JP2013009244A - 半導体素子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動用半導体素子が意図せずに導通することを防止できる半導体素子制御装置を提供する。
【解決手段】駆動用トランジスタＴｒ１１は、一対の直流電源線１３、１４間に直流モータ１２とともに直列に接続される。抵抗素子Ｒ１３は、直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間に接続される。コンデンサＣ１１および開路用トランジスタＴｒ１４の直列回路は、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と直流電源線１４との間に接続される。駆動制御回路１５は、通常状態に設定されると、開路用トランジスタＴｒ１４をオンし、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を通じて駆動用トランジスタＴｒ１１の導通状態を制御する。駆動制御回路１５は、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフのとき、開路用トランジスタＴｒ１４をオフする。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に対して直列に接続される電圧駆動型の駆動用半導体素子を導通制御する半導体素子制御装置に関する。

負荷に対して直列に接続される電圧駆動型の駆動用半導体素子の導通状態を制御することにより、負荷の駆動を制御する負荷駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１１は、そのような負荷駆動装置の一構成例を示している。図１１に示す負荷駆動装置１は、例えば直流モータである負荷２を駆動する。負荷駆動装置１には、一対の直流電源線３、４を介して直流電圧＋Ｂが供給される。直流電源線３、４間には、Ｐチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴである駆動用トランジスタＴｒ１および負荷２の直列回路が接続されている（ハイサイド駆動）。ダイオードＤ１は、還流用であり、負荷２に対して並列に接続されている。

直流電源線３、４間には、Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴである制御用トランジスタＴｒ２、抵抗素子Ｒ１、Ｒ２およびＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである制御用トランジスタＴｒ３の直列回路が接続されている。抵抗素子Ｒ１、Ｒ２の相互接続点は、駆動用トランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。駆動用トランジスタＴｒ１のゲートと、各直流電源線３、４との間には、それぞれ抵抗素子Ｒ３、コンデンサＣ１が接続されている。

駆動制御回路５は、図示しない上位制御装置から与えられる制御指令に従い、駆動信号を生成する。駆動制御回路５は、制御用トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３のゲートに駆動信号を出力し、それらのうちいずれか一方を導通させる。すなわち、制御用トランジスタＴｒ２をオフするとともに制御用トランジスタＴｒ３をオンすれば、駆動用トランジスタＴｒ１がオンして負荷２は通電される。一方、制御用トランジスタＴｒ２をオンするとともに制御用トランジスタＴｒ３をオフすれば、駆動用トランジスタＴｒ１がオフして負荷２に対する通電は停止される。

上記したように負荷２の駆動を制御する際、そのスイッチングに伴うノイズが問題となる場合がある。コンデンサＣ１は、そのようなスイッチングノイズを低減するため、トランジスタＴｒ１のゲートに接続されている。また、抵抗素子Ｒ３は、例えばスタンバイ状態など、駆動制御回路５による制御用トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３の駆動が停止されている間、駆動用トランジスタＴｒ１が意図せずにオンする事態を防止するために設けられている。すなわち、抵抗素子Ｒ３は、制御用トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３がいずれもオフの状態（遮断状態）となった場合に、駆動用トランジスタＴｒ１のゲート電位を直流電源線３の電位に固定する。それにより、駆動用トランジスタＴｒ１のゲート・ソース間電圧ＶGSがゼロになり、駆動用トランジスタＴｒ１がオフ状態に維持される。

特開２００６−３２４７９４号公報

上記したような構成の負荷駆動装置１においては、制御用トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３がいずれもオフのときに直流電源線３、４間の電圧＋Ｂが変動すると、次のような問題が生じるおそれがある。図１２は、上記構成の負荷駆動装置１の各部の電圧波形を示している。なお、図１２では、制御用トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３はいずれもオフされている。例えば、図１２の時刻ｔ１の時点から電圧＋Ｂが所定の変化率で急峻に上昇すると、駆動用トランジスタＴｒ１のソース電位は、同じ変化率で急峻に上昇する。これに対し、駆動用トランジスタＴｒ１のゲート電位は、抵抗素子Ｒ３およびコンデンサＣ１により構成されるＣＲ回路の時定数に応じた上昇率で緩やかに上昇する。すなわち、トランジスタＴｒ１のゲート電位の上昇が、そのソース電位の上昇に対して遅れる。

