート電圧と基準電源５９が生成する基準電圧ＶＲＥＦ２とを大小比較し、その比較結果を示す出力をクランプ断線制御回路５５に出力する。具体的には、比較器５６は、クランプ端子１１の電位が基準電圧ＶＲＥＦ２よりも大きければハイレベルを出力し、小さければローレベルを出力するようになっている。このような構造により、クランプ回路５が構成されている。
【００５１】
電流検出回路６はパワー素子１ａのセンス端子１ｅに流れるセンス電流に基づいて、パワー素子１ａのメイン電流の大きさを検出し、メイン電流が過電流であることを検出した際にクランプ回路５に対してパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出す。例えば、電流検出回路６は、センス電流を電圧変換した値を過電流に対応する閾電圧と比較するコンパレータなどで構成され、センス電流を変換した値が閾電圧を超えるとクランプ回路５の電源供給回路５４をオンさせる指令信号を出力する。これにより、電源供給回路５４がオンされるため、パワー素子１ａのゲート電圧がクランプ電圧にクランプされ、過電流の発生が抑制されるようになっている。
【００５２】
温度検出回路７は、パワー素子１ａの温度に応じた出力を発生させ、パワー素子１ａが高温であるときには図示しないマイコンに対して過熱状態であることを伝えてパワー素子１ａの駆動を停止するか、もしくはゲートドライバ回路３を強制遮断することでパワー素子１ａをオフさせられるようにするものであるが、本実施形態では、温度検出回路７にて断線検出や出力オープン状態の検出も行えるようにしてある。
【００５３】
図４は、図１のうちの温度検出回路７の詳細を示した図である。この図も、図１に示す２つのパワー素子１ａの制御に関わる部分のみを抽出して図示してある。なお、この図は、図１に記載した３つの温度検出回路７ａ〜７ｃのうちの２つを内蔵した例を示して説明するが、実際には３つすべてを含む形態とされている。また、この図では、温度センサ１ｈを多段のダイオードにて構成した場合を示してあり、多段のダイオードの順方向電圧Ｖｆの温度特性に基づいてパワー素子１ａの温度検出を行う場合について説明する。
【００５４】
図４に示すように、温度検出回路７は、電源端子７ａからバッテリ電圧ＶＢが印加されると、レギュレータ７０がバッテリ電圧ＶＢに基づいて駆動電圧ＶＣＣを生成し、この駆動電圧ＶＣＣに基づいて作動する。温度検出回路７は、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２を通じて各パワー素子１ａの温度センサ１ｈの出力端子１ｆと接続されており、この接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて過熱保護を行う過熱検出回路７１と断線検出を行う断線検出回路７２および断線検出を無効にする断線検出無効化回路７３を備えており、これらがＩＣとして一体的に構成されている。
【００５５】
過熱検出回路７１では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて各パワー素子１ａの過熱状態を検出し、過熱状態を検出するとパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出すことでパワー素子１ａを保護する。断線検出回路７２では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２と温度センサ１ｈとの接続が途切れて断線状態になったことを検出し、断線状態になるとパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出すことでパワー素子１ａを保護する。断線検出無効化回路７３では、出力オープン状態を検出し、それが検出されたときには断線検出回路７２で断線検出されたとしてもそれを無効にする。
【００５６】
過熱検出回路７１は、定電流回路７１ａ、７１ｂ、コンパレータ７１ｃ、７１ｄ、分圧抵抗７１ｅ、７１ｆおよび過熱信号出力回路７１ｇを有した構成とされている。過熱検出回路７１では、定電流回路７１ａ、７１ｂから定電流を供給することで、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位が温度センサ１ｈを構成してる複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆとなるようにしている。複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆは、ダイオードの温度特性により、パワー素子１ａの温度に応じて変化することから、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位がパワー素子１ａの温度に応じた値となる。したがって、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいてパワー素子１ａの過熱状態を検出することができる。
【００５７】
具体的には、コンパレータ７１ｃ、７１ｄにて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位と駆動電圧ＶＣＣを分圧抵抗７１ｅ、７１ｆで分圧した分圧電位（以下、過熱検出閾値という）Ｖｔｈ１とを大小比較し、その結果を過熱信号出力回路７１ｇに出力する。複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆがパワー素子１ａの温度上昇に伴って低下していくことから、パワー素子１ａが過熱状態でない時には接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の入力電位が分圧抵抗７１ｅ、７１ｆが形成する過熱検出閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなる。このため、パワー素子１ａが過熱状態でない時にはコンパレータ７１ｃ、７１ｄの出力がハイレベルとなり、過熱状態になるとコンパレータ７１ｃ、７１ｄの出力がローレベルに切り替わる。したがって、過熱信号出力回路７１ｇでは、各コンパレータ７１ｃ、７１ｄのいずれかの出力がローレベルになると、それを検出してパワー素子１ａの少なくとも１つが過熱状態であると検出し、マイコンに対してパワー素子１ａの駆動を停止する指示信号を出力するか、もしくはゲートドライバ回路３を強制遮断することでパワー素子１ａをオフさせられるようにしている。例えば、過熱信号出力回路７１ｇは、アンド回路にて構成され、コンパレータ７１ｃ、７１ｄのいずれかの出力がローレベルになると指示信号としてローレベルを出力する構成とされている。
【００５８】
断線検出回路７２は、コンパレータ７２ａ、７２ｂ、分圧抵抗７２ｃ、７２ｄ、断線信号出力回路７２ｅとを有した構成とされている。断線検出回路７２では、過熱検出回路７１に備えられる定電流回路７１ａ、７１ｂからの定電流の供給に基づく接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位変化を利用して断線検出を行う。
【００５９】
具体的には、コンパレータ７２ａ、７２ｂにて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位と駆動電圧ＶＣＣを分圧抵抗７２ｃ、７２ｄで分圧した分圧電位（以下、断線検出閾値という）Ｖｔｈ２とを大小比較し、その結果を断線信号出力回路７２ｄに出力する。分圧抵抗７２ｃ、７２ｄが形成する断線検出閾値Ｖｔｈ２は、温度センサ１ｈを構成する複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆよりも高く、かつ、駆動電圧ＶＣＣよりも小さな値とされている。
【００６０】
このため、断線状態でない時には、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位よりも分圧抵抗７２ｃ、７２ｄが形成する断線検出閾値Ｖｔｈ２の方が大きくなり、コンパレータ７２ａ、７２ｂからローレベルが出力される。そして、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２のいずれかにおいて断線状態になると、断線状態になった方の接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位が駆動電位ＶＣＣに上昇するため、コンパレータ７２ａ、７２ｂの出力がハイレベルになる。
【００６１】
したがって、断線信号出力回路７２ｅでは、各コンパレータ７２ａ、７２ｂのいずれかの出力がハイレベルになると、それを検出して温度センサ１ｈとの接続の少なくとも１つが断線状態であると検出し、断線状態であることを示す信号を出力する。例えば、断線信号出力回路７２ｅは、オア回路にて構成され、コンパレータ７２ａ、７２ｂのいずれかの出力がハイレベルになると断線状態を示す信号としてハイレベルを出力する構成とされている。
【００６２】
なお、図３では、温度検出回路７のうち次に説明する断線検出無効化回路７３の出力信号をクランプ断線制御回路５５に伝える配線のみ図示してあるが、過熱状態や断線検出の結果を示す信号についてはマイコンへ入力されるようにするか、ゲートドライバ回路３を強制遮断するための信号として、パワー素子１ａをオフさせるために用いている。
【００６３】
断線検出無効化回路７３は、ツェナーダイオード７３ａ、分圧抵抗７３ｂ、７３ｃ、トランジスタ７３ｄおよび抵抗７３ｅを有した構成とされている。ツェナーダイオード７３ａは、断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３を設定するものであり、接続端子ＯＨ２の電位が断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きくなるとツェナーダイオード７３ａのツェナー降伏電圧を超え、断線検出無効化回路７３を作動させる。断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３は、駆動電圧ＶＣＣよりも大きな値に設定される。
【００６４】
図４では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２を各パワー素子１ａの温度センサ１ｈに接続した構成を例に挙げているが、駆動するパワー素子１ａの数が少なければ、接続端子ＯＨ２を温度センサ１ｈに接続せずに出力オープン状態にすることがある。このような場合、出力オープン状態とあれる接続端子ＯＨ２を例えばバッテリ電圧のように断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きな電位とされる場所に接続しておくことで、断線ではなく、出力オープン状態であることが区別できるようにしておく。
【００６５】
