JP2000312143A - スイッチング・デバイス - Google Patents

スイッチング・デバイス

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JP2000312143A
JP2000312143A JP2000016804A JP2000016804A JP2000312143A JP 2000312143 A JP2000312143 A JP 2000312143A JP 2000016804 A JP2000016804 A JP 2000016804A JP 2000016804 A JP2000016804 A JP 2000016804A JP 2000312143 A JP2000312143 A JP 2000312143A
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Kazuyoshi Ogasawara
一賀 小笠原
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Yazaki Corp
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/18Modifications for indicating state of switch

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素化したスイッチング・デバイスを提供す
る。 【解決手段】 指令信号の位相をシフトして出力する位
相制御手段801と、電源101と負荷102の間に並
列に接続される複数のスイッチング手段110とからな
るスイッチング・デバイスであり、スイッチング手段1
10は、位相制御手段801からの指令信号に応答して
駆動信号を出力する駆動手段111と、電源101と負
荷102とを結ぶ電源回路中に挿入されて駆動信号によ
り導通して電源回路を閉じる第1の半導体スイッチQA
と、電源101と結ばれて分流回路を形成する抵抗Rr
1と、分流回路中に挿入されて駆動信号により導通して
分流回路を閉じる第2の半導体スイッチQBと、第2の
半導体スイッチQBの出力電圧が第1の半導体スイッチ
QAの出力電圧よりも高いときに駆動手段111に駆動
信号の出力を停止させる駆動停止手段CMP1とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源から負荷への
電力供給を制御するスイッチング・デバイスに係り、特
に、負荷駆動開始時及び停止時の突入電流を抑えるスイ
ッチング・デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング・デバイスは、例えば自動
車などにおいて電源から各負荷への電力供給を制御する
ために用いられており、電力の供給と遮断を切り換える
半導体スイッチ、半導体スイッチのオン/オフを制御す
る制御手段などで構成されている。このようなスイッチ
ング・デバイスでは、半導体スイッチがオンになり電流
が流れ始めると、負荷を駆動させるために必要な通常の
電流よりも大きな突入電流がパルス的に発生する場合が
ある。この突入電流は、ノイズを発生させ、また負荷の
寿命を短くするなど、負荷などの故障の原因となってい
る。
【0003】このような、突入電流を抑えるため、従来
のスイッチング・デバイスでは、マイクロコンピュータ
(以下マイコンと略称する)などの制御手段を用い、負
荷駆動開始時及び停止時の駆動信号波形をデューティ制
御している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のスイッ
チング回路では、突入電流を抑えるために制御手段とし
てマイコンなどが必要になり、装置が複雑化するという
問題がある。
【0005】本発明の課題は、簡素化されたスイッチン
グ・デバイスを提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のスイッチング・
デバイスは、指令信号の位相をシフトして出力する位相
制御手段と、電源と負荷の間に並列に接続される複数の
スイッチング手段とで構成し、スイッチング手段が、位
相制御手段からの指令信号に応答して駆動信号を出力す
る駆動手段と、電源と負荷とを結ぶ電源回路中に挿入さ
れて駆動信号により導通して電源回路を閉じる第1の半
導体スイッチと、電源と結ばれて分流回路を形成する抵
抗と、分流回路中に挿入されて駆動信号により導通して
分流回路を閉じる第2の半導体スイッチと、第1の半導
体スイッチの出力電圧と第2の半導体スイッチの出力電
圧とを比較し、第2の半導体スイッチの出力電圧が第1
の半導体スイッチの出力電圧よりも高いときに前記駆動
手段に駆動信号の出力を停止させる駆動停止手段とを備
えることで上記課題を解決する。
【0007】また、前記電源から電流の供給を受けた前
記抵抗は、全ての前記複数の半導体スイッチが前記負荷
に電流を供給しているときの前記第1の半導体スイッチ
