JP3610875B2

JP3610875B2 - Electric load drive

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Publication number: JP3610875B2
Application number: JP2000117909A
Authority: JP
Inventors: 板橋　　徹
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2020-04-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ等の電気負荷を駆動する駆動装置に関し、特に、複数の駆動素子を用いた電気負荷の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の各部に設けられた各種スイッチやセンサ等からの情報をマイクロコンピュータに入力してその情報に基づく各種演算を行い、駆動装置を介してモータ等の電気負荷を駆動することにより、車両制御を行う電子制御装置が広く知られている。
【０００３】
特に、近年の車両システムの急速な電子化に伴い、内燃機関におけるスロットルバルブの開閉制御やアイドル回転速度制御、或いは自動変速機のシフトレンジ切換制御等の、モータを駆動して各種機構を操作するシステムが増加している。モータを駆動するための駆動装置では、使用するモータの種類や制御方法などによって種々の駆動用回路が構成されるが、例えば、パワートランジスタ等の駆動素子を六個備え、これらをＰＷＭ制御することにより交流モータへ三相交流を供給する駆動回路や、駆動素子を四つ備え、これらの駆動素子をオン・オフ制御することにより直流モータへの通電を制御する、いわゆるＨブリッジ回路、或いはステップモータの駆動回路などがよく知られている。
【０００４】
このようなモータ駆動回路では、複数の駆動素子を順次通電（オン）したり、通電中の駆動素子のデューティ比を調整することによって、モータの回転方向や回転位置・トルク等を制御することができ、バルブの開度などの制御対象を適切に駆動・制御することができる。
【０００５】
パワートランジスタ等からなる駆動素子は、通電により熱が発生しやすいため、駆動素子を選定する際は、通常、駆動装置における動作条件（電流値、通電時間、デューティ等）を考慮して、使用可能な範囲内の電力損失を有する部品が適宜選定されることになる。また、駆動素子に放熱フィンを取り付けることにより、放熱性能を向上させて、ある程度電力損失の大きい（即ち発熱量の大きい）駆動素子でも使えるようにする方法も、一般によく行われている。
【０００６】
ところで、近年では、上記のような装置筐体などに放熱する放熱フィンを廃止し、例えば表面実装部品や放熱板付素子などの、基板に放熱する小型の駆動素子を採用して、基板への実装状態における放熱性能を考慮した駆動素子の選定を行うことにより、装置全体の小型化、低コスト化を可能としている。
【０００７】
そしてこの場合、オン抵抗のより小さい（換言すれば電力損失の少ない）駆動素子を用いれば、更に駆動素子を小さくして装置を小型化することが可能となる。即ち、素子が小さくなればその分放熱性能も悪くなるため、素子のオン抵抗を小さくして発熱量を抑えることにより、放熱性能の低下をカバーしようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにオン抵抗の小さい駆動素子を用いることにより、駆動素子の小型化は可能になるものの、オン抵抗を小さくするためには、内部のチップ（半導体チップ）サイズの大きい駆動素子を使用する必要があり、そのため駆動素子のコストはアップしてしまう。つまり、駆動素子全体（パッケージ）の大きさは小さくできるが、その分、内部のチップは大きくせざるを得なくなり、駆動素子の小型化とコストダウンとが同時に達成できないのである。
【０００９】
このような問題を解決する方法として、例えば、特表平６−５０７０４９号公報にて、装置筐体等を利用して出力構成部材（発熱性部品）からの良好な放熱を可能とする方法が開示されている。これは、具体的には、基板外周部の両面に熱伝導性材料からなる被覆が環状に形成されており、冷却フィンを備えた発熱性部品は、その冷却フィンが基板外周部の被覆に熱的に接触するように配置されている。また、基板等を収納するケーシング（装置筐体）も、基板外周部の被覆に熱的に接触するように構成されており、これにより発熱性部品に別途放熱用部品等を付加することなく、良好な放熱を実現している。
【００１０】
しかしながら、上記方法では、放熱性能は良好になるものの、基板外周部に放熱のための被覆を設ける必要があり、その分基板も大きくなってしまう。しかも、複数の発熱性部品を全て基板外周部に環状に配置するため、基板上における発熱性部品と外部入出力用端子（コネクタ等）との距離も長くなり、太い配線パターンを長く形成せざるを得なくなる。
【００１１】
そのため、部品は小型化できるものの、基板が大きくなり、装置全体の大型化を招いて、結果としてコストアップしてしまう。また、基板上には、発熱性部品の動作等を制御する制御回路も配置されるが、基板外周部に配置された発熱性部品からコネクタまでの太い配線パターンがこの制御回路近傍を通過することになるため、この配線パターンを流れる電流（例えば外部負荷を駆動する電流）により配線パターン周囲に放射される電磁ノイズに起因して、制御回路が誤動作するおそれもある。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の発熱素子を備えた電気負荷の駆動装置において、発熱素子の小型化及び低コスト化を図ると共に、装置全体の小型化及び低コスト化を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の駆動装置は、一つ又は複数の電気負荷への通電経路に設けられた複数の発熱素子を有するものである。そして、複数の発熱素子のうち、互いに同時に通電されることのない少なくとも二つの発熱素子は、基板上に近接して実装される。
その近接して実装される各発熱素子は、いずれも、半導体チップと該半導体チップからの熱を放出するための放熱用金属部材とが樹脂モールドにより一体化されて構成されている。また、基板における、少なくとも上記近接して実装される各発熱素子が備える放熱用金属部材の下部には、各発熱素子の相互間で熱を伝導させるための導電性金属パターンが少なくとも一つ形成されている。そして、上記近接して実装される各発熱素子は、放熱用金属部材が導電性金属パターンに接触するように基板上に実装されている。
【００１４】
近接して実装された駆動素子は、共に同時に動作する（通電状態になる）ことはなく、どちらか一方の発熱素子は動作しない（不通電状態になる）。つまり、電気負荷の駆動中にどちらか一方の発熱素子は必ず通電されない状態となっている。そこで、一方の発熱素子が動作していないときには、他方の動作中の発熱素子から発生する熱を、その他方の発熱素子が備える放熱用金属部材および基板に形成された導電性金属パターンを介して、動作していない発熱素子に吸収させることができるため、放熱性能が良好になり、より多くの電流を駆動素子に流すことができる。これは即ち、通電時の電力損失のより大きい（例えば素子サイズの小さい）発熱素子を用いることができることになる。
【００１５】
従って、請求項１記載の発明によれば、動作中の発熱素子が発生する熱を、近接して実装された非動作中の発熱素子に吸収させることができるため、発熱素子を小型化してそのコストを低減することが可能となる。またこれにより、装置全体の小型化及び低コスト化も可能となる。
【００１６】
尚、発熱素子は、例えばパワートランジスタやサイリスタ等の各種素子が考えられ、近接実装された発熱素子が同時に動作（通電）することはなく、しかも相互に熱を吸収できるものであれば何でもよい。
【００１７】
ここで、導電性金属パターンは、例えば熱伝導のためだけに設けてもよいが、請求項２に記載のように、基板上に形成された配線パターンを熱の伝導用としても兼用するようにしてもよい。即ち、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電気負荷の駆動装置であって、放熱用金属部材は、半導体チップにおける能動面とは反対側の非能動面に電気的且つ熱的に接続され、導電性金属パターンは、上記能動面とその接続対象とを電気的に接続するための配線パターンである。
配線パターンとしては、例えば基板上に電気伝導のために形成される周知の銅箔パターンやスルーホールなどがある。このようにすれば、基板上の配線パターンを有効に利用して熱伝導用にも利用できるため、駆動装置をより小型化、低コスト化することができる。
【００１８】
また、既述のように、本発明は種々の発熱素子に適用することができるが、請求項３に記載したように、電気負荷の通電経路を導通・遮断するスイッチング素子である場合に適用するとより効果的である。即ち、例えばパワートランジスタなどのスイッチング素子は、電気負荷への通電電流を導通・遮断するものであり、その通電電流の量も、電気負荷を駆動するために必要な比較的大きな電流であるから、通電時にスイッチング素子から発生する熱の量も多い。そのため、互いに同時に通電されることのない複数のスイッチング素子を近接実装すると共に各スイッチング素子の下部に導電性金属パターンを設けて相互に熱伝導できるようにすることにより、発熱量の大きいスイッチング素子の小型化も可能となる。
【００１９】
さらに、基板上に近接して実装される複数の発熱素子は、請求項４に記載したように、基板の表裏面に基板を挟むように実装してもよい。このようにすれば、放熱用金属部材と接続される導電性金属パターン以外に別途導電性金属パターンを設ける必要がなく、しかも、基板において、表裏面に実装された発熱素子が挟む部分で熱の伝導を行うことができる。つまり、基板上の同一面に近接して配置する場合に比べ、基板を介して直接かつ面的に熱が伝導でき、より放熱効果が高まる。そのため、発熱素子をより小型化できるのに加え、表裏面に実装することで基板上の実装面積も小さくできるため、駆動装置全体をより小型化することが可能となる。
【００２０】
尚、表裏面に実装される発熱素子の相対的な位置関係は、良好な熱伝導性を考慮すれば、基板の同一位置における表裏面に実装される（つまり、発熱素子が基板を挟んで相互に完全に対向するように実装される）のが望ましいが、必ずしも基板の同一位置の表裏面に完全に実装される必要はなく、基板において、発熱素子で挟まれている部分が少しでも存在するように実装されていればよい。
【００２１】
ここで、請求項１〜４記載の発明は、請求項５に記載したように、発熱素子として四つのスイッチング素子を備え、その四つのスイッチング素子にて構成されたＨブリッジ回路により、電気負荷としての一つのモータへの通電方向を制御可能な駆動装置に適用することができる。そして、四つのスイッチング素子のうち、互いに同時に通電されることのない二つのスイッチング素子を、相互に近接するように実装する。
【００２２】
通常、Ｈブリッジ回路によるモータ駆動の際は、四つのスイッチング素子のオン・オフを適切に制御することにより、モータへの通電方向を制御する。そのため、モータ駆動の際に四つのスイッチング素子が全て同時にオンになることはない。そこで、四つのスイッチング素子のうち、互いに同時に通電されることのない二つのスイッチング素子を、相互に近接するように実装すれば、動作中のスイッチング素子の発熱を、近接実装された他方の非動作中のスイッチング素子に吸収させることができる。
【００２３】
従って、スイッチング素子の数が多い（四つ）Ｈブリッジ回路に対して、本発明（請求項１〜４）を適用すると、四つのスイッチング素子を小型化して、モータの駆動装置をより小型化・低コスト化することができため、より効果的である。
【００２４】
ところで、Ｈブリッジ回路にてモータを駆動する場合、例えば、電源の正極又は負極のいずれか一方の極性側に接続された二つのスイッチング素子を通電方向選択用（方向選択サイド）に用い、他方の極性に接続された二つのスイッチング素子を通電制御用（通電制御サイド）に用いるのが一般的である。
【００２５】
つまり、例えば、方向選択サイドの二つのスイッチング素子のうちのいずれか一方のスイッチング素子を常時オンとし、通電制御サイドの二つのスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子を常時オフとすることにより、モータへの通電方向を決める。そして、方向選択サイドにおける他方のスイッチング素子（方向選択サイド駆動素子）をオフにし、通電制御サイドにおける他方の素子（通電制御サイド駆動素子）をオンにしたとき、モータへの通電が行われる。
【００２６】
モータへの通電電流量を制御するためには、例えば通電制御サイド駆動素子をデューティ制御すればよいが、通電制御サイド駆動素子をオフにして非通電状態にしても、モータに蓄えられた磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、モータを流れる電流はすぐにはゼロにならない。そのため、例えば、通電制御サイド駆動素子をオフにするのと同時に方向選択サイド側でオフにしていたスイッチング素子をオンにすることにより、方向選択サイドの二つのスイッチング素子とモータとで、環流回路が形成され、これによりモータの磁気エネルギを消費させて電流をゼロにすることができる。
