JP3178088B2 - パワーmosトランジスタの過熱保護装置 - Google Patents

パワーmosトランジスタの過熱保護装置

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JP3178088B2
JP3178088B2 JP16311892A JP16311892A JP3178088B2 JP 3178088 B2 JP3178088 B2 JP 3178088B2 JP 16311892 A JP16311892 A JP 16311892A JP 16311892 A JP16311892 A JP 16311892A JP 3178088 B2 JP3178088 B2 JP 3178088B2
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mos transistor
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光二 大西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はパワーMOSトランジ
スタの過熱保護装置に係り、詳しくは、パワーMOSト
ランジスタの温度が上限温度を上回ると、強制的にパワ
ーMOSトランジスタをオフさせる過熱保護装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、インテリジェントパワーMOSト
ランジスタICが知られており、同ICは1チップ内に
パワーMOSトランジスタに加えて同トランジスタの過
熱保護回路が形成されているものである。この過熱保護
回路は、トランジスタ・オン時に負荷でのショートが起
こるとトランジスタの接合温度が上昇し、その温度が所
定値を越えるとトランジスタを強制的にオフし、その
後、トランジスタ温度が復帰温度以下になるとトランジ
スタをオン状態に復帰するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、負荷のショ
ートが継続すると自己発熱によるトランジスタ自体の劣
化を招いたりトランジスタの周囲温度の上昇により周囲
素子に悪影響を及ぼしてしまう。
【0004】そこで、この発明の目的は、より確実にパ
ワーMOSトランジスタの過熱から素子を保護すること
ができるパワーMOSトランジスタの過熱保護装置を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、負荷と直列
に接続されるパワーMOSトランジスタとともに同一チ
ップ内に設けられるものであって、前記パワーMOSト
ランジスタがオン時において、前記パワーMOSトラン
ジスタの温度が上限温度を上回ると、強制的に前記パワ
ーMOSトランジスタをオフさせるとともに、パワーM
OSトランジスタの温度が復帰温度を下回ると前記パワ
ーMOSトランジスタをオン状態に復帰させる第1の制
御回路と、所定時間内において前記第1の制御回路によ
るパワーMOSトランジスタの強制オフ動作の回数を計
数して、オフ動作回数が所定値になると、その後にパワ
ーMOSトランジスタを強制的にオフ状態にする第2の
制御回路とを備えたパワーMOSトランジスタの過熱保
護装置をその要旨とする。
【0006】又、第2の制御回路には、パワーMOSト
ランジスタのオンからオフへの指令により強制オフ状態
を解除するようにしてもよい。
【0007】
【作用】第1の制御回路は、パワーMOSトランジスタ
がオン時において、パワーMOSトランジスタの温度が
上限温度を上回ると、強制的にパワーMOSトランジス
タをオフさせるとともに、パワーMOSトランジスタの
温度が復帰温度を下回るとパワーMOSトランジスタを
オン状態に復帰させる。第2の制御回路は、所定時間内
において第1の制御回路によるパワーMOSトランジス
タの強制オフ動作の回数を計数して、オフ動作回数が所
定値になると、その後にパワーMOSトランジスタを強
制的にオフ状態にする。
【0008】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図2にはエンジン制御用電子制御ユ
ニット(エンジン制御用ECU)1を示す。
【0009】エンジン制御用ECU1は、制御用CPU
2と多数のインテリジェントパワーMOSトランジスタ
IC3とからなる。制御用CPU2は、図示しないセン
サによりエンジン運転状態(エンジン回転数等)を検知
するとともに、そのエンジン運転状態に応じたエンジン
制御要因の制御量(燃料噴射量等)を演算する。
【0010】制御用CPU2には各インテリジェントパ
ワーMOSトランジスタIC3が接続され、制御用CP
U2から各インテリジェントパワーMOSトランジスタ
IC3にオン・オフ制御信号が出力される。インテリジ
ェントパワーMOSトランジスタIC3の詳細を図1に
示す。
【0011】図1において、1チップ内にパワーMOS
トランジスタ4に加えて同トランジスタの過熱保護装置