の出力電圧とほぼ同じかまたは低い第2の半導体スイッ
チの出力電圧を発生する。
【0008】このようにスイッチング・デバイスを構成
すれば、指令信号は、位相制御手段で複数の位相の違う
指令信号になり、各スイッチング制御手段は、位相の違
う指令信号により順次オンし電力を負荷に供給し始め
る。最初に駆動の指令信号を受けたスイッチング手段で
は、駆動手段が駆動信号を第1の半導体スイッチに出力
して第1の半導体スイッチが導通状態になると、電源か
ら負荷への電流の供給を開始する。このとき、第2の半
導体スイッチの出力電圧が第1の半導体スイッチの出力
電圧よりも高いため、駆動停止手段が駆動回路の駆動信
号の出力を停止させる。駆動信号の出力の停止により、
第1の半導体スイッチが非導通状態になり、電源から負
荷への電流の供給が停止される。この後、第1の半導体
スイッチの出力電圧と第2の半導体スイッチの出力電圧
がほぼ同じになるまで降下すると、駆動停止手段は、駆
動手段に再び駆動信号を出力させ、これにより第1の半
導体スイッチが導通し、負荷に電流が供給される。この
ような、駆動信号の出力と停止を繰り返すことにより、
第1の半導体スイッチが導通・非導通を周期的に繰り返
すため、デューティ制御と同様の状態になり、このとき
負荷に供給される平均電流は、定常電流よりも小さくな
る。各々のスイッチング手段は、順次導通して同様の動
作を行う。そして、第2の半導体スイッチの出力電圧が
第1の半導体スイッチの出力電圧とほぼ同じか低くなっ
たときに、各スイッチング手段は、第1の半導体スイッ
チの導通・非導通の繰り返しを止め、導通状態に保た
れ、負荷に定常電流が流れる。このため、負荷駆動開始
時、電流は段階的に増加する。また、負荷の駆動を停止
する場合も、負荷の停止の指令信号が順次各スイッチン
グ手段に入力されるため、最初のスイッチング手段が非
導通状態になると、各々のスイッチング手段は、前述と
同様に第1の半導体スイッチの導通・非導通の繰り返し
動作を行ないながら順次非導通状態になって行くため、
負荷停止時の電流は段階的に減少する。つまり、負荷の
駆動開始時及び停止時にデューティ制御と同様の状態に
なり、負荷に流れる電流が段階的に増減するため、突入
電流を抑えることができる。このように、制御手段とし
てマイコンなどを用いずに、ハードウエア回路のみで突
入電流を抑えることができ、さらに、スイッチング・デ
バイスを構成するハードウエア回路などのほとんどの構
成要素を1つの半導体チップに集積化することができ
る。すなわち、スイッチング・デバイスを簡素化するこ
とができる。
【0009】
【発明の実施の形態】まず、本発明の実施の形態を説明
する前に、本発明の基本となる電流振動型遮断機能付き
スイッチング・デバイスの基本構成及びその基本的な動
作と、過電流や過小電流などの異常電流が発生した場合
の制御の概略について図1乃至図3を参照して説明す
る。図1は、本発明を適用してなる電流振動型遮断機能
付きスイッチング・デバイスのブロック構成図である。
図2は、スイッチング・デバイスの要部回路構成図であ
る。図3(a)は、スイッチング・デバイスの作用を説
明するための負荷電流の波形図、(b)は、FETQA
のドレイン・ソース端子間の電圧の波形図である。
【0010】電流振動型遮断機能付きスイッチング・デ
バイスは、図1に示すように、半導体チップ110上に
各種の回路素子を集積化した半導体集積回路(パワーI
C)として構成されており、電源端子T1が出力電圧V
B(例えば+12ボルト)の電源101に接続され、接
地端子T2が接地され、出力端子T3が負荷102に接
続されている。
【0011】この半導体チップ110上には、感熱遮断
機能を有する半導体素子(パワーデバイス)として、n
チャネル温度センサー内蔵FETQAが集積化されてい
る。この温度センサー内蔵FETQAは、ドレイン電極
がドレイン端子D、電源端子T1を介して電源101に
接続され、ソース電極がソース端子S、出力端子T3を
介して負荷102に接続され、ゲート電極がゲート端子
TG、抵抗RGを介して駆動回路111に接続されてい
る。この温度センサー内蔵FETQAは、電源101と
負荷102とを結ぶ電源回路中に挿入されてゲート端子
TGに入力される駆動信号(オンパルス信号)に応答し
て導通(オン)して、電源回路を閉じる第1のスイッチ
ング手段として構成されている。そしてこの温度センサ
ー内蔵FETQAと並列に基準デバイスとして、nチャ
ネルFETQB、FETQCが集積化されている。
【0012】FETQBはドレイン電極がドレイン端子
D、電源端子T1を介して電源101に接続され、ソー
ス電極が出力端子T4を介して第1の基準抵抗Rr1に
接続され、ゲート電極がゲート端子TGを介して抵抗R
Gに接続されている。FETQCは、ドレイン電極がド
レイン端子D、電源端子T1を介して電源101に接続
され、ソース電極が出力端子T5を介して第2の基準抵
抗Rr2に接続され、ゲート電極がゲート端子TGを介
して抵抗RGに接続されている。FETQBは、ゲート
