JP3401744B2 - 過電流保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、負荷を駆動するために負荷駆動回路が生成す
る負荷電流の状態を検出する過電流保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、過電流保護機能を有する従来の
インテリジェントパワーモジュールを説明するための回
路図である。

【０００３】従来この種の過電流保護機能を有する従来
のインテリジェントパワーモジュールとしては、例え
ば、特願平８−１４９６２３号公報（発明の名称：イン
テリジェントパワースイッチ及びスイッチング装置、出
願日：１９９６年６月１１日、出願人：矢崎総業株式会
社）に開示されたようなものがある（図５参照）。

【０００４】すなわち、図５に示すインテリジェントパ
ワースイッチＡは、負荷７に電流を供給する制御を行う
手段であって、短時間でもその電流が流れた場合には半
導体スイッチ１が破損するおそれのある大電流に対応し
た第１の閾値Ｔｈ0をコンパレータ４に持たせ、第１の
閾値Ｔｈ0よりも低い第２の閾値Ｔｈ1をデータ格納手段
２に格納し、電流検出手段５が検出する検出電流値が第
１の閾値Ｔｈ0以上になったとき、または制御手段３に
よって第２の閾値Ｔｈ1以上の電流が一定時間ｔ0以上継
続して流れたと判断された場合に半導体スイッチ１をＯ
ＦＦ制御する過電流保護機能を有していた。

【０００５】このような過電流保護機能を設けることに
依り、突入電流によって不必要に半導体スイッチ１をＯ
ＦＦ制御することなく、かつ半導体スイッチ１を十分に
保護することができるようになるといった効果が記載さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のインテリジェントパワースイッチＡでは、電
流検出手段５は電流値零から第１の閾値Ｔｈ0までの電
流範囲で電流の検出を行っていたため、検出電流値の高
精度化を図ることが難しいという技術的課題があった。

【０００７】この結果、電流検出手段５が検出する検出
電流値が第１の閾値Ｔｈ0以上になったか否かのコンパ
レータ４による閾値判定精度、または第２の閾値Ｔｈ1
以上の電流が一定時間ｔ0以上継続して流れたか否かの
継続時間判定精度の高精度化を図ることが難しいという
技術的課題があった。

【０００８】則ち、半導体スイッチ１を高い閾値判定精
度または高い継続時間判定精度を以て精度良くＯＦＦ制
御すること（則ち、過電流保護機能の高精度化を図るこ
と）が難しく、その結果、突入電流によって不必要に半
導体スイッチ１をＯＦＦ制御することなく、かつ半導体
スイッチ１を十分に保護することを高精度で実現するこ
とが難しいという技術的課題があった。

【０００９】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題としており、特に、負荷を駆動するため
に負荷駆動回路が生成する負荷電流の状態を検出する過
電流保護装置において、負荷駆動回路が生成する負荷電
流を検出して負荷電流情報を出力する過電流検出部と過
電流検出部が生成する負荷電流情報を所定のダイナミッ
クレンジ以内で電流電圧変換して負荷電流電圧変換情報
を出力する電流電圧変換部を有する過電流変換手段と、
負荷駆動回路が負荷電流を継続的に生成可能な時間と負
荷電流との関係である電流時間積情報を保持すると共
に、電流時間積情報に基づいて負荷電流を負荷継続時間
だけ継続する制御を負荷駆動回路に対して実行する電流
・時間積制御を実行する制御手段と、負荷駆動回路が定
常的に出力可能な定常許容電流範囲内に負荷電流が存在
するか否かを判定し、定常許容電流範囲以外に負荷電流
が検知された際に定常許容電流範囲以外の負荷電流の供
給状態を過電流状態を判断して過電流状態の発生を知ら
せるワーニング信号を出力する第１種過電流保護手段
と、負荷駆動回路が瞬時的に出力可能な瞬時許容電流範
囲内に負荷電流が存在するか否かを判定し、瞬時許容電
流範囲以外に負荷電流が検知された際に瞬時許容電流範
囲以外の負荷電流の供給状態を過電流状態を判断して過
電流状態発生を報知すると共に、瞬時許容電流範囲外の
負荷電流の供給の遮断を促すための負荷電流遮断信号を
出力する第２種過電流保護手段とを有する過電流保護装
置に依り、負荷駆動回路が生成する負荷電流を高精度で
検出して負荷電流情報を生成でき、この電流時間積情報
に基づいて高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回路に
対して実行でき、ワーニング信号発生時の負荷電流に対
する高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回路に実行で
き、負荷電流電圧変換情報を受け取った際に負荷電流に
対する高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回路に実行
できる結果、過電流保護機能の高精度化を図ることがで
きるようにすることを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、負荷３０を駆動するために負荷駆動回路２２が生成
する負荷電流２２ａの状態を検出して負荷電流情報を出
力する過電流検出部１２Ａと、前記過電流検出部１２Ａ
が出力する前記負荷電流情報１２ａを電流電圧変換して
負荷電流電圧変換情報１２ｂを出力する電流電圧変換部
１２Ｂを有する過電流変換手段１２と、負荷電流を継続
的に生成可能な時間と前記負荷電流との積で表される電
流時間積関係に基づく電流時間積情報３２ａを保持し、
前記電流電圧変換部１２Ｂが出力する前記負荷電流電圧
変換情報１２ｂを前記負荷電流として用い、前記電流時
間積情報３２ａに基づいて前記負荷駆動回路２２が前記
負荷電流を継続的に生成可能な時間である負荷継続時間
を求め、該求めた負荷継続時間だけ継続する電流・時間
制御を前記負荷駆動回路に対して実行する制御手段３２
とを有し、前記電流電圧変換部は、前記電流時間積情報
３２ａに基づいて前記電流・時間制御を実行する前記負
荷電流２２ａを所定のダイナミックレンジで前記負荷電
流電圧変換情報１２ｂに変換するように構成されてい
る、ことを特徴とする過電流保護装置４０である。

