JP2007104488A - 電力供給制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】過電流検知回路13が正常に電流異常を検出できる状態では、診断用電流IxがRC並列回路12に流れて端子電圧Voが閾値電圧Vrに達し、過電流検知回路13はローレベルの異常信号S2を出力し、カウンタ回路80がカウンタ値「n」までカウントしたときに、保護用論理回路40は、過電流検知回路13が「電流異常正常検出可能」であると判定し、ハイレベルの制御信号S5を出力するようになり、FET72がオフ動作(遮断動作)し、直流電流源71からの診断用電流Ixがカレントミラー回路に流れなくなる。
【選択図】図5
Description
本構成によれば、半導体スイッチが遮断動作をしているときに異常電流出力回路を出力状態とし、このときの異常検出回路での検出結果に基づき、半導体スイッチの通電動作下において異常検出回路が電流異常を正常に検出できるかどうかを自己診断できる。
本構成によれば、電流異常時に実際に電力供給ラインに流れる異常電流よりも小さい診断用電流に基づいて異常検出回路が電流異常を正常に検出できるかどうかの自己診断を行うことができる。
本構成によれば、例えば電力供給制御装置への電源投入後、半導体スイッチが最初に通電動作を行う前に判定回路による自己診断を行うことができる。
本構成によれば、判定回路で電流異常正常検出可能と判定されない限り、半導体スイッチは通電動作に移行しないため、異常検出回路が電流異常正常検出不能な状態で半導体スイッチの通電動作が開始されることを回避できる。
本構成によれば、例えば半導体ディバイスを製造した後であっても、外部入力端子への入力レベルを変更することで、判定回路による判定動作(自己診断)を実行可能とするかどうかを選択することができる。
本構成によれば、正常状態時に半導体スイッチに通電・遮断動作をさせるための制御信号レベルを変更することで、判定回路による判定動作(自己診断)を実行可能とするかどうかの選択を行うことができる。
本構成によれば、例えば半導体ディバイスを製造した後であっても、ボンディングパッドを、ワイヤボンディングを介してどこに接続するか(例えば電源入力パッドに接続する、他のワイヤボンディングに接続する、いずれにも接続しないなど)によって、判定回路による判定動作(自己診断)を実行可能とするかどうかを選択することができる。
本発明の実施形態1を図1〜図4を参照しつつ説明する。
1.電力供給制御装置の全体構成
図1は、本実施形態に係る電力供給制御装置10の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の電力供給制御装置10は、定電圧信号、或いは、PWM(Pulse Width Modulation。パルス幅変調)制御信号などの制御信号S1を直接又は間接的にパワーMOSFET15(本発明の「半導体スイッチ、パワーFET」に相当)の制御入力端子(ゲート端子G)に与えることで、このパワーMOSFET15の出力側に連なる車両用電源(以下、「電源61」という)から負荷50への電力供給を制御するように構成されている。
(1)過電流検知回路
図2は、パワーMOSFET15に流れる電流Ip(本発明の「供給電流」に相当)が所定レベル(閾値)を超える「電流異常」の検出を行う過電流検知回路13(本発明の「異常検出回路」に相当)を主として示す回路図である。同図において、一点鎖線で囲まれた構成が過電流検知回路13である。この過電流検知回路13は、パワーMOSFET15の電流量に応じたセンス電流Isが流れるセンスMOSFET16(本発明の「センスFET」に相当)を有している。
(a)回路構成
図2に示すように、RC並列回路12は、直列接続された第1抵抗60(抵抗値r)及びコンデンサ62と、第2抵抗64(抵抗値R)とが並列接続されて構成されている。そして、このRC並列回路12の一端側が外部端子P4に接続され、他端側がグランドに接続される。従って、RC並列回路12の端子電圧Voが外部端子P4を介してコンパレータ32の入力端子に与えられる。
ここで、RC並列回路12にセンス電流Is(詳しくは、センス電流のミラー電流Is”)を流した場合の端子電圧Voは、次の数式1で求めることができる。
C:コンデンサ62の容量
R:第2抵抗64の抵抗値
t:通電時間
従って、数式1から異常検出される電流(端子電圧Voが閾値電圧Vrに達したときのセンス電流Is、以下、「異常電流Io」という)は、次の数式2で表すことができる。