このような状態とすることで、接続端子ＯＨ２の電位が断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きくなると、ツェナーダイオード７３ａのツェナー降伏電圧を超えるため、分圧抵抗７３ｂ、７３ｃによる分圧電位が発生させられる。これに基づいて、ベース電流が流れてトランジスタ７３ｄがオンさせられ、トランジスタ７３ｄがオフされていたときに対して、抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄとの間の電位が変化する。この抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄとの間の電位が断線検出無効化回路７３の出力電位とされ、断線信号出力回路７２ｅに伝えられる。具体的には、トランジスタ７３ｄがオフのときには抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄの間が駆動電位ＶＣＣとなるため、出力電位はハイレベルとなり、トランジスタ７３ｄがオンになると出力電位がローレベルとなる。この出力電位が断線検出無効化回路７３の出力信号として、クランプ回路５ａ〜５ｃに伝えられる。このため、クランプ回路５ａ〜５ｃでは、端子５５ｂに入力される信号がローレベルの場合には、クランプ端子１１ａ〜１１ｂの電位に基づいて断線検出が為されても断線無効とすることができる。
【００６６】
このようにして、温度検出回路７により、過熱検出および断線検出が行われる。また、接続端子ＯＨ２を温度センサ１ｈに接続せず温度検出に用いない場合には、接続端子ＯＨ２にバッテリ電圧などの大きな電圧が印加されるようにし、温度検出回路７が断線状態ではなく出力オープン状態であることを区別できるようにしている。
【００６７】
なお、上記したように、図４では、温度検出回路７ａ〜７ｃのうちの２つを備えたものを例に挙げて説明したが、実際には３つ備えた構成とされる。その場合、過熱検出回路７１に定電流回路７１ａ、７１ｂやコンパレータ７１ｃ、７１ｄと同様のものを更に１つずつ備えると共に、断線検出回路７２にコンパレータ７２ａ、７２ｂと同様のものを更に１つ備え、これらが３つ目の接続端子ＯＨ３（図示せず）を通じて温度センサ１ｈに接続されるようにすればよい。また、この場合の断線検出無効化回路７３については、複数の温度検出回路７ａ〜７ｃに備えられる接続端子ＯＨ１〜ＯＨ３のうち温度センサ１ｈに接続されない端子に接続されていれば良い。
【００６８】
図５は、各種電圧や閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の大小関係をまとめたタイミングチャートである。この図では、パワー素子１ａの温度が過熱状態では無い温度Ｔ１（例えば室温）から徐々に上昇して過熱状態と想定される温度Ｔｔｈを超えて温度Ｔ２に至った時の様子を示してある。
【００６９】
この図に示されるように、パワー素子１ａが過熱状態では無い温度Ｔ１のときには、温度センサ１ｈを構成する複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆが大きいため、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位は例えば電位Ｖ１となる。そして、パワー素子１ａの温度が過熱状態の温度Ｔｔｈ以上の温度Ｔ２に至ると、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位は例えば電位Ｖ２となる。
【００７０】
これらの電位Ｖ１、電位Ｖ２を基準として過熱検出閾値Ｖｔｈ１や断線検出閾値Ｖｔｈ２および断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３が設定されている。すなわち、過熱検出閾値Ｖｔｈ１は過熱状態と想定される温度Ｔｔｈの際の温度センサ１ｈの出力端子１ｆの出力電位に設定され、温度センサ１ｈから出力可能な電圧範囲内、つまり電位Ｖ１より小さく、かつ、電位Ｖ２よりも大きな値となる。断線検出閾値Ｖｔｈ２は温度センサ１ｈから出力可能な電圧範囲外の電位であって、電位Ｖ１よりも大きく、かつ、駆動電圧ＶＣＣよりも小さく設定されている。断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３は、断線検出閾値Ｖｔｈ２および駆動電圧ＶＣＣよりも大きく、かつ、接続端子ＯＨ２が出力オープン状態の際に印加される電圧（ここではバッテリ電圧ＶＢ）よりも小さくされている。
【００７１】
このように各閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３が設定されることにより、温度検出回路７にて、過熱状態や断線状態を検出することができると共に、複数の温度検出回路７ａ〜７ｃの一部が使用されないときに出力オープン状態とされた際にも、誤って断線状態であると検出されないようにすることができる。
【００７２】
以上のようにして、本実施形態にかかる負荷駆動装置が構成されている。次に、このように構成された負荷駆動装置の状態判定、つまり通常状態と断線状態もしくは断線無効状態のいずれであるかの状態判定方法について説明する。状態判定は、入力端子８に入力されるＩＮ信号をハイレベルとしてゲートオフ回路４をオン、ゲートドライバ回路３をオフにしてパワー素子１ａをオフにする際に行われる。この際には、通常であれば、パワー素子１ａのゲート電圧がローレベルになるため、基準電圧ＶＲＥＦ２の方がクランプ端子１１の電位よりも大きくなり、クランプ断線制御回路５５の端子５５ａにはローレベルが入力されることになる。これを前提として、パワー素子１ａのゲートから端子１０の間における断線検出を行う。図６および図７を参照して、負荷駆動装置の状態判定方法について説明する。
【００７３】
上述したように、クランプ断線制御回路５５は、各端子５５ａ〜５５ｃに入力される比較器５６の出力、温度検出回路７の出力および入力端子８からのＩＮ信号の論理演算に基づいて、クランプ端子１１が断線しているのか、出力オープン状態であるのかを判別している。
【００７４】
図６は、クランプ断線制御回路５５での論理判定を示した真理値表である。この図を参照して、クランプ断線制御回路５５の各端子５５ａ〜５５ｃに入力される信号のレベルに基づく具体的な論理演算および状態判定方法について説明する。
【００７５】
マイコンからのＩＮ信号がクランプ断線制御回路５５の端子５５ｃに入力され、パワー素子１ａをオンさせるときにはローレベル（Ｌ）が入力されており、パワー素子１ａをオフさせるときにはハイレベル（Ｈ）が入力される。したがって、端子５５ｃがハイレベルの際に状態判定を行うようにしている。
【００７６】
パワー素子１ａがオフされている際、もしくは、クランプ制御回路５１がオンされてパワー素子１ａのゲート電圧がクランプ電圧に制御されているクランプ状態の際には、クランプ端子１１の電位よりも基準電圧ＶＲＥＦ２の方が大きくなる。このため、コンパレータ５６の出力がローレベルとなり、端子５５ａの電位はローレベルとなる。これに対して、パワー素子１ａのゲートからクランプ回路５ａ〜５ｃの間において断線が生じているときには、パワー素子１ａのゲートからの電流経路が消失し、クランプ端子１１の電位よりも基準電圧ＶＲＥＦ２の方が小さくなる。この場合には、コンパレータ５６の出力がハイレベルとなり、端子５５ａの電位はハイレベルとなる。
【００７７】
したがって、端子５５ａの電位レベルは、パワー素子１ａがオフもしくはゲート電圧がクランプされているか否かを表していると共に、断線しているか否かも表すことになる。つまり、端子５５ａの電位がローレベルであれば断線は発生しておらず通常状態であり、ハイレベルであれば断線が発生している可能性があることを示している。
【００７８】
一方、温度検出回路７での断線検出無効化回路７３の出力もクランプ断線制御回路５５の端子５５ｂに入力される。端子５５ｂの電位は、温度検出回路７が温度センサ１ｈに接続されていない未使用、つまり出力オープン状態とされている場合であればローレベル、温度検出回路７が使用されている状態であればハイレベルとなる。したがって、端子５５ａの電位がハイレベルであったとしても、端子５５ｂの電位がローレベルであれば、断線ではなくクランプ回路５が未使用の状態であることを意味している。
【００７９】
したがって、図６に示すように、端子５５ｃがハイレベルの際に状態検出をすることを前提とし、端子５５ａ、５５ｂの電位レベルに基づいて断線検出が行われる。すなわち、端子５５ｃがハイレベルかつ端子５５ａがローレベルの際には、端子５５ｂがハイレベルとローレベルいずれの場合にも通常状態と判定される。また、端子５５ｃがハイレベルかつ端子５５ａがハイレベルの際には、端子５５ｂの電位がハイレベルであれば断線状態と判定され、端子５５ｂの電位がローレベルであれば断線無効状態と判定される。これにより、状態判定を行うことが可能となる。なお、端子５５ｃがローレベルの際には、他の端子５５ａ、５５ｂの電位レベルは不定状態となるため、他の端子５５ａ、５５ｂの電位レベルにかかわらず通常状態と判定される。
【００８０】
そして、このような状態判定の結果に基づいて、断線出力端子１８から断線状態と判定されたときにローレベル、通常状態もしくは断線無効状態と判定されたときにハイレベルを出力することで、マイコンに正確に断線状態を伝えることが可能となる。
【００８１】
図７は、複数の温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位レベルとクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルおよび状態判定の関係をまとめた真理値表である。上記した図６では、１つのクランプ回路５内におけるクランプ断線制御回路５５の動作について説明したが、ここでは３つのクランプ回路５ａ〜５ｃが各温度検出端子１４ａ〜１４ｃとクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルに対応してどのような状態判定結果を出すか説明する。なお、少なくとも１つはパワー素子１ａの駆動にためにクランプ回路５が使用されることになるため、ここではクランプ回路５ａが使用されている場合を例に挙げて説明する。
【００８２】
入力端子８に入力されるＩＮ信号の電位がハイレベル、つまり端子５５ｃの電位がハイレベルの際に状態検出が行われる。クランプ回路５ａについては使用していることから、温度検出端子１４ａは実使用電圧であるハイレベルで、断線無効電圧のローレベルではない状態になっている。このとき、温度検出端子１４ｂ、１４ｃが共にハイレベルの場合には、クランプ回路５ｂ、５ｃが使用されていることを意味している。このため、クランプ端子１１ａ〜１１ｃのいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定され、クランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位がすべてローレベルであれば通常状態であると判定される。
【００８３】
また、温度検出端子１４ｂがハイレベルで温度検出端子１４ｃがローレベルの場合には、クランプ回路５ｂが使用されていてクランプ回路５ｃは未使用であることを意味している。このため、クランプ回路５ｃについてはクランプ端子１１ｃの電位にかかわらず断線無効と判定され、クランプ回路５ａ、５ｂについてはクランプ端子１１ａ、１１ｂのうちいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定される。
【００８４】