それら各電位は、やがては同電位になる（時刻ｔ２の時点）ものの、電圧＋Ｂが上昇を開始した直後から一定の期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）においては、各電位に差が生じる。つまり、駆動用トランジスタＴｒ１のゲート・ソース間電圧ＶGSが上昇する（この場合、電圧ＶGSは負方向に変化する）。その際、電圧ＶGSがゲートしきい値電圧Ｖthを超える期間には、駆動用トランジスタＴｒ１がオン（導通）してしまう。このように、意図せずに駆動用トランジスタＴｒ１がオンすると、駆動用トランジスタＴｒ１が発熱などにより故障するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動用半導体素子が意図せずに導通することを防止できる半導体素子制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の手段によれば、電圧駆動型の駆動用半導体素子、２つの制御用半導体素子、第１抵抗素子、コンデンサ、第１開路用半導体素子および駆動制御回路を備えた半導体素子制御装置である。駆動用半導体素子は、一対の直流電源線間に負荷とともに直列接続される。２つの制御用半導体素子は、一対の直流電源線間に互いに直列に接続される。制御用半導体素子の共通接続点は、駆動用半導体素子の導通制御端子に接続される。第１抵抗素子は、駆動用半導体素子の導通制御端子と、一対の直流電源線のうち駆動用半導体素子側である一方の直流電源線との間に接続される。コンデンサおよび開路用半導体素子は、駆動用半導体素子の導通制御端子と、一対の直流電源線のうち負荷側である他方の直流電源線との間に互いに直列接続される。駆動制御回路は、２つの制御用半導体素子のいずれか一方を択一的に導通状態にすることにより、駆動用半導体素子の導通制御端子の電位を変化させて導通制御する。

また、駆動制御回路は、駆動用半導体素子を導通制御する際には第１開路用半導体素子を導通状態にする。これにより、駆動用半導体素子の導通制御端子および他方の直流電源線の間に、コンデンサが接続された状態となる。そのため、駆動用半導体素子を導通制御する際に生じるスイッチングノイズが緩和される。さて、例えば装置に対する電源供給開始直後などにおいては、２つの制御用半導体素子の双方が遮断されていることがあり得る。このようなとき、一対の直流電源線間の電圧が安定していれば、第１抵抗素子により、駆動用半導体素子の導通制御端子の電位は、一方の直流電源線の電位に固定される。これにより、一方の直流電源線の電位を基準とした導通制御端子の電圧はゼロになり、駆動用半導体素子が遮断状態に維持される。しかし、一対の直流電源線間の電圧が変動すると、従来技術において述べたように、導通制御端子の電圧がゼロでない期間が生じてしまい、駆動用半導体素子が意図せずに導通状態になる問題が生じるおそれがある。

しかし、本手段では、駆動制御回路は、２つの制御用半導体素子の双方が遮断されている際には、第１開路用半導体素子を遮断状態にする。これにより、駆動用半導体素子の導通制御端子および他方の直流電源線の間から、コンデンサが電気的に切り離された状態になる。従って、一対の直流電源線間の電圧が変動した場合であっても、一方の直流電源線の電位と駆動用半導体素子の導通制御端子の電位とは同様の変化を示す。そのため、本手段によれば、２つの制御用半導体素子の双方が遮断状態のときに一対の直流電源線間の電圧が変動したとしても、導通制御端子の電圧がゼロに維持されるので、駆動用半導体素子が意図せずに導通することを防止できる。

請求項２に記載の手段によれば、駆動制御回路は、外部から与えられる指令に応じて、通常状態およびスタンバイ状態のいずれかに設定可能に構成されている。駆動制御回路は、通常状態に設定されると、駆動用半導体素子を前述したように導通制御する。そのため、このような通常状態にあっては、請求項１に記載の手段と同様の作用および効果が得られる。一方、駆動制御回路は、スタンバイ状態に設定されると、２つの制御用半導体素子の双方を遮断状態にするとともに、第１開路用半導体素子を遮断状態にする。そのため、本手段によれば、スタンバイ状態に設定された際、一対の直流電源線間の電圧が変動したとしても、一方の直流電源線の電位と駆動用半導体素子の導通制御端子の電位とは同様の変化を示す。従って、本手段によれば、スタンバイ状態に設定された際において、駆動用半導体素子が意図せず導通することを防止できる。

請求項２に記載の手段において、２つの制御用半導体素子の双方が遮断されたまま、スタンバイ状態から通常状態に切り替えられると、駆動用半導体素子の導通制御端子の電位は第１抵抗素子およびコンデンサからなるＣＲ回路の時定数に応じて徐々に上昇する。そのため、上記動作状態の切り替え直後から所定の期間において、導通制御端子と一方の直流電源線との間に電位差が生じ、駆動用半導体素子が導通するおそれがある。このような問題の対策として、請求項３に記載の手段を採用するとよい。

すなわち、請求項３に記載の手段によれば、駆動制御回路は、スタンバイ状態から通常状態に切り替えられる際、２つの制御用半導体素子のうち、一方の直流電源線側の素子を導通状態にした後、第１開路用半導体素子を導通状態にする。これにより、導通制御端子と一方の直流電源線との間の電位差がゼロになっている状態で、上記動作状態の切り替えが行われる。従って、本手段によれば、駆動用半導体素子を確実に遮断状態に維持したまま、スタンバイ状態から通常状態に切り替えることができる。

請求項４に記載の手段によれば、２つの制御用半導体素子の共通接続点から駆動用半導体素子の導通制御端子への給電経路に設けられた第２抵抗素子を備えている。このような構成によれば、スイッチングノイズを一層低減することができる。