【００２７】
つまりこの場合、モータへの通電オフ時の消弧エネルギーを方向選択サイドにて消費させることになり、方向選択サイドの二つのスイッチング素子は、共に同時に電流が流れる期間が存在するが、通電制御サイドの二つのスイッチング素子には、共に同時に電流が流れる期間は存在しない。
【００２８】
そこで、請求項５に記載したＨブリッジ回路にてモータを駆動する駆動装置においては、請求項６に記載したように、モータの電源の正極又は負極のいずれか一方の極性側に接続されている二つのスイッチング素子であって、しかもモータ通電時には通電電流の方向や大きさを制御するために、一方は常にオフしていて他方がデューティ制御されるものである場合に、その二つのスイッチング素子を近接して実装すると、特に効果的である。
【００２９】
このようにすれば、近接して実装した二つのスイッチング素子のうちいずれか一方のスイッチング素子は必ずオフになっているため、放熱がより良好に行われる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された車両のスロットル制御システムの構成を表す概略構成図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態のスロットル制御装置は、吸入空気管７内を内燃機関９に向かって流れる空気流量を調節するためのスロットルバルブ１と、スロットルバルブ１の回転軸に連結され、スロットルバルブ１を回転させるためのモータ２と、スロットルバルブ１の開度を検出するために図示しないスロットルボディに取り付けられ、スロットルバルブ１と連動してスロットル開度に比例した電圧を出力するスロットル開度センサ３と、運転者によるアクセルペダル８の操作量を検出し、その操作量に比例した電圧を出力するペダル位置センサ４と、スロットル開度センサ３及びペダル位置センサ４からの信号（出力電圧）を入力し、これらの入力信号に応じて、スロットルバルブ１の開度を所望の開度に制御するためにモータ２への通電制御を行う電子制御装置５と、車両に搭載され、モータ２へ電力を供給するためのバッテリ６と、バッテリ６から電子制御装置５への通電経路を導通・遮断するためのイグニションスイッチ７とから構成される。尚、モータ２は、通電方向により回転方向が、通電電流量により回転トルクが制御される周知の直流モータである。
【００３２】
電子制御装置５は、主としてマイクロコンピュータ（以下、単に「マイコン」と称す）１１と、モータ駆動回路１２と、電流検出回路１３とで構成されるものであり、その詳細を図２に示す。
マイコン１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、バスライン等を備えた周知のものである。マイコン１１には、スロットル開度センサ３からの出力電圧が抵抗Ｒ１、Ｒ２にて分圧された上で入力され、ペダル位置センサ４からの出力電圧が抵抗Ｒ３、Ｒ４にて分圧された上で入力され、電流検出回路１３からの出力電圧が抵抗Ｒ５、Ｒ６にて分圧された上で入力される。そして、これらの各入力信号（電圧）に基づき、モータ２への通電を制御するための制御信号を、モータ駆動回路１２内の駆動ロジック部２１へ出力する。
【００３３】
尚、図示はしないものの、マイコン１１には上記入力電圧のほか、エンジン回転数や冷却水温度、吸気・排気温度、バッテリ電圧等の各種信号も入力され、これら各種入力信号に基づいて、車両各部の制御（例えば点火時期制御やアイドル回転数制御など）が行われている。また、マイコン１１の動作用の電力も、バッテリ６からイグニションスイッチ７を介して供給されている。
【００３４】
モータ駆動回路１２には、四個のＮチャネルＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ、以下単に「トランジスタ」と称す）Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４からなるＨブリッジ回路が備えられている。具体的には、トランジスタＴｒ１及びＴｒ２（ハイサイド側のトランジスタ）のドレインがイグニションスイッチ７を介してバッテリ６の正極側に接続され、トランジスタＴｒ３及びＴｒ４（ローサイド側のトランジスタ）のソースが電流検出回路１３内の抵抗Ｒ１１を介してバッテリ６の負極側と同電位の電源ライン（グランドライン）に接続されている。尚、この四つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４は、本発明の発熱素子としてのスイッチング素子に相当するものである。
【００３５】
そして、トランジスタＴｒ２のソースはトランジスタＴｒ３のドレインと接続されると共にその接続点Ａはモータ２の一端に接続され、トランジスタＴｒ１のソースはトランジスタＴｒ４のドレインと接続されると共にその接続点Ｂはモータ２の他端に接続されている。尚、モータ２は、実際には図１に示したようにスロットルバルブ１近傍に設けられているものであるが、図２においては、説明の明瞭化のためモータ駆動回路１２の中にモータ２を併せて記載した。
【００３６】
このようなＨブリッジ回路では、全てのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４がオフ状態であるときに、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１とローサイド側のトランジスタＴｒ３とを同時にオンすれば、モータ２に対して接続点Ｂから接続点Ａに電流が流れて、モータ２を、スロットルバルブ１を閉じる方向に回転（閉回転）させることができる。逆に、ハイサイド側のトランジスタＴｒ２とローサイド側のトランジスタＴｒ４とを同時にオンすれば、モータ２に対して接続点Ａから接続点Ｂに電流が流れて、モータ２を、スロットルバルブ１を開く方向に回転（開回転）させることができる。
【００３７】
また、モータ２の回転位置（延いてはスロットルバルブ１の開度）を制御するには、モータ２を流れる電流Ｉｍを制御すればよいため、本実施形態におけるモータ２の駆動制御は、例えばモータ２を閉回転させる場合は、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１をオン状態、ローサイド側のトランジスタＴｒ４をオフ状態にそれぞれ保持し、ローサイド側のトランジスタＴｒ３とハイサイド側のトランジスタＴｒ２とのオン・オフ状態を交互に切り換えることにより行われる。
【００３８】
つまり、ＮチャネルのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４はいずれも、ゲートに入力される駆動信号Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４がＨｉｇｈレベル（以下「Ｈレベル」と称す）である時にオン状態となるため、本実施形態では、図３に示す如く、閉回転時は、トランジスタＴｒ１の駆動信号Ｏ１をＨレベルに、トランジスタＴｒ４の駆動信号Ｏ４をＬｏｗレベル（以下「Ｌレベル」と称す）に保持することにより、トランジスタＴｒ１をオン状態、トランジスタＴｒ４をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ２、Ｔｒ３には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ２、Ｏ３を入力することにより、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００３９】
この結果、駆動信号Ｏ２がＬレベル、駆動信号Ｏ３がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ２がオフ、トランジスタＴｒ３がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍがマイナス方向に上昇（つまり、接続点Ｂから接続点Ａへ流れる電流が上昇）する。そして、駆動信号Ｏ２がＨレベル、駆動信号Ｏ３がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ２がオン、トランジスタＴｒ３がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、モータ２によりハイサイド側に形成される閉回路（環流回路）に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍは減衰する。
【００４０】
一方、モータ２を開回転させる場合も、図３に示す如く、トランジスタＴｒ２の駆動信号Ｏ２をＨレベルに、トランジスタＴｒ３の駆動信号Ｏ３をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ２をオン状態、トランジスタＴｒ３をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ４には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ１、Ｏ４を入力することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００４１】
この結果、駆動信号Ｏ１がＬレベル、駆動信号Ｏ４がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオフ、トランジスタＴｒ４がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍが上昇する。そして、駆動信号Ｏ１がＨレベル、駆動信号Ｏ４がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオン、トランジスタＴｒ４がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、モータ２で形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍはやはり減衰する。
【００４２】
つまり、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を、通電方向選択用として使用し、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を、通電時間制御用として使用する。
そして、閉回転・開回転いずれの場合にも、モータ２には、トランジスタＴｒ３（閉回転時）又はトランジスタＴｒ４（開回転時）のオン／オフ時間の比率（デューティ比）に応じたトルクが発生し、スロットルバルブ１の開度を所望の位置に回転させる。
【００４３】
駆動ロジック部２１は、マイコン１１からの制御信号に基づき、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をオン・オフ制御するための信号（例えば、５ＶのＨレベル信号又は０ＶのＬレベル信号）を、各プリドライバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに出力する。そして、各プリドライバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにて、駆動ロジック部２１からの出力信号を、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を実際に駆動しうるだけの電圧（例えば、１２Ｖ若しくは２０Ｖ（ハイサイド側トランジスタ駆動時）のＨレベル信号、又は０ＶのＬレベル信号）にレベルアップさせ、駆動信号Ｏ１〜Ｏ４としてそれぞれ各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４へ出力する。
【００４４】
また、電流検出回路１３は、オペアンプ１３ａと、抵抗Ｒ７〜Ｒ１１にて構成され、モータ２の通電経路に直列に挿入された抵抗Ｒ１１の両端の電圧に基づき、モータ２或いはこれを駆動させるためのＨブリッジ回路等の異常（断線・短絡）を検出するものである。この電流検出回路１３からの出力（異常検出信号）は、駆動ロジック部２１に入力され、駆動ロジック部２１は、モータ２に流れる電流が所定の上限値を超えた場合にはモータ電流を抑制するように各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を制御する。また、電流検出回路１３からの出力は、抵抗Ｒ５及びＲ６にて分圧された上でマイコン１１にも入力され、異常時には、マイコン１１は、異常が生じたことをダイアグノーシスコードとして記憶し、運転室内のインパネに設けられた警告灯（図示せず）を点灯させて異常の発生を運転者にも報知する。
【００４５】
