JP2000321334A - 負荷状態検出装置 - Google Patents

負荷状態検出装置

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JP2000321334A
JP2000321334A JP11131446A JP13144699A JP2000321334A JP 2000321334 A JP2000321334 A JP 2000321334A JP 11131446 A JP11131446 A JP 11131446A JP 13144699 A JP13144699 A JP 13144699A JP 2000321334 A JP2000321334 A JP 2000321334A
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output
gate
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input
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Shin Kiuchi
伸 木内
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高い電位に接続するハイサイド半導体素子によ
り一端を低い電位に接続する負荷に電力を供給する半導
体スイッチ回路で負荷の異常を検出する。 【解決手段】負荷4の両端の出力VOUT を検出するコン
パレータ8と入力V INがONの時刻t0 より時間Tを計
時するタイマ回路61とを備える。コンパレータ8は、
時刻t0 より時間T後の時刻tc 時点において、出力V
OU T を予め定めた電圧値と比較する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一端を低い電位
に接続する負荷の高い電位側に接続する半導体素子(以
下、ハイサイド半導体素子と言う)のON、OFFによ
り電力を供給するシステムにおいて、負荷の異常状態を
検出する負荷状態検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の負荷状態検出装置の構成
図である。負荷状態検出装置は、入力端子に接続する論
理回路6と、論理回路6からの出力を入力とし出力をハ
イサイド半導体素子である出力段MOSFET2に供給
する駆動回路7と、電源端子1にドレインを接続し出力
端子にソースを接続する出力段MOSFET2とにより
構成するスイッチング回路において、出力段MOSFE
T2のドレインに一端を接続し出力段MOSFET2の
ソースに他端を接続する定電流素子3と出力段MOSF
ET2のソースに第一の入力を接続し電源端子14に第
二の入力を接続し論理回路6に出力を接続するコンパレ
ータ8とにより構成する。電源端子1は高い電位に接続
し、電源端子14は低い電位に接続する。一端を低い電
位に接続する負荷の他の端子は出力端子に接続する。
【0003】図6は、図5において、入力端子に入力V
INを印加し出力段MOSFET2がONし負荷4の両端
に出力VOUT が印加される際の入力VINと出力VOUT
の関係を示す。
【0004】以下、図6と図5とにより順を追って説明
する。定電流素子3は、常時、一定の電流IS を流す。
出力段MOSFET2がOFFの期間、負荷4にはこの
一定の電流IS が流れ、負荷4の抵抗値をRとすれば、
負荷4の両端の電圧VOUT1はVOUT1=IS ×Rとなる。
【0005】出力段MOSFET2はONとなると電流
O を流す。出力段MOSFET2がONの期間、負荷
4にはこの一定の電流IS と電流I O が流れ、負荷4の
両端の電圧VOUT2はVOUT2=(IS +IO )×Rとな
る。コンパレータ8は、出力段MOSFET2がOFF
の期間、この電圧VOUT1と予め定める電圧との大小を比
較し負荷4の状態を検出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の負荷状態検出装
置は、出力段MOSFET2がOFFの期間、電圧VOU
T1により負荷4の状態を検出することが出来るが、出力
段MOSFET2がONの期間、電圧VOUT2が高い電位
と低い電位との電位差に略等しく抵抗値Rと無関係とな
るために、電圧VOUT2により負荷4の状態を検出するこ
とが出来ない。
【0007】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は、出力段MOSFET2がONと
なる際、負荷4の状態を検出する負荷状態検出装置を提
供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第一の発明においては、半導体スイッチ素子の第一の
端子を高い電位に接続し、該半導体スイッチ素子の第二
の端子を負荷の一端に接続し、該負荷の他端を低い電位
に接続し、該負荷の両端の電圧を検出することにより該
負荷の状態を検出する負荷状態検出装置を設け、該半導
