JP3639189B2

JP3639189B2 - 負荷駆動回路

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Publication number: JP3639189B2
Application number: JP2000187698A
Authority: JP
Inventors: 直矢土谷; 武志石川; 富久夫石川
Original assignee: Denso Corp; Anden Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Denso Electronics Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: US20020021150A1; JP2002009602A; US6603341B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源電圧を昇圧するチャージポンプ回路と、その昇圧された電圧を用いて負荷への電源供給経路を開閉するスイッチ回路とを備えた負荷駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、自動車に搭載された負荷（リレー、ライトなど）を駆動するための負荷駆動回路の従来構成を示している。この図１０において、負荷駆動回路１は、バッテリ（図示せず）と負荷２とを接続する電源線３（電源供給経路）に介在するＭＯＳＦＥＴ４、電源線３のバッテリ電圧Ｖｂを入力して昇圧電圧Ｖｃを出力するチャージポンプ回路５、このチャージポンプ回路５から昇圧電圧Ｖｃの供給を受けて駆動指令信号Ｓｄに従って前記ＭＯＳＦＥＴ４を駆動するドライブ回路６、および低電圧検出回路７から構成されている。このうちチャージポンプ回路５、ドライブ回路６および低電圧検出回路７は、バッテリ電圧Ｖｂを入力とする電源回路８から制御電源電圧の供給を受けて動作するようになっている。
【０００３】
この構成において、低電圧検出回路７は、低電圧時出力オフ機能（いわゆるパワーオンリセット機能）を実行するためのものである。バッテリ電圧Ｖｂが所定のしきい値Ｖｄよりも低下している場合には、例えば電源回路８が安定した制御電源電圧を生成できなくなり、負荷駆動回路１が正常に動作しなくなる。そこで、低電圧検出回路７は、分圧回路によりバッテリ電圧Ｖｂを検出し、その検出電圧が前記しきい値Ｖｄに相当する基準電圧Ｖｒよりも低下した場合（低電圧状態の場合）に、ドライブ回路６に対してＨレベルの低電圧検出信号Ｓｅを出力するようになっている。ドライブ回路６は、このＨレベルの低電圧検出信号Ｓｅを受けると、ＭＯＳＦＥＴ４のオン駆動を停止するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１１は、オンの駆動指令信号Ｓｄが与えられた状態で、バッテリ電圧Ｖｂが上記しきい値Ｖｄ付近において下降しその後上昇した場合における各部の電圧波形および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示したものである。ここで、各部の電圧波形は以下のようになっている。
【０００５】
波形Ａ（太い実線）：バッテリ電圧Ｖｂ
波形Ｂ（太い実線）：バッテリ電圧Ｖｂを分圧して得た検出電圧Ｖａ
波形Ｃ（細い実線）：出力電圧Ｖｏ
【０００６】
この図１１において、時刻ｔ１以前にあってはバッテリ電圧Ｖｂ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｄ（基準電圧Ｖｒ）以上あるので、低電圧検出回路７はＬレベルの低電圧検出信号Ｓｅを出力し、ドライブ回路６はＭＯＳＦＥＴ４をオン駆動する。この場合、出力電圧Ｖｏ（ＭＯＳＦＥＴ４のソース電圧）は、バッテリ電圧ＶｂよりもＭＯＳＦＥＴ４のゲート・ソース間電圧だけ低下した電圧となっており、負荷２にはバッテリから電源線３およびＭＯＳＦＥＴ４を通して電流が流れている。
【０００７】
やがて、時刻ｔ１を過ぎてバッテリ電圧Ｖｂ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｄ（基準電圧Ｖｒ）よりも低下すると、低電圧検出回路７は低電圧検出信号ＳｅをＬレベルからＨレベルとし、これによりドライブ回路６はＭＯＳＦＥＴ４をオフ駆動する。ＭＯＳＦＥＴ４がオフすると、負荷２への電流は遮断され、出力電圧Ｖｏは０Ｖ（アース電位）にまで低下する。
