CN104638893A - 电力供应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电力供应装置，该电力供应装置包括能够将由于产生在电感性负载上的反电动势而引起的负电压浪涌有效地钳位在低的钳位电压的钳位电路。所述电力供应装置包括：输出用半导体元件，设置在电源线和输出端子之间，该输出用半导体元件被开关驱动以向连接到所述输出端子的电感性负载供应电力；钳位电路，以所述输出用半导体元件的动作基准电压为基准钳位由于反电动势而施加在所述电源线和输出端子之间的电压，其中，所述反电动势在所述输出用半导体元件截止时产生在所述电感性负载上。

Description

电力供应装置
技术领域
本发明涉及向电动机等的电感性负载供应电力的电力供应装置。
背景技术
图10是现有的代表性电力供应装置1的概要结构图。该电力供应装置1包括位于电源线VCC和输出端子OUT之间的输出用半导体元件Q1，电源线VCC供应有来自电源BAT的正的电源电压Vcc，输出端子OUT与电动机等的电感性负载RL连接。同时，该输出用半导体元件Q1由能够开关大功率的诸如功率MOSFET或IGBT等的绝缘栅型半导体元件构成。
所述输出用半导体元件Q1通过设置在实现为例如集成电路的控制电路2中的驱动电路3来控制栅极电压，以使输出用半导体元件Q1开关驱动，从而控制供应到所述电感性负载RL的电力。所述控制电路2向逻辑电路4输入从例如微型计算机MC提供给输入端子IN的控制信号，从而在该逻辑电路4中生成关于所述输出用半导体元件Q1的栅极控制信号。
这里，所述逻辑电路4接收监视所述电源电压Vcc的过电压检测电路5、监视所述输出端子OUT的电压的负载开放检测电路6以及过电流检测电路7的各个输出以控制所述栅极控制信号的生成。所述过电流检测电路7被构造为根据电流检测用半导体元件Q2的输出监测所述输出用半导体元件Q1中流过的电流，电流检测用半导体元件Q2与所述输出用半导体元件Q1并排设置并且由例如MOSFET构成。另外，8是设置在所述控制电路2中并且从所述电源电压Vcc生成该控制电路2的动作所需要的内部电源的内部电源电路。
所述控制电路2将在所述逻辑电路4中生成的所述栅极控制信号通过所述驱动电路3电平位移后施加在所述输出用半导体元件Q1上，由此使所述输出用半导体元件Q1开关驱动。进一步，所述栅极控制信号也施加到所述电流检测用半导体元件Q2的栅极。据此所述输出用半导体元件Q1和所述电流检测用半导体元件Q2相互连动而进行导通/截止动作。
当所述输出用半导体元件Q1截止时，由于该电感性负载RL的电感成分而在所述电感性负载RL上发生反电动势。然后因该反电动势而引起的负电压浪涌(surge)施加在所述输出端子OUT上。而且，一旦该负电压浪涌超过了所述输出用半导体元件Q1的破坏耐压，那么该输出用半导体元件Q1击穿。则由于流动在所述输出用半导体元件Q1中的击穿电流而导致所述输出用半导体元件Q1劣化，进而输出用半导体元件Q1可能会热损坏。
为了预先防止这样的问题，例如，如图10中所示，将钳位电路9设置在供应有所述电源电压Vcc的电源线VCC和所述输出用半导体元件Q1的栅极之间。该钳位电路9由例如齐纳二极管ZD和二极管D串联连接而构成，并且该钳位电路9以所述电源电压Vcc为基准钳位施加在所述输出电子OUT上的负电压浪涌。关于以此方式钳位从所述电感性负载RL施加的负电压浪涌以保护所述输出用半导体元件Q1的钳位电路9已经通过例如专利文献1、2、3等被详细地描述。
而且，当所述负电压浪涌引起所述钳位电路9动作时，所述输出用半导体元件Q1的漏极、源极间的电压成为所述钳位电路9的钳位电压和所述输出用半导体元件Q1的阈值电压相加的值，例如在专利文献1的段落【0007】中所公开的那样。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-28747号公报
