JP2020058005A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ｐチャネル型の駆動スイッチにより誘導性負荷をハイサイド駆動する構成において、電力損失を低減すること。【解決手段】電子制御装置１０は、誘導性負荷１００に対してハイサイド側に配置されるｐチャネル型の駆動スイッチ１２、ゲートに電荷を供給する充電経路部３０、ゲートの電荷を放電する放電経路部４０、放電経路部に設けられた放電スイッチ４２ａ，４２ｂ、放電スイッチのオンオフを操作して駆動スイッチのオンオフを制御するマイコン１６を備えている。マイコンは、駆動スイッチのオンオフを切り替える第１タイミングから、第１タイミングの次にオンオフを切り替える第２タイミングまでの所定期間のうち、第１タイミングから所定の第１期間と所定期間の残りの期間である第２期間とで放電スイッチの操作状態を異ならせて、放電経路部の電荷移動速度を第１期間において第２期間よりも高くする。【選択図】図１

Description

この明細書における開示は、電子制御装置に関する。

特許文献１には、誘導性負荷の駆動を制御する電子制御装置（負荷駆動回路）が開示されている。電子制御装置は、誘導性負荷を駆動するｐチャネル型の駆動スイッチを備えている。駆動スイッチは、誘導性負荷に対してハイサイド側、すなわち電源側に配置され、誘導性負荷に対して直列に接続されている。

特開２０１６−３１２６０号公報

上記した構成では、たとえばターンオン時のスイッチング損失を低減すべく、ゲートドライブ能力を高めた構成、すなわち電荷の移動速度（放電速度）を高めた構成とすると、抵抗による電力損失、たとえば駆動スイッチのゲートの電荷を引き抜く放電経路部に設けられた抵抗による電力損失が大きくなる。ターンオフ時のスイッチング損失を低減すべく、ゲートドライブ能力を高めた構成とすると、抵抗による電力損失、たとえばゲートに電荷を供給する充電経路部に設けられた抵抗による電力損失が大きくなる。

抵抗による電力損失を低減するために、ゲートドライブ能力の低い構成とすると、スイッチング損失が増大してしまう。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ｐチャネル型の駆動スイッチにより誘導性負荷をハイサイド駆動する構成において、電力損失を低減することを目的とする。

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、技術的範囲を限定するものではない。

本開示のひとつである電子制御装置は、
電源とグランドとの間において誘導性負荷（１００）と直列に接続され、誘導性負荷に対してハイサイド側に配置されるｐチャネル型の駆動スイッチ（１２）と、
抵抗が設けられ、駆動スイッチのゲートに接続された経路部であって、抵抗としての充電抵抗（３１，３１ａ，３１ｂ）を有し、ゲートに電荷を供給する充電経路部（３０）、及び、抵抗としての放電抵抗（４１ａ，４１ｂ）を有し、ゲートの電荷を放電する放電経路部（４０）と、
充電経路部及び放電経路部の少なくとも一方に設けられた経路部スイッチ（３２，４２ａ，４２ｂ）と、
経路部スイッチのオンオフを操作して駆動スイッチのオンオフを制御する制御部（１６）と、
を備え、
制御部は、駆動スイッチのオンオフを切り替える第１タイミングから、第１タイミングの次にオンオフを切り替える第２タイミングまでの所定期間のうち、第１タイミングから所定の第１期間と所定期間の残りの期間である第２期間とで経路部スイッチの操作状態を異ならせて、経路部スイッチが設けられた経路部の電荷移動速度を第１期間において第２期間よりも高くする。

この電子制御装置によれば、駆動スイッチのオンオフが切り替わる際、第１期間において電荷移動速度が高められる。すなわち、所定期間において初期的に電荷移動速度が高められる。これにより、スイッチング損失を低減することができる。一方、第２期間においては、第１期間よりも電荷移動速度が低くされる。これにより、抵抗による電力損失を低減することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す図である。 タイミングチャートである。 電子制御装置の比較例の構成を示す図である。 比較例のタイミングチャートである。 第２実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す図である。 タイミングチャートである。 第３実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、電子制御装置の概略構成を説明する。

＜電子制御装置の概略構成＞
図１に示すように、電子制御装置１０は、ソレノイド、インジェクタの電磁コイル、モータの巻線などの、誘導性負荷１００の駆動を制御する負荷駆動装置である。電子制御装置１０は、たとえば車両に搭載される。電子制御装置１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称される。電子制御装置１０は、駆動スイッチ１２と、ゲート駆動回路１４と、マイコン１６と、回生素子１８を備えている。

駆動スイッチ１２は、誘導性負荷１００の通電経路上に設けられている。駆動スイッチ１２は、誘導性負荷１００と直列に接続されている。駆動スイッチ１２は、電源とグランドとの間において、誘導性負荷１００に対してハイサイド側（電源側）に配置されている。駆動スイッチ１２は、ｐチャネル型のスイッチング素子である。

本実施形態では、駆動スイッチ１２として、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。駆動スイッチ１２のソースは電源と接続され、ドレインは高電位側の端子２０ａを介して誘導性負荷１００の高電位側に接続されている。駆動スイッチ１２がオンすると電源と誘導性負荷１００とが導通し、誘導性負荷１００に電流が流れる。駆動スイッチ１２がオフすると、電流の供給が遮断される。

