JP2007274828A - 駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】共通の駆動電圧により複数の半導体スイッチング素子を駆動し、各素子の制御端子の短絡故障を確実に検出し且つ他の素子への波及を回避する。
【解決手段】駆動信号Ｓa1がＬレベルからＨレベルに変化すると、開閉回路３４がオンとなり、昇圧回路から開閉回路３４、抵抗３０を通してＭＯＳＦＥＴ２１にゲート電流が流れる。ゲートモニタ回路３２ａは、ゲート電流が所定のしきい値を超えたときにＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb1を出力する。開閉回路３５およびＭＯＳＦＥＴ２２も駆動信号Ｓa2により同様に駆動され、ゲートモニタ回路３３ａも同様にしてＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb2を出力する。駆動異常検出信号Ｓb1またはＳb2がＬレベルになると、駆動信号Ｓa1およびＳa2がＬレベルになり、昇圧回路からＭＯＳＦＥＴ２１、２２を切り離す。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動用電源から供給される共通の駆動電圧により複数の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路に関する。

エンジンの排気ガス浄化用触媒の上流側排気通路に二次空気を導入する二次空気導入システムには、モータ駆動式のエアポンプとエアスイッチングバルブが用いられている（特許文献１参照）。このシステムは、エアポンプ駆動用のモータ（負荷）と電磁バルブ駆動用の電磁コイル（負荷）をそれぞれ駆動する２つのＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴと、これらＭＯＳＦＥＴをハイサイドスイッチとして用いるのに必要な１つの昇圧回路とを備えている。２つのＭＯＳＦＥＴで昇圧回路を共用することにより、コストの低減が図られている。
特開２００５−３０７９５７号公報（図１）

この特許文献１記載のシステムにおいて、２つのＭＯＳＦＥＴのうち一方の素子がゲート・ソース間の短絡モードで故障した場合、ゲート電流を供給している昇圧回路の出力電流が増大し、昇圧回路の出力電圧が異常に低下する。その結果、他方の素子のゲート電圧も低下して、一方の素子で生じた故障が他方の素子にも波及してしまう。これは、３つ以上のスイッチング素子が１つの昇圧回路を共用している場合でも同様である。

特許文献１記載のシステムでは、２つのＭＯＳＦＥＴの各ドレイン・ソース間電圧を出力モニタ回路で監視することにより負荷の短絡故障または断線故障の検出を行い、故障を検出するとゲートをオフして強制的に通電を停止するようになっている。負荷に故障が生じていない場合には、オン駆動信号を与えたにもかかわらずドレイン・ソース間電圧が下がらない状態を監視することにより、上記出力モニタ回路を用いてゲート・ソース間の短絡故障を検出できる。

しかし、負荷が断線故障または断線しかかっていると、駆動信号のレベルにかかわらずドレイン・ソース間電圧が常に小さくなり、正常なオン状態との区別がつかず、上記出力モニタ回路ではゲート・ソース間の短絡故障（制御端子の短絡故障）を検出できない。その結果、上述したように他の素子への故障の波及を避けられない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、共通の駆動電圧により複数の半導体スイッチング素子を駆動するものであって、各素子の制御端子の短絡故障を確実に検出し且つ他の素子への波及を回避できる駆動回路を提供することにある。

請求項１に記載した手段によれば、共通に設けられた駆動用電源から出力される共通の駆動電圧を用いて複数の半導体スイッチング素子を駆動するので、駆動用電源の共用化による構成の簡略化および部品点数の低減が図られる。また、駆動用電源が高周波スイッチングを行う構成である場合、電気雑音（スイッチングノイズ）の発生源が減るので、雑音対策が容易になる。

電流検出回路は、駆動用電源から各半導体スイッチング素子の制御端子（ゲート、ベース）に流れる各駆動電流を検出し、駆動異常検出回路は、検出された各駆動電流が所定のしきい値を超えたときにそれぞれ異常検出信号を出力する。そして、駆動制御回路は、駆動異常検出回路から異常検出信号が出力されると、駆動用電源から当該異常検出信号に対応した半導体スイッチング素子の制御端子に至る駆動電流経路に設けられた開閉回路を開き、異常に増大した駆動電流を遮断する。

このように制御端子に流れる駆動電流を監視しているので、半導体スイッチング素子の負荷の状態にかかわらず、制御端子の短絡故障を確実に検出できる。また、故障時には、故障が生じている半導体スイッチング素子を駆動用電源から切り離すので、駆動用電源が出力する駆動電圧の低下を防止でき、１つの半導体スイッチング素子に生じた故障が、駆動用電源を共用している他の半導体スイッチング素子に波及することを回避することができる。

請求項２に記載した手段によれば、駆動制御回路は、異常検出信号と駆動信号とに基づいて開閉回路を開閉制御するので、各信号に基づいて別々に開閉回路を設ける構成に比べ簡単化できる。なお、異常検出信号に基づく開状態への制御は、駆動信号に基づく開閉制御よりも優先的に行われる。