同様に、温度検出端子１４ｂがローレベルで温度検出端子１４ｃがハイレベルの場合には、クランプ回路５ｂが未使用でクランプ回路５ｃは使用されていることを意味している。このため、クランプ回路５ｂについてはクランプ端子１１ｂの電位にかかわらず断線無効と判定される。また、温度検出端子１４ｂがローレベルで温度検出端子１４ｃがハイレベルの場合において、クランプ端子１１ａ、１１ｃのいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態と判定される。
【００８５】
さらに、温度検出端子１４ｂ、１４ｃが共にローレベルの場合には、クランプ回路５ｂ、５ｃが未使用であることを意味しているため、クランプ回路５ｂ、５ｃについてはクランプ端子１１ｂ、１１ｃの電位にかかわらず断線無効と判定される。この場合はクランプ端子１１ａの電位に基づく状態判定のみが行われ、クランプ端子１１ａの電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定される。
【００８６】
なお、入力端子８がローレベルの際には、温度検出端子１４ａ〜１４ｃおよびクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルは不定状態となるため、これら各端子の電位レベルにかかわらず通常状態と判定される。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態では、温度センサ１ｈの出力が入力される温度検出端子１４ａ〜１４ｃを利用し、クランプ回路５ａ〜５ｃや温度検出回路７ａ〜７ｃの一部がパワーモジュール１に接続されないときには温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に基づいて温度センサ１ｈが接続されていない断線無効状態を検出する。例えば、温度検出端子１４ａ〜１４ｃのうち温度センサ１ｈに接続されない端子に断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３以上の電圧を印加することで、温度検出端子１４ａ〜１４ｃが温度センサ１ｈに接続されていないことを検出する。このようにすることで、クランプ回路５ａ〜５ｃに接続されるクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に応じて判定しておくことができる。したがって、クランプ端子１１ａ〜１１ｃが断線状態なのか、出力オープン状態なのかを正確に判定することが可能となる。
【００８８】
よって、クランプ回路５ａ〜５ｃの数よりも少ない数のパワー素子１ａしか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路５ａ〜５ｃが未使用状態なのか断線状態なのかを判別することが可能となる。
【００８９】
（他の実施形態）
上記実施形態では、パワーモジュール１やパワーモジュール制御ＩＣ２の回路構成例を示したが、これらは回路構成の一例を示したのであって、他の回路構成とされていても構わない。例えば、パワー素子１ａの個数やクランプ回路５ａ〜５ｃおよび温度検出回路７ａ〜７ｃの個数については任意に設定でき、クランプ回路５ａ〜５ｃおよび温度検出回路７ａ〜７ｃの個数よりも駆動されるパワー素子１ａの個数の方が少ない場合において、本発明を適用することができる。
【００９０】
また、上記実施形態では、クランプ断線制御回路５５をクランプ回路５ａ〜５ｃ内に備えた場合について説明したが、クランプ断線制御回路５５をクランプ回路５ａ〜５ｃとは別構成としても良い。さらに、クランプ断線制御回路５５をパワーモジュール制御ＩＣ２内に備えたが、別に備えるようにしても良い。ただし、パワー素子１ａの駆動に用いられるパワーモジュール制御ＩＣ２に備えることで、パワーモジュール制御ＩＣ２に備えられる各回路と共に集約できるため、周辺回路の構成を容易にできる。
【００９１】
さらに、上記実施形態では、クランプ断線制御回路５５をロジック回路にて構成し、それをＣＭＯＳロジックにて構成する場合について説明したが、ＣＭＯＳロジック以外のロジックにて構成することもできる。ただし、構成が簡素なＣＭＯＳロジックとすれば、チップ面積の縮小を図ることが可能になる。
【００９２】
また、上記実施形態では、パワーモジュール制御ＩＣ２をバイポーラトランジスタやＣＭＯＳおよびＤＭＯＳを複合した半導体素子回路によって構成している。このような構成とすれば、アナログ回路とデジタル回路をすべて１チップに構成することが可能となるため、これらを別チップで構成しなければならない場合と比較して、より装置の簡素化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１ パワーモジュール
１ａ パワー素子
１ｆ 出力端子
１ｈ 温度センサ
２ パワーモジュール制御ＩＣ
３ ゲートドライバ回路
４ ゲートオフ回路
５ クランプ回路
６ 電流検出回路
７ 温度検出回路
８ 入力端子
９ オン出力端子
１０ オフ出力端子
１１ クランプ端子
１２ 基準電位端子
１３ 電流検出端子
１４ 温度検出端子
１５ 電源端子
１７ 電源
１８ 断線出力端子
５１ クランプ制御回路
５５ クランプ断線制御回路
７０ レギュレータ
７１ 過熱検出回路
７２ 断線検出回路
７３ 断線検出無効化回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷への電流供給を制御する半導体スイッチング素子からなるパワー素子を有すると共に、このパワー素子の駆動電圧を一定電圧にクランプするクランプ回路を有した負荷駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、パワー素子を駆動することで負荷への電流供給を制御する負荷駆動装置に、ゲート電圧をクランプするクランプ回路が備えられた構成が知られている。パワー素子を駆動する際に、電源とＧＮＤとが短絡した状態になると過電流状態になり、その過電流が素子耐量を超える安全動作領域外の大きさに達すると素子破壊に至る可能性がある。このため、クランプ回路にてゲート電圧をクランプしてパワー素子をハーフオン状態とし、過電流が流れることによる素子破壊を防止している（例えば、特許文献１参照）。このようなクランプ回路は、複数のパワー素子を駆動する能力を持つ負荷駆動装置では、パワー素子の数に合せて複数備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０３２４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数のパワー素子を駆動する能力を持つ負荷駆動装置において、パワー素子の一部を使用しない形態とすることがある。例えば、負荷の種類に応じて負荷への電流供給量を減らす場合があり、パワー素子を並列的に備えておき、負荷駆動装置が電流供給量が大きな負荷に適用される場合には並列的に備えた複数のパワー素子を使用し、電流供給量が小さな負荷に適用される場合には並列的に備えた複数のパワー素子の一部のみを使用する形態とする。この場合には、クランプ回路の数よりも少ない数のパワー素子しか駆動されないことになる。
【０００５】
このような場合、使用しないクランプ回路が存在することになり、クランプ回路を出力オープン状態にするが、実際に使用しているパワー素子とクランプ回路との間が断線状態になっても同じ状態となる。このため、断線監視を行っている部分（ＩＣ）では、クランプ回路が未使用状態なのか、それとも断線状態なのかを判別することができない。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、クランプ回路の数よりも少ない数のパワー素子しか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路が未使用状態なのか断線状態なのかを判別できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、パワー素子（１ａ）の制御端子（１ｂ）の電位が入力されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて、クランプ状態であることや制御端子（１ｂ）からクランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態を検出するクランプ断線制御回路（５５）を有し、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）は、温度センサ（１ｈ）が接続される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいてパワー素子（１ａ）の過熱状態を検出する過熱検出回路（７１）と、温度センサ（１ｈ）と温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の間の断線状態を検出する断線検出回路（７２）と、温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に温度センサ（１ｈ）が接続されない断線無効状態を検出する断線検出無効化回路（７３）とを有し、断線無効状態が検出されるとその旨を示す信号をクランプ断線制御回路（５５）に出力するように構成され、クランプ断線制御回路（５５）は、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の断線検出無効化回路（７３）が断線無効状態を検出したときに出力する信号を入力し、該信号が入力されるとクランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態ではなく、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴としている。
【０００８】
このように、温度センサ（１ｈ）の出力が入力される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）を利用し、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）や温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の一部がパワー素子（１ａ）や温度センサ（１ｈ）に接続されないときには温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいて温度センサ（１ｈ）が接続されていない断線無効状態を検出する。このようにすることで、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）に接続されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に応じて判定しておくことができる。したがって、クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）が断線状態なのか、出力オープン状態なのかを正確に判定することが可能となる。
【０００９】