专利文献2：日本特开2006-148323号公报
专利文献3：日本特开2009-130949号公报
发明内容
技术问题
假设所述输出用半导体元件Q1以最大额定值执行开关动作，则在如上所述的以所述电源电压Vcc为基准钳位负电压浪涌的情况下，所述钳位电路9需要具有所述输出用半导体元件Q1的最大额定值左右的钳位电压。这样高的钳位电压旨在防止抑制浪涌(damp surge)引起的所述输出用半导体元件Q1错误的导通动作。在此，抑制浪涌是例如在电力供应装置1适用于汽车的情况下，电源BAT的端子从汽车的交流发电机分离时施加在所述电力供应装置1的电源线VCC上的正电压的浪涌。
例如，当所述输出用半导体元件Q1的最大额定值为50V时，构成所述钳位电路9的二极管需要50V左右的钳位电压(耐压)。因此，如图11所示，当通过所述钳位电路9设定的钳位电压以所述电源电压Vcc为基准设定为50V时，如果忽略所述输出用半导体元件Q1的阈值电压，则施加在例如获得输出电压Vout的所述输出端子OUT上的负电压浪涌可以钳位在-38V。
进一步，图11示出在所述输出用半导体元件Q1导通时获得12V的输出电压Vout的电力供应装置1中，所述输出用半导体元件Q1的输出电流Iout和所述输出端子OUT的电压Vout之间的关系。在这种情况下，如果构成所述钳位电路9的齐纳二极管ZD和二极管D的特性的偏差为例如10％，则所述钳位电压可以在45V至55V范围内变化。而且，当钳位电压高时，所述钳位电路9的钳位动作时的钳位容量(后面将描述)变小。因此，对构成所述输出用半导体元件Q1和/或钳位电路9的二极管的特性要求比较严格，因此，对成本产生不利的影响。
考虑到这些问题，本发明的目的在于提供一种具有能够将产生在电感性负载的反电动势所引起的负电压浪涌有效地钳位在低的钳位电压的钳位电路的电力供应装置。
技术手段
为了实现上述目的，根据本发明的电力供应装置包括：输出用半导体元件，设置在电源线和输出端子之间，该输出用半导体元件被开关驱动以向连接到所述输出端子的电感性负载供应电力，例如，能够开关大功率；钳位电路，以所述输出用半导体元件的动作基准电压为基准，钳位当所述输出用半导体元件截止时由于产生在所述电感性负载上的反电动势而施加在所述电源线和输出端子之间的电压。
而且，所述输出用半导体元件由例如功率MOSFET或IGBT等的绝缘栅型半导体元件构成。
优选地，所述钳位电路包括：开关用半导体元件，例如由MOSFET构成，并且通过用来防止逆电流的二极管连接在作为所述输出用半导体元件的所述功率MOSFET或IGBT的栅极和所述电源线之间；动作电压设定用二极管，以所述绝缘栅型半导体元件的动作基准电压为基准，确定所述开关用半导体元件的导通动作电压。
另外，优选地，所述钳位电路还可以包括：电阻，将所述绝缘栅型半导体元件的栅极电压下拉到所述输出端子的电压；逆流保护用二极管，防止电流通过所述电阻逆流。
优选地，所述钳位电路还可以包括：第一控制用半导体元件，在所述电源线变为低电压时将所述开关用半导体元件从所述电源线断开；第二控制用半导体元件，代替所述开关用半导体元件，通过钳位电压设定用二极管连接在所述绝缘栅型半导体元件的栅极和所述电源线之间。
而且，所述第二控制用半导体元件在所述电源线变为低电压时，以所述电源线的电压为基准，将施加在所述电源线和输出端子之间的电压钳位在通过所述钳位电压设定用二极管设定的电压。
这里，优选地，所述输出用半导体元件为n沟道型功率MOSFET或IGBT，并且当所述开关用半导体元件为n沟道型MOSFET时，互补地导通/截止的p沟道型MOSFET用作所述第一控制用半导体元件和所述第二控制用半导体元件。
另外，理想的是当所述输出用半导体元件由在其栅极上通过栅极电阻施加控制电压以进行导通/截止动作，从而开关大功率的绝缘栅型半导体元件构成时，包括当截止时，释放蓄积在所述绝缘栅型半导体元件的栅极上的电荷的放电电路。这种情况下，所述钳位电路可以由二极管构成，并且该二极管设置在限定所述绝缘栅型半导体元件的动作基准电压的接地线和所述绝缘栅型半导体元件的栅极之间以钳位所述绝缘栅型半导体元件的栅极电压。
