JP2006060971A - Controller of semiconductor switch - Google Patents

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Shunzo Oshima
俊藏 大島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller of semiconductor switch for protecting a circuit, while preventing wrong interruptions due to inrush current during transient period, and that is capable of interrupting a semiconductor switch surely on the occurrence of short circuit or grounding. <P>SOLUTION: An MOSFET(T1) is interrupted, when an overcurrent flows due to a fault occurring in a second wiring 22 and the voltage between terminals (VDS) of the MOSFET(T1) exceeds a judgment voltage level V4, wherein the transition period, when the MOSFET(T1) is turned on is set, such that the voltage between terminals (VDS) does not exceed the deciding voltage level V4, by operating an attenuator to attenuate the voltage between terminals (VDS). When the second wiring 22 is short-circuited or grounded during the operation of the attenuator, the magnitude of a back-emf E1 induced in a first wiring 21 by a short circuit current is detected; and if it exceeds a predetermined decision value, the MOSFET(T1) is interrupted. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電源と負荷の間に介置される半導体スイッチのオン、オフを制御する半導体スイッチの制御装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor switch control device for controlling on / off of a semiconductor switch interposed between a power source and a load.

例えば、車両に搭載されるモータ、ランプ等の負荷は、該負荷とバッテリ(電源)との間に設けられた半導体スイッチのオン、オフを操作することにより、駆動、停止を切り替えるようにしている。   For example, loads such as motors and lamps mounted on a vehicle are switched between driving and stopping by operating on and off of a semiconductor switch provided between the load and a battery (power source). .

このような回路において、半導体スイッチと負荷とを連結する配線に、短絡接地等に起因して過電流が流れた場合に、この半導体スイッチを保護するために、半導体スイッチの電源側端子と負荷側端子の間の電位差が、この半導体スイッチに流れる電流に比例することを利用し、該電位差が所定の値を超えた際に過電流が流れたものと判定し、配線及び半導体素子自身を保護する過電流保護方法が知られている(例えば、特開2000−253560号公報参照)。   In such a circuit, when an overcurrent flows in the wiring connecting the semiconductor switch and the load due to short-circuit grounding or the like, the power supply side terminal and the load side of the semiconductor switch are protected in order to protect the semiconductor switch. Utilizing the fact that the potential difference between the terminals is proportional to the current flowing through the semiconductor switch, it is determined that an overcurrent has flowed when the potential difference exceeds a predetermined value, and the wiring and the semiconductor element itself are protected. An overcurrent protection method is known (see, for example, JP 2000-253560 A).

ところが、この方法では半導体素子がオフ状態からオン状態に移行する過渡期間においては、半導体スイッチの本質的特性により配線に異常が発生していない場合であっても半導体スイッチ両端の電位差が所定の値を超えてしまうという問題がある。   However, in this method, during the transition period in which the semiconductor element transitions from the off state to the on state, the potential difference between both ends of the semiconductor switch is a predetermined value even if there is no abnormality in the wiring due to the essential characteristics of the semiconductor switch. There is a problem of exceeding.

そこで、従来より、過渡期間中であっても過電流保護機能が作動し、且つ、誤判定しない過電流保護方法として、従来より以下の(A1)、(A2)に示す方法が用いられている。   Therefore, conventionally, the following methods (A1) and (A2) have been used as overcurrent protection methods in which the overcurrent protection function operates even during a transition period and does not make a misjudgment. .

(A1)スタート直後の一定期間、過電流検出機能を停止する。即ち、一定のマスク期間を設ける。しかし、この方法では半導体スイッチの誤遮断を防止することができる反面、マスク期間中に過電流が発生した場合は検出することができず、半導体スイッチを保護することができない。また、マスク期間を最小限に設定した場合でも、スタート以前から短絡接地が発生しているような場合には保護機能の低下が避けられない。   (A1) The overcurrent detection function is stopped for a certain period immediately after the start. That is, a certain mask period is provided. However, this method can prevent the semiconductor switch from being erroneously cut off, but cannot detect when an overcurrent occurs during the mask period and cannot protect the semiconductor switch. Even when the mask period is set to the minimum, if the short-circuit grounding occurs before the start, the protection function is inevitably lowered.

(A2)スタート直後の一定期間、過電流検出機能の感度を低下させ、半導体スイッチの端子間電圧が大きくなった場合でも、過電流判定しないようにする。具体的には、半導体スイッチの端子間電圧を増幅した後、この増幅電圧と所定の値(判定電圧)とを比較するようにし、この増幅率をスタート直後は小さい値とし、時間が経過するに連れて徐々に標準の増幅率に回復させる。   (A2) The sensitivity of the overcurrent detection function is lowered for a certain period immediately after the start so that the overcurrent determination is not performed even when the voltage between the terminals of the semiconductor switch increases. Specifically, after amplifying the voltage between the terminals of the semiconductor switch, this amplified voltage is compared with a predetermined value (determination voltage), the amplification factor is set to a small value immediately after the start, and time passes. Then gradually restore the standard gain.

以下、(A2)の方法について、図8に示す回路図を参照しながら説明する。同図において、負荷121と電源VBとの間に半導体スイッチとしてのN型のMOSFET(T101)が設けられている。   The method (A2) will be described below with reference to the circuit diagram shown in FIG. In the figure, an N-type MOSFET (T101) as a semiconductor switch is provided between a load 121 and a power supply VB.

MOSFET(T101)のドレイン〜ソース間電圧VDSが、抵抗R103、N型のMOSFET(T102)、抵抗R105、及びアンプAMP101から成る回路により増幅され、電圧V5(=R5の電圧降下)となって現れる。つまり、アンプAMP101の動作により、抵抗R103の両端に生じる電圧が、ドレイン〜ソース間電圧VDSと等しくなるように、電流I1が調節されるので、抵抗R105に生じる電圧V5は、電圧VDSを(R105/R103)倍に増幅した電圧となる。   The drain-source voltage VDS of the MOSFET (T101) is amplified by a circuit including the resistor R103, the N-type MOSFET (T102), the resistor R105, and the amplifier AMP101, and appears as a voltage V5 (= R5 voltage drop). . That is, the current I1 is adjusted by the operation of the amplifier AMP101 so that the voltage generated at both ends of the resistor R103 is equal to the drain-source voltage VDS. Therefore, the voltage V5 generated at the resistor R105 is the voltage VDS (R105). / R103) times the amplified voltage.

そして、電源電圧V1を、抵抗R101とR102で分圧して生成される判定電圧V4と、上記の電圧V5が、比較器CMP101にて比較され、V5>V4となると過電流と判定するようになっている。   Then, the determination voltage V4 generated by dividing the power supply voltage V1 by the resistors R101 and R102 and the above voltage V5 are compared by the comparator CMP101, and when V5> V4, it is determined that the current is overcurrent. ing.

より詳細に説明すると、増幅回路はアンプAMP101とMOSFET(T102)によるフィードバック動作により、抵抗R103とMOSFET(T102)のドレインとの結合点の電圧V3が、MOSFET(T101)のソース電圧V2と常に等しくなるように制御される。   More specifically, in the amplifier circuit, the voltage V3 at the coupling point between the resistor R103 and the drain of the MOSFET (T102) is always equal to the source voltage V2 of the MOSFET (T101) by the feedback operation by the amplifier AMP101 and the MOSFET (T102). It is controlled to become.

その結果、抵抗R103の電圧降下と、MOSFET(T1)のドレイン〜ソース間電圧VDS(=V1−V2)が等しくなる。MOSFET(T101)のオン抵抗をRon、MOSFET(T101)に流れる電流をID、点P1(電圧V1)→R103→T102→R105→グランドを流れる電流をI1とすると、電圧V5は、以下に示す(1)式で示すことができる。   As a result, the voltage drop of the resistor R103 is equal to the drain-source voltage VDS (= V1-V2) of the MOSFET (T1). Assuming that the on-resistance of the MOSFET (T101) is Ron, the current flowing through the MOSFET (T101) is ID, and the current flowing through the point P1 (voltage V1) → R103 → T102 → R105 → ground is I1, the voltage V5 is as follows ( 1) It can be shown by the formula.

V5=R105*I1=R105*VDS/R103
=R105*Ron*ID/R103
=R105*Ron/R103*ID ・・・(1)
判定電圧V4に対して、負荷電流IDが正常な状態にあるとき、V5≒(1/2)*V4となるように、抵抗R103、R105の抵抗値を選定する。負荷電流IDが増加して正常状態の2倍以上になるとV5>V4となり、過電流が流れたと判定される。
V5 = R105 * I1 = R105 * VDS / R103
= R105 * Ron * ID / R103
= R105 * Ron / R103 * ID (1)
When the load current ID is in a normal state with respect to the determination voltage V4, the resistance values of the resistors R103 and R105 are selected so that V5≈ (1/2) * V4. When the load current ID increases to more than twice the normal state, V5> V4 and it is determined that an overcurrent has flowed.

ここで、上記の方法で問題となるのは、スタート直後にオン抵抗Ronが高抵抗になる期間が存在することである。   Here, the problem with the above method is that there is a period in which the on-resistance Ron is high immediately after the start.

オン抵抗Ronは、MOSFET(T101)のゲート〜ソース間電圧VGSに依存する。MOSFET(T101)が安定状態にあるとき、即ち、スタートから1[ms]以上経過した後では、電圧VGSが飽和して10V近くに達し、オン抵抗RonはFETの特性で決まる一定の抵抗値、例えば、10mΩ程度の低抵抗値となる。   The on-resistance Ron depends on the gate-source voltage VGS of the MOSFET (T101). When the MOSFET (T101) is in a stable state, that is, after 1 [ms] or more has elapsed from the start, the voltage VGS is saturated and reaches nearly 10 V, and the on-resistance Ron is a constant resistance value determined by the characteristics of the FET, For example, a low resistance value of about 10 mΩ is obtained.

この状態では、電圧V5は負荷電流IDに比例し、正常な負荷電流IDではV5<V4となり、負荷電流IDが2倍に増えれば電圧V5も2倍になり、V5>V4となって過電流判定が成立する。しかし、スタート直後では、電圧VGSがゼロから増加を始めるので、オン抵抗Ronは高抵抗からスタートし、電圧VGSの増加に伴って徐々に抵抗値が減少し、電圧VGSが飽和すると低抵抗値に収束するという経緯をたどる。   In this state, the voltage V5 is proportional to the load current ID. When the load current ID is normal, V5 <V4. When the load current ID is doubled, the voltage V5 is also doubled and V5> V4. Judgment is made. However, since the voltage VGS starts increasing from zero immediately after the start, the on-resistance Ron starts from a high resistance, and gradually decreases as the voltage VGS increases. Follow the process of convergence.

即ち、スタートしてから電圧VGSが飽和するまでの期間は、オン抵抗Ronが高い抵抗値を示し、負荷電流IDが正常であっても、上記(1)式に則って電圧V5が増大し、電圧V4を超えることになる。   That is, during the period from the start until the voltage VGS is saturated, the on-resistance Ron shows a high resistance value, and even if the load current ID is normal, the voltage V5 increases according to the above equation (1). The voltage V4 will be exceeded.

この対策として、図8に示す回路では、MOSFET(T101)がオフになり、ソース電圧V2がゼロになると、ダイオードD103により、アンプAMP101のプラス側入力端子電圧を強制的に引き下げ、且つ、アンプAMP101のマイナス側入力端子を電圧V4とダイオードD102によりプルアップして、アンプAMP101出力がLレベルになるようにしている。更に、判定値電圧V4が、電圧V2の増加に連れて増加するようにダイオードD101と抵抗R104の回路が付加されている。   As a countermeasure, in the circuit shown in FIG. 8, when the MOSFET (T101) is turned off and the source voltage V2 becomes zero, the positive input terminal voltage of the amplifier AMP101 is forcibly lowered by the diode D103, and the amplifier AMP101 is used. The negative input terminal is pulled up by the voltage V4 and the diode D102 so that the output of the amplifier AMP101 becomes L level. Further, a circuit of a diode D101 and a resistor R104 is added so that the determination value voltage V4 increases as the voltage V2 increases.

このような回路構成において、MOSFET(T101)がオンとなると、電圧V2が増加し始めるが、V2<V4−0.6Vの間は、アンプAMP101出力が低下して、電圧V5は0Vに保持される。電圧V2が増加して、V4−0.6Vを超えると、アンプAMP101出力が上昇し始め、電圧V5が増加する。   In such a circuit configuration, when the MOSFET (T101) is turned on, the voltage V2 starts to increase. However, when V2 <V4-0.6V, the output of the amplifier AMP101 decreases and the voltage V5 is held at 0V. The When the voltage V2 increases and exceeds V4-0.6V, the output of the amplifier AMP101 starts to increase and the voltage V5 increases.

電圧V5の上昇速度の最大値は、アンプAMP101のスルーレート(応答特性)で決まる。一方、電圧V4も、電圧V2の上昇により、V2→R104→D101→V4の経路で持ち上げられて上昇する。   The maximum value of the rising speed of the voltage V5 is determined by the slew rate (response characteristic) of the amplifier AMP101. On the other hand, the voltage V4 also rises and rises along the path V2-> R104-> D101-> V4 due to the increase in the voltage V2.