ところで、本実施形態のモータ駆動回路１２のように、四個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４をオン・オフ制御することによりモータ２への通電を制御する場合、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の通電時（オン時）には、各トランジスタのオン抵抗により素子内部に電力損失が生じ、これに起因して熱が発生する。そのため、通電時に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４で発生する熱を、外部に適切に放出する必要がある。
【００４６】
この場合、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に別途放熱器を設けるなどの一般的な放熱方法ももちろん可能であるが、このようにすると、従来技術で述べたような問題が生じる。
そこで、本実施形態では、四個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４が全て同時にオンになることはないことに着目し、例えばローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を、図４に示すように基板上に近接して実装した。図４（ａ）は、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における断面Ａ−Ａの概略を表す説明図である。
【００４７】
図４（ｂ）に示すように、トランジスタＴｒ４は、樹脂によりモールドされた表面実装用の部品であり、トランジスタチップＢ４の裏面（ドレイン）は金属製のドレイン端子Ｄ４に直接接合されている。このドレイン端子Ｄ４は、トランジスタチップＢ４から発生する熱を放熱するための放熱板としての役目を兼ね備えたものである。
【００４８】
トランジスタチップＢ４の表面（ソース）はワイヤボンディングＷ４により金属製のソース端子Ｓ４に接続されている。また、図示はしないものの、トランジスタチップＢ４のゲートも、同じくワイヤボンディングにより金属製のゲート端子Ｇ４に接続されている。そして、トランジスタチップＢ４及びワイヤボンディングＷ４を含む部品全体が、樹脂モールドによるパッケージＭ４に覆われた構造になっている。
【００４９】
尚、他の３つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３も、トランジスタＴｒ４と全く同様の構造を有する表面実装用のモールド型部品であるため、詳細な説明は省略する。
そして、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、図４（ａ）に示すように基板４４上に相互に近接して実装され、トランジスタＴｒ３のドレイン端子Ｄ３、ソース端子Ｓ３、ゲート端子Ｇ３は、それぞれ、基板４４に形成されたランドＬＤ３、ＬＳ３、ＬＧ３にはんだ付けされている。トランジスタＴｒ４のドレイン端子Ｄ４、ソース端子Ｓ４、ゲート端子Ｇ４も、それぞれ、基板４４に形成されたランドＬＤ４、ＬＳ４、ＬＧ４にはんだ付けされている。基板４４は、板状絶縁体の両面に所望の銅箔パターン（ランドを含む）が形成された周知の両面プリント基板である。
【００５０】
各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４のドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は、それぞれ基板４４上に形成されたレジスト施工済みの配線パターン（銅箔パターン）ＰＤ３、ＰＤ４を介して、接続対象であるコネクタ４５の所定のリード４５ａ、４５ｂに電気的に接続され、このコネクタ４５を介してモータ２（図４では図示せず）に接続されている。この各配線パターンＰＤ３、ＰＤ４は、各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４から発生する熱の伝導を良好にする（詳細は後述）ため、図４に示すように広い範囲で形成されており、しかも両者が近接するように形成されている。
【００５１】
一方、ソース端子Ｓ３，Ｓ４は、配線パターンＰＳ３，ＰＳ４、スルーホール４６ａ、４６ｂ及び基板４４の裏面に形成された配線パターンＰＧ３４を介して、電気的に接続されている。このソース端子Ｓ３、Ｓ４、及びゲート端子Ｇ３、Ｇ４は、いずれも図示しない配線パターンを介して基板４４上の所定の部位に配線されるが、ここでは、その詳細については省略する。
【００５２】
基板４４の裏面における、各トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の裏面に相当する範囲には、銅箔パターンＰＴが形成されている。この銅箔パターンＰＴは、電気信号を伝達せるためのものではないため、他の部品や配線パターン等と電気的に接続されておらず、後述するように、二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の放熱部（ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４）から発生する熱の伝導を良好にするために設けたものであり、ランドＬＤ３，ＬＤ４、配線パターンＰＤ３，ＰＤ４と共に、本発明の導電性金属パターンに相当するものである。
【００５３】
既述の通り、モータ２への通電を四つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４にて制御するため、各トランジスタへの通電時には、素子内部（トランジスタチップ）で熱が発生する。そのため、近接して実装した二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４からも、通電時には熱が発生するが、二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４に同時に連続して通電されることはない。即ち、図３で説明したように、モータ２の閉回転時にはトランジスタＴｒ４は常時オフとなり、トランジスタＴｒ３をデューティ制御することにより、モータ２への通電電流量を制御する。一方、モータ２の開回転時にはトランジスタＴｒ３が常時オフとなり、トランジスタＴｒ４をデューティ制御することにより、モータ２への通電電流量を制御する。
【００５４】
つまり、いずれか一方のトランジスタは常時オフになり、他方のトランジスタに対して通電が行われるため、モータ２の駆動中は、いずれか一方の通電中のトランジスタからのみ熱が発生することになる。そのため、図４のように、この二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を近接して実装（換言すれば、放熱部としてのドレイン端子Ｄ３，Ｄ４を近接）することにより、動作中のトランジスタからの発熱を、動作していないトランジスタの放熱部（ドレイン端子）に伝えれば、トランジスタからの放熱がより良好に行われることになる。
【００５５】
ここで、上記のように二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板４４の同一面上に近接実装した場合、各ドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は、相互が配線パターンを介して直接接続されていないため、動作中のトランジスタからの発熱は、基板４４を構成する絶縁体を直接介して、動作していないトランジスタへ、基板４４を水平方向に伝導することになる。しかしながら、基板４４の絶縁体（例えばガラス布エポキシ）は銅などの金属に比べ、熱抵抗が大きく、熱が伝導しにくい。
【００５６】
そこで、本実施形態では、基板４４の裏面に、熱伝導のための銅箔パターンＰＴを設け、これを介して二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４相互間の熱伝導を行うことにより、熱が良好に伝導できるようにした。
即ち、銅箔パターンＰＴを設けたことにより、一方の動作中のトランジスタから発生した熱は、基板４４の絶縁体を介して水平方向に伝導するよりも、基板４４の厚さ方向に（つまり基板４４の裏面側に）伝導する方が、早く且つ効率的に伝導される。例えば、トランジスタＴｒ４のトランジスタチップＢ４から発生した熱は、ドレイン端子Ｄ４からランドＬＤ４へ伝わり、配線パターンＰＤ４へと放熱されていく。そして、このようにドレイン端子Ｄ４を中心として配線パターンＰＤ４まで伝導した熱は、基板４４を介してその裏面の銅箔パターンＰＴにも伝わる。
【００５７】
銅箔パターンＰＴは基板４４の絶縁体に比べて熱抵抗が小さいため、銅箔パターンＰＴ全体に熱が急速に伝わる。銅箔パターンＰＴ全体に伝わった熱は、再び基板４４の絶縁体を介して、近接実装されたトランジスタＴｒ３の放熱部（ドレイン端子Ｄ３）や配線パターンＰＤ３に伝わり、吸収される。
【００５８】
つまり、単に近接実装して、基板４４の水平方向に基板４４の絶縁体を介して熱を伝導するのに比べ、基板４４の裏面の銅箔パターンＰＴを利用して、トランジスタ相互間の熱伝導を面的（基板４４の厚さ方向）に行う方が、より良好に熱を伝導できるのである。
【００５９】
従って、本実施形態のスロットル制御システムによれば、共に同時に通電されることのない二つのトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を基板４４上に近接して実装し、各ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４と電気的・熱的につながった配線パターンＰＤ３，ＰＤ４をできるだけ広い範囲且つ近接するように形成して、しかも基板４４の裏面におけるトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の裏面に相当する範囲に銅箔パターンＰＴを設けたことにより、動作中のトランジスタから発生した熱は基板４４の絶縁体及び銅箔パターンＰＴを介して、非動作中のトランジスタに良好に伝導し、吸収させることができる。
【００６０】
そのため、動作中のトランジスタの温度が低減されることになり、この温度低減効果の分だけ、より多くの電流をトランジスタに通電させることができることになる。言い換えれば、オン抵抗の大きい、チップサイズのより小さいトランジスタを、許容損失の低いより小さなパッケージにして用いることができるようになるわけである。そのため、トランジスタのコストダウンも可能となり、結果として電子制御装置５全体の小型化及び低コスト化も可能となる。
【００６１】
また、銅箔パターンＰＴは、熱伝導にのみ利用するために設けたものであるため、電源ラインやグランドラインなどの他の信号の配線に併用することも可能である。
［第２実施形態］
本実施形態のスロットル制御システムの構成は、第１実施形態のスロットル制御システムの構成（図１及び図２）と同じであるため、ここではその説明を省略する。そして、以下、本実施形態のスロットル制御システムの構成についても、第１実施形態の図１及び図２に基づいて説明する。
【００６２】
本実施形態では、図５に示すように、閉回転時は、トランジスタＴｒ３の駆動信号Ｏ３をＨレベルに、トランジスタＴｒ２の駆動信号Ｏ２をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ３をオン状態、トランジスタＴｒ２をオフ状態にする。そして、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ４には、目標スロットル開度に応じてデューティ制御した、相互に異なるレベルの駆動信号Ｏ１、Ｏ４を入力することにより、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４のオン・オフ状態を交互に反転（デューティ駆動）させる。
【００６３】
この結果、駆動信号Ｏ１がＨレベル、駆動信号Ｏ４がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ１がオン、トランジスタＴｒ４がオフ状態となったときには、モータ電流Ｉｍがマイナス方向に上昇（つまり、接続点Ｂから接続点Ａへ流れる電流が上昇）する。そして、駆動信号Ｏ４がＨレベル、駆動信号Ｏ１がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ４がオン、トランジスタＴｒ１がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、モータ２によりローサイド側に形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍは減衰する。
【００６４】
一方、モータ２を開回転させる場合も、図５に示す如く、トランジスタＴｒ４の駆動信号Ｏ４をＨレベルに、トランジスタＴｒ１の駆動信号Ｏ１をＬレベルに保持することにより、トランジスタＴｒ４をオン状態、トランジスタＴｒ１をオフ状態にする。そして、駆動信号Ｏ３がＬレベル、駆動信号Ｏ２がＨレベルとなって、トランジスタＴｒ３がオフ、トランジスタＴｒ２がオン状態となったときには、モータ電流Ｉｍが上昇する。そして、駆動信号Ｏ３がＨレベル、駆動信号Ｏ２がＬレベルとなって、トランジスタＴｒ３がオン、トランジスタＴｒ２がオフ状態となったときには、モータ２に蓄積された磁気エネルギ（消弧エネルギ）により、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４、モータ２で形成される環流回路に環流電流が流れて、モータ電流Ｉｍはやはり減衰する。