よって、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）の数よりも少ない数のパワー素子（１ａ）しか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が未使用状態なのか断線状態なのかを判別することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、クランプ断線制御回路（５５）は、ゲートドライバ回路（３）とゲートオフ回路（４）のオンオフを制御する制御信号（８）と、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の出力とクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいてクランプ状態か断線状態もしくは断線無効状態であることの判定を行い、制御信号にてゲートオフ回路（４）がオンされているときに断線検出無効化回路（７３）から断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されると、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴としている。
【００１１】
このように、制御信号にてゲートオフ回路（４）がオンされているときに、クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて断線検出を行うことができる。この場合において、断線検出無効化回路（７３）から断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されていれば、断線無効状態であるとして、断線状態と検出しないようにすることで、誤って断線状態を検出することを防止できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、温度検出回路（７ａ〜７ｃ）では、温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位が温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外であると、断線検出無効化回路（７３）にて断線無効状態と検出し、その旨を示す信号をクランプ断線制御回路（５５）に出力することを特徴としている。
【００１３】
このように、温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外の電圧を温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に入力することにより、断線検出無効化回路（７３）にて断線無効状態と検出することができる。
【００１４】
例えば、請求項４に記載したように、クランプ断線制御回路（５５）をクランプ回路（５ａ〜５ｃ）に備えることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、ゲートドライバ回路（３）、ゲートオフ回路（４）、クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および電流検出回路（７ａ〜７ｃ）は、パワー素子（１ａ）を制御する制御ＩＣ（２）に備えられており、クランプ断線制御回路（５５）も制御ＩＣ（２）に備えられていることを特徴としている。
【００１６】
このように、クランプ断線制御回路（５５）をパワー素子（１ａ）の駆動に用いられる制御ＩＣ（２）に備えることで、制御ＩＣ（２）に備えられる各回路と共に集約できるため、周辺回路の構成を容易にできる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、クランプ断線制御回路（５５）は、ＣＭＯＳロジックにより構成されていることを特徴としている。
【００１８】
このように、クランプ断線制御回路（５５）をロジック回路にて構成することができ、そのロジック回路をＣＭＯＳロジックにて構成すれば、チップ面積の縮小を図ることが可能となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、制御ＩＣ（２）は、バイポーラトランジスタ、ＣＭＯＳおよびＤＭＯＳが複合された半導体素子回路によって構成されていることを特徴としている。
【００２０】
このように、制御ＩＣ（２）をバイポーラトランジスタやＣＭＯＳおよびＤＭＯＳを複合した半導体素子回路によって構成することで、アナログ回路とデジタル回路をすべて１チップに構成することが可能となる。このため、これらを別チップで構成しなければならない場合と比較して、より装置の簡素化を図ることが可能となる。
【００２１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるクランプ回路を備えた負荷駆動装置のブロック構成例を示した図である。
【図２】図１に示す負荷駆動装置のパワーモジュール１の具体的な回路構成例を示した図である。
【図３】クランプ回路５の詳細を示した図である。
【図４】温度検出回路７の詳細を示した図である。
【図５】各種電圧や閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の大小関係をまとめたタイミングチャートである。
【図６】クランプ断線制御回路５５での論理判定を示した真理値表である。
【図７】各端子の状態と負荷駆動装置にの状態との関係を示した真理値表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるクランプ回路を備えた負荷駆動装置のブロック構成例を示した図である。この図を参照して、本実施形態のクランプ回路を備えた負荷駆動装置について説明する。
【００２５】
図１に示す負荷駆動装置は、負荷への電流供給のオンオフを制御するパワー素子１ａが形成されたパワーモジュール１と、パワー素子１ａの駆動を行うための各種回路が備えられたパワーモジュール制御ＩＣ２とを有した構成とされている。
【００２６】
パワー素子１ａは、負荷への電流供給を行う電源ラインＬに備えられており、パワー素子１ａがオンされると電源ラインＬを通じて負荷への電流供給がなされ、負荷が駆動される。パワー素子１ａは、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチングにより構成されており、ゲート電圧が制御されることによってオンオフが制御される。本実施形態では、電源ラインＬに対して２つのパワー素子１ａを並列接続した図を記してあるが、１つのみとされていても良いし、３つ以上とされていても良い。
【００２７】
図２は、パワー素子１ａをＩＧＢＴで構成した場合の回路模式図である。この図に示すように、パワー素子１ａは、制御端子１ｂ、電源供給端子１ｃ、基準電位端子１ｄおよびセンス端子１ｅとを有した構成とされ、制御端子１ｂの電圧、つまりゲート電圧を制御することにより、ＩＧＢＴで構成されたパワー素子１ａがオンされ、負荷に供給されるメイン電流が電源供給端子１ｃと基準電位端子１ｄとの間に流される。センス端子１ｅは、メイン電流に対して所定のカレントミラー比で減少させたセンス電流を流す。このセンス端子１ｅが流すセンス電流に基づいて、メイン電流の大きさを検出することが可能となっている。
【００２８】
また、パワーモジュール１には、温度センサ１ｈが備えられており、温度センサ１ｈの出力端子１ｆと基準電源端子１ｇとの電位差からの出力に基づいてパワーモジュール１の温度、すなわちパワー素子１ａの温度が検出できるようになっている。温度センサ１ｈは、パワー素子１ａの温度に対応する出力を発生させるもので、例えばパワーモジュール制御ＩＣ２からのバイアス電流と複数段のダイオードを直列接続したもので構成され、ダイオードの順方向電圧Ｖｆが温度特性を有していることを利用して、出力端子１ｆからパワー素子１ａの温度に対応した出力を変化させる。
【００２９】
パワーモジュール制御ＩＣ２には、ゲートドライバ回路３、ゲートオフ回路４、クランプ回路５（５ａ〜５ｃ）、電流検出回路６（６ａ〜６ｃ）および温度検出回路７（７ａ〜７ｃ）などが備えられている。このパワーモジュール制御ＩＣ２は、図示しないマイコンから入力される負荷駆動用のＩＮ信号に基づいて、パワー素子１ａをオンさせることで負荷への電流供給を行うと共に、パワー素子１ａをオフさせることで負荷への電流供給を停止する。
【００３０】
パワーモジュール制御ＩＣ２には、内蔵する各種回路３〜７等に接続される各種端子８〜１５が備えられ、各種端子８〜１５がパワー素子１ａに備えられた温度センサ１ｈの出力端子１ｆやパワー素子１ａの各端子１ｂ〜１ｅ等と接続される。
【００３１】
具体的には、パワーモジュール制御ＩＣ２には、入力端子８、オン出力端子９、オフ出力端子１０、クランプ端子１１（１１ａ〜１１ｃ）、基準電位端子１２、電流検出端子１３（１３ａ〜１３ｃ）、温度検出端子１４（１４ａ〜１４ｃ）および電源端子１５が備えられている。
【００３２】
入力端子８は、図示しないマイコンからのＩＮ信号が入力される。この入力端子８に入力されたＩＮ信号は、ゲートドライバ回路３やクランプ回路５に伝えられ、ゲートドライバ回路３やクランプ回路５でパワー素子１ａをオンさせることが把握できるようにしている。
【００３３】
オン出力端子９は、ゲートドライバ回路３がパワー素子１ａをオンさせる際の出力端子として用いられ、ゲートドライバ回路３の出力に繋がり、ゲート抵抗１６ａ、１６ｂを介してパワー素子１ａの制御端子１ｂに接続される。このオン出力端子９を介してゲートドライバ回路３がパワー素子１ａのゲート電圧を制御する。オフ出力端子１０は、ゲートドライバ回路３によるゲート電圧の印加が停止されると、ゲートオフ回路４を通じてゲートに蓄えられた電荷を引き抜くために用いられる。このオフ出力端子１０は、ゲートオフ回路４に繋がり、ゲート抵抗１６ｃを介してパワー素子１ａの制御端子１ｂに接続される。
【００３４】
クランプ端子１１（１１ａ〜１１ｃ）は、各クランプ回路５（５ａ〜５ｃ）それぞれに対応して備えられ、通常はパワー素子１ａの制御端子１ｂと接続されることでパワー素子１ａのゲート電圧をクランプするために用いられる。基準電位端子１２は、負荷駆動装置の負側の基準電位が入力されるものである。例えば、負荷駆動装置がモータ駆動用のインバータに適用される場合、パワー素子１ａがモータのハイサイド側とローサイド側のいずれかに配置されることになるが、モータのハイサイド側に配置される場合には基準電位はモータのハイサイド電位となり、モータのローサイド側に配置される場合には基準電位はＧＮＤ電位となる。この基準電位端子１２は、ゲートオフ回路４やクランプ回路５の負極側などに繋がっている。
【００３５】
電流検出端子１３（１３ａ〜１３ｂ）は、パワー素子１ａのメイン電流の検出のためのセンス電流を入力し、電流検出回路６（６ａ〜６ｃ）に伝える。また、温度検出端子１４（１４ａ〜１４ｃ）は、温度センサ１ｈの出力を入力し、温度検出回路７（７ａ〜７ｃ）に伝える。そして、電源端子１５は、電源１７に接続され、電源１７の電位を出力している。
【００３６】
本実施形態のパワーモジュール制御ＩＣ２は、パワー素子１ａが３つ備えられたものに対応できるように、クランプ回路５や電流検出回路６および温度検出回路７がそれぞれ３つずつ備えられた構成とされていため、これらの繋がるクランプ端子１１、電流検出端子１３および温度検出端子１４も３つずつ備えられている。しかし、本実施形態では、パワーモジュール制御ＩＣ２をパワー素子１ａの数が２つのみである場合に適用している。
【００３７】