端子TGに入力される駆動信号(オンパルス信号)によ
り導通して、電源端子T1と第1の基準抵抗Rr1とを
結ぶ分流回路を閉じる第2のスイッチング手段として構
成されている。FETQCは、ゲート端子TGに入力さ
れる駆動信号(オンパルス信号)により導通して、電源
端子T1と第2の基準抵抗Rr2とを結ぶ分流回路を閉
じる第3のスイッチング手段として構成されている。
【0013】FETQA、QB、QCとしては、例え
ば、DMOS構造、VMOS構造あるいはUMOS構造
のパワーMOSFETやこれらと類似な構造のMOSF
ETを用いることができるとともに、EST、MCTな
どのMOS複合型デバイスやIGBTなど他の絶縁ゲー
ト型パワーデバイスを用いることができる。また、常に
ゲートを逆バイアスで使うものであれば、接合型FE
T、接合型SITやSIサイリスタなどを使用すること
もできる。さらに、パワーICに用いるFETQA、Q
B、QCとしては、nチャネル型でもpチャネル型でも
用いることができる。
【0014】また、温度センサー内蔵FETQA、Q
B、QCは、例えば、複数個のユニットセル(単位セ
ル)が並列接続されたマルチ・チャネル構造のパワーデ
バイスを用いて構成されており、各FETが隣接して配
置されている。そしてFETQB、QCの電流容量はF
ETQAの電流容量よりも小さく設定されている。この
設定は、FETQB、QCを構成する並列接続のユニッ
トセル数で調整されている。例えば、FETQBのユニ
ットセル数1に対して、FETQAのユニットセル数が
1000となるように構成されており、FETQBとF
ETQAのチャネル幅Wの比は、例えば1:1000と
なっている。
【0015】さらに、FETQAのソース端子Sはコン
パレータCMP1とコンパレータCMP2のプラス入力
端子にそれぞれ接続されており、FETQBのソース電
極はコンパレータCMP1のマイナス入力端子に接続さ
れ、FETQCのソース電極はコンパレータCMP2の
マイナス入力端子に接続されている。コンパレータCM
P1の出力端子は駆動回路111に接続され、コンパレ
ータCMP2の出力端子は半導体チップ110の出力端
子T6を介して、過小電流検出、ランプ断線検出、オー
プン検出を行なう異常検出部501に接続されている。
なお、FETQAのソース端子Sはツェナーダイオード
ZD1を介して駆動回路111に接続されており、この
ツェナーダイオードZD1は、FETQA、FETQ
B、FETQCのゲート端子TG・ソース端子S間を1
2ボルトに保ち、ゲート端子TGに過電圧が印加された
ときに、この過電圧をバイパスするように構成されてい
る。
【0016】一方、半導体チップ110上の他の領域に
は、電源Enable部302、ON/OFF計数回路
304、チャージポンプ回路305、遮断ラッチ回路3
06(特開平6−244414号公報参照)が集積化さ
れており、電源Enable部302が端子T7に接続
され、ON/OFF計数回路304が端子T9を介して
コンデンサC12に接続され、駆動回路111が入力端
子T10を介してスイッチSW1と抵抗R11に接続さ
れ、遮断ラッチ回路306が出力端子T11を介してダ
イアグ出力部(診断結果出力部)502に接続されてい
る。
【0017】なお、ダイアグ出力部(診断結果出力部)
502とこれに付随する端子T11は、診断結果出力の
必要がなければ備えていなくてもよい。
【0018】駆動回路111は、図2に示すように、ソ
ーストランジスタQ5とシンクトランジスタQ6を備え
ているとともに、各トランジスタをオンオフ制御する駆
動素子とインバータなどを備えており、各トランジスタ
Q5、Q6が互いに直列接続されている。そしてソース
トランジスタQ5のコレクタが電位VPの端子に接続さ
れ、エミッタが抵抗RGを介してゲート端子TGに接続
されている。シンクトランジスタQ6はコレクタが抵抗
RGを介してゲート端子TGに接続され、エミッタが接
地電位(GND)に接続されている。電位VPの端子
は、チャージポンプ回路305に接続されており、この
端子の電位VPは、チャージポンプ回路305の出力に
よって、電源101よりも高い電圧、例えば、電源10
1の電圧を12Vとしたとき、12V+10Vに設定さ
れている。
【0019】駆動回路111は、スイッチSW1が投入
されて入力端子T10がスイッチSW1を介して接地さ
れたときに、入力端子T10からの指令信号に応答して
ソーストランジスタQ5がオンになり、出力端子(トラ
ンジスタQ5とトランジスタQ6との接続点)にハイレ
ベルの駆動信号(オンパルス信号)を出力する駆動手段
として構成されている。一方、スイッチSW1が開かれ
たときには、入力端子T10に抵抗R11を介して電源
101の電圧が印加されるので、シンクトランジスタQ
6がオンになって出力端子(トランジスタQ5とトラン
ジスタQ6との接続点)のレベルをローレベルに遷移さ
せるようになっている。なお、駆動回路111として
は、バイポーラトランジスタの代わりに、CMOSFE
Tを用いて構成することも可能である。
【0020】上記構成による駆動回路111からの駆動