請求項３に記載した手段によれば、駆動異常検出回路に加えて負荷異常検出回路を備えたので、半導体スイッチング素子の主端子間（ドレイン・ソース間、コレクタ・エミッタ間）の電圧に基づいて半導体スイッチング素子の負荷の異常を検出することができる。さらに、各半導体スイッチング素子の負荷に異常が生じた場合の影響（重要度）に基づいて、各半導体スイッチング素子の負荷に対し優先順位を設定し、各半導体スイッチング素子の駆動電流経路に設けられた開閉回路を、各異常検出信号の中から優先順位に応じて選択した信号条件の下で開状態に制御する。これにより、異常検出時の開状態への移行制御に優先順位に応じた重み付けがなされ、全ての異常検出信号を総合的に判定した協調制御、統合制御が可能となる。また、重要度の高い故障時にシステムを確実に保護することが可能となり、信頼性の高いシステムを構築できる。

請求項４に記載した手段によれば、請求項１に記載した手段と同様に、駆動用電源の共用化による構成の簡略化および部品点数の低減が図られるとともに、駆動用電源が高周波スイッチングを行う構成である場合の雑音対策が容易になる。また、駆動用電源と半導体スイッチング素子の制御端子との間に定電圧回路を設けたので、駆動用電源の駆動電圧が変動しても半導体スイッチング素子を定電圧で安定して駆動することができる。

本手段では、駆動用電源から定電圧回路に流れる駆動電流を監視している。半導体スイッチング素子の制御端子に短絡故障が生じると、定電圧回路の入力電流も増大する。従って、半導体スイッチング素子の負荷の状態にかかわらず、制御端子の短絡故障を確実に検出できる。また、故障時には、第１の開閉回路を開くことにより、故障が生じている半導体スイッチング素子と定電圧回路を駆動用電源から切り離すので、駆動用電源が出力する駆動電圧の低下を防止でき、１つの半導体スイッチング素子に生じた故障が他の半導体スイッチング素子に波及することを回避することができる。

請求項５に記載した手段によれば、半導体スイッチング素子の駆動信号に基づいて、定電圧回路から当該半導体スイッチング素子の制御端子に至る駆動電流経路に設けられた第２の開閉回路を開閉制御する。この構成によれば、異常が検出されない限り駆動用電源から定電圧回路に駆動電圧が供給され続け、定電圧回路は動作状態を維持し続ける。従って、定電圧回路の起動時間等の影響を受けることなく、高い周波数でのスイッチングが可能となる。

請求項６に記載した手段によれば、請求項３に記載した手段と同様に負荷異常検出回路を備えたので、半導体スイッチング素子の負荷の異常を検出することができる。また、異常検出時の開状態への移行制御に優先順位に応じた重み付けがなされ、全ての異常検出信号を総合的に判定した協調制御、統合制御が可能となる。さらに、重要度の高い故障時にシステムを確実に保護することが可能となり、信頼性の高いシステムを構築できる。

請求項７に記載した手段によれば、駆動異常検出回路は、駆動信号のレベル変化時点から所定時間、異常検出信号を無効化する。これにより、ゲート容量への充放電電流など故障に起因しない一時的な電流の増大をマスクすることができ、誤った駆動停止を防止することができる。

請求項８に記載した手段によれば、駆動異常検出回路は、電流検出回路により検出された駆動電流をローパスフィルタに通した後所定のしきい値と比較して異常検出信号を生成する。これにより、ゲート容量への充放電電流など故障に起因しない一時的な電流変化による誤った駆動停止を防止することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を二次空気導入システムの駆動装置に適用した第１の実施形態について図１ないし図５を参照しながら説明する。
図５は、二次空気導入システムの全体構成を示している。この図５において、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン１の吸気管２には、最上流部にエアフィルタ３が設けられており、その下流側にスロットルバルブ４が設けられている。なお、図示しないが、エンジン１の吸気用マニホールド５の吸気ポート近傍には燃料噴射弁が取り付けられている。エンジン１の排気管６には、排気ガス浄化用触媒である例えば三元触媒７が配置されており、この触媒７の上流側に排気中の酸素濃度を検知するためのＯ２センサ８が設けられている。

二次空気供給装置９は、吸気管２におけるスロットルバルブ４の上流側位置と排気管６におけるＯ２センサ８の上流側位置（特には排気マニホールド１０の各排気ポート）との間を接続する二次空気供給管１１を備えている。この二次空気供給管１１には、その上流側から、モータ１２ａにより駆動されるエアポンプ１２、電磁コイル１３ａにより駆動される電磁バルブ１３、逆止弁１４がこの順に配置されている。また、エアポンプ１２と電磁バルブ１３との間には、圧力センサ１５が配置されている。

二次空気導入システム用駆動装置（以下、駆動装置と称す）１６は、エンジン制御ＥＣＵ１７からの駆動指令信号に基づいてエアポンプ１２および電磁バルブ１３を駆動する。なお、ＥＣＵ１７には、Ｏ２センサ８および圧力センサ１５などによる各検出信号が与えられる構成となっている。

図１は、駆動装置１６およびその周辺の電気的構成を示しており、以下これについて説明する。ＥＣＵ１７の電源は、車載バッテリ１８からヒューズ１９ａを介して供給され、駆動装置１６の電源は車載バッテリ１８からヒューズ１９ｂおよび図示しないイグニッションスイッチによりオンオフされるメインリレー２０を介して供給される構成となっている。