アンプAMP101のスルーレートで決まる電圧V5の最大上昇速度よりも、電圧V4の上昇速度の方が大きければV4>V5が維持される。これは等価的にアンプAMP101のゲインを低下させたことになる。その間に電圧VGSが飽和すると、オン抵抗Ronが低抵抗値に収束し、負荷電流IDが正常範囲にあれば、V5<V4が維持され、MOSFET(T101)は遮断されることなくオンを続ける。   If the rising speed of the voltage V4 is larger than the maximum rising speed of the voltage V5 determined by the slew rate of the amplifier AMP101, V4> V5 is maintained. This equivalently reduces the gain of the amplifier AMP101. When the voltage VGS is saturated during that time, the on-resistance Ron converges to a low resistance value, and if the load current ID is in the normal range, V5 <V4 is maintained, and the MOSFET (T101) continues to be turned on without being cut off.

この間に短絡接地が発生すると、電圧V2の上昇が鈍り、一方、電圧V5はスルーレートで決まる速度で短絡接地の有無に関係なく上昇するので、V5>V4となり、比較器CMP101が反転してMOSFET(T101)が遮断される。即ち、スタート直後の期間であっても過電流を検出し、MOSFET(T101)を遮断することができる。
特開2000−253560号公報
If short-circuit grounding occurs during this time, the voltage V2 rises slowly, while the voltage V5 rises at a speed determined by the slew rate regardless of the presence or absence of short-circuit grounding, so that V5> V4 and the comparator CMP101 is inverted and the MOSFET is inverted. (T101) is blocked. That is, even during the period immediately after the start, the overcurrent can be detected and the MOSFET (T101) can be shut off.
JP 2000-253560 A

しかしながら、上述した従来における半導体スイッチの制御方法では、以下に示す如くの問題点がある。   However, the conventional semiconductor switch control method described above has the following problems.

(B1)アンプAMP101のスルーレートで決まる電圧V5の最大上昇速度よりも、電圧V4即ち電圧V2の上昇速度を速くしなければならない。即ち、アンプAMP101のスルーレートに依存し、且つ、頼った制御になる。   (B1) The rising speed of the voltage V4, that is, the voltage V2, must be made faster than the maximum rising speed of the voltage V5 determined by the slew rate of the amplifier AMP101. That is, the control depends on the slew rate of the amplifier AMP101 and depends on it.

(B2)電圧V2の上昇速度は、電圧VGSの増加速度で決まり、ひいてはMOSFET(T101)のゲート容量とドライバー〜ゲート間の直列抵抗R110の積からなる時定数で決まる。ここで、ラジオノイズ対策のため、負荷電流IDのスイッチング波形を滑らかにする必要があるときは、この時定数を大きくしたいという要望があるが、アンプAMP101のスルーレートの範囲内でしか時定数を大きくすることができない。従って、希望する時定数を実現するためには、アンプAMP101のスルーレートを小さい値に変更することも必要になる。   (B2) The rate of increase of the voltage V2 is determined by the rate of increase of the voltage VGS, and thus is determined by the time constant formed by the product of the gate capacitance of the MOSFET (T101) and the series resistance R110 between the driver and the gate. Here, when it is necessary to smooth the switching waveform of the load current ID as a countermeasure for radio noise, there is a desire to increase this time constant. However, the time constant is set only within the range of the slew rate of the amplifier AMP101. I can't make it bigger. Therefore, in order to realize a desired time constant, it is necessary to change the slew rate of the amplifier AMP101 to a small value.

(B3)一方、スタート期間が終わり、MOSFET(T101)が安定したオン状態になると、短絡接地(デッドショート)等による電流の急増を敏感に検出するためにはアンプAMP101のスルーレートは大きい方が望ましい。これは上記(B2)のニーズと相反するものとなる。   (B3) On the other hand, when the start period is over and the MOSFET (T101) is in a stable ON state, the slew rate of the amplifier AMP101 is larger in order to detect a sudden increase in current due to short-circuit grounding (dead short) or the like. desirable. This is in conflict with the needs of (B2) above.

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、アンプのスルーレートに関係なく、且つ、半導体スイッチをオンとした直後においても回路が誤動作することなく(正常状態であれば異常と誤検出することなく)、また、過電流状態が発生すればこれを確実に検出し保護機能を動作させ、過渡期間を過ぎた後の動作には悪影響を及ぼさない制御が可能な半導体スイッチの制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a conventional problem. The object of the present invention is to make a circuit malfunction even immediately after the semiconductor switch is turned on regardless of the slew rate of the amplifier. (If it is normal, it is not erroneously detected as abnormal), and if an overcurrent condition occurs, this will be detected reliably and the protection function will be activated, adversely affecting the operation after the transient period has passed. It is an object of the present invention to provide a control device for a semiconductor switch that can be controlled without affecting the above.

上記目的を達成するため、本願請求項1に記載の発明は、半導体スイッチの一端が第1の配線により電源のプラス端子に接続され、他端が第2の配線により負荷に接続され、負荷の他端が前記電源のマイナス端子に接続された電力供給回路の前記半導体スイッチを制御する半導体スイッチの制御装置において、前記第2の配線に発生する配線異常により過電流が流れたとき、前記半導体スイッチの端子間電圧(VDS)の大きさが第1の判定値を超えたか否かを検出することにより、素子を遮断する構成を有し、前記半導体スイッチがオフからオンに移行したとき、前記第2の配線が正常であるにも関わらず前記端子間電圧(VDS)が前記第1の判定値(V4)を超える過渡期間は減衰器を動作させることにより前記端子間電圧(VDS)を減衰させて該端子間電圧(VDS)が前記第1の判定値以下になるようにし、前記減衰器が動作している期間に前記第2の配線が短絡接地しているとき、或いは短絡接地したときには、短絡電流に起因して前記第1の配線に発生する逆起電力(E1)の大きさを検出し、検出された逆起電力(E1)が、配線正常時の過渡電流によって発生する逆起電力よりも大きい値に設定した第2の判定値を超えたときに、前記半導体スイッチを遮断することを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, one end of the semiconductor switch is connected to the positive terminal of the power supply by the first wiring, and the other end is connected to the load by the second wiring. In the semiconductor switch control device for controlling the semiconductor switch of the power supply circuit, the other end of which is connected to the negative terminal of the power source, when an overcurrent flows due to a wiring abnormality occurring in the second wiring, the semiconductor switch By detecting whether or not the magnitude of the voltage (VDS) between terminals exceeds a first determination value, and when the semiconductor switch shifts from OFF to ON, The terminal voltage (VDS) is attenuated by operating an attenuator during a transient period in which the terminal voltage (VDS) exceeds the first determination value (V4) even though the wiring of 2 is normal. When the voltage between the terminals (VDS) is less than or equal to the first determination value and the second wiring is short-circuited or grounded during the period when the attenuator is operating, The magnitude of the counter electromotive force (E1) generated in the first wiring due to the short-circuit current is detected, and the detected counter electromotive force (E1) is generated by the transient current when the wiring is normal. The semiconductor switch is shut off when a second determination value set to a larger value is exceeded.

請求項2に記載の発明は、前記減衰器を動作させる期間は、前記半導体スイッチの端子間電圧(VDS)を増幅し、この増幅電圧が前記電源電圧の制約により飽和した場合も含めて、前記増幅により得られる電圧(V5)が、第1の判定値(V4)を超える期間とすることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, the voltage between the terminals (VDS) of the semiconductor switch is amplified during a period of operating the attenuator, and the amplified voltage is saturated due to the restriction of the power supply voltage. The voltage (V5) obtained by the amplification is a period exceeding the first determination value (V4).

請求項3に記載の発明は、前記端子間電圧を増幅して得られた電圧(V5)と、前記減衰器を経由して前記第1の判定値(V4)とを比較する比較器(CMP1)を設け、前記第1の判定値が前記比較器の第1の入力端子に入力され、前記比較器の第2の入力端子には、第1の抵抗(R15)を経由して前記端子間電圧の増幅結果(V5)が入力され、前記比較器の第2の入力端子と接地レベル間に減衰器用コンデンサ(C1)が配置され、前記比較器(CMP1)の第2の入力端子がダイオード(D3)と第2の抵抗(R16)を経由して、前記半導体スイッチの負荷側端子に接続された構成とし、前記減衰器は、前記第1の抵抗(R15)、減衰器用コンデンサ(C1)、ダイオード(D3)、及び第2の抵抗(R16)からなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a comparator (CMP1) for comparing the voltage (V5) obtained by amplifying the voltage between the terminals and the first determination value (V4) via the attenuator. ) And the first determination value is input to the first input terminal of the comparator, and the second input terminal of the comparator is connected to the terminal via the first resistor (R15). A voltage amplification result (V5) is input, an attenuator capacitor (C1) is disposed between the second input terminal of the comparator and the ground level, and the second input terminal of the comparator (CMP1) is a diode ( D3) and a second resistor (R16) to be connected to the load side terminal of the semiconductor switch, and the attenuator includes the first resistor (R15), the attenuator capacitor (C1), It consists of a diode (D3) and a second resistor (R16). And butterflies.

請求項4に記載の発明は、前記端子間電圧を増幅した電圧(V5)が、前記半導体スイッチオン時の過渡期間を経過して第1の判定値(V4)より小さくなった際に、前記減衰器の機能が取り除かれることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, when the voltage (V5) obtained by amplifying the voltage between the terminals becomes smaller than the first determination value (V4) after a transient period when the semiconductor switch is turned on, It is characterized in that the function of the attenuator is removed.

請求項5に記載の発明は、前記減衰器が動作している期間に、前記第2の配線が短絡接地しているにも関わらず、前記第1の配線に発生する逆起電力の大きさが第2の判定値を下回っている場合には、前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)の増加勾配が配線正常時に比べてより緩やかになることを検出して、前記半導体スイッチを遮断することを特徴とする。   According to the fifth aspect of the present invention, the magnitude of the counter electromotive force generated in the first wiring in spite of the fact that the second wiring is short-circuited to ground while the attenuator is operating. Is lower than the second determination value, it detects that the increasing slope of the load-side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch is more gradual than when the wiring is normal, and shuts off the semiconductor switch. It is characterized by that.

請求項6に記載の発明は、前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)の増加勾配が配線正常時に比べてより緩やかになることを検出する方法は、前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)が前記減衰器の出力である前記比較器の第2の入力端子電圧(V6)を下回る期間が配線正常時に比べて、前記第2の配線に短絡接地が発生したときには長くなることを用いることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for detecting that the increasing slope of the load-side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch is more gradual than when the wiring is normal, the load-side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch. ) Is lower than the second input terminal voltage (V6) of the comparator, which is the output of the attenuator, and is longer than when the wiring is normal, when the short-circuit grounding occurs in the second wiring. It is characterized by.

請求項7に記載の発明は、前記請求項1〜請求項6に記載の半導体スイッチの制御装置の、前記半導体スイッチと前記負荷が前記第2の配線を経由して直列接続された回路が複数個並列に接続され、該並列回路の半導体スイッチ側が、唯一の前記第1の配線を介して電源のプラス端子に接続され、前記並列回路の負荷側が電源マイナス端子に接続された回路構成を備え、前記第1の配線に発生する逆起電力が前記第2の判定値を上回った際には、複数個の前記半導体スイッチを全て一旦オフ状態として前記各負荷に流れる電流を遮断し、その後、複数個の前記半導体スイッチを個別に再度オンさせることにより、短絡接地した第2の配線に接続した半導体スイッチのみを遮断し、正常な第2の配線に接続した半導体素子を正常に動作させるようにしたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a plurality of circuits in which the semiconductor switch and the load are connected in series via the second wiring in the semiconductor switch control device according to the first to sixth aspects. A circuit configuration in which the semiconductor switch side of the parallel circuit is connected to the positive terminal of the power source via the only first wiring, and the load side of the parallel circuit is connected to the power source negative terminal. When the back electromotive force generated in the first wiring exceeds the second determination value, all of the plurality of semiconductor switches are temporarily turned off to interrupt the current flowing through the loads, and then By individually turning on each of the semiconductor switches again, only the semiconductor switch connected to the second short-circuited wiring is cut off, and the semiconductor element connected to the normal second wiring is operated normally. Characterized in that the.

請求項8に記載の発明は、前記請求項1〜請求項6に記載の半導体スイッチの制御装置の、前記半導体スイッチと前記負荷が前記第2の配線を経由して直列接続された回路が複数個並列に接続され、該並列回路の半導体スイッチ側が、唯一の前記第1の配線を介して電源のプラス端子に接続され、前記並列回路の負荷側が電源マイナス端子に接続された回路構成を備え、複数個の前記各半導体スイッチをオンとする信号が同時に入力された際には、一定間隔の時間差を設けて個別にオンさせるようにしたことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, the semiconductor switch control device according to any one of the first to sixth aspects includes a plurality of circuits in which the semiconductor switch and the load are connected in series via the second wiring. A circuit configuration in which the semiconductor switch side of the parallel circuit is connected to the positive terminal of the power source via the only first wiring, and the load side of the parallel circuit is connected to the power source negative terminal. When a plurality of signals for turning on each of the semiconductor switches are input at the same time, they are individually turned on with a certain time interval.

半導体スイッチの一端が電源プラス端子に接続され、他端が負荷に接続され、該負荷の他端が電源のマイナス端子に接続され、半導体スイッチにより負荷に供給される電力が制御される電力供給回路において、半導体スイッチと負荷との間の配線(第2の配線)が短絡接地して過電流が発生する異常状態を検出するのに、半導体スイッチの端子間電圧の大きさを用いて行う方法が知られている。   A power supply circuit in which one end of the semiconductor switch is connected to the power supply plus terminal, the other end is connected to the load, the other end of the load is connected to the minus terminal of the power supply, and the power supplied to the load by the semiconductor switch is controlled In this method, a method of using the magnitude of the voltage between the terminals of the semiconductor switch to detect an abnormal state in which the wiring (second wiring) between the semiconductor switch and the load is short-circuited to ground and an overcurrent is generated. Are known.

