JP2022148055A - 過電流保護回路、スイッチ装置、電子機器、車両 - Google Patents

過電流保護回路、スイッチ装置、電子機器、車両 Download PDF

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Abstract

【課題】適正な診断出力が可能な過電流保護回路及びこれを用いたスイッチ装置、電子機器並びに車両を提供する。【解決手段】過電流保護回路１００は、スイッチ素子に流れる出力電流Ｉｏと過電流検出値Ｉｏｃｐを比較して検出信号Ｓ１０１を生成する過電流検出部１０１と、スイッチ素子の一端に現れる出力電圧Ｖｏと閾値電圧Ｖｔｈを比較して検出信号Ｓ１０２を生成する出力起動検出部１０２と、検出信号Ｓ１０１、Ｓ１０２を組み合わせて論理演算信号Ｓ１０３を生成するロジック部１０３と、論理演算信号に基づいて診断出力を行う診断出力部１０４と、を有する。ロジック部は、検出信号Ｓ１０１が過電流検出時の論理レベルとなったときに論理演算信号を異常時の論理レベルとし、その後は検出信号Ｓ１０１が過電流未検出時の論理レベルとなっても検出信号Ｓ１０２が出力起動時の論理レベルとならない限り論理演算信号を異常時の論理レベルに保持する。【選択図】図５

Description

本明細書中に開示されている発明は、過電流保護回路、及び、これを用いたスイッチ装置、電子機器並びに車両に関する。
本願出願人は、車載ＩＰＤ［intelligent power device］などのスイッチ装置に関してこれまでに数多くの新技術を提案している（例えば特許文献１を参照）。
国際公開第２０１７／１８７７８５号
しかしながら、従来のスイッチ装置では、過電流保護回路の診断出力機能（装置外部への異常報知機能）について、更なる改善の余地があった。
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、適正な診断出力が可能な過電流保護回路、及び、これを用いたスイッチ装置、電子機器並びに車両を提供することを目的とする。
例えば、本明細書中に開示されている過電流保護回路は、スイッチ素子に流れる出力電流と所定の過電流検出値を比較して過電流検出信号を生成するように構成された過電流検出部と、前記スイッチ素子の一端に現れる出力電圧と所定の閾値電圧を比較して出力起動検出信号を生成するように構成された出力起動検出部と、前記過電流検出信号と前記出力起動検出信号を組み合わせて論理演算信号を生成するように構成されたロジック部と、前記論理演算信号に基づいて診断出力を行うように構成された診断出力部と、を有し、前記ロジック部は、前記過電流検出信号が過電流検出時の論理レベルとなったときに前記論理演算信号を異常時の論理レベルとし、その後は前記過電流検出信号が過電流未検出時の論理レベルとなっても前記出力起動検出信号が出力起動時の論理レベルとならない限り前記論理演算信号を異常時の論理レベルに保持する構成にしてもよい。
なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。
本明細書中に開示されている発明によれば、適正な診断出力が可能な過電流保護回路、及び、これを用いたスイッチ装置、電子機器並びに車両を提供することができる。
図１は、半導体集積回路装置の基本構成を示す図である。 図２は、ゲート制御部の一構成例を示す図である。 図３は、過電流保護回路の比較例を示す図である。 図４は、比較例における診断出力動作の一例を示す図である。 図５は、過電流保護回路の新規な実施形態を示す図である。 図６は、ロジック部の一構成例を示す図である。 図７は、ロジック部の演算動作を示す図（真理値表）である。 図８は、ロジック部の演算動作を示す図（タイミングチャート）である。 図９は、実施形態における診断出力動作の一例を示す図である。 図１０は、車両の一構成例を示す外観図である。
＜半導体集積回路装置（基本構成）＞
図１は、半導体集積回路装置の基本構成を示す図である。本構成例の半導体集積回路装置１は、ＥＣＵ［electronic control unit］２からの指示に応じて電源電圧ＶＢＢの印加端と負荷３との間を導通／遮断する車載用ハイサイドスイッチＬＳＩ（＝車載ＩＰＤの一種）である。
なお、半導体集積回路装置１は、装置外部との電気的な接続を確立するための手段として、外部端子Ｔ１～Ｔ４を備えている。外部端子Ｔ１は、不図示のバッテリから電源電圧ＶＢＢ（例えば１２Ｖ）の供給を受け付けるための電源端子（ＶＢＢピン）である。外部端子Ｔ２は、負荷３（バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータなど）を外部接続するための負荷接続端子ないしは出力端子（ＯＵＴピン）である。外部端子Ｔ３は、ＥＣＵ２から外部制御信号Ｓｉの外部入力を受け付けるための信号入力端子（ＩＮピン）である。外部端子Ｔ４は、ＥＣＵ２に状態報知信号Ｓｏを外部出力するための信号出力端子（ＳＥＮＳＥピン）である。なお、外部端子Ｔ４と接地端との間には、外部センス抵抗４が外付けされている。
また、半導体集積回路装置１は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０と、出力電流監視部２０と、ゲート制御部３０と、制御ロジック部４０と、信号入力部５０と、内部電源部６０と、異常保護部７０と、出力電流検出部８０と、信号出力部９０と、を集積化して成る。
ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、ドレインが外部端子Ｔ１に接続されてソースが外部端子Ｔ２に接続された高耐圧（例えば４２Ｖ耐圧）のパワートランジスタである。このように接続されたＮＭＯＳＦＥＴ１０は、電源電圧ＶＢＢの印加端から負荷３を介して接地端に至る電流経路を導通／遮断するためのスイッチ素子（ハイサイドスイッチ）として機能する。なお、ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、ゲート駆動信号Ｇ１がハイレベルであるときにオンし、ゲート駆動信号Ｇ１がローレベルであるときにオフする。
また、ＮＭＯＳＦＥＴ１０は、オン抵抗Ｒｏｎが数十ｍΩとなるように素子を設計すればよい。ただし、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン抵抗Ｒｏｎが低いほど、外部端子Ｔ２の地絡（＝接地端ないしはこれに準ずる低電位端への短絡異常）が発生したときに過電流が流れやすくなり、異常発熱を生じやすくなる。従って、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン抵抗Ｒｏｎを下げるほど、後述する過電流保護回路７１及び温度保護回路７３の重要性が高くなる。
出力電流監視部２０は、ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２２と、センス抵抗２３とを含み、ＮＭＯＳＦＥＴ１０に流れる出力電流Ｉｏに応じたセンス電圧Ｖｓ（＝センス信号に相当）を生成する。
ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２２は、いずれもＮＭＯＳＦＥＴ１０と同期駆動されるセンストランジスタであり、出力電流Ｉｏに応じたセンス電流Ｉｓ及びＩｓ２を生成する。ＮＭＯＳＦＥＴ１０とＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２２とのサイズ比は、ｍ：１（ただしｍ＞１）である。従って、センス電流Ｉｓ及びＩｓ２は、出力電流Ｉｏを１／ｍに減じた大きさとなる。ＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２２は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０と同様、ゲート駆動信号Ｇ１がハイレベルであるときにオンし、ゲート電圧Ｇ１がローレベルであるときにオフする。
センス抵抗２３（抵抗値：Ｒｓ）は、ＮＭＯＳＦＥＴ２１のソースと外部端子Ｔ２との間に接続されており、センス電流Ｉｓに応じたセンス電圧Ｖｓ（＝Ｉｓ×Ｒｓ＋Ｖｏ、ただし、Ｖｏは外部端子Ｔ２に現れる出力電圧）を生成する電流／電圧変換素子である。
ゲート制御部３０は、ゲート制御信号Ｓ１の電流能力を高めたゲート駆動信号Ｇ１を生成してＮＭＯＳＦＥＴ１０（並びにＮＭＯＳＦＥＴ２１及び２２）のゲートに出力することにより、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のオン／オフ制御を行う。なお、ゲート制御部３０は、過電流保護信号Ｓ７１に応じて出力電流Ｉｏを制限するようにＮＭＯＳＦＥＴ１０を制御する機能を備えている。
制御ロジック部４０は、内部電源電圧Ｖｒｅｇの供給を受けてゲート制御信号Ｓ１を生成する。例えば、外部制御信号Ｓｉがハイレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせるときの論理レベル）であるときには、内部電源部６０から内部電源電圧Ｖｒｅｇが供給されるので、制御ロジック部４０が動作状態となり、ゲート制御信号Ｓ１がハイレベル（＝Ｖｒｅｇ）となる。一方、外部制御信号Ｓｉがローレベル（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフさせるときの論理レベル）であるときには、内部電源部６０から内部電源電圧Ｖｒｅｇが供給されないので、制御ロジック部４０が非動作状態となり、ゲート制御信号Ｓ１がローレベル（＝ＧＮＤ）となる。また、制御ロジック部４０は、各種の異常保護信号（過電流保護信号Ｓ７１、オープン保護信号Ｓ７２、温度保護信号Ｓ７３、及び、減電圧保護信号Ｓ７４）を監視している。なお、制御ロジック部４０は、上記した異常保護信号のうち、過電流保護信号Ｓ７１、オープン保護信号Ｓ７２、及び、温度保護信号Ｓ７３の監視結果に応じて出力切替信号Ｓ２を生成する機能も備えている。
信号入力部５０は、外部端子Ｔ３から外部制御信号Ｓｉの入力を受け付けて制御ロジック部４０及び内部電源部６０に伝達するシュミットトリガである。なお、外部制御信号Ｓｉは、例えば、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンさせるときにハイレベルとなり、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオフさせるときにローレベルとなる。
内部電源部６０は、電源電圧ＶＢＢから所定の内部電源電圧Ｖｒｅｇを生成して半導体集積回路装置１の各部に供給する。なお、内部電源部６０の動作可否は、外部制御信号Ｓｉに応じて制御される。より具体的に述べると、内部電源部６０は、外部制御信号Ｓｉがハイレベルであるときに動作状態となり、外部制御信号Ｓｉがローレベルであるときに非動作状態となる。