技术效果
上述结构的电力供应装置构造为包括以开关驱动的输出用半导体元件的动作基准电压为基准，对施加在所述电源线和输出端子之间的由于产生在电感性负载上的反电动势而引起的电压，即，负电压浪涌进行钳位动作的钳位电路。换言之，现有的这种钳位电路被专门构造为以电源电压Vcc为基准钳位所述负电压浪涌。与此相反，本发明的钳位电路被构造为以作为所述输出用半导体元件的动作基准电压的接地电位为基准钳位所述负电压浪涌。
因此，从电感性负载施加在输出端子上的负电压浪涌可以以所述接地电位为基准进行钳位，从而可以通过所述钳位电路将钳位动作的钳位电压设定为较低的电压，例如5V左右。结果，能够充分地提高所述钳位电路的钳位容量。并且也能够抑制由于构成钳位电路的元件的特性偏差而引起的钳位电压的偏差。进一步，即使抑制浪涌施加在所述电源线上，由于所述钳位电路仅是以接地电位为基准执行钳位动作，因此具有不会出现上述抑制浪涌引起的误动作等的好处。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的电力供应装置的主要部分的概要结构图。
图2是示出关于在图1示出的电力供应装置中的钳位电路的负电压浪涌的钳位动作的波形图。
图3是示出钳位电压和钳位容量之间的关系的图。
图4是示出钳位电压和钳位动作波形的图。
图5是根据本发明的第二实施方式的电力供应装置的主要部分的概要结构图。
图6是根据本发明的第三实施方式的电力供应装置的主要部分的概要结构图。
图7是示出关于在图6中示出的电力供应装置中的钳位电路的负电压浪涌的钳位动作的波形图。
图8是示出在图6中示出的电力供应装置反向连接到电源的情况下的动作的图。
图9是示出电源反向连接时关于输出用半导体元件的栅极电压的负载特性的图。
图10是现有的电力供应装置的主要部分的概要结构图。
图11是示出关于在图10中示出的现有的电力供应装置中的钳位电路的负电压浪涌的钳位动作的波形图。
【符号说明】
10、20、30：电力供应装置
11：输出用半导体元件(功率MOSFET；MOS)
12：控制电路
13：放电控制用半导体元件(MOSFET；NM2)
14：开关用半导体元件(MOSFET；NM1)
15、16：钳位电路
21：第一控制用半导体元件(MOSFET；PM1)
22：第二控制用半导体元件(MOSFET；PM2)
23：低电压检测电路
24：反转电路
D1、D2、D3、D4、D5：二极管
D6：齐纳二极管
R1、R2、R3、R4：电阻
RL：电感性负载
BAT：电源
具体实施方式
以下，将参照附图来描述根据本发明实施方式的电力供应装置。
图1是根据本发明第一实施方式的电力供应装置10的主要部分的概要结构图，11是设置在提供有来自电源BAT的例如12V的正的电源电压Vcc的电源线VCC和输出端子OUT之间以进行开关驱动的输出用半导体元件。该输出用半导体元件11由能够开关大功率的例如n沟道型功率MOSFET或IGBT的绝缘栅型半导体元件构成，优选为由沟槽栅型MOSFET构成。
所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极接收由控制电路12产生并且从其输出端子CP输出的栅极控制电压以执行开关动作，从而控制输出到所述输出端子OUT的电流，其中，控制电路12构造为与在10中示出的现有的电力供应装置1基本相同的集成电路。另外，由功率MOSFET构成的所述输出用半导体元件11设置为其漏极连接到所述电源线VCC，同时其源极连接到所述输出端子OUT，其栅极通过串联的电阻R1、R3接收所述栅极控制电压以执行导通/截止动作。电感性负载RL(例如，电动机)插入在所述输出端子OUT和所述电源BAT的负极线(接地线)之间。