【００１１】請求項１に記載の発明に依れば、電流時間
積情報３２ａに基づいて電流・時間制御を実行するため
の負荷電流情報１２ａを所定のダイナミックレンジで電
流電圧変換して負荷電流電圧変換情報１２ｂを生成する
ことが可能となる結果、負荷駆動回路２２が生成する負
荷電流２２ａを高精度で検出して負荷電流情報１２ａを
生成できるようになるといった効果を奏する。

【００１２】その結果、制御手段３２が、継続可能な時
間と負荷電流２２ａとの関係で規定される電流時間積情
報３２ａと高精度で検出した負荷電流２２ａを対比して
負荷駆動回路２２が負荷電流２２ａを継続的に流せる時
間である負荷継続時間を高精度で求めることができるよ
うになるといった効果を奏する。

【００１３】また、この様に高精度で検出した負荷継続
時間及び電流時間積情報３２ａに基づいて、制御手段３
２が高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回路２２に対
して実行できるようになるといった効果を奏する。

【００１４】更に、この様に高精度で検出した負荷継続
時間及び負荷電流電圧変換情報１２ｂを受け取った際
に、制御手段３２が、負荷電流２２ａに対する高精度の
電流・時間積制御を負荷駆動回路２２に対して実行でき
る結果、過電流保護機能の高精度化を図ることができる
ようになるといった効果を奏する。

【００１５】具体的には、制御手段３２が負荷電流情報
１２ａをディジタルデータとして自己の内部に取り込む
場合、負荷電流電圧変換情報１２ｂ及び負荷電流情報１
２ａの精度の最適化に依り、自己の接地電位−電源電位
間の電圧以内で負荷電流情報１２ａをＡ／Ｄ変換してデ
ィジタルデータに変換できるようになる結果、最適なＡ
／Ｄ変換精度で高精度の負荷電流情報１２ａを得ること
ができるようになり、この高精度で最適化された負荷電
流情報１２ａを用いて電流・時間積制御を最適な高精度
でディジタル処理できるようになる（則ち、電流・時間
積制御の精度の最適化が可能になる）といった効果を奏
する。

【００１６】その結果、制御手段３２が、継続可能な時
間と負荷電流２２ａとの積関係で規定される電流時間積
情報３２ａと最適な高精度で検出した負荷電流２２ａを
対比して、負荷駆動回路２２が負荷電流２２ａを継続的
に生成可能な時間である負荷継続時間を最適な高精度で
求めることができるようになるといった効果を奏する。

【００１７】また、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び電流時間積情報３２ａに基づいて、制御
手段３２が高精度で最適化された段階的電流・時間積制
御を負荷駆動回路２２に実行できるようになるといった
効果を奏する。

【００１８】更に、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び負荷電流電圧変換情報１２ｂを受け取っ
た際に、制御手段３２が、負荷電流２２ａに対する高精
度で最適化された段階的電流・時間積制御を負荷駆動回
路２２に対して実行できる結果、過電流保護機能の精度
の最適化を図ることができるようになるといった効果を
奏する。

【００１９】請求項２に記載の発明は、前記過電流検出
部１２Ａが検出して出力する前記負荷電流情報により、
前記負荷電流２２ａが前記負荷駆動回路２２が定常的に
出力可能な定常許容電流以下であるか否かを判定し、前
記負荷電流２２ａが当該定常許容電流以下でない際に当
該負荷電流２２ａの供給状態を過電流状態を判断して当
該過電流状態の発生を知らせるワーニング信号１４２ａ
を出力する第１種過電流保護手段１４を有し、前記制御
手段は、前記第１種過電流保護手段が出力する前記ワー
ニング信号を受け取った際に、当該ワーニング信号発生
時の前記負荷電流に対して前記電流・時間積制御を実行
するように構成されている、ことを特徴とする請求項１
記載の過電流保護装置４０である。

【００２０】制御手段３２は、過電流変換手段１２を介
することなく直接的に第１種過電流保護手段１４からワ
ーニング信号１４２ａを受け取ることができるようにな
るといった効果を奏する。

【００２１】この結果、制御手段３２は、第１種過電流
保護手段１４によるワーニング信号１４２ａ発生時の負
荷電流２２ａに対して最適な高精度の電流・時間積制御
を負荷駆動回路２２に対して過電流変換手段１２を介す
ることなく迅速に実行できるようになるといった効果を
奏する。

【００２２】制御手段３２が、ワーニングレファレンス
電位１４２ｂを定常電流上限値として用いて第１種過電
流保護手段１４がワーニング信号１４２ａを生成するこ
とに依り、定常電流上限値以上の負荷電流２２ａの発生
に対して最適な高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回
路２２に対して実行できるようになるといった効果を奏
する。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
過電流保護装置において、前記負荷電流２２ａが前記負
荷駆動回路２２が瞬時的に出力可能な瞬時許容電流以上
であるか否かを判定し、前記負荷電流２２ａが当該瞬時
許容電流以上である際に当該負荷電流２２ａの供給状態
を過電流状態を判断して当該過電流状態の発生を報知す
ると共に、当該瞬時許容電流以上の負荷電流２２ａの供
給の遮断を促すための負荷電流遮断信号を出力する第２
種過電流保護手段１６とを有し、前記制御手段は、前記
負荷電流遮断信号を受け取った際に、前記負荷駆動回路
に対して前記負荷電流の遮断制御を実行するように構成
されている、ことを特徴とする過電流保護装置４０であ
る。

【００２４】第２種過電流保護手段１６を設けることに
依り、瞬間的に流れても負荷駆動回路２２に過電流状態
や重大な不具合をもたらすおそれのあるような過大負荷
電流２２ａが負荷駆動回路２２に発生した場合であって
も、制御手段３２を介することなく直接的かつ瞬間的に
この様な過大負荷電流２２ａを遮断することができるよ
うになるといった効果を奏する。

【００２５】この結果、過電流の即断機能を有する過電
流保護機能を実現することができるといった効果を奏す
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を説明する。