異常保護部７０は、半導体集積回路装置１の各種異常を検出する回路ブロックであり、過電流保護回路７１と、オープン保護回路７２と、温度保護回路７３と、減電圧保護回路７４と、を含む。
過電流保護回路７１は、センス電圧Ｖｓの監視結果（＝出力電流Ｉｏの過電流異常が生じているか否か）に応じた過電流保護信号Ｓ７１を生成する。なお、過電流保護信号Ｓ７１は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
オープン保護回路７２は、出力電圧Ｖｏの監視結果（＝負荷３のオープン異常が生じているか否か）に応じたオープン保護信号Ｓ７２を生成する。なお、オープン保護信号Ｓ７２は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
温度保護回路７３は、半導体集積回路装置１（特にＮＭＯＳＦＥＴ１０周辺）の異常発熱を検出する温度検出素子（不図示）を含み、その検出結果（＝異常発熱が生じているか否か）に応じた温度保護信号Ｓ７３を生成する。なお、温度保護信号Ｓ７３は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
減電圧保護回路７４は、電源電圧ＶＢＢないしは内部電源電圧Ｖｒｅｇの監視結果（＝減電圧異常が生じているか否か）に応じた減電圧保護信号Ｓ７４を生成する。なお、減電圧保護信号Ｓ７４は、例えば、異常未検出時にローレベルとなり、異常検出時にハイレベルとなる。
出力電流検出部８０は、不図示のバイアス手段を用いて、ＮＭＯＳＦＥＴ２２のソース電圧と出力電圧Ｖｏとを一致させることにより、出力電流Ｉｏに応じたセンス電流Ｉｓ２（＝Ｉｏ／ｍ）を生成して信号出力部９０に出力する。
信号出力部９０は、出力切替信号Ｓ２に基づいてセンス電流Ｉｓ２（＝出力電流Ｉｏの検出結果に相当）と固定電圧Ｖ９０（＝異常フラグに相当、本図では明示せず）の一方を外部端子Ｔ４に選択出力する。センス電流Ｉｓ２が選択出力された場合には、状態報知信号Ｓｏとして、センス電流Ｉｓ２を外部センス抵抗４（抵抗値：Ｒ４）で電流／電圧変換した出力検出電圧Ｖ８０（＝Ｉｓ２×Ｒ４）がＥＣＵ２に伝達される。出力検出電圧Ｖ８０は、出力電流Ｉｏが大きいほど高くなり、出力電流Ｉｏが小さいほど低くなる。一方、固定電圧Ｖ９０が選択出力された場合には、状態報知信号Ｓｏとして、固定電圧Ｖ９０がＥＣＵ２に伝達される。なお、状態報知信号Ｓｏから出力電流Ｉｏの電流値を読み取る場合には、状態報知信号ＳｏをＡ／Ｄ［analog-to-digital］変換してやればよい。一方、状態報知信号Ｓｏから異常フラグを読み取る場合には、固定電圧Ｖ９０よりもやや低い閾値を用いて状態報知信号Ｓｏの論理レベルを判定してやればよい。
＜ゲート制御部＞
図２は、ゲート制御部３０の一構成例を示す図である。本図のゲート制御部３０は、ゲートドライバ３１と、オシレータ３２と、チャージポンプ３３と、クランパ３４と、ＮＭＯＳＦＥＴ３５と、抵抗３６（抵抗値：Ｒ３６）と、キャパシタ３７（容量値：Ｃ３７）と、ツェナダイオード３８と、を含む。
ゲートドライバ３１は、チャージポンプ３３の出力端（＝昇圧電圧ＶＧの印加端）と外部端子Ｔ２（＝出力電圧Ｖｏの印加端）との間に接続されており、ゲート制御信号Ｓ１の電流能力を高めたゲート駆動信号Ｇ１を生成する。なお、ゲート駆動信号Ｇ１は、ゲート制御信号Ｓ１がハイレベルであるときにハイレベル（＝ＶＧ）となり、ゲート制御信号Ｓ１がローレベルであるときにローレベル（＝Ｖｏ）となる。
オシレータ３２は、所定周波数のクロック信号ＣＬＫを生成してチャージポンプ３３に出力する。なお、オシレータ３２の動作可否は、制御ロジック部４０からのイネーブル信号ＳＡに応じて制御される。
チャージポンプ３３は、クロック信号ＣＬＫを用いてフライングキャパシタを駆動することにより、電源電圧ＶＢＢよりも高い昇圧電圧ＶＧを生成してゲートドライバ３１に供給する昇圧部の一例である。なお、チャージポンプ３３の動作可否は、制御ロジック部４０からのイネーブル信号ＳＢに応じて制御される。
クランパ３４は、外部端子Ｔ１（＝電源電圧ＶＢＢの印加端）とＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートとの間に接続されている。外部端子Ｔ２に誘導性の負荷３が接続されるアプリケーションでは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオンからオフへ切り替える際、負荷３の逆起電力により、出力電圧Ｖｏが負電圧（＜ＧＮＤ）となる。そのため、エネルギー吸収用にクランパ３４（いわゆるアクティブクランプ回路）が設けられている。
ＮＭＯＳＦＥＴ３５のドレインは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ３５のソースは、外部端子Ｔ２に接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ３５のゲートは、過電流保護信号Ｓ７１の印加端に接続されている。また、ＮＭＯＳＦＥＴ３５のドレイン・ゲート間には、抵抗３６とキャパシタ３７が直列に接続されている。