【００６５】
つまり、本実施形態では、第１実施形態とは逆に、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を通電時間制御用として使用し、ローサイド側の二つのトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４を通電方向選択用として使用している。
上記のようにモータ２への通電を行った場合、例えばハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、いずれか一方は常時オフとなっている。そのため、通電中のトランジスタから発生する熱を非通電中のトランジスタに吸収させるように、両トランジスタを基板上に配置できれば、放熱性能が向上し、トランジスタチップのサイズをより小さくすることができる。
【００６６】
そこで、本実施形態では、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、図６に示すように基板上に近接して実装した。図６（ａ）は、ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を基板上に実装した状態を示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における断面Ａ−Ａの概略を表す説明図である。尚、本実施形態においても、四つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の構造は、第１実施形態において図４に示した構造と同じであるため、ここではその説明を省略する。
【００６７】
ハイサイド側の二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、図６（ａ）に示すように基板６１上に相互に近接して実装され、トランジスタＴｒ１のドレイン端子Ｄ１、ソース端子Ｓ１、ゲート端子Ｇ１は、それぞれ、基板６１に形成されたランドＬＤ１、ＬＳ１、ＬＧ１にはんだ付けされている。トランジスタＴｒ２のドレイン端子Ｄ２、ソース端子Ｓ２、ゲート端子Ｇ２も、それぞれ、基板６１に形成されたランドＬＤ２、ＬＳ２、ＬＧ２にはんだ付けされている。
【００６８】
一方、各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のドレイン端子Ｄ１、Ｄ２は、同電位である（図２参照）ため、配線パターンＰＤ６０を介して、両ドレイン端子Ｄ１及びＤ２を電気的に接続している。そしてこの配線パターンＰＤ６０は、本発明の導電性金属パターンに相当し、各トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の相互間で熱を伝導させる機能をも有するものである。尚、ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２は、図示しない配線パターンを介してバッテリ６に接続され、ゲート端子Ｇ１、Ｇ２も図示しない配線パターンを介して基板６１上の所定の部位に配線されるが、ここでは、その詳細については省略する。
【００６９】
図５で説明したように、二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に同時に連続して通電されることはなく、モータ２の駆動時には、いずれか一方のトランジスタは常時オフになり、他方のトランジスタに対して通電が行われる。即ち、いずれか一方の通電中のトランジスタからのみ熱が発生することになる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、この配線パターンＰＤ６０を介して、二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２相互間の熱伝導を行うことにより、熱が良好に伝導できるようにした。
つまり、両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間の電気的接続のために必要な配線パターンＰＤ６０を、両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間を最短の距離でしかも太く配線するように形成することにより、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２相互間の熱伝導を良好に行うための手段（即ち本発明の導電性金属パターン）として利用している。
【００７１】
従って、本実施形態のスロットル制御システムによれば、共に同時に通電されることのない二つのトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を基板６１上に近接して実装し、しかも両ドレイン端子Ｄ１、Ｄ２間は配線パターンＰＤ６０により接続されているため、動作中のトランジスタから発生した熱は主にこの配線パターンＰＤ６０を介して、非動作中のトランジスタの放熱部（ドレイン端子）に良好に伝導し、吸収させることができる。そのため、動作中のトランジスタの温度が低減されることになり、第１実施形態と同等の作用効果を奏する。
【００７２】
しかも、本実施形態では、第１実施形態の場合のように熱を伝導させるためだけに銅箔パターンＰＴ等を設ける必要はなく、通電に必要な配線パターンＰＤ６０を熱伝導にも有効利用できるため、電子制御装置５をより小型化、低コスト化することができる。
【００７３】
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、第１実施形態においては、ローサイド側のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を、基板４４の同一面上に近接して実装したが、例えば図７に示すように、基板７１の表裏面に、基板７１を挟むように実装してもよい。このようにすれば、第１実施形態の図４に示したような銅箔パターンＰＴを介すことなく、基板７１における両トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の放熱部（ドレイン端子Ｄ３，Ｄ４）が挟む部分にて、基板７１の厚さ方向に直接面的に熱の伝導が行われるため、さらに良好な熱の伝導が行われ、しかも、ドレイン端子と接続する配線パターンＰＤ７１、ＰＤ７２をより小さくすることができ、トランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の実装面積も大幅に減少する。そのため、電子制御装置５のさらなる小型化・低価格化が可能となる。
【００７４】
第２実施形態においても同様に、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、基板６１の同一面上に近接して実装したが、例えば図８に示すように、基板６１の表裏面に、基板６１を挟むように実装してもよい。そしてこの場合、ドレイン端子Ｄ３、Ｄ４は同電位であり、スルーホール８２により電気的に接続されるが、このスルーホールを介して熱を伝導することができるため、図７に場合比べて、熱の伝導はより良好に行われ、しかもトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の実装面積も大幅に減少するため、電子制御装置５のさらなる小型化・低価格化が可能となる。
【００７５】
尚、上記のように二つのトランジスタを基板両面に実装する場合、二つのトランジスタの放熱部（ドレイン端子）が基板を介して完全に対向するように実装するのが好ましいが、これに限らず、部品の放熱性能等を考慮した上で、両トランジスタの放熱部の一部分のみが対向するように実装してもよい。
【００８１】
また、ハイサイド側のトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の近接実装（第２実施形態の場合）、或いはローサイド側のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４の近接実装（第１実施形態の場合）に限らず、例えばハイサイド側のトランジスタＴｒ２とローサイド側のトランジスタＴｒ３を相互に近接実装してもよい。
【００８２】
さらに、近接実装するトランジスタの数は二つに限らず、例えば三つのトランジスタを近接してもよく、とにかく近接実装したトランジスタが同時に通電されるものでなければよい。
更にまた、上記実施形態では、一つのモータ２を駆動するためのモータ駆動回路１２に備えられたトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を適宜近接して実装するようにしたが、例えばこのモータ２以外にも、負荷及び負荷への通電を制御するための駆動素子（トランジスタ等）が別途ある場合に、その駆動素子と、モータ駆動回路１２のいずれかのトランジスタとを近接して実装してもよい。
【００８３】
つまり、一つの制御対象（負荷）への通電を制御する素子間のみならず、複数の制御対象に対して個々に通電制御を行う素子の相互間にも、本発明を適用することができる。
また、本発明は、上記実施形態のように直流モータを駆動する装置に限らず、例えばステッピングモータ駆動装置、或いはインジェクタ駆動装置など、複数の発熱素子を備えるあらゆる駆動装置、制御装置等に適用することができる。
【００８４】
また更に、上記実施形態では、Ｈブリッジ回路を構成する四つのトランジスタ（ＦＥＴ）に対して本発明を適用したが、ＦＥＴに限らず、例えばバイポーラ型パワートランジスタやサイリスタ等のあらゆるパワー素子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたスロットルバルブ制御システムの構成を表す概略構成図である。
【図２】電子制御装置の構成を表す概略構成図である。
【図３】第１実施形態の、Ｈブリッジ回路によるモータへの通電パターンを示すタイムチャートである。
【図４】第１実施形態の、ローサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態を表す説明図である。
【図５】第２実施形態の、Ｈブリッジ回路によるモータへの通電パターンを示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態の、ハイサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態を表す説明図である。
【図７】第１実施形態の、ローサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態の、他の例を表す説明図である。
【図８】第２実施形態の、ハイサイド側トランジスタ２個を基板へ実装した状態の、他の例を表す説明図である。
【符号の説明】
１…スロットルバルブ、２…モータ、３…スロットル開度センサ、４…ペダル位置センサ、５…電子制御装置、６…バッテリ、７…イグニションスイッチ、８…アクセルペダル、１１…マイコン、１２…モータ駆動回路、１３…電流検出回路、２１…駆動ロジック部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…プリドライバ、４４，６１，７１，８１…基板、４５，６３，７３，８３…コネクタ、４６ａ，４６ｂ，８２…スルーホール、Ｂ１，Ｂ４…トランジスタチップ、Ｍ１，Ｍ４…パッケージ、Ｗ１，Ｗ４…ワイヤボンディング、ＬＤ１〜ＬＤ４，ＬＳ１〜ＬＳ４，ＬＧ１〜ＬＧ４，ＬＤ７３，ＬＤ７４，ＬＤ８１，ＬＤ８２…ランド、ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ６０，ＰＤ７１，ＰＤ７２，ＰＤ８１，ＰＤ８２，ＰＳ３，ＰＳ４，ＰＧ３４…配線パターン、ＰＴ…銅箔パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device that drives an electrical load such as a motor, and more particularly to an electrical load drive device that uses a plurality of drive elements.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, by inputting information from various switches and sensors provided in each part of the vehicle to a microcomputer, performing various calculations based on the information, and driving an electric load such as a motor via a driving device, Electronic control devices that perform vehicle control are widely known.
