JP2013016959A - Load drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ソレノイド等の負荷を駆動する負荷駆動回路に関する。 The present invention relates to a load driving circuit for driving a load such as a solenoid.
従来、FET(Field Effect Transistor)等のスイッチング素子を用いてソレノイド等の負荷を駆動させる負荷駆動回路が様々な分野で用いられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、ソレノイドへの通電がオフの際にソレノイドへの通電を継続させ、モニタ電流値及びモニタ電圧値に基づいて、温度検知回路を有さない素子の温度を検出する技術が開示されている。
Conventionally, a load driving circuit that drives a load such as a solenoid using a switching element such as an FET (Field Effect Transistor) has been used in various fields (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、従来技術では、出力端子と負荷とを接続する配線が切断される等の原因で、負荷が出力端子に接続されていない負荷オープン状態を検出することができないという問題点があった。 However, the conventional technique has a problem that a load open state in which the load is not connected to the output terminal cannot be detected due to disconnection of the wiring connecting the output terminal and the load.
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来技術の問題を解決し、簡単な構成で負荷オープン状態を検出することができる負荷駆動回路を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a load driving circuit that can solve the problems of the prior art and detect a load open state with a simple configuration.
本発明の負荷駆動回路は、電源に接続される第1の端子と、負荷に接続される第2の端子と、前記第1の端子と前記第2の端子との間に接続されたスイッチング素子とを備えた負荷駆動回路であって、前記第1の端子に入力される入力電圧よりも低い第1の基準電圧と前記第2の端子の電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記スイッチング素子がオフ状態で、且つ前記第2の端子に前記負荷が接続されていない負荷オープン状態である場合に、前記第2の端子の電圧を前記第1の基準電圧よりも高く、且つ前記入力電圧よりも低いクランプ電圧にクランプするクランプ回路とを具備することを特微とする。
さらに、本発明の負荷駆動回路において、前記入力電圧よりも低く且つ前記クランプ電圧よりも高い第2の基準電圧と前記第2の端子の電圧とを比較する第2のコンパレータを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の負荷駆動回路において、前記クランプ回路は、前記スイッチング素子の制御端子とグランド電位との間に接続されたスイッチを具備することを特徴とする。
さらに、本発明の負荷駆動回路において、前記スイッチング素子がオフ状態で、前記第2の端子に接続された前記負荷と前記クランプ回路とに定電流を流す定電流回路を具備することを特徴とする。
さらに、本発明の負荷駆動回路において、前記クランプ回路のインピーダンスは、前記負荷のインピーダンスの10倍以上に設定されていることを特徴とする。
A load driving circuit according to the present invention includes a first terminal connected to a power source, a second terminal connected to a load, and a switching element connected between the first terminal and the second terminal. A first comparator that compares a first reference voltage lower than an input voltage input to the first terminal and a voltage of the second terminal, and the switching circuit. When the element is in an off state and the load is in an open state where the load is not connected to the second terminal, the voltage of the second terminal is higher than the first reference voltage and the input voltage And a clamp circuit for clamping to a lower clamp voltage.
The load driving circuit according to the present invention further includes a second comparator that compares a second reference voltage lower than the input voltage and higher than the clamp voltage with the voltage of the second terminal. And
Furthermore, in the load driving circuit of the present invention, the clamp circuit includes a switch connected between a control terminal of the switching element and a ground potential.
Furthermore, the load drive circuit according to the present invention further includes a constant current circuit for supplying a constant current to the load and the clamp circuit connected to the second terminal when the switching element is in an OFF state. .
Furthermore, in the load drive circuit according to the present invention, the impedance of the clamp circuit is set to 10 times or more of the impedance of the load.