ツェナダイオード３８のカソードは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲートに接続されている。ツェナダイオード３８のアノードは、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のソースに接続されている。このように接続されたツェナダイオード３８は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０のゲート・ソース間電圧（＝ＶＧ－Ｖｏ）を所定値以下に制限するクランプ素子として機能する。
本構成例のゲート制御部３０において、過電流保護信号Ｓ７１がハイレベルに立ち上げられると、ゲート駆動信号Ｇ１が定常時のハイレベル（＝ＶＧ）から所定の時定数τ（＝Ｒ３６×Ｃ３７）で引き下げられていく。その結果、ＮＭＯＳＦＥＴ１０の導通度が徐々に低下していくので、出力電流Ｉｏに制限が掛けられる。一方、過電流保護信号Ｓ７１がローレベルに立ち下げられると、ゲート駆動信号Ｇ１が所定の時定数τで引き上げられていく。その結果、ＮＭＯＳＦＥＴ１０の導通度が徐々に上昇していくので、出力電流Ｉｏの制限が解除される。
このように、本構成例のゲート制御部３０は、過電流保護信号Ｓ７１に応じて出力電流Ｉｏを制限するようにゲート駆動信号Ｇ１を制御する機能を備えている。
＜過電流保護回路（比較例）＞
図３は、過電流保護回路の比較例（後出の新規な実施形態と対比される一般的な構成の一例）を示す図である。本比較例の過電流保護回路１００は、先出の過電流保護回路７１に相当する回路ブロックであり、過電流検出部１０１と診断出力部１０４を含む。
過電流検出部１０１は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０に流れる出力電流Ｉｏと所定の過電流検出値Ｉｏｃｐとを比較して過電流検出信号Ｓ１０１（先出の過電流保護信号Ｓ７１に相当）を生成する。過電流検出信号Ｓ１０１は、例えば、過電流検出時（Ｉｏ＞Ｉｏｃｐ）にハイレベルとなり、過電流未検出時（Ｉｏ＜Ｉｏｃｐ）にローレベルとなる。なお、本図では明示されていないが、過電流検出信号Ｓ１０１は、先出のゲート制御部３０にも入力されており、過電流検出信号Ｓ１０１に応じて出力電流Ｉｏを制限するようにゲート駆動信号Ｇ１が制御される。
診断出力部１０４は、過電流検出信号Ｓ１０１に基づいてＥＣＵ２への診断出力を行うオープンドレイン形式の信号出力段であり、先出の信号出力部９０を代替する回路ブロック、または、信号出力部９０に併設される回路ブロックとして理解され得る。なお、診断出力部１０４は、例えば、インバータ１０４ａと、ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂと、抵抗１０４ｃと、外部端子１０４ｄと、を含む。
インバータ１０４ａは、過電流検出信号Ｓ１０１の論理反転によりＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂのゲート信号Ｇｂを生成する。従って、ゲート信号Ｇｂは、過電流検出信号Ｓ１０１がハイレベルであるときにローレベルとなり、過電流検出信号Ｓ１０１がローレベルであるときにハイレベルとなる。
ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂのソースは、接地端に接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂのドレインは、外部端子１０４ｄに接続されている。ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂのゲートは、インバータＩＮＶ１０４ａの出力端（＝ゲート信号Ｇｂの印加端に相当）に接続されている。このように接続されたＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂは、ゲート信号Ｇｂがローレベルであるときにオフし、ゲート信号Ｇｂがハイレベルであるときにオンする。
抵抗１０４ｃは、外部端子１０４ｄと電源端との間に外付けされたプルアップ抵抗である。従って、外部端子１０４ｄに現れる診断出力信号ＳＴ（＝ステータスフラグに相当）は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂがオフしているときにハイレベル（＝異常時の論理レベル）となり、ＮＭＯＳＦＥＴ１０４ｂがオンしているときにローレベル（＝正常時の論理レベル）となる。このように、診断出力信号ＳＴは、基本的に過電流検出信号Ｓ１０１と同一の論理レベルを持つ２値信号となる。
外部端子１０４ｄは、過電流保護回路１００の診断出力端子（＝診断出力信号ＳＴの外部出力端子に相当）であり、例えばＥＣＵ２に接続される。
このように、半導体集積回路装置１には、外部端子Ｔ２が地絡するなどして出力電流Ｉｏが過電流状態となった場合でも、半導体集積回路装置１の破壊を防止することができるように過電流保護回路１００が内蔵されている。
なお、本比較例の過電流保護回路１００では、出力電流Ｉｏが過電流状態であるか否かをＥＣＵ２に通知するための診断出力信号ＳＴとして、実質的に過電流検出信号Ｓ１０１が直接出力されている。
図４は、本比較例における診断出力動作の一例を示す図であり、上から順に、入力信号ＩＮ（＝先出のＩＮピンに入力される外部制御信号Ｓｉに相当）、診断出力信号ＳＴ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。