さて、第１開路用半導体素子が遮断状態にされると、コンデンサの第１開路用半導体素子側である一方の端子は、どこにも接続されていない状態となる。そのような状態で、第１開路用半導体素子が導通状態に転じると、コンデンサの他方の端子が接続される導通制御端子の電位が変動する。そして、その電位変動により、駆動用半導体素子が意図せずに導通状態になる問題が生じる可能性がある。

請求項５に記載の手段によれば、第１開路用半導体素子およびコンデンサの共通接続点と他方の直流電源線との間に接続された第３抵抗素子を備えている。第３抵抗素子の抵抗値は、第１抵抗素子の抵抗値よりも高く設定されている。このような構成によれば、第１開路用半導体素子が遮断状態にされた場合であっても、コンデンサの一方の端子は高い抵抗値を持つ第３抵抗素子を介して他方の直流電源線に接続された状態となる。そのため、その状態で第１開路用半導体素子が導通状態に転じたとしても、コンデンサの他方の端子が接続される導通制御端子の電位変動が抑制される。従って、本手段によれば、第１開路用半導体素子の状態を切り替える際において、駆動用半導体素子が意図せずに導通状態になる問題の発生が防止される。

さて、上記各構成において、駆動用半導体素子のリーク電流の測定が行われる場合がある。その場合、例えば、駆動用半導体素子の一方の直流電源線側の端子と導通制御端子との間に所定の電圧を印加することにより、上記各端子間に流れるリーク電流が測定される。その際、上記各構成では、第１抵抗素子を介して駆動用半導体素子の導通制御端子に電流が流れ込む、あるいは、導通制御端子から第１抵抗素子を介して電流が流れ出すため、その電流よりも値が小さいリーク電流の測定を行うことが困難である。このような問題の対策として、請求項６に記載の手段を採用するとよい。

すなわち、請求項６に記載の手段によれば、駆動用半導体素子の導通制御端子と一方の直流電源線との間に、第１抵抗素子とともに直列接続された第２開路用半導体素子を備えている。すなわち、駆動用半導体素子の導通制御端子および一方の直流電源線の間に第１抵抗素子が電気的に接続された状態と、それらの間から第１抵抗素子が電気的に切り離された状態とを切り替え可能に構成されている。このような構成によれば、リーク電流を測定する際、導通制御端子および一方の直流電源線の間から第１抵抗素子を電気的に切り離すことができる。従って、リーク電流を測定する際、第１抵抗素子を介して電流が流れることがないので、リーク電流を容易に測定することが可能となる。

本発明の第１の実施形態を示すもので、負荷駆動装置の概略構成を示す図 負荷駆動装置の各部電圧波形および各トランジスタの駆動状態を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 本発明の第４の実施形態を示す図１相当図 本発明の第５の実施形態を示す図１相当図 本発明の第６の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 本発明の第７の実施形態を示す図１相当図 本発明の第８の実施形態を示す図１相当図 従来技術を示す図１相当図 負荷駆動装置の各部電圧波形を示す図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照しながら説明する。
図１は、負荷駆動装置の構成を概略的に示している。図１に示す負荷駆動装置１１（半導体素子制御装置に相当）は、例えば、車両に搭載されるエアコンディショナに用いられる送風用のブロワモータやクーリングファンモータなどの直流モータ１２（負荷に相当）を駆動する。負荷駆動装置１１には、車載バッテリ（図示せず）から一対の直流電源線１３、１４を介して直流電圧＋Ｂが供給される。直流電圧＋Ｂは、定常値としては例えば１２Ｖ程度であるが、車両の状態に応じて例えば８Ｖ〜１６Ｖ程度の範囲で変動する。

直流電源線１３、１４間には、駆動用トランジスタＴｒ１１および直流モータ１２が、この順番に直列接続されている。すなわち、負荷駆動装置１１は、直流モータ１２をハイサイド駆動する構成である。駆動用トランジスタＴｒ１１（駆動用半導体素子に相当）は、Ｐチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴである。直流モータ１２の各端子間には、ダイオードＤ１１が直流電源線１４側をアノードとして接続されている。ダイオードＤ１１は、直流モータ１２が断電された際に生じる逆起電力によるサージ電流を還流するために設けられている。

直流電源線１３、１４間には、制御用トランジスタＴｒ１２、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２および制御用トランジスタＴｒ１３の直列回路が接続されている。制御用トランジスタＴｒ１２（制御用半導体素子に相当）は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。制御用トランジスタＴｒ１３（制御用半導体素子に相当）は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２は、直流電源線１３、１４間における貫通電流の低減およびスイッチングノイズの低減などを目的として設けられている。抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値は、比較的小さい値（例えば、３０Ω）に設定されている。抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の相互接続点は、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子（導通制御端子に相当）に接続されている。言い換えると、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の各ドレイン端子は、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２をそれぞれ介して、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子に接続されている。