このような形態では、クランプ回路５の数よりもパワー素子１ａの数の方が少なくなるため、３つのクランプ回路５のうちの２つについてはパワー素子１ａのゲート電圧のクランプのために用いられるが、残る１つについてはパワー素子１ａのゲート電圧のクランプのために用いられなくなる。このため、本実施形態では、クランプ端子１１ｃについては、出力オープン状態、つまりいずれにも接続されていない状態とされている。
【００３８】
また、電流検出端子１３のうちパワー素子１ａのクランプを行わないクランプ回路５ｃと対応する電流検出回路６ｃや温度検出回路７ｃに繋がる端子１３ｃ、１４ｃについては、それぞれ基準電位とされる配線や電源１７の電位とされる配線に接続されるようにしてある。
【００３９】
このような接続形態により、負荷駆動装置が構成されている。このような接続形態とされる負荷駆動装置において、ゲートドライバ回路３は、入力端子８からのＩＮ信号に基づいて電源１７からの電力供給を行いパワー素子１ａにゲート電圧を発生させる。本実施形態の場合、ゲートドライバ回路３は、ＩＮ信号がハイレベルのときにはオフとなってパワー素子１ａをオフし、ローレベルのときにはオンとなってゲート電圧を発生させてパワー素子１ａをオンする。
【００４０】
ゲートオフ回路４は、入力端子８から入力されるＩＮ信号に基づいてパワー素子１ａのゲートに蓄えられた電荷を引き抜くものであり、ゲートドライバ回路３とオンオフが逆となるように制御される。本実施形態の場合、ゲートオフ回路４は、ＩＮ信号がハイレベルのときにはオンとなってパワー素子１ａのゲートに蓄えられた電荷を引き抜き、ローレベルのときにはオフとなってパワー素子１ａがオンさせられる状態にする。
【００４１】
クランプ回路５は、パワー素子１ａを駆動する際に、パワー素子１ａのゲート電圧をフルオン状態よりも小さなクランプ電圧にクランプする役割を果たす。パワー素子１ａを駆動する際に、負荷への電流供給を行う電源１７とＧＮＤとが短絡した状態になると過電流状態になり、その過電流が素子耐量を超える安全動作領域外の大きさに達すると素子破壊に至る可能性がある。このため、クランプ回路５にてゲート電圧をクランプしてパワー素子１ａをハーフオン状態とし、過電流が流れることによる素子破壊を防止している。
【００４２】
図３は、図１のうちのクランプ回路５の詳細を示した図である。この図では、図１のうち１つのパワー素子１ａの制御に関わる部分のみを抽出して図示してある。
【００４３】
この図に示すように、クランプ回路５は、短絡制御回路５０、クランプ制御回路５１、インピーダンス回路５２、比較器５３、電源供給回路５４、クランプ断線制御回路５５、比較器５６、電流供給部５７および基準電源５８、５９を有した構成とされている。
【００４４】
短絡制御回路５０は、電流検出回路６での検出結果に基づいて短絡時の制御を行うものであり、後述するように電流検出回路６でメイン電流が過電流になっていることが検出されると、その検出結果に基づいて短絡制御回路５０から電源供給回路５４をオンさせる出力を出す。
【００４５】
クランプ制御回路５１は、パワー素子１ａの制御端子１ｂと基準電位端子１２との間に接続され、比較器５３の出力に基づいてオンオフが制御されるスイッチにて構成されている。クランプ制御回路５１は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子にて構成され、オンされるとパワー素子１ａの制御端子１ｂと基準電位端子１２とを接続することで、制御端子１ｂに供給されようとするエネルギーを吸い取り、基準電位側に流すことで制御端子１ｂのゲート電圧がクランプ電圧にクランプされるようにする。
【００４６】
インピーダンス回路５２は、クランプ制御回路５１をオンする際の電位差を発生させるべくインピーダンスを高くするために用いられる。例えば、上記したようにクランプ制御回路５１は、例えばＭＯＳＦＥＴによって構成されるが、ＭＯＳＦＥＴのゲート−ソース間にインピーダンス回路５２が配置されることで、これらの間に電位差を形成し、クランプ制御回路５１がオンさせられるようにする。
【００４７】
比較器５３は、基準電源５８が生成する基準電圧ＶＲＥＦ１とクランプ端子１１の電位、つまりパワー素子１ａのゲート電圧とを大小比較し、ゲート電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１よりも大きくなると、ハイレベル出力を発生させることでインピーダンス回路５２のハイサイド側の電圧をハイレベルにし、クランプ制御回路５１をオンさせる。
【００４８】
電源供給回路５４は、電源からの比較器５３への電圧印加を制御するものであり、電源供給回路５４がオンされると比較器５３への電圧印加が行われることで、比較器５３が起動するようになっている。電源供給回路５４のオンオフは、電流検出回路６での検出結果に基づく短絡制御回路５０の出力に基づいて制御され、後述するように電流検出回路６でメイン電流が過電流になっていることが検出されると、その検出結果に基づいて短絡制御回路５０から電源供給回路５４をオンさせる出力が出される。なお、図３中には示していないが、電源供給回路５４は入力端子８からのＩＮ信号によってパワー素子１ａをオンさせる際にも所定のクランプ期間中オンされる。これにより、パワー素子１ａを駆動する際にゲート電圧がクランプ電圧にクランプされることで、過電流が発生することを防止できるようになっている。
【００４９】
クランプ断線制御回路５５は、クランプ回路５が繋がるクランプ端子１１の断線を検出し、断線時にそれを示す信号を断線出力端子１８から出力する。クランプ断線制御回路５５は、端子５５ａに入力される比較器５６の出力、端子５５ｂに入力される温度検出回路７の出力および端子５５ｃに入力される入力端子８からのＩＮ信号に基づいてクランプ端子１１の断線を検出している。具体的には、クランプ断線制御回路５５は、ＣＭＯＳロジックなどによるロジック回路によって構成されており、各端子５５ａ〜５５ｃに入力される信号の論理演算に基づいて、クランプ端子１１が断線しているのか、出力オープン状態であるのかを判別している。この論理演算については後で詳細に説明する。
【００５０】
比較器５６は、クランプ端子１１の電位、つまりパワー素子１ａのゲート電圧と基準電源５９が生成する基準電圧ＶＲＥＦ２とを大小比較し、その比較結果を示す出力をクランプ断線制御回路５５に出力する。具体的には、比較器５６は、クランプ端子１１の電位が基準電圧ＶＲＥＦ２よりも大きければハイレベルを出力し、小さければローレベルを出力するようになっている。このような構造により、クランプ回路５が構成されている。
【００５１】
電流検出回路６はパワー素子１ａのセンス端子１ｅに流れるセンス電流に基づいて、パワー素子１ａのメイン電流の大きさを検出し、メイン電流が過電流であることを検出した際にクランプ回路５に対してパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出す。例えば、電流検出回路６は、センス電流を電圧変換した値を過電流に対応する閾電圧と比較するコンパレータなどで構成され、センス電流を変換した値が閾電圧を超えるとクランプ回路５の電源供給回路５４をオンさせる指令信号を出力する。これにより、電源供給回路５４がオンされるため、パワー素子１ａのゲート電圧がクランプ電圧にクランプされ、過電流の発生が抑制されるようになっている。
【００５２】
温度検出回路７は、パワー素子１ａの温度に応じた出力を発生させ、パワー素子１ａが高温であるときには図示しないマイコンに対して過熱状態であることを伝えてパワー素子１ａの駆動を停止するか、もしくはゲートドライバ回路３を強制遮断することでパワー素子１ａをオフさせられるようにするものであるが、本実施形態では、温度検出回路７にて断線検出や出力オープン状態の検出も行えるようにしてある。
【００５３】
図４は、図１のうちの温度検出回路７の詳細を示した図である。この図も、図１に示す２つのパワー素子１ａの制御に関わる部分のみを抽出して図示してある。なお、この図は、図１に記載した３つの温度検出回路７ａ〜７ｃのうちの２つを内蔵した例を示して説明するが、実際には３つすべてを含む形態とされている。また、この図では、温度センサ１ｈを多段のダイオードにて構成した場合を示してあり、多段のダイオードの順方向電圧Ｖｆの温度特性に基づいてパワー素子１ａの温度検出を行う場合について説明する。
【００５４】
図４に示すように、温度検出回路７は、電源端子７ａからバッテリ電圧ＶＢが印加されると、レギュレータ７０がバッテリ電圧ＶＢに基づいて駆動電圧ＶＣＣを生成し、この駆動電圧ＶＣＣに基づいて作動する。温度検出回路７は、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２を通じて各パワー素子１ａの温度センサ１ｈの出力端子１ｆと接続されており、この接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて過熱保護を行う過熱検出回路７１と断線検出を行う断線検出回路７２および断線検出を無効にする断線検出無効化回路７３を備えており、これらがＩＣとして一体的に構成されている。
【００５５】
過熱検出回路７１では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて各パワー素子１ａの過熱状態を検出し、過熱状態を検出するとパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出すことでパワー素子１ａを保護する。断線検出回路７２では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２と温度センサ１ｈとの接続が途切れて断線状態になったことを検出し、断線状態になるとパワー素子１ａのゲート電圧をクランプさせる指示信号を出すことでパワー素子１ａを保護する。断線検出無効化回路７３では、出力オープン状態を検出し、それが検出されたときには断線検出回路７２で断線検出されたとしてもそれを無効にする。
【００５６】
過熱検出回路７１は、定電流回路７１ａ、７１ｂ、コンパレータ７１ｃ、７１ｄ、分圧抵抗７１ｅ、７１ｆおよび過熱信号出力回路７１ｇを有した構成とされている。過熱検出回路７１では、定電流回路７１ａ、７１ｂから定電流を供給することで、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位が温度センサ１ｈを構成してる複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆとなるようにしている。複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆは、ダイオードの温度特性により、パワー素子１ａの温度に応じて変化することから、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位がパワー素子１ａの温度に応じた値となる。したがって、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位に基づいてパワー素子１ａの過熱状態を検出することができる。
【００５７】