この方法は、検出回路がシンプルになるという優れた特徴があるが、半導体スイッチがオンとなってからオン抵抗が安定するまでの過渡期間では、オン抵抗が安定時よりも高抵抗となり、配線が正常であっても端子間電圧が判定値を超えてしまう。即ち、過渡期間では原理的に成立しない。   This method has an excellent feature that the detection circuit is simple, but in the transition period from when the semiconductor switch is turned on until the on-resistance becomes stable, the on-resistance becomes higher than when it is stable, and the wiring is Even if it is normal, the voltage between terminals exceeds the judgment value. In other words, it does not hold in principle during the transition period.

この問題を解決するため、本発明では配線が正常であっても半導体スイッチの端子間電圧が判定値を超える期間を特定し、その期間内では端子間電圧から生成した信号に時定数をもった減衰器(コンデンサ充電回路)を付加して判定値と比較することにより、正常状態では半導体素子を遮断することなくオン状態に移行させる。   In order to solve this problem, the present invention specifies a period in which the voltage between the terminals of the semiconductor switch exceeds the judgment value even if the wiring is normal, and the signal generated from the voltage between the terminals has a time constant within that period. By adding an attenuator (capacitor charging circuit) and comparing with the determination value, the semiconductor element is shifted to the on state in the normal state without being cut off.

一方、過渡期間内に配線異常が発生した場合には、緊急処置を要する短絡接地(デッドショート)に対して、短絡電流が電源側配線(第1の配線)を流れることにより発生する半導体素子の電源側端子電圧の急低下を検出するか、或いは負荷側端子電圧の増加勾配の低下を前記時定数回路との比較で検出するかのいずれかの方法により検出して、短絡電流を遮断し、素子および配線を保護するようにした。これにより、従来の端子間電圧を用いて過電流検出する方法の問題点を解消して、シンプルな構成の過電流保護方法を実現することができる。   On the other hand, when a wiring abnormality occurs during the transition period, a short-circuit current flowing through the power supply side wiring (first wiring) with respect to a short-circuit ground (dead short) that requires an emergency measure is generated. Detecting a sudden drop in the power supply side terminal voltage or detecting a decrease in the increase slope of the load side terminal voltage by comparison with the time constant circuit to cut off the short circuit current, The element and wiring were protected. As a result, the problem of the conventional method of detecting overcurrent using the voltage between terminals can be solved, and an overcurrent protection method having a simple configuration can be realized.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る半導体スイッチの制御装置の構成を示す回路図である。同図に示すように、この半導体スイッチの制御装置は、直流電圧が印加されて駆動する負荷11(例えば、車両に搭載されるランプ、モータ等)と、電源VB(例えば、車両に搭載されるバッテリ)との間に配置されて、負荷11の駆動、停止を切り換えるMOSFET(T1;半導体スイッチ)を制御するものであり、増幅回路12と、逆起電力検出回路13と、コンデンサ充電回路(減衰器)14と、判定電圧生成回路15と、比較回路16と、駆動回路17から構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a control device for a semiconductor switch according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, this semiconductor switch control device includes a load 11 (for example, a lamp and a motor mounted on a vehicle) that is driven by applying a DC voltage, and a power source VB (for example, mounted on a vehicle). And a MOSFET (T1; semiconductor switch) that switches between driving and stopping of the load 11, and controls the amplifier circuit 12, the counter electromotive force detection circuit 13, and the capacitor charging circuit (attenuation). Unit 14, a determination voltage generation circuit 15, a comparison circuit 16, and a drive circuit 17.

MOSFET(T1)のドレインは点P1と接続され、更に、点P1はインダクタンスL1及び抵抗Rw1を有する第1の配線21を介して電源VBのプラス側端子に接続されている。また、MOSFET(T1)のソースは点P2とされ、該点P2はインダクタンスL2及び抵抗Rw2を有する第2の配線22を介して負荷11の一端に接続される。負荷11の他端は、グランド(電源VBのマイナス側端子)に接続される。   The drain of the MOSFET (T1) is connected to the point P1, and the point P1 is further connected to the positive side terminal of the power supply VB via the first wiring 21 having the inductance L1 and the resistance Rw1. The source of the MOSFET (T1) is a point P2, and the point P2 is connected to one end of the load 11 via a second wiring 22 having an inductance L2 and a resistance Rw2. The other end of the load 11 is connected to the ground (the negative terminal of the power supply VB).

増幅回路12は、点P1に発生する電圧と点P2に発生する電圧V2との差分電圧V1−V2(=VDS)を所望の倍率に増幅した大きさの電圧を生成するものであり、抵抗R3(抵抗値80[Ω]),MOSFET(T2)及び抵抗R5(抵抗値1〜8[KΩ])の直列接続回路を備え、抵抗R3の一端が点P1に接続され、抵抗R5の一端がグランドに接続される。また、アンプAMP1とダイオードD5と、抵抗R7(抵抗値10[KΩ]),R8(抵抗値10[KΩ])を備えており、アンプAMP1のプラス側入力端子は、抵抗R7を介して抵抗R3とMOSFET(T2)のドレインとの接続点(P3)に接続されている。この接続点の電圧をV3とする。   The amplifier circuit 12 generates a voltage having a magnitude obtained by amplifying a differential voltage V1-V2 (= VDS) between the voltage generated at the point P1 and the voltage V2 generated at the point P2 to a desired magnification, and the resistor R3. (Resistance value 80 [Ω]), MOSFET (T2) and resistor R5 (resistance value 1 to 8 [KΩ]) in series connection circuit, one end of resistor R3 is connected to point P1, and one end of resistor R5 is grounded Connected to. The amplifier AMP1, the diode D5, and the resistors R7 (resistance value 10 [KΩ]) and R8 (resistance value 10 [KΩ]) are provided, and the plus-side input terminal of the amplifier AMP1 is connected to the resistor R3 via the resistor R7. And a connection point (P3) between the drain of the MOSFET (T2). The voltage at this connection point is V3.

また、アンプAMP1のマイナス側入力端子は、抵抗R8を介して点P2に接続され、且つ、このマイナス側入力端子は、ダイオードD5を介して後述する抵抗R1とR2の接続点(P4)に接続されている。   Further, the negative input terminal of the amplifier AMP1 is connected to the point P2 through the resistor R8, and the negative input terminal is connected to a connection point (P4) of resistors R1 and R2, which will be described later, through the diode D5. Has been.

更に、抵抗R5は、図示のようにそれぞれ8[KΩ]、8[KΩ]、4[KΩ]、2[KΩ]の抵抗値を有する4つの抵抗を備えており、スイッチ群31がオフのときには、抵抗R5の抵抗値が8KΩとなり、スイッチ群31がオンのときには、抵抗R5の抵抗値は4つの抵抗の並列合成抵抗で1[KΩ]となる。   Further, the resistor R5 includes four resistors having resistance values of 8 [KΩ], 8 [KΩ], 4 [KΩ], and 2 [KΩ], respectively, as shown in the figure, and when the switch group 31 is OFF. When the resistance value of the resistor R5 is 8 KΩ and the switch group 31 is ON, the resistance value of the resistor R5 is 1 [KΩ] as a parallel combined resistance of four resistors.

そして、該増幅回路12は、点P2の電圧V2と、MOSFET(T2)のドレインの電圧V3とが等しくなるように、抵抗R3,MOSFET(T2),抵抗R5の直列接続回路に電流I1を流す。つまり、電圧V2とV3の差分に応じた出力信号がアンプAMP1より出力され、これによりMOSFET(T2)のゲート電圧が制御されるので、電圧V2とV3とが等しくなるように制御される。その結果、抵抗R5に生じる電圧V5は、点P1と点P2の差分電圧VDSを(R5/R3)倍した大きさとなる。   The amplifier circuit 12 passes the current I1 through the series connection circuit of the resistor R3, the MOSFET (T2), and the resistor R5 so that the voltage V2 at the point P2 is equal to the voltage V3 of the drain of the MOSFET (T2). . That is, an output signal corresponding to the difference between the voltages V2 and V3 is output from the amplifier AMP1, and thereby the gate voltage of the MOSFET (T2) is controlled, so that the voltages V2 and V3 are controlled to be equal. As a result, the voltage V5 generated in the resistor R5 has a magnitude obtained by multiplying the differential voltage VDS between the points P1 and P2 by (R5 / R3).

増幅回路12の動作は、次の通りである。アンプAMP1のプラス側入力端子には、点P3の電圧V3が抵抗R7を経由して入力され、他方、マイナス側入力端子にはMOSFET(T1)のソース電圧V2が抵抗R8を経由して入力される。   The operation of the amplifier circuit 12 is as follows. The voltage V3 at the point P3 is input to the plus side input terminal of the amplifier AMP1 via the resistor R7, while the source voltage V2 of the MOSFET (T1) is input to the minus side input terminal via the resistor R8. The

そして、MOSFET(T1)のソース電圧V2がグランドレベル以下に低下したとき、アンプAMP1の入力端子がグランドレベル以下にならないように、ダイオードD5が点P4とアンプAMP1のマイナス側入力端子間に設置されている。アンプAMP1の出力端子は、MOSFET(T2)のゲートに結合されるので、V3>V2になるとアンプAMP1の出力が上昇し、点P1→R3→T2→R5→グランドの経路を流れる電流I1が増加し、抵抗R3の電圧降下が大きくなって電圧V3が低下し、V3=V2となる。   A diode D5 is placed between the point P4 and the negative input terminal of the amplifier AMP1 so that the input terminal of the amplifier AMP1 does not fall below the ground level when the source voltage V2 of the MOSFET (T1) drops below the ground level. ing. Since the output terminal of the amplifier AMP1 is coupled to the gate of the MOSFET (T2), the output of the amplifier AMP1 rises when V3> V2, and the current I1 flowing through the path of point P1, R3, T2, R5, and ground increases. Then, the voltage drop of the resistor R3 increases and the voltage V3 decreases, and V3 = V2.

また、V3<V2となると、アンプAMP1の出力が下降して電流I1が減少し、抵抗R3の電圧降下が小さくなるので、やはりV3=V2となる。即ち、アンプAMP1は、V3=V2となるようにMOSFET(T2)を介して電流I1を制御する。増幅結果は電圧V5となり、MOSFET(T1)のオン抵抗をRon、MOSFET(T1)を流れる電流をIDとすると、VDS=Ron*ID=R3*I1であるから、前述と同様に、以下の(1)式で示すことができる。   Further, when V3 <V2, the output of the amplifier AMP1 decreases, the current I1 decreases, and the voltage drop across the resistor R3 decreases, so that V3 = V2. That is, the amplifier AMP1 controls the current I1 through the MOSFET (T2) so that V3 = V2. The amplification result is a voltage V5. When the on-resistance of the MOSFET (T1) is Ron and the current flowing through the MOSFET (T1) is ID, VDS = Ron * ID = R3 * I1. 1) It can be shown by the formula.

V5=R5*I1
=R5*VDS/R3
=R5*Ron/R3*ID・・・(1)
点P5の電圧V5は、抵抗R15を経由して比較器CMP1のプラス側入力端子に入力されるが、この入力端子とグランドとの間には、コンデンサ充電回路14が付加されており、該コンデンサ充電回路14が有するコンデンサC1が点P6とグランドとの間に設けられているので、電圧V5の上昇に対し、減衰した電圧V6となって、比較器CMP1のプラス側入力端子に供給される。
V5 = R5 * I1
= R5 * VDS / R3
= R5 * Ron / R3 * ID (1)
The voltage V5 at the point P5 is input to the positive input terminal of the comparator CMP1 via the resistor R15. A capacitor charging circuit 14 is added between the input terminal and the ground, and the capacitor Since the capacitor C1 included in the charging circuit 14 is provided between the point P6 and the ground, the voltage V6 is attenuated with respect to the rise of the voltage V5 and is supplied to the plus side input terminal of the comparator CMP1.

判定電圧生成回路15は、抵抗R1(抵抗値10[KΩ])と、抵抗R2(抵抗値10[KΩ])と、抵抗R4(抵抗値2[KΩ])と、ダイオードD1とを有しており、抵抗R1とR2が直列接続され、抵抗R1の一端が点P1に接続され、抵抗R2の一端がグランドに接続されている。更に、抵抗R1,R2の接続点となる点P4は、ダイオードD1、抵抗R4を介して点P2に接続され、且つ点P4は、後述する比較器CMP1のマイナス側入力端子に接続されている。ここで、点P4の電圧を判定電圧V4(第1の判定値)とする。   The determination voltage generation circuit 15 includes a resistor R1 (resistance value 10 [KΩ]), a resistor R2 (resistance value 10 [KΩ]), a resistor R4 (resistance value 2 [KΩ]), and a diode D1. The resistors R1 and R2 are connected in series, one end of the resistor R1 is connected to the point P1, and one end of the resistor R2 is connected to the ground. Further, a point P4 which is a connection point of the resistors R1 and R2 is connected to the point P2 via the diode D1 and the resistor R4, and the point P4 is connected to a minus side input terminal of the comparator CMP1 described later. Here, the voltage at the point P4 is defined as a determination voltage V4 (first determination value).