[0003]
In particular, along with the rapid digitization of vehicle systems in recent years, various mechanisms are operated by driving motors such as throttle valve opening / closing control, idle rotation speed control, or automatic transmission shift range switching control in internal combustion engines. The system is increasing. In a drive device for driving a motor, various drive circuits are configured depending on the type of motor to be used and the control method. For example, six drive elements such as power transistors are provided, and these are PWM-controlled. A so-called H-bridge circuit or step motor, which has four drive elements that supply three-phase alternating current to the AC motor, and controls the energization of the DC motor by turning these drive elements on and off Such drive circuits are well known.
[0004]
In such a motor drive circuit, it is possible to control the rotational direction, rotational position, torque, etc. of the motor by sequentially energizing (turning on) a plurality of drive elements or adjusting the duty ratio of the energized drive elements. Therefore, it is possible to appropriately drive and control the control target such as the opening degree of the valve.
[0005]
Drive elements such as power transistors tend to generate heat when energized. Therefore, when selecting a drive element, it is usually possible to use it in consideration of the operating conditions (current value, energization time, duty, etc.) of the drive device. A component having a power loss within a certain range is appropriately selected. In general, a method of improving the heat dissipation performance by attaching a radiating fin to the drive element so that it can be used even with a drive element having a certain amount of power loss (that is, a large amount of heat generation) is often performed.
[0006]
By the way, in recent years, the heat dissipating fins that dissipate heat to the device housing as described above have been abolished, and for example, small drive elements that dissipate heat to the substrate, such as surface mount components and elements with heat sinks, have been mounted on the substrate By selecting the drive element in consideration of the heat dissipation performance in the state, the entire apparatus can be reduced in size and cost.
[0007]
In this case, if a driving element having a smaller on-resistance (in other words, less power loss) is used, the driving element can be further reduced to reduce the size of the apparatus. In other words, the smaller the element, the worse the heat dissipation performance. Accordingly, the on-resistance of the element is reduced to suppress the heat generation amount, thereby attempting to cover the deterioration of the heat dissipation performance.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the use of a drive element having a small on-resistance as described above enables a reduction in the size of the drive element, but in order to reduce the on-resistance, a drive element having a large internal chip (semiconductor chip) size is used. Therefore, the cost of the driving element is increased. In other words, the size of the entire drive element (package) can be reduced, but the internal chip has to be enlarged correspondingly, and it is impossible to simultaneously achieve downsizing and cost reduction of the drive element.
[0009]
As a method for solving such a problem, for example, in Japanese translation of PCT publication No. 6-507049, there is a method that enables good heat radiation from an output component (heat-generating component) using an apparatus housing or the like. It is disclosed. Specifically, the coating made of a heat conductive material is formed in an annular shape on both sides of the outer peripheral portion of the substrate, and the heat-generating component provided with the cooling fins heats the coating on the outer peripheral portion of the substrate. Arranged so as to contact each other. In addition, the casing (device casing) for storing the substrate and the like is also configured to be in thermal contact with the coating on the outer peripheral portion of the substrate, thereby without adding a separate heat dissipation component to the heat-generating component, Good heat dissipation is achieved.
[0010]
However, in the above method, although the heat dissipation performance is improved, it is necessary to provide a coating for heat dissipation on the outer peripheral portion of the substrate, and the substrate becomes larger accordingly. In addition, since all of the plurality of exothermic components are annularly arranged on the outer periphery of the substrate, the distance between the exothermic components on the substrate and the external input / output terminals (connectors, etc.) is increased, and a thick wiring pattern has to be formed longer. No longer get.
[0011]
For this reason, although the parts can be reduced in size, the board becomes larger, leading to an increase in the size of the entire apparatus, resulting in an increase in cost. Also, a control circuit that controls the operation of the exothermic components is also arranged on the board, but a thick wiring pattern from the exothermic parts to the connector arranged on the outer periphery of the board passes near this control circuit. Therefore, the control circuit may malfunction due to electromagnetic noise radiated around the wiring pattern due to a current flowing through the wiring pattern (for example, a current driving an external load).
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and in an electric load drive device including a plurality of heat generating elements, the heat generating elements can be reduced in size and cost, and the entire apparatus can be reduced in size and cost. The purpose is to plan.
[0013]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The drive device according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problems, has a plurality of heating elements provided in a current-carrying path to one or a plurality of electric loads. Of the plurality of heating elements, each otherat the same timeAt least two heating elements that are not energized are mounted close to the boardThe
Each of the heat generating elements mounted in the vicinity thereof is configured by integrating a semiconductor chip and a heat radiating metal member for releasing heat from the semiconductor chip by a resin mold. In addition, at least one conductive metal pattern for conducting heat between the heat generating elements is formed at least under the heat dissipating metal member included in each of the heat generating elements mounted in close proximity on the substrate. ing. The heat generating elements mounted in close proximity are mounted on the substrate so that the heat dissipating metal member is in contact with the conductive metal pattern.
[0014]
Drive elements mounted in close proximity togetherat the same timeDoes not operate (becomes energized), and either heating element does not operate (becomes de-energized)). That is, one of the heating elements is not necessarily energized during driving of the electric load. there,When one heating element is not operating, the heat generated from the other heating element isHeat-dissipating metal member provided on other heat generating element and conductive metal pattern formed on substrateTherefore, the heat-generating element that is not operating can be absorbed, and the heat dissipation performance is improved, so that more current can flow to the drive element. That is, it is possible to use a heating element that has a larger power loss during energization (for example, a smaller element size).
[0015]
Therefore, according to the first aspect of the present invention, the heat generated by the heating element during operation is mounted in close proximity.For non-operating heating elementsSince it can be absorbed, it becomes possible to reduce the cost by reducing the size of the heating element. This also makes it possible to reduce the size and cost of the entire apparatus.
[0016]
The heating element is, for example, a power transistorAnd various elements such as thyristors,Proximity mounted heating elementat the same timeAction(Energized)Anything can be used as long as it can absorb heat mutually.
[0017]
Here, the conductive metal pattern may be provided only for heat conduction, for example. However, as described in claim 2, the wiring pattern formed on the substrate is also used for heat conduction. May be. That is, the invention according to claim 2 is the electric load driving device according to claim 1, wherein the heat dissipating metal member is electrically and thermally applied to the non-active surface of the semiconductor chip opposite to the active surface. The conductive metal pattern is a wiring pattern for electrically connecting the active surface and its connection target.
With wiring patterndo itFor example, a well-known copper foil pattern or through hole formed on a substrate for electrical conductionThere is.In this way, it is possible to effectively use the wiring pattern on the board to conduct heat.Also forSince it can be used, the drive device can be further reduced in size and cost.
[0018]
Further, as described above, the present inventionVariousAlthough it can be applied to a heating element, as described in claim 3, it is more effective when applied to a switching element that conducts and cuts off a current path of an electric load. That is, for example, a switching element such as a power transistor conducts and cuts off an energization current to the electric load, and the amount of the energization current is also a relatively large current necessary for driving the electric load. A large amount of heat is generated from the switching element when energized. for that reason,Simultaneously with each otherMultiple switching elements that are not energizedProximity mounting and conductive metal pattern at the bottom of each switching element to allow heat conduction to each otherBy doing so, the switching element having a large calorific value can be miniaturized.
[0019]
Further, as described in claim 4, the plurality of heating elements mounted close to each other on the substrate may be mounted so that the substrate is sandwiched between the front and back surfaces of the substrate. In this way,In addition to the conductive metal pattern connected to the metal member for heat dissipation, a separate conductive metal patternFurther, it is not necessary to provide heat, and heat conduction can be performed in a portion of the substrate sandwiched between the heating elements mounted on the front and back surfaces. In other words, heat can be directly and planarly conducted through the substrate, and the heat radiation effect is further enhanced, compared to the case where the substrate is disposed close to the same surface. Therefore, in addition to being able to further reduce the size of the heat generating element, it is possible to reduce the mounting area on the substrate by mounting on the front and back surfaces, so that the entire drive device can be further reduced in size.
[0020]
Note that the relative positional relationship between the heat generating elements mounted on the front and back surfaces is mounted on the front and back surfaces at the same position on the substrate in consideration of good thermal conductivity (that is, the heat generating elements sandwich each other across the substrate). However, it is not always necessary to be completely mounted on the front and back surfaces of the same position of the substrate, and there is even a portion between the heating elements in the substrate. As long as it is implemented.
[0021]
Here, the invention described in claims 1 to 4 includes, as described in claim 5, four switching elements as heating elements, and an H bridge circuit configured by the four switching elements as an electric load. The present invention can be applied to a drive device that can control the energization direction to one motor. Of the four switching elements,at the same timeTwo switching elements that are not energized are mounted so as to be close to each other.
[0022]
Normally, when the motor is driven by an H-bridge circuit, the energization direction to the motor is controlled by appropriately controlling on / off of the four switching elements. Therefore, all four switching elements are not turned on at the same time when the motor is driven. So, of the four switching elements,at the same timeIf two switching elements that are not energized are mounted so as to be close to each other, the heat generated by the switching element in operation can be reduced.InactiveIt can be absorbed by the switching element.
[0023]
Therefore, when the present invention (Claims 1 to 4) is applied to an H bridge circuit having a large number of switching elements (four), the four switching elements are reduced in size, and the motor drive device is further reduced in size. Since the cost can be reduced, it is more effective.
[0024]
By the way, when driving a motor with an H bridge circuit, for example, two switching elements connected to either the positive polarity or the negative polarity of the power supply are used for energization direction selection (direction selection side), and the other In general, two switching elements connected in polarity are used for energization control (energization control side).