また、エアポンプ１２の駆動源であるモータ１２ａの電源は、車載バッテリ１８からヒューズ１９ｃおよび駆動装置１６に内蔵されたＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ２１を介して供給され、電磁バルブ１３の駆動源である電磁コイル１３ａの電源は、車載バッテリ１８からヒューズ１９ｃおよび駆動装置１６に内蔵されたＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ２２を介して供給される構成となっている。ここで、半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ２１、２２はハイサイドスイッチとして機能し、モータ１２ａおよび電磁コイル１３ａは負荷に相当する。

駆動装置１６は、上記ＭＯＳＦＥＴ２１、２２と、以下に説明する各回路要素とを同一パッケージ内に収納したハイブリッドＩＣとして構成されている。すなわち、メインリレー２０を通じて給電される定電圧回路２３は、駆動装置１６内の各回路要素に対し一定の電源電圧Ｖccを供給している。発振回路２４は、駆動装置１６内のロジック回路部分の動作に必要な基準クロック信号ＣＬＫを生成するとともに、昇圧回路２５の動作に必要なパルス信号Ｓｐを生成する。基準クロック信号ＣＬＫは、過電流検出時や断線検出時の検出時間などを決めるタイミング信号として利用される。

昇圧回路２５（駆動用電源に相当）は、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２等に対し共通に１つ設けられており、パルス信号Ｓｐに基づいたスイッチング動作により電源電圧（メインリレー２０を通じた入力電圧）を昇圧し、その昇圧電圧Ｖｐ（共通の駆動電圧に相当）を駆動回路２６に与えるようになっている。

駆動回路２６は、駆動制御回路２７、ＯＲ回路２８、２９、抵抗３０、３１（電流検出回路に相当）、モニタ回路３２、３３および開閉回路３４、３５から構成されている。駆動制御回路２７から出力された駆動信号Ｓa1、Ｓa2は、それぞれＯＲ回路２８、２９を介して開閉回路３４、３５に与えられる。ＯＲ回路２８、２９の各一方の入力端子には、後述する電源電圧検出回路３６から出力される過電圧検出信号Ｓｏが入力されている。

図２は、抵抗３０、３１（電流検出回路）、モニタ回路３２、３３および開閉回路３４、３５の構成を示している。昇圧回路２５からＭＯＳＦＥＴ２１のゲート（制御端子）に至る駆動電流経路には、開閉回路３４と抵抗３０とが直列に設けられている。開閉回路３４は、半導体スイッチにより構成されており、駆動信号Ｓa1がＨレベルの時にオンとなってゲートに昇圧電圧Ｖｐを与え、駆動信号Ｓa1がＬレベルの時にオフとなってゲートにグランド電位を与えるようになっている。

同様に、昇圧回路２５からＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに至る駆動電流経路には、開閉回路３５と抵抗３１とが直列に設けられている。開閉回路３５は、半導体スイッチにより構成されており、駆動信号Ｓa2がＨレベルの時にオンとなってゲートに昇圧電圧Ｖｐを与え、駆動信号Ｓa2がＬレベルの時にオフとなってゲートにグランド電位を与えるようになっている。

ゲートモニタ回路３２ａ、３３ａは、それぞれ上記各駆動電流経路に流れるゲート電流（駆動電流に相当）が所定のしきい値を超えた場合にＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2を出力する駆動異常検出回路であり、具体的には図３に示す構成を備えている。すなわち、抵抗３０（または３１）の両端子は、それぞれ差動増幅回路３７の各入力端子に接続されており、差動増幅回路３７の出力端子は、抵抗３８とコンデンサ３９とからなるローパスフィルタ４０を介してコンパレータ４１の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ４１の反転入力端子には、上記ゲート電流のしきい値に相当する基準電圧Ｖrgが与えられている。コンパレータ４１の出力信号は、ラッチ回路４２とインバータ４３とを介して駆動異常検出信号Ｓb1（Ｓb2）として出力される。ラッチ回路４２は、パワーオンリセット信号Ｓｒによりリセットされ、このとき駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2はＨレベルに初期化される。

出力モニタ回路３２ｂ、３３ｂ（負荷異常検出回路に相当）は、それぞれに対応するＭＯＳＦＥＴ２１、２２のソース・ドレイン間電圧（主端子間の電圧に相当）を検出するように設けられたもので、その検出電圧および発振回路２４からの基準クロック信号ＣＬＫにより生成した検出時間に基づいて負荷短絡、負荷断線の負荷に関する異常検出動作を行い、異常検出状態となったときに駆動制御回路２７に対しＬレベルの負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2を与える構成となっている。