従って、電圧V4は抵抗R1とR2により、点P1の電圧V1を分圧した電圧となるので、(1/2)V1となる。また、点P4は、ダイオードD1,抵抗R4を介して点P2に接続され、且つ、ダイオードD5,抵抗R8を介して点P2に接続されているので、電圧V4は、V4−V2>0.6[V]のときにはD5,R8の経路に電流が流れて(1/2)V1から引き下げられ、V4−V2<0.6[V]及びV2−V4<0.6[V]では、V4=(1/2)V1となり、V2−V4>0.6[V]のときにはR4,D1の経路に電流が流れて電圧V4は引き上げられる。ここで、0.6[V]はダイオードの電圧降下分である。   Accordingly, the voltage V4 is a voltage obtained by dividing the voltage V1 at the point P1 by the resistors R1 and R2, and thus becomes (1/2) V1. Further, since the point P4 is connected to the point P2 via the diode D1, the resistor R4, and is connected to the point P2 via the diode D5, the resistor R8, the voltage V4 is V4-V2> 0.6. In the case of [V], a current flows through the path of D5 and R8 and is pulled down from (1/2) V1, and when V4-V2 <0.6 [V] and V2-V4 <0.6 [V], V4 = (1/2) V1, and when V2-V4> 0.6 [V], current flows through the path of R4 and D1, and the voltage V4 is raised. Here, 0.6 [V] is the voltage drop of the diode.

なお、点P4は、後述するコンデンサ充電回路14のダイオードD4,抵抗R17からなる直列回路も接続されているが、抵抗R17の抵抗値は抵抗R4の抵抗値に比べて極めて大きいので、無視することができる。   Note that the point P4 is also connected to a series circuit composed of a diode D4 and a resistor R17 of the capacitor charging circuit 14 to be described later, but the resistance value of the resistor R17 is extremely larger than the resistance value of the resistor R4, and should be ignored. Can do.

コンデンサ充電回路14は、抵抗R5の一端となる点P5に接続される抵抗R15(抵抗値10[KΩ])を有しており、該抵抗R15の他端となる点P6は、比較器CMP1のプラス側入力端子に接続されている。また、該抵抗R15に対して並列的にMOSFET(T3)が設けられている。   The capacitor charging circuit 14 has a resistor R15 (resistance value 10 [KΩ]) connected to a point P5 which is one end of the resistor R5. The point P6 which is the other end of the resistor R15 is connected to the point of the comparator CMP1. Connected to the positive input terminal. A MOSFET (T3) is provided in parallel with the resistor R15.

更に、点P6とグランドとの間には、コンデンサC1が設けられている。また、点P6はダイオードD3,抵抗R16を介して点P2に接続されている。更に、ダイオードD3のカソードとグランドとの間には、ダイオードD2が設けられている。ダイオードD2は、比較器CMP1のプラス側入力端子の電圧(V6)がグランドレベル以下に低下しないようにクランプするためのものである。   Further, a capacitor C1 is provided between the point P6 and the ground. The point P6 is connected to the point P2 through the diode D3 and the resistor R16. Furthermore, a diode D2 is provided between the cathode of the diode D3 and the ground. The diode D2 is for clamping so that the voltage (V6) at the positive side input terminal of the comparator CMP1 does not drop below the ground level.

また、点P5は、トランジスタT4のエミッタに接続され、該トランジスタT4のコレクタは、抵抗R18を介してグランドに接続され、且つ後述するMOSFET(T7)のゲートに接続されている。更に、トランジスタT4のベースは、抵抗R17,ダイオードD4を介して点P4に接続されている。トランジスタ(T4)は、V5−V4>1.2[V]のときオンとなる。   The point P5 is connected to the emitter of the transistor T4, and the collector of the transistor T4 is connected to the ground via the resistor R18 and is connected to the gate of a MOSFET (T7) described later. Further, the base of the transistor T4 is connected to the point P4 via the resistor R17 and the diode D4. The transistor (T4) is turned on when V5−V4> 1.2 [V].

そして、コンデンサ充電回路14は、MOSFET(T3)がオフのときには、抵抗R15とコンデンサC1により設定される時定数により、電圧V5の上昇に対して、点P6における電圧V6が緩やかに上昇するようにし、且つ、MOSFET(T3)がオンのときには、電圧V5とV6とを略一致させる。   Then, when the MOSFET (T3) is off, the capacitor charging circuit 14 causes the voltage V6 at the point P6 to gradually increase with respect to the increase in the voltage V5 by the time constant set by the resistor R15 and the capacitor C1. When the MOSFET (T3) is on, the voltages V5 and V6 are substantially matched.

比較回路16は、比較器CMP1と、該比較器CMP1の出力端子を5V電圧にプルアップするための抵抗R14とを備えている。そして、比較器CMP1のプラス側入力端子には、電圧V6が入力され、マイナス側入力端子には、電圧V4が入力される。よって、比較器CMP1の出力信号は、V6>V4のときには、Hレベルとなり、V6<V4のときには、Lレベルとなる。   The comparison circuit 16 includes a comparator CMP1 and a resistor R14 for pulling up the output terminal of the comparator CMP1 to a voltage of 5V. The voltage V6 is input to the plus side input terminal of the comparator CMP1, and the voltage V4 is input to the minus side input terminal. Therefore, the output signal of the comparator CMP1 is at the H level when V6> V4, and is at the L level when V6 <V4.

逆起電力検出回路13は、抵抗R9,R10と、MOSFET(T5)と、抵抗R11,R12と、コンデンサC2と、ツェナーダイオードZD1と、タイマー18とを備えている。   The counter electromotive force detection circuit 13 includes resistors R9 and R10, a MOSFET (T5), resistors R11 and R12, a capacitor C2, a Zener diode ZD1, and a timer 18.

抵抗R9,R10は直列に接続され、抵抗R10の一端が点P1に接続され、抵抗R9の一端となる点P7は、コンデンサC2に接続され、その他端側はグランドに接続されている。MOSFET(T5)のソースは点P7に接続され、ゲートは抵抗R9とR10の接続点に接続され、ドレインは抵抗R11,R12の直列回路を介してグランドに接続されている。また、抵抗R11とR12の接続点となる点P8はタイマー18に接続され、該タイマー18の出力端子は、後述するアンド回路AND2の一方の入力端子に接続されている。なお、点P8は電圧安定化のためのツェナーダイオードZD1を介してグランドに接続されている。   The resistors R9 and R10 are connected in series, one end of the resistor R10 is connected to the point P1, the point P7 that is one end of the resistor R9 is connected to the capacitor C2, and the other end is connected to the ground. The source of the MOSFET (T5) is connected to the point P7, the gate is connected to the connection point of the resistors R9 and R10, and the drain is connected to the ground via a series circuit of the resistors R11 and R12. A point P8, which is a connection point between the resistors R11 and R12, is connected to the timer 18, and an output terminal of the timer 18 is connected to one input terminal of an AND circuit AND2 described later. The point P8 is connected to the ground via a Zener diode ZD1 for voltage stabilization.

そして、この逆起電力検出回路13は、第2の配線22が短絡接地(デッドショート)となり第1の配線に逆起電力E1が発生した際に、点P7の電圧V7が電圧V1よりも緩やかに変動することを利用して、短絡接地の発生を検知するものである。   In the back electromotive force detection circuit 13, when the second wiring 22 is short-circuit grounded (dead short) and the back electromotive force E1 is generated in the first wiring, the voltage V7 at the point P7 is slower than the voltage V1. The occurrence of short-circuit grounding is detected by utilizing the fact that it fluctuates.

そして、逆起電力E1がゼロのとき、即ち第1の配線21に流れる電流が変化しないときには、コンデンサC2は抵抗R10、R9により電源電圧VBまで充電される。これにより、コンデンサC2の非接地側(点P7)の電圧V7が電圧VBに等しくなる。また、第1の配線21に短絡電流が流れると、インダクタンスL1により逆起電力E1が発生し、MOSFET(T1)のドレイン電圧V1が低下する。   When the back electromotive force E1 is zero, that is, when the current flowing through the first wiring 21 does not change, the capacitor C2 is charged to the power supply voltage VB by the resistors R10 and R9. As a result, the voltage V7 on the non-grounded side (point P7) of the capacitor C2 becomes equal to the voltage VB. Further, when a short circuit current flows through the first wiring 21, a back electromotive force E1 is generated by the inductance L1, and the drain voltage V1 of the MOSFET (T1) decreases.

この際、コンデンサC2の非接地側電圧V7は、すぐには低下することができないので、E1*R9/(R9+R10)の電圧がMOSFET(T5)のスレッショルド電圧を超えると、該MOSFET(T5)がオンとなり、抵抗R11、R12の直列回路に電圧が発生する。   At this time, since the non-ground side voltage V7 of the capacitor C2 cannot be decreased immediately, if the voltage of E1 * R9 / (R9 + R10) exceeds the threshold voltage of the MOSFET (T5), the MOSFET (T5) The switch is turned on, and a voltage is generated in the series circuit of the resistors R11 and R12.

抵抗R11とR12の結合点P8の電圧V8がロジック回路の動作電圧5[V]を超えないように、ツェナーダイオードZD1で制限している。そして、電圧V8が立ち上がるとタイマー18が動作し、一定時間Hレベルの信号をアンド回路AND2に出力する。即ち、トランジスタ(T4)がオンしている間に、逆起電力E1が所定の判定値(第2の判定値)を上回るとアンド回路AND2の出力がHレベルになり、このHレベル信号がオア回路OR1を経由してラッチDF1に入力される。   The Zener diode ZD1 limits the voltage V8 at the connection point P8 of the resistors R11 and R12 so as not to exceed the operating voltage 5 [V] of the logic circuit. When the voltage V8 rises, the timer 18 operates and outputs a signal at H level for a certain time to the AND circuit AND2. That is, when the back electromotive force E1 exceeds a predetermined determination value (second determination value) while the transistor (T4) is on, the output of the AND circuit AND2 becomes H level, and this H level signal is ORed. The signal is input to the latch DF1 via the circuit OR1.

駆動回路17は、アンド回路AND1,AND2と、MOSFET(T7)と、オア回路OR1と、ラッチDF1と、ドライバー19と、チャージポンプ20と、抵抗R6,R13と、MOSFET(T6)、及びスイッチSW1を備えている。なお、スイッチSW1Aについては後述する。   The drive circuit 17 includes AND circuits AND1, AND2, MOSFET (T7), OR circuit OR1, latch DF1, driver 19, charge pump 20, resistors R6 and R13, MOSFET (T6), and switch SW1. It has. The switch SW1A will be described later.

アンド回路AND2の一方の入力端子は、タイマー18の出力端子に接続され、他方の入力端子は、MOSFET(T7)のソースに接続され、そのゲートは、トランジスタ(T4)のコレクタに接続されている。また、MOSFET(T7)のドレインは、電源5Vに接続されている。   One input terminal of the AND circuit AND2 is connected to the output terminal of the timer 18, the other input terminal is connected to the source of the MOSFET (T7), and its gate is connected to the collector of the transistor (T4). . The drain of the MOSFET (T7) is connected to the power supply 5V.

また、アンド回路AND2の出力端子はオア回路OR1の一方の入力端子に接続され、他方の入力端子は比較器CMP1の出力端子に接続されている。そして、オア回路OR1の出力端子は、ラッチDF1に連結され、該ラッチDF1の+Q出力はMOSFET(T6)のゲートに接続されている。また、ラッチDF1の−Q出力は、アンド回路AND1の一方の入力端子に接続され、他方の入力端子はスイッチSW1を介して電源VBに接続され、且つ抵抗R6を介してグランドに接続されている。   The output terminal of the AND circuit AND2 is connected to one input terminal of the OR circuit OR1, and the other input terminal is connected to the output terminal of the comparator CMP1. The output terminal of the OR circuit OR1 is connected to the latch DF1, and the + Q output of the latch DF1 is connected to the gate of the MOSFET (T6). The -Q output of the latch DF1 is connected to one input terminal of the AND circuit AND1, the other input terminal is connected to the power supply VB via the switch SW1, and is connected to the ground via the resistor R6. .

ラッチDF1は、入力信号スイッチSW1がオフのときリセットされ、2種類の出力+Q及び−Qを出力する。+Q出力は、リセットされるとLレベルとなり、−Q出力はリセットされるとHレベルとなる。そして、+Q出力がHレベルとなると、MOSFET(T6)がオンとなって、MOSFET(T1)のゲートをグランドに接続することにより、該MOSFET(T1)をオフとする。   The latch DF1 is reset when the input signal switch SW1 is off, and outputs two types of outputs + Q and -Q. The + Q output becomes L level when reset, and the -Q output becomes H level when reset. When the + Q output becomes H level, the MOSFET (T6) is turned on, and the MOSFET (T1) is turned off by connecting the gate of the MOSFET (T1) to the ground.

アンド回路AND1の出力端子は、MOSFET(T1)の駆動を制御するためのドライバー19に接続され、ドライバー19の出力端子は抵抗R13を介してMOSFET(T1)のゲートに接続されている。従って、ドライバー19は、アンド回路AND1の出力信号がHレベルとなると、チャージポンプ10より出力される電圧をMOSFET(T1)のゲートに供給して、該MOSFET(T1)をオンとする制御を行う。   The output terminal of the AND circuit AND1 is connected to a driver 19 for controlling the driving of the MOSFET (T1), and the output terminal of the driver 19 is connected to the gate of the MOSFET (T1) via a resistor R13. Therefore, when the output signal of the AND circuit AND1 becomes H level, the driver 19 supplies the voltage output from the charge pump 10 to the gate of the MOSFET (T1) and performs control to turn on the MOSFET (T1). .

次に、上述のように構成された本実施形態に係る半導体スイッチの制御装置の動作について説明する。本実施形態に係る半導体スイッチの制御装置では、以下の(イ)〜(ハ)に示す内容に基づいて、MOSFET(T1)の過渡状態、通常状態における制御を行う。   Next, the operation of the semiconductor switch control device according to the present embodiment configured as described above will be described. In the semiconductor switch control device according to the present embodiment, the MOSFET (T1) is controlled in the transient state and the normal state based on the contents shown in the following (A) to (C).