本発明によれば、第1の端子に入力される入力電圧よりも低い第1の基準電圧と第2の端子の電圧とを比較する第1のコンパレータと、スイッチング素子がオフ状態で、且つ第2の端子に負荷が接続されていない負荷オープン状態である場合に、第2の端子の電圧を第1の基準電圧よりも高く、且つ入力電圧よりも低いクランプ電圧にクランプするクランプ回路とを備えているため、スイッチング素子がオフ状態での第1のコンパレータの出力によって、負荷オープン状態を検出することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the first comparator that compares the first reference voltage lower than the input voltage input to the first terminal and the voltage of the second terminal, the switching element is in the OFF state, and the first A clamp circuit that clamps the voltage of the second terminal to a clamp voltage that is higher than the first reference voltage and lower than the input voltage when the load is in an open state in which no load is connected to the second terminal. Therefore, the load open state can be detected by the output of the first comparator when the switching element is off.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態の負荷駆動回路1は、図1を参照すると、電源端子T1と、スイッチング素子2と、制御回路3と、昇圧回路4と、出力端子T2と、定電流回路6と、クランプ回路7と、第1のコンパレータ8と、第2のコンパレータ9とを備え、電源端子T1に接続された電源30から入力される電力を用いて、出力端子T2に接続された負荷40を駆動する。
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(First embodiment)
Referring to FIG. 1, the
スイッチング素子2は、電源端子T1から出力端子T2に到る電力供給経路をオン/オフする手段であり、オン/オフ動作により負荷40に流れる電流を制御する。本実施の形態において、スイッチング素子2は、ハイサイドスイッチとしてMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられ、スイッチング素子2のドレインが電源端子T1に、スイッチング素子2のソースが出力端子T2に接続されている。なお、スイッチング素子2としてバイポーラトランジスタを用いることもできる。なお、また、スイッチング素子2のゲート・ソース間には、抵抗10とゲート保護用定電圧ダイオード11とが並列接続される。
The
制御回路3は、昇圧回路4と接続され、図示しない信号入力端子から入力される制御信号に応じて、スイッチング素子2のオン/オフ動作を制御する制御信号を出力する手段である。制御回路3から出力される制御信号は、入力電圧Vinを昇圧する昇圧回路4によって入力電圧Vinよりも高い電圧に昇圧されてスイッチング素子2のゲートに印加され、スイッチング素子2のオン/オフ動作が制御される。
The
定電流回路6は、スイッチング素子2と並列に、電源端子T1と出力端子T2との間に接続され、負荷40が駆動されない程度(例えば、数十μA〜100μA)の定電流I1を流す回路である。
The constant
クランプ回路7は、負荷40のインピーダンスの10倍以上、好ましくは100倍以上のインピーダンスを有し、負荷40と並列に接続されている。クランプ回路7は、スイッチング素子2がオフ状態で、且つ出力端子T2と負荷40とを接続する配線が切断される等の原因で、負荷40が出力端子T2に接続されていない状態(以下、負荷オープン状態と称す)である場合に、出力端子T2の電圧Voutをclamp電圧(クランプ電圧)にクランプする。すなわち、スイッチング素子2がオフで、且つ負荷オープン状態では、定電流回路6が流す定電流I1がクランプ回路7のみに流れる。従って、clamp電圧は、定電流回路6が流す定電流I1とクランプ回路7のインピーダンスとによって決定され、グランド電位よりも高く、且つ入力電圧よりも低い値となる。なお、スイッチング素子2がオフで、且つ負荷オープン状態でない場合には、定電流回路6が流す定電流I1のほとんどが負荷40を流れ、出力端子T2の電圧Voutは、ほぼグランド電位となる。
The
図2に、抵抗71とスイッチ素子72とを備えたクランプ回路7の例を示す。抵抗71とスイッチ素子72とが負荷40と並列に接続され、スイッチ素子72は、スイッチング素子2がオン状態では、オフ制御され、スイッチング素子2がオフ状態では、オン制御される。これにより、スイッチング素子2がオン状態では、クランプ回路7にリーク電流が流れることなく、スイッチング素子2がオフ状態のみに、定電流回路6が流す定電流I1が流れることになる。なお、クランプ回路7に流れるリーク電流を許容することができる場合には、クランプ回路7を抵抗71のみで構成することもできる。