正側の直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間には、抵抗素子Ｒ１３（第１抵抗素子に相当）が接続されている。駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と負側の直流電源線１４との間には、コンデンサＣ１１および開路用トランジスタＴｒ１４（第１開路用半導体素子に相当）が、この順番に直列接続されている。

駆動制御回路１５は、外部の上位制御装置（図示せず）から与えられる制御指令に従い、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３および開路用トランジスタＴｒ１４の各ゲート端子に対して駆動信号を与え、それらの駆動を制御する。また、駆動制御回路１５は、上位制御装置から与えられる動作状態設定指令に応じて、通常状態およびスタンバイ状態のいずれかの動作状態に設定される。

駆動制御回路１５は、通常状態に設定されると、開路用トランジスタＴｒ１４をオンする（導通状態にする）。これにより、コンデンサＣ１１は、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と直流電源線１４との間に電気的に接続された状態となる。そして、駆動制御回路１５は、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３のうち、いずれか一方を択一的に導通状態にすることにより、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子の電位を変化させて導通制御する。

すなわち、制御用トランジスタＴｒ１２をオフするとともに制御用トランジスタＴｒ１３をオンすれば、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位はロウレベル（負側の直流電源線１４の電位＝０Ｖ）になる。これにより、ゲート・ソース間電圧ＶGSがしきい値電圧Ｖthを超えるため、駆動用トランジスタＴｒ１１がオンして直流モータ１２は通電される。一方、制御用トランジスタＴｒ１２をオンするとともに制御用トランジスタＴｒ１３をオフすれば、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位はハイレベル（正側の直流電源線１３の電位＝＋Ｂ）になる。これにより、ゲート・ソース間電圧ＶGSが略ゼロになるため、駆動用トランジスタＴｒ１１がオフして直流モータ１２に対する通電は停止される。

駆動制御回路１５は、スタンバイ状態に設定されると、開路用トランジスタＴｒ１４をオフする（遮断状態にする）。これにより、コンデンサＣ１１は、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と直流電源線１４との間から電気的に切り離された状態となる。そして、駆動制御回路１５は、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３に対する駆動信号の出力を停止する。これにより、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフされる。このとき、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位は、ゲート・ソース間に接続された抵抗素子Ｒ１３により、ハイレベル（正側の直流電源線１３の電位）に固定される。なお、抵抗素子Ｒ１３の抵抗値は、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値に対し、非常に高い値（例えば、１０ｋ〜１００ｋΩ程度）に設定されている（Ｒ１１≒Ｒ１２≪Ｒ１３）。スタンバイ状態においては、このようにして駆動用トランジスタＴｒ１１がオフ状態に維持されることにより、負荷駆動装置１１における電力消費が低減される。

次に、本実施形態の作用および効果について図２も参照して説明する。
図２は、上記構成の負荷駆動装置１１における各部の電圧波形および各トランジスタの駆動状態を示している。図２に示すように、負荷駆動装置１１に対する電源供給開始以前（図２の時刻ｔ１以前）には、駆動用トランジスタＴｒ１１、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３および開路用トランジスタＴｒ１４はいずれもオフである。この状態において、負荷駆動装置１１に対する電源供給が開始されると（図２の時刻ｔ１）、直流電源線１３の電位（＝電圧＋Ｂ）、つまり駆動用トランジスタＴｒ１１のソース電位は急峻な傾きでもって上昇する。また、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位も、上記ソース電位と同様の傾きでもって上昇する。そのため、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート・ソース間電圧ＶGSは略ゼロＶに維持される。従って、負荷駆動装置１１は、装置に対する電源供給が開始される際（電源起動時）において、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンすることはない。

駆動制御回路１５は、電源起動後、所定期間はスタンバイ状態に設定される（図２の時刻ｔ１〜ｔ２）。すなわち、各トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３、Ｔｒ１４はいずれもオフ状態に維持される。そして、図２の時刻ｔ２の時点において、スタンバイ状態が解除される。スタンバイ状態から通常状態への移行期間（図２の時刻ｔ２〜ｔ４）では、最初に制御用トランジスタＴｒ１２がオンされ（図２の時刻ｔ２〜ｔ３）、その後、開路用トランジスタＴｒ１４がオンされる（図２の時刻ｔ３〜ｔ４）。これにより、コンデンサＣ１１は、抵抗素子Ｒ１３に比べて低い抵抗値を持つ抵抗素子Ｒ１１を通じて直流電源線１３、１４から充電される。従って、コンデンサＣ１１の端子電圧、つまり駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電圧は比較的急峻に直流電圧＋Ｂまで上昇する。このようにして、駆動制御回路１５が通常状態に設定される（図２の時刻ｔ４）。駆動制御回路１５は、通常状態に設定されると、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３を通じて駆動用トランジスタＴｒ１１をＰＷＭ駆動する（図２の時刻ｔ４〜ｔ５）。