(イ)MOSFET(T1)がオンとなった後、過渡状態が終了するまでの間は、MOSFET(T1)の両端子間電圧(ドレイン〜ソース間電圧;VDS)を増幅した点P5の電圧V5と、判定値電圧V4を比較する代わりに、増幅した電圧V5を用いてコンデンサC1を充電し、コンデンサC1の充電電圧V6と判定値電圧V4を比較するようにする。   (B) After the MOSFET (T1) is turned on, until the transient state ends, the voltage V5 at the point P5 obtained by amplifying the voltage between the terminals (drain-source voltage; VDS) of the MOSFET (T1) Instead of comparing the determination value voltage V4, the capacitor C1 is charged using the amplified voltage V5, and the charging voltage V6 of the capacitor C1 is compared with the determination value voltage V4.

そして、第2の配線22にショートが発生しておらず正常であれば、コンデンサC1の充電電圧が判定値V4を超えないように、コンデンサC1の充電時定数を設定する。これにより、第2の配線22が正常なときの誤遮断は発生しなくなる。コンデンサ充電回路14は、電圧V5を比較器CMP1に入力するときの減衰器の役割を果たす。   When the second wiring 22 is not short-circuited and is normal, the charging time constant of the capacitor C1 is set so that the charging voltage of the capacitor C1 does not exceed the determination value V4. As a result, no erroneous interruption occurs when the second wiring 22 is normal. The capacitor charging circuit 14 serves as an attenuator when the voltage V5 is input to the comparator CMP1.

(ロ)MOSFET(T1)の過渡期間は、該MOSFET(T1)のゲート容量とゲート〜ドライバー出力間に介在するゲート直列抵抗、即ち抵抗R13の大きさにより異なるが、通常10[μs]〜200[μs]である。この短い期間に発生する配線異常で放置できないのは、大過電流の発生を伴う短絡接地である。   (B) The transition period of the MOSFET (T1) varies depending on the gate capacitance of the MOSFET (T1) and the gate series resistance interposed between the gate and the driver output, that is, the size of the resistor R13, but usually 10 [μs] to 200 [Μs]. What cannot be left unattended due to the wiring abnormality occurring in this short period is short-circuit grounding accompanied by generation of a large overcurrent.

過電流がそれほど大きくならない配線異常(例えば、過電流値60A以下)については過渡期間が終了して安定状態に達してから検出し、遮断しても間に合う。従って、過渡期間に行うべき保護は、短絡接地の故障に限定して良い。MOSFET(T1)と負荷11の間の第2の配線22が短絡した状態でMOSFET(T1)がオンすると、MOSFET(T1)の負荷側端子電圧V2の増加勾配が正常配線のときに比べて緩やかになる。この配線勾配の変化(緩化)を用いて、第2の配線22の短絡接地を検出する。そのときの判定基準として前述のコンデンサC1の充電電圧勾配を用いる。   A wiring abnormality (for example, an overcurrent value of 60 A or less) in which the overcurrent does not increase so much is detected after the transient period ends and reaches a stable state, and even if it is cut off, it is still in time. Therefore, the protection to be performed during the transition period may be limited to a short circuit ground fault. When the MOSFET (T1) is turned on in a state where the second wiring 22 between the MOSFET (T1) and the load 11 is short-circuited, the increasing gradient of the load side terminal voltage V2 of the MOSFET (T1) is gentler than that in the normal wiring. become. A short-circuit grounding of the second wiring 22 is detected using the change (relaxation) of the wiring gradient. The charging voltage gradient of the capacitor C1 described above is used as a determination criterion at that time.

(ハ)更に、MOSFET(T1)のスタート時の過渡期間が短くなると、換言すればスイッチング速度が速くなると、短絡接地による過電流の増加速度(勾配)が大きくなり、第1の配線21に発生する逆起電力E1が大きくなる。この逆起電力E1の大きさが配線の正常状態において突入電流等により発生する逆起電力の上限を上回ったならば、短絡接地と判定する。   (C) Furthermore, if the transient period at the start of the MOSFET (T1) is shortened, in other words, if the switching speed is increased, the overcurrent increase rate (gradient) due to short-circuit grounding is increased and is generated in the first wiring 21. The back electromotive force E1 to be increased. If the magnitude of the back electromotive force E1 exceeds the upper limit of the back electromotive force generated by an inrush current or the like in the normal state of the wiring, it is determined that the short circuit is grounded.

上記の(イ)〜(ハ)の内容を踏まえ、以下に具体的な動作について説明する。スイッチSW1がオフのときには、ラッチDF1がリセットされ、+Q出力はLレベルが出力されるので、MOSFET(T6)がオフとなり、−Q出力はHレベルが出力されるのでアンド回路AND1の一方の入力がHレベルに保持される。   Based on the contents of (A) to (C) above, specific operations will be described below. When the switch SW1 is off, the latch DF1 is reset, and the + Q output is outputted at L level, so the MOSFET (T6) is turned off, and the -Q output is outputted at H level, so one input of the AND circuit AND1. Is held at the H level.

また、スイッチSW1がオフであることから、アンド回路AND1の他方の入力端子はLレベルとなり、アンド回路AND1の出力信号がLレベルとなる。従って、MOSFET(T1)はオフとなり、MOSFET(T1)のソース電圧V2はゼロになっている。なお、スイッチSW1Aは後の説明で用いるものであり、この場合は接続されているものとする。   Further, since the switch SW1 is off, the other input terminal of the AND circuit AND1 becomes L level, and the output signal of the AND circuit AND1 becomes L level. Accordingly, the MOSFET (T1) is turned off, and the source voltage V2 of the MOSFET (T1) is zero. Note that the switch SW1A is used in the following description, and is assumed to be connected in this case.

そして、スイッチSW1をオンとすると、アンド回路AND1の一方の入力信号がHレベルとなり、他方、ラッチDF1の−Q出力はHレベルとなっているので、アンド回路AND1の出力信号がHレベルとなり、MOSFET(T1)のゲートに駆動信号が供給される。   When the switch SW1 is turned on, one input signal of the AND circuit AND1 becomes H level, and on the other hand, since the -Q output of the latch DF1 is H level, the output signal of the AND circuit AND1 becomes H level. A drive signal is supplied to the gate of the MOSFET (T1).

これにより、MOSFET(T1)がオンとなり、電源VBより出力される電圧が負荷11に印加され、該負荷11が駆動を開始する。   As a result, the MOSFET (T1) is turned on, the voltage output from the power supply VB is applied to the load 11, and the load 11 starts driving.

MOSFET(T1)のドレイン電圧がV1、ソース電圧がV2であるから、MOSFET(T1)のドレイン〜ソース間電圧VDSは、VDS=V1−V2となる。そして、電圧VDSは、抵抗R3,R5,R7,R8,ダイオードD5,MOSFET(T2),アンプAMP1からなる増幅回路12により増幅され、増幅後の電圧が、MOSFET(T2)のソース電圧(点P5の電圧)V5となる。   Since the drain voltage of the MOSFET (T1) is V1 and the source voltage is V2, the drain-source voltage VDS of the MOSFET (T1) is VDS = V1-V2. The voltage VDS is amplified by an amplifier circuit 12 including resistors R3, R5, R7, R8, a diode D5, a MOSFET (T2), and an amplifier AMP1, and the amplified voltage is a source voltage (point P5) of the MOSFET (T2). Voltage) V5.

以下、配線が正常な場合の動作、短絡接地発生時の動作、複数のFETチャネルを備える場合の動作、スイッチング時間が長い場合の動作についてそれぞれ説明する。   Hereinafter, an operation when the wiring is normal, an operation when a short-circuit ground is generated, an operation when a plurality of FET channels are provided, and an operation when the switching time is long will be described.

<配線が正常な場合の動作>
最初に配線が正常な場合、即ち、短絡が発生していない場合には、上述した(1)式のように電圧VDSを増幅して電圧V5を生成するときの増幅率は、R5/R3で表される。そして、R3=80[Ω]であり、R5は上述したように、負荷11の突入電流に対応するため、突入電流が流れる期間とその後の安定状態では抵抗値を変えている。スタート直後の過渡期間ではR5=1[KΩ]とし、安定状態になるとR5=8[KΩ]となる。
<Operation when wiring is normal>
When the wiring is normal at first, that is, when a short circuit does not occur, the amplification factor when the voltage VDS is generated by amplifying the voltage VDS as shown in the above equation (1) is R5 / R3. expressed. Since R3 = 80 [Ω] and R5 corresponds to the inrush current of the load 11 as described above, the resistance value is changed in the period during which the inrush current flows and the stable state thereafter. R5 = 1 [KΩ] in the transition period immediately after the start, and R5 = 8 [KΩ] in the stable state.

従って、安定状態ではR5/R3=8[KΩ]/80[Ω]=100であるから、増幅率は100倍となる。負荷11がヘッドランプ1灯である場合を考えると、安定状態であるときの負荷電流IDは約5Aである。この負荷11を駆動するMOSFET(T1)は、通常オン抵抗がRon=10[mΩ]程度のものを使用する。   Therefore, in the stable state, R5 / R3 = 8 [KΩ] / 80 [Ω] = 100, and therefore the amplification factor is 100 times. Considering the case where the load 11 is a single headlamp, the load current ID in the stable state is about 5A. As the MOSFET (T1) for driving the load 11, one having an on-resistance of about Ron = 10 [mΩ] is usually used.

従って、正常状態で、且つMOSFET(T1)の過渡期間終了後はVDS=50mVとなり、V5=5[V]となる。   Accordingly, VDS = 50 mV and V5 = 5 [V] after normal state and after the transition period of the MOSFET (T1) ends.

過渡期間では、R5=1[KΩ]であるため、増幅率は12.5倍となる。電圧V5の上限は電源電圧VBを超えられないので、VB=12.5[V]とすると、電圧VDSが1[V]を超えている間は、アンプAMP1の出力信号が上限に張り付き、電圧V5はアンプAMP1の出力電圧の上限である電源電圧VBからMOSFET(T2)のスレッショルド電圧Vth2だけ低い電圧まで上昇し、その電圧に保持される。即ち、V5=VB−Vth2となる。このときV5>V4となるように、判定電圧V4を設定する。このときの波形を図3に示す。   In the transient period, since R5 = 1 [KΩ], the amplification factor is 12.5 times. Since the upper limit of the voltage V5 cannot exceed the power supply voltage VB, if VB = 12.5 [V], the output signal of the amplifier AMP1 sticks to the upper limit while the voltage VDS exceeds 1 [V]. V5 rises from the power supply voltage VB, which is the upper limit of the output voltage of the amplifier AMP1, to a voltage lower by the threshold voltage Vth2 of the MOSFET (T2), and is held at that voltage. That is, V5 = VB−Vth2. At this time, the determination voltage V4 is set so that V5> V4. The waveform at this time is shown in FIG.

図3は、V1、V2、V4、V5、V6、IDの各波形を示す。V1(2[V/div],6V)の括弧内の数値は縦軸スケールを表し、縦軸1目盛りの電圧が2Vで、中央の目盛り(水平線)が6VとなるスケールでV1の波形が表されていることを示す。他の波形についての表示も同様である。横軸は[20μs/div]である。   FIG. 3 shows waveforms of V1, V2, V4, V5, V6, and ID. The numerical value in parentheses of V1 (2 [V / div], 6V) represents the vertical axis scale, the voltage of the vertical scale 1 scale is 2V, and the scale of the center scale (horizontal line) is 6V, the waveform of V1 is represented. Indicates that The display for other waveforms is the same. The horizontal axis is [20 μs / div].

同図から理解されるように、MOSFET(T1)がオフのときに(時刻t1でオンとなる前)、V2=0[V]となるので、比較器CMP1のプラス側入力端子(点P6)の電圧V6は、ダイオードD3及び抵抗R16により引き下げられ、グランドレベルに近づく。   As understood from the figure, when the MOSFET (T1) is off (before it is turned on at time t1), V2 = 0 [V], so that the plus side input terminal (point P6) of the comparator CMP1. The voltage V6 is pulled down by the diode D3 and the resistor R16 and approaches the ground level.

ここで、R15=10[KΩ]、R16=[3KΩ]、VB=12.5[V]、Vth2=1[V]とすると、比較器CMP1のプラス側入力端子電圧V6は、3.25[V]となる。このとき、電圧V4はVB/2=6.25[V]からダイオードD5と抵抗R8を介して、電圧V2により引き下げられるので、約4.8Vになっている。   Here, when R15 = 10 [KΩ], R16 = [3 KΩ], VB = 12.5 [V], and Vth2 = 1 [V], the plus side input terminal voltage V6 of the comparator CMP1 is 3.25 [3] V]. At this time, the voltage V4 is about 4.8 V because it is pulled down from VB / 2 = 6.25 [V] by the voltage V2 via the diode D5 and the resistor R8.

従って、V6<V4となり、比較器CMP1の出力信号はLレベルとなる。そして、時刻t1で入力スイッチSW1がオンとなると、アンド回路AND1の出力信号がHレベルとなり、MOSFET(T1)がオンとなり、MOSFET(T1)のソース電圧V2が上昇し始める。このとき、図1に示すトランジスタ(T4)は、V5−V4>1.2となっているので、オン状態となる。   Therefore, V6 <V4, and the output signal of the comparator CMP1 becomes L level. When the input switch SW1 is turned on at time t1, the output signal of the AND circuit AND1 becomes H level, the MOSFET (T1) is turned on, and the source voltage V2 of the MOSFET (T1) starts to rise. At this time, the transistor (T4) illustrated in FIG. 1 is in an on state since V5−V4> 1.2.