回生素子１８は、誘導性負荷１００に対して並列に接続されている。本実施形態では、回生素子１８としてダイオードを採用している。回生素子１８のアノードが、低電位側の端子２０ｂを介して誘導性負荷１００の低電位側に接続されている。回生素子１８のカソードは、駆動スイッチ１２のドレイン及び端子２０ａに接続されている。回生素子１８は、還流素子とも称される。

ゲート駆動回路１４は、駆動スイッチ１２をオンオフさせる、すなわち駆動させるための回路である。ゲート駆動回路１４は、駆動スイッチ１２のゲートに電圧を印加する。ゲート駆動回路１４は、抵抗（ゲート抵抗）が設けられ、駆動スイッチ１２のゲートに接続された経路部として、充電経路部３０と、放電経路部４０を有している。充電経路部３０は、駆動スイッチ１２のゲートに電荷を供給する。充電経路部３０は、電源、換言すれば、電源と駆動スイッチ１２のソースとの接続点と、駆動スイッチ１２のゲートとを接続する経路である。充電経路部３０には、充電抵抗３１が設けられている。充電抵抗３１は、ゲート−ソース間抵抗とも称される。

放電経路部４０は、駆動スイッチ１２のゲートから電荷を引き抜く。放電経路部４０は、駆動スイッチ１２のゲートとグランドとを接続する経路である。放電経路部４０には、放電抵抗４１が設けられている。放電経路部４０は、放電抵抗４１ａが設けられた第１放電経路部４０ａと、放電抵抗４１ｂが設けられた第２放電経路部４０ｂを有している。以下において、第１放電経路部４０ａ及び第２放電経路部４０ｂを、単に放電経路部４０ａ，４０ｂと示す場合もある。放電経路部４０ａ，４０ｂは、互いに並列に接続されている。

ゲート駆動回路１４は、さらに経路部スイッチを有している。経路部スイッチは、充電経路部３０及び放電経路部４０の少なくとも一方に設けられている。本実施形態では、放電経路部４０に設けられている。具体的には、第１放電経路部４０ａに放電スイッチ４２ａが設けられ、第２放電経路部４０ｂに放電スイッチ４２ｂが設けられている。放電スイッチ４２ａは、第１放電経路部４０ａにおいて放電抵抗４１ａと直列に接続されている。放電スイッチ４２ｂは、第２放電経路部４０ｂにおいて放電抵抗４１ｂと直列に接続されている。

本実施形態では、放電スイッチ４２ａ，４２ｂとして、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。放電スイッチ４２ａ，４２ｂは、いずれも対応する放電抵抗４１ａ，４１ｂに対してローサイド側に配置されている。放電スイッチ４２ａ，４２ｂのドレインが、対応する放電抵抗４１ａ，４１ｂに接続されている。以下において、充電抵抗３１及び放電抵抗４１を、ゲート抵抗３１，４１と称する場合もある。

マイコン１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、及びＩ／Ｏポートなどを備えて構成されたマイクロコンピュータである。マイコン１６において、ＣＰＵが、ＲＡＭやレジスタの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラム、外部から取得した各種データなどに応じて信号処理を行う。また、この信号処理で得られた信号を、外部に出力したりする。このようにして、マイコン１６は各種機能を実行する。

マイコン１６は、駆動スイッチ１２をＰＷＭ制御する。マイコン１６は、たとえば誘導性負荷１００を流れる電流が目標電流に追従するようにフィードバック制御、たとえばＰＩ制御を実行する。本実施形態のマイコン１６は、放電スイッチ４２ａ，４２ｂのオンオフを操作することで、駆動スイッチ１２の駆動を制御する。マイコン１６が、制御部に相当する。

＜放電スイッチ及び駆動スイッチの動作＞
図１及び図２に基づき、放電スイッチ４２ａ，４２ｂ及び駆動スイッチ１２の動作について説明する。すなわち、駆動スイッチ１２のゲート電荷の充放電について説明する。

図２において、時刻ｔ１は、駆動スイッチ１２をオフからオンに切り替えるタイミング、すなわち放電の開始タイミングを示している。時刻ｔ２は、スイッチング損失（ターンオン損失）の発生が終了するタイミングを示している。時刻ｔ３は、駆動スイッチ１２をオンからオフに切り替えるタイミング、すなわち充電の開始タイミングを示している。時刻ｔ４は、スイッチング損失（ターンオフ損失）の発生が終了するタイミングを示している。時刻ｔ１から時刻ｔ５までがＰＷＭの一周期Ｔである。時刻ｔ１〜ｔ５の一周期において、デューティ比は５０％となっている。図２では、各スイッチをＳＷと示している。

駆動スイッチ１２のオン期間において、時刻ｔ１が駆動スイッチ１２のオンオフを切り替える第１タイミングに相当し、時刻ｔ３が時刻ｔ１の次のオンオフタイミングである第２タイミングに相当する。時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間が、所定期間に相当する。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間が第１期間に相当し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間が第２期間に相当する。

駆動スイッチ１２をオンオフさせるために、マイコン１６は、ゲート駆動回路１４の放電スイッチ４２ａ，４２ｂに対して制御信号を出力する。制御信号により、放電スイッチ４２ａ，４２ｂはオンオフ操作される。放電スイッチ４２ａは、駆動スイッチ１２をオンオフさせる主たるスイッチであり、放電スイッチ４２ｂは従たるスイッチである。駆動スイッチ１２は、放電スイッチ４２ａに同期してオンオフされる。