【００２７】図１は、本発明の過電流保護装置４０の一
実施形態を説明するための回路図である。

【００２８】本過電流保護装置４０は、図１に示すよう
に、定電圧生成手段４２と過電流変換手段１２と第１種
過電流保護手段１４と第２種過電流保護手段１６と制御
手段３２を基本構成として有している。

【００２９】本実施形態では、負荷駆動回路２２とし
て、電源電圧ＶB−接地電位間にドレイン−ソースが接
続され、ゲートがゲート制御手段２０に依って制御可能
なパワーＭＯＳＦＥＴ２２（具体的には、後述するパワ
ーＭＯＳＦＥＴ）を用いることが望ましい。

【００３０】定電圧生成手段４２は、所定のダイナミッ
クレンジとして用いられる接地電位−電源電位Ｖcc間の
電圧を生成すると同時に、電源電位Ｖccを制御手段３２
及び電流電圧変換部１２Ｂに供給する機能を有する点に
特徴がある。本実施形態では、電源電位Ｖccを直流電圧
＋５Ｖ（則ち、＋５Ｖｄｃ）に設定している。

【００３１】このような機能を有する定電圧生成手段４
２を設けることに依り、定電圧生成手段４２を用いて接
地電位−電源電位Ｖcc間の電圧を温度変化、負荷変動、
ノイズ等の外乱に対して高精度に安定化を図ることに依
り、負荷電流電圧変換情報１２ｂの精度の最適化、負荷
電流情報１２ａの精度の最適化、電流・時間積制御の精
度の最適化、過電流保護機能の精度の最適化が可能にな
るといった効果を奏する。

【００３２】過電流変換手段１２は、図１に示すよう
に、過電流検出部１２Ａと電流電圧変換部１２Ｂを基本
構成として有している。

【００３３】具体的な過電流変換手段１２は、接地電位
−電源電位Ｖcc間に電源が接続され、出力がトランジス
タ１２２のベースに接続され（−）入力端子が抵抗素子
１２５を介して負荷電流検出抵抗素子１２４の一端に接
続され（＋）入力端子が抵抗素子１２３を介して負荷電
流検出抵抗素子１２４の他端に接続されているオペアン
プ１２１、コレクタが抵抗素子１２３を介して負荷電流
検出抵抗素子１２４の他端に接続されベースがオペアン
プ１２１の出力に接続されエミッタが抵抗素子１２６に
接続されているｎｐｎトランジスタ１２２、及びｎｐｎ
トランジスタ１２２のエミッタ−接地電位間に接続され
ている抵抗素子１２６によって実現することが望まし
い。

【００３４】ここで、負荷電流検出抵抗素子１２４の一
端はパワーＭＯＳＦＥＴ２２のドレイン／ソースに接続
され、他端は負荷３０の負荷電流２２ａ供給端子に接続
されている。

【００３５】また負荷３０は、負荷電流検出抵抗素子１
２４を介してパワーＭＯＳＦＥＴ２２のドレイン／ソー
スと接地電位間に接続されている。

【００３６】このような構成を有するオペアンプ１２１
及びｎｐｎトランジスタ１２２を用いた回路構成に依
り、抵抗素子１２３に流れる電流の値と抵抗素子１２６
に流れる電流の値を等しくすることができる。

【００３７】また、パワーＭＯＳＦＥＴ２２は、ドレイ
ン／ソースが負荷３０の一端に接続され、ソース／ドレ
インが負荷３０の他端に接続され、ゲートが後述するゲ
ート制御手段２０に接続されている。

【００３８】過電流検出部１２Ａは、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２が生成する負荷電流２２ａを検出して負荷電流情
報１２ａを出力する機能を有する点に特徴がある。

【００３９】電流電圧変換部１２Ｂは、過電流検出部１
２Ａが生成する負荷電流情報１２ａを所定のダイナミッ
クレンジで電流電圧変換して負荷電流電圧変換情報１２
ｂを出力する機能を有する点に特徴がある。

【００４０】また電流電圧変換部１２Ｂは、制御手段３
２の接地電位−電源電位Ｖcc間の電圧を所定のダイナミ
ックレンジとして用い、過電流検出部１２Ａが生成する
負荷電流電圧変換情報１２ｂを接地電位−電源電位Ｖcc
間の電圧以内で電流電圧変換して電流時間積情報３２ａ
を生成する機能を有している。

【００４１】具体的な電流電圧変換部１２Ｂは、接地電
位−電源電位Ｖcc間に電源が接続され、出力が制御手段
３２に接続され（−）入力端子がフィードバック抵抗素
子１２９を介して出力に接続され（＋）入力端子が抵抗
素子１２０に接続されているオペアンプ１２８、オペア
ンプ１２８の（−）入力端子−接地電位間に接続されて
いる抵抗素子１２７によって実現することが望ましい。

【００４２】このような機能を有する電流電圧変換部１
２Ｂを設けることに依り、負荷電流情報１２ａを制御手
段３２の接地電位−電源電位Ｖcc間の電圧（則ち、＋５
Ｖｄｃ＝ダイナミックレンジ）で電流電圧変換して電流
・時間積制御に対して最適な精度を有する高精度な負荷
電流電圧変換情報１２ｂを過電流検出部１２Ａが生成す
ること（則ち、負荷電流電圧変換情報１２ｂの精度の最
適化）が可能となる。

【００４３】また、電流電圧変換部１２Ｂが最適な高精
度で検出した電流時間積情報３２ａに基づいて、制御手
段３２における電流・時間積制御が最適な高精度で実行
できるようになるといった効果を奏する。

【００４４】以上説明したように、このような機能を有
する過電流変換手段１２を設けることに依り、負荷電流
情報１２ａを所定のダイナミックレンジで電流電圧変換
して負荷電流電圧変換情報１２ｂを生成することが可能
となる結果、パワーＭＯＳＦＥＴ２２が生成する負荷電
流２２ａを高精度で検出して負荷電流情報１２ａを生成
できるようになるといった効果を奏する。