具体的には、コンパレータ７１ｃ、７１ｄにて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位と駆動電圧ＶＣＣを分圧抵抗７１ｅ、７１ｆで分圧した分圧電位（以下、過熱検出閾値という）Ｖｔｈ１とを大小比較し、その結果を過熱信号出力回路７１ｇに出力する。複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆがパワー素子１ａの温度上昇に伴って低下していくことから、パワー素子１ａが過熱状態でない時には接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の入力電位が分圧抵抗７１ｅ、７１ｆが形成する過熱検出閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなる。このため、パワー素子１ａが過熱状態でない時にはコンパレータ７１ｃ、７１ｄの出力がハイレベルとなり、過熱状態になるとコンパレータ７１ｃ、７１ｄの出力がローレベルに切り替わる。したがって、過熱信号出力回路７１ｇでは、各コンパレータ７１ｃ、７１ｄのいずれかの出力がローレベルになると、それを検出してパワー素子１ａの少なくとも１つが過熱状態であると検出し、マイコンに対してパワー素子１ａの駆動を停止する指示信号を出力するか、もしくはゲートドライバ回路３を強制遮断することでパワー素子１ａをオフさせられるようにしている。例えば、過熱信号出力回路７１ｇは、アンド回路にて構成され、コンパレータ７１ｃ、７１ｄのいずれかの出力がローレベルになると指示信号としてローレベルを出力する構成とされている。
【００５８】
断線検出回路７２は、コンパレータ７２ａ、７２ｂ、分圧抵抗７２ｃ、７２ｄ、断線信号出力回路７２ｅとを有した構成とされている。断線検出回路７２では、過熱検出回路７１に備えられる定電流回路７１ａ、７１ｂからの定電流の供給に基づく接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位変化を利用して断線検出を行う。
【００５９】
具体的には、コンパレータ７２ａ、７２ｂにて接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位と駆動電圧ＶＣＣを分圧抵抗７２ｃ、７２ｄで分圧した分圧電位（以下、断線検出閾値という）Ｖｔｈ２とを大小比較し、その結果を断線信号出力回路７２ｄに出力する。分圧抵抗７２ｃ、７２ｄが形成する断線検出閾値Ｖｔｈ２は、温度センサ１ｈを構成する複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆよりも高く、かつ、駆動電圧ＶＣＣよりも小さな値とされている。
【００６０】
このため、断線状態でない時には、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位よりも分圧抵抗７２ｃ、７２ｄが形成する断線検出閾値Ｖｔｈ２の方が大きくなり、コンパレータ７２ａ、７２ｂからローレベルが出力される。そして、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２のいずれかにおいて断線状態になると、断線状態になった方の接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位が駆動電位ＶＣＣに上昇するため、コンパレータ７２ａ、７２ｂの出力がハイレベルになる。
【００６１】
したがって、断線信号出力回路７２ｅでは、各コンパレータ７２ａ、７２ｂのいずれかの出力がハイレベルになると、それを検出して温度センサ１ｈとの接続の少なくとも１つが断線状態であると検出し、断線状態であることを示す信号を出力する。例えば、断線信号出力回路７２ｅは、オア回路にて構成され、コンパレータ７２ａ、７２ｂのいずれかの出力がハイレベルになると断線状態を示す信号としてハイレベルを出力する構成とされている。
【００６２】
なお、図３では、温度検出回路７のうち次に説明する断線検出無効化回路７３の出力信号をクランプ断線制御回路５５に伝える配線のみ図示してあるが、過熱状態や断線検出の結果を示す信号についてはマイコンへ入力されるようにするか、ゲートドライバ回路３を強制遮断するための信号として、パワー素子１ａをオフさせるために用いている。
【００６３】
断線検出無効化回路７３は、ツェナーダイオード７３ａ、分圧抵抗７３ｂ、７３ｃ、トランジスタ７３ｄおよび抵抗７３ｅを有した構成とされている。ツェナーダイオード７３ａは、断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３を設定するものであり、接続端子ＯＨ２の電位が断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きくなるとツェナーダイオード７３ａのツェナー降伏電圧を超え、断線検出無効化回路７３を作動させる。断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３は、駆動電圧ＶＣＣよりも大きな値に設定される。
【００６４】
図４では、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２を各パワー素子１ａの温度センサ１ｈに接続した構成を例に挙げているが、駆動するパワー素子１ａの数が少なければ、接続端子ＯＨ２を温度センサ１ｈに接続せずに出力オープン状態にすることがある。このような場合、出力オープン状態とあれる接続端子ＯＨ２を例えばバッテリ電圧のように断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きな電位とされる場所に接続しておくことで、断線ではなく、出力オープン状態であることが区別できるようにしておく。
【００６５】
このような状態とすることで、接続端子ＯＨ２の電位が断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３よりも大きくなると、ツェナーダイオード７３ａのツェナー降伏電圧を超えるため、分圧抵抗７３ｂ、７３ｃによる分圧電位が発生させられる。これに基づいて、ベース電流が流れてトランジスタ７３ｄがオンさせられ、トランジスタ７３ｄがオフされていたときに対して、抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄとの間の電位が変化する。この抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄとの間の電位が断線検出無効化回路７３の出力電位とされ、断線信号出力回路７２ｅに伝えられる。具体的には、トランジスタ７３ｄがオフのときには抵抗７３ｅとトランジスタ７３ｄの間が駆動電位ＶＣＣとなるため、出力電位はハイレベルとなり、トランジスタ７３ｄがオンになると出力電位がローレベルとなる。この出力電位が断線検出無効化回路７３の出力信号として、クランプ回路５ａ〜５ｃに伝えられる。このため、クランプ回路５ａ〜５ｃでは、端子５５ｂに入力される信号がローレベルの場合には、クランプ端子１１ａ〜１１ｂの電位に基づいて断線検出が為されても断線無効とすることができる。
【００６６】
このようにして、温度検出回路７により、過熱検出および断線検出が行われる。また、接続端子ＯＨ２を温度センサ１ｈに接続せず温度検出に用いない場合には、接続端子ＯＨ２にバッテリ電圧などの大きな電圧が印加されるようにし、温度検出回路７が断線状態ではなく出力オープン状態であることを区別できるようにしている。
【００６７】
なお、上記したように、図４では、温度検出回路７ａ〜７ｃのうちの２つを備えたものを例に挙げて説明したが、実際には３つ備えた構成とされる。その場合、過熱検出回路７１に定電流回路７１ａ、７１ｂやコンパレータ７１ｃ、７１ｄと同様のものを更に１つずつ備えると共に、断線検出回路７２にコンパレータ７２ａ、７２ｂと同様のものを更に１つ備え、これらが３つ目の接続端子ＯＨ３（図示せず）を通じて温度センサ１ｈに接続されるようにすればよい。また、この場合の断線検出無効化回路７３については、複数の温度検出回路７ａ〜７ｃに備えられる接続端子ＯＨ１〜ＯＨ３のうち温度センサ１ｈに接続されない端子に接続されていれば良い。
【００６８】
図５は、各種電圧や閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３の大小関係をまとめたタイミングチャートである。この図では、パワー素子１ａの温度が過熱状態では無い温度Ｔ１（例えば室温）から徐々に上昇して過熱状態と想定される温度Ｔｔｈを超えて温度Ｔ２に至った時の様子を示してある。
【００６９】
この図に示されるように、パワー素子１ａが過熱状態では無い温度Ｔ１のときには、温度センサ１ｈを構成する複数のダイオードの順方向電圧Ｖｆが大きいため、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位は例えば電位Ｖ１となる。そして、パワー素子１ａの温度が過熱状態の温度Ｔｔｈ以上の温度Ｔ２に至ると、接続端子ＯＨ１、ＯＨ２の電位は例えば電位Ｖ２となる。
【００７０】
これらの電位Ｖ１、電位Ｖ２を基準として過熱検出閾値Ｖｔｈ１や断線検出閾値Ｖｔｈ２および断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３が設定されている。すなわち、過熱検出閾値Ｖｔｈ１は過熱状態と想定される温度Ｔｔｈの際の温度センサ１ｈの出力端子１ｆの出力電位に設定され、温度センサ１ｈから出力可能な電圧範囲内、つまり電位Ｖ１より小さく、かつ、電位Ｖ２よりも大きな値となる。断線検出閾値Ｖｔｈ２は温度センサ１ｈから出力可能な電圧範囲外の電位であって、電位Ｖ１よりも大きく、かつ、駆動電圧ＶＣＣよりも小さく設定されている。断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３は、断線検出閾値Ｖｔｈ２および駆動電圧ＶＣＣよりも大きく、かつ、接続端子ＯＨ２が出力オープン状態の際に印加される電圧（ここではバッテリ電圧ＶＢ）よりも小さくされている。
【００７１】
このように各閾値Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３が設定されることにより、温度検出回路７にて、過熱状態や断線状態を検出することができると共に、複数の温度検出回路７ａ〜７ｃの一部が使用されないときに出力オープン状態とされた際にも、誤って断線状態であると検出されないようにすることができる。
【００７２】
以上のようにして、本実施形態にかかる負荷駆動装置が構成されている。次に、このように構成された負荷駆動装置の状態判定、つまり通常状態と断線状態もしくは断線無効状態のいずれであるかの状態判定方法について説明する。状態判定は、入力端子８に入力されるＩＮ信号をハイレベルとしてゲートオフ回路４をオン、ゲートドライバ回路３をオフにしてパワー素子１ａをオフにする際に行われる。この際には、通常であれば、パワー素子１ａのゲート電圧がローレベルになるため、基準電圧ＶＲＥＦ２の方がクランプ端子１１の電位よりも大きくなり、クランプ断線制御回路５５の端子５５ａにはローレベルが入力されることになる。これを前提として、パワー素子１ａのゲートから端子１０の間における断線検出を行う。図６および図７を参照して、負荷駆動装置の状態判定方法について説明する。
【００７３】