そして、ダイオードD3のカソード側電圧が上昇するので、アノード側電圧、即ち比較器CMP1のプラス側入力端子電圧V6も上昇し始める。電圧V4も初期値4.8Vより上昇し始め、電圧V2がV4+0.6[V]を超えると、電圧V4は電圧V2により引き上げられる。このとき、過渡期間終了まで、常にV4>V6となるように電圧V6の上昇速度を設定する。これにより、MOSFET(T1)が過渡期間にある場合に、電圧V6が判定値電圧V4を上回ることはなく、過渡期間における突入電流により、MOSFET(T1)が誤遮断するというトラブルの発生を回避することができる。   Then, since the cathode side voltage of the diode D3 rises, the anode side voltage, that is, the plus side input terminal voltage V6 of the comparator CMP1 also starts to rise. The voltage V4 also starts to rise from the initial value of 4.8V, and when the voltage V2 exceeds V4 + 0.6 [V], the voltage V4 is raised by the voltage V2. At this time, the rising speed of the voltage V6 is set so that V4> V6 is always satisfied until the end of the transition period. Thus, when the MOSFET (T1) is in the transition period, the voltage V6 does not exceed the determination value voltage V4, and the occurrence of trouble that the MOSFET (T1) is erroneously cut off due to the inrush current in the transition period is avoided. be able to.

V6の上昇速度は、電圧V5、抵抗R15の抵抗値、及びコンデンサC1の静電容量で決めることができる。VDS>1[V]の範囲では、MOSFET(T2)のソース電圧V5がV1−1[V]になっているから、この電圧V5により抵抗R15を通してコンデンサC1が充電され、指数関数曲線に近い波形で電圧V6が電圧V5を目標値として上昇する。   The rising speed of V6 can be determined by the voltage V5, the resistance value of the resistor R15, and the capacitance of the capacitor C1. In the range of VDS> 1 [V], the source voltage V5 of the MOSFET (T2) is V1-1 [V], so that the capacitor C1 is charged through the resistor R15 by this voltage V5, and a waveform close to an exponential curve. Thus, the voltage V6 increases with the voltage V5 as a target value.

その間に、電圧V2が上昇してV1−V2<1[V]となると、アンプAMP1がフィードバック動作を始め、V3=V2となる。配線が正常の場合には、V5<V4となるので、トランジスタ(T4)がオフとなり、該トランジスタ(T4)のコレクタが抵抗R18により接地される。   In the meantime, when the voltage V2 rises to V1−V2 <1 [V], the amplifier AMP1 starts a feedback operation, and V3 = V2. When the wiring is normal, V5 <V4, so that the transistor (T4) is turned off, and the collector of the transistor (T4) is grounded by the resistor R18.

これにより、MOSFET(T3)がオンとなり、V5=V6となる。電圧V5が低下するので上昇途中にあった電圧V6も低下し、V4>V6=V5で安定する。配線に異常がなければ抵抗R15、コンデンサC1の値を適切に設定することにより、MOSFET(T1)は遮断されることなくスタート時の過渡期間を経て安定状態に移行する。   As a result, the MOSFET (T3) is turned on and V5 = V6. Since the voltage V5 is lowered, the voltage V6 that was in the middle of the rise is also lowered, and is stabilized at V4> V6 = V5. If there is no abnormality in the wiring, by appropriately setting the values of the resistor R15 and the capacitor C1, the MOSFET (T1) shifts to a stable state through a transient period at the start without being cut off.

即ち、点P5(電圧V5)と比較器CMP1のプラス側入力端子の間に介在する抵抗R15、コンデンサC1、ダイオードD3、抵抗R16とMOSFET(T1)のソース電圧V2からなる回路は、電圧V5を減衰して比較器CMP1のプラス側入力端子に入力する減衰器と見なせる。その減衰率はオン直後に最も大きく、その後、時間経過と共に減少し、過渡期間が終了するとゼロになると解釈できる。コンデンサC1の容量は、R15=10[KΩ]のとき、1000〜13000[pf]の範囲になる。   That is, a circuit composed of a resistor R15, a capacitor C1, a diode D3, a resistor R16, and a source voltage V2 of the MOSFET (T1) interposed between the point P5 (voltage V5) and the positive side input terminal of the comparator CMP1 generates the voltage V5. It can be regarded as an attenuator that is attenuated and input to the positive side input terminal of the comparator CMP1. It can be interpreted that the decay rate is greatest immediately after turning on, then decreases with time, and becomes zero when the transient period ends. The capacitance of the capacitor C1 is in the range of 1000 to 13000 [pf] when R15 = 10 [KΩ].

こうして、配線異常が発生していない場合には、MOSFET(T1)の過渡期間において、MOSFET(T1)が突入電流により誤遮断することなく、確実に動作させることができる。   Thus, when no wiring abnormality has occurred, the MOSFET (T1) can be reliably operated during the transient period of the MOSFET (T1) without being erroneously interrupted by an inrush current.

<短絡接地発生時の動作>
次に、MOSFET(T1)と負荷11の間を結ぶ第2の配線22で、短絡接地が発生しているときの動作を説明する。いま、図1において、MOSFET(T1)のソース(点P2)と負荷11を結ぶ配線(第2の配線)のどこかで短絡接地が発生したとし、点P2から接地点までの経路、即ち第3の配線の抵抗をRw3、及びインダクタンスをL3とする。
<Operation when short-circuit grounding occurs>
Next, the operation when short-circuit grounding occurs in the second wiring 22 connecting the MOSFET (T1) and the load 11 will be described. In FIG. 1, it is assumed that a short-circuit grounding occurs at some point in the wiring (second wiring) connecting the source (point P2) of the MOSFET (T1) and the load 11, and the path from the point P2 to the grounding point, that is, the first The resistance of the wiring 3 is Rw3, and the inductance is L3.

最初に、MOSFET(T1)のスイッチング時間(過渡期間)が通常の場合、即ち、図3に示すように、スイッチング時間が約60[μs]の場合について説明する。この場合は、コンデンサC1の値を小さく設定する。図3では、R15=10KΩのとき、2200pfが適切な値となる。   First, a case where the switching time (transient period) of the MOSFET (T1) is normal, that is, a case where the switching time is about 60 [μs] as shown in FIG. 3 will be described. In this case, the value of the capacitor C1 is set small. In FIG. 3, 2200 pf is an appropriate value when R15 = 10 KΩ.

MOSFET(T1)がオンとなる前は、V2=0であり、且つトランジスタ(T4)がオンとなっている。MOSFET(T1)がオンとなった後もトランジスタ(T4)は暫くの間オン状態を継続する。トランジスタ(T4)がオンとなることにより、MOSFET(T7)がオンとなり、アンド回路AND2の一方の入力がHレベルになる。   Before the MOSFET (T1) is turned on, V2 = 0 and the transistor (T4) is turned on. Even after the MOSFET (T1) is turned on, the transistor (T4) remains on for a while. When the transistor (T4) is turned on, the MOSFET (T7) is turned on, and one input of the AND circuit AND2 becomes H level.

MOSFET(T1)のスイッチング時間が通常の場合には、短絡電流の増加勾配が大きくなり、第1の配線21に発生する逆起電力E1が大きくなる。逆起電力E1は、コンデンサC2の非接地側電圧V7と点P1の電圧V1の差となって現れる。即ち、V7−V1=E1となる。   When the switching time of the MOSFET (T1) is normal, the increasing gradient of the short-circuit current is increased, and the back electromotive force E1 generated in the first wiring 21 is increased. The counter electromotive force E1 appears as a difference between the non-ground side voltage V7 of the capacitor C2 and the voltage V1 at the point P1. That is, V7−V1 = E1.

この電圧E1が所定の値、即ち、突入電圧では発生しないような値を超えるとMOSFET(T5)がオンとなり、電圧V8が立ち上がり、タイマー18の出力信号がHレベルになり、アンド回路AND2の他方の入力信号がHレベルになる。その結果、アンド回路AND2の出力信号、即ち、オア回路OR1の出力がHレベルに変化し、ラッチDF1がセットされる。   When the voltage E1 exceeds a predetermined value, that is, a value that does not occur in the inrush voltage, the MOSFET (T5) is turned on, the voltage V8 rises, the output signal of the timer 18 becomes H level, and the other of the AND circuit AND2 Input signal becomes H level. As a result, the output signal of the AND circuit AND2, that is, the output of the OR circuit OR1, changes to H level, and the latch DF1 is set.

これにより、ラッチDF1の+Q出力がHレベルとなるので、MOSFET(T6)がオンとなり、MOSFET(T1)のゲートが接地され、MOSFET(T1)がオフとなって、短絡電流が遮断される。即ち、トランジスタ(T4)がオンとなっている間に逆起電力E1が所定の値を超えると、短絡接地が発生したと判定してMOSFET(T1)が遮断される。このときの波形を図4に示す。   As a result, since the + Q output of the latch DF1 becomes H level, the MOSFET (T6) is turned on, the gate of the MOSFET (T1) is grounded, the MOSFET (T1) is turned off, and the short-circuit current is cut off. That is, if the back electromotive force E1 exceeds a predetermined value while the transistor (T4) is on, it is determined that a short-circuit ground has occurred and the MOSFET (T1) is cut off. The waveform at this time is shown in FIG.

図4に示す特性図では、図3に比べ横軸のスケールが2[μs/div]と10倍に拡大され、電流IDが(5A/div,15A)になっている。第2の配線22が短絡接地されているため、MOSFET(T1)のオン(時刻t1)と同時に電流IDが急速に立ち上がるので、第1の配線21に逆起電力E1が発生し、電圧V1が急速に低下する。   In the characteristic diagram shown in FIG. 4, the scale on the horizontal axis is enlarged 10 times as large as 2 [μs / div] compared to FIG. 3, and the current ID is (5 A / div, 15 A). Since the second wiring 22 is short-circuited to ground, the current ID rapidly rises simultaneously with the turning on of the MOSFET (T1) (time t1), so that the back electromotive force E1 is generated in the first wiring 21 and the voltage V1 is Declines rapidly.

これにより、逆起電力E1が所定の判定値を超えるので、タイマー18の出力が立ち上がり、MOSFET(T1)が遮断されている。短絡発生時には、MOSFET(T1)がオンとなってから、約4[μs]で該MOSFET(T1)が遮断され、この間における電流IDのピークは15[A]である。高速判定・遮断により、過電流が抑制され、MOSFET(T1)に発生する電力損失は図3に示す正常スタート時より明らかに小さいことが判る。   Thereby, since the counter electromotive force E1 exceeds a predetermined determination value, the output of the timer 18 rises and the MOSFET (T1) is cut off. When a short circuit occurs, the MOSFET (T1) is turned off after about 4 [μs] after the MOSFET (T1) is turned on, and the peak of the current ID during this period is 15 [A]. It can be seen that the overcurrent is suppressed by the high-speed judgment / cutoff, and the power loss generated in the MOSFET (T1) is clearly smaller than that at the normal start shown in FIG.

つまり、第2の配線22に短絡接地が発生した場合には、逆起電力E1の発生を検知することにより、極めて短い時間でMOSFET(T1)を遮断することができ、回路及びMOSFET(T1)自体を確実に保護することができる。   That is, when a short circuit ground occurs in the second wiring 22, the MOSFET (T1) can be cut off in a very short time by detecting the occurrence of the back electromotive force E1, and the circuit and the MOSFET (T1). It can reliably protect itself.

<複数のFETチャネルを備える場合の動作>
ここで、図1に示した回路では、第1の配線21に接続するMOSFETと負荷は1個(1チャンネル)の場合について示したが、実際には、点P1とグランドとの間に複数のMOSFETと負荷の直列回路(以下これを「FETチャンネル」と呼称する)が並列に接続されることがある。このようなケースにおいて、複数のFETチャンネルが同時にオンになったとき、前述の手順により各FETチャンネルが全てオフとなって回路を保護することができるものの、どのFETチャンネルが短絡接地して所定の値を超えるE1を発生させたのかを特定することができない。
<Operation when a plurality of FET channels are provided>
Here, in the circuit shown in FIG. 1, a case where one MOSFET (one channel) and one load are connected to the first wiring 21 is shown, but actually, a plurality of points are connected between the point P1 and the ground. A series circuit of a MOSFET and a load (hereinafter referred to as “FET channel”) may be connected in parallel. In such a case, when a plurality of FET channels are turned on simultaneously, all the FET channels can be turned off by the above procedure to protect the circuit. It is impossible to specify whether E1 exceeding the value is generated.

このような場合には、同時にスタートした各FETチャンネルを一旦全てオフし、その後、一定間隔で順番に再度オンとすることにより、短絡接地が発生しているFETチャンネルを特定することができる。   In such a case, all the FET channels started at the same time are once turned off, and then turned on again in order at regular intervals, whereby the FET channel where the short-circuit ground is generated can be specified.

この操作はロジック回路により行われる。図2は、ロジック回路の一例として、5チャンネルの順番スタート回路を示す回路図である。図示のようにこの順番スタート回路は、5チャンネルの各負荷回路が有するMOSFETをオン、オフ操作するためのスイッチSW11〜SW15と、アンド回路AND11〜AND19と、DフリップフロップDF11〜DF15と、エクスクルーシブノア回路XNOR1〜XNOR5と、クロック回路CLとを有している。そして、アンド回路AND11〜AND15の出力信号(SW1A〜SW5A)が、図1に示したスイッチSW1Aに対応する。   This operation is performed by a logic circuit. FIG. 2 is a circuit diagram showing a 5-channel sequential start circuit as an example of a logic circuit. As shown in the figure, this sequential start circuit includes switches SW11 to SW15 for turning on and off MOSFETs included in the load circuits of five channels, AND circuits AND11 to AND19, D flip-flops DF11 to DF15, and an exclusive NOR circuit. Circuits XNOR1 to XNOR5 and a clock circuit CL are provided. The output signals (SW1A to SW5A) of the AND circuits AND11 to AND15 correspond to the switch SW1A shown in FIG.