信号(オンパルス信号)がゲート端子TGに入力される
と各FETQA、QB、QCは導通し、図3に示すよう
に、各FETのドレイン・ソース電極間の電圧701
は、2V以下に低下する。このとき負荷102が正常状
態の場合、駆動回路111から駆動信号が出力されてい
る間は各FETのドレイン・ソース電極間は2V以下に
維持され、FETQAのドレイン電流705が一定にな
る。
【0021】ここで、負荷102などが短絡すると、負
荷102などに大電流が流れ、負荷102やFETQA
が損傷する恐れがある。そこで、FETQA、QBのソ
ース電圧をコンパレータCMP1で監視し、両者の電圧
が閾値を超えたときには駆動回路111に駆動信号の出
力を強制的に停止させる構成が採用されている。
【0022】すなわち、コンパレータCMP1のプラス
入力端子には、FETQAのソース電圧が入力されてお
り、マイナス入力端子にはFETQBのソース電圧が入
力されている。そしてコンパレータCMP1は、プラス
入力端子およびマイナス入力端子に入力された電圧を比
較し、FETQAのソース電圧がFETQBのソース電
圧よりも高いかほぼ等しいときには“H”レベルの出力
信号を出力し、FETQAのソース電圧がFETQBの
ソース電圧よりも低くなったとき、例えば、負荷102
に通常よりも大きな電流が流れ、第1の基準抵抗Rr1
によるFETQBのソース電圧、すなわち閾値電圧より
も、FETQAのソース電圧の方が低くなると、FET
QAに異常電流が流れたとして“L”レベルの信号を駆
動回路111に出力するようになっている。駆動回路1
11はコンパレータCMP1から“H”レベルの信号が
入力されているときには駆動信号の出力が可能になって
いるが、“L”レベルの信号が入力されたときには駆動
信号の出力が強制的に停止されるようになっている。こ
のように、コンパレータCMP1は、駆動回路111に
駆動信号の出力を強制的に停止させるための駆動停止手
段として構成されている。なお、閾値電圧は、負荷の抵
抗をL、検出したい異常により負荷を流れる電流値を通
常時の電流値のα倍、FETQBとFETQAの個数
比、すなわちチャネル幅Wの比1:Nとすると、基準抵
抗Rr1の抵抗値をN・L/αに設定することで決ま
る。
【0023】コンパレータCMP2も同様に、プラス入
力端子には、FETQAのソース電圧が、マイナス入力
端子には、FETQCのソース電圧が入力されている。
そして、プラス入力端子およびマイナス入力端子に入力
された電圧を比較し、FETQAのソース電圧がFET
QCのソース電圧よりも低いかほぼ等しいときには
“L”レベルの出力信号を出力し、FETQAのソース
電圧がFETQCのソース電圧よりも高いとき、例え
ば、負荷102が複数の電球であり、電球の1つが断線
することにより通常よりも小さな電流が流れ、第2の基
準抵抗Rr2のFETQCのソース電圧、すなわち閾値
電圧よりも、FETQAのソース電圧の方が高くなる
と、FETQAに異常電流が流れたとして“H”レベル
の信号を異常検出部501に出力するようになってい
る。このようにコンパレータCMP2は、異常の検出を
異常検出部501に出力する異常判定手段として構成さ
れている。なお、閾値電圧は、負荷の抵抗をL、検出し
たい異常により負荷を流れる電流値を通常時の電流値の
1/β倍、FETQBとFETQAの個数比、すなわち
チャネル幅Wの比1:Nとすると、基準抵抗Rr2の抵
抗値をβ・N・Lに設定することで決まる。
【0024】一方、FETQAがオン状態からオフ状態
に遷移すると、トランジスタQ6がオンになることによ
ってダイオードD1が導通する。この結果、抵抗R1、
ダイオードD1の経路で電流が流れ、コンパレータCM
P1のプラス入力端子の電位は駆動回路111がオン制
御しているときよりも低下する。したがって、オフ状態
に遷移した直後より小さい特定のドレイン・ソース間電
圧の差が生じるまで、すなわちFETQAのソース電圧
がFETQBのソース電圧とほぼ同じになるまで、FE
TQAはオフ状態に維持される。
【0025】ところが、配線の短絡などでFETQAが
オフ状態になった場合でも、ドレイン電流が増加し、F
ETQAは、ピンチオフ領域を経由して、例えば、3極
管特性領域での動作状態を経てオフ状態へ遷移する。こ
の結果、一定時間経過後には、コンパレータCMP1の
プラス入力端子の電位が高くなり、コンパレータCMP
1の出力レベルは“L”レベルから“H”レベルに変化
し、FETQAは再びオン状態に遷移する。図3に示す
ように、このような負荷102の短絡などの異常時のF
ETQAのドレイン・ソース間電圧703の周期的な遷
移は、スイッチSW1が閉じている間は継続され、これ
により、FETQAのドレイン電流707が周期的に変
動する。FETQAのドレイン・ソース間電圧703の
遷移の周期は配線のインダクタンスや配線抵抗、FET
QAのコンデンサ容量などに基づく時定数によって決定
される。
【0026】そこで、FETQAがオンオフする回数を
計数し、この計数値が設定値に達したときにはFETQ