駆動制御回路２７は、図４に示すようにＡＮＤ回路４４〜４９から構成されており、上述した駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2、負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2の他、後述する駆動制御信号Ｓd1、Ｓd2、マスク信号Ｓｍ、ショート検出信号Ｓg1、Ｓg2、発熱異常検出信号Ｓｔおよび電圧異常検出信号Ｓｖを入力し、駆動信号Ｓa1、Ｓa2、駆動異常検出信号Ｓｂおよび負荷異常検出信号Ｓｃを出力するようになっている。論理式で示すと以下のようになる。
駆動信号Ｓa1＝Ｓd1・Ｓc1・Ｓb1・Ｓb2・Ｓｍ・Ｓg1・Ｓg2・Ｓｔ・Ｓｖ
駆動信号Ｓa2＝Ｓd2・Ｓc1・Ｓc2・Ｓb1・Ｓb2・Ｓｍ・Ｓg1・Ｓg2・Ｓｔ・Ｓｖ
駆動異常検出信号Ｓｂ＝Ｓb1・Ｓb2
負荷異常検出信号Ｓｃ＝Ｓc1・Ｓc2

負荷であるモータ１２ａおよび電磁コイル１３ａは、異常（故障）が生じたときの重要度が異なっている。モータ１２ａに生じた異常は、電磁コイル１３ａに生じた異常よりも二次空気導入システムに及ぼす影響が大きいため、モータ１２ａは電磁コイル１３ａよりも優先度が高く設定されている。駆動制御回路２７は、モータ１２ａに異常が生じて負荷異常検出信号Ｓc1がＬレベルになると、駆動信号Ｓa1、Ｓa2をＬレベルにしてＭＯＳＦＥＴ２１、２２をともにオフにする。これに対し、電磁コイル１３ａに異常が生じて負荷異常検出信号Ｓc2がＬレベルになると、駆動信号Ｓa2をＬレベルにしてＭＯＳＦＥＴ２２だけをオフにする。

ＥＣＵ１７は、出力端子Ｐ１からエアポンプ１２の駆動指令信号および停止指令信号を選択的に出力して入力信号処理回路５０に与えるとともに、出力端子Ｐ２から電磁バルブ１３の駆動指令信号および停止指令信号を選択的に出力して入力信号処理回路５１に与える構成となっている。

この場合、上記各駆動指令信号は、ＥＣＵ１７の出力段に設けられたＮＰＮ形トランジスタ１７ａおよび１７ｂの各オン状態時にそれぞれ出力され、上記各停止指令信号は、当該トランジスタ１７ａおよび１７ｂの各オフ状態時にそれぞれ出力される構成となっている。具体的には、トランジスタ１７ａおよび１７ｂのコレクタと出力端子Ｐ１およびＰ２との各間には分圧用抵抗Ｒ１およびＲ２が設けられ、また、入力信号処理回路５０および５１の入力端子側には、電源に接続されたプルアップ抵抗Ｒ３およびＲ４がそれぞれ設けられている。その結果、トランジスタ１７ａおよび１７ｂの各オン期間には、出力端子Ｐ１およびＰ２から、中間電圧レベル（電源電圧を分圧した電圧レベル）の駆動指令信号がそれぞれ出力され、トランジスタ１７ａおよび１７ｂの各オフ期間には、出力端子Ｐ１およびＰ２から、電源電圧レベルの停止指令信号がそれぞれ出力されることになる。

これにより、入力信号処理回路５０にあっては、ＥＣＵ１７の出力端子Ｐ１から駆動指令信号（中間電圧レベル）が入力されたときにＨレベルの駆動制御信号Ｓd1を出力し、当該出力端子Ｐ１から停止指令信号（電源電圧レベル）が入力されたときにＬレベルの駆動制御信号Ｓd1を出力することになる。また、入力信号処理回路５１にあっては、ＥＣＵ１７の出力端子Ｐ２から駆動指令信号が入力されたときにＨレベルの駆動制御信号Ｓd2を出力し、当該出力端子Ｐ２から停止指令信号が入力されたときにＬレベルの駆動制御信号Ｓd2を出力することになる。

ここで、ＥＣＵ１７の出力端子Ｐ１と駆動装置１６側の入力信号処理回路５０との間を繋ぐ入力信号線がシャーシなどにショートした場合には、入力信号処理回路５０の入力電圧がグランド電位に落ちる。このとき、入力信号処理回路５０は、Ｌレベルのショート検出信号Ｓg1を出力する構成となっている。また、ＥＣＵ１７の出力端子Ｐ２と駆動装置１６側の入力信号処理回路５１との間を繋ぐ入力信号線がシャーシなどにショートした場合には、入力信号処理回路５１の入力電圧がグランド電位に落ちる。このとき、入力信号処理回路５１は、Ｌレベルのショート検出信号Ｓg2を出力する構成となっている。

電源電圧検出回路３６は、駆動装置１６の電源電圧の異常を検出するために設けられたもので、ロードダンプによるサージ電圧などに起因した電源電圧の瞬間的な異常上昇を検出すると、ＯＲ回路２８、２９に対してＨレベルの過電圧検出信号Ｓｏを出力する。これに応じてＯＲ回路２８、２９から出力される駆動信号Ｓa1、Ｓa2がＨレベルに立ち上がるため、ＭＯＳＦＥＴ２１および２２が強制的にオンされ、これにより負荷であるモータ１２ａおよび電磁コイル１３ａに通電されて電源電圧の異常上昇が抑制される。ＭＯＳＦＥＴ２１および２２が強制的にオンされる状態は、過電圧検出信号ＳｏがＬレベルに戻るまでの期間だけ行われる。