体スイッチ素子のOFF期間は該半導体スイッチ素子の
ゲート端子を前記低い電位にプルダウンするプルダウン
手段と、第一の入力を該半導体スイッチ素子の第二の端
子に接続し第二の入力を前記低い電位に接続する比較手
段と、該半導体スイッチ素子のON期間開始時点より定
められた時間を計時する計時手段とを備えるものとす
る。
【0009】第二の発明においては、第一の発明に記載
する負荷状態検出装置において、前記計時手段に代え
て、該比較手段の第二の入力を該半導体スイッチ素子の
第二の端子に接続し、入力を前記高い電位に接続し出力
を該比較手段の第一の入力に接続するフィルタ手段を備
えるものとする。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、第一の発明による負荷状
態検出装置の構成図である。ハイサイド半導体素子であ
る出力段MOSFET2は半導体スイッチ素子であり、
出力段MOSFET2のドレインは高い電位の電源端子
1に接続し、出力段MOSFET2のソースは出力端子
に接続し、出力段MOSFET2のゲートは駆動回路7
の出力に接続する。
【0011】ゲートプルダウンMOSFET13はプル
ダウン手段であり、ゲートプルダウンMOSFET13
のドレインは出力段MOSFET2のゲートに接続し、
ゲートプルダウンMOSFET13のソースは低い電位
の電源端子14に接続し、ゲートプルダウンMOSFE
T13のゲートは論理回路6に接続する。
【0012】コンパレータ8は比較手段であり、コンパ
レータ8の第一の入力は出力段MOSFET2のソース
に接続し、コンパレータ8の第二の入力は電源端子14
に接続し、コンパレータ8の出力は論理回路6に接続す
る。
【0013】タイマ回路61は計時手段である。出力段
MOSFET2は素子内部にゲート抵抗12とゲート・
ソース間容量(CGS)18とが存在する。
【0014】図2は、図1において、入力端子に入力V
INを印加し出力段MOSFET2がOFFからONに変
化する際の入力VINと負荷4の両端の出力VOUT との関
係を示す。
【0015】以下、図1と図2とにより順を追って説明
する。図2において、実線により描く曲線は、負荷4が
正常値における、出力VOUTの変化を示す。
【0016】入力VINがOFFの状態の時、駆動回路7
がON信号を出力せず、ゲートプルダウンMOSFET
13がONとなり出力段MOSFET2のゲートを電源
端子14の電位にプルダウンする。出力段MOSFET
2がOFFの期間の出力VOU T は定電流素子3の電流I
S と負荷4とによるVOUT1である。
【0017】時刻t0 に入力VINはONとなり、駆動回
路7はON信号を出力し、ゲートプルダウンMOSFE
T13はOFFとなり、このON信号は出力段MOSF
ET2のゲートに印加する。
【0018】このON信号により、ゲート抵抗12⇒ゲ
ート・ソース間容量(CGS)18⇒負荷4の経路でゲー
ト・ソース間容量(CGS)18の充電電流が流れ、出力
OU T は上昇する。
【0019】時刻t1 を経過すると、ゲート・ソース間
容量(CGS)18の充電電流の減少により、出力VOUT
は一旦減少する。時刻t2 において、出力段MOSFE
T2のゲート電位が出力段MOSFET2のスレッショ
ルド電圧に達すると電流IO が流れ始めることにより、
出力VOU T は再び上昇する。
【0020】出力段MOSFET2がONの期間の出力
OUT はVOUT2となる。図2において、点線により描く
曲線は、負荷4が異常値(図2)においては、負荷イン
ピーダンス増大の場合を示す)における、出力VOUT
変化を示す。入力VINがOFFの時、出力段MOSFE
T2がOFFの期間の出力VOUT は定電流素子3の電流
S と異常値の負荷4とによるVOUT4である。
【0021】時刻t0 の入力VINのONによるゲート抵
抗12⇒ゲート・ソース間容量(C GS)18⇒異常値の
負荷4の経路でゲート・ソース間容量(CGS)18を流
れる充電電流は、負荷インピーダンス増大による時定数
増加により、減少する。よつて、出力段MOSFET2
のゲート電位が出力段MOSFET2のスレッショルド
電圧に達する時刻t3 は遅れる。
【0022】出力段MOSFET2がONの期間の出力
OUT は、負荷4が正常値の場合と同様に、VOUT2とな
る。予め定める時刻tc における出力VOUT は、それぞ
れ負荷4が正常値の場合はVOUT3、負荷4が異常値の場
合はVOUT5となり、図示例ではVOUT3>VOUT5となる。
【0023】予め定める時刻tc は、入力VINがON時
点より計時を開始するタイマ回路61に時間Tを設定す
ることにより、求める。以上述べた如くに、時刻tc
おける出力VOUT を検出することにより、負荷状態検出
装置を構成する。
【0024】
【実施例】図3と図4とは、それぞれ第二の発明による
負荷状態検出装置の一実施例の構成図である。図3にお
いて、ハイサイド半導体素子である出力段MOSFET
2は半導体スイッチ素子であり、出力段MOSFET2