【０００８】
この時、バッテリから電源線３を通して流れる電流が急激に減少するため、例えば電源線３が有するインダクタンス成分により、負荷駆動回路１において検出されるバッテリ電圧Ｖｂは一時的に跳ね上がり、しきい値Ｖｄを超えてしまう。その結果、低電圧検出信号ＳｅがＬレベルとなり、ドライブ回路６はＭＯＳＦＥＴ４を再びオン駆動するようになる。そして、オン駆動により電源線３を通して流れる電流が急激に増加すると、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄよりも低下して低電圧検出信号ＳｅがＨレベルとなるので、ドライブ回路６はＭＯＳＦＥＴ４を再びオフ駆動するようになる。
【０００９】
結局、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄよりも前記跳ね上がり電圧幅だけ低下するまでの間（期間Ｔ１）、ＭＯＳＦＥＴ４はオンとオフとを繰り返す発振状態に陥ってしまう。この現象は、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄを超えて上昇する場合にも同様にして発生する（時刻ｔ２からの期間Ｔ２）。
【００１０】
ＭＯＳＦＥＴ４が発振状態になると、ＭＯＳＦＥＴ４のスイッチング損失が増大したりサージ電圧が発生したりするため、許容損失の大きい素子や高耐圧の素子を採用する必要があり、コストの上昇や部品サイズの大型化を招く。また、ＭＯＳＦＥＴ４が発振状態にある期間、負荷２がリレーコイルの場合にはリレースイッチにチャタリングが発生し、負荷２がライトの場合にはライトが点滅するといった不具合が生じる虞もある。
【００１１】
こうした発振状態の発生を防止する手段として、例えば低電圧検出回路７において、検出電圧Ｖａと基準電圧Ｖｒとの比較回路にヒステリシス特性を付加することが考えられる。この場合、上述した跳ね上がり電圧幅はかなり大きいので、それに対応して下側しきい値と上側しきい値とからなるヒステリシス幅も大きく設定することになる。
【００１２】
低電圧時出力オフ機能として、バッテリ電圧Ｖｂが所定のしきい値Ｖｄよりも低下している期間ＭＯＳＦＥＴ４を確実にオフ駆動させるためには、下側のしきい値を上述したしきい値Ｖｄに設定する必要がある。また、バッテリ電圧Ｖｂが下側しきい値と上側しきい値との間（ヒステリシス電圧領域）にある場合には、バッテリ電圧Ｖｂの上昇時にあってはＭＯＳＦＥＴ４はオフ駆動状態となり、バッテリ電圧Ｖｂの下降時にあってはＭＯＳＦＥＴ４はオン駆動状態となる。従って、駆動指令信号Ｓｄに従ってＭＯＳＦＥＴ４のオンオフ駆動が可能となる負荷駆動回路１の最低動作電圧が引き上げられてしまうという不都合があった。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、負荷電流の急変により電源電圧が一時的に変化するような電源供給経路に設けられた場合であっても良好に動作する信頼性の高い低電圧時出力オフ機能を備えた負荷駆動回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した手段によれば、スイッチ回路は、チャージポンプ回路の出力電圧が供給された状態で、駆動指令信号に従って電源供給経路を開状態または閉状態とするように動作する。チャージポンプ回路は、一般に、電荷逆流防止用のダイオードとコンデンサとからなる充電回路が必要段数だけ縦続接続された構成を有しており、定電圧制御は行われていない。
【００１５】
こうした構成により、チャージポンプ回路は、入力された電源電圧に応じた（例えば比例した）昇圧電圧を出力する。また、チャージポンプ回路において、電荷は入力側に位置する充電回路から出力側に位置する充電回路へと順次移動するので、入力された電源電圧の変動が出力に現れるまでには遅れが存在し、しかもコンデンサによるローパスフィルタとしての作用によって、出力に現れる電圧変動は入力された電源電圧の変動に比べて小さなものとなる。さらに、充電回路に電荷逆流防止用のダイオードが存在するために、入力された電源電圧の一時的な低下は出力に現れにくくなっている。