例えば、外部端子Ｔ２（＝負荷３を外付けするための出力端子）がインダクタンス成分の大きいハーネスなどを介して地絡している状態で、入力信号ＩＮがハイレベル（＝オン時の論理レベル）に立ち上げられた場合には、本図で示したように、過電流制限時における出力電流Ｉｏのリンギングが大きくなる。その結果、出力電流Ｉｏが過電流検出値Ｉｏｃｐを跨いで増大と減少を繰り返す状態に陥るので、図中の一点鎖線枠αで示すように、診断出力信号ＳＴが誤ってローレベル（＝異常時の論理レベル）に切り替わるおそれがある。以下では、上記の不具合を解消することのできる新規な実施形態を提案する。
＜過電流保護回路（実施形態）＞
図５は、過電流保護回路の新規な実施形態を示す図である。本実施形態の過電流保護回路１００は、先出の比較例（図３）を基本としつつ、出力起動検出部１０２とロジック部１０３をさらに含む。
出力起動検出部１０２は、外部端子Ｔ２（＝ＮＭＯＳＦＥＴ１０のソース）に現れる出力電圧Ｖｏと所定の閾値電圧Ｖｔｈを比較して出力起動検出信号Ｓ１０２を生成する。出力起動検出信号Ｓ１０２は、例えば、出力起動時（Ｖｏ＞Ｖｔｈ）にハイレベルとなり、出力未起動時（Ｖｏ＜Ｖｔｈ）にローレベルとなる。
このように、外部端子Ｔ１が電源端子であり外部端子Ｔ２が出力端子である場合、すなわち、先出のＮＭＯＳＦＥＴ１０が電源端子と出力端子との間に接続されたハイサイドスイッチである場合、出力起動検出部１０２は、外部端子Ｔ２（＝出力端子）に現れる出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈよりも高いときに出力起動検出信号Ｓ１０２をハイレベル（＝出力起動時の論理レベル）とし、出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いときに出力起動検出信号Ｓ１０２をローレベル（＝出力未起動時の論理レベル）とすればよい。
この場合、出力起動検出部１０２は、外部端子Ｔ２（＝出力端子）が地絡しているか否かを検出するための地絡検出部として理解され得る。なお、外部端子Ｔ２が地絡していなければ、Ｖｏ＞Ｖｔｈとなるので出力起動検出信号Ｓ１０２がハイレベルとなる。一方、外部端子Ｔ２が地絡していれば、Ｖｏ＜Ｖｔｈとなるので出力起動検出信号Ｓ１０２がローレベルとなる。
また、改めて図示はしないが、本実施形態の過電流保護回路１００は、ハイサイドスイッチＩＣだけでなくローサイドスイッチＩＣにも適用することができる。例えば、外部端子Ｔ１が出力端子であり外部端子Ｔ２が接地端子であると仮定した場合、すなわち、先出のＮＭＯＳＦＥＴ１０が出力端子と接地端子との間に接続されたローサイドスイッチであると仮定した場合、出力起動検出部１０２は、外部端子Ｔ１（＝出力端子）に現れる出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈよりも低いときに出力起動検出信号Ｓ１０２をハイレベル（＝出力起動時の論理レベル）とし、出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈよりも高いときに出力起動検出信号Ｓ１０２をローレベル（＝出力未起動時の論理レベル）とすればよい。
この場合、出力起動検出部１０２は、外部端子Ｔ１（＝出力端子）が天絡しているか否かを検出するための天絡検出部として理解され得る。天絡とは、電源端ないしはこれに準ずる高電位端への短絡異常を指す。なお、外部端子Ｔ１が天絡していなければ、Ｖｏ＜Ｖｔｈとなるので出力起動検出信号Ｓ１０２がハイレベルとなる。一方、外部端子Ｔ１が天絡していれば、Ｖｏ＞Ｖｔｈとなるので出力起動検出信号Ｓ１０２がローレベルとなる。
ロジック部１０３は、過電流検出信号Ｓ１０１と出力起動検出信号Ｓ１０２を組み合わせて論理演算信号Ｓ１０３を生成する。例えば、ロジック部１０３は、過電流検出信号Ｓ１０１がハイレベル（＝過電流検出時の論理レベル）となったときに論理演算信号Ｓ１０３をハイレベル（＝異常時の論理レベル）とし、その後は過電流検出信号Ｓ１０１がローレベル（＝過電流未検出時の論理レベル）となっても出力起動検出信号Ｓ１０２がハイレベル（＝出力起動時の論理レベル）とならない限り、論理演算信号Ｓ１０３をハイレベル（＝異常時の論理レベル）に保持する。
また、ロジック部１０３は、ＮＭＯＳＦＥＴ１０をオン／オフするための入力信号ＩＮをさらに受け付けており、入力信号ＩＮがローレベル（＝オフ時の論理レベル）であるときには、過電流検出信号Ｓ１０１及び出力起動検出信号Ｓ１０２に依ることなく、論理演算信号Ｓ１０３をローレベル（＝正常時の論理レベル）とする。
上記したロジック部１０３の論理演算動作については、後ほど詳細に説明する。
診断出力部１０４は、過電流検出信号Ｓ１０１に代えてロジック部１０３から論理演算信号Ｓ１０３の入力を受け付けており、論理演算信号Ｓ１０３に基づいてＥＣＵ２への診断出力を行う。なお、診断出力部１０４の回路構成は、先出の比較例（図３）と同一であり、診断出力信号ＳＴは、基本的に論理演算信号Ｓ１０３と同一の論理レベルを持つ２値信号となる。
図６は、ロジック部１０３の一構成例を示す図である。本図で示すように、本構成例のロジック部１０３は、インバータＩＮＶ１と、論理積ゲートＡＮＤ１及びＡＮＤ２と、論理和ゲートＯＲ１と、を含む。
インバータＩＮＶ１は、出力起動検出信号Ｓ１０２の論理反転により内部信号Ｓｘを生成する。内部信号Ｓｘは、出力起動検出信号Ｓ１０２がハイレベルであるときにローレベルとなり、出力起動検出信号Ｓ１０２がローレベルであるときにハイレベルとなる。