FIG. 2 shows an example of a
第1のコンパレータ8は、負荷オープン状態を検出するための負荷オープン検出用コンパレータであり、非反転入力端子が定電流回路6とクランプ回路7との接続点、すなわち出力端子T2に接続され、反転入力端子が基準電圧V1に接続されている。基準電圧V1は、スイッチング素子2がオフ状態、且つ負荷オープン状態で、クランプ回路7によってクランプされるclamp電圧よりも低く、且つグランド電位よりも高く設定されている。これにより、第1のコンパレータ8は、出力端子T2の電圧Voutが基準電圧V2を上回るとハイレベル信号を出力し、当該信号によって負荷オープン状態が検出される。
The
第2のコンパレータ9は、何らかの理由により出力端子T2が電源30に誤接続された状態(以下、出力天絡状態と称す)を検出するための出力天絡検出用コンパレータであり、非反転入力端子が定電流回路6とクランプ回路7との接続点、すなわち出力端子T2に接続され、反転入力端子が基準電圧V2に接続されている。基準電圧V2は、スイッチング素子2がオフ状態、且つ負荷オープン状態で、クランプ回路7によってクランプされるclamp電圧よりも高く、且つ入力電圧Vinよりも低く設定されている。これにより、第2のコンパレータ9は、出力端子T2の電圧Voutが基準電圧V1を上回るとハイレベル信号を出力し、当該信号によって出力天絡状態が検出される。
The
次に、負荷駆動回路1の動作について図3を参照して詳細に説明する。
正常時、すなわち負荷オープン状態及び出力天絡状態でない場合には、スイッチング素子2がオン状態になると、負荷40に電流が流れ、出力端子T2の電圧Voutは、図3(a)に示すように入力電圧Vinとなる。正常時、スイッチング素子2がオフ状態になると、定電流回路6が流す定電流I1のほとんどが負荷40を流れる。従って、スイッチング素子2がオフ状態の出力端子T2の電圧Voutは、ほぼグランド電位となり、基準電圧V1及び基準電圧V2のいずれをも下回る。これにより、第1のコンパレータ8及び第2のコンパレータ9の出力はいずれもローレベル信号となり、負荷オープン状態及び出力天絡状態が検出されることがない。
Next, the operation of the
When the
負荷オープン状態である場合にも、スイッチング素子2がオン状態になると、出力端子T2の電圧Voutは、図3(b)に示すように入力電圧Vinとなる。負荷オープン状態である場合に、スイッチング素子2がオフ状態になると、定電流回路6が流す定電流I1がクランプ回路7を流れ、出力端子T2の電圧Voutは、クランプ回路7によってclamp電圧にクランプされる。従って、スイッチング素子2がオフ状態の出力端子T2の電圧Voutは、基準電圧V1を下回り、且つ基準電圧V2を上回る。これにより、第1のコンパレータ8の出力はハイレベル信号となると共に、第2のコンパレータ9の出力はローレベル信号となり、負荷オープン状態が検出される。
Even in the load open state, when the
出力天絡状態である場合には、スイッチング素子2のオン/オフにかかわらず、出力端子T2の電圧Voutは、図3(c)に示すように入力電圧Vinとなる。従って、スイッチング素子2がオフ状態の出力端子T2の電圧Voutは、基準電圧V1及び基準電圧V2のいずれをも上回る。これにより、第1のコンパレータ8及び第2のコンパレータ9の出力はいずれもハイレベル信号となり、出力天絡状態が検出される。
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の負荷駆動回路1aは、図4を参照すると、クランプ回路7がスイッチング素子2のゲートとグランド電位との間に接続されている点で、第1の実施の形態と異なっている。この構成を採用することにより、スイッチング素子2のゲートの電荷を引き抜くための回路をクランプ回路7として用いることができる。
In the output power fault state, the voltage Vout at the output terminal T2 becomes the input voltage Vin as shown in FIG. 3C regardless of whether the
(Second Embodiment)
Referring to FIG. 4, the
図4に点線矢印で示す経路は、負荷オープン状態で、且つスイッチング素子2がオフ状態である場合に、定電流回路6による定電流I1が流れる経路である。従って、第2の実施の形態においても、負荷オープン状態で、且つスイッチング素子2がオフ状態である場合に、出力端子T2の電圧Voutがclamp電圧にクランプされることになり、第1のコンパレータ8によって負荷オープン状態を検出することができる。
4 is a path through which the constant current I1 from the constant
以上説明したように、本実施の形態によれば、電源端子T1に入力される入力電圧Vinよりも低い基準電圧V1と出力端子T2の電圧Voutとを比較する第1のコンパレータ8と、スイッチング素子2がオフ状態で、且つ負荷オープン状態である場合に、出力端子T2の電圧Voutを基準電圧V1よりも高く、且つ入力電圧Vinよりも低いclamp電圧にクランプするクランプ回路7とを備えることにより、スイッチング素子2がオフ状態での第1のコンパレータの出力によって、負荷オープン状態を検出することができるという効果を奏する。