[0025]
That is, for example, by always turning on one of the two switching elements on the direction selection side, and always turning off one of the two switching elements on the conduction control side, Determine the energization direction of the motor. When the other switching element (direction selection side drive element) on the direction selection side is turned off and the other element (energization control side drive element) on the conduction control side is turned on, the motor is energized.
[0026]
In order to control the amount of current supplied to the motor, for example, the duty control of the power supply control side drive element may be performed. However, even if the power supply control side drive element is turned off and turned off, the magnetic energy stored in the motor is Due to the (arcing energy), the current flowing through the motor does not become zero immediately. Therefore, for example, by turning on the switching element that has been turned off on the direction selection side at the same time as turning off the energization control side drive element, the recirculation circuit is formed by the two switching elements on the direction selection side and the motor. Formed so that the motor's magnetic energy can be consumed and the current zeroed.
[0027]
In other words, in this case, the arc-extinguishing energy when the motor is turned off is consumed on the direction selection side, and the two switching elements on the direction selection side both have a period during which current flows simultaneously. These two switching elements do not have a period during which current flows simultaneously.
[0028]
Therefore, in the drive device that drives the motor by the H-bridge circuit described in claim 5, as described in claim 6, it is connected to either the positive or negative polarity side of the motor power supply. In order to control the direction and magnitude of the energization current when the motor is energized, if one of the switching elements is always off and the other is duty controlled, the two switching elements are It is particularly effective when mounted close together.
[0029]
In this way, one of the two switching elements mounted in close proximity is always turned off.BecauseHeat dissipation is performed better.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a vehicle throttle control system to which the present invention is applied.
[0031]
As shown in FIG. 1, the throttle control device of the present embodiment is connected to a throttle valve 1 for adjusting the flow rate of air flowing in the intake air pipe 7 toward the internal combustion engine 9, and a rotary shaft of the throttle valve 1. A motor 2 for rotating the throttle valve 1 and a throttle which is attached to a throttle body (not shown) for detecting the opening of the throttle valve 1 and outputs a voltage proportional to the throttle opening in conjunction with the throttle valve 1 An opening sensor 3 and a pedal position sensor 4 that detects an operation amount of the accelerator pedal 8 by the driver and outputs a voltage proportional to the operation amount, and signals (outputs) from the throttle opening sensor 3 and the pedal position sensor 4 Voltage) is input to the motor 2 in order to control the opening of the throttle valve 1 to a desired opening in accordance with these input signals. An electronic control device 5 that performs energization control, a battery 6 that is mounted on the vehicle and supplies power to the motor 2, and an ignition switch 7 that conducts and interrupts the energization path from the battery 6 to the electronic control device 5; Consists of The motor 2 is a well-known DC motor in which the rotation direction is controlled by the energization direction and the rotation torque is controlled by the energization current amount.
[0032]
The electronic control unit 5 is mainly composed of a microcomputer (hereinafter simply referred to as “microcomputer”) 11, a motor drive circuit 12, and a current detection circuit 13, and details thereof are shown in FIG. 2.
The microcomputer 11 is a well-known one having a CPU, ROM, RAM, I / O, bus line, and the like. The microcomputer 11 receives the output voltage from the throttle opening sensor 3 after being divided by resistors R1 and R2, and the output voltage from the pedal position sensor 4 is divided by resistors R3 and R4. The output voltage from the current detection circuit 13 is divided by resistors R5 and R6 and then input. Based on these input signals (voltages), a control signal for controlling energization to the motor 2 is output to the drive logic unit 21 in the motor drive circuit 12.
[0033]
Although not shown, in addition to the above input voltage, the microcomputer 11 also receives various signals such as the engine speed, cooling water temperature, intake / exhaust temperature, battery voltage, and the like. (For example, ignition timing control, idle speed control, etc.) are performed. Further, power for operating the microcomputer 11 is also supplied from the battery 6 through the ignition switch 7.
[0034]
The motor drive circuit 12 includes an H-bridge circuit including four N-channel MOS type FETs (field effect transistors, hereinafter simply referred to as “transistors”) Tr1, Tr2, Tr3, Tr4. Specifically, the drains of the transistors Tr1 and Tr2 (high-side transistors) are connected to the positive side of the battery 6 via the ignition switch 7, and the sources of the transistors Tr3 and Tr4 (low-side transistors) are the current detection circuits. 13 is connected to a power supply line (ground line) having the same potential as that of the negative electrode side of the battery 6 via a resistor R11. The four transistors Tr1 to Tr4 correspond to switching elements as heating elements of the present invention.
[0035]
The source of the transistor Tr2 is connected to the drain of the transistor Tr3, and its connection point A is connected to one end of the motor 2. The source of the transistor Tr1 is connected to the drain of the transistor Tr4 and its connection point B is connected to the motor 2. Is connected to the other end. The motor 2 is actually provided in the vicinity of the throttle valve 1 as shown in FIG. 1, but in FIG. 2, the motor 2 is included in the motor drive circuit 12 for clarity of explanation. Is also described.
[0036]
In such an H-bridge circuit, when all of the transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 are in an off state, if the high-side transistor Tr1 and the low-side transistor Tr3 are simultaneously turned on, An electric current flows from the connection point B to the connection point A, and the motor 2 can be rotated (closed rotation) in the direction in which the throttle valve 1 is closed. Conversely, if the high-side transistor Tr2 and the low-side transistor Tr4 are turned on simultaneously, a current flows from the connection point A to the connection point B with respect to the motor 2, and the motor 2 opens the throttle valve 1. Can be rotated (open rotation).
[0037]
Further, in order to control the rotational position of the motor 2 (and hence the opening of the throttle valve 1), the current Im flowing through the motor 2 may be controlled. 2 is closed, the high-side transistor Tr1 is kept on, the low-side transistor Tr4 is kept off, and the low-side transistor Tr3 and the high-side transistor Tr2 are turned on / off. This is done by switching alternately.
[0038]
That is, the N-channel transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4 are all turned on when the drive signals O1, O2, O3, O4 input to the gates are at a high level (hereinafter referred to as “H level”). Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, during the closed rotation, the drive signal O1 of the transistor Tr1 is held at the H level, and the drive signal O4 of the transistor Tr4 is held at the Low level (hereinafter referred to as “L level”). Thus, the transistor Tr1 is turned on and the transistor Tr4 is turned off. The transistors Tr2 and Tr3 are alternately inverted with respect to the on / off states of the transistors Tr2 and Tr3 by inputting the drive signals O2 and O3 at different levels, which are duty-controlled according to the target throttle opening degree. (Duty drive).
[0039]
As a result, when the drive signal O2 is L level and the drive signal O3 is H level, the transistor Tr2 is turned off and the transistor Tr3 is turned on, the motor current Im increases in the negative direction (that is, from the connection point B). Current flowing to the connection point A increases). When the drive signal O2 is at the H level and the drive signal O3 is at the L level, the transistor Tr2 is turned on and the transistor Tr3 is turned off, the magnetic energy (arcing energy) accumulated in the motor 2 causes the transistor A circulating current flows through a closed circuit (circulating circuit) formed on the high side by Tr1, Tr2, and the motor 2, and the motor current Im attenuates.
[0040]
On the other hand, when the motor 2 is rotated open, as shown in FIG. 3, the transistor Tr2 is turned on by holding the drive signal O2 of the transistor Tr2 at the H level and the drive signal O3 of the transistor Tr3 at the L level. Tr3 is turned off. The transistors Tr1 and Tr4 are alternately inverted with respect to the on / off states of the transistors Tr1 and Tr4 by inputting the drive signals O1 and O4 having different levels, which are duty-controlled according to the target throttle opening degree. (Duty drive).
[0041]
As a result, when the drive signal O1 becomes L level and the drive signal O4 becomes H level, the transistor Tr1 is turned off and the transistor Tr4 is turned on, the motor current Im increases. When the drive signal O1 is at the H level and the drive signal O4 is at the L level, the transistor Tr1 is turned on and the transistor Tr4 is turned off, the magnetic energy accumulated in the motor 2 (extinguishing energy) causes the transistor A circulating current flows through the circulating circuit formed by Tr1, Tr2, and the motor 2, and the motor current Im is also attenuated.
[0042]
That is, the two high-side transistors Tr1 and Tr2 are used for energization direction selection, and the two low-side transistors Tr3 and Tr4 are used for energization time control.
In either case of closed rotation or open rotation, the motor 2 generates torque according to the ratio (duty ratio) of the on / off time of the transistor Tr3 (at the time of closed rotation) or the transistor Tr4 (at the time of open rotation). Then, the opening degree of the throttle valve 1 is rotated to a desired position.
[0043]
Based on the control signal from the microcomputer 11, the drive logic unit 21 outputs a signal (for example, a 5V H level signal or a 0V L level signal) for turning on / off the transistors Tr1 to Tr4 to each pre-driver 22a. , 22b, 22c, and 22d. Then, in each pre-driver 22a, 22b, 22c, 22d, an output signal from the drive logic unit 21 is converted into a voltage (for example, 12V or 20V (high side transistor) that can actually drive each transistor Tr1 to Tr4. The H level signal (at the time of driving) or the L level signal of 0V) is output to the transistors Tr1 to Tr4 as driving signals O1 to O4, respectively.
[0044]
The current detection circuit 13 includes an operational amplifier 13a and resistors R7 to R11. The current detection circuit 13 is for driving the motor 2 or the motor 2 based on the voltage across the resistor R11 inserted in series in the energization path of the motor 2. This detects abnormalities (disconnection or short circuit) in the H-bridge circuit or the like. The output (abnormality detection signal) from the current detection circuit 13 is input to the drive logic unit 21. The drive logic unit 21 suppresses the motor current when the current flowing through the motor 2 exceeds a predetermined upper limit value. Thus, the transistors Tr1 to Tr4 are controlled. Further, the output from the current detection circuit 13 is divided by the resistors R5 and R6 and is also input to the microcomputer 11. When an abnormality occurs, the microcomputer 11 stores the fact that the abnormality has occurred as a diagnosis code, A warning lamp (not shown) provided on the instrument panel in the cab is turned on to notify the driver of the occurrence of an abnormality.