放電スイッチ４２ａは、第１制御信号がＨレベルのときにオンし、第１制御信号がＬレベルのときにオフする。時刻ｔ１において、第１制御信号がＬレベルからＨレベルに切り替わり、放電スイッチ４２ａがオンする。時刻ｔ３において、第１制御信号がＨレベルからＬレベルに切り替わり、放電スイッチ４２ａがオフし、これにより駆動スイッチ１２もオフする。そして、時刻ｔ５において、第１制御信号がＬレベルからＨレベルに切り替わり、放電スイッチ４２ａ（及び駆動スイッチ１２）が再びオンする。図２では、便宜上、放電スイッチ４２ａと駆動スイッチ１２のオンオフタイミングを一致させている。

このように、時刻ｔ１〜ｔ３までの所定期間（オン期間）において、マイコン１６は第１制御信号としてＨレベルの信号を出力する。これにより、放電スイッチ４２ａはオン操作される。放電スイッチ４２ａのオンにより、第１放電経路部４０ａを介した電源からグランドの導通経路が形成される。放電スイッチ４２ａのオンにより、駆動スイッチ１２のゲートが第１放電経路部４０ａを介してグランドと接続され、ゲート電荷がグランドに放電される。また、時刻ｔ３〜ｔ５のオフ期間において、マイコン１６は第１制御信号としてＬレベルの信号を出力し、これにより放電スイッチ４２ａはオフ操作される。

放電スイッチ４２ｂは、第２制御信号がＨレベルのときにオンし、第２制御信号がＬレベルのときにオフする。時刻ｔ１において、第２制御信号がＬレベルからＨレベルに切り替わり、放電スイッチ４２ｂがオンする。時刻ｔ２において、第２制御信号がＨレベルからＬレベルに切り替わり、放電スイッチ４２ｂがオフする。マイコン１６は、第２制御信号として、第１制御信号と同じタイミングでＨレベルの信号を出力し、第１制御信号よりも早いタイミングで、第２制御信号をＬレベルの信号に切り替える。マイコン１６は、時刻ｔ１から所定時間が経過すると、第２制御信号をＬレベルに切り替える。所定時間は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの第１期間を規定する、所定時間は予め設定され、メモリに記憶されている。

第１期間は、駆動スイッチ１２のターンオン損失が生じる期間の少なくとも一部と重なるように設けられている。ターンオン損失は、駆動スイッチ１２がオンする際に、駆動スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びドレイン電流Ｉｄが変化する期間である。本実施形態では、第１期間がターンオン損失の生じる期間とほぼ一致するよう、所定時間を理想的に設定している。

時刻ｔ１〜ｔ２の第１期間において、マイコン１６は、第２制御信号としてＨレベルの信号を出力する。これにより放電スイッチ４２ｂはオン操作される。放電スイッチ４２ｂのオンにより、駆動スイッチ１２のゲートが第２放電経路部４０ｂを介してグランドと接続され、ゲート電荷がグランドに放電される。また、時刻ｔ２〜ｔ５の期間において、マイコン１６は第２制御信号としてＬレベルの信号を出力する。これにより放電スイッチ４２ｂはオフ操作される。マイコン１６は、第２期間において、第２制御信号としてＬレベルの信号を出力する。

時刻ｔ１〜ｔ２の第１期間において、駆動スイッチ１２のゲートは、第１放電経路部４０ａ及び第２放電経路部４０ｂを介してグランドに接続される。第１放電経路部４０ａと、第２放電経路部４０ｂが、ゲート電荷を逃がす経路部として機能する。これにより、放電経路部４０における放電抵抗４１のトータルの抵抗値を、第２期間よりも小さくすることができる。したがって、放電経路部４０における電荷の移動速度（放電速度）を、第２期間よりも高めることができる。換言すれば、放電経路部４０を流れる電流を大きくすることができる。

時刻ｔ２〜ｔ３の第２期間において、駆動スイッチ１２のゲートは、第２放電経路部４０ｂを介さず、第１放電経路部４０ａを介してグランドに接続される。これにより、駆動スイッチ１２はオン状態が維持される。第１放電経路部４０ａのみを用いるため、放電経路部４０における放電抵抗４１のトータルの抵抗値を、第１期間よりも大きくすることができる。すなわち、放電経路部４０を流れる電流を、第１期間よりも小さくすることができる。放電スイッチ４２ａ，４２ｂの少なくとも一方がオンされている期間において、電源とグランドとの間に、充電抵抗３１及び放電抵抗４１を介した通電経路部が形成される。

時刻ｔ３において、放電スイッチ４２ａもオフされると、駆動スイッチ１２のゲートはグランドに対して遮断される。これにより、充電経路部３０を介して、駆動スイッチ１２のゲートに電荷が蓄積される。すなわち、ゲートが充電される。時刻ｔ３〜ｔ５まで、駆動スイッチ１２のゲートはグランドに対して遮断される。

＜電子制御装置の効果＞
図３は、電子制御装置の比較例を示している。この比較例は、従来構成を示している。図３では、本実施形態に示した要素と関連する要素の符号に対し、末尾にｒを付与している。

図３に示す電子制御装置１０ｒでは、駆動スイッチ１２ｒのゲートとグランドとの間に設けられた放電経路部４０ｒが、複数の経路部による並列回路ではなく、単一の経路部によって構成されている。放電経路部４０ｒにおいて、放電抵抗４１ｒと放電スイッチ４２ｒとが直列に接続されている。それ以外の構成は、本実施形態と同じである。充電経路部３０ｒは、単一の経路部によって構成されている。