そして、その通電状態が継続し通電時間tが経過するに従って、異常電流Ioは、数式4に示す電流Io2に収束していく。
以上から、異常電流Ioと通電時間tとの関係は、図3の点線で示す収束曲線L1となる。このことは、通電開始当初、RC並列回路12の電流/電圧の変換率が小さく異常電流Ioは大きなレベルとなり(つまり、大電流を流すことができ)、そのまま通電状態が継続した場合、RC並列回路12における電流/電圧の変換率が徐々に増大し、異常電流Ioのレベルが低減していく(流すことができる電流量が低減していく)ことを意味する。要するに、RC並列回路12は、それに流れたセンス電流Isの通電時間に応じて増大する変換率によって当該センス電流Isを端子電圧Voに変換するのである。
図2に示すように、過電流検知回路13には、直流電流源71(本発明の「異常電流出力回路」に相当)と、スイッチ素子としてのFET72とが備えられている。具体的には、直流電流源71は、入力端が電源端子P2に接続され、出力端がFET72を介して、センスMOSFETの出力側とFET20との間の接続ライン73(本発明の「電流異常検出ライン」に相当)に接続されている。直流電流源71は、上述した異常電流Ioに相当する診断用電流Ixを出力する。そして、この診断用電流IxはFET72にハイレベルの制御信号S4が与えられている間はFET20への流れ込みが規制されている。一方、診断用電流Ixは、FET72にローレベルの制御信号S4が与えられることでFET72がオンしてFET20及びFET24に流れこみ、このミラー電流(Ix’、Ix”)が上述のカレントミラー回路を介してRC並列回路12へと流れる。
図4には、前述のローレベルの制御信号S1を受けることで起動する保護用論理回路40の構成が示されている。この保護用論理回路40は、カウンタ値が「n」にオーバフローする前までは上記診断用電流Ixをカレントミラー回路に流すためのローレベルの制御信号S4を出力し、オーバフローしたときに診断用電流Ixをカレントミラー回路に流すことを停止させるためのハイレベルの制御信号S4を出力するカウンタ回路80を備えている。このカウンタ回路80は、リセット端子に上記記制御信号S1が与えられ、入力端子P1にローレベルの制御信号S1が入力されることでカウンタリセット状態が解除されカウント動作が許容される。
(1)自己診断
図5は「電流異常正常検出可能」と判定される場合での各信号のタイミングチャートであり、図6は「電流異常正常検出不能」と判定される場合での各信号のタイミングチャートである。
上記自己診断において、保護用論理回路40により過電流検知回路13が「電流異常正常検出可能」であると判定されると、電力供給制御装置10は、パワーMOSFET15及びセンスMOSFET16の通電動作を許容し、次に示すように、通常のセンス電流Isに基づく電流異常検出が実行する。
図7,8は、本実施形態の電力供給制御装置10と操作スイッチ52とを示した模式図である。上記実施形態1と同じ構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、入力インターフェース45は、入力端子P1(本発明の「外部入力端子」に相当)の電位レベルを検出する入力電圧レベル判定回路が備えられている。
図9は、上記半導体スイッチ素子11の外部構成を模式的に示した図である。また、図10は、保護用論理回路40’を概念的に例示するブロック図である。上記実施形態1と同じ構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。同図に示すように、半導体スイッチ素子11は、半導体チップ110上に上記保護用論理回路40’等が搭載されると共に、電源61に連なる電源供給用パッド111にワイヤボンディング112を介して電気的に接続される電源接続パッド113と、グランドに連なるグランド用パッド114にワイヤボンディング115を介して電気的に接続されるグランド接続パッド116とが配置されている。
そして、例えば、切り替え用パッド117とボンディングパッド118とを接続した場合には、入力インターフェース45にてハイレベルの電位レベルが検知され、カウンタ回路80からの制御信号S4がOR回路87にて無効化され、OR回路87から常時ハイレベルの出力信号がAND回路83に与えられるようになる。これにより、半導体スイッチ素子11は、保護用論理回路40’による自己診断機能が無効化され、自己診断をしないでパワーMOSFET15及びセンスMOSFET16の通電動作を許容する。