[0045]
By the way, when the energization to the motor 2 is controlled by controlling the on / off of the four transistors Tr1 to Tr4 as in the motor drive circuit 12 of the present embodiment, when the transistors Tr1 to Tr4 are energized (on time) ), Power loss occurs inside the device due to the on-resistance of each transistor, and heat is generated due to this. Therefore, it is necessary to appropriately release the heat generated in each of the transistors Tr1 to Tr4 when energized.
[0046]
In this case, of course, a general heat dissipation method such as providing a separate heat radiator for each of the transistors Tr1 to Tr4 is also possible, but this causes the problems described in the prior art.
Therefore, in this embodiment, paying attention to the fact that all four transistors Tr1 to Tr4 are not turned on at the same time, for example, two transistors Tr3 and Tr4 on the low side are placed close to each other on the substrate as shown in FIG. And implemented. FIG. 4A is an explanatory view showing a state where the two transistors Tr3 and Tr4 on the low side are mounted on the substrate, and FIG. 4B shows an outline of a cross section AA in FIG. FIG.
[0047]
As shown in FIG. 4B, the transistor Tr4 is a component for surface mounting molded with resin, and the back surface (drain) of the transistor chip B4 is directly joined to the metal drain terminal D4. The drain terminal D4 also serves as a heat radiating plate for radiating heat generated from the transistor chip B4.
[0048]
The surface (source) of the transistor chip B4 is connected to a metal source terminal S4 by wire bonding W4. Although not shown, the gate of the transistor chip B4 is also connected to the metal gate terminal G4 by wire bonding. The entire component including the transistor chip B4 and the wire bonding W4 is covered with a package M4 made of resin mold.
[0049]
The other three transistors Tr1, Tr2, and Tr3 are also surface-mounted mold parts having the same structure as the transistor Tr4, and thus detailed description thereof is omitted.
The two transistors Tr3 and Tr4 on the low side are mounted close to each other on the substrate 44 as shown in FIG. 4A, and the drain terminal D3, source terminal S3, and gate terminal G3 of the transistor Tr3 are These are soldered to lands LD3, LS3, LG3 formed on the substrate 44, respectively. The drain terminal D4, the source terminal S4, and the gate terminal G4 of the transistor Tr4 are also soldered to lands LD4, LS4, and LG4 formed on the substrate 44, respectively. The substrate 44 is a well-known double-sided printed board in which desired copper foil patterns (including lands) are formed on both sides of a plate-like insulator.
[0050]
The drain terminals D3 and D4 of the transistors Tr3 and Tr4 are connected to the resist-treated wiring patterns (copper foil patterns) PD3 and PD4 formed on the substrate 44, respectively.ConnectedIt is electrically connected to predetermined leads 45 a and 45 b of the connector 45, and is connected to the motor 2 (not shown in FIG. 4) via this connector 45. The wiring patterns PD3 and PD4 are formed in a wide range as shown in FIG. 4 in order to improve the conduction of heat generated from the transistors Tr3 and Tr4 (details will be described later), and they are close to each other. It is formed as follows.
[0051]
On the other hand, the source terminals S3 and S4 are electrically connected via the wiring patterns PS3 and PS4, the through holes 46a and 46b, and the wiring pattern PG34 formed on the back surface of the substrate 44. The source terminals S3 and S4 and the gate terminals G3 and G4 are all wired to a predetermined part on the substrate 44 through a wiring pattern (not shown), but the details are omitted here.
[0052]
A copper foil pattern PT is formed on the back surface of the substrate 44 in a range corresponding to the back surfaces of the transistors Tr3 and Tr4. Since this copper foil pattern PT is not for transmitting an electrical signal, it is not electrically connected to other components, wiring patterns, etc., and as will be described later, the heat radiating portions of the two transistors Tr3 and Tr4 (Drain terminals D3, D4) are provided in order to improve the conduction of heat generated from,Land LD3, LD4,Along with the wiring patterns PD3 and PD4,Conductive metal patternIt is equivalent to.
[0053]
As described above, since the energization to the motor 2 is controlled by the four transistors Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, heat is generated inside the element (transistor chip) when energizing each transistor. For this reason, heat is also generated when energized from the two transistors Tr3 and Tr4 mounted in close proximity, but the two transistors Tr3 and Tr4 are not energized continuously at the same time. That is, as described with reference to FIG. 3, the transistor Tr4 is always turned off when the motor 2 is closed, and the amount of current flowing to the motor 2 is controlled by controlling the duty of the transistor Tr3. On the other hand, when the motor 2 is opened, the transistor Tr3 is always off, and the amount of current flowing to the motor 2 is controlled by controlling the duty of the transistor Tr4.
[0054]
That is, since one of the transistors is always off and the other transistor is energized, heat is generated only from one of the energized transistors while the motor 2 is being driven. Therefore, as shown in FIG. 4, by mounting these two transistors Tr3 and Tr4 close to each other (in other words, close to the drain terminals D3 and D4 as the heat radiating portion), the heat generated from the transistors in operation can be reduced. If the heat is transmitted to the heat radiating portion (drain terminal) of the transistor that is not operating, the heat radiated from the transistor is better performed.
[0055]
Here, when the two transistors Tr3 and Tr4 are mounted close to each other on the same surface of the substrate 44 as described above, the drain terminals D3 and D4 are mutually connected.Directly through the wiring patternSince they are not connected, heat generated from the operating transistor is conducted in the horizontal direction through the substrate 44 to the non-operating transistor directly through the insulator constituting the substrate 44. However, the insulator (for example, glass cloth epoxy) of the substrate 44 has a larger thermal resistance than a metal such as copper, and is difficult to conduct heat.
[0056]
Therefore, in the present embodiment, the copper foil pattern PT for heat conduction is provided on the back surface of the substrate 44, and heat conduction between the two transistors Tr3 and Tr4 is performed through the copper foil pattern PT. I was able to do it.
That is, by providing the copper foil pattern PT, the heat generated from one of the transistors during operation is not transmitted in the horizontal direction through the insulator of the substrate 44 but in the thickness direction of the substrate 44 (that is, the substrate Conduction (to the back side of 44) is faster and more efficient. For example, the heat generated from the transistor chip B4 of the transistor Tr4 is transmitted from the drain terminal D4 to the land LD4 and is radiated to the wiring pattern PD4. Then, the heat conducted to the wiring pattern PD4 centering on the drain terminal D4 as described above is also transmitted to the copper foil pattern PT on the back surface through the substrate 44.
[0057]
Since the copper foil pattern PT has a smaller thermal resistance than the insulator of the substrate 44, heat is rapidly transmitted to the entire copper foil pattern PT. The heat transferred to the entire copper foil pattern PT is transferred again to the heat radiating portion (drain terminal D3) of the transistor Tr3 and the wiring pattern PD3 that are mounted in close proximity via the insulator of the substrate 44 and absorbed.
[0058]
That is, the heat conduction between the transistors is achieved by using the copper foil pattern PT on the back surface of the substrate 44, as compared with simply mounting in proximity and conducting heat in the horizontal direction of the substrate 44 through the insulator of the substrate 44. It is possible to conduct heat better by performing the surface treatment (in the thickness direction of the substrate 44).
[0059]
Therefore, according to the throttle control system of this embodiment, bothat the same timeTwo transistors Tr3 and Tr4 that are not energized are mounted close to the substrate 44, and the wiring patterns PD3 and PD4 that are electrically and thermally connected to the drain terminals D3 and D4 are as close as possible to each other. In addition, the copper foil pattern PT is provided on the back surface of the substrate 44 in a range corresponding to the back surfaces of the transistors Tr3 and Tr4, so that the heat generated from the transistor in operation is insulated from the insulator of the substrate 44 and the copper foil. It is possible to conduct and absorb well through the pattern PT to the non-operating transistor.
[0060]
Therefore, the temperature of the transistor in operation is reduced, and a larger amount of current can be passed through the transistor by this temperature reduction effect. In other words, a transistor with a large on-resistance and a small chip size can be used in a smaller package with a low allowable loss. Therefore, the cost of the transistor can be reduced, and as a result, the entire electronic control device 5 can be reduced in size and cost.
[0061]
Further, since the copper foil pattern PT is provided only for heat conduction, it can be used together with other signal wiring such as a power supply line and a ground line.
[Second Embodiment]
Since the configuration of the throttle control system of the present embodiment is the same as the configuration of the throttle control system of the first embodiment (FIGS. 1 and 2), description thereof is omitted here. In the following, the configuration of the throttle control system of the present embodiment will also be described based on FIGS. 1 and 2 of the first embodiment.
[0062]
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, during the closed rotation, the transistor Tr3 is kept in the ON state by holding the drive signal O3 of the transistor Tr3 at the H level and the drive signal O2 of the transistor Tr2 at the L level. Tr2 is turned off. The transistors Tr1 and Tr4 are alternately inverted with respect to the on / off states of the transistors Tr1 and Tr4 by inputting the drive signals O1 and O4 having different levels, which are duty-controlled according to the target throttle opening degree. (Duty drive).
[0063]
As a result, when the drive signal O1 becomes H level and the drive signal O4 becomes L level, the transistor Tr1 is turned on and the transistor Tr4 is turned off, the motor current Im increases in the minus direction (that is, from the connection point B). Current flowing to the connection point A increases). Then, when the drive signal O4 becomes H level and the drive signal O1 becomes L level, the transistor Tr4 is turned on and the transistor Tr1 is turned off, the magnetic energy accumulated in the motor 2 (extinguishing energy) causes the transistor A circulating current flows through a circulating circuit formed on the low side by Tr3, Tr4, and the motor 2, and the motor current Im attenuates.
[0064]
On the other hand, when the motor 2 is rotated open, as shown in FIG. 5, the drive signal O4 of the transistor Tr4 is held at the H level and the drive signal O1 of the transistor Tr1 is held at the L level. Tr1 is turned off. When the drive signal O3 becomes L level and the drive signal O2 becomes H level, the transistor Tr3 is turned off and the transistor Tr2 is turned on, the motor current Im increases. Then, when the drive signal O3 becomes H level and the drive signal O2 becomes L level, the transistor Tr3 is turned on and the transistor Tr2 is turned off, the magnetic energy (extinguishing energy) accumulated in the motor 2 causes the transistor A circulating current flows through the circulating circuit formed by Tr3, Tr4, and the motor 2, and the motor current Im is also attenuated.