【００１６】
その結果、低電圧検出回路は、チャージポンプ回路の出力電圧についての低電圧状態を検出することにより、間接的に電源電圧の低電圧状態を検出することが可能となる。そして、スイッチ回路は、この低電圧状態を検出している期間、駆動指令信号にかかわらず電源供給経路を開状態とするので、電源電圧低下に起因して発生する当該負荷駆動回路の不安定動作や誤動作の発生を防止でき、当該負荷駆動回路および負荷を保護することができる（低電圧時出力オフ機能）。
【００１７】
ところで、一般に電源供給経路にはインダクタンス成分が存在するので、スイッチ回路が電源供給経路を開閉動作して負荷への通断電を行うと、電源供給経路の電圧が一時的に変動する現象が発生する。これに対し、本手段では、電源供給経路の電圧を直接検出するのではなく、チャージポンプ回路の出力電圧を介して間接的に検出するので、上述したチャージポンプ回路の特性によって、負荷への通断電に伴って発生する一時的な電圧変動が検出されにくくなる。その結果、フィルタ回路を別途設けることなく、電源電圧が低電圧状態となるしきい値付近において、スイッチ回路による電源供給経路の開動作と閉動作とが交互に繰り返される発振状態の発生を防止することができる。
【００１８】
さらに、本手段によれば、電源供給経路の開閉動作に伴う一時的な電圧変動を防止するためにヒステリシスを付加する必要がないので、最低動作電圧を低く設定できる。
【００１９】
請求項２に記載した手段によれば、リレーなどの機械的なスイッチ回路に比べて動作速度が速いため発振状態が発生し易いスイッチング素子を用いた場合であっても、その発振状態の発生を防止することができる。
【００２０】
請求項３に記載した手段によれば、低電圧検出回路は、電圧検出回路、基準電圧発生回路および比較回路から構成され、比較回路は、電圧検出回路により検出されたチャージポンプ回路の出力電圧と基準電圧発生回路から出力される基準電圧とを比較することにより低電圧状態を検出する。
【００２１】
請求項４に記載した手段によれば、電圧検出回路を抵抗分圧回路により構成したので構成が比較的簡単となる。また、請求項５に記載した手段によれば、電圧検出回路を、ダイオードと抵抗とが直列接続されたダイオード降圧回路により構成したので、チャージポンプ回路の出力電圧からダイオードの両端電圧だけ低下した電圧が検出される。
【００２２】
請求項６に記載した手段によれば、電圧検出回路を、定電流駆動されたダイオード降圧回路により構成したので、チャージポンプ回路の出力電圧が上昇してもその出力電流が増大することがなくなる。また、ダイオード降圧回路には定電流が流れるので、チャージポンプ回路の出力電圧が変動しても降圧電圧を一定化でき、低電圧状態の電圧検出精度を一層高められる。
【００２３】
請求項７に記載した手段によれば、電源電圧が所定の昇圧開始レベル以上になると、チャージポンプ回路は昇圧動作を開始する。この時のチャージポンプ回路からの出力電圧は、低電圧検出回路において用いられる判定レベルよりも高いので、低電圧検出回路は低電圧状態の検出状態から非検出状態へと移行する。このため、スイッチ回路は、オン駆動指令信号が与えられている場合、直ちに電源供給経路を閉状態とする。
【００２４】
これに伴って、電源供給経路の電源電圧は、上述したインダクタンス成分の影響により一時的に低下し、昇圧開始レベルよりも低下した場合には、チャージポンプ回路は昇圧動作を一時的に停止する。その停止期間においてチャージポンプ回路の出力電圧は徐々に低下するが、上述したように低電圧検出回路の判定レベルは、この時のチャージポンプ回路の出力電圧に比べ低く設定されているので、昇圧動作の一時的な停止により低電圧検出回路が低電圧状態を検出することがなくなる。その結果、上述した発振状態の発生を防止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は、負荷駆動回路の電気的構成を概略的に示している。この図１において、負荷駆動回路１１は自動車に搭載されており、図示しないバッテリ（電源に相当）から負荷１２（リレー、ライトなど）に流れる電流の通断電を制御するようになっている。
【００２６】
