JP2002100972A - 負荷駆動装置 - Google Patents

負荷駆動装置

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    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷短絡や過電流が発生したとしても、熱破
壊に至るのを確実に防止することで、信頼性の向上を図
った負荷駆動装置を提供する。 【解決手段】 負荷１７を駆動するパワースイッチ素子
２と、外部からの信号ＶINに応じてパワースイッチ素子
を制御する回路とが１チップ上に形成された負荷駆動装
置１に、負荷に流れる電流を検出した結果およびパワー
スイッチ素子の入力信号レベルに基づき、パワースイッ
チ素子をオン状態からオフ状態にする入力信号レベルの
オフ時間遷移を遅延させるオフ時間遅延回路３を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ランプ、ＬＥＤ、
インダクタなどの負荷を駆動する負荷駆動装置に関し、
特に、過電流もしくは短絡電流が発生した場合に、負荷
駆動装置を構成するパワースイッチ素子の発熱による破
壊を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ランプやコイル等の負荷を駆動す
る手法として、図４に示すように、負荷１７の高電位側
に電源９を接続し、負荷１７の低電位側に負荷駆動装置
１’を設け、外部から入力端子２２に供給される信号に
より、負荷駆動装置１’のパワースイッチ素子２をオ
ン、オフさせ、電源９からの電流を導通、遮断すること
で負荷１７が駆動される。かかる負荷駆動装置１’は、
一般的に、各種の保護機能を備えている。これら保護機
能の中で、負荷短絡保護機能や過電流保護機能等を実現
するためには、負荷１７の低電位側の電圧、つまり負荷
駆動装置１’のドレイン端子２１の電位を電流検出抵抗
１３、１４により検出し、検出した電位に基づいてパワ
ースイッチ素子２をＯＦＦし、負荷駆動装置１’を熱破
壊から守る必要がある。
【０００３】次に、具体的な負荷短絡保護機能や過電流
保護機能について、図５を参照して説明する。図５は、
負荷短絡や過電流発生時の負荷駆動装置１’における各
部の電圧・電流を示す波形図である。
【０００４】まず、外部から入力端子２２に電圧ＶINが
加わり、抵抗１０、１１と抵抗１２により分圧された電
圧ＶTがゲート電圧検出素子１６のしきい値を越える
と、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となり、ドレイ
ン端子２２の電圧ＶDをモニターする状態になる。
【０００５】この状態で、負荷１７に異常が発生し大電
流が流れると、その電流ＩLに応じて電流検出抵抗１３
と１４により分圧された電圧ＶCが上昇し、電圧ＶCが電
流検出素子１５のしきい値（ＶTH）を越えると電流検出
素子１５はＯＮし、接地端子２３を介してパワースイッ
チ素子２のゲート電圧ＶGが接地レベルへと低下し、パ
ワースイッチ素子２はＯＦＦとなる。
【０００６】パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの
低下により、抵抗１１と１２による分圧された電圧ＶT
がゲート電圧検出素子１６のしきい値より下がると、ゲ
ート電圧検出素子１６はＯＦＦし、電流検出素子１５も
ＯＦＦとなり、再びパワースイッチ素子２のゲート電圧
ＶGは上昇する。その結果、パワースイッチ素子２は再
びＯＮとなる。
【０００７】パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの
上昇により、ゲート電圧ＶGを抵抗１１と抵抗１２によ
り分圧した電圧ＶTが上昇し、電圧ＶTがゲート電圧検出
素子１６のしきい値よりも高くなると、ゲート電圧検出
素子１６はＯＮ状態となる。
【０００８】負荷１７に異常が発生し大電流が流れる状
態が続いていると、上記動作を繰り返すというような発
振状態になる。このように、負荷１７に大電流が流れた
場合に、負荷駆動装置１’の熱破壊を防ぐために、負荷
短絡保護機能や過電流保護機能が設けられている。な
お、負荷短絡保護機能と過電流保護機能の違いは、負荷
１７に流れる電流値の違いにより、電流検出抵抗１３、
１４による検出電圧が異なるだけで、動作的には同じで
ある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図５に示すように、入
力端子２２に電圧ＶINが印加され続けている間、負荷短