そして、図２の時刻ｔ５の時点において、通常状態が解除される。通常状態からスタンバイ状態への移行期間（図２の時刻ｔ５〜ｔ７）では、最初に制御用トランジスタＴｒ１２がオンされた状態のまま開路用トランジスタＴｒ１４がオフされ（図２の時刻ｔ５〜ｔ６）、その後、制御用トランジスタＴｒ１２がオフされる（図２の時刻ｔ６〜ｔ７）。これにより、駆動制御回路１５は、スタンバイ状態に設定される（図２の時刻ｔ７）。

続いて、駆動制御回路１５がスタンバイ状態に設定されている際、電圧＋Ｂが変動した場合を想定する。例えば、図２の時刻ｔ８の時点において電圧＋Ｂが変動すると、直流電源線１３の電位（＝電圧＋Ｂ）、つまり駆動用トランジスタＴｒ１１のソース電位は急峻な傾きでもって上昇する。また、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位も、上記ソース電位と同様の傾きでもって上昇する。そのため、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート・ソース間電圧ＶGSは略ゼロＶに維持される。従って、負荷駆動装置１１は、駆動制御回路１５がスタンバイ状態に設定されている際に電圧＋Ｂが変動したとしても、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンすることはない。

このように、上記構成の負荷駆動装置１１は、電源起動時や、スタンバイ状態で電圧＋Ｂが変動したときなどにおいて、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずオンする不具合は生じない。なお、上記した駆動トランジスタＴｒ１１が意図せずオンする状態としては、比較的高いオン抵抗を有したオン状態である、いわゆるハーフオン状態も含む。

以上説明したように、本実施形態の駆動制御回路１５は、通常状態に設定されると、開路用トランジスタＴｒ１４をオンする。これにより、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と直流電源線１４との間に、コンデンサＣ１１が電気的に接続された状態になる。そのため、駆動用トランジスタＴｒ１１を導通制御（スイッチング制御）する際、ゲート電位の変化が緩やかになる。すなわち、直流モータ１２に流れる電流（駆動用トランジスタＴｒ１１のドレイン電流）の変化が緩やかになる。従って、駆動用トランジスタＴｒ１１を導通制御する際に生じるスイッチングノイズが緩和される。

また、駆動制御回路１５は、電源起動時やスタンバイ状態に設定されているときなど、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフされる際には、開路用トランジスタＴｒ１４をオフする。これにより、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と直流電源線１４との間から、コンデンサＣ１１が電気的に切り離された状態になる。このような状態において直流電圧＋Ｂが変動すると、駆動用トランジスタＴｒ１１のソース電位およびゲート電位が互いに同様の変化を示す。そのため、本実施形態によれば、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフしているときに直流電圧＋Ｂが変動したとしても、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート・ソース間電圧ＶGSが略ゼロＶに維持されるので、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンすることを防止できる。

駆動制御回路１５は、スタンバイ状態から通常状態への移行期間にあっては、正側の直流電源線１３側の制御用トランジスタＴｒ１２をオンにした後、開路用トランジスタＴｒ１４をオンする。これにより、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート・ソース間電圧ＶGSが略ゼロＶになっている状態で、スタンバイ状態から通常状態への切り替えが行われる。従って、本実施形態によれば、スタンバイ状態から通常状態への切り替え時、駆動用トランジスタＴｒ１１が確実にオフ状態に維持されるため、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンすることを防止できる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図３を参照しながら上記実施形態と異なる点を主体に説明する。
図３は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図３に示す負荷駆動装置２１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、開路用トランジスタＴｒ２１を備えている点が異なる。開路用トランジスタＴｒ２１（第２開路用半導体素子に相当）は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間には、開路用トランジスタＴｒ２１および抵抗素子Ｒ１３が、この順番に直列接続されている。なお、開路用トランジスタＴｒ２１および抵抗素子Ｒ１３の接続位置は入れ替え可能である。開路用トランジスタＴｒ２１の導通状態は、駆動制御回路１５により制御される。

さて、上記した構成の負荷駆動装置１１、２１において、駆動用トランジスタＴｒ１１のリーク電流の測定が行われることがある。その場合、例えば、駆動用トランジスタＴｒ１１のソース端子とゲート端子との間に所定の電圧を印加することにより、それら端子間に流れるリーク電流が測定される。その際、例えば、第１の実施形態の負荷駆動装置１１においては、抵抗素子Ｒ１３を介して電流が流れてしまうため、その電流よりも値が小さいリーク電流の測定を行うことが困難である。