バッテリの正側端子に接続された電源線１３と、負荷１２の一端子に接続された出力線１４との間には、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ１５（スイッチング素子に相当）のドレイン・ソース間が接続されており、ＭＯＳＦＥＴ１５はハイサイドスイッチとして動作するようになっている。負荷１２の他端子は、車体アース１６を介してバッテリの負側端子に接続されている。ここで、電源線１３および出力線１４は、それぞれ負荷駆動回路１１の入力線および出力線となっており、ともに本発明でいう電源供給経路に相当する。
【００２７】
負荷駆動回路１１は、上記ＭＯＳＦＥＴ１５に加え、チャージポンプ回路１７、ドライブ回路１８および低電圧検出回路１９を備えて構成されている。また、電源回路２０は、電源線１３からバッテリ電圧Ｖｂを入力して制御電源電圧を生成するもので、チャージポンプ回路１７、ドライブ回路１８および低電圧検出回路１９は、電源回路２０から制御電源電圧の供給を受けて動作するようになっている。なお、ＭＯＳＦＥＴ１５とドライブ回路１８は本発明でいうスイッチ回路に相当し、このうちドライブ回路１８は素子駆動回路に相当する。
【００２８】
チャージポンプ回路１７は、電源線１３から入力したバッテリ電圧Ｖｂを昇圧し昇圧電圧Ｖｃを出力するもので、具体的には図２に示す周知の電気的構成を有している。この図２において、チャージポンプ回路１７は、ダイオード２１ａとコンデンサ２２ａとからなる充電回路２３ａ、ダイオード２１ｂとコンデンサ２２ｂとからなる充電回路２３ｂ、…、ダイオード２１ｅとコンデンサ２２ｅとからなる充電回路２３ｅが順に縦続接続された回路形態を有している。ここで、ダイオード２１ａ、２１ｂ、…、２１ｅは、それぞれコンデンサ２２ａ、２２ｂ、…、２２ｅに充電された電荷が入力側方向（前段方向）に逆流しないように設けられるものであって、これらは入力側をアノード、出力側をカソードとして直列接続された形態となっている。
【００２９】
図示しないＣＰＵからは、ＭＯＳＦＥＴ１５のオンオフ駆動を指令するための駆動指令信号Ｓｄが出力されている。Ｈレベルの駆動指令信号ＳｄはＭＯＳＦＥＴ１５のオン駆動を指令し、Ｌレベルの駆動指令信号ＳｄはＭＯＳＦＥＴ１５のオフ駆動を指令する。
【００３０】
発振回路２４は、駆動指令信号ＳｄがＨレベルの期間において、所定周波数を有する矩形波状の昇圧動作電圧を出力するようになっている。この昇圧動作電圧は、コンデンサ２２ａ、２２ｃの各基準側端子（それぞれダイオード２１ａ、２１ｃと接続される端子とは反対側の端子）に与えられるとともに、インバータ２５を通して反転信号とされた上でコンデンサ２２ｂ、２２ｄの各基準側端子に与えられるようになっている。コンデンサ２２ｅの基準側端子は、バッテリの負側端子に繋がるグランド端子２６（０Ｖの電位）に接続されている。
【００３１】
この構成により、チャージポンプ回路１７は、駆動指令信号ＳｄがＨレベルの期間において昇圧動作を行い、駆動指令信号ＳｄがＬレベルの期間において昇圧動作を停止する。いま、昇圧動作電圧の振幅をＶｇ（一定値）とし、チャージポンプ回路１７から出力される電流が十分に小さいとすれば、図２に示すノードｎａ、ノードｎｂ、…、ノードｎｅ（出力端子）の電圧は、それぞれバッテリ電圧Ｖｂ、Ｖｂ＋Ｖｇ、…、Ｖｂ＋４・Ｖｇ（＝昇圧電圧Ｖｃ）となる。従って、昇圧電圧Ｖｃは、電源線１３から入力したバッテリ電圧Ｖｂにほぼ比例する。また、上記昇圧動作電圧の振幅Ｖｇや周波数は、昇圧電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂよりも少なくともＭＯＳＦＥＴ１５のゲート・ソース間電圧以上高い電圧となるように決められている。
【００３２】
なお、駆動指令信号ＳｄがＬレベルの期間において昇圧動作を停止させるのは、ＭＯＳＦＥＴ１５をオフ駆動するのに昇圧電圧Ｖｃが不要となるため、およびチャージポンプ回路１７に流れる動作電流（暗電流）をカットしてバッテリの電力消費を低減するためである。
【００３３】
さて、図１に示すドライブ回路１８は、チャージポンプ回路１７の出力端子とＭＯＳＦＥＴ１５のゲートとの間に接続された定電流回路２７、ＭＯＳＦＥＴ１５のゲートとグランド端子２６との間に接続されたＮＰＮ型のトランジスタ２８、駆動指令信号Ｓｄのレベルに従ってトランジスタ２８を駆動するロジック回路２９などから構成されている。
【００３４】