【００４５】また、この様に高精度で検出した電流時間
積情報３２ａに基づいて高精度の電流・時間積制御をパ
ワーＭＯＳＦＥＴ２２に実行できるようになるといった
効果を奏する。

【００４６】更に、この様に高精度で検出した負荷電流
電圧変換情報１２ｂを受け取った際に、負荷電流２２ａ
に対して高精度の電流・時間積制御をパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２に実行できる結果、過電流保護機能の高精度化を
図ることができるようになるといった効果を奏する。

【００４７】第１種過電流保護手段１４は、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ２２が定常的に出力可能な定常許容電流を越え
る負荷電流２２ａが存在するか否かを判定し、定常許容
電流を越える負荷電流２２ａが検知された際に定常許容
電流を越える負荷電流２２ａの供給状態を過電流状態を
判断して過電流状態の発生を知らせるワーニング信号１
４２ａを出力する機能を有する点に特徴がある。

【００４８】また第１種過電流保護手段１４は、所定の
ワーニングレファレンス電位１４２ｂを定常電流上限値
として用い、ワーニングレファレンス電位１４２ｂ以上
の負荷電流２２ａが検知された際にワーニング信号１４
２ａを出力するように構成されている。

【００４９】これに依り、制御手段３２が、ワーニング
レファレンス電位１４２ｂを定常電流上限値として用い
て第１種過電流保護手段１４がワーニング信号１４２ａ
を生成することに依り、定常電流上限値以上の負荷電流
２２ａの発生に対して最適な高精度の電流・時間積制御
をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に対して実行できるようにな
るといった効果を奏する。

【００５０】更に第１種過電流保護手段１４は、負荷電
流２２ａに対応する負荷電流電圧変換情報１２ｂが定常
許容電流以下に存在するか否かを判定し、定常許容電流
を越える負荷電流電圧変換情報１２ｂが検知された際に
ワーニング信号１４２ａを出力するように構成されてい
る。

【００５１】ここで定常許容電流とは、一定時間以上継
続その電流が流れた場合には負荷駆動回路２２が破損す
るおそれのある電流より小さい電流を意味している。

【００５２】このような第１種過電流保護手段１４は、
具体的には、接地電位−電源電位Ｖcc間に電源が接続さ
れ、出力が抵抗素子１４３を介して電源電位Ｖccにプル
アップされているコンパレータ１４２によって実現する
ことが望ましい。なお、コンパレータ１４２の出力は抵
抗素子１４３を介して電源電位Ｖccにプルアップされた
状態で後述する制御手段３２に接続されている。

【００５３】また第１種過電流保護手段１４は、ワーニ
ングレファレンス電位１４２ｂを定常電流上限値として
用い、ワーニングレファレンス電位１４２ｂを越える負
荷電流２２ａが検知された際にワーニング信号１４２ａ
を出力するように構成されている。

【００５４】具体的には、ワーニングレファレンス電位
１４２ｂをコンパレータ１４２の閾値として（−）端子
に入力し、（＋）端子に負荷電流情報１２ａを入力する
構成を用いることが望ましい。

【００５５】コンパレータ１４２は、負荷電流情報１２
ａがワーニングレファレンス電位１４２ｂ以上になった
とき、過電流状態の発生を知らせるワーニング信号１４
２ａを生成する過電流保護機能を有している。

【００５６】以上説明したように、このような機能を有
する第１種過電流保護手段１４を設けることに依り、制
御手段３２は、過電流変換手段１２を介することなく直
接的に第１種過電流保護手段１４からワーニング信号１
４２ａを受け取ることができるようになるといった効果
を奏する。

【００５７】この結果、制御手段３２は、第１種過電流
保護手段１４によるワーニング信号１４２ａ発生時の負
荷電流２２ａに対して最適な高精度の電流・時間積制御
をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に対して過電流変換手段１２
を介することなく迅速に実行できるようになるといった
効果を奏する。

【００５８】第２種過電流保護手段１６は、パワーＭＯ
ＳＦＥＴ２２が瞬時的に出力可能な瞬時許容電流を越え
る負荷電流２２ａが存在するか否かを判定し、瞬時許容
電流を越える負荷電流２２ａが検知された際に瞬時許容
電流を越える負荷電流２２ａの供給状態を過電流状態を
判断して過電流状態発生を報知すると同時に、瞬時許容
電流を越える負荷電流２２ａの供給の遮断を促すための
負荷電流遮断信号１６２ａを出力する機能を有する点に
特徴がある。

【００５９】ここで瞬時許容電流とは、短時間でもその
電流が流れた場合には負荷駆動回路２２が破損するおそ
れのある大電流より小さい電流を意味している。

【００６０】このような第２種過電流保護手段１６は、
具体的には、接地電位−電源電位ＶB間に電源が接続さ
れ、出力が抵抗素子１６３を介して電源電位ＶBにプル
アップされているコンパレータ１６２によって実現する
ことが望ましい。なお、コンパレータ１６２の出力は抵
抗素子１６３を介して電源電位ＶBにプルアップされた
状態で後述するゲート制御手段２０に接続されている。

【００６１】また第２種過電流保護手段１６は、所定の
負荷電流遮断レファレンス電位１６２ｂを瞬時電流上限
値として用い、負荷電流遮断レファレンス電位１６２ｂ
を越える負荷電流２２ａが検知された際に負荷電流遮断
信号１６２ａを出力するように構成されている。

【００６２】具体的には、負荷電流遮断レファレンス電
位１６２ｂをコンパレータ１６２の閾値として（−）端
子に入力し、（＋）端子に負荷電流情報１２ａを入力す
る構成を用いることが望ましい。

【００６３】コンパレータ１６２は、負荷電流情報１２
ａが負荷電流遮断レファレンス電位１６２ｂ以上になっ
たとき、パワーＭＯＳＦＥＴ２２をＯＦＦ制御する負荷
電流遮断信号１６２ａを出力する過電流保護機能を有し
ている。