のドレインは高い電位の電源端子1に接続し、出力段M
OSFET2のソースは出力端子に接続し、出力段MO
SFET2のゲートは駆動回路7の出力に接続する。
【0025】図4において、ハイサイド半導体素子であ
る出力段IGBT23は半導体スイッチ素子であり、出
力段IGBT23のコレクタは高い電位の電源端子1に
接続し、出力段IGBT23のエミッタは出力端子に接
続し、出力段IGBT23のゲートは駆動回路7の出力
に接続する。
【0026】上記以外の構成は図3、及び図4とも同一
である。ゲートプルダウンMOSFET13はプルダウ
ン手段であり、図3においてはゲートプルダウンMOS
FET13のドレインは出力段MOSFET2のゲート
に接続し、図4においてはゲートプルダウンMOSFE
T13のドレインは出力段IGBT23のゲートに接続
する。
【0027】ゲートプルダウンMOSFET13のソー
スは電源端子14に接続し、ゲートプルダウンMOSF
ET13のゲートは論理回路6に接続する。コンパレー
タ19は比較手段であり、コンパレータ19の第一の入
力はフィルタ20の出力に接続する。
【0028】コンパレータ19の第二の入力は、図3に
おいては出力段MOSFET2のソースに接続し、図4
においては出力段IGBT23のエミッタに接続する。
フィルタ20は計時手段であり、フィルタ20の入力は
電源端子1に接続する。
【0029】図3の出力段MOSFET2には素子内部
にゲート抵抗とゲート・ソース間容量とが存在し、図4
の出力段IGBT23にはゲート抵抗とゲート・エミッ
タ間容量とが存在する。
【0030】図3、及び図4において、入力端子にVIN
を印加し出力段MOSFET2、又は出力段IGBT2
3がOFFよりONになる際の出力VOUT の変化は、既
に説明する通り、負荷4が正常値の場合は図2の実線に
より示す変化となり、負荷4が異常値の場合は図2の点
線により示す変化となる。
【0031】フィルタ20は時間遅れにより図2に図示
する時間Tを作成し、コンパレータ19は、時刻tc
おいて、出力VOUT を予め定める定める電圧値と比較
し、負荷状態を検出する。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、ハイサイド半導体素子
を用いる半導体スイッチ装置において、半導体スイッチ
がONになる際、負荷の異常状態(特に、負荷開放状
態)を検出する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の発明による負荷状態検出装置の一実施例
の構成図
【図2】図1の実施例の波形を示す図
【図3】第二の発明による負荷状態検出装置の一実施例
の構成図
【図4】第二の発明による負荷状態検出装置の他の実施
例の構成図
【図5】従来の負荷状態検出装置の構成図
【図6】図5の従来例の波形を示す図
【符号の説明】
2 出力段MOSFET 3 定電流素子 4 負荷 6 論理回路 7 駆動回路 8、19 コンパレータ 12 ゲート抵抗 13 ゲートプルダウンMOSFET 18 ゲート・ソース間容量(CGS) 20 フイルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G032 AE08 5G042 BB03 BB12 CC03 CC06 5J055 AX36 AX53 AX55 BX16 DX09 DX13 DX22 DX53 DX54 DX84 EX01 EX02 EX04 EX23 EY01 EY21 EZ03 EZ10 EZ14 EZ22 FX05 FX07 FX13 FX18 FX38 GX01 GX04 9A001 BB06 JJ45 KK37 LL05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体スイッチ素子の第一の端子を高い電
    位に接続し、該半導体スイッチ素子の第二の端子を負荷
    の一端に接続し、該負荷の他の一端を低い電位に接続
    し、該負荷の両端の電圧を検出することにより該負荷の
    状態を検出する負荷状態検出装置を設け、 該半導体スイッチ素子のOFF期間は該半導体スイッチ
    素子のゲート端子を前記低い電位にプルダウンするプル
    ダウン手段と、 第一の入力を該半導体スイッチ素子の第二の端子に接続
    し、第二の入力を前記低い電位に接続する比較手段と、 該半導体スイッチ素子のON期間開始時点より定められ
    た時間を計時する計時手段とを備える、 ことを特徴とする負荷状態検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の負荷状態検出装置に於い
    て、 前記計時手段に換えて、該比較手段の第二の入力を該半
    導体スイッチ素子の第二の端子に接続し、 入力を前記高い電位に接続し、出力を該比較手段の第一
    の入力に接続するフィルタ手段を備える、 ことを特徴とする負荷状態検出装置。
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