一方、切り替え用パッド117とボンディングパッド118とを接続しない場合には、入力インターフェース45にてローレベルの電位レベルが検知され、カウンタ回路80からの制御信号S4がOR回路87にて有効化され、半導体スイッチ素子11は、保護用論理回路40’による自己診断機能を有効化させる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態において、電流電圧変換回路としては、RC並列回路12の代わりに単なる外部抵抗であってもよい。
11…半導体スイッチ素子(半導体ディバイス)
13…過電流検知回路(異常検出回路)
15…パワーMOSFET(半導体スイッチ、パワーFET)
16…センスMOSFET(センスFET)
40,40’…保護用論理回路(制御回路、判定回路)
50…負荷
61…電源
70…ライン(電力供給ライン)
71…直流電流源(異常電流出力回路)
110…半導体チップ
117…切り替え用パッド(ボンディングパッド)
119…ワイヤボンディング
Ip…電流(供給電流)
Is…センス電流(検出電流)
Ix…診断用電流
P1…入力端子(外部入力端子、半導体スイッチに通電動作させるための制御信号が入力される端子)
S1…制御信号(半導体スイッチに通電動作させるための制御信号)
Claims (7)
- 電源から負荷への電力供給ラインに設けられ当該負荷への通電を行う半導体スイッチと、
前記半導体スイッチに通電動作と遮断動作とを実行させる制御回路と、
前記半導体スイッチが前記通電動作をしているときに前記電力供給ラインに流れる供給電流が閾値を超える電流異常を検出する異常検出回路と、
前記異常検出回路の電流異常検出ラインに前記閾値を超える異常電流に応じた診断用電流を流す異常電流出力回路と、
前記半導体スイッチが前記遮断動作をしているときに前記異常電流出力回路を出力状態とし、前記異常検出回路で前記電流異常が検出された場合に電流異常正常検出可能と判定し、前記異常検出回路で前記電流異常が検出されない場合に電流異常正常検出不能と判定する判定回路と、を備えることを特徴とする電力供給制御装置。 - 前記半導体スイッチは、パワーFETであって、
前記異常検出回路は、前記パワーFETの電流量に応じたセンス電流が流れるセンスFETと、このセンスFETからのセンス電流が流れる電流検出回路とを有し、この電流検出回路での検出電流に基づき前記電流異常を検出する構成とされ、
前記異常電流出力回路は、その出力が前記センスFETの出力側とともに前記電流検出回路の入力側に共通接続され、当該電流検出回路に前記電流異常が検出される前記診断用電流を流すことを特徴とする請求項1に記載の電力供給制御装置。 - 前記制御回路が起動され前記半導体スイッチに前記通電動作をさせる前に、前記判定回路による判定動作を実行することを特徴とする請求項1または請求項2記載の電力供給制御装置。
- 前記制御回路は、前記判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定された場合には前記半導体スイッチの通電動作を許容し、前記判定回路で前記電流異常正常検出不能と判定された場合には当該判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定されるまで前記半導体スイッチに遮断動作を維持させることを特徴とすることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電力供給制御装置。
- 少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、
前記半導体ディバイスには、外部入力端子が設けられ、この外部入力端子の入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電力供給制御装置。 - 前記外部入力端子は、正常状態時に前記半導体スイッチに通電動作をさせるための制御信号が入力される端子であることを特徴とする請求項5に記載の電力供給制御装置。
- 少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、
前記半導体ディバイス内の半導体チップ上のボンディングパッドがワイヤボンディングを介して接続される接続先によって変化する当該ボンディングパッドの入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電力供給制御装置。
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