また、電源電圧検出回路３６は、ジャンプスタート時の過電圧を検出したとき、および電源電圧の異常低下を検出したとき、Ｌレベルの電圧異常検出信号Ｓｖを出力する構成となっている。これにより、ジャンプスタートに伴う過電圧印加時や電源電圧の異常低下発生時には、モータ１２ａおよび電磁コイル１３ａへの通電が強制的に停止される。

温度検出回路５２は、例えば駆動装置１６を構成する基板温度を検出するように設けられたもので、その検出温度が予め設定された上限温度を超えた状態となったときに、Ｌレベルの発熱異常検出信号Ｓｔを出力する構成となっている。従って、駆動装置１６に異常温度上昇が生じたときには、モータ１２ａおよび電磁コイル１３ａへの通電が強制的に停止される。

マスク回路５３は、駆動装置１６の電源投入後において昇圧回路２５の出力電圧が安定するまでの期間だけＬレベルのマスク信号Ｓｍを出力するものである。従って、昇圧回路２５の出力電圧が安定するまでの期間は、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２の動作が不安定になる事態が未然に防止される。

ダイアグノーシス回路５４は、駆動装置１６についてのダイアグノーシス信号を上位システムであるＥＣＵ１７へ出力するために設けられている。このダイアグノーシス回路５４には、駆動制御回路２７からの駆動異常検出信号Ｓｂと負荷異常検出信号Ｓｃ、入力信号処理回路５０、５１からのショート検出信号Ｓg1、Ｓg2、および温度検出回路５２からの発熱異常検出信号Ｓｔが与えられている。

次に、本実施形態における駆動回路２６の作用について説明する。
駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2、負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2、ショート検出信号Ｓg1、Ｓg2、発熱異常検出信号Ｓｔ、電圧異常検出信号Ｓｖおよびマスク信号Ｓｍが全てＨレベルであって且つ過電圧検出信号ＳｏがＬレベルの場合、ＥＣＵ１７から入力信号処理回路５０、５１を通して出力される駆動制御信号Ｓd1、Ｓd2は、そのまま駆動信号Ｓa1、Ｓa2となる。

この場合、例えば駆動制御信号Ｓd1がＬレベルからＨレベルに変化すると、開閉回路３４がオンとなり、昇圧回路２５から開閉回路３４、抵抗３０を通してＭＯＳＦＥＴ２１にゲート電流が流れる。ＭＯＳＦＥＴ２１が正常な場合、ゲート電流は、ゲート容量が充電されるまでの短期間だけ流れる。これに対し、ＭＯＳＦＥＴ２１のゲート・ソース間が短絡故障している場合、昇圧回路２５から供給されるゲート電流は非常に大きくなり、開閉回路３４がオンしている限り流れ続ける。

ゲートモニタ回路３２ａは、ゲート電流に比例した抵抗３０の両端電圧が基準電圧Ｖrgを超えたとき、つまりゲート電流が所定のしきい値を超えたときにラッチ回路４２を作動させ、ラッチされたＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb1を出力する。ゲートモニタ回路３２ａは、ローパスフィルタ４０を備えているので、上記ゲート容量の充電電流だけで駆動異常検出信号Ｓb1がＬレベルになることはない。こうした動作は、開閉回路３５およびゲートモニタ回路３３ａについても同様となる。

駆動異常検出信号Ｓb1がＬレベルになると、駆動制御回路２７は、駆動信号Ｓa1、Ｓa2および駆動異常検出信号ＳｂをＬレベルにする。駆動信号Ｓa1、Ｓa2がＬレベルになると、開閉回路３４、３５がオフとなり、昇圧回路２５とＭＯＳＦＥＴ２１、２２のゲートが切り離される。これにより、昇圧回路２５の出力電流が過大となることを回避でき、昇圧電圧Ｖｐの低下を防止できる。

本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２の何れかにゲート・ソース間の短絡故障が生じた場合、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２をともにオフする構成となっているが、故障が生じたＭＯＳＦＥＴ（例えばＭＯＳＦＥＴ２１）だけをオフにする構成とすることもできる。この構成では、ゲート・ソース間の短絡故障が生じたＭＯＳＦＥＴ２１だけを昇圧回路２５から切り離すので、他方のＭＯＳＦＥＴ２２は、昇圧回路２５から正常な昇圧電圧Ｖｐの供給を受けてオンオフ動作を継続することができる。なお、本実施形態でも、昇圧電圧Ｖｐにより図示しない他のＭＯＳＦＥＴを駆動する場合があり、その場合には当該他のＭＯＳＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴ２１または２２に生じたゲート・ソース間の短絡故障の影響を受けることなく正常にオンオフ動作し続けることができる。

以上説明したように、本実施形態の駆動装置１６は単一の昇圧回路２５を備え、その昇圧回路２５から出力される共通の昇圧電圧Ｖｐを用いてＭＯＳＦＥＴ２１、２２を駆動するので、昇圧電源の共用化により構成を簡単化でき、部品点数も低減することができる。また、スイッチングノイズの発生源である昇圧回路２５の数を減らすことにより、雑音対策が容易になる。