ここで、駆動スイッチ１２ｒのオン抵抗を３０ｍΩ、駆動スイッチ１２ｒのターンオン損失（スイッチイング損失）に関わる電荷を２０ｎＣ、周波数を５ｋＨｚ、デューティ比を５０％とした。ターンオン損失に関わる電荷は、ゲート−ソース間電荷Ｑｇｓと、ゲート−ドレイン間電荷Ｑｇｄとの和である。また、電源の電圧ＶＢを１４Ｖ、誘導性負荷１００ｒに流れる電流Ｉｒを２Ａ、充電抵抗３１ｒの抵抗値を１０００Ωとした。ゲート抵抗３１ｒ，４１ｒによる損失及び駆動スイッチ１２ｒのオン抵抗による損失は、Ｐ＝ＩＶより算出した。駆動スイッチ１２ｒの電力損失のうち、スイッチング損失については、Ｖｄｓ×Ｉｄ×１／２より算出した。なお、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは電源電圧ＶＢに一致し、ドレイン電流Ｉｄは電流Ｉに一致する。

比較例において、放電抵抗４１ｒの抵抗値が大きい場合、放電経路部４０ｒに流れる電流が小さくなる。これにより、ターンオン時間が長くなる。たとえば放電抵抗４１ｒの抵抗値を３３０Ωとすると、図４（ａ）に示すように、ターンオン時間は１μｓとなる。また、上記した条件から、ターンオフ時間は３μｓ、ターンオン損失及びターンオフ損失、すなわちスイッチング損失はそれぞれ１４Ｗとなる。また、オン抵抗による損失は、０、１２Ｗとなる。よって、周期Ｔにおいて駆動スイッチ１２ｒが生じる電力損失の平均は０．３４Ｗとなる。

放電経路部４０ｒに流れる電流が小さいため、駆動スイッチ１２ｒ及び放電スイッチ４２ｒのオン期間において、ゲート抵抗３１ｒ，４１ｒによる損失は０．１３Ｗとなる。また、駆動スイッチ１２ｒ及び放電スイッチ４２ｒのオフ期間において、充電抵抗３１ｒによる損失は０．２Ｗとなる。よって、周期Ｔにおいてゲート抵抗３１ｒ，４１ｒが生じる電力損失の平均は０．０７Ｗとなる。以上より、駆動スイッチ１２ｒ及びゲート抵抗３１ｒ，４１ｒのトータルの電力損失は、０．４１Ｗとなる。

比較例において、放電抵抗４１ｒの抵抗値が小さい場合、放電経路部４０ｒに流れる電流が大きくなる。これにより、ターンオン時間が短くなる。たとえば放電抵抗４１ｒの抵抗値を１６５Ωとすると、図４（ｂ）に示すように、ターンオン時間は０．５μｓとなる。ターンオフ時間、スイッチング損失（ターンオン損失、ターンオフ損失）、オン抵抗による損失は、図４（ａ）と同じである。よって、周期Ｔにおいて駆動スイッチ１２ｒが生じる電力損失の平均は０．３Ｗとなる。

放電経路部４０ｒに流れる電流が大きいため、駆動スイッチ１２ｒ及び放電スイッチ４２ｒのオン期間において、ゲート抵抗３１ｒ，４１ｒによる損失は０．２６Ｗとなる。オフ期間において、充電抵抗３１ｒによる損失は図４（ａ）と同じである。よって、周期Ｔにおいてゲート抵抗３１ｒ，４１ｒが生じる電力損失の平均は０．１３Ｗとなる。以上より、駆動スイッチ１２ｒ及びゲート抵抗３１ｒ，４１ｒのトータルの電力損失は、０．４３Ｗとなる。

なお、オフ期間において、ターンオフ後は電力損失が生じない。また、放電スイッチ４２ｒによる電力損失は、駆動スイッチ１２ｒの電力損失に対して非常に小さい（たとえば３桁以上小さい）ため、図示を省略している。

このように、比較例に示す構成では、放電抵抗４１ｒの値を大きくしてゲートドライブ能力（放電能力）を下げると、ゲート抵抗３１ｒ，４１ｒの電力損失を低減することができる。その反面、駆動スイッチ１２ｒの電力損失が増大してしまう。一方、放電抵抗４１ｒの値を小さくしてゲートドライブ能力（放電能力）を上げると、駆動スイッチ１２ｒの電力損失（特にターンオン損失）を低減することができる。その反面、ゲート抵抗３１ｒ，４１ｒの電力損失が増大してしまう。

これに対し、本実施形態では、駆動スイッチ１２のオン期間の初期においてゲートドライブ能力を上げる。具体的には、上記したように、時刻ｔ１〜ｔ２の第１期間において放電スイッチ４２ａとともに放電スイッチ４２ｂをオンさせ、第２期間よりも放電経路部４０の電荷移動速度（放電速度）を高くする。これにより、ターンオン時間を短くし、ターンオン損失、ひいては駆動スイッチ１２の電力損失を低減することができる。また、オン期間の残りにおいてゲートドライブ能力を下げる。具体的には、時刻ｔ２〜ｔ３の第２期間において、放電スイッチ４２ｂをオフ、放電スイッチ４２ａのみオンを継続させ、放電経路部４０の電荷移動速度を低くする。これにより、ゲート抵抗３１，４１の電力損失を低減することができる。このように、オン期間のうちの第１期間と第２期間とで放電スイッチ４２の操作状態を異ならせることで、トータルの電力損失を低減することができる。