絡保護機能や過電流保護機能によって、負荷電流ＩLの
発振状態は続くことになる。このような負荷電流ＩLの
発振状態により、負荷駆動装置１’は発熱し温度が上昇
するが、過熱保護回路１８を設けることで、負荷駆動装
置１’の温度が加熱設定温度に達すると、パワースイッ
チ素子２のゲート電圧ＶGは下げられ、パワースイッチ
素子２がＯＦＦにされて、装置の熱破壊が防止される。
【００１０】この過熱保護回路１８による加熱設定温度
は、通常、負荷駆動装置１’の動作上限温度である１５
０℃付近に設定されるが、回路定数のバラツキに起因し
て、２００℃近くまでなる可能性があり、負荷短絡や過
電流が何度も発生した場合、負荷駆動装置１’が熱破壊
に至るおそれがあり、装置の信頼性上問題になる場合が
あった。
【００１１】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、負荷短絡や過電流が発生した
としても、熱破壊に至るのを確実に防止することで、信
頼性の向上を図った負荷駆動装置を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る負荷駆動装置は、負荷を駆動するパワ
ースイッチ素子と、外部からの信号に応じてパワースイ
ッチ素子を制御する回路とが１チップ上に形成された負
荷駆動装置であって、負荷に流れる電流を検出した結果
およびパワースイッチ素子の入力信号レベルに基づき、
パワースイッチ素子を導通／遮断状態にする時間を変更
するスイッチング時間変更手段を備えたことを特徴とす
る。ここで、パワースイッチ素子は、電圧駆動タイプで
ある、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴ、絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ、または電流駆動タイプである通常の
バイポーラトランジスタからなる。
【００１３】この負荷駆動装置において、スイッチング
時間変更手段は、前記パワースイッチ素子をオン状態か
らオフ状態にする前記入力信号レベルのオフ時間遷移を
遅延させるオフ時間遅延回路を含むことが好ましい。
【００１４】また、オフ時間遅延回路は、外部からの信
号により電源供給されることが好ましい。
【００１５】また、オフ時間遅延回路は、負荷駆動装置
の温度上昇に応じて入力信号レベルのオフ時間遷移を長
く遅延させることが好ましい。
【００１６】この場合、負荷駆動装置は、検出した温度
に基づきパワースイッチ素子を遮断状態にする加熱保護
回路を備え、オフ時間遅延回路は、加熱保護回路におい
て検出される温度に応じて入力信号レベルのオフ時間遷
移を遅延させることが好ましい。
【００１７】また、オフ時間遅延回路は、外部からの前
記信号が供給される抵抗と、互いに順方向に直列接続さ
れた複数のダイオードとの接続部により電源供給される
ことが好ましい。
【００１８】上記の構成によれば、負荷短絡や過電流発
生時に、パワースイッチ素子のオフ時間を長くし、ま
た、常温ではオフ時間を短く設定し温度上昇に応じてオ
フ時間を長くすることで、負荷駆動装置が熱破壊に至る
のを確実に防止するとともに、一時的な負荷短絡や過電
流の発生から復帰した際の応答速度を改善することがで
き、装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
【００２０】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による負荷駆動装置１の構成図である。なお、図
４に示す従来例と同一の構成要素については同一の符号
を付し説明を省略する。本実施形態が従来例と異なるの
は、抵抗１１と１２により分圧された電圧ＶTの立ち下
がりを所定時間だけ遅らせるオフ時間遅延回路３をゲー
ト電圧検出素子１６の入力に設けた点にある。また、オ
フ時間遅延回路３は、入力端子２２に印加される電圧Ｖ
INを電源としている。
【００２１】図２は、負荷短絡や過電流発生時の負荷駆
動装置１における各部の電圧または電流を示す波形図で
ある。
【００２２】次に、図１および図２を用いて、本実施形
態による負荷駆動装置１の負荷短絡保護機能や過電流保
護機能について説明する。
【００２３】まず、外部から入力端子２２に電圧ＶINが
印加されると、抵抗１０、１１と抵抗１２により分圧さ
れた電圧ＶTが上昇する。電圧ＶTはオフ時間遅延回路３
に入力されるが、電圧ＶTの立ち上がりに対しては遅延
せず電圧ＶT1としてゲート電圧検出素子１６に出力され
る。電圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値を越