【００６４】これに依り、瞬間的に流れてもパワーＭＯ
ＳＦＥＴ２２に過電流状態や重大な不具合をもたらすお
それのあるような過大負荷電流２２ａの瞬時電流上限値
として負荷電流遮断レファレンス電位１６２ｂを用いて
第２種過電流保護手段１６が負荷電流遮断信号１６２ａ
を生成することに依り、瞬時電流上限値を越える負荷電
流２２ａの発生に対してパワーＭＯＳＦＥＴ２２が直接
的かつ瞬間的な遮断制御（則ち、ＯＦＦ制御）を実行で
きるようになるといった効果を奏する。

【００６５】更に第２種過電流保護手段１６は、負荷電
流２２ａに対応する負荷電流電圧変換情報１２ｂが瞬時
許容電流を越えるか否かを判定し、瞬時許容電流を越え
る負荷電流電圧変換情報１２ｂが検知された際に負荷電
流遮断信号１６２ａを出力するように構成されている。

【００６６】以上説明したように、このような機能を有
する第２種過電流保護手段１６を設けることに依り、瞬
間的に流れてもパワーＭＯＳＦＥＴ２２に過電流状態や
重大な不具合をもたらすおそれのあるような過大負荷電
流２２ａがパワーＭＯＳＦＥＴ２２に発生した場合であ
っても、制御手段３２を介することなく直接的かつ瞬間
的にこの様な過大負荷電流２２ａを遮断することができ
るようになるといった効果を奏する。

【００６７】この結果、過電流の即断機能を有する過電
流保護機能を実現することができるといった効果を奏す
る。

【００６８】制御手段３２は、過電流変換手段１２から
の負荷電流電圧変換情報１２ｂを負荷電流を継続的に流
せる時間と負荷電流との積で表される電流時間積関係に
おける負荷電流２２ａとして用いると共に、電流時間積
情報３２ａに基づいて負荷電流２２ａを負荷継続時間だ
け継続する制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に対して実行
すると同時に、負荷継続時間の終了後に電流時間積関係
に基づいて次の負荷電流２２ａ及び次の負荷電流２２ａ
の継続可能時間である負荷継続時間を求めて負荷電流２
２ａを負荷継続時間だけ継続する制御をパワーＭＯＳＦ
ＥＴ２２に対して実行する電流・時間積制御を実行する
機能を有する点に特徴がある。

【００６９】また制御手段３２は、自己の接地電位−電
源電位Ｖcc間の電圧に相当する所定のダイナミックレン
ジを有する負荷電流電圧変換情報１２ｂを用いて電流・
時間積制御を実行する機能を有している。

【００７０】具体的な制御手段３２は、ＣＰＵ、演算結
果等を保持するためのＲＡＭ、プログラム等の記録用の
ＲＯＭ、外部との情報の送受信の制御を実行するペリフ
ェラルインターフェイス等を中心に構成されているマイ
クロプロセッサを用いて実現することが望ましい。

【００７１】なお、本実施形態では、制御手段３２を過
電流保護装置４０の内部に設けているが、これに限定さ
れるものではなく、過電流保護装置４０の外部に設ける
ことも可能である。過電流保護装置４０の外部に設ける
場合は、外部に設けられているマイクロコンピュータに
制御手段３２の制御機能を実行させることができる。

【００７２】図２は、図１の制御手段３２が実行する段
階的電流・時間積制御を説明するための電流時間積特性
図である。

【００７３】制御手段３２において実行される電流・時
間積制御は、図２に示すように、負荷電流２２ａが負荷
継続時間に対して段階的に変化する電流時間積関係に従
って負荷電流２２ａを制御する段階的電流・時間積制御
である点に特徴を有している。

【００７４】図２に示すように、大きな負荷電流２２ａ
程その継続時間を短く設定して単位時間にパワーＭＯＳ
ＦＥＴ２２から出力される電力が一定値を越えないよう
にすることが望ましい。

【００７５】また制御手段３２は、第１種過電流保護手
段１４が設けられている場合、ワーニング信号１４２ａ
を受け取った際に、ワーニング信号１４２ａ発生時の負
荷電流２２ａに対して電流・時間積制御を実行するよう
に構成されている。

【００７６】また制御手段３２は、第２種過電流保護手
段１６が設けられている場合、負荷電流遮断信号１６２
ａを受け取った際に、パワーＭＯＳＦＥＴ２２に対して
負荷電流２２ａの遮断制御（ＯＦＦ制御）を実行するよ
うに構成されている、これに依り、制御手段３２が高精
度で最適化された段階的電流・時間積制御と連動した遮
断制御と連動した遮断制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に
実行できるようになるといった効果を奏する。

【００７７】更に、負荷電流２２ａに対する高精度で最
適化された段階的電流・時間積制御と連動した遮断制御
と連動した遮断制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に実行で
きる結果、過電流保護機能の精度の最適化を図ることが
できるようになるといった効果を奏する。

【００７８】なお、制御手段３２は、負荷電流電圧変換
情報１２ｂを受け取った際に負荷電流２２ａに対して電
流・時間積制御を実行し、ワーニング信号１４２ａを受
け取った際にワーニング信号１４２ａ発生時の負荷電流
２２ａに対して電流・時間積制御を実行し、且つ負荷電
流遮断信号１６２ａを受け取った際にパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２に対して負荷電流２２ａの遮断制御を実行するよ
うに構成されていてもよい。これに依り、ワーニングレ
ファレンス電位１４２ｂを定常電流上限値として用いて
第１種過電流保護手段１４がワーニング信号１４２ａを
生成することに依り、定常電流上限値を越える負荷電流
２２ａの発生に対して最適な高精度の電流・時間積制御
と連動した遮断制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に対して
実行できるようになるといった効果を奏する。