As described above, according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、入力電圧Vinよりも低く且つclamp電圧よりも高い基準電圧V2と出力端子T2の電圧Voutとを比較する第2のコンパレータ9を備えることにより、スイッチング素子がオフ状態での第1のコンパレータ及び第2のコンパレータ9の出力によって、負荷オープン状態と出力天絡状態とを選択的に検出することができるという効果を奏する。
Furthermore, according to the present embodiment, the switching element is turned off by providing the
さらに、本実施の形態によれば、クランプ回路7にスイッチング素子2のゲートとグランド電位との間に接続されたスイッチ素子72を備えることにより、スイッチング素子2のゲートの電荷を引き抜くための回路をクランプ回路7として用いることができるという効果を奏する。
Furthermore, according to the present embodiment, the
さらに、本実施の形態によれば、スイッチング素子2がオフ状態で、出力端子T2に接続された負荷40とクランプ回路7とに定電流を流す定電流回路6をも受け、クランプ回路7のインピーダンスを、負荷40のインピーダンスの10倍以上に構成することにより、正常時におけるスイッチング素子2がオフ状態の出力端子T2の電圧Voutと、スイッチング素子2がオフ状態で、且つ負荷オープン状態である場合のclamp電圧とを明確に区別することができ、負荷オープン状態を精度良く検出することができるという効果を奏する。
Further, according to the present embodiment, the constant
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a suitable number, position, shape, and the like in practicing the present invention. In each figure, the same numerals are given to the same component.
1 負荷駆動回路(第1の実施の形態)
1a 負荷駆動回路(第2の実施の形態)
2 スイッチング素子
3 制御回路
4 昇圧回路
6 定電流回路
7 クランプ回路
8 第1のコンパレータ
9 第2のコンパレータ
30 電源
40 負荷
71 抵抗
72 スイッチ素子
T1 電源端子(第1の端子)
T2 出力端子(第2の端子)
1. Load drive circuit (first embodiment)
1a Load drive circuit (second embodiment)
DESCRIPTION OF
T2 output terminal (second terminal)
Claims (5)
前記第1の端子に入力される入力電圧よりも低い第1の基準電圧と前記第2の端子の電圧とを比較する第1のコンパレータと、
前記スイッチング素子がオフ状態で、且つ前記第2の端子に前記負荷が接続されていない負荷オープン状態である場合に、前記第2の端子の電圧を前記第1の基準電圧よりも高く、且つ前記入力電圧よりも低いクランプ電圧にクランプするクランプ回路とを具備することを特微とする負荷駆動回路。 A load driving circuit comprising a first terminal connected to a power source, a second terminal connected to a load, and a switching element connected between the first terminal and the second terminal. There,
A first comparator for comparing a first reference voltage lower than an input voltage input to the first terminal and a voltage of the second terminal;
When the switching element is in an OFF state and the load is in an open state where the load is not connected to the second terminal, the voltage of the second terminal is higher than the first reference voltage, and A load driving circuit comprising: a clamp circuit that clamps to a clamp voltage lower than an input voltage.
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