放电控制用半导体元件13通过电阻R2设置在所述电阻R1、R3的连接点和所述输出端子OUT之间。该放电控制用半导体元件13由n沟道型MOSFET(NM2)构成，并且受所述控制电路12的控制驱动为导通/截止。所述放电控制用半导体元件13通过与所述输出用半导体元件(MOS)11互补地驱动为导通/截止，从而在所述输出用半导体元件11截止时所述放电控制用半导体元件13可以释放蓄积在该输出用半导体元件11的栅极上的电荷。另外，二极管D5设置在所述放电控制用半导体元件13的源极和所述输出端子OUT之间以防止电流从所述输出端子OUT逆流。
另一方面，由n沟道型MOSFET(NM1)构成的开关用半导体元件14通过两个二极管D3、D4设置在所述输出用半导体元件11的栅极和提供有所述正的电源电压Vcc的所述电源线VCC之间。另外，所述二极管D3、D4串联插入在所述开关用半导体元件14的源极和所述输出用半导体元件11的栅极之间。所述开关用半导体元件14的栅极通过二极管D1连接到所述控制电路12的接地线IC-GND。该接地线IC-GND设定为限定所述控制电路12和所述输出用半导体元件11的动作基准电压的接地电位，具体地讲，为所述电源BAT的负极线的电位。
另外，所述开关用半导体元件14的栅极通过电阻R4连接到所述输出端子OUT以使栅极下拉，从而确保所述开关用半导体元件14的栅极电位。二极管D2插入在所述电阻R4和所述输出端子OUT之间以防止电流逆流到所述开关用半导体元件14的栅极。所述电阻R4例如由200kΩ左右的电阻构成。所述开关用半导体元件14和所述二极管D1、D2、D3、D4构成以所述接地电位为基准，钳位施加到所述输出电子OUT的负电压浪涌的钳位电路15。
根据如上所述而构成的所述钳位电路15，当负电压浪涌施加在所述输出端子OUT上时，以所述接地电位(0V)为基准，从所述二极管D1经过所述开关用半导体元件(NM1)14确定所述二极管D3的阳极电位。进一步从二极管D3、D4经过所述输出用半导体元件(MOS)11确定所述输出端子OUT的电位。于是，以作为所述接地线IC-GND的电位的接地电位(0V)为基准，将施加在所述输出端子OUT上的负电压浪涌钳位在根据所述二极管D1、D3、D4的各正向下降电压Vf与所述输出用半导体元件11和所述开关用半导体元件14的各动作阈值电压Vth而电压下降的电压。
换言之，以所述接地线IC-GND的接地电位(0V)为基准，将施加在所述输出端子OUT上的负电压浪涌钳位在根据所述二极管D1、D3、D4的各正向下降电压Vf与所述输出用半导体元件11和所述开关用半导体元件14的动作阈值电压Vth而限定的3×Vf+2×Vth的负电压。因此，如果所述二极管D1、D3、D4的正向下降电压Vf为0.6V，构成所述输出用半导体元件11和开关用半导体元件14的MOSFET的动作阈值电压Vth为1.8V，则通过所述钳位电路15设定的钳位电压大约为-5.4V。
即，如图2所示，以所述接地电位(0V)为基准，使由所述电感性负载RL的反电动势引起并施加在所述输出端子OUT上的负电压浪涌钳位在通过所述钳位电路15设定的大约-5.4V的钳位电压。因此，将构成所述钳位电路15的元件，尤其是所述开关用半导体元件(NM1)14和所述二极管D3、D4的耐压设定为12V的电源电压Vcc与所述5.4V的钳位电压之和，即，大约17.4V左右即可。
进一步，根据本发明的实施方式，不会出现由于前述的抑制浪涌而导致钳位电路错误地导通所述输出用半导体元件11的动作。因此，不需要像现有技术一样将所述钳位电路15耐压设定在与所述输出用半导体元件11的最大额定值同等的程度。因此，通过使用低耐压的所述钳位电路15，能够有效地保护所述输出用半导体元件11免受所述电感性负载RL的反电动势引起的负电压浪涌的影响。