論理積ゲートＡＮＤ１は、内部信号Ｓｘと論理演算信号Ｓ１０３との論理積演算により内部信号Ｓｙを生成する。内部信号Ｓｙは、内部信号Ｓｘと論理演算信号Ｓ１０３の少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなり、内部信号Ｓｘと論理演算信号Ｓ１０３の双方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。
論理和ゲートＯＲ１は、過電流検出信号Ｓ１０２と内部信号Ｓｙとの論理和演算により内部信号Ｓｚを生成する。内部信号Ｓｚは、過電流検出信号Ｓ１０２と内部信号Ｓｙの少なくとも一方がハイレベルであるときにハイレベルとなり、過電流検出信号Ｓ１０２と内部信号Ｓｙの双方がローレベルであるときにローレベルとなる。
論理積ゲートＡＮＤ２は、入力信号ＩＮと内部信号Ｓｚとの論理積演算により論理演算信号Ｓ１０３を生成する。論理演算信号Ｓ１０３は、入力信号ＩＮと内部信号Ｓｚの少なくとも一方がローレベルであるときにローレベルとなり、入力信号ＩＮと内部信号Ｓｚの双方がハイレベルであるときにハイレベルとなる。
図７は、ロジック部１０３の演算動作を示す図（真理値表）であり、左列から右列に向けて、入力信号ＩＮ、過電流検出信号Ｓ１０１、出力起動検出信号Ｓ１０２、及び、論理演算信号Ｓ１０３それぞれの論理レベルが描写されている。
１行目で示すように、入力信号ＩＮがローレベルであるときには、過電流検出信号Ｓ１０１及び出力起動検出信号Ｓ１０２に依ることなく、論理演算信号Ｓ１０３がローレベルとされる。
２行目で示すように、入力信号ＩＮがハイレベルであって、過電流検出信号Ｓ１０１及び出力起動検出信号Ｓ１０２がいずれもローレベルであるときには、論理演算信号Ｓ１０３が直前の論理レベルに保持される。
３行目で示すように、入力信号ＩＮがハイレベルであって、過電流検出信号Ｓ１０１がローレベルであり、かつ、出力起動検出信号Ｓ１０２がハイレベルであるときには、論理演算信号Ｓ１０３がローレベルとされる。
４行目で示すように、入力信号ＩＮ及び過電流検出信号Ｓ１０１がいずれもハイレベルであるときには、出力起動検出信号Ｓ１０２に依ることなく、論理演算信号Ｓ１０３がハイレベルとされる。
図８は、ロジック部１０３の演算動作を示す図（タイミングチャート）であり、上から順に、入力信号ＩＮ、過電流検出信号Ｓ１０１、出力起動検出信号Ｓ１０２、論理演算信号Ｓ１０３、及び、診断出力信号ＳＴ（実施形態／比較例）が描写されている。
例えば、外部端子Ｔ２（＝出力端子）が地絡している状態では、本図の一点鎖線枠βで示したように、入力信号ＩＮがハイレベルに立ち上がっても、出力電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｔｈを上回らないので、出力起動検出信号Ｓ１０２がローレベルのままとなる。このような状態で出力電流Ｉｏが過大となり、過電流検出信号Ｓ１０１がハイレベルに立ち上がると、論理演算信号Ｓ１０３がハイレベルに切り替わるので、診断出力信号ＳＴもハイレベルに切り替わる（図７の４行目に相当）。
その後、過電流制限時における出力電流Ｉｏのリンギングにより過電流検出信号Ｓ１０１が誤ってローレベル（＝過電流未検出時の論理レベル）に切り替わった場合を考える。この場合、先出の比較例では、本図の最下段で示したように、診断出力信号ＳＴも過電流検出信号Ｓ１０１に同期してローレベルに立ち下がってしまう。
一方、本実施形態では、論理演算信号Ｓ１０３が一旦ハイレベルに立ち上がると、その後に過電流検出信号Ｓ１０１がローレベルとなっても、出力起動検出信号Ｓ１０２がローレベル（＝出力未起動時の論理レベル、すなわち地絡検出時の論理レベル）である限り、論理演算信号Ｓ１０３がハイレベルに保持される（図７の２行目に相当）。従って、診断出力信号ＳＴの誤反応を防止することが可能となる。
図９は、本実施形態における診断出力動作の一例を示す図であり、先出の図４と同様、上から順に、入力信号ＩＮ（＝先出のＩＮピンに入力される外部制御信号Ｓｉに相当）、診断出力信号ＳＴ、及び、出力電流Ｉｏが描写されている。なお、診断出力信号ＳＴの破線は、先出の比較例（図４）における挙動を対比のために示したものである。
診断出力信号ＳＴの実線（本実施形態）と破線（比較例）とを対比すれば明らかなように、本実施形態を採用すれば、過電流制限時における出力電流Ｉｏのリンギングにより、出力電流Ｉｏが過電流検出値Ｉｏｃｐを跨いで増大と減少を繰り返す状態に陥ったとしても、図中の一点鎖線枠αで示すように、診断出力信号ＳＴをハイレベル（＝異常時の論理レベル）に保持して誤反応を防止することが可能となる。
＜車両への適用＞
図１０は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｘは、バッテリ（本図では不図示）と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器Ｘ１１～Ｘ１８とを搭載している。
車両Ｘには、エンジン車のほか、電動車（ＢＥＶ［battery electric vehicle］、ＨＥＶ［hybrid electric vehicle」、ＰＨＥＶ／ＰＨＶ（plug-in hybrid electric vehicle／plug-in hybrid vehicle］、又は、ＦＣＥＶ／ＦＣＶ（fuel cell electric vehicle／fuel cell vehicle］などのｘＥＶ）も含まれる。