[0065]
That is, in the present embodiment, contrary to the first embodiment, the two high-side transistors Tr1 and Tr2 are used for energization time control, and the two low-side transistors Tr3 and Tr4 are used for energization direction selection. I use it.
When the motor 2 is energized as described above, for example, one of the high-side transistors Tr1 and Tr2 is always off. Therefore, if both transistors can be arranged on the substrate so that heat generated from the energized transistor is absorbed by the non-energized transistor, the heat dissipation performance can be improved and the size of the transistor chip can be further reduced.
[0066]
Therefore, in this embodiment, the two transistors Tr1 and Tr2 on the high side are mounted close to each other on the substrate as shown in FIG. FIG. 6A is an explanatory diagram showing a state where the two transistors Tr1 and Tr2 on the high side are mounted on the substrate, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. It is explanatory drawing showing. In this embodiment as well, the structure of the four transistors Tr1 to Tr4 is the same as that shown in FIG. 4 in the first embodiment, so that the description thereof is omitted here.
[0067]
The two transistors Tr1 and Tr2 on the high side are mounted close to each other on the substrate 61 as shown in FIG. 6A, and the drain terminal D1, the source terminal S1, and the gate terminal G1 of the transistor Tr1 are respectively The lands LD1, LS1, and LG1 formed on the substrate 61 are soldered. The drain terminal D2, the source terminal S2, and the gate terminal G2 of the transistor Tr2 are also soldered to lands LD2, LS2, and LG2 formed on the substrate 61, respectively.
[0068]
On the other hand, since the drain terminals D1 and D2 of the transistors Tr1 and Tr2 have the same potential (see FIG. 2), the drain terminals D1 and D2 are electrically connected via the wiring pattern PD60. And this wiring pattern PD60 isIt corresponds to the conductive metal pattern of the present invention, and conducts heat between the transistors Tr1 and Tr2.It also has a function. The drain terminals D1 and D2 are connected to the battery 6 via a wiring pattern (not shown), and the gate terminals G1 and G2 are also wired to predetermined portions on the substrate 61 via a wiring pattern (not shown). The details are omitted.
[0069]
As described with reference to FIG. 5, the two transistors Tr1 and Tr2 are not energized continuously at the same time. When the motor 2 is driven, one of the transistors is always off and the other transistor is energized. Is done. That is, heat is generated only from one of the energized transistors.
[0070]
Therefore, in this embodiment, heat is conducted between the two transistors Tr1 and Tr2 through the wiring pattern PD60 so that heat can be conducted well.
That is, by forming the wiring pattern PD60 necessary for electrical connection between the drain terminals D1 and D2 so as to be thickly wired with the shortest distance between the drain terminals D1 and D2, the transistors Tr1 and Tr2 Good thermal conduction between each otherMeans for (ie, conductive metal pattern of the present invention)It is used as.
[0071]
Therefore, according to the throttle control system of this embodiment, bothat the same timeTwo transistors Tr1 and Tr2 that are not energized are mounted close to the substrate 61, and the drain terminals D1 and D2 are connected by the wiring pattern PD60. Can be conducted and absorbed well through the wiring pattern PD60 to the heat radiation portion (drain terminal) of the non-operating transistor. Therefore, the temperature of the operating transistor is reduced, and the same effect as that of the first embodiment is achieved.
[0072]
Moreover, in the present embodiment, it is not necessary to provide the copper foil pattern PT or the like just for conducting heat as in the case of the first embodiment, and the wiring pattern PD60 necessary for energization is provided.Also for heat conductionSince the electronic control device 5 can be effectively used, the electronic control device 5 can be further reduced in size and cost.
[0073]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various forms can be adopted as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
For example, in the first embodiment, the low-side transistors Tr3 and Tr4 are mounted close to each other on the same surface of the substrate 44. However, for example, as shown in FIG. You may mount so that it may pinch. In this way, the portion sandwiched between the heat radiation portions (drain terminals D3 and D4) of the transistors Tr3 and Tr4 on the substrate 71 without using the copper foil pattern PT as shown in FIG. 4 of the first embodiment.In minutesIn addition, since heat is directly conducted in the thickness direction of the substrate 71, better heat conduction is performed, and the wiring patterns PD71 and PD72 connected to the drain terminal can be further reduced. The mounting area of the transistors Tr3 and Tr4 is also greatly reduced. Therefore, the electronic control device 5 can be further reduced in size and price.
[0074]
Similarly, in the second embodiment, the high-side transistors Tr1 and Tr2 are mounted close to the same surface of the substrate 61. For example, as illustrated in FIG. You may mount so that it may be inserted. In this case, the drain terminals D3 and D4 are at the same potential, and are electrically connected through the through hole 82. However, heat can be conducted through the through hole, and therefore, compared with the case of FIG. The conduction is further improved, and the mounting area of the transistors Tr3 and Tr4 is also greatly reduced. Therefore, the electronic control device 5 can be further reduced in size and price.
[0075]
In addition, when mounting two transistors on both sides of the substrate as described above, it is preferable to mount so that the heat radiation portions (drain terminals) of the two transistors are completely opposed via the substrate, but not limited thereto, In consideration of the heat dissipation performance of the components, etc., the transistors may be mounted so that only a part of the heat dissipation portions of both transistors face each other.
[0081]
Also, close mounting of the high-side transistors Tr1 and Tr2(In the case of the second embodiment)Or, close mounting of transistors Tr3 and Tr4 on the low side(In the case of the first embodiment)Not onlyFor example, the high-side transistor Tr2 and the low-side transistor Tr3May be mounted close to each other.
[0082]
Furthermore, the number of transistors to be mounted in close proximity is not limited to two. For example, three transistors may be close to each other.At the same timeAs long as it is not energized.
Furthermore, in the above embodiment, the transistors Tr1 to Tr4 provided in the motor drive circuit 12 for driving one motor 2 are mounted in close proximity as appropriate. When there is a separate drive element (transistor or the like) for controlling energization to the load, the drive element and any transistor of the motor drive circuit 12 may be mounted close to each other.
[0083]
That is, the present invention can be applied not only between elements that control energization to one controlled object (load) but also between elements that individually control energization of a plurality of controlled objects.
In addition, the present invention is not limited to a device that drives a DC motor as in the above-described embodiment, and may be applied to any drive device, control device, or the like that includes a plurality of heating elements, such as a stepping motor drive device or an injector drive device. be able to.
[0084]
Furthermore, in the above embodiment, the present invention is applied to the four transistors (FETs) constituting the H-bridge circuit. However, the present invention is not limited to the FET, and is applied to all power elements such as bipolar power transistors and thyristors. Canit can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a throttle valve control system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electronic control unit.
FIG. 3 is a time chart showing an energization pattern to the motor by the H bridge circuit of the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state where two low-side transistors are mounted on a substrate according to the first embodiment.
FIG. 5 is a time chart showing an energization pattern to a motor by an H bridge circuit according to the second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state in which two high-side transistors are mounted on a substrate according to the second embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating another example of a state where two low-side transistors are mounted on a substrate according to the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating another example of a state where two high-side transistors are mounted on a substrate according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Throttle valve, 2 ... Motor, 3 ... Throttle opening sensor, 4 ... Pedal position sensor, 5 ... Electronic control unit, 6 ... Battery, 7 ... Ignition switch, 8 ... Accelerator pedal, 11 ... Microcomputer, 12 ... Motor drive Circuit, 13 ... Current detection circuit, 21 ... Drive logic section, 22a, 22b, 22c, 22d ... Pre-driver, 44, 61, 71, 81 ... Board, 45, 63, 73, 83 ... Connector, 46a, 46b, 82 ... through-hole, B1, B4 ... transistor chip, M1, M4 ... package, W1, W4 ... wire bonding, LD1-LD4, LS1-LS4, LG1-LG4, LD73, LD74, LD81, LD82 ... land, PD3, PD4 PD60, PD71, PD72, PD81, PD82, PS3, PS4, PG34 ... wiring Turn, PT ... copper foil pattern

Claims

In a drive device having a plurality of heating elements provided in an energization path to one or a plurality of electric loads,
Among the plurality of heating elements, at least two heating elements that are not energized at the same time are mounted close to each other on the substrate,
Wherein each of the heating elements that are mounted close to are each a radiating metal member for releasing heat from the semiconductor chip and the semiconductor chip is constructed are integrated by resin molding,
At least one conductive metal pattern for conducting heat between the heat generating elements is formed on at least the lower part of the heat dissipating metal member of the heat generating elements mounted in the vicinity of the substrate. And
The electric load driving device , wherein each of the heat generating elements mounted in proximity is mounted on the substrate such that the heat dissipating metal member is in contact with the conductive metal pattern. .

The metal member for heat dissipation is electrically and thermally connected to an inactive surface opposite to the active surface of the semiconductor chip,
2. The electric load driving device according to claim 1, wherein the conductive metal pattern is a wiring pattern for electrically connecting the active surface and a connection target thereof .

3. The electric load driving device according to claim 1, wherein the plurality of heating elements mounted in proximity to each other on the substrate are switching elements for conducting / interrupting an energization path of the electric load. 4.

The electrical load according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of heating elements mounted close to each other on the substrate are mounted on the front and back surfaces of the substrate so as to sandwich the substrate. Drive device.

The electrical load is a motor;
The plurality of heating elements are four switching elements constituting an H-bridge circuit capable of controlling an energization direction to the motor,
5. The driving of an electric load according to claim 1, wherein two switching elements that are not energized simultaneously among the four switching elements are mounted close to each other. 6. apparatus.

Both of the two switching elements mounted in proximity are connected to the polarity side of either the positive electrode or the negative electrode of the motor power source,
2. When the motor is energized, in order to control the direction and magnitude of the energized current, one of the two switching elements is always off and the other is duty controlled. 5. The drive device for an electric load according to 5.