并且，在这种情况下，即使形成所述钳位电路15的所述各二极管D1、D3、D4的各正向下降电压Vf与所述输出用半导体元件11和所述开关用半导体元件14的动作阈值电压Vth具有10％的偏差，所述钳位电压也能够保持在大约4.9V至大约5.9V左右的范围。即，能够将所述钳位电压的设定误差抑制在±0.5V左右。因此，钳位电压的设定误差能够减少到现有的电力供应装置10(在图10中示出)的大约±5V误差的大约1/10。
通过所述钳位电路15执行的钳位动作的钳位容量，即，所述输出用半导体元件11因钳位动作而必须处理的总能量很大程度上依赖于钳位电压(例如图3所示)，钳位电压越高，则钳位容量越低。因此，与以电源电压Vcc为基准设定钳位电压的现有的钳位电路9相比较，根据本发明的以接地电压为基准设定钳位电压的所述钳位电路15能够将对于负电压浪涌的钳位电压设定在例如17.4V左右，这与所述输出用半导体元件11的最大额定值相比大幅度降低。因此，如在图4中示出的钳位时的动作波形，对应于所设定的钳位电压的下降程度，能够更长时间地吸收蓄积在所述电感性负载RL上的能量，从而能够提高可处理的总能量。因此，如图3所示，对应于所设定的钳位电压的下降程度，能够提高钳位容量。
另外，在图1中示出的电力供应电路10中，当钳位负电压浪涌时，少量电流从所述接地线IC-GND经过电阻R4流向输出端子OUT，由此确保了所述二极管D1的正向下降电压Vf。但是即使在正常动作时，电流也经过所述电阻R4流向所述输出端子OUT。因此，优选的是将所述电阻R4设定为大的电阻值，并且根据需要通过所述二极管D2确保所述接地线IC-GND和所述输出端子OUT之间的耐压。
关于所述钳位电压，例如可以通过改变串联插入在所述开关用半导体元件14的源极和所述输出用半导体元件11的栅极之间的二极管的个数来调节依赖二极管的正向下降电压Vf的电压。可选择地，也可以通过调节所述输出用半导体元件11和所述开关用半导体元件14的导通动作阈值电压Vth来设定所述钳位电压。所述二极管D1可以省略，使得所述开关用半导体元件14的栅极直接连接到所述接地线IC-GND。在这种情况下，由于所述开关用半导体元件14的栅极电压固定在接地电位(0V)，所以不需要所述电阻R4和所述二极管D2。
所述二极管D3、D4具有防止逆流的作用，用来防止在正常动作时电流从输出端子CP流入连接到所述电源线VCC的n型半导体基板。即，从所述输出端子CP输出比所述电源电压Vcc高的电压以驱动作为n沟道型MOSFET的所述输出用半导体元件11。如果没有所述二极管D3、D4，则比所述电源电压Vcc高的所述电压会直接施加在其中形成有所述开关用半导体元件14的所述n型半导体基板的p阱区域，电流可以通过其中形成有所述开关用半导体元件14的p阱区域流到其中形成有所述钳位电路15并且连接到所述电源线VCC的n型半导体基板。所以设置二极管D3、D4以防止这种问题。另外，在正常动作时，由于所述开关用半导体元件14的栅极电位在这种情况下作为所述电源电压Vcc提供的源极电压低，因此，开关用半导体元件14截止。
这里，当由所述p阱区域构成的作为所述开关用半导体元件14自身的基板的背栅连接所述输出端子OUT时，所述输出端子CP的输出仅连接到作为所述开关用半导体元件14的源极漏极端子的n型区域。由于所述n型区域和所述n型半导体基板的与所述输出端子OUT同电位的所述p阱区域构成反向连接的二极管，所以不需要防止对所述电源线VCC的逆流。因此，如果所述钳位电路15的钳位电压的设定没有问题，则可以省略所述二极管D3、D4。
根据对所述电力供应电路10的应用，有些情况下会分别单独铺设对于在该电力供应电路10中的控制系统的接地线IC-GND的布线与使连接到所述输出端子OUT的电感性负载RL和所述电源BAT的负极连接的接地线。