が形成されている。パワーMOSトランジスタ4のドレ
イン端子にはインジェクタやEGR用電磁弁やランプ等
の負荷8を介して電源が接続され、パワーMOSトラン
ジスタ4のソース端子はアースされている。又、過熱保
護装置は、過熱検出回路5と、カウント回路6と、理論
回路(アンドゲート)7とからなっている。この過熱検
出回路5はパワーMOSトランジスタ4の接合温度Tj
を検出する。そして、図3に示すように、トランジスタ
接合温度Tj が上限温度Tjhi を上回るとLレベルの信
号を出力するとともに、トランジスタ接合温度Tj が復
帰温度Tjlowを下回るとHレベルの信号を出力する。
【0012】カウント回路6は過熱検出回路5からの信
号を入力してトランジスタ接合温度Tj が上限温度Tjh
i を上回りLレベルの信号となるたびにカウント値Nを
「1」インクリメントする。理論回路(アンドゲート)
7には制御用CPU2からの信号とカウント回路6から
の信号と過熱検出回路5からの信号が入力され、これら
の信号が全てHレベルとなるとHレベル信号(オン信
号)を出力する。さらに、理論回路(アンドゲート)7
の出力端子にはパワーMOSトランジスタ4のゲート端
子が接続されている。
【0013】又、カウント回路6にはカウント値Nのリ
セット端子が設けられ、このリセット端子には制御用C
PU2からの信号が入力される。このように構成したパ
ワーMOSトランジスタの過熱保護装置の作用を、図3
のタイミングチャートを用いて説明する。以下の説明に
おいて、負荷としてはインジェクタ(燃料噴射弁)を用
いた場合を示し、インジェクタには最低オン時間が決め
られており、その最低オン時間以上のオン指令(開弁指
令)が制御用CPU2から出力される。
【0014】インテリジェントパワーMOSトランジス
タIC3は制御用CPU2からのオン・オフ信号(H,
Lレベル信号)によりパワーMOSトランジスタ4をオ
ン・オフして負荷(インジェクタ)8を通電・非通電状
態にする。つまり、インテリジェントパワーMOSトラ
ンジスタIC3において、理論回路(アンドゲート)7
はカウント回路6からのHレベル信号と過熱検出回路5
からのHレベル信号とを入力しており、制御用CPU2
からのH又はLレベル信号によりパワーMOSトランジ
スタ4がオン・オフする。このような負荷(インジェク
タ)8の通電により所定量の燃料噴射が行われる。
【0015】この際、何らかの異常により、負荷(イン
ジェクタ)8の両端が短絡した場合(図1で破線で示
す)について以下説明する。図3において、t1 のタイ
ミングにおいて負荷8の両端が短絡し、その後制御用C
PU2からインテリジェントパワーMOSトランジスタ
IC3にオン信号(Hレベル信号)が入力されると(図
3でのt2 のタイミング)、パワーMOSトランジスタ
4がオンし、同トランジスタ4に過電流が流れる。その
ため、トランジスタ接合温度Tj が上昇し、上限温度T
jhi に達する(図3でのt3 のタイミング)。すると、
過熱検出回路5の出力がLレベルとなりパワーMOSト
ランジスタ4がオフする。この時、過熱検出回路5の出
力波形の立ち下がりエッジによりカウント回路6はカウ
ント値Nを「0」から「1」にカウントアップ動作す
る。
【0016】その後、パワーMOSトランジスタ4のト
ランジスタ接合温度Tj が復帰温度Tjlowまで低下する
と(図3でのt4 のタイミング)、過熱検出回路5の出
力が再度Hレベルとなる。その結果、パワーMOSトラ
ンジスタ4がオン状態に復帰する。
【0017】このような動作を繰り返すことにより、カ
ウント回路6のカウント値Nが「1」づつカウントアッ
プしていく。又、カウント回路6には負荷(インジェク
タ)8の最低オン時間Tが記憶されており、カウント回
路6は制御用CPU2からのオン信号(Hレベル信号)
の入力により(図3でのt2 のタイミング)その出力を
Hレベルにすると同時に計時動作を開始する。そして、
カウント回路6は最低オン時間Tの間に、カウント値N
が所定値N0 になると(図3でのt5 のタイミング)、
出力をLレベルとし、その状態を保持する。その結果、
パワーMOSトランジスタ4が常時オフとなる。
【0018】次に、インテリジェントパワーMOSトラ
ンジスタIC3の入力信号がHレベルからLレベル(オ
ン→オフ)になると(図3でのt6 のタイミング)、こ
の立ち下がりエッジによりカウント回路6のカウント値
Nがクリア(=0)される。
【0019】再度、インテリジェントパワーMOSトラ
ンジスタIC3の入力信号がLレベルからHレベル(オ
フ→オン)になると(図3でのt7 のタイミング)、同
様に過熱検出回路5のカウント値Nが所定値N0 になる
までパワーMOSトランジスタ4がオン・オフ動作し、
所定回数以降はカウント回路6の出力が常時Lレベルと
なる(図3でのt8 のタイミング)。よって、パワーM
OSトランジスタ4も常時オフとなり入力信号がHレベ
ル(オン)かつ負荷8の両端が短絡している限りこの状
態を保持する。
【0020】そして、図3のt9 のタイミングにて負荷