ＭＯＳＦＥＴ２１、２２に対しそれぞれゲートモニタ回路３２ａ、３３ａを備え、昇圧回路２５からＭＯＳＦＥＴ２１、２２に流れるゲート電流が所定のしきい値よりも大きくなったときに駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2をアクティブ（Ｌレベル）にするので、負荷であるモータ１２ａおよび電磁コイル１３ａに異常（短絡故障、断線故障）が生じている状態でも、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２のゲート・ソース間の短絡故障を確実に検出することができる。

また、ＭＯＳＦＥＴ２１または２２にゲート・ソース間の短絡故障が生じたとき、駆動制御回路２７は、開閉回路３４、３５をオフにして昇圧回路２５とＭＯＳＦＥＴ２１、２２のゲートとを切り離す。これにより、昇圧回路２５の出力電流の増大、昇圧電圧Ｖｐの低下を防止でき、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２のゲート・ソース間の短絡故障が、昇圧回路２５を用いて動作する他の回路に波及することを回避することができる。

駆動制御回路２７は、駆動制御信号Ｓd1、Ｓd2と各種の異常検出信号（駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2、負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2、マスク信号Ｓｍ、ショート検出信号Ｓg1、Ｓg2、発熱異常検出信号Ｓｔ、電圧異常検出信号Ｓｖ）とを論理合成して駆動信号Ｓa1、Ｓa2を生成し、開閉回路３４、３５はこれら駆動信号Ｓa1、Ｓa2によりオンオフされる。従って、昇圧回路２５からＭＯＳＦＥＴ２１、２２に至る駆動電流経路には、それぞれ１つの開閉回路３４、３５を設ければよく、駆動制御信号Ｓd1、Ｓd2と各種の異常検出信号ごとに開閉回路を設ける構成に比べて簡単化できる。

負荷としてのモータ１２ａおよび電磁コイル１３ａに優先順位を設定し、駆動制御回路２７は、システムにおける重要度が高いモータ１２ａに異常が生じた場合に開閉回路３４、３５をともにオフするように制御する。これにより、異常検出時の開閉回路３４、３５の開状態への移行制御に優先順位に応じた重み付けがなされ、各種の異常検出信号を総合的に判定した協調制御、統合制御が可能となる。また、重要度の高いモータ１２ａの故障時に二次空気導入システムを確実に保護することが可能となり、信頼性の高いシステムを構築できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照しながら説明する。
図６は、駆動回路の構成を示しており、図２に示した各回路要素に対応する構成部分には同一の符号を付して示している。この駆動回路５５は、１つの昇圧回路２５から供給される共通の昇圧電圧Ｖｐに基づいて、ハイサイドスイッチとして機能する２つのＭＯＳＦＥＴ２１、２２を駆動するものである。抵抗５６、５７は、それぞれＭＯＳＦＥＴ２１、２２のソースとグランドとの間に接続された負荷を示している。

定電圧回路５８、５９は、昇圧電圧Ｖｐを入力して一定の駆動電圧Ｖｃを出力するもので、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２に対し個別に設けられている。昇圧回路２５から定電圧回路５８に至る駆動電流経路には開閉回路３４（第１の開閉回路に相当）と抵抗３０（電流検出回路に相当）とが直列に設けられており、定電圧回路５８からＭＯＳＦＥＴ２１のゲートに至る駆動電流経路には開閉回路６０（第２の開閉回路に相当）が設けられている。ゲートモニタ回路３２ａは、抵抗３０に流れるゲート電流が所定のしきい値を超えた場合にＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb1を出力し、開閉回路３４はこの駆動異常検出信号Ｓb1によって直接オンオフされるようになっている。また、開閉回路６０は、駆動信号Ｓa1と駆動異常検出信号Ｓb1とが入力されたＡＮＤ回路６２の出力信号によりオンオフするようになっている。

同様に、昇圧回路２５から定電圧回路５９に至る駆動電流経路には開閉回路３５（第１の開閉回路に相当）と抵抗３１（電流検出回路に相当）とが直列に設けられており、定電圧回路５９からＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに至る駆動電流経路には開閉回路６１（第２の開閉回路に相当）が設けられている。ゲートモニタ回路３３ａは、抵抗３１に流れるゲート電流が所定のしきい値を超えた場合にＬレベルの駆動異常検出信号Ｓb2を出力し、開閉回路３５はこの駆動異常検出信号Ｓb2によって直接オンオフされるようになっている。また、開閉回路６１は、駆動信号Ｓa2と駆動異常検出信号Ｓb2とが入力されたＡＮＤ回路６３の出力信号によりオンオフするようになっている。

この図６は一般的な回路形態を示しているが、第１の実施形態と同様に二次空気導入システムに適用することもできる。その場合には、各種の異常検出信号を負荷（抵抗５６、５７）の優先順位（負荷異常がシステムに及ぼす影響（重要度））に基づいて論理合成し、その重み付けがなされた異常検出信号により開閉回路３４、３５をオンオフ駆動するとともに、当該異常検出信号と駆動信号Ｓa1、Ｓa2とのＡＮＤ信号により開閉回路６０、６１をオンオフ駆動するように構成すればよい。