えると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態となり、ド
レイン端子２１の電圧ＶDをモニターする状態になる。
【００２４】この状態で、負荷１７に異常が発生し大電
流が流れると、その電流ＩLに応じて電流検出抵抗１３
と１４により分圧された電圧ＶCが上昇し、電圧ＶCが電
流検出素子１５のしきい値（ＶTH）を越えると電流検出
素子１５はＯＮし、接地端子２３を介してパワースイッ
チ素子２のゲート電圧ＶGが接地レベルへと低下し、パ
ワースイッチ素子２はＯＦＦとなる。
【００２５】次に、パワースイッチ素子２のゲート電圧
ＶGの低下により、抵抗１１と１２による分圧された電
圧ＶTが低下するが、オフ時間遅延回路３により、所定
の遅延時間だけゲート電圧検出素子１６に印加される電
圧ＶT1の立ち下がりが遅れる。所定の遅延時間の後、電
圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値より下がる
と、ゲート電圧検出素子１６はＯＦＦし、電流検出素子
１５もＯＦＦとなり、再びパワースイッチ素子２のゲー
ト電圧ＶGは上昇する。その結果、パワースイッチ素子
２は再びＯＮとなる。
【００２６】パワースイッチ素子２のゲート電圧ＶGの
上昇により、ゲート電圧ＶGを抵抗１１と抵抗１２によ
り分圧した電圧ＶTが上昇し、オフ時間遅延回路３を介
した電圧ＶT1がゲート電圧検出素子１６のしきい値より
も高くなると、ゲート電圧検出素子１６はＯＮ状態とな
る。
【００２７】負荷１７に異常が発生し大電流が流れる状
態が続いていると、上記動作を繰り返すというような発
振状態になる。しかしながら、オフ時間遅延回路３によ
り、電圧ＶTの立ち下がりに対して遅延時間を設けるこ
とで、オフ時間Ｔ２がオン時間Ｔ１の約１００倍程度の
発振状態にすることができ、これにより、従来に比べて
負荷駆動装置１の発熱を１／１００程度に抑えることが
できる。なお、オフ時間Ｔ２をあまり長く設定すると、
一次的な負荷短絡や過電流が発生した後に復帰させる場
合に、応答速度が遅くなり動作安定上よくない。
【００２８】例えば、負荷短絡や過電流が発生した場
合、負荷電流の発振状態による消費電力が１０Ｗで、負
荷駆動装置が１Ｗの許容損失のパッケージであると、従
来では、直ちに負荷駆動装置１’が発熱し過熱保護回路
１８が機能するが、本実施形態によれば、消費電力は１
／１００の０．１Ｗとなり、加熱設定温度にバラツキの
ある過熱保護回路１８は機能せずにすむ。これにより、
負荷駆動装置１の信頼性を向上させることができる。
【００２９】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態による負荷駆動装置１００の構成図である。な
お、図２において、図１に示す第１実施形態と同一の構
成要素については同一の符号を付し説明を省略する。
【００３０】第１実施形態では、オフ時間遅延回路３の
電源を入力端子２２に印加される電圧ＶINからとった
が、第２実施形態では、図３に示すように、入力端子２
２に接続された抵抗２０と、互いに順方向に直列接続さ
れた複数のダイオード１９との接続点における電圧ＶF
からとっている。
【００３１】このように構成することで、負荷駆動装置
１００の温度が上昇すると、複数のダイオード１９の各
順方向電圧はその温度特性により低下し、複数のダイオ
ード１９の順方向電圧を個数分加算した電圧ＶFは低下
することになる。この電圧ＶFが低下すると、電圧ＶFを
電源としているオフ時間遅延回路３のオフ遅延時間は長
くなり、負荷電流ＩLのオフ時間Ｔ２も長くなる。よっ
て、負荷駆動装置１００が高温になるとより発熱しない
ように動作する。
【００３２】これにより、常温時にオフ時間Ｔ２を短く
設定することができ、オフ時間Ｔ２を長く設定した場合
の不具合である、一時的な負荷短絡や過電流の発生から
復帰した際の応答速度の遅くれを防止し、負荷駆動装置
１００をより安定動作させることが可能になる。
【００３３】なお、一般的には、過熱保護回路１８に
は、温度検出用として、抵抗２０と複数のダイオード１
９と同様の回路素子が用いられており、そこからオフ時
間遅延回路３の電源をとることにより、素子数を減らす
こともできる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷短絡や過電流が発生したとしても、負荷駆動装置が
熱破壊に至るのを確実に防止することができ、装置の信