ここで、放電抵抗４１ａ，４１ｂの抵抗値をそれぞれ３３０Ωとし、それ以外の条件を比較例と同じとする。この場合、第１期間において、放電スイッチ４２ａ，４２ｂをともにオンさせるため、放電経路部４０に流れる電流が大きくなる。これにより、図２に示すように、ターンオン時間を短くすることができる。具体的には、放電抵抗４１のトータルの抵抗値が１６５Ωとなり、ターンオン時間は図４（ｂ）と同じ０．５μｓとなる。よって、周期Ｔにおいて駆動スイッチ１２が生じる電力損失の平均は０．３Ｗとなる。

第１期間において流れる電流が大きくなるため、ゲート抵抗３１，４１による損失は０．２６Ｗとなる。しかしながら、放電スイッチ４２ｂのオフにより第２期間において流れる電流が小さくなるため、ゲート抵抗３１，４１による損失は０．１３Ｗとなる。また、オフ期間の損失は、比較例同様０．２Ｗとなる。第１期間が第２期間に対して十分に短いため、周期Ｔにおいてゲート抵抗３１，４１が生じる電力損失の平均はほぼ０．０７Ｗとなる。

以上より、駆動スイッチ１２及びゲート抵抗３１，４１のトータルの電力損失は、０．３７Ｗとなる。このように、本実施形態によれば、従来の構成（比較例）に較べて、トータルの電力損失を１０％程度、低減することができる。なお、放電スイッチ４２ａ，４２ｂによる電力損失は、駆動スイッチ１２の電力損失に対して非常に小さいため、ここではほぼゼロとして取り扱っている。

なお、ターンオン損失は、ゲート電圧が閾値電圧に達してから生じるため、時刻ｔ１（第１タイミング）との間にずれがある。しかしながら、時間的なずれはごくわずかである。したがって、第１タイミングから所定の第１期間は、ターンオン損失が生じる期間を少なからず含む。第１期間において電荷移動速度（放電速度）を高め、残りの第２期間において電荷移動速度を低めることで、従来よりも電力損失を低減することができる。

第１期間を設定する所定時間は、上記したように、駆動スイッチ１２のターンオン損失が生じる期間の少なくとも一部と重なるように設けられればよい。これにより、ターンオン時間を短くすることができる。好ましくは、デューティ比が変化してもターンオン損失が生じる期間の全体を含むように、第１期間（所定時間）を設定するとよい。第１期間を長めに設定してもｎｓオーダであり、第２期間において放電スイッチ４２ｂをオフさせるため、ゲート抵抗３１，４１による電力損失の増加を抑制し、トータルの電力損失を低減することができる。

放電抵抗４１ａ，４１ｂの抵抗値が互いに等しい例を示したが、これに限定されない。互いに異なる抵抗値としてもよい。たとえば初期的に電荷を引き抜く第２放電経路部４０ｂ側の放電抵抗４１ｂの抵抗値を放電抵抗４１ａの抵抗値より小さくしてもよい。これによりスイッチング損失（ターンオン損失）をさらに低減することができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した電子制御装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

本実施形態の電子制御装置１０は、オン期間だけでなくオフ期間についても電力損失を低減できる構成とされている。このような電子制御装置１０の一例を図５に示す。

図５に示す電子制御装置１０において、充電抵抗３１を有する充電経路部３０は、複数の経路部による並列回路として構成されている。充電経路部３０は、充電抵抗３１ａが設けられた第１充電経路部３０ａと、充電抵抗３１ｂが設けられた第２充電経路部３０ｂを有している。以下において、第１充電経路部３０ａ及び第２充電経路部３０ｂを、単に充電経路部３０ａ，３０ｂと示す場合もある。充電経路部３０ａ，３０ｂは、互いに並列に接続されている。

第２充電経路部３０ｂには、経路部スイッチとしての充電スイッチ３２が設けられている。充電スイッチ３２は、第２充電経路部３０ｂにおいて充電抵抗３１ｂと直列に接続されている。本実施形態では、充電スイッチ３２として、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。充電スイッチ３２は充電抵抗３１ｂに対してローサイド側に配置されており、充電スイッチ３２のソースが対応する充電抵抗３１ｂに接続されている。充電スイッチ３２がオンされた状態で、第２充電経路部３０ｂは、駆動スイッチ１２のゲートに電荷を供給する経路部として機能する。

また、ゲート駆動回路１４は、充電経路部３０に設けられた充電スイッチ３２をオンオフさせるために、スイッチ３５及び抵抗３６，３７を有している。スイッチ３５、抵抗３６、及び抵抗３７は、電源とグランドとの間で直列に接続されている。電源側から、抵抗３６、抵抗３７、スイッチ３５の順に配置されている。本実施形態では、スイッチ３５としてｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。スイッチ３５のドレインは抵抗３７に接続されており、ソースはグランドに接続されている。抵抗３６，３７の接続点に充電スイッチ３２のゲートが接続されている。それ以外については、先行実施形態と同じ構成とされている。

マイコン１６は、スイッチ３５のゲートに対して、第３制御信号を出力する。マイコン１６が、第３制御信号としてＨレベルの信号を出力すると、スイッチ３５がオンし、抵抗３７がグランドに接続される。これにより、充電スイッチ３２のゲート電荷が引き抜かれ、充電スイッチ３２がオンする。充電スイッチ３２がオンすることで、第１充電経路部３０ａと第２充電経路部３０ｂの２つの経路部にて、駆動スイッチ１２のゲートに電荷を供給する、すなわち充電することができる。第１充電経路部３０ａ及び第２充電経路部３０ｂを用いるため、第１充電経路部３０ａのみを用いる場合よりも電荷移動速度（充電速度）を高めることができる。換言すれば、充電経路部３０の抵抗値を小さくし、流れる電流を大きくすることができる。