ロジック回路２９は、駆動指令信号Ｓｄおよび後述する低電圧検出信号Ｓｅの各レベルに基づいてトランジスタ２８を駆動するもので、駆動指令信号ＳｄがＨレベル且つ低電圧検出信号ＳｅがＬレベルの場合にのみトランジスタ２８をオフ駆動するようになっている。
【００３５】
また、定電流回路２７は、定電流源３０とＰＮＰ型のトランジスタ３１、３２からなるカレントミラー回路とから構成されている。トランジスタ３１、３２のエミッタは、チャージポンプ回路１７の出力端子に接続され、トランジスタ３１、３２のコレクタは、それぞれ定電流源３０、ＭＯＳＦＥＴ１５のゲートに接続されている。また、トランジスタ３１、３２のエミッタ・ベース間には抵抗３３が接続されている。前記低電圧検出信号ＳｅがＨレベルになると、定電流源３０はその動作を停止するようになっている。
【００３６】
この構成により、駆動指令信号ＳｄがＨレベル且つ低電圧検出信号ＳｅがＬレベルの場合にあっては、ＭＯＳＦＥＴ１５のゲートに昇圧電圧Ｖｃにほぼ等しい電圧が印加されてＭＯＳＦＥＴ１５がオンとなり、それ以外の場合にあっては、ＭＯＳＦＥＴ１５のゲートがグランド電位となってＭＯＳＦＥＴ１５がオフとなる。
【００３７】
低電圧検出回路１９は、チャージポンプ回路１７の昇圧電圧Ｖｃが所定のしきい値Ｖｔ（判定レベルに相当）よりも低下したかどうかを判定し、その判定結果である低電圧検出信号Ｓｅをドライブ回路１８に対し出力するものである。具体的に、低電圧検出回路１９は、チャージポンプ回路１７の出力端子とグランド端子２６との間に直列接続された抵抗３４、３５からなる分圧回路３６（電圧検出回路、抵抗分圧回路に相当）、基準電圧Ｖｒを発生する基準電圧発生回路３７、および分圧回路３６から出力される検出電圧Ｖａと基準電圧Ｖｒとを比較するコンパレータ３８（比較回路に相当）から構成されている。コンパレータ３８の非反転入力端子および反転入力端子には、それぞれ基準電圧Ｖｒおよび検出電圧Ｖａが入力され、その出力端子から低電圧検出信号Ｓｅが出力されるようになっている。また、基準電圧発生回路３７は、バンドギャップレギュレータやツェナーダイオードから構成されている。
【００３８】
以上説明した負荷駆動回路１１の構成のうち、チャージポンプ回路１７（コンデンサ２２ａ〜２２ｅを除く）、ドライブ回路１８および低電圧検出回路１９は、一つのＩＣとして構成されている。
【００３９】
次に、本実施形態の作用について図３も参照しながら説明する。
負荷駆動回路１１には、上記構成により低電圧時出力オフ機能（いわゆるパワーオンリセット機能）が備わっている。すなわち、電源線１３におけるバッテリ電圧Ｖｂが所定のしきい値Ｖｄよりも低下した低電圧状態となると、例えば電源回路２０が安定した制御電源電圧を生成できなくなり、負荷駆動回路１１のチャージポンプ回路１７やドライブ回路１８などが正常に動作しなくなる。このような状態では、ドライブ回路１８がＭＯＳＦＥＴ１５をオン駆動しても、定電流回路２７が十分に動作しなかったり、昇圧電圧Ｖｃが不足したりして、ＭＯＳＦＥＴ１５が線形領域において安定してオン状態を維持することができなくなる。
【００４０】
そこで、低電圧検出回路１９は上記低電圧状態を検出し、ドライブ回路１８はその低電圧状態の検出期間においてＭＯＳＦＥＴ１５をオフ駆動する。これにより、上記不安定なオン駆動を防止することができる。
【００４１】
この場合において、チャージポンプ回路１７から出力される昇圧電圧Ｖｃは、上述したように電源電圧Ｖｂにほぼ比例しているため、昇圧電圧Ｖｃを検出することにより間接的に電源電圧Ｖｂを検出することができる。従って、チャージポンプ回路１７の昇圧電圧Ｖｃのしきい値Ｖｔを電源電圧Ｖｂのしきい値Ｖｄに対応した値とすると、低電圧検出回路１９は、昇圧電圧Ｖｃがしきい値Ｖｔよりも低下した低電圧状態を検出することにより、間接的にバッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄよりも低下した低電圧状態を検出可能となっている。
【００４２】
低電圧検出回路１９において、分圧回路３６は、抵抗３４と３５の抵抗値から定まる分圧比により昇圧電圧Ｖｃを分圧して検出電圧Ｖａを得る。また、基準電圧発生回路３７は、しきい値Ｖｔを前記分圧比で分圧したときの電圧値を持つ基準電圧Ｖｒを発生する。その結果、上記低電圧状態となった場合には、コンパレータ３８から出力される低電圧検出信号ＳｅがＨレベルとなる。