在这种应用中，例如，如果所述接地线IC-GND和所述电源BAT的负极侧的接地线之间开放(开路)，则电流从所述微型计算机MC流入所述接地线IC-GND。通过该流入的电流将所述接地线IC-GND上拉，随之所述开关用半导体元件14执行导通动作，进一步地，所述输出用半导体元件11也执行导通动作。在这种情况下，所述输出用半导体元件11可能因发热而损坏。具体地讲，在该实施方式中，由于所述钳位电压为-5.4V，所以当所述接地线IC-GND被上拉到-5.4V以上时，所述输出用半导体元件11可能会热损坏。在估计到这种应用的情况下，优选为将所述电力供应装置构成为如图5所示。
图5是根据本发明的第二实施方式的电力供应装置20的主要部分的概要结构，与在图1中示出的电力供应装置10相同的部分用同样的符号表示，并省略其详细的描述。
该电力供应装置20包括：第一控制用半导体元件21，设置在所述开关用半导体元件14的漏极和所述电源线VCC之间；以及第二控制用半导体元件22，通过构成第二钳位电路16的用来设定钳位电压的齐纳二极管D6设置在所述开关用半导体元件14的源极和所述电源线VCC之间。所述第一和第二控制用半导体元件21、22由例如p沟道型MOSFET(PM1、PM2)构成。
用来检测因为所述接地线IC-GND的上拉而引起所述电源电压Vcc的相对降低的低电压检测电路23设置在所述控制电路12中。并且通过该低电压检测电路23检测的低电压检测信号被构造为直接输入到所述第二控制用半导体元件22的栅极，同时通过反转电路24施加到所述第一控制用半导体元件21的栅极。换言之，所述第一和第二控制用半导体元件(PM1、PM2)21、22通过所述低电压检测信号驱动为互补地导通/截止。
另外，所述低电压检测电路23的检测电压需要设定为当由于所述接地线IC-GND的上拉而引起所述电源电压Vcc相对降低时能够可靠地检测出该电压低下的电压值。并且，关于当所述接地线IC-GND开放时的接地线IC-GND电压，可以通过诸如提高电阻R4的阻抗、增加所述控制电路12的静态电源电流、调节所述微型计算机MC的阻抗等可靠地上拉。另外，优选地，将所述低电压检测电路23的检测电压设定为尽可能低的电压(由于后述的理由)。这里，为了便于描述，将描述所述低电压检测电路23的检测电压为5V的情况。
而且，所述第一控制用半导体元件(PM1)21具有当所述电源线VCC为低电压时将所述开关用半导体元件(NM1)14从所述电源线VCC断开的作用。所述第二控制用半导体元件(PM2)22代替所述开关用半导体元件14，在所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极和所述电源线VCC之间串联插入所述二极管D3、D4及齐纳二极管D6。
根据这种结构的所述电力供应装置20，如果通过由于所述接地布线的开放而导致的从微型计算机MC侧流入的电流上拉所述接地线IC-GND的电位，则可以通过低电压检测电路23检测所述电源电压Vcc的相对降低。并且当检测到低电压时，通过所述第一和第二控制用半导体元件(PM1、PM2)21、22的互补的导通/截止动作，可以使所述开关用半导体元件(NM1)14断开。并且，所述齐纳二极管D6和所述二极管D3、D4串联插入在所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极和所述电源线VCC之间。
由所述齐纳二极管D6和所述二极管D3、D4构成的串联电路可以用作以所述电源电压Vcc为基准(与图10中示出的现有的电力供应装置1相同)钳位所述负电压浪涌的钳位电路。在这种情况下，当所述齐纳二极管D6的齐纳击穿电压为20V时，钳位电压为所述二极管D3、D4的各正向下降电压Vf和所述输出用半导体元件(MOS)11的动作阈值电压Vth之和，即，大约23V。