上述したように、クランプ断線制御回路５５は、各端子５５ａ〜５５ｃに入力される比較器５６の出力、温度検出回路７の出力および入力端子８からのＩＮ信号の論理演算に基づいて、クランプ端子１１が断線しているのか、出力オープン状態であるのかを判別している。
【００７４】
図６は、クランプ断線制御回路５５での論理判定を示した真理値表である。この図を参照して、クランプ断線制御回路５５の各端子５５ａ〜５５ｃに入力される信号のレベルに基づく具体的な論理演算および状態判定方法について説明する。
【００７５】
マイコンからのＩＮ信号がクランプ断線制御回路５５の端子５５ｃに入力され、パワー素子１ａをオンさせるときにはローレベル（Ｌ）が入力されており、パワー素子１ａをオフさせるときにはハイレベル（Ｈ）が入力される。したがって、端子５５ｃがハイレベルの際に状態判定を行うようにしている。
【００７６】
パワー素子１ａがオフされている際、もしくは、クランプ制御回路５１がオンされてパワー素子１ａのゲート電圧がクランプ電圧に制御されているクランプ状態の際には、クランプ端子１１の電位よりも基準電圧ＶＲＥＦ２の方が大きくなる。このため、コンパレータ５６の出力がローレベルとなり、端子５５ａの電位はローレベルとなる。これに対して、パワー素子１ａのゲートからクランプ回路５ａ〜５ｃの間において断線が生じているときには、パワー素子１ａのゲートからの電流経路が消失し、クランプ端子１１の電位よりも基準電圧ＶＲＥＦ２の方が小さくなる。この場合には、コンパレータ５６の出力がハイレベルとなり、端子５５ａの電位はハイレベルとなる。
【００７７】
したがって、端子５５ａの電位レベルは、パワー素子１ａがオフもしくはゲート電圧がクランプされているか否かを表していると共に、断線しているか否かも表すことになる。つまり、端子５５ａの電位がローレベルであれば断線は発生しておらず通常状態であり、ハイレベルであれば断線が発生している可能性があることを示している。
【００７８】
一方、温度検出回路７での断線検出無効化回路７３の出力もクランプ断線制御回路５５の端子５５ｂに入力される。端子５５ｂの電位は、温度検出回路７が温度センサ１ｈに接続されていない未使用、つまり出力オープン状態とされている場合であればローレベル、温度検出回路７が使用されている状態であればハイレベルとなる。したがって、端子５５ａの電位がハイレベルであったとしても、端子５５ｂの電位がローレベルであれば、断線ではなくクランプ回路５が未使用の状態であることを意味している。
【００７９】
したがって、図６に示すように、端子５５ｃがハイレベルの際に状態検出をすることを前提とし、端子５５ａ、５５ｂの電位レベルに基づいて断線検出が行われる。すなわち、端子５５ｃがハイレベルかつ端子５５ａがローレベルの際には、端子５５ｂがハイレベルとローレベルいずれの場合にも通常状態と判定される。また、端子５５ｃがハイレベルかつ端子５５ａがハイレベルの際には、端子５５ｂの電位がハイレベルであれば断線状態と判定され、端子５５ｂの電位がローレベルであれば断線無効状態と判定される。これにより、状態判定を行うことが可能となる。なお、端子５５ｃがローレベルの際には、他の端子５５ａ、５５ｂの電位レベルは不定状態となるため、他の端子５５ａ、５５ｂの電位レベルにかかわらず通常状態と判定される。
【００８０】
そして、このような状態判定の結果に基づいて、断線出力端子１８から断線状態と判定されたときにローレベル、通常状態もしくは断線無効状態と判定されたときにハイレベルを出力することで、マイコンに正確に断線状態を伝えることが可能となる。
【００８１】
図７は、複数の温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位レベルとクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルおよび状態判定の関係をまとめた真理値表である。上記した図６では、１つのクランプ回路５内におけるクランプ断線制御回路５５の動作について説明したが、ここでは３つのクランプ回路５ａ〜５ｃが各温度検出端子１４ａ〜１４ｃとクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルに対応してどのような状態判定結果を出すか説明する。なお、少なくとも１つはパワー素子１ａの駆動にためにクランプ回路５が使用されることになるため、ここではクランプ回路５ａが使用されている場合を例に挙げて説明する。
【００８２】
入力端子８に入力されるＩＮ信号の電位がハイレベル、つまり端子５５ｃの電位がハイレベルの際に状態検出が行われる。クランプ回路５ａについては使用していることから、温度検出端子１４ａは実使用電圧であるハイレベルで、断線無効電圧のローレベルではない状態になっている。このとき、温度検出端子１４ｂ、１４ｃが共にハイレベルの場合には、クランプ回路５ｂ、５ｃが使用されていることを意味している。このため、クランプ端子１１ａ〜１１ｃのいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定され、クランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位がすべてローレベルであれば通常状態であると判定される。
【００８３】
また、温度検出端子１４ｂがハイレベルで温度検出端子１４ｃがローレベルの場合には、クランプ回路５ｂが使用されていてクランプ回路５ｃは未使用であることを意味している。このため、クランプ回路５ｃについてはクランプ端子１１ｃの電位にかかわらず断線無効と判定され、クランプ回路５ａ、５ｂについてはクランプ端子１１ａ、１１ｂのうちいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定される。
【００８４】
同様に、温度検出端子１４ｂがローレベルで温度検出端子１４ｃがハイレベルの場合には、クランプ回路５ｂが未使用でクランプ回路５ｃは使用されていることを意味している。このため、クランプ回路５ｂについてはクランプ端子１１ｂの電位にかかわらず断線無効と判定される。また、温度検出端子１４ｂがローレベルで温度検出端子１４ｃがハイレベルの場合において、クランプ端子１１ａ、１１ｃのいずれか１端子でも電位がハイレベルになっていれば断線状態と判定される。
【００８５】
さらに、温度検出端子１４ｂ、１４ｃが共にローレベルの場合には、クランプ回路５ｂ、５ｃが未使用であることを意味しているため、クランプ回路５ｂ、５ｃについてはクランプ端子１１ｂ、１１ｃの電位にかかわらず断線無効と判定される。この場合はクランプ端子１１ａの電位に基づく状態判定のみが行われ、クランプ端子１１ａの電位がハイレベルになっていれば断線状態であると判定される。
【００８６】
なお、入力端子８がローレベルの際には、温度検出端子１４ａ〜１４ｃおよびクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位レベルは不定状態となるため、これら各端子の電位レベルにかかわらず通常状態と判定される。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態では、温度センサ１ｈの出力が入力される温度検出端子１４ａ〜１４ｃを利用し、クランプ回路５ａ〜５ｃや温度検出回路７ａ〜７ｃの一部がパワーモジュール１に接続されないときには温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に基づいて温度センサ１ｈが接続されていない断線無効状態を検出する。例えば、温度検出端子１４ａ〜１４ｃのうち温度センサ１ｈに接続されない端子に断線検出無効化閾値Ｖｔｈ３以上の電圧を印加することで、温度検出端子１４ａ〜１４ｃが温度センサ１ｈに接続されていないことを検出する。このようにすることで、クランプ回路５ａ〜５ｃに接続されるクランプ端子１１ａ〜１１ｃの電位に基づいて断線検出を行う際に、断線状態なのか断線無効状態なのかを温度検出端子１４ａ〜１４ｃの電位に応じて判定しておくことができる。したがって、クランプ端子１１ａ〜１１ｃが断線状態なのか、出力オープン状態なのかを正確に判定することが可能となる。
【００８８】
よって、クランプ回路５ａ〜５ｃの数よりも少ない数のパワー素子１ａしか駆動しない形態とされる場合において、クランプ回路５ａ〜５ｃが未使用状態なのか断線状態なのかを判別することが可能となる。
【００８９】
（他の実施形態）
上記実施形態では、パワーモジュール１やパワーモジュール制御ＩＣ２の回路構成例を示したが、これらは回路構成の一例を示したのであって、他の回路構成とされていても構わない。例えば、パワー素子１ａの個数やクランプ回路５ａ〜５ｃおよび温度検出回路７ａ〜７ｃの個数については任意に設定でき、クランプ回路５ａ〜５ｃおよび温度検出回路７ａ〜７ｃの個数よりも駆動されるパワー素子１ａの個数の方が少ない場合において、本発明を適用することができる。
【００９０】
また、上記実施形態では、クランプ断線制御回路５５をクランプ回路５ａ〜５ｃ内に備えた場合について説明したが、クランプ断線制御回路５５をクランプ回路５ａ〜５ｃとは別構成としても良い。さらに、クランプ断線制御回路５５をパワーモジュール制御ＩＣ２内に備えたが、別に備えるようにしても良い。ただし、パワー素子１ａの駆動に用いられるパワーモジュール制御ＩＣ２に備えることで、パワーモジュール制御ＩＣ２に備えられる各回路と共に集約できるため、周辺回路の構成を容易にできる。
【００９１】
さらに、上記実施形態では、クランプ断線制御回路５５をロジック回路にて構成し、それをＣＭＯＳロジックにて構成する場合について説明したが、ＣＭＯＳロジック以外のロジックにて構成することもできる。ただし、構成が簡素なＣＭＯＳロジックとすれば、チップ面積の縮小を図ることが可能になる。
【００９２】
また、上記実施形態では、パワーモジュール制御ＩＣ２をバイポーラトランジスタやＣＭＯＳおよびＤＭＯＳを複合した半導体素子回路によって構成している。このような構成とすれば、アナログ回路とデジタル回路をすべて１チップに構成することが可能となるため、これらを別チップで構成しなければならない場合と比較して、より装置の簡素化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１ パワーモジュール
１ａ パワー素子
１ｆ 出力端子
１ｈ 温度センサ
２ パワーモジュール制御ＩＣ
３ ゲートドライバ回路
４ ゲートオフ回路
５ クランプ回路
６ 電流検出回路
７ 温度検出回路
８ 入力端子
９ オン出力端子
１０ オフ出力端子
１１ クランプ端子
１２ 基準電位端子
１３ 電流検出端子
１４ 温度検出端子
１５ 電源端子
１７ 電源
１８ 断線出力端子
５１ クランプ制御回路
５５ クランプ断線制御回路
７０ レギュレータ
７１ 過熱検出回路
７２ 断線検出回路
７３ 断線検出無効化回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷への電流供給を行う電源ライン（Ｌ）に備えられ、制御端子（１ｂ）へのゲート電圧の印加に伴って前記電源ライン（Ｌ）に接続される電源供給端子（１ｂ）と基準電位端子（１ｄ）との間のオンオフを制御することで前記負荷への電流供給を制御するパワー素子（１ａ）と、
前記パワー素子（１ａ）の温度に応じた出力を発生させる出力端子（１ｆ）と基準電位端子（１ｇ）を備えた温度センサ（１ｈ）と、