【００７９】以上説明したように、このような機能を有
する制御手段３２を設けることに依り、負荷電流情報１
２ａを制御手段３２の接地電位−電源電位Ｖcc間の電圧
（＝ダイナミックレンジ）以内で電流電圧変換して電流
・時間積制御に対して最適な精度を有する高精度な負荷
電流電圧変換情報１２ｂを生成すること（則ち、負荷電
流電圧変換情報１２ｂの精度の最適化）が可能となる結
果、パワーＭＯＳＦＥＴ２２が生成する負荷電流２２ａ
を検出して負荷電流情報１２ａを電流・時間積制御に対
して最適な高精度で生成すること（則ち、負荷電流情報
１２ａの精度の最適化）が可能となるといった効果を奏
する。

【００８０】具体的には、制御手段３２が負荷電流情報
１２ａをディジタルデータとして自己の内部に取り込む
場合、負荷電流電圧変換情報１２ｂ及び負荷電流情報１
２ａの精度の最適化に依り、自己の接地電位−電源電位
Ｖcc間の電圧以内で負荷電流情報１２ａをＡ／Ｄ変換し
てディジタルデータに変換できるようになる結果、最適
なＡ／Ｄ変換精度で高精度の負荷電流情報１２ａを得る
ことができるようになり、この高精度で最適化された負
荷電流情報１２ａを用いて電流・時間積制御を最適な高
精度でディジタル処理できるようになる（則ち、電流・
時間積制御の精度の最適化が可能になる）といった効果
を奏する。

【００８１】その結果、制御手段３２が、継続可能な時
間と負荷電流２２ａとの積関係で規定される電流時間積
情報３２ａと最適な高精度で検出した負荷電流２２ａを
対比して、パワーＭＯＳＦＥＴ２２が負荷電流２２ａを
継続的に流せる時間である負荷継続時間を最適な高精度
で求めることができるようになるといった効果を奏す
る。

【００８２】また、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び電流時間積情報３２ａに基づいて、制御
手段３２が高精度で最適化された段階的電流・時間積制
御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に実行できるようになると
いった効果を奏する。

【００８３】更に、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び負荷電流電圧変換情報１２ｂを受け取っ
た際に、制御手段３２が、負荷電流２２ａに対する高精
度で最適化された段階的電流・時間積制御をパワーＭＯ
ＳＦＥＴ２２に実行できる結果、過電流保護機能の精度
の最適化を図ることができるようになるといった効果を
奏する。

【００８４】次に、図面に基づき、半導体スイッチ装置
５０の一実施形態を説明する。

【００８５】図３は、図１の過電流保護装置４０を用い
た半導体スイッチ装置５０の一実施形態を説明するため
の回路図である。なお、過電流保護装置４０の実施形態
において既に記述したものと同一の部分については、同
一符号を付し、重複した説明は省略する。

【００８６】本半導体スイッチ装置５０は、図３に示す
ように、過電流保護装置４０と負荷駆動回路２２とゲー
ト制御手段２０を基本構成として有している。

【００８７】本実施形態では、負荷駆動回路２２とし
て、電源電圧ＶB−接地電位間にドレイン−ソースが接
続され、ゲートがゲート制御手段２０に依って制御可能
なパワーＭＯＳＦＥＴ２２を用いることが望ましい。

【００８８】ゲート制御手段２０は、ゲート入力信号２
０ａに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ２２を活性化して負荷
電流２２ａを制御すると同時に、負荷電流遮断信号１６
２ａに応じて負荷電流２２ａの遮断制御をパワーＭＯＳ
ＦＥＴ２２に対して実行する機能を有する点に特徴があ
る。

【００８９】またゲート制御手段２０は、ゲート入力信
号２０ａに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ２２のゲートの電
位を制御することに依って、パワーＭＯＳＦＥＴ２２の
ソース−ドレイン間に流れる負荷電流２２ａを制御する
と同時に、負荷電流遮断信号１６２ａに応じてソース−
ドレイン間に流れる負荷電流２２ａの遮断制御を実行す
るように構成されている。

【００９０】以上説明したように、このような機能を有
するゲート制御手段２０を設けることに依り、過電流保
護装置４０を用いて高精度で安定化された過電流保護装
置４０の接地電位−電源電位Ｖcc間の電圧（＝ダイナミ
ックレンジ）以内で負荷電流情報１２ａを電流電圧変換
して前述の負荷電流電圧変換情報１２ｂの精度の最適化
が可能となる結果、パワーＭＯＳＦＥＴ２２のソース−
ドレイン間に流れる負荷電流２２ａを検出して前述の負
荷電流情報１２ａの精度の最適化が可能となるといった
効果を奏する。

【００９１】具体的には、過電流保護装置４０が負荷電
流情報１２ａをディジタルデータとして自己の内部に取
り込む場合、負荷電流電圧変換情報１２ｂ及び負荷電流
情報１２ａの精度の最適化に依り、自己の接地電位−電
源電位Ｖcc間の電圧以内で負荷電流情報１２ａをＡ／Ｄ
変換してディジタルデータに変換できるようになる結
果、最適なＡ／Ｄ変換精度で高精度の負荷電流情報１２
ａを得ることができるようになり、この高精度で最適化
された負荷電流情報１２ａを用いて前述の電流・時間積
制御の精度の最適化が可能になるといった効果を奏す
る。

【００９２】電流・時間積制御の精度の最適化が可能と
なる結果、継続可能な時間と負荷電流２２ａとの積関係
で規定される電流時間積情報３２ａと最適な高精度で検
出した負荷電流２２ａを対比して、パワーＭＯＳＦＥＴ
２２のソース−ドレイン間に負荷電流２２ａを継続的に
生成可能な時間である負荷継続時間を最適な高精度で求
めることができるようになるといった効果を奏する。

【００９３】また、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び電流時間積情報３２ａに基づいて、ゲー
ト制御手段２０が高精度で最適化された段階的電流・時
間積制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に実行できるように
なるといった効果を奏する。

【００９４】また、ワーニングレファレンス電位１４２
ｂを定常電流上限値として用いて過電流保護装置４０が
ワーニング信号１４２ａを生成することに依り、定常電
流上限値以上の負荷電流２２ａの発生に対して最適な高
精度の電流・時間積制御をゲート制御手段２０がパワー
ＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに対して実行できるようにな
るといった効果を奏する。