因此，当所述电源电压Vcc随着所述接地线IC-GND的电位的上拉而相对降低时，根据所述低电压检测电路23的检测结果，通过使用所述第一控制用半导体元件(PM1)21以使所述开关用半导体元件(NM1)14从所述电源线VCC断开，从而防止所述输出用半导体元件11进行导通动作。在本实施方式中，钳位电压为23V，因此，当所述电源BAT的电源电压在23V以下时，在所述接地线IC-GND开放的情况下能够取得效果。当本发明适用在更高的所述电源BAT的电源电压时，可以通过所述齐纳二极管D6的高耐压化和/或将多个所述齐纳二极管D6串联连接来应对。
另外，当所述接地线IC-GND和所述电源BAT的负极侧之间不开放，即，正常动作时，在所述电源电压Vcc自身降低的情况下也可以进行低电压检测，从而使所述开关用半导体元件14断开。此时，由所述齐纳二极管D6和所述二极管D3、D4形成的钳位电路连接到所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极。在这种情况下，钳位电压以所述电源线VCC为基准，等于23V。
但是随着所述电源电压Vcc的实质降低，蓄积在所述电感性负载RL上的能量也降低，所以实际上钳位容量不存在问题。换言之，当所述电源BAT的电源电压在5V以上并且需要高钳位容量时，以所述接地线IC-GND为基准钳位在-5.4V，当所述电源BAT的电源电压在5V以下并且不需要高钳位容量时，以所述电源线VCC为基准钳位在-23V。另外，用来转换该动作的低电压检测值可以根据规格来变更，也可以根据规格降低所述齐纳二极管D6的耐压。
另一方面，以作为所述输出用半导体元件(MOS)11的动作基准电压的接地电压(0V)为基准的钳位电压也可以通过例如如图6所示而构成的钳位电路来设定。图6是示出根据本发明的第三实施方式的电力供应装置30的主要部分的概要结构图，与在图1中示出的电力供应装置10相同的部分用同样的符号表示，并省略其详细的描述。
在该电力供应装置30中，例如三个二极管D7、D8、D9串联地连接并插入在所述控制电路12的接地线IC-GND和所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极之间。这些二极管D7、D8、D9通过所述输出用半导体元件(MOS)11来钳位施加在所述输出端子OUT上的负电压浪涌。这样构成的钳位电路16如图7所示的以接地线IC-GND的接地电位(0V)为基准，将所述负电压浪涌钳位在通过所述三个二极管D7、D8、D9的各正向下降电压Vf和所述输出用半导体元件(MOS)11的动作阈值电压Vth而确定的电压，即，3×Vf+Vth。
即使钳位电路16这样形成，其也能实现与所述第一实施方式相同的效果。另外，根据该第三实施方式，省略了在所述第一实施方式中的所述开关用半导体元件14，所以可以相应简化其电路结构。
如果形成上述结构，则例如在电力供应装置30相对所述电源BAT反向连接的情况下也不会发生所述输出用半导体元件(MOS)11的发热破坏。即，当所述电力供应装置30反向连接到所述电源BAT时，在所述接地线IC-GND上施加正的电源电压Vcc。并且来自所述电源BAT的电流如图8所示通过所述二极管D7、D8、D9后，分别向所述控制电路12侧以及通过所述放电控制用半导体元件(NM2)13向所述输出端子OUT侧分流。
所述电流的一部分流入所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极。然后其栅极注入有电荷的所述输出用半导体元件(MOS)11进行导通动作，从而使电流在所述输出用半导体元件(MOS)11中沿着反向方向从所述输出端子OUT流向所述电源线VCC。此时，在所述输出用半导体元件(MOS)11中仅是在导通电阻低的状态下流过电流，从而防止所述输出用半导体元件(MOS)11发热。
而且，在反向连接时关于输出用半导体元件(MOS)11的栅极电压的负载特性如图9所示。另外，这里电源BAT的电源电压为16V。如图9所示，通过所述电阻R1、R2合成的电阻的负载特性相对电源电压Vcc的变化近似为线形。与此相对，通过所述二极管D7、D8、D9限定的钳位电压大致为恒定值而不受所述电源电压Vcc的变化的限制。因此，关于上述反向连接时的所述输出用半导体元件(MOS)11的栅极电压，例如可以调整限定钳位电压的所述二极管D7、D8、D9的数量，或者在所述二极管中串联插入多晶硅电阻等，从而调整由所述二极管D7、D8、D9构成的钳位电路16的负载特性。