これに対し、本実施形態の負荷駆動装置２１は、開路用トランジスタＴｒ２１のオンオフ状態に応じて、直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間に抵抗素子Ｒ１３が電気的に接続された状態と、それらの間から抵抗素子Ｒ１３が電気的に切り離された状態とを切り替え可能な構成となっている。このような構成によれば、リーク電流を測定する際、直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間から抵抗素子Ｒ１３を電気的に切り離せば、抵抗素子Ｒ１３を通じて電流が流れることがなくなるため、リーク電流を容易に精度よく測定することが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図４を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図４は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図４に示す負荷駆動装置３１において、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子と負側の直流電源線１４との間には、開路用トランジスタＴｒ１４およびコンデンサＣ１１が、この順番に直列接続されている。すなわち、図４に示す負荷駆動装置３１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、コンデンサＣ１１および開路用トランジスタＴｒ１４の接続位置が変更されている点が異なる。

このように、コンデンサＣ１１および開路用トランジスタＴｒ１４の接続位置を入れ替えた本実施形態の負荷駆動装置３１によっても、駆動制御回路１５が通常状態のときに開路用トランジスタＴｒ１４をオンするとともに、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフのときに開路用トランジスタＴｒ１４をオフすることにより、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図５を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図５は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図５に示す負荷駆動装置４１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２を備えている点が異なる。

抵抗素子Ｒ４１は、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２の相互接続点と、抵抗素子Ｒ１３およびコンデンサＣ１１の相互接続点との間に直列に介在するように設けられている。抵抗素子Ｒ４２は、抵抗素子Ｒ１３およびコンデンサＣ１１の相互接続点と、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子との間に直列に介在するように設けられている。すなわち、抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２（第２の抵抗素子に相当）は、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の各ドレイン端子から駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子への給電経路に設けられている。

上記した本実施形態の負荷駆動装置４１によっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、本実施形態の負荷駆動装置４１は、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の各ドレイン端子から駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子への給電経路に設けられた抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２を備えている。そのため、本実施形態の構成によれば、第１の実施形態の構成に比べ、駆動用トランジスタＴｒ１１を導通制御する際におけるゲート電位の変化がさらに緩やかになるため、一層スイッチングノイズを低減することができる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図６を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図６は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図６に示す負荷駆動装置５１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、開路用トランジスタＴｒ５１を備えている点が異なる。開路用トランジスタＴｒ５１（第１開路用半導体素子に相当）は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。開路用トランジスタＴｒ５１は、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子とコンデンサＣ１１との間に介在するように設けられている。

開路用トランジスタＴｒ５１の導通状態は、駆動制御回路１５により制御される。駆動制御回路１５は、開路用トランジスタＴｒ１４をオフする際には開路用トランジスタＴｒ５１もオフする。また、駆動制御回路１５は、開路用トランジスタＴｒ１４をオンする際には開路用トランジスタＴｒ５１もオンする。すなわち、開路用トランジスタＴｒ１４、Ｔｒ５１は、同時にオンまたはオフされる。

このように、２つの開路用トランジスタＴｒ１４、Ｔｒ５１を備えた本実施形態の負荷駆動装置５１によっても、駆動制御回路１５が通常状態のときに開路用トランジスタＴｒ１４、Ｔｒ５１の双方をオンするとともに、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフのときに開路用トランジスタＴｒ１４、Ｔｒ５１の双方をオフすることにより、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図７および図８を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図７は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。また、図８は、各部の電圧波形および各トランジスタの動作状態を示すものであり、第１の実施形態の図２に相当する。図７に示す負荷駆動装置６１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、抵抗素子Ｒ６１を備えている点が異なる。抵抗素子Ｒ６１（第３抵抗素子に相当）は、開路用トランジスタＴｒ１４のドレイン・ソース間に接続されている。すなわち、抵抗素子Ｒ６１は、コンデンサＣ１１および開路用トランジスタＴｒ１４の共通接続点と直流電源線１４との間に接続されている。抵抗素子Ｒ６１の抵抗値は、抵抗素子Ｒ１３の抵抗値に対し、非常に高い値（例えば、１ＭΩ）に設定されている（Ｒ１３≪Ｒ６１）。

さて、第１の実施形態の負荷駆動装置１１において、開路用トランジスタＴｒ１４がオフされると、コンデンサＣ１１の一方の端子（開路用トランジスタＴｒ１４との共通接続点側の端子）は、オープン状態（どこにも接続されていない状態）になる（図２の時刻ｔ２〜ｔ３）。そのような状態で、開路用トランジスタＴｒ１４がオンに転じると、コンデンサＣ１１の他方の端子が接続される駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位が変動する（図２の時刻ｔ３）。そのようなゲート電位の変動により、仮に、ゲート・ソース間電圧ＶGSがしきい値電圧Ｖthを超えた場合、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンする問題が生じてしまう。