Aを強制的に遮断し、この遮断状態を保持することとし
ている。
【0027】具体的には、FETQAのオンオフ状態を
計数するための回路としてON/OFF計数回路304
と遮断ラッチ回路306が設けられている。
【0028】ON/OFF計数回路304は、図2に示
すように、バイポーラトランジスタQ41、Q42、Q
43、nチャネルFETQ44、ダイオードD41、D
42、D43、ツェナーダイオードZD41、抵抗R4
1〜R46を備えて構成されている。
【0029】ツェナーダイオードZD41のカソード側
はFETQAのソース端子Sに接続されており、ソース
端子Sの電圧が正常状態にあるときにはトランジスタQ
43のベースには順バイアス電圧が印加され、トランジ
スタQ43はオン状態にある。このためトランジスタQ
42もオン状態にある。一方、トランジスタQ41はベ
ースが抵抗R41、ダイオードD42を介して駆動回路
111の出力端子に接続されているため、トランジスタ
Q5がオンのとき、すなわち、FETQAがオンのとき
には、トランジスタQ41はオフの状態にある。
【0030】一方、トランジスタQ6がオンになったと
き、すなわちFETQAがオフになったときにはダイオ
ードD42がトランジスタQ6を介して接地されるた
め、トランジスタQ41がオンになる。トランジスタQ
41がオンになると電源101からの電流がトランジス
タQ41、Q42、抵抗R44を介してコンデンサC1
2に流れ、コンデンサC12が充電される。
【0031】次に、トランジスタQ5がオフからオンに
遷移するとトランジスタQ41がオフとなり、コンデン
サC12に充電された電荷は抵抗R46を介して放電す
る。このあと再びトランジスタQ6がオンとなってトラ
ンジスタQ41がオンになると、コンデンサC12がさ
らに充電される。
【0032】このようなオンオフ動作を繰り返す過程
で、コンデンサC12に充電された電荷によってFET
Q44のゲート電圧がしきい値を超えると、FETQ4
4がオンになり、ダイオードD42が導通する。これに
より、温度センサ121の両端がダイオードD43を介
して短絡され、遮断ラッチ回路306にラッチ指令信号
が出力されることになる。すなわち、ON/OFF計数
回路304はラッチ指令手段として構成されている。な
お、ON/OFF回数が設定値に達するまでの時間は、
抵抗R46とコンデンサC12による時定数によって調
整することができる。
【0033】遮断ラッチ回路306は、nチャネルFE
TQS、Q11、Q12、Q13、Q14、温度センサ
121、抵抗R31〜R35を備えて構成されており、
FETQSのドレイン電極がFETQAのゲート端子T
Gに接続され、ソース電極がFETQAのソース端子S
に接続されている。温度センサ121は、4個のダイオ
ードが直列接続されて構成されており、半導体チップ1
10の温度が設定温度を超えたときには、両端の電圧が
設定電圧よりも低くなるように構成されている。すなわ
ち、温度センサ121の両端の電圧は、正常時には、F
ETQ11のソース・ゲート電極間のしきい値よりも高
く設定されており、FETQ11は常時オン状態に維持
されている。そして、FETQ11がオンのときには、
FETQ4はオフに、FETQ13がオンに、FETQ
12、FETQSがオフ状態に維持されている。
【0034】一方、FETQ44がオンになって温度セ
ンサ121の両端がダイオードD43を介して短絡され
たり、あるいは半導体チップ110の温度が設定温度を
超えて温度センサ121の両端の電圧が設定電圧以下に
低下したりすると、FETQ11がオンからオフになっ
て、FETQ14がオンになる。FETQ14がオンに
なると、FETQ13がオンになるとともにFETQS
がオンになり、FETQAのソース・ゲート電極間がF
ETQSによって短絡され、FETQAが遮断状態にな
る。この短絡状態はラッチ回路を構成するFETQ1
2、Q13によってラッチされる。すなわち、遮断ラッ
チ回路306は、ON/OFF計数回路304のON/
OFF回数が設定値に達したとき、あるいは温度センサ
121によて半導体チップ110の温度が前述のように
周期的に変動する電流707(電流振動)による加熱に
より設定温度を超えたときに、FETQAを非導通状態
にするとともに、この非導通状態をラッチする遮断ラッ
チ手段として構成されている。
【0035】次に、本発明を適用してなるスイッチング
・デバイスの一実施形態と本発明の特徴部について図
1、図3、図4及び図5を参照して説明する。図4は、
本実施形態のスイッチング・デバイスのブロック構成図
である。図5は、指令信号電圧、FETQAゲート電
圧、負荷電流の状態を示す図である。本実施形態のスイ
ッチング・デバイスは、図4に示すように、位相制御回
路801とスイッチング手段である2つの半導体チップ
110a、110bなどで構成されている。位相制御回
路801は、スイッチSW1からの指令信号を入力して
位相をシフトし、位相の違う2つの指令信号を各々半導
体チップ110a、110bの端子T10に出力してい