【００４３】
以下、この低電圧時出力オフ機能についてさらに具体的に説明する。図３は、駆動指令信号ＳｄがＨレベルの時、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄ付近において下降しその後上昇した場合における各部の電圧波形および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示している。この図３において、各部の電圧波形は以下のようになっている。
【００４４】
波形Ａ（実線）：バッテリ電圧Ｖｂ
波形Ｂ（実線）：昇圧電圧Ｖｃ
波形Ｃ（実線）：出力電圧Ｖｏ（出力線１４の電圧）
波形Ｄ（実線）：検出電圧Ｖａ
【００４５】
図３においては、駆動指令信号ＳｄがＨレベルであるため、チャージポンプ回路１７は昇圧動作を行って昇圧電圧Ｖｃを出力している。時刻ｔ１１以前にあっては、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄ以上となっており、従って昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）もしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）以上となり、低電圧検出回路１９はＬレベルの低電圧検出信号Ｓｅを出力し、ドライブ回路１８はＭＯＳＦＥＴ１５をオン駆動している。このとき、出力電圧Ｖｏは、バッテリ電圧ＶｂよりもＭＯＳＦＥＴ１５のゲート・ソース間電圧だけ低い値となっている。
【００４６】
やがて、時刻ｔ１１を過ぎてバッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄよりも低下すると、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）よりも低下するので、低電圧検出回路１９はＨレベルの低電圧検出信号Ｓｅを出力し、ドライブ回路１８は、駆動指令信号ＳｄがＨレベルであるにもかかわらずＭＯＳＦＥＴ１５をオフ駆動する。
【００４７】
ＭＯＳＦＥＴ１５がオフ駆動されると、バッテリから電源線１３を通して負荷１２に流れる電流が急激に減少するので、出力電圧Ｖｏが０Ｖに向かって急激に低下するとともに、電源線１３が有するインダクタンス成分などの影響により負荷駆動回路１１における電源線１３の電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）が一時的に跳ね上がる。
【００４８】
チャージポンプ回路１７は、バッテリ電圧Ｖｂを入力として昇圧電圧Ｖｃを生成しているので、この跳ね上がりにより昇圧電圧Ｖｃもわずかに上昇する。しかし、チャージポンプ回路１７において、コンデンサ２２ａ〜２２ｅにはローパスフィルタとしての作用があるため、昇圧電圧Ｖｃに現れる電圧変動はバッテリ電圧Ｖｂの電圧変動に比べて十分に小さくなる。また、電荷は入力側に位置する充電回路２３ａから出力側に位置する充電回路２３ｅへと順次移動するので、入力された電源電圧Ｖｂの変動が昇圧電圧Ｖｃに現れるまでには若干の遅れが存在する。
【００４９】
従って、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）が徐々に低下してしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）未満となりＭＯＳＦＥＴ１５がオフ状態となっても、その直後に上記跳ね上がりに起因して昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）が上昇してしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）を超えるといった現象が生じにくくなり、ＭＯＳＦＥＴ１５がオンとオフとを交互に繰り返す発振状態が発生しにくくなる。
【００５０】