8の両端短絡が解除されると、インテリジェントパワー
MOSトランジスタIC3の入力信号のH,Lレベル
(オン・オフ)に同期してパワーMOSトランジスタ4
がオン・オフする。
【0021】このように本実施例では 過熱検出回路5
及び理論回路7(第1の制御回路)は、パワーMOSト
ランジスタ4がオン時においてパワーMOSトランジス
タ4の接合温度Tj が上限温度Tjhi を上回ると、強制
的にパワーMOSトランジスタ4をオフさせるととも
に、パワーMOSトランジスタ4の接合温度Tj が復帰
温度Tjlowを下回るとパワーMOSトランジスタ4をオ
ン状態に復帰させる。又、カウント回路6及び理論回路
7(第2の制御回路)は、インジェクタの最低オン時間
T内においてパワーMOSトランジスタ4の強制オフ動
作の回数Nを計数して、オフ動作回数が所定値N0 にな
ると、その後にパワーMOSトランジスタ4を強制的に
オフ状態にする。よって、負荷8のショートが継続して
も自己発熱によるトランジスタ自体の劣化を招いたりト
ランジスタの周囲温度の上昇により周囲素子に悪影響を
及ぼしてしまうことが未然に防止でき、より確実にパワ
ーMOSトランジスタ4の過熱から素子を保護すること
ができることとなる。
【0022】尚、以上述べた機能は制御用CPU2側で
出力異常をモニタし、CPU2側で出力異常時の処理を
すれば不要の機能であるが、CPU2側のプログラムワ
ード数が不足している場合やCPU2側の入出力ポート
が不足している場合、有効である。
【0023】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、前記実施例ではインジェクタの最
低オン時間Tの間にパワーMOSトランジスタ4の強制
オフ動作の回数Nを計数したが、設定時間Tの設定方法
として次のようにしてもよい。つまり、所定の過熱検出
回数N0 と設定時間Tの関係は、パワーMOSトランジ
スタ4の周囲温度Taを使用温度の下限に設定し、イン
テリジェントパワーMOSトランジスタIC3の出力端
子を電源と短絡させると、過熱検出回路5の出力がほぼ
一定の周波数f0 で発振する(H,Lレベルを繰り返
す)。そして、この周波数f0 が安定化するカウント数
に余裕回数を加算した値を過熱検出回数N0 とし、この
時の周波数f0 より、 N0 ・(1/f0 )<T となるように設定時間Tを設定すればよい。
【0024】さらに、このようにして設定時間Tを決定
した場合には、図4に示すように、過熱検出回路5の出
力信号をタイマカウンタ回路9に取り込んで、過熱検出
回路5の出力信号がHレベルからLレベルになった際の
立ち下がりエッジをトリガーとして、タイマカウンタ回
路9が計時動作を開始してこれにより設定時間Tを測る
ようにすればよい。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
より確実にパワーMOSトランジスタの過熱から素子を
保護することができる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のパワーMOSトランジスタの過熱保護
装置を示す図である。
【図2】エンジン制御用電子制御ユニットを示す図であ
る。
【図3】タイミングチャートを示す図である。
【図4】別例のパワーMOSトランジスタの過熱保護装
置を示す図である。
【符号の説明】
4 パワーMOSトランジスタ 5 第1の制御回路を構成する過熱検出回路 6 第2の制御回路を構成するカウント回路 7 第1及び第2の制御回路を構成する理論回路 8 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 27/04 H03F 1/52

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷と直列に接続されるパワーMOSト
    ランジスタとともに同一チップ内に設けられるものであ
    って、 前記パワーMOSトランジスタがオン時において、前記
    パワーMOSトランジスタの温度が上限温度を上回る
    と、強制的に前記パワーMOSトランジスタをオフさせ
    るとともに、パワーMOSトランジスタの温度が復帰温
    度を下回ると前記パワーMOSトランジスタをオン状態
    に復帰させる第1の制御回路と、 所定時間内において前記第1の制御回路によるパワーM
    OSトランジスタの強制オフ動作の回数を計数して、オ
    フ動作回数が所定値になると、その後にパワーMOSト
    ランジスタを強制的にオフ状態にする第2の制御回路と
    を備えたことを特徴とするパワーMOSトランジスタの
    過熱保護装置。
  2. 【請求項2】 第2の制御回路は、パワーMOSトラン
    ジスタのオンからオフへの指令により強制オフ状態を解
    除するものである請求項1に記載のパワーMOSトラン
    ジスタの過熱保護装置。
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