る。半導体チップ110a、110bは、図1に示した
半導体チップ110と基本的に同じものであり、電源1
01と負荷102の間に並列に接続されている。但し、
本実施形態では、異常時の電流の遮断を目的としていな
いので、図1に示す、コンパレータCMP2、FETQ
C、ON/OFF計数回路304、遮断ラッチ回路30
6などは不用であり、これらは機能しないようにされて
いるか、またはこれらが設置されていない半導体チップ
を用いてもよい。また、本発明の基準抵抗Rr1の抵抗
値は、例えば負荷102の抵抗をL、FETQBとFE
TQAの個数比、すなわちチャネル幅Wの比1:N、そ
してスイッチング・デバイスに並列に接続された半導体
チップ110の数をn個とするとN・L/nとほぼ同じ
か、またはそれより低く設定すればよい。本実施形態で
は、Rr1の抵抗値は、N・L/2としており、半導体
チップ110aと110bの両方が導通したときに各々
の半導体チップ110のFETQAを流れる電流、すな
わち負荷に流れる電流の1/2の電流がFETQAを流
れたときのFETQAのソース電圧がFETQBのソー
ス電圧とほぼ同じになるように設定されている。しか
し、コンパレータCMP1がFETQAとFETQBの
ソース電圧を比較し、FETQAのソース電圧がFET
QBのソース電圧より低いときに、FETQAの導通・
非導通を周期的に繰り返す動作は、本発明の基本となる
前述のスイッチング・デバイスと同じである。
【0036】本実施形態のスイッチング・デバイスで
は、スイッチSW1からの指令信号は、位相制御回路8
01に入力され、図5に示すように、位相の違う2つの
指令信号1、2になる。このため、スイッチSW1が閉
じられると、まず、半導体チップ110aの駆動回路1
11に、負荷の駆動を指令するローレベルの指令信号1
が入力される。ローレベルの指令信号1に応答して駆動
回路111は、駆動信号をFETQAに出力し、FET
QAを導通状態にする。このとき、半導体チップ110
aのみが導通した状態であり、半導体チップ110aの
FETQAには、負荷102に流れる電流にほぼ同等の
電流が流れるため、FETQAのソース電圧は、FET
QBのソース電圧よりも低くなる。このため、前述のよ
うに、駆動信号の出力と停止が繰り返され、図5に示す
ように、FETQAのゲート電圧1が周期的にハイレベ
ルとローレベルに遷移し、FETQAの導通と非導通が
周期的に繰り返される。このため、デューティ制御と同
様の状態になり、このときの負荷の平均電流は、定常電
流よりも小さくなる。次に、所定時間遅れて、半導体チ
ップ110bの駆動回路111に、負荷の駆動を指令す
るローレベルの指令信号2が入力される。ローレベルの
指令信号2に応答して駆動回路111は、駆動信号をF
ETQAに出力し、FETQAを導通状態にする。この
とき、負荷102には、半導体チップ110aと半導体
チップ110bの両方から電力が供給されるため、各々
の半導体チップ110a、bのFETQAを流れる電流
は、負荷電流の1/2になる。このため、FETQAの
ソース電圧がFETQBのソース電圧とほぼ同じにな
り、半導体チップ110aは、FETQAの導通と非導
通の周期的に繰り返しを止め、半導体チップ110aと
110bのFETQAが共に導通状態に保たれた状態に
なり、負荷電流は定常状態となる。つまり、負荷電流が
段階的に増大するため、負荷の駆動開始時の突入電流が
抑えられる。
【0037】一方、スイッチSW1が開かれると、ま
ず、半導体チップ110aの駆動回路111に、負荷の
停止を指令するハイレベルの指令信号1が入力される。
ハイレベルの指令信号1に応答して駆動回路111は、
駆動信号の出力を停止する。このとき、半導体チップ1
10bのみが導通した状態になり、半導体チップ110
bのFETQAには、負荷102に流れる電流にほぼ同
等の電流が流れ、FETQAのソース電圧がFETQB
のソース電圧よりも低くなる。このため、前述のよう
に、駆動信号の出力と停止が繰り返され、図5に示すよ
うに、FETQAのゲート電圧2が周期的にハイレベル
とローレベルに遷移し、導通と非導通が周期的に繰り返
される。このため、デューティ制御と同様の状態にな
り、負荷に流れる平均電流は、定常電流よりも小さくな
る。次に、所定時間遅れて、半導体チップ110bの駆
動回路111に、負荷の停止を指令するハイレベルの指
令信号2が入力される。ハイレベルの指令信号2に応答
して駆動回路111は、駆動信号の出力を停止し、FE
TQAが非導通状態になり、負荷への電流の供給が止ま
る。つまり、負荷電流が段階的に減少するため、負荷停
止時の突入電流が抑えられる。
【0038】このように、本実施形態のスイッチング・
デバイスでは、マイコンなどの制御手段などを用いず
に、ハードウエア回路のみで負荷102の駆動開始時及
び停止時に段階的に負荷電流を増減して、突入電流を抑
えることができる。さらに、ハードウエア回路などのほ
とんどの構成要素は、半導体チップ110に集積化され
ている。すなわち、スイッチング・デバイスを簡素化す
ることができる。