その後、時刻ｔ１２までの期間はバッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄよりも低いので、ＭＯＳＦＥＴ１５はオフ駆動され続ける。そして、時刻ｔ１２においてバッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄ以上になると、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）以上となるので、低電圧検出回路１９はＬレベルの低電圧検出信号Ｓｅを出力し、ドライブ回路１８は（駆動指令信号ＳｄがＨレベルなので）ＭＯＳＦＥＴ１５をオン駆動する。
【００５１】
この時、負荷１２に流れる電流が急激に増加するので、出力電圧Ｖｏが急激に上昇するとともに、負荷駆動回路１１における電源線１３の電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）が一時的に跳ね下がる。この場合も、跳ね上がりの場合と同様の理由により、昇圧電圧Ｖｃに現れる電圧変動は、バッテリ電圧Ｖｂの電圧変動よりも遅れて現れ、しかも十分に小さくなる。さらに、チャージポンプ回路１７には電荷逆流防止用のダイオード２１ａ〜２１ｅが存在するために、特に電源線１３の電圧が跳ね下がる場合にあっては、その変動が昇圧電圧Ｖｃに現れにくくなっている。従って、この時刻ｔ１２においても、前述の発振状態は発生しにくくなる。
【００５２】
以上述べたように、本実施形態の負荷駆動回路１１は、ハイサイドスイッチとして動作するＭＯＳＦＥＴ１５、チャージポンプ回路１７、ドライブ回路１８に加え、バッテリ電圧Ｖｂの低下を検出するための低電圧検出回路１９を備えている。その結果、低電圧状態が検出されている期間においてＭＯＳＦＥＴ１５がオフ状態となる低電圧時出力オフ機能が動作するので、ＭＯＳＦＥＴ１５が飽和領域でオンしたりオンオフ状態が定まらないといった不安定な動作を防止することができる。
【００５３】
この場合、低電圧検出回路１９は、フィルタ作用および遅延作用を持つチャージポンプ回路１７の昇圧電圧Ｖｃについて低電圧状態を検出することにより、間接的にバッテリ電圧Ｖｂの低電圧状態を検出するようになっている。このため、低電圧状態の検出開始時点または検出終了時点において、ＭＯＳＦＥＴ１５のオンオフ駆動状態の変化に伴ってバッテリ電圧Ｖｂが一時的に変動する場合であっても、別途フィルタ回路などを付加することなくその変動が検出されにくくなる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１５がオンとオフとを交互に繰り返す発振状態に陥ることを防止でき、出力電圧Ｖｏを安定して制御でき、信頼性の高い低電圧時出力オフ機能を得ることができる。
【００５４】
これにより、リレースイッチにチャタリングが発生することがなくなり（負荷１２がリレーコイルの場合）、あるいはライトが点滅することがなくなる（負荷１２がライトの場合）。また、ＭＯＳＦＥＴ１５について、スイッチング損失の増大やサージ電圧の発生を防ぐことができる。
【００５５】
また、低電圧状態を検出するためのコンパレータ３８には、ヒステリシスが付加されていないので、バッテリ電圧Ｖｂが低電圧状態となるしきい値（本実施形態ではＶｄ）の電圧設定を下げられ、最低動作電圧を低く設定できる。
【００５６】
さらに、低電圧検出回路１９は、チャージポンプ回路１７から出力される昇圧電圧Ｖｃを検出しているので、チャージポンプ回路１７の故障による昇圧電圧Ｖｃの低下を監視でき、チャージポンプ回路１７の故障時にはＭＯＳＦＥＴ１５をオフ状態とすることができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４および図５を参照しながら第１の実施形態と異なる構成部分について説明する。
図４は、負荷駆動回路の電気的構成を概略的に示しており、ここに示す負荷駆動回路３９と図１に示した第１の実施形態における負荷駆動回路１１とは、低電圧検出回路の構成が異なっている。なお、この図４において、図１と同一構成部分には同一符号が付されている。
【００５８】
負荷駆動回路３９の低電圧検出回路４０は、以下のように構成されている。すなわち、チャージポンプ回路１７の出力端子とグランド端子２６との間には、電圧検出回路（ダイオード降圧回路）として、ツェナーダイオード４１とダイオード４２、４３との直列回路４４および抵抗４５が直列に接続されている。直列回路４４と抵抗４５との共通接続点は、抵抗４６を介してＮＰＮ型のトランジスタ４７（基準電圧発生回路および比較回路に相当）のベースに接続され、そのエミッタおよびコレクタはそれぞれグランド端子２６およびドライブ回路１８に接続されている。コレクタはドライブ回路１８内において図示しない抵抗によりプルアップされている。