【００９５】また、瞬間的に流れてもパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２に過電流状態や重大な不具合をもたらすおそれの
あるような過大負荷電流２２ａがパワーＭＯＳＦＥＴ２
２のソース−ドレイン間に発生した場合であっても、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ２２のゲートの電位を直接的かつ瞬間
的に制御してこの様な過大負荷電流２２ａをゲート制御
手段２０が遮断することができるようになるといった効
果を奏する。この結果、過電流の即断機能を有する過電
流保護機能を実現することができるといった効果を奏す
る。

【００９６】次に、図面に基づき、インテリジェントパ
ワーモジュール１０の一実施形態を説明する。

【００９７】図４は、図１の過電流保護装置４０を用い
たインテリジェントパワーモジュール１０の一実施形態
を説明するための回路図である。なお、過電流保護装置
４０の実施形態において既に記述したものと同一の部分
については、同一符号を付し、重複した説明は省略す
る。

【００９８】本インテリジェントパワーモジュール１０
は、図４に示すように、過電流保護装置４０と負荷駆動
回路２２と昇圧手段１８とゲート制御手段２０を基本構
成として有している。本実施形態では、負荷駆動回路２
２として、電源電圧ＶB−接地電位間にドレイン−ソー
スが接続され、ゲートがゲート制御手段２０に依って制
御可能なパワーＭＯＳＦＥＴ２２を用いることが望まし
い。

【００９９】昇圧手段１８は、所定の電源電位ＶBを昇
圧して昇圧電位１８ａを生成する機能を有している。

【０１００】ゲート制御手段２０は、ゲート入力信号２
０ａに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ２２に昇圧電位１８ａ
を出力しパワーＭＯＳＦＥＴ２２を活性化して負荷電流
２２ａを制御すると同時に、負荷電流遮断信号１６２ａ
に応じて負荷電流２２ａの遮断制御をパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２に対して実行する機能を有している。

【０１０１】またゲート制御手段２０は、昇圧ゲート入
力信号２０ａに応じてパワーＭＯＳＦＥＴ２２のゲート
に昇圧電位１８ａを出力してゲートの電位を制御するこ
とに依って、パワーＭＯＳＦＥＴ２２のソース−ドレイ
ン間に流れる負荷電流２２ａを制御すると同時に、負荷
電流遮断信号１６２ａに応じてソース−ドレイン間に流
れる負荷電流２２ａの遮断制御を実行するように構成さ
れている。

【０１０２】以上説明したように、本実施形態のインテ
リジェントパワーモジュール１０に依れば、過電流保護
装置４０を用いて高精度で安定化された過電流保護装置
４０の接地電位−電源電位Ｖcc間の電圧（＝ダイナミッ
クレンジ）以内で負荷電流情報１２ａを電流電圧変換し
て前述の負荷電流電圧変換情報１２ｂの精度の最適化が
可能となる結果、パワーＭＯＳＦＥＴ２２のソース−ド
レイン間に流れる負荷電流２２ａを検出して前述の負荷
電流情報１２ａの精度の最適化が可能となるといった効
果を奏する。

【０１０３】具体的には、過電流保護装置４０が負荷電
流情報１２ａをディジタルデータとして自己の内部に取
り込む場合、負荷電流電圧変換情報１２ｂ及び負荷電流
情報１２ａの精度の最適化に依り、自己の接地電位−電
源電位Ｖcc間の電圧以内で負荷電流情報１２ａをＡ／Ｄ
変換してディジタルデータに変換できるようになる結
果、最適なＡ／Ｄ変換精度で高精度の負荷電流情報１２
ａを得ることができるようになり、この高精度で最適化
された負荷電流情報１２ａを用いて前述の電流・時間積
制御の精度の最適化が可能になるといった効果を奏す
る。

【０１０４】電流・時間積制御の精度の最適化が可能と
なる結果、継続可能な時間と負荷電流２２ａとの積関係
で規定される電流時間積情報３２ａと最適な高精度で検
出した負荷電流２２ａを対比して、パワーＭＯＳＦＥＴ
２２のソース−ドレイン間に負荷電流２２ａを継続的に
生成可能な時間である負荷継続時間を最適な高精度で求
めることができるようになるといった効果を奏する。

【０１０５】また、この様に最適な高精度で検出した負
荷継続時間及び電流時間積情報３２ａに基づいて、ゲー
ト制御手段２０が高精度で最適化された段階的電流・時
間積制御をパワーＭＯＳＦＥＴ２２に実行できるように
なるといった効果を奏する。

【０１０６】また、ワーニングレファレンス電位１４２
ｂを定常電流上限値として用いて過電流保護装置４０が
ワーニング信号１４２ａを生成することに依り、定常電
流上限値を越える負荷電流２２ａの発生に対して最適な
高精度の電流・時間積制御をゲート制御手段２０がパワ
ーＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに対して実行できるように
なるといった効果を奏する。

【０１０７】また、瞬間的に流れてもパワーＭＯＳＦＥ
Ｔ２２に過電流状態や重大な不具合をもたらすおそれの
あるような過大負荷電流２２ａがパワーＭＯＳＦＥＴ２
２のソース−ドレイン間に発生した場合であっても、パ
ワーＭＯＳＦＥＴ２２のゲートの電位を直接的かつ瞬間
的に制御してこの様な過大負荷電流２２ａをゲート制御
手段２０が遮断することができるようになるといった効
果を奏する。この結果、過電流の即断機能を有する過電
流保護機能を実現することができるといった効果を奏す
る。

【０１０８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明に依れば、負荷電
流情報を所定のダイナミックレンジで電流電圧変換して
負荷電流電圧変換情報を生成することが可能となる結
果、負荷駆動回路が生成する負荷電流を高精度で検出し
て負荷電流情報を生成できるようになるといった効果を
奏する。