これに対し、本実施形態の負荷駆動装置６１は、開路用トランジスタＴｒ１４のドレイン・ソース間に接続され、抵抗素子Ｒ１３に比べて非常に高い抵抗値を有する抵抗素子Ｒ６１を備えている。このような構成によれば、開路用トランジスタＴｒ１４がオフされたとき、コンデンサＣ１１の一方の端子は、非常に高い抵抗値を持つ抵抗素子Ｒ６１を通じて直流電源線１４に接続された状態となる。そのため、そのような状態で、開路用トランジスタＴｒ１４がオンに転じたとしても、コンデンサＣ１１の他方の端子が接続される駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位は変動しない（図８の時刻ｔ３）。従って、本実施形態によれば、開路用トランジスタＴｒ１４の導通状態が切り替えられる際、駆動用トランジスタＴｒ１１が意図せずにオンする問題の発生が未然に防止される。

なお、上記構成では、電源起動時（図８の時刻ｔ１）、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート電位は、抵抗素子Ｒ１３、Ｒ６１およびコンデンサＣ１１からなるＣＲ回路の時定数に応じた変化を示す。ただし、抵抗素子Ｒ６１の抵抗値を非常に高い値（例えば１ＭΩ）としているため、そのゲート電位の変化は、急峻なソース電位の変化とほとんど差がない。従って、ゲート・ソース間電圧ＶGSがしきい値電圧Ｖthを超えることはなく、駆動用トランジスタＴｒ１１がオンすることはない。また、スタンバイ状態において直流電圧＋Ｂが変動した場合（図８の時刻ｔ８）についても、上記電源起動時と同様に、駆動用トランジスタＴｒ１１がオンすることはない。

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について図９を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図９は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図９に示す負荷駆動装置７１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３に代えて制御用トランジスタＴｒ７１、Ｔｒ７２を備えている点と、開路用トランジスタＴｒ１４に代えて開路用トランジスタＴｒ７３を備えている点が異なる。制御用トランジスタＴｒ７１（制御用半導体素子に相当）は、ＰＮＰ形のバイポーラトランジスタである。制御用トランジスタＴｒ７２（制御用半導体素子に相当）は、ＮＰＮ形のバイポーラトランジスタである。開路用トランジスタＴｒ７３（第１開路用半導体素子に相当）は、ＮＰＮ形のバイポーラトランジスタである。

このように、いずれもバイポーラ形トランジスタである制御用トランジスタＴｒ７１、Ｔｒ７２および開路用トランジスタＴｒ７３を備えた本実施形態の負荷駆動装置７１によっても、駆動制御回路１５が通常状態のときに開路用トランジスタＴｒ７３をオンするとともに、制御用トランジスタＴｒ７１、Ｔｒ７２の双方がオフのときに開路用トランジスタＴｒ７３をオフすることにより、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態について図１０を参照しながら上記各実施形態と異なる点を主体に説明する。
図１０は、本実施形態の負荷駆動装置の構成を概略的に示すものであり、第１の実施形態における図１に相当する。図１０に示す負荷駆動装置８１において、直流電源線１３、１４間には、直流モータ１２および駆動用トランジスタＴｒ８１が、この順番に直列接続されている。すなわち、負荷駆動装置８１は、直流モータ１２をロウサイド駆動する構成である。駆動用トランジスタＴｒ８１（駆動用半導体素子に相当）は、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴである。すなわち、図１０に示す負荷駆動装置８１は、図１に示した負荷駆動装置１１に対し、負荷である直流モータ１２の駆動方式が異なる。

上記変更に伴い、直流電源線１３と駆動用トランジスタＴｒ８１のゲート端子との間には、開路用トランジスタＴｒ８２およびコンデンサＣ１１が、この順番に直列接続されている。なお、開路用トランジスタＴｒ８２およびコンデンサＣ１１の接続位置は入れ替え可能である。開路用トランジスタＴｒ８２（第１開路用半導体素子に相当）は、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴである。また、駆動用トランジスタＴｒ８１のゲート端子と負側の直流電源線１４との間には、抵抗素子Ｒ１３が接続されている。

このように、負荷である直流モータ１２をロウサイド駆動する本実施形態の負荷駆動装置８１によっても、駆動制御回路１５が通常状態のときに開路用トランジスタＴｒ８２をオンするとともに、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の双方がオフのときに開路用トランジスタＴｒ８２をオフすることにより、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
本発明の半導体素子制御装置は、車両に搭載される負荷を駆動する負荷駆動装置に限らず、負荷に対して直列に接続される電圧駆動型の駆動用半導体素子を導通制御する構成全般に適用することができる。

駆動用トランジスタＴｒ１１、Ｔｒ８１として、例えばＩＧＢＴなど、他の電圧駆動型の半導体素子を用いてもよい。
制御用トランジスタＴｒ１２（または、制御用トランジスタＴｒ７１）および抵抗素子Ｒ１１の接続位置は入れ替え可能である。また、制御用トランジスタＴｒ１３（または、制御用トランジスタＴｒ７２）および抵抗素子Ｒ１２の接続位置は入れ替え可能である。さらに、抵抗素子Ｒ１１、Ｒ１２は、省略することも可能である。その場合、制御用トランジスタＴｒ１２、Ｔｒ１３の各ドレイン端子（または、制御用トランジスタＴｒ７１、Ｔｒ７２の各コレクタ端子）の共通接続点が、駆動用トランジスタＴｒ１１のゲート端子に直接接続されることになる。