そして、この順番スタート回路では、例えば、スイッチング時間(過渡期間)が60[μs]であるとすると、60[μs]間隔で1チャンネルずつ順番にオンさせる。   In this order start circuit, for example, if the switching time (transient period) is 60 [μs], the channels are sequentially turned on channel by channel at intervals of 60 [μs].

正常なチャンネルは過渡期間中に、所定の値を超える逆起電力E1が発生しないのでオンを継続し、短絡接地の発生している異常なチャンネルでは再度遮断される。異常なチャンネルをオンすることにより、逆起電力E1が発生したとき、他の正常なチャンネルのうち、既にオンが完了したチャンネルは遮断されることはない。   In the normal channel, the back electromotive force E1 exceeding a predetermined value is not generated during the transition period, so that the normal channel continues to be turned on, and the abnormal channel in which the short circuit ground is generated is cut off again. When the back electromotive force E1 is generated by turning on an abnormal channel, a channel that has already been turned on among other normal channels is not blocked.

また、未だスタートの順番がこない正常なチャンネルは、逆起電力E1の発生により遮断信号が発生するけれども、この時点でオフ状態となっているので影響はない。即ち、短絡接地による逆起電力E1が検出されると、全チャンネルを一旦オフとした後、1チャンネルずつ順番に立ち上げることにより、正常チャンネルと異常チャンネルの識別が可能となる。   In addition, a normal channel that has not yet been started has a cut-off signal due to the generation of the back electromotive force E1, but is not affected because it is turned off at this point. That is, when the back electromotive force E1 due to short-circuit grounding is detected, the normal channel and the abnormal channel can be identified by turning off all the channels once and then starting them one by one in order.

チャネル数が10チャンネルあったとしても60[μs]間隔で順番にスタートすることに要する時間は600[μs]で済み、この遅れ時間はほとんどのケースで実用上の問題にはならない。   Even if there are 10 channels, the time required to start sequentially at intervals of 60 [μs] is 600 [μs], and this delay time is not a practical problem in most cases.

次いで、図2に示す回路の動作について説明する。1〜5チャンネルの各入力スイッチSW11〜SW15が同時に入力されると、スタート回路からSW1A〜SW5Aの信号がクロック信号に同期して順番に出力される。   Next, the operation of the circuit shown in FIG. 2 will be described. When the input switches SW11 to SW15 of channels 1 to 5 are input at the same time, the signals of SW1A to SW5A are sequentially output from the start circuit in synchronization with the clock signal.

クロック回路CLより出力されるクロック信号の周期は60[μs]とする。入力スイッチSW11〜SW15はオフのときLレベル(=0)、オンでHレベル(=1)になるものとする。スイッチSW11〜SW15がオフのとき、各DフリップフロップDF11〜DF15のQ出力が0となり、Qバー出力が1になる。   The period of the clock signal output from the clock circuit CL is 60 [μs]. The input switches SW11 to SW15 are assumed to be at L level (= 0) when turned off and at H level (= 1) when turned on. When the switches SW11 to SW15 are off, the Q outputs of the D flip-flops DF11 to DF15 are 0 and the Q bar output is 1.

アンド回路AND11〜15は2入力がともに0になるので0を出力し、スイッチSW1A〜SW5Aはオフ信号状態となる。そして、スイッチSW11〜15が同時に入力されるとエクスクルーシブノア回路(XNOR1〜4)の出力が0になる。   The AND circuits AND11 to 15 output 0 because the two inputs are both 0, and the switches SW1A to SW5A are turned off. When the switches SW11 to 15 are input simultaneously, the outputs of the exclusive NOR circuits (XNOR1 to 4) become zero.

クロックが立ち上がると、D端子信号が1になっているDフリップフロップDF11のQ出力は1になり、アンド回路AND11の出力であるSW1Aが1になって第1チャンネルがオンとなる。   When the clock rises, the Q output of the D flip-flop DF11 whose D terminal signal is 1 becomes 1, the SW1A which is the output of the AND circuit AND11 becomes 1, and the first channel is turned on.

ところが、D端子信号がアンド回路AND16〜19を経由して入力されるDフリップフロップDF12〜15は、エクスクルーシブノア回路(XNOR1〜4)の0出力によりこれらのアンド回路が閉じるので、D端子信号は0となり、クロックが入力されることによりDF12〜15のQ出力は0となり、アンド回路AND12〜15の出力SW2A〜SW5Aは0のままとなり第2〜5チャンネルはオンできない。   However, in the D flip-flops DF12 to DF15 to 15 in which the D terminal signal is input via the AND circuits AND16 to 19, these AND circuits are closed by the 0 output of the exclusive NOR circuit (XNOR1 to 4). When the clock is input, the Q outputs of the DFs 12 to 15 become 0, the outputs SW2A to SW5A of the AND circuits AND12 to 15 remain 0, and the second to fifth channels cannot be turned on.

そして、DフリップフロップDF11の出力が1になったことにより、XNOR1の出力が0から1に変化し、アンド回路AND16の出力、即ち、DF12のD端子信号を1に変える。2回目のクロック立ち上がりにより、DフリップフロップDF12のQ出力が1に変わり、アンド回路AND12の出力SW2Aが1になる。   When the output of the D flip-flop DF11 becomes 1, the output of XNOR1 changes from 0 to 1, and the output of the AND circuit AND16, that is, the D terminal signal of DF12 is changed to 1. At the second rise of the clock, the Q output of the D flip-flop DF12 changes to 1, and the output SW2A of the AND circuit AND12 becomes 1.

これにより、2回目のクロック立ち上がりにより第2チャンネルがオンする。第3〜5チャンネルはエクスクルーシブノア回路XNOR2〜4の0出力によりオンできない。第2チャンネルのオンにより、エクスクルーシブノア回路XNOR2の出力が0から1に変化する。   As a result, the second channel is turned on at the second clock rise. The third to fifth channels cannot be turned on by the zero outputs of the exclusive NOR circuits XNOR2 to XNO4. When the second channel is turned on, the output of the exclusive NOR circuit XNOR2 changes from 0 to 1.

以上の動作を整理すると、エクスクルーシブノア回路XNOR1〜4とアンド回路AND16〜AND19により、スイッチSW11からSW15の順番に優先順位がつけられ、クロックが立ち上がる毎に優先順位の高いチャンネルから順番にオンする。   When the above operations are arranged, priorities are set in the order of the switches SW11 to SW15 by the exclusive NOR circuits XNOR1 to XNOR4 and the AND circuits AND16 to AND19, and each time the clock rises, the channels are turned on in order from the channel with the highest priority.

スイッチSW1A(第1チャンネル)はクロックの立ち上がりに同期して無条件でオンするが、スイッチSW5A(第5チャンネル)はエクスクルーシブノア回路XNOR1〜XNOR4の出力が全て1になったときのみクロックに同期してオンできる。エクスクルーシブノア回路XNOR1〜XNOR4の出力が1ということはそのチャンネルがオフ→オン、またはオン→オフの過渡期間にない、言い換えれば安定してオンかオフの状態であることを示す。このロジック回路を用いれば2チャンネル以上にオン信号が同時に入っても1チャンネルずつ順番に立ち上げる動作が可能となる。   The switch SW1A (first channel) is turned on unconditionally in synchronization with the rising edge of the clock, but the switch SW5A (fifth channel) is synchronized with the clock only when the outputs of the exclusive NOR circuits XNOR1 to XNOR4 are all 1. Can be turned on. The output of the exclusive NOR circuits XNOR1 to XNOR4 being 1 indicates that the channel is not in the transition period from off to on or from on to off, in other words, it is in a stable on or off state. If this logic circuit is used, even if an ON signal is simultaneously input to two or more channels, it is possible to start up one channel at a time.

このような構成を採ることにより、複数チャンネルの負荷回路が存在する際に、第1の配線21にて短絡接地時の逆起電力E1が発生した場合には、各チャンネルを全て遮断し、その後、図2に示すスイッチSW11〜SW15を順次オンとしていく。これにより、短絡接地が発生しているチャンネルは起動することができず、短絡接地の発生していない正常なチャンネルは起動することができる。   By adopting such a configuration, when a back electromotive force E1 at the time of short-circuit grounding is generated in the first wiring 21 when a load circuit of a plurality of channels exists, all the channels are shut off, and then Then, the switches SW11 to SW15 shown in FIG. As a result, a channel in which short-circuit grounding has occurred cannot be activated, and a normal channel in which short-circuit ground has not occurred can be activated.

従って、複数チャンネルを有する場合においても、確実且つ迅速に短絡接地の発生しているチャンネルを特定してこれを遮断し、その他の正常なチャンネルについては通常通り駆動させることができるようになる。   Therefore, even in the case of having a plurality of channels, it is possible to reliably and quickly identify a channel in which a short-circuit ground is generated, block this, and drive other normal channels as usual.

<スイッチング時間が長い場合の動作>
次に、MOSFET(T1)のスイッチング時間が長い場合の過電流検出、保護について説明する。スイッチング時間を長くする必要がある例として、Day time running lightのために行われるヘッドランプのデューティー制御がある。100[Hz],20[%]のデューティー制御を行うとき、ラジオノイズの発生を抑えるためスイッチング時間を長くして電流波形の立ち上がり、立下りが滑らかになるように制御する。
<Operation when switching time is long>
Next, overcurrent detection and protection when the switching time of the MOSFET (T1) is long will be described. As an example in which the switching time needs to be lengthened, there is a headlamp duty control performed for Day time running light. When duty control of 100 [Hz] and 20 [%] is performed, in order to suppress the generation of radio noise, the switching time is lengthened and the current waveform rises and falls smoothly.

このときのスイッチング時間(過渡期間)は、約200[μs]になる。そのときの波形を図5に示す。電圧V2、つまり判定値V4の上昇勾配が緩やかになるので、V4>V6が成立するようにC1*R15の時定数を大きくして、CMP1のプラス側入力電圧V6の立ち上がりも緩やかにしなければならない。   The switching time (transition period) at this time is about 200 [μs]. The waveform at that time is shown in FIG. Since the rising gradient of the voltage V2, that is, the determination value V4 becomes gentle, the time constant of C1 * R15 must be increased so that V4> V6 is satisfied, and the rising of the positive input voltage V6 of CMP1 must also be made gentle. .

図5では、R15=10[KΩ]のとき、C1=12200[pf]としている。スイッチング時間が長くなると、MOSFET(T1)のドレイン〜ソース間電圧VDSの減少が緩やかになるため、短絡接地が発生しても電流の立ち上がり勾配が緩やかになり、逆起電力E1が判定値を超えない。   In FIG. 5, when R15 = 10 [KΩ], C1 = 1200 [pf]. If the switching time is increased, the drain-source voltage VDS of the MOSFET (T1) decreases gradually, so that even if a short-circuit grounding occurs, the current rising slope becomes gentle and the back electromotive force E1 exceeds the judgment value. Absent.

従って、逆起電力E1を検出することでは、短絡接地の発生を検知することができない。図6に、図5と同じ仕様で短絡接地させた場合の波形を示す。図4に比べて横軸が50[μs/div]と1/25の速度で表示されている。短絡接地発生後の、初期の電圧V1の低下が少ないので、電圧V5の低下も少なくなりコンデンサC1の充電電圧、即ち電圧V6の増加勾配は正常時に比べそれほど低下しない。   Therefore, the occurrence of short-circuit grounding cannot be detected by detecting the back electromotive force E1. FIG. 6 shows a waveform when short-circuit grounding is performed with the same specifications as FIG. Compared to FIG. 4, the horizontal axis is displayed at a speed of 50 [μs / div] and 1/25. Since the initial decrease in the voltage V1 after the occurrence of the short-circuit ground is small, the decrease in the voltage V5 is also small, and the charging voltage of the capacitor C1, that is, the increasing gradient of the voltage V6 is not so much lower than that in the normal state.

一方、電圧V2は短絡接地により増加勾配が正常時に比べ緩やかになる。その結果V6>V2の期間が、図5に比べて長くなる。また、V4>V2の間は判定値電圧V4の増加勾配は電圧V1が低下することにより、緩やかになることもあって、V4=V6となり、MOSFET(T1)が遮断される。即ち、短絡接地が発生すると電圧V2、V4の増加勾配が正常時より緩やかになるのに対して、電圧V6の増加勾配は正常時に比べて低下するものの電圧V2、V4よりは低下量が少ないので、短絡接地を検出することができる。図5の、V2、V4、V5の波形と図6のそれらを重ね合わせて図7に示す。   On the other hand, the increase gradient of the voltage V2 becomes gentler than that in the normal state due to short-circuit grounding. As a result, the period of V6> V2 becomes longer than that in FIG. In addition, when V4> V2, the increase gradient of the determination value voltage V4 may become gentle due to the decrease in the voltage V1, so that V4 = V6 and the MOSFET (T1) is cut off. That is, when the short-circuit grounding occurs, the increase gradient of the voltages V2 and V4 becomes gentler than normal, whereas the increase gradient of the voltage V6 decreases compared to the normal time, but the decrease amount is smaller than the voltages V2 and V4. Short circuit ground can be detected. FIG. 7 shows the waveforms of V2, V4, and V5 in FIG. 5 superimposed on those in FIG.