ＭＯＳＦＥＴ２１のゲート・ソース間に短絡故障が生じていない場合には、駆動異常検出信号Ｓb1はＨレベルとなっている。開閉回路６０は、駆動信号Ｓa1がＨレベルの時にオンとなってゲートに駆動電圧Ｖｃを与え、駆動信号Ｓa1がＬレベルの時にオフとなってゲートにグランド電位を与える。開閉回路６０がオンすると、定電圧回路５８から一時的にゲート電流が流れ、それに応じて昇圧回路２５から定電圧回路５８にも開閉回路３４を介して駆動電流が流れる。このゲート容量の充電電流だけで駆動異常検出信号Ｓb1がＬレベルになることはない。ＭＯＳＦＥＴ２２についても同様の動作となる。

これに対し、例えばＭＯＳＦＥＴ２１のゲート・ソース間に短絡故障が生じている場合には、定電圧回路５８の出力電流および入力電流が大きくなり、駆動異常検出信号Ｓb1がＬレベルになる。その結果、開閉回路３４、６０はオフとなり、昇圧回路２５と定電圧回路５８とが切り離される。これにより、昇圧回路２５の出力電流が過大となることを回避でき、昇圧電圧Ｖｐの低下を防止できる。このとき、ゲート・ソース間に短絡故障が生じていないＭＯＳＦＥＴ２２は、昇圧回路２５から昇圧電圧Ｖｐの供給を受けて正常にオンオフ動作し続けることができる。

従って、本実施形態によっても、ＭＯＳＦＥＴ２１または２２に生じたゲート・ソース間の短絡故障が、他方のＭＯＳＦＥＴ２２または２１に波及することを回避することができる。その他、第１の実施形態と同様の作用、効果が得られる。また、昇圧回路２５とＭＯＳＦＥＴ２１、２２との間にそれぞれ定電圧回路５８、５９を設けたので、昇圧電圧Ｖｐが変動してもＭＯＳＦＥＴ２１、２２を一定の駆動電圧Ｖｃで安定して駆動することができる。さらに、駆動異常が検出されない限り昇圧回路２５から定電圧回路５８、５９に昇圧電圧Ｖｐが供給され続けるので、定電圧回路５８、５９の起動時間等の影響を受けることなく、高い周波数でのスイッチングが可能となる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る駆動回路の構成を示しており、図２または図６と同一構成部分には同一の符号を付して示している。本駆動回路６４において、開閉回路３４は、駆動信号Ｓa1と駆動異常検出信号Ｓb1とが入力されたＡＮＤ回路６５の出力信号によりオンオフするようになっており、開閉回路３５は、駆動信号Ｓa2と駆動異常検出信号Ｓb2とが入力されたＡＮＤ回路６６の出力信号によりオンオフするようになっている。本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の作用、効果が得られる。また、第１の実施形態と同様に二次空気導入システムに適用することもできる。

（第４の実施形態）
図８は、ゲートモニタ回路３２ａ、３３ａの他の構成例を示しており、図３と同一部分には同一の符号を付している。図３に示すローパスフィルタ４０に替えて、コンパレータ４１とラッチ回路４２との間にＡＮＤ回路６７を設け、コンパレータ４１の出力信号をマスク信号Ｓｅでマスク処理した後ラッチ回路４２に与えている。

ゲートモニタ回路３２ａで用いるマスク信号Ｓｅは、駆動信号Ｓa1のレベル変化時点からＭＯＳＦＥＴ２１のゲート容量の充電に要する時間だけＬレベル（無効レベル）となる信号である。同様に、ゲートモニタ回路３３ａで用いるマスク信号Ｓｅは、駆動信号Ｓa2のレベル変化時点からＭＯＳＦＥＴ２２のゲート容量の充電に要する時間だけＬレベル（無効レベル）となる信号である。これらゲートモニタ回路３２ａ、３３ａを用いることにより、ゲート容量への充放電電流など故障に起因しない一時的なゲート電流の増大をマスクすることができ、駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2が誤出力されることを防止することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
上記各実施形態では２つのＭＯＳＦＥＴ２１、２２を駆動する構成を示したが、１つの昇圧回路２５から供給される共通の昇圧電圧Ｖｐにより３つ以上の半導体スイッチング素子を駆動する構成としてもよい。この場合には、各半導体スイッチング素子ごとに開閉回路、電流検出回路、ゲートモニタ回路（駆動異常検出回路）を設ければよい。

第１の実施形態において、駆動制御回路２７は、モータ１２ａの故障および電磁コイル１３ａの故障がそれぞれシステムに及ぼす重要度に基づいて、駆動信号Ｓa1、Ｓa2における負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2の重み付けを行った。同様にして、駆動信号Ｓa1、Ｓa2において、駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2の重み付け、各種の異常検出信号の重み付けを行ってもよい。

第２の実施形態において、出力モニタ回路３２ｂ、３３ｂを備えてもよい。さらに、ゲートモニタ回路３２ａ、３３ａから出力される駆動異常検出信号Ｓb1、Ｓb2および出力モニタ回路３２ｂ、３３ｂから出力される負荷異常検出信号Ｓc1、Ｓc2と、抵抗５６、５７として示す各負荷の重要度（優先順位）とに基づいて、駆動制御回路が開閉回路３４、３５、６０、６１を開閉する信号を生成する構成としてもよい。