一方、充電スイッチ３２がオフされた状態では、第１充電経路部３０ａのみを介して電源と駆動スイッチ１２のゲートとが接続された状態となる。充電スイッチ３２がオフされた状態では、充電抵抗３１ａのみがゲートに接続され、充電スイッチ３２がオンされた状態では、充電抵抗３１ａ，３１ｂがゲートに接続される。

図６は、本実施形態の電子制御装置１０において、駆動スイッチ１２、充電スイッチ３２、スイッチ３５、放電スイッチ４２ａ，４２ｂの動作を示している。図６に示す時刻ｔ１１は先行実施形態（図２参照）の時刻ｔ１に対応し、時刻ｔ１３は時刻ｔ３に対応している。また、時刻ｔ１４は時刻ｔ４に対応し、時刻ｔ１５は時刻ｔ５に対応している。

マイコン１６は、駆動スイッチ１２をオンからオフに切り替えるタイミング（時刻ｔ１３）において、スイッチ３５のゲートに、第３制御信号としてＨレベルの信号を出力する。これにより、スイッチ３５がオンする。スイッチ３５のオンにより、充電スイッチ３２がオンする。

時刻ｔ１３から、時刻ｔ１３の次のオンオフタイミングである時刻ｔ１５までのオフ期間のうち、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間において、スイッチ３５及び充電スイッチ３２がオンする。また、オフ期間の残りの期間、すなわち時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間において、スイッチ３５及び充電スイッチ３２がオフする。マイコン１６は、駆動スイッチ１２のターンオフ時において、初期的に充電スイッチ３２をオンさせる。時刻ｔ１３〜ｔ１５のオフ期間が所定期間に対し、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間が第１期間に相当し、時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間が第２期間に相当する。図６では、便宜上、充電スイッチ３２とスイッチ３５のオンオフタイミングを一致させている。

マイコン１６は、時刻ｔ１１から時刻１３までのオン期間において、第３制御信号としてＬレベルの信号を出力する。これにより充電スイッチ３２がオフされ、オン期間において、第１充電経路部３０ａのみが電源と放電経路部４０とをつなぐ経路部として機能する。充電経路部３０の電荷移動速度が低くなり、ゲート抵抗３１，４１、特に充電抵抗３１の電力損失を低減することができる。

マイコン１６は、時刻ｔ１３になると、第３制御信号としてＨレベルの信号を出力する。これにより、充電スイッチ３２がオンされる。マイコン１６は、時刻ｔ１３から所定時間が経過すると、第３制御信号をＬレベルに切り替える。所定時間は、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間（第１期間）を規定する。所定時間は予め設定され、メモリに記憶されている。

オフ期間のうちの第１期間は、駆動スイッチ１２のターンオフ損失が生じる期間の少なくとも一部と重なるように設けられている。ターンオフ損失は、駆動スイッチ１２がオフする際に、駆動スイッチ１２のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びドレイン電流Ｉｄが変化する期間である。本実施形態では、第１期間がターンオフ損失の生じる期間とほぼ一致するよう、所定時間を理想的に設定している。

上記したように、本実施形態では、オフ期間の初期においてゲートドライブ能力（充電能力）を上げる。具体的には、上記したように、時刻ｔ１３〜ｔ１４の第１期間において充電スイッチ３２をオンさせ、第２期間よりも充電経路部３０の電荷移動速度（充電速度）を高くする。これにより、ターンオフ時間を短くし、ターンオフ損失、ひいては駆動スイッチ１２の電力損失を低減することができる。

また、時刻ｔ１４〜ｔ１５の第２期間において充電スイッチ３２をオフさせ、第１期間よりも充電経路部３０の電荷移動速度を低くする。本実施形態では、時刻ｔ１４でターンオフが終了するため、第２期間では、充電経路部３０を電荷が移動しない。充電スイッチ３２をオフさせる、すなわちスイッチ３５をオフさせるため、抵抗３６，３７による電力損失の発生を抑制することができる。このように、第２期間において電荷移動速度を低くすることで、ゲート駆動回路１４の生じる電力損失を低減することができる。

ここで、駆動スイッチ１２のゲート電荷Ｑｇを４０ｎＣとする。また、充電スイッチ３２のオン抵抗を２Ω、上昇時間（ターンオン時間）を９ｎｓ、下降時間（ターンオフ時間）を４５ｎｓとする。スイッチ３５のオン抵抗を１Ω、上昇時間を５ｎｓ、下降時間を２８ｎｓとする。さらに、充電抵抗３１ａ，３１ｂの抵抗値をともに１０００Ω、抵抗３６を３０ｋΩ、抵抗３７を１０ｋΩとし、それ以外の条件を先行実施形態と同じとする。

オン期間において、充電スイッチ３２をオフさせるため、充電経路部３０を流れる電流が小さくなる。これにより、オン期間におけるゲート抵抗３１，４１の電力損失の増加を抑制することができる。

オフ期間のうちの第１期間では、充電スイッチ３２をオンさせるため、充電経路部３０に流れる電流が大きくなる。これにより、駆動スイッチ１２のターンオフ時間を短くすることができる。具体的には、充電抵抗３１のトータルの抵抗値が５００Ωとなり、ターンオフ時間は先行実施形態に対して半分の１．５μｓとなる。よって、周期Ｔにおいて駆動スイッチ１２が生じる電力損失の平均は０．２Ｗとなる。