短絡接地がよりシビアになるほど、換言すれば短絡回路の抵抗Rw3、L3が小さくなるほど電圧V2の増加勾配は緩やかになるが、電圧V2の勾配が電圧V6の勾配を下回る範囲ではMOSFET(T1)をオンとしてから遮断するまでの時間がほぼ一定になる。   As the short circuit ground becomes more severe, in other words, as the resistances Rw3 and L3 of the short circuit become smaller, the increasing slope of the voltage V2 becomes gentler. However, in the range where the slope of the voltage V2 falls below the slope of the voltage V6, the MOSFET (T1) The time from turning on to shutting off becomes almost constant.

また、短絡接地の程度が軽微になり、電圧V2の勾配が大きくなるに連れて、遮断までの時間が長くなり、更に軽微になり、正常状態の突入電流に近づくと検出しなくなる。このようなケースでは過渡期間終了後に別な過電流検出方法で異常(軽微な短絡接地)を検出することになるが、異常の程度が軽微、即ち正常電流に近づくので、過渡期間終了後に検出・遮断しても問題にはならない。   Also, as the degree of short-circuit grounding becomes lighter and the gradient of the voltage V2 becomes larger, the time until interruption becomes longer and lighter, and when it approaches the inrush current in the normal state, it is not detected. In such a case, an abnormality (minor short-circuit grounding) will be detected by another overcurrent detection method after the transition period ends. However, the degree of abnormality is minor, that is, close to normal current. It doesn't matter if shut off.

従って、スイッチング時間が長い場合で、逆起電力E1の大きさで短絡接地を検出することができない場合であっても、確実にMOSFET(T1)を遮断して、該MOSFET(T1)及び回路を保護することができる。   Accordingly, even when the switching time is long and the short-circuit ground cannot be detected due to the magnitude of the back electromotive force E1, the MOSFET (T1) and the circuit are surely cut off. Can be protected.

また、図1に示した回路では、過渡期間終了後は電圧VDSの大きさを用いて過電流を検出する。即ち、過渡期間の過電流検出方法とその後の安定状態における過電流検出方法は異なり、2種類の検出方法を切り換え使用している。その切り換えは、トランジスタ(T4)のオン、オフにより行われるが、切り換えが瞬間的に行われるので、過電流検出の空白期間が発生しない。これも本発明の特徴である。   In the circuit shown in FIG. 1, the overcurrent is detected using the magnitude of the voltage VDS after the end of the transient period. That is, the overcurrent detection method in the transient period is different from the subsequent overcurrent detection method in the stable state, and two types of detection methods are switched and used. The switching is performed by turning on and off the transistor (T4). However, since the switching is performed instantaneously, a blank period for overcurrent detection does not occur. This is also a feature of the present invention.

短絡接地が発生した際に、半導体スイッチ及び回路を確実に保護する上で極めて有用である。   This is extremely useful for reliably protecting semiconductor switches and circuits when short-circuit grounding occurs.

本発明の一実施形態に係る半導体スイッチの制御装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the control apparatus of the semiconductor switch which concerns on one Embodiment of this invention. 複数のFETチャンネルを備える回路を、順次オンさせるための回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram for sequentially turning on a circuit including a plurality of FET channels. スイッチング時間が通常の場合の、通常時における各信号の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of each signal in the normal time when switching time is normal. スイッチング時間が通常の場合の、短絡接地発生時における各信号の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of each signal at the time of short circuit earthing | grounding when switching time is normal. スイッチング時間が長い場合の、通常時における各信号の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of each signal in the normal time when switching time is long. スイッチング時間が長い場合の、短絡接地発生時における各信号の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of each signal at the time of short circuit earthing | grounding when switching time is long. 図5,図6を重ね合わせて記載した特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram in which FIGS. 5 and 6 are superimposed. 従来における半導体スイッチの制御装置の回路図である。It is a circuit diagram of the control apparatus of the conventional semiconductor switch.

符号の説明Explanation of symbols

11 負荷
12 増幅回路
13 逆起電力検出回路
14 コンデンサ充電回路(減衰器)
15 判定電圧生成回路
16 比較回路
17 駆動回路
18 タイマー
19 ドライバー
20 チャージポンプ
21 第1の配線
22 第2の配線
23 第3の配線
VB 電源(バッテリ)
CMP1 比較器
11 Load 12 Amplifier circuit 13 Back electromotive force detection circuit 14 Capacitor charging circuit (attenuator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Determination voltage generation circuit 16 Comparison circuit 17 Drive circuit 18 Timer 19 Driver 20 Charge pump 21 1st wiring 22 2nd wiring 23 3rd wiring VB Power supply (battery)
CMP1 comparator

Claims (8)

半導体スイッチの一端が第1の配線により電源のプラス端子に接続され、他端が第2の配線により負荷に接続され、負荷の他端が前記電源のマイナス端子に接続された電力供給回路の前記半導体スイッチを制御する半導体スイッチの制御装置において、
前記第2の配線に発生する配線異常により過電流が流れたとき、前記半導体スイッチの端子間電圧(VDS)の大きさが第1の判定値を超えたか否かを検出することにより、素子を遮断する構成を有し、
前記半導体スイッチがオフからオンに移行したとき、前記第2の配線が正常であるにも関わらず前記端子間電圧(VDS)が前記第1の判定値(V4)を超える過渡期間は減衰器を動作させることにより前記端子間電圧(VDS)を減衰させて該端子間電圧(VDS)が前記第1の判定値以下になるようにし、
前記減衰器が動作している期間に前記第2の配線が短絡接地しているとき、或いは短絡接地したときには、短絡電流に起因して前記第1の配線に発生する逆起電力(E1)の大きさを検出し、検出された逆起電力(E1)が、配線正常時の過渡電流によって発生する逆起電力よりも大きい値に設定した第2の判定値を超えたときに、前記半導体スイッチを遮断することを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
One end of the semiconductor switch is connected to the positive terminal of the power source by the first wiring, the other end is connected to the load by the second wiring, and the other end of the load is connected to the negative terminal of the power source. In a semiconductor switch control device for controlling a semiconductor switch,
By detecting whether or not the magnitude of the voltage (VDS) between the terminals of the semiconductor switch exceeds the first judgment value when an overcurrent flows due to a wiring abnormality occurring in the second wiring, Having a configuration to block,
When the semiconductor switch shifts from OFF to ON, an attenuator is used during a transient period in which the inter-terminal voltage (VDS) exceeds the first determination value (V4) even though the second wiring is normal. By operating, the terminal voltage (VDS) is attenuated so that the terminal voltage (VDS) is less than or equal to the first determination value;
When the second wiring is short-circuited or grounded while the attenuator is operating, the back electromotive force (E1) generated in the first wiring due to the short-circuit current When the magnitude is detected and the detected back electromotive force (E1) exceeds a second determination value set to a value larger than the back electromotive force generated by the transient current when the wiring is normal, the semiconductor switch A device for controlling a semiconductor switch, wherein
前記減衰器を動作させる期間は、前記半導体スイッチの端子間電圧(VDS)を増幅し、この増幅電圧が前記電源電圧の制約により飽和した場合も含めて、前記増幅により得られる電圧(V5)が、第1の判定値(V4)を超える期間とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体スイッチの制御装置。   During the period in which the attenuator is operated, the voltage (V5) obtained by the amplification is amplified including the case where the voltage (VDS) between the terminals of the semiconductor switch is amplified and the amplified voltage is saturated due to the restriction of the power supply voltage. 2. The semiconductor switch control device according to claim 1, wherein the period exceeds the first determination value (V4). 前記端子間電圧を増幅して得られた電圧(V5)と、前記減衰器を経由して前記第1の判定値(V4)とを比較する比較器(CMP1)を設け、
前記第1の判定値が前記比較器の第1の入力端子に入力され、
前記比較器の第2の入力端子には、第1の抵抗(R15)を経由して前記端子間電圧の増幅結果(V5)が入力され、
前記比較器の第2の入力端子と接地レベル間に減衰器用コンデンサ(C1)が配置され、
前記比較器(CMP1)の第2の入力端子がダイオード(D3)と第2の抵抗(R16)を経由して、前記半導体スイッチの負荷側端子に接続された構成とし、
前記減衰器は、前記第1の抵抗(R15)、減衰器用コンデンサ(C1)、ダイオード(D3)、及び第2の抵抗(R16)からなることを特徴とする請求項2に記載の半導体スイッチの制御装置。
A comparator (CMP1) for comparing the voltage (V5) obtained by amplifying the voltage between the terminals and the first determination value (V4) via the attenuator;
The first determination value is input to a first input terminal of the comparator;
The second input terminal of the comparator receives the amplification result (V5) of the inter-terminal voltage via the first resistor (R15),
An attenuator capacitor (C1) is disposed between the second input terminal of the comparator and the ground level;
A second input terminal of the comparator (CMP1) is connected to a load side terminal of the semiconductor switch via a diode (D3) and a second resistor (R16);
3. The semiconductor switch according to claim 2, wherein the attenuator includes the first resistor (R15), an attenuator capacitor (C1), a diode (D3), and a second resistor (R16). Control device.
前記端子間電圧を増幅した電圧(V5)が、前記半導体スイッチオン時の過渡期間を経過して第1の判定値(V4)より小さくなった際に、前記減衰器の機能が取り除かれることを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチの制御装置。   The function of the attenuator is removed when the voltage (V5) obtained by amplifying the voltage between the terminals becomes smaller than the first determination value (V4) after a transient period when the semiconductor switch is turned on. 4. The semiconductor switch control device according to claim 3, wherein the control device is a semiconductor switch control device. 前記減衰器が動作している期間に、前記第2の配線が短絡接地しているにも関わらず、前記第1の配線に発生する逆起電力の大きさが第2の判定値を下回っている場合には、前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)の増加勾配が配線正常時に比べてより緩やかになることを検出して、前記半導体スイッチを遮断することを特徴とする請求項3に記載の半導体スイッチの制御装置。   During the period when the attenuator is operating, the magnitude of the back electromotive force generated in the first wiring is less than the second determination value even though the second wiring is short-circuited to ground. 4. If there is, the semiconductor switch is shut off by detecting that the increasing slope of the load side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch is more gradual than when the wiring is normal. The control apparatus of the semiconductor switch of description. 前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)の増加勾配が配線正常時に比べてより緩やかになることを検出する方法は、前記半導体スイッチの負荷側端子電圧(V2)が前記減衰器の出力である前記比較器の第2の入力端子電圧(V6)を下回る期間が配線正常時に比べて、前記第2の配線に短絡接地が発生したときには長くなることを用いることを特徴とする請求項5に記載の半導体スイッチの制御装置。   The method for detecting that the increasing slope of the load-side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch is more gradual than when the wiring is normal is that the load-side terminal voltage (V2) of the semiconductor switch is the output of the attenuator. 6. The method according to claim 5, wherein a period during which the period lower than the second input terminal voltage (V6) of the comparator is shorter than when the wiring is normal is longer when a short-circuit ground occurs in the second wiring. Semiconductor switch control device. 前記請求項1〜請求項6に記載の半導体スイッチの制御装置の、前記半導体スイッチと前記負荷が前記第2の配線を経由して直列接続された回路が複数個並列に接続され、該並列回路の半導体スイッチ側が、唯一の前記第1の配線を介して電源のプラス端子に接続され、前記並列回路の負荷側が電源マイナス端子に接続された回路構成を備え、
前記第1の配線に発生する逆起電力が前記第2の判定値を上回った際には、複数個の前記半導体スイッチを全て一旦オフ状態として前記各負荷に流れる電流を遮断し、その後、複数個の前記半導体スイッチを個別に再度オンさせることにより、短絡接地した第2の配線に接続した半導体スイッチのみを遮断し、正常な第2の配線に接続した半導体素子を正常に動作させるようにしたことを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
7. The semiconductor switch control device according to claim 1, wherein a plurality of circuits in which the semiconductor switch and the load are connected in series via the second wiring are connected in parallel. The semiconductor switch side is connected to the positive terminal of the power source only through the first wiring, and the load circuit side of the parallel circuit is connected to the power source negative terminal.
When the back electromotive force generated in the first wiring exceeds the second determination value, all of the plurality of semiconductor switches are temporarily turned off to interrupt the current flowing through the loads, and then By individually turning on the semiconductor switches again, only the semiconductor switch connected to the second short-circuited wiring is cut off, and the semiconductor element connected to the normal second wiring is operated normally. A control device for a semiconductor switch.
前記請求項1〜請求項6に記載の半導体スイッチの制御装置の、前記半導体スイッチと前記負荷が前記第2の配線を経由して直列接続された回路が複数個並列に接続され、該並列回路の半導体スイッチ側が、唯一の前記第1の配線を介して電源のプラス端子に接続され、前記並列回路の負荷側が電源マイナス端子に接続された回路構成を備え、
複数個の前記各半導体スイッチをオンとする信号が同時に入力された際には、一定間隔の時間差を設けて個別にオンさせるようにしたことを特徴とする半導体スイッチの制御装置。
7. The semiconductor switch control device according to claim 1, wherein a plurality of circuits in which the semiconductor switch and the load are connected in series via the second wiring are connected in parallel. The semiconductor switch side is connected to the positive terminal of the power source only through the first wiring, and the load circuit side of the parallel circuit is connected to the power source negative terminal.
A control device for a semiconductor switch, wherein when a plurality of signals for turning on each of the semiconductor switches are simultaneously input, the semiconductor switches are individually turned on with a predetermined time difference.
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