なお、本図における電子機器Ｘ１１～Ｘ１８の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
電子機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）、または、モータに関する制御（トルク制御、及び、電力回生制御など）を行う電子制御ユニットである。
電子機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］及びＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。
電子機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。
電子機器Ｘ１４は、車両Ｘの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。
電子機器Ｘ１５は、ドアロック及び防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。
電子機器Ｘ１６は、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー（ショックアブソーバー）、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品またはメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｘに組み込まれている電子機器である。
電子機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザオプション品として任意で車両Ｘに装着される電子機器である。
電子機器Ｘ１８は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。
なお、先に説明した半導体集積回路装置１、ＥＣＵ２、及び、負荷３は、電子機器Ｘ１１～Ｘ１８のいずれにも組み込むことが可能である。
＜総括＞
以下では、上記で説明した種々の実施形態について総括的に述べる。
例えば、本明細書中に開示されている過電流保護回路は、スイッチ素子に流れる出力電流と所定の過電流検出値を比較して過電流検出信号を生成するように構成された過電流検出部と、前記スイッチ素子の一端に現れる出力電圧と所定の閾値電圧を比較して出力起動検出信号を生成するように構成された出力起動検出部と、前記過電流検出信号と前記出力起動検出信号を組み合わせて論理演算信号を生成するように構成されたロジック部と、前記論理演算信号に基づいて診断出力を行うように構成された診断出力部と、を有し、前記ロジック部は、前記過電流検出信号が過電流検出時の論理レベルとなったときに前記論理演算信号を異常時の論理レベルとし、その後は前記過電流検出信号が過電流未検出時の論理レベルとなっても前記出力起動検出信号が出力起動時の論理レベルとならない限り前記論理演算信号を異常時の論理レベルに保持する構成（第１の構成）にしてもよい。
なお、上記第１の構成の過電流保護回路において、前記ロジック部は、前記スイッチ素子をオン／オフするための入力信号をさらに受け付けており、前記入力信号がオフ時の論理レベルであるときには、前記過電流検出信号及び前記出力起動検出信号に依ることなく前記論理演算信号を正常時の論理レベルとする構成（第２の構成）にしてもよい。
また、上記第２の構成の過電流保護回路において、前記過電流検出信号は、過電流検出時にハイレベルとなり過電流未検出時にローレベルとなり、前記出力起動検出信号は、出力起動時にハイレベルとなり出力未起動時にローレベルとなり、前記入力信号は、オン時にハイレベルとなりオフ時にローレベルとなる構成（第３の構成）にしてもよい。
また、上記第３の構成の過電流保護回路において、前記ロジック部は、前記出力起動検出信号の論理反転により第１内部信号を生成するように構成されたインバータと、前記第１内部信号と前記論理演算信号との論理積演算により第２内部信号を生成するように構成された第１論理積ゲートと、前記過電流検出信号と前記第２内部信号との論理和演算により第３内部信号を生成するように構成された論理和ゲートと、前記入力信号と前記第３内部信号との論理積演算により前記論理演算信号を生成するように構成された第２論理積ゲートと、を含む構成（第４の構成）にしてもよい。
また、上記第１～第４いずれかの構成の過電流保護回路において、前記診断出力部は、オープンドレイン形式である構成（第５の構成）にしてもよい。
また、例えば、本明細書中に開示されているスイッチ装置は、スイッチ素子と、前記スイッチ素子に流れる出力電流を監視対象とする上記第１～第５いずれかの構成の過電流保護回路と、を有する構成（第６の構成）にしてもよい。
また、上記第６の構成のスイッチ装置において、前記スイッチ素子は、電源端子と出力端子との間に接続されており、前記出力起動検出部は、前記出力端子に現れる前記出力電圧が前記閾値電圧よりも高いときに前記出力起動検出信号を出力起動時の論理レベルとする構成（第７の構成）にしてもよい。
また、上記第６の構成のスイッチ装置において、前記スイッチ素子は、出力端子と接地端子との間に接続されており、前記出力起動検出部は、前記出力端子に現れる前記出力電圧が前記閾値電圧よりも低いときに前記出力起動検出信号を出力起動時の論理レベルとする構成（第８の構成）にしてもよい。