第１期間において流れる電流が大きくなるため、充電抵抗３１による損失は０．４Ｗとなる。しかしながら、ターンオフ時間が短くなるため、周期Ｔにおいてゲート抵抗３１，４１が生じる電力損失の平均はほぼ０．０７Ｗとなる。また、抵抗３６，３７に生じる電力損失は、０．００５Ｗである。以上より、駆動スイッチ１２、ゲート抵抗３１，４１、及び抵抗３６，３７のトータルの電力損失は、約０．２８Ｗとなる。このように、本実施形態によれば、オン時の効果及びオフ時の効果をあわせて、従来の構成（比較例）よりもトータルの電力損失を３０％程度、低減することができる。

なお、充電スイッチ３２、スイッチ３５、及び放電スイッチ４２ａ，４２ｂによる電力損失は、駆動スイッチ１２の電力損失に対して非常に小さいため、図示を省略している。

本実施形態では、オン期間において放電スイッチ４２ｂを初期的にオンさせ、オフ期間において充電スイッチ３２（及びスイッチ３５）を初期的にオンさせる例を示した。しかしながら、少なくともオフ期間において充電スイッチ３２（及びスイッチ３５）を初期的にオンさせる構成であればよい。たとえば放電経路部４０が単一の経路部とされた構成に適用することもできる。

第１期間を設定する所定時間は、上記したように、駆動スイッチ１２のターンオフ損失が生じる期間の少なくとも一部と重なるように設けられればよい。これにより、ターンオフ時間を短くすることができる。好ましくは、デューティ比が変化してもターンオフ損失が生じる期間の全体を含むように、第１期間（所定時間）を設定するとよい。第１期間をｎｓオーダで長くしても、第２期間において充電スイッチ３２（スイッチ３５）をオフさせるため、抵抗３６，３７による電力損失の増加を抑制し、トータルの電力損失を低減することができる。

充電抵抗３１ａ，３１ｂの抵抗値が等しい例を示したが、これに限定されない。互いに異なる抵抗値としてもよい。たとえば初期的に電荷を供給する第２充電経路部３０ｂ側の充電抵抗３１ｂの抵抗値を充電抵抗３１ａの抵抗値より小さくしてもよい。

（第３実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した電子制御装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

本実施形態の電子制御装置１０は、電源電圧ＶＢに基づいて、ゲートドライブ能力を高める所定時間を補正する機能を有している。図７は、その一例を示している。

図７に示す電子制御装置１０は、先行実施形態に示した構成に加えて、電圧モニタ回路２２を備えている。電圧モニタ回路２２は、電子制御装置１０に入力される電源電圧を検出する。電圧モニタ回路２２による電圧検出信号は、マイコン１６に出力される。

マイコン１６は、制御部５０と、時間補正部５１を有している。制御部５０は、先行実施形態に示したゲート駆動回路１４を介した駆動スイッチ１２のオンオフ制御を実行する。時間補正部５１は、電圧モニタ回路２２から取得した電源電圧情報に基づいて、第１期間を設定する所定時間を補正する。たとえばオン期間のうちの第１期間を規定する所定時間を補正する。

電源電圧ＶＢが変化すると、充放電する電荷量も変化する。よって、スイッチング時間も変化する。時間補正部５１は、取得した電源電圧ＶＢ、メモリに記憶された所定時間ｔｍ１を用いて、数式１により、補正された所定時間ｔｃ１を算出する。所定時間ｔｍ１は、電源電圧ＶＢが理想的な電圧である１４Ｖのときのスイッチング時間である。
（式１）ｔｃ１＝ｔｍ１×１４／ＶＢ

そして、数式１により算出された所定時間ｔｃ１を用いて、制御部５０が制御を実行する。具体的には、オン期間において第１タイミングから所定時間ｔｃ１が経過すると、放電スイッチ４２ｂをオフさせる。なお、オン期間における所定時間について説明したが、オフ期間のうちの第１期間を規定する所定時間についても、同様に算出し、補正することができる。

本実施形態によれば、電源電圧ＶＢの変動に応じてゲートドライブ能力を高める第１期間を設定することができる。これにより、電源電圧ＶＢが変化しても、スイッチング損失を低減し、且つ、抵抗による電力損失を低減できるタイミングで、経路部スイッチをオンからオフに切り替えることができる。したがって、電力損失を効果的に低減することができる。

（第４実施形態）
本実施形態は、先行実施形態を参照できる。このため、先行実施形態に示した電子制御装置１０と共通する部分についての説明は省略する。

本実施形態の電子制御装置１０は、電子制御装置１０の温度に基づいて、ゲートドライブ能力を高める所定時間を補正する機能を有している。図８は、その一例を示している。

図８に示す電子制御装置１０は、先行実施形態に示した構成に加えて、温度モニタ回路２４を備えている。温度モニタ回路２４は、電子制御装置１０の温度を検出する。温度モニタ回路２４は、たとえば電子制御装置１０の筐体内部の温度、ゲート駆動回路１４が形成された図示しない回路基板の温度を検出する。温度モニタ回路２４による温度検出信号は、マイコン１６に出力される。

マイコン１６の時間補正部５１は、温度モニタ回路２４から取得した温度情報に基づいて、第１期間を設定する所定時間を補正する。たとえばオン期間のうちの第１期間を規定する所定時間を補正する。