前記制御端子（１ｂ）へのゲート電圧の印加を行うことで前記パワー素子（１ａ）をオンするゲートドライバ回路（３）と、
前記制御端子（１ｂ）からの電荷の引抜きを行うことで前記パワー素子（１ａ）をオフするゲートオフ回路（４）と、
前記ゲート電圧を所定のクランプ電圧にクランプする複数のクランプ回路（５ａ〜５ｃ）と、
前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）の数と対応して備えられ、前記温度センサ（１ｈ）の出力に基づいて前記パワー素子（１ａ）の温度を検出する温度検出回路（７ａ〜７ｃ）と、を備え、
前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の数よりも前記パワー素子（１ａ）の数の方が少なく、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の一部が未使用とされる負荷駆動装置であって、
前記制御端子（１ｂ）の電位が入力されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて、クランプ状態であることや前記制御端子（１ｂ）から前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態を検出するクランプ断線制御回路（５５）を有し、
前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）は、前記温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）に接続される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいて前記パワー素子（１ａ）の過熱状態を検出する過熱検出回路（７１）と、前記温度センサ（１ｈ）と前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の間の断線状態を検出する断線検出回路（７２）と、前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に前記温度センサ（１ｈ）が接続されない断線無効状態を検出する断線検出無効化回路（７３）とを有し、前記断線無効状態が検出されるとその旨を示す信号を前記クランプ断線制御回路（５５）に出力するように構成され、
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の前記断線検出無効化回路（７３）が前記断線無効状態を検出したときに出力する信号を入力し、該信号が入力されると前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態ではなく、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記ゲートドライバ回路（３）と前記ゲートオフ回路（４）のオンオフを制御する制御信号（８）と、前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の出力と前記クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて前記クランプ状態か前記断線状態もしくは前記断線無効状態であることの判定を行い、前記制御信号にて前記ゲートオフ回路（４）がオンされているときに前記断線検出無効化回路（７３）から前記断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されると、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）では、前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位が前記温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外であると、前記断線検出無効化回路（７３）にて前記断線無効状態と検出し、その旨を示す信号を前記クランプ断線制御回路（５５）に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）に備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記ゲートドライバ回路（３）、前記ゲートオフ回路（４）、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記電流検出回路（７ａ〜７ｃ）は、前記パワー素子（１ａ）を制御する制御ＩＣ（２）に備えられており、前記クランプ断線制御回路（５５）も前記制御ＩＣ（２）に備えられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、ＣＭＯＳロジックにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記制御ＩＣ（２）は、バイポーラトランジスタ、ＣＭＯＳおよびＤＭＯＳが複合された半導体素子回路によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項１】
負荷への電流供給を行う電源ライン（Ｌ）に備えられ、制御端子（１ｂ）へのゲート電圧の印加に伴って前記電源ライン（Ｌ）に接続される電源供給端子（１ｂ）と基準電位端子（１ｄ）との間のオンオフを制御することで前記負荷への電流供給を制御するパワー素子（１ａ）と、
前記パワー素子（１ａ）の温度に応じた出力を発生させる出力端子（１ｆ）と基準電位端子（１ｇ）を備えた温度センサ（１ｈ）と、
前記制御端子（１ｂ）へのゲート電圧の印加を行うことで前記パワー素子（１ａ）をオンするゲートドライバ回路（３）と、
前記制御端子（１ｂ）からの電荷の引抜きを行うことで前記パワー素子（１ａ）をオフするゲートオフ回路（４）と、
前記ゲート電圧を所定のクランプ電圧にクランプする複数のクランプ回路（５ａ〜５ｃ）と、
前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）の数と対応して備えられ、前記温度センサ（１ｈ）の出力に基づいて前記パワー素子（１ａ）の温度を検出する温度検出回路（７ａ〜７ｃ）と、を備え、
前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の数よりも前記パワー素子（１ａ）の数の方が少なく、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の一部が未使用とされる負荷駆動装置であって、
前記制御端子（１ｂ）の電位が入力されるクランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて、クランプ状態であることや前記制御端子（１ｂ）から前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態を検出するクランプ断線制御回路（５５）を有し、
前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）は、前記温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）に接続される温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位に基づいて前記パワー素子（１ａ）の過熱状態を検出する過熱検出回路（７１）と、前記温度センサ（１ｈ）と前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の間の断線状態を検出する断線検出回路（７２）と、前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）に前記温度センサ（１ｈ）が接続されない断線無効状態を検出する断線検出無効化回路（７３）とを有し、前記断線無効状態が検出されるとその旨を示す信号を前記クランプ断線制御回路（５５）に出力するように構成され、
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の前記断線検出無効化回路（７３）が前記断線無効状態を検出したときに出力する信号を入力し、該信号が入力されると前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）を通じる経路の断線状態ではなく、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記ゲートドライバ回路（３）と前記ゲートオフ回路（４）のオンオフを制御する制御信号（８）と、前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）の出力と前記クランプ端子（１１ａ〜１１ｃ）の電位に基づいて前記クランプ状態か前記断線状態もしくは前記断線無効状態であることの判定を行い、前記制御信号にて前記ゲートオフ回路（４）がオンされているときに前記断線検出無効化回路（７３）から前記断線無効状態を検出したときに出力する信号が入力されると、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）が断線無効状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記温度検出回路（７ａ〜７ｃ）では、前記温度検出端子（１４ａ〜１４ｃ）の電位が前記温度センサ（１ｈ）の出力端子（１ｆ）から出力される電圧範囲外であると、前記断線検出無効化回路（７３）にて前記断線無効状態と検出し、その旨を示す信号を前記クランプ断線制御回路（５５）に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）に備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記ゲートドライバ回路（３）、前記ゲートオフ回路（４）、前記クランプ回路（５ａ〜５ｃ）および前記電流検出回路（７ａ〜７ｃ）は、前記パワー素子（１ａ）を制御する制御ＩＣ（２）に備えられており、前記クランプ断線制御回路（５５）も前記制御ＩＣ（２）に備えられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記クランプ断線制御回路（５５）は、ＣＭＯＳロジックにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記制御ＩＣ（２）は、バイポーラトランジスタ、ＣＭＯＳおよびＤＭＯＳが複合された半導体素子回路によって構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の負荷駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２２７２４（Ｐ２０１２−２２２７２４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８９６３（Ｐ２０１１−８８９６３）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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