頼性を向上させることが可能になるという格別な効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る負荷駆動装置の
構成図
【図２】 負荷短絡または過電流発生時の図１に示す負
荷駆動装置における各部の電圧または電流の波形図
【図３】 本発明の第２実施形態に係る負荷駆動装置の
構成図
【図４】 従来の負荷駆動回路の構成図
【図５】 従来の負荷駆動装置における各部の電圧また
は電流の波形図
【符号の説明】
１、１００ 負荷駆動装置 ２ パワースイッチ素子 ３ オフ時間遅延回路 ９ 電源 １０、１１、１２ 抵抗 １３、１４ 電流検出抵抗 １５ 電流検出素子 １６ ゲート電圧検出素子 １７ 負荷 １８ 過熱保護回路 １９ 複数のダイオード ２０ 抵抗 ２１ ドレイン端子 ２２ 入力端子 ２３ 接地端子
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 1/00 Ｈ０２Ｍ 1/00 Ｈ Ｈ０３Ｋ 17/56 Ｈ０３Ｋ 17/56 Ｚ 17/60 17/60 Ａ 17/687 17/687 Ａ (72)発明者 高橋 理 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 5G053 AA01 AA02 AA14 BA01 CA02 DA01 EA03 EA09 EC03 FA07 5H740 AA08 BA12 BB07 BC01 BC02 JA01 JB01 KK01 MM01 MM08 MM12 5J055 AX34 AX37 AX56 AX64 AX65 BX16 CX13 CX22 CX29 DX03 DX09 DX13 DX22 DX55 EX24 EY01 EY03 EY12 EY21 EZ00 EZ50 FX04 FX05 FX06 FX12 FX13 FX18 FX32 FX37 GX01 GX04

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負荷を駆動するパワースイッチ素子と、
    外部からの信号に応じて前記パワースイッチ素子を制御
    する回路とが１チップ上に形成された負荷駆動装置であ
    って、 前記負荷に流れる電流を検出した結果および前記パワー
    スイッチ素子の入力信号レベルに基づき、前記パワース
    イッチ素子を導通／遮断状態にする時間を変更するスイ
    ッチング時間変更手段を備えたことを特徴とする負荷駆
    動装置。
  2. 【請求項２】 前記スイッチング時間変更手段は、前記
    パワースイッチ素子をオン状態からオフ状態にする前記
    入力信号レベルのオフ時間遷移を遅延させるオフ時間遅
    延回路を含むことを特徴とする請求項１記載の負荷駆動
    装置。
  3. 【請求項３】 前記オフ時間遅延回路は、外部からの前
    記信号により電源供給されることを特徴とする請求項２
    記載の負荷駆動装置。
  4. 【請求項４】 前記オフ時間遅延回路は、前記負荷駆動
    装置の温度上昇に応じて前記入力信号レベルのオフ時間
    遷移を長く遅延させることを特徴とする請求項２または
    ３記載の負荷駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記負荷駆動装置は、検出した温度に基
    づき前記パワースイッチ素子を遮断状態にする加熱保護
    回路を備え、前記オフ時間遅延回路は、前記加熱保護回
    路において検出される温度に応じて前記入力信号レベル
    のオフ時間遷移を遅延させることを特徴とする請求項４
    記載の負荷駆動装置。
  6. 【請求項６】 前記オフ時間遅延回路は、外部からの前
    記信号が供給される抵抗と、互いに順方向に直列接続さ
    れた複数のダイオードとの接続部により電源供給される
    ことを特徴とする請求項４または５記載の負荷駆動装
    置。
  7. 【請求項７】 前記パワースイッチ素子は、Ｎチャネル
    のＭＯＳＦＥＴからなることを特徴とする請求項１から
    ６のいずれか一項記載の負荷駆動装置。
  8. 【請求項８】 前記パワースイッチ素子は、絶縁ゲート
    型バイポーラトランジスタからなることを特徴とする請
    求項１から６のいずれか一項記載の負荷駆動装置。
  9. 【請求項９】 前記パワースイッチ素子は、バイポーラ
    トランジスタからなることを特徴とする請求項１から６
    のいずれか一項記載の負荷駆動装置。
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