【０１０９】その結果、制御手段が、継続可能な時間と
負荷電流との関係で規定される電流時間積情報と高精度
で検出した負荷電流を対比して負荷駆動回路が負荷電流
を継続的に流せる時間である負荷継続時間を高精度で求
めることができるようになるといった効果を奏する。

【０１１０】また、この様に高精度で検出した負荷継続
時間及び電流時間積情報に基づいて、制御手段が高精度
の電流・時間積制御を負荷駆動回路に実行できるように
なるといった効果を奏する。

【０１１１】更に、この様に高精度で検出した負荷継続
時間及び負荷電流電圧変換情報を受け取った際に、制御
手段が、負荷電流に対する高精度の電流・時間積制御を
負荷駆動回路に実行できる結果、過電流保護機能の高精
度化を図ることができるようになるといった効果を奏す
る。

【０１１２】請求項２に記載の発明に依れば、制御手段
は、過電流変換手段を介することなく直接的に第１種過
電流保護手段からワーニング信号を受け取ることができ
るようになるといった効果を奏する。

【０１１３】この結果、制御手段は、第１種過電流保護
手段によるワーニング信号発生時の負荷電流に対して最
適な高精度の電流・時間積制御を負荷駆動回路に対して
過電流変換手段を介することなく迅速に実行できるよう
になるといった効果を奏する。

【０１１４】請求項３に記載の発明に依れば、瞬間的に
流れても負荷駆動回路に過電流状態や重大な不具合をも
たらすおそれのあるような過大負荷電流が負荷駆動回路
に発生した場合であっても、制御手段を介することなく
直接的かつ瞬間的にこの様な過大負荷電流を遮断するこ
とができるようになるといった効果を奏する。

【０１１５】この結果、過電流の即断機能を有する過電
流保護機能を実現することができるといった効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の過電流保護装置の一実施形態を説明す
るための回路図である。

【図２】図１の制御手段が実行する段階的電流・時間積
制御を説明するための電流時間積特性図である。

【図３】図１の過電流保護装置を用いた半導体スイッチ
装置の一実施形態を説明するための回路図である。

【図４】図１の過電流保護装置を用いたインテリジェン
トパワーモジュールの一実施形態を説明するための回路
図である。

【図５】過電流保護機能を有する従来のインテリジェン
トパワーモジュールを説明するための回路図である。

【符号の説明】

１０ インテリジェントパワーモジュール １２ 過電流変換手段 １２Ａ 過電流検出部 １２Ｂ 電流電圧変換部 １２ａ 負荷電流情報 １２ｂ 負荷電流電圧変換情報 １４ 第１種過電流保護手段 １４２ａ ワーニング信号 １４２ｂ ワーニングレファレンス電位 １６ 第２種過電流保護手段 １６２ａ 負荷電流遮断信号 １６２ｂ 負荷電流遮断レファレンス電位 １８ 昇圧手段 １８ａ 昇圧電位 ２０ ゲート制御手段 ２０ａ ゲート入力信号 ２２ 負荷駆動回路（パワーＭＯＳＦＥＴ） ２２ａ 負荷電流 ３０ 負荷 ３２ 制御手段 ３２ａ 電流時間積情報 ４０ 過電流保護装置 ４２ 定電圧生成手段 ５０ 半導体スイッチ装置 ＶB 電源電圧 Ｖcc 電源電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−112417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−108921（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−131925（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−312314（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−225439（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−15127（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−97807（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/00 - 3/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷を駆動するために負荷駆動回路が生
   成する負荷電流の状態を検出して負荷電流情報を出力す
   る過電流検出部と、前記過電流検出部が出力する前記負
   荷電流情報を電流電圧変換して負荷電流電圧変換情報を
   出力する電流電圧変換部を有する過電流変換手段と、 負荷電流を継続的に流せる時間と前記負荷電流との積で
   表される電流時間積関係に基づく電流時間積情報を保持
   し、前記電流電圧変換部が出力する前記負荷電流電圧変
   換情報を前記電流時間積関係における前記負荷電流とし
   て用いて、前記電流時間積情報に基づいて前記負荷駆動
   回路が前記負荷電流を継続的に流せる時間である負荷継
   続時間を求め、該求めた負荷継続時間だけ継続して前記
   負荷電流を流す電流・時間制御を前記負荷駆動回路に対
   して実行する制御手段とを有し、 前記電流電圧変換部は、前記電流時間積情報に基づいて
   前記電流・時間制御を実行する前記負荷電流を所定のダ
   イナミックレンジで前記負荷電流電圧変換情報に変換す
   るように構成されている、 ことを特徴とする過電流保護装置。
2. 【請求項２】 前記過電流検出部が検出して出力する前
   記負荷電流情報により、前記負荷電流が前記負荷駆動回
   路が定常的に出力可能な定常許容電流を越えているか否
   かを判定し、前記負荷電流が当該定常許容電流を越えて
   いる際に当該負荷電流の供給状態を過電流状態と判断し
   て当該過電流状態の発生を知らせるワーニング信号を出
   力する第１種過電流保護手段を有し、 前記制御手段は、前記第１種過電流保護手段が出力する
   前記ワーニング信号を受け取った際に、当該ワーニング
   信号発生時の前記負荷電流に対して前記電流・時間積制
   御を実行するように構成されている、 ことを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。
3. 【請求項３】 前記過電流検出部が検出して出力する前
   記負荷電流情報により、前記負荷電流が前記負荷駆動回
   路が瞬時的に出力可能な瞬時許容電流を越えるか否かを
   判定し、前記負荷電流が当該瞬時許容電流を越える際に
   当該負荷電流の供給状態を過電流状態と判断して当該過
   電流状態の発生を報知すると共に、当該瞬時許容電流以
   上の負荷電流の供給の遮断を促すための負荷電流遮断信
   号を出力する第２種過電流保護手段とを有し、 前記制御手段は、前記負荷電流遮断信号を受け取った際
   に、前記負荷駆動回路に対して前記負荷電流の遮断制御
   を実行するように構成されている、 ことを特徴とする請求項１記載の過電流保護装置。