また、例えば、本明細書中に開示されている電子機器は、上記第６～第８いずれかの構成のスイッチ装置と、前記スイッチ装置に接続される負荷とを有する構成（第９の構成）にしてもよい。
また、例えば、本明細書中に開示されている車両は、上記第９の構成の電子機器を有する構成（第１０の構成）にしてもよい。
＜その他の変形例＞
上記の実施形態では、車載用のハイサイドスイッチＬＳＩ及びローサイドスイッチＬＳＩを例示したが、本明細書中に開示されている過電流保護回路の適用対象は、何らこれに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用ＩＰＤ（車載用の電源ＬＳＩなど）はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置（例えば汎用的な電源制御回路）にも広く適用することができる。
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
１ 半導体集積回路装置（スイッチ装置）
２ ＥＣＵ
３ 負荷
４ 外部センス抵抗
１０ ＮＭＯＳＦＥＴ（スイッチ素子）
２０ 出力電流監視部
２１、２２ ＮＭＯＳＦＥＴ
２３ センス抵抗
３０ ゲート制御部
３１ ゲートドライバ
３２ オシレータ
３３ チャージポンプ（昇圧部）
３４ クランパ
３５ ＮＭＯＳＦＥＴ
３６ 抵抗
３７ キャパシタ
３８ ツェナダイオード（クランプ素子）
４０ 制御ロジック部
５０ 信号入力部
６０ 内部電源部
７０ 異常保護部
７１ 過電流保護回路
７２ オープン保護回路
７３ 温度保護回路
７４ 減電圧保護回路
８０ 出力電流検出部
９０ 信号出力部
１００ 過電流保護回路
１０１ 過電流検出部
１０２ 出力起動検出部
１０３ ロジック部
１０４ 診断出力部
１０４ａ インバータ
１０４ｂ ＮＭＯＳＦＥＴ
１０４ｃ 抵抗
１０４ｄ 外部端子
ＡＮＤ１、ＡＮＤ２ 論理積ゲート
ＩＮＶ１ インバータ
ＯＲ１ 論理和ゲート
Ｔ１～Ｔ４ 外部端子
Ｘ 車両
Ｘ１１～Ｘ１８ 電子機器

Claims (10)

  1. スイッチ素子に流れる出力電流と所定の過電流検出値とを比較して過電流検出信号を生成するように構成された過電流検出部と、
    前記スイッチ素子の一端に現れる出力電圧と所定の閾値電圧とを比較して出力起動検出信号を生成するように構成された出力起動検出部と、
    前記過電流検出信号と前記出力起動検出信号を組み合わせて論理演算信号を生成するように構成されたロジック部と、
    前記論理演算信号に基づいて診断出力を行うように構成された診断出力部と、
    を有し、
    前記ロジック部は、前記過電流検出信号が過電流検出時の論理レベルとなったときに前記論理演算信号を異常時の論理レベルとし、その後は前記過電流検出信号が過電流未検出時の論理レベルとなっても前記出力起動検出信号が出力起動時の論理レベルとならない限り前記論理演算信号を異常時の論理レベルに保持する、過電流保護回路。
  2. 前記ロジック部は、前記スイッチ素子をオン／オフするための入力信号をさらに受け付けており、前記入力信号がオフ時の論理レベルであるときには、前記過電流検出信号及び前記出力起動検出信号に依ることなく前記論理演算信号を正常時の論理レベルとする、請求項１に記載の過電流保護回路。
  3. 前記過電流検出信号は、過電流検出時にハイレベルとなり過電流未検出時にローレベルとなり、前記出力起動検出信号は、出力起動時にハイレベルとなり出力未起動時にローレベルとなり、前記入力信号は、オン時にハイレベルとなりオフ時にローレベルとなる、請求項２に記載の過電流保護回路。
  4. 前記ロジック部は、
    前記出力起動検出信号の論理反転により第１内部信号を生成するように構成されたインバータと、
    前記第１内部信号と前記論理演算信号との論理積演算により第２内部信号を生成するように構成された第１論理積ゲートと、
    前記過電流検出信号と前記第２内部信号との論理和演算により第３内部信号を生成するように構成された論理和ゲートと、
    前記入力信号と前記第３内部信号との論理積演算により前記論理演算信号を生成するように構成された第２論理積ゲートと、
    を含む、請求項３に記載の過電流保護回路。
  5. 前記診断出力部は、オープンドレイン形式である、請求項１～４のいずれか一項に記載の過電流保護回路。
  6. スイッチ素子と、
    前記スイッチ素子に流れる出力電流を監視対象とする請求項１～５のいずれか一項に記載の過電流保護回路と、
    を有する、スイッチ装置。
  7. 前記スイッチ素子は、電源端子と出力端子との間に接続されており、前記出力起動検出部は、前記出力端子に現れる前記出力電圧が前記閾値電圧よりも高いときに前記出力起動検出信号を出力起動時の論理レベルとする、請求項６に記載のスイッチ装置。
  8. 前記スイッチ素子は、出力端子と接地端子との間に接続されており、前記出力起動検出部は、前記出力端子に現れる前記出力電圧が前記閾値電圧よりも低いときに前記出力起動検出信号を出力起動時の論理レベルとする、請求項６に記載のスイッチ装置。
  9. 請求項６～８のいずれか一項に記載のスイッチ装置と、
    前記スイッチ装置に接続される負荷と、
    を有する、電子機器。
  10. 請求項９に記載の電子機器を有する、車両。
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