第２〜第８の実施形態の特徴的な構成を互いに組み合わせてもよい。例えば、第２〜第７の実施形態のいずれの構成についても、負荷をロウサイド駆動する構成に変更可能である。また、第２〜第６の実施形態および第８の実施形態のいずれの構成についても、制御用トランジスタ（制御用半導体素子）および開路用トランジスタ（第１、第２開路用半導体素子）をバイポーラトランジスタに変更可能である。また、第２〜第５の実施形態、第７の実施形態および第８の実施形態のいずれの構成についても、抵抗素子Ｒ６１に相当する構成（第３抵抗素子）をさらに備えてもよい。また、第２〜第４の実施形態および第６〜第７の実施形態のいずれの構成についても、開路用トランジスタＴｒ５１に相当する構成（第１開路用半導体素子）をさらに備えてもよい。また、第２の実施形態、第３の実施形態および第５〜第８の実施形態のいずれの構成についても、抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２に相当する構成（第２抵抗素子）をさらに備えてもよい。また、第２の実施形態および第４〜第８の実施形態のいずれの構成についても、コンデンサＣ１１および開路用トランジスタ（第１開路用半導体素子）の接続位置を入れ替えてもよい。また、第３〜第８の実施形態のいずれの構成についても、開路用トランジスタＴｒ２１に相当する構成（第２開路用半導体素子）をさらに備えてもよい。

図面中、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１は負荷駆動装置（半導体素子制御装置）、１２は直流モータ（負荷）、１３、１４は直流電源線、１５は駆動制御回路、Ｃ１１はコンデンサ、Ｒ１３は抵抗素子（第１抵抗素子）、Ｒ４１、Ｒ４２は抵抗素子（第２抵抗素子）、Ｒ６１は抵抗素子（第３抵抗素子）、Ｔｒ１１、Ｔｒ８１は駆動用トランジスタ（駆動用半導体素子）、Ｔｒ１２、Ｔｒ１３、Ｔｒ７１、Ｔｒ７２は制御用トランジスタ（制御用半導体素子）、Ｔｒ１４、Ｔｒ５１、Ｔｒ７３、Ｔｒ８２は開路用トランジスタ（第１開路用半導体素子）、Ｔｒ２１は開路用トランジスタ（第２開路用半導体素子）を示す。

Claims (6)

1. 一対の直流電源線間に負荷とともに直列に接続される電圧駆動型の駆動用半導体素子と、
   前記一対の直流電源線間に互いに直列接続され、双方の共通接続点が前記駆動用半導体素子の導通制御端子に接続される２つの制御用半導体素子と、
   前記駆動用半導体素子の導通制御端子と前記一対の直流電源線のうち前記駆動用半導体素子側である一方の直流電源船との間に接続される第１抵抗素子と、
   前記駆動用半導体素子の導通制御端子と前記直流電源線のうち前記負荷側である他方の直流電源線との間に、互いに直列接続されるコンデンサおよび第１開路用半導体素子と、
   前記２つの制御用半導体素子のいずれか一方を択一的に導通状態にすることにより、前記駆動用半導体素子の導通制御端子の電位を変化させて導通制御する駆動制御回路と、
   を備え、
   前記駆動制御回路は、前記駆動用半導体素子を導通制御する際には前記第１開路用半導体素子を導通状態にし、前記２つの制御用半導体素子の双方が遮断されている際には、前記第１開路用半導体素子を遮断状態にすることを特徴とする半導体素子制御装置。
2. 前記駆動制御回路は、
   外部から与えられる指令に応じて、前記駆動用半導体素子を導通制御する通常状態および前記駆動用半導体素子を遮断状態に維持して電力消費を低減するスタンバイ状態のいずれかに設定可能に構成され、
   前記スタンバイ状態に設定されると、前記２つの制御用半導体素子の双方を遮断状態にするとともに、前記第１開路用半導体素子を遮断状態にすることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子制御装置。
3. 前記駆動制御回路は、
   前記スタンバイ状態から前記通常状態に切り替えられる際、
   前記２つの制御用半導体素子のうち、前記一方の直流電源線側の素子を導通状態にした後、前記第１開路用半導体素子を導通状態にすることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子制御装置。
4. 前記２つの制御用半導体素子の共通接続点から前記駆動用半導体素子の導通制御端子への給電経路に設けられた第２抵抗素子を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体素子制御装置。
5. 前記第１開路用半導体素子および前記コンデンサの共通接続点と前記他方の直流電源線との間に接続され、前記第１抵抗素子よりも高い抵抗値を持つ第３抵抗素子を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体素子制御装置。
6. 前記駆動用半導体素子の導通制御端子と前記一方の直流電源線との間に、前記第１抵抗素子とともに直列接続された第２開路用半導体素子を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体素子制御装置。

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