【0039】また、本実施形態では、半導体チップ11
0を2個用いているが、3個以上の半導体チップ110
を用いてもよい。
【0040】また、本実施形態では、駆動回路111、
FETQA、FETQB、CMP1などが集積してある
半導体チップ110を用いているが、これら個々の機能
を1つの半導体チップに集積化せず、別個の回路やチッ
プなどで構成してもよいし、複数の半導体チップ110
の機能を1つの半導体チップに集積化してもよい。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、スイッチング・デバイ
スを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本となる電流振動型遮断機能付きス
イッチング・デバイスの一実施形態のブロック構成図で
ある。
【図2】図1に示すスイッチング・デバイスの要部回路
構成図である。
【図3】(a)は、図1に示すスイッチング・デバイス
の作用を説明するための負荷電流の波形図、(b)は、
FETQAのドレイン・ソース端子間の電圧の波形図で
ある。
【図4】本発明を適用してなるスイッチング・デバイス
の一実施形態のブロック構成図である。
【図5】指令信号電圧、FETQAゲート電圧、負荷電
流の状態を示す図である。
【符号の説明】
101 電源 102 負荷 110 半導体チップ 111 駆動回路 801 位相制御回路 QA,QB FET Rr1 基準抵抗 CMP1 コンパレータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 指令信号の位相をシフトして出力する位
    相制御手段と、電源と負荷の間に並列に接続される複数
    のスイッチング手段とからなるスイッチング・デバイス
    であり、 前記スイッチング手段は、前記位相制御手段からの前記
    指令信号に応答して駆動信号を出力する駆動手段と、前
    記電源と前記負荷とを結ぶ電源回路中に挿入されて前記
    駆動信号により導通して前記電源回路を閉じる第1の半
    導体スイッチと、前記電源と結ばれて分流回路を形成す
    る抵抗と、前記分流回路中に挿入されて前記駆動信号に
    より導通して前記分流回路を閉じる第2の半導体スイッ
    チと、前記第1の半導体スイッチの出力電圧と前記第2
    の半導体スイッチの出力電圧とを比較し、前記第2の半
    導体スイッチの出力電圧が前記第1の半導体スイッチの
    出力電圧よりも高いときに前記駆動手段に駆動信号の出
    力を停止させる駆動停止手段とを備えることを特徴とす
    るスイッチング・デバイス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017034537A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 ドライバ及びそれを用いた半導体リレー

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6392859B1 (en) * 1999-02-14 2002-05-21 Yazaki Corporation Semiconductor active fuse for AC power line and bidirectional switching device for the fuse
JP3631933B2 (ja) * 1999-02-14 2005-03-23 矢崎総業株式会社 スイッチングデバイス
JP3628576B2 (ja) * 1999-02-14 2005-03-16 矢崎総業株式会社 微少電流検出装置
JP2000312433A (ja) * 1999-02-26 2000-11-07 Yazaki Corp スイッチング・デバイス
JP3914004B2 (ja) * 2001-05-25 2007-05-16 矢崎総業株式会社 半導体素子の過電流検出・保護装置
DE10156618C1 (de) * 2001-11-17 2003-04-03 Semikron Elektronik Gmbh Verfahren zur Ansteuerung von Leistungshalbleitermodulen
US6768350B1 (en) * 2002-04-10 2004-07-27 Hamilton Sundstrand Corporation Microprocessor based solid state DC power controller
JP2003309982A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
TWI249090B (en) * 2003-01-16 2006-02-11 Shindengen Electric Mfg Switching circuit
JP4502177B2 (ja) * 2003-10-14 2010-07-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 出力回路