１００℃の温度変化に対して、スイッチング時間は１割程度変化する。時間補正部５１は、取得した温度Ａ（℃）、メモリに記憶された所定時間ｔｍ２を用いて、数式２により、補正された所定時間ｔｃ２を算出する。所定時間ｔｍ２は、基準温度（たとえば２５℃）のときのスイッチング時間である。
（式２）ｔｃ２＝ｔｍ２×０．１×（Ａ−２５）／１００

そして、数式２により算出された所定時間ｔｃ２を用いて、制御部５０が制御を実行する。具体的には、オン期間において第１タイミングから所定時間ｔｃ２が経過すると、放電スイッチ４２ｂをオフさせる。なお、オン期間における所定時間について説明したが、オフ期間のうちの第１期間を規定する所定時間についても、同様に算出し、補正することができる。

本実施形態によれば、温度Ａの変動に応じてゲートドライブ能力を高める第１期間を設定することができる。これにより、温度Ａが変化しても、スイッチング損失を低減し、且つ、抵抗による電力損失を低減できるタイミングで、経路部スイッチをオンからオフに切り替えることができる。したがって、電力損失を効果的に低減することができる。

なお、本実施形態に示した構成を、第３実施形態に示した構成と組み合わせてもよい。スイッチング時間に与える影響は電源電圧ＶＢのほうが温度Ａよりも大きい。このため、第１ステップで上記数式１により電源電圧ＶＢ変化による補正を行い、第１ステップで算出した補正値ｔｃ１をｔｍ２として、第２ステップで、上記数式２により温度Ａ変化による補正を行うとよい。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０…電子制御装置、１２…駆動スイッチ、１４…ゲート駆動回路、１６…マイコン、１８…ダイオード、２０ａ，２０ｂ…端子、２２…電圧モニタ回路、２４…温度モニタ回路、３０…充電経路部、３０ａ…第１充電経路部、３０ｂ…第２充電経路部、３１，３１ａ，３１ｂ…充電抵抗、３２…充電スイッチ、３５…スイッチ、３６，３７…抵抗、４０…放電経路部、４０ａ…第１放電経路部、４０ｂ…第２放電経路部、４１，４１ａ，４１ｂ…放電抵抗、４２ａ，４２ｂ…放電スイッチ、５０…制御部、５１…時間補正部、１００…誘導性負荷

Claims (5)

1. 電源とグランドとの間において誘導性負荷（１００）と直列に接続され、前記誘導性負荷に対してハイサイド側に配置されるｐチャネル型の駆動スイッチ（１２）と、
   抵抗が設けられ、前記駆動スイッチのゲートに接続された経路部であって、前記抵抗としての充電抵抗（３１，３１ａ，３１ｂ）を有し、前記ゲートに電荷を供給する充電経路部（３０）、及び、前記抵抗としての放電抵抗（４１ａ，４１ｂ）を有し、前記ゲートの電荷を放電する放電経路部（４０）と、
   前記充電経路部及び前記放電経路部の少なくとも一方に設けられた経路部スイッチ（３２，４２ａ，４２ｂ）と、
   前記経路部スイッチのオンオフを操作して前記駆動スイッチのオンオフを制御する制御部（１６）と、
   を備え、
   前記制御部は、前記駆動スイッチのオンオフを切り替える第１タイミングから、前記第１タイミングの次にオンオフを切り替える第２タイミングまでの所定期間のうち、前記第１タイミングから所定の第１期間と前記所定期間の残りの期間である第２期間とで前記経路部スイッチの操作状態を異ならせて、前記経路部スイッチが設けられた前記経路部の電荷移動速度を前記第１期間において前記第２期間よりも高くする電子制御装置。
2. 前記経路部スイッチとして、前記放電経路部に設けられた放電スイッチ（４２ａ，４２ｂ）を有し、
   前記放電経路部は、互いに並列に接続され、それぞれに前記放電抵抗が設けられた複数の経路部を有し、
   前記第１タイミングは、前記駆動スイッチをオフからオンに切り替えるタイミングであり、前記第２タイミングは、前記第１タイミングの次のオンオフ切替タイミングであって前記駆動スイッチをオンからオフに切り替えるタイミングであり、
   前記制御部は、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの所定期間のうち、前記第１タイミングから所定の第１期間と前記所定期間の残りの期間である第２期間とで前記放電スイッチの操作状態を異ならせて、前記放電経路部の抵抗の値を前記第１期間において前記第２期間よりも小さくする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記経路部スイッチとして、前記充電経路部に設けられた充電スイッチ（３２）を有し、
   前記充電経路部は、互いに並列に接続され、それぞれに前記充電抵抗が設けられた複数の経路部を有し、
   前記第１タイミングは、前記駆動スイッチをオンからオフに切り替えるタイミングであり、前記第２タイミングは、前記第１タイミングの次のオンオフ切替タイミングであって前記駆動スイッチをオフからオンに切り替えるタイミングであり、
   前記制御部は、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの所定期間のうち、前記第１タイミングから所定の第１期間と前記所定期間の残りの期間である第２期間とで前記充電スイッチの操作状態を異ならせて、前記充電経路部の抵抗の値を前記第１期間において前記第２期間よりも小さくする請求項１又は請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記制御部は、前記電源の電圧に基づいて、前記第１期間を補正する請求項１〜３いずれか１項に記載の電子制御装置。
5. 前記制御部は、前記電子制御装置の温度に基づいて、前記第１期間を補正する請求項１〜４いずれか１項に記載の電子制御装置。

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