另外，本发明不限于上述的各实施方式。这里描述了关于利用n沟道型功率MOSFET作为输出用半导体元件11的电力供应装置10、20、30。但是毋庸置疑的是也可以利用n沟道型IGBT构成电力供应装置10、20、30。并且本发明同样适用于使用极性相反的电源，并且利用p沟道型功率MOSFET和/或IGBT以通过反向极性驱动所述电感性负载RL的电力供应装置。在这种情况下，使所述各元件的极性反向即可，而无需再次描述。
所述控制电路12的具体结构也可以具有背景技术中提到的各种功能。重要的是，本发明的特征在于包括以接地电压为基准来设定关于负电压浪涌的钳位电压的钳位电路，其中，接地电压限定输出用半导体元件的动作基准电压。据此在不脱离本发明的主旨的范围的情况下，可以进行各种变形。

Claims (8)

1.一种电力供应装置，其特征在于，所述电力供应装置包括：
输出用半导体元件，设置在电源线和输出端子之间，该输出用半导体元件被开关驱动以向连接到所述输出端子的电感性负载供应电力；
钳位电路，以所述输出用半导体元件的动作基准电压为基准，钳位当所述输出用半导体元件截止时由于产生在所述电感性负载上的反电动势而施加在所述电源线和输出端子之间的电压。
2.根据权利要求1所述的电力供应装置，其特征在于，
所述输出用半导体元件为能够开关大功率的绝缘栅型半导体元件，
所述钳位电路包括：
开关用半导体元件，通过用来防止逆电流的二极管连接在所述绝缘栅型半导体元件的栅极和所述电源线之间；
动作电压设定用二极管，以所述绝缘栅型半导体元件的动作基准电压为基准，确定所述开关用半导体元件的导通动作电压。
3.根据权利要求2所述的电力供应装置，其特征在于，
所述输出用半导体元件由n沟道型功率MOSFET或IGBT构成，并且所述开关用半导体元件由n沟道型MOSFET构成。
4.根据权利要求2所述的电力供应装置，其特征在于，所述钳位电路还包括：
电阻，将所述绝缘栅型半导体元件的栅极电压下拉到所述输出端子的电压；
逆流保护用二极管，防止电流通过所述电阻逆流。
5.根据权利要求2所述的电力供应装置，其特征在于，所述钳位电路还包括：
第一控制用半导体元件，在所述电源线变为低电压时将所述开关用半导体元件从所述电源线断开；
第二控制用半导体元件，代替所述开关用半导体元件，通过钳位电压设定用二极管连接在所述绝缘栅型半导体元件的栅极和所述电源线之间。
6.根据权利要求5所述的电力供应装置，其特征在于，
所述第二控制用半导体元件在所述电源线变为低电压时，以所述电源线的电压为基准，将施加在所述电源线和输出端子之间的电压钳位在通过所述钳位电压设定用二极管设定的电压。
7.根据权利要求5所述的电力供应装置，其特征在于，
所述输出用半导体元件为n沟道型功率MOSFET或IGBT，
所述开关用半导体元件由n沟道型MOSFET构成，
所述第一控制用半导体元件和所述第二控制用半导体元件由p沟道型MOSFET构成并且被控制为互补地导通/截止。
8.根据权利要求1所述的电力供应装置，其特征在于，
所述输出用半导体元件为在其栅极上通过栅极电阻施加控制电压，从而进行导通/截止动作以开关大功率的绝缘栅型半导体元件，
所述绝缘栅型半导体元件包括当所述绝缘栅型半导体元件截止时，释放蓄积在所述绝缘栅型半导体元件的栅极上的电荷的放电电路，
所述钳位电路由二极管构成，该二极管设置在限定所述绝缘栅型半导体元件的动作基准电压的接地线和所述绝缘栅型半导体元件的栅极之间以钳位所述绝缘栅型半导体元件的栅极电压。
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