上述した駆動回路２６は、ボデーアースを持つ車両において、複数の負荷を独立に駆動するために電源上流側に設けられる統合スイッチなどにも適用できる。

本発明の第１の実施形態であって、駆動装置およびその周辺の電気的構成を示す図 電流検出回路、モニタ回路および開閉回路の構成を示す図 ゲートモニタ回路の構成を示す図 駆動制御回路の構成を示す図 二次空気導入システムの全体構成を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図２相当図 本発明の第３の実施形態を示す図２相当図 本発明の第４の実施形態を示す図３相当図

符号の説明

図面中、１２ａはモータ（負荷）、１３ａは電磁コイル１３ａ（負荷）、２１、２２はＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）、２５は昇圧回路（駆動用電源）、２６、５５、６４は駆動回路、２７は駆動制御回路、３０、３１は抵抗（電流検出回路）、３２ａ、３３ａはゲートモニタ回路（駆動異常検出回路）、３２ｂ、３３ｂは出力モニタ回路（負荷異常検出回路）、３４、３５は開閉回路（第１の開閉回路）、４０はローパスフィルタ、５６、５７は抵抗（負荷）、５８、５９は定電圧回路、６０、６１は開閉回路（第２の開閉回路）である。

Claims (8)

1. 駆動用電源から供給される共通の駆動電圧により複数の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路において、
   前記駆動用電源から前記各半導体スイッチング素子の制御端子に至る駆動電流経路ごとに設けられた開閉回路と、
   前記駆動用電源から前記各半導体スイッチング素子の制御端子に流れる駆動電流をそれぞれ検出する電流検出回路と、
   この電流検出回路により検出された前記各半導体スイッチング素子の駆動電流が所定のしきい値を超えたときにそれぞれ異常検出信号を出力する駆動異常検出回路と、
   この駆動異常検出回路から異常検出信号が出力されたときに前記所定のしきい値を超える駆動電流が流れる開閉回路を開状態に制御する駆動制御回路とを備えたことを特徴とする駆動回路。
2. 前記駆動制御回路は、前記各半導体スイッチング素子の駆動信号に基づいて前記開閉回路を開閉制御することを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
3. 前記各半導体スイッチング素子の主端子間の電圧に基づいて当該各半導体スイッチング素子の負荷の異常をそれぞれ検出し異常検出信号を出力する負荷異常検出回路を備え、
   前記駆動制御回路は、前記駆動異常検出回路および前記負荷異常検出回路からそれぞれ出力される異常検出信号と前記各半導体スイッチング素子の負荷に対して設定された優先順位とに基づいて、異常検出時における前記各開閉回路の開状態への移行条件に重み付けを行うことを特徴とする請求項１または２記載の駆動回路。
4. 駆動用電源から供給される共通の駆動電圧に基づいて複数の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路において、
   前記各半導体スイッチング素子ごとに設けられ、前記共通の駆動電圧を入力して一定の駆動電圧を出力する定電圧回路と、
   前記駆動用電源から前記各定電圧回路に至る駆動電流経路ごとに設けられた第１の開閉回路と、
   前記駆動用電源から前記各定電圧回路に流れる駆動電流をそれぞれ検出する電流検出回路と、
   この電流検出回路により検出された前記各半導体スイッチング素子の駆動電流が所定のしきい値を超えたときにそれぞれ異常検出信号を出力する駆動異常検出回路と、
   この駆動異常検出回路から異常検出信号が出力されたときに前記所定のしきい値を超える駆動電流が流れる開閉回路を開状態に制御する駆動制御回路とを備えたことを特徴とする駆動回路。
5. 前記各定電圧回路から前記各半導体スイッチング素子の制御端子に至る駆動電流経路ごとに第２の開閉回路を備え、
   前記駆動制御回路は、前記各半導体スイッチング素子の駆動信号に基づいて前記第２の開閉回路を開閉制御することを特徴とする請求項４記載の駆動回路。
6. 前記各半導体スイッチング素子の主端子間の電圧に基づいて当該各半導体スイッチング素子の負荷の異常をそれぞれ検出し異常検出信号を出力する負荷異常検出回路を備え、
   前記駆動制御回路は、前記駆動異常検出回路および前記負荷異常検出回路からそれぞれ出力される異常検出信号と前記各半導体スイッチング素子の負荷に対して設定された優先順位とに基づいて、異常検出時における前記第１の開閉回路の開状態への移行条件に重み付けを行うことを特徴とする請求項４または５記載の駆動回路。
7. 前記駆動異常検出回路は、前記駆動信号のレベル変化時点から所定時間、前記異常検出信号を無効化することを特徴とする請求項２または５記載の駆動回路。
8. 前記駆動異常検出回路は、前記電流検出回路により検出された前記半導体スイッチング素子の駆動電流をローパスフィルタに通した後前記所定のしきい値と比較することにより前記異常検出信号を生成することを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の駆動回路。

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