DE102005019955A1 (de) * 2005-04-29 2006-11-02 Infineon Technologies Ag Variables Ansteuermodul zur Ansteuerung einer Last
DE112007001293B8 (de) * 2006-06-01 2015-12-24 Autonetworks Technologies, Ltd. Energieversorgungssteuerung
WO2008050265A2 (en) * 2006-10-23 2008-05-02 Nxp B.V. High impedance load detection
DE102008010624A1 (de) * 2008-02-22 2009-08-27 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Schalteinheit
CN102948035A (zh) * 2010-06-16 2013-02-27 株式会社自动网络技术研究所 电源控制电路及电源控制装置
US10680590B2 (en) 2013-03-15 2020-06-09 Psemi Corporation Integrated switch and self-activating adjustable power limiter
US8928388B2 (en) * 2013-03-15 2015-01-06 Peregrine Semiconductor Corporation Self-activating adjustable power limiter
US9537472B2 (en) 2013-03-15 2017-01-03 Peregrine Semiconductor Corporation Integrated switch and self-activating adjustable power limiter
CN103219898B (zh) * 2013-04-02 2016-06-01 苏州博创集成电路设计有限公司 具有电流采样和启动结构的半导体装置
CN105811759B (zh) * 2014-12-29 2019-04-02 登丰微电子股份有限公司 电源供应装置
JP2016134832A (ja) * 2015-01-21 2016-07-25 株式会社デンソー 負荷駆動回路
TWI666841B (zh) * 2018-07-20 2019-07-21 立積電子股份有限公司 信號開關裝置
CN114625044B (zh) * 2022-03-08 2023-12-01 南京航空航天大学 一种调节功率管并联均流的变电压驱动控制电路

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2745663B2 (ja) 1989-04-04 1998-04-28 松下電器産業株式会社 充電制御回路
JPH03262209A (ja) 1990-03-12 1991-11-21 Nec Kansai Ltd 電流検出回路
JPH04134271A (ja) 1990-09-27 1992-05-08 Nec Corp 出力回路
JP2570523B2 (ja) 1991-08-23 1997-01-08 日本モトローラ株式会社 電流検出回路
JP2527875B2 (ja) 1992-02-07 1996-08-28 富士通テン株式会社 誘導性負荷の電流検出回路
JPH06244693A (ja) 1992-03-03 1994-09-02 Nec Corp Mos電界効果トランジスタスイッチ回路
JP3313773B2 (ja) 1992-08-06 2002-08-12 株式会社デンソー 半導体装置
JPH06188704A (ja) 1992-12-18 1994-07-08 Fujitsu Ten Ltd 負荷駆動装置
JP3018816B2 (ja) 1993-02-22 2000-03-13 株式会社日立製作所 半導体素子の保護回路ならびにこれを有する半導体装置
JPH0778490A (ja) * 1993-09-08 1995-03-20 Nec Corp 半導体装置
JPH09145749A (ja) 1995-11-29 1997-06-06 Toyota Motor Corp 電流検出回路
JPH11227520A (ja) 1998-02-16 1999-08-24 Naitou Yoriko トラック荷台用のシート

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017034537A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 ドライバ及びそれを用いた半導体リレー

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