【００５９】
上記構成において、ツェナーダイオード４１のツェナー電圧をＶｚ、ダイオード４２、４３の順方向電圧およびトランジスタ４７のベース・エミッタ間電圧をＶｆとした場合、低電圧検出回路４０は以下のように動作する。
【００６０】
（ａ）昇圧電圧Ｖｃ≧Ｖｚ＋３・Ｖｆの場合
チャージポンプ回路１７の出力端子から直列回路４４および抵抗４５を介して電流が流れ、抵抗４５の両端電圧すなわち検出電圧Ｖａは、Ｖｃ−Ｖｚ−２・Ｖｆとなる。この場合、検出電圧ＶａはＶｆ以上となるので、トランジスタ４７はオン状態となり、そのコレクタから出力される低電圧検出信号ＳｅはＬレベルとなる。
【００６１】
（ｂ）Ｖｚ＋３・Ｖｆ＞昇圧電圧Ｖｃ≧Ｖｚ＋２・Ｖｆの場合
上述した（ａ）と同様に直列回路４４および抵抗４５を介して電流が流れ、検出電圧ＶａはＶｃ−Ｖｚ−２・Ｖｆとなる。この場合、検出電圧ＶａはＶｆよりも小さいので、トランジスタ４７はオフ状態となり、低電圧検出信号ＳｅはＨレベルとなる。
【００６２】
（ｃ）Ｖｚ＋２・Ｖｆ＞昇圧電圧Ｖｃの場合
直列回路４４および抵抗４５には電流が流れず、検出電圧Ｖａは０Ｖとなる。従って、トランジスタ４７はオフ状態となり、低電圧検出信号ＳｅはＨレベルとなる。
【００６３】
以上（ａ）〜（ｃ）より、低電圧時出力オフ機能における昇圧電圧Ｖｃのしきい値ＶｔはＶｚ＋３・Ｖｆとなり、そのしきい値Ｖｔは、バッテリ電圧Ｖｂのしきい値Ｖｄに対応した値となるように設定されている。
【００６４】
図５は、図３と同様に、駆動指令信号ＳｄがＨレベルの時、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄ付近において下降しその後上昇した場合における各部の電圧波形および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示している。この図５における波形Ａ〜波形Ｄは、それぞれ図３における波形Ａ〜波形Ｄと同じ電圧を示している。ただし、検出電圧Ｖａは上述したように抵抗４５の両端電圧であって、基準電圧Ｖｒはトランジスタ４７がオンするために必要なベース・エミッタ間電圧Ｖｆ（約０．７Ｖ）となっている。
【００６５】
この図５において、時刻ｔ１１からｔ１２までの間は、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｔ（しきい値Ｖｒ）よりも低下するので、低電圧検出回路４０は低電圧状態を検出し、低電圧検出信号ＳｅがＨレベルになる。また、時刻ｔ１１以前および時刻ｔ１２以降においては、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）がしきい値Ｖｔ（しきい値Ｖｒ）以上となるので、低電圧検出信号ＳｅがＬレベルになる。ドライブ回路１８は、この低電圧検出信号Ｓｅと駆動指令信号Ｓｄとに基づいてＭＯＳＦＥＴ１５をオンオフ駆動する。
【００６６】
本実施形態においても、低電圧検出回路４０は、直接バッテリ電圧Ｖｂを検出するのではなくチャージポンプ回路１７の昇圧電圧Ｖｃを検出することにより、間接的にバッテリ電圧Ｖｂについての低電圧状態を検出するようになっている。従って、低電圧時出力オフ機能、特には低電圧状態の検出開始時点または検出終了時点におけるＭＯＳＦＥＴ１５のオンオフ動作について、第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００６７】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図６および図７を参照しながら前述した第１、第２の実施形態と異なる構成部分について説明する。なお、図６において、図１または図４と同一構成部分には同一符号が付されている。
【００６８】
図６に示す負荷駆動回路４８は、図１、図４にそれぞれ示す負荷駆動回路１１、３９に対して低電圧検出回路の構成が異なっている。負荷駆動回路４８の低電圧検出回路４９は、以下のように構成されている。すなわち、チャージポンプ回路１７の出力端子とグランド端子２６との間には、前述の直列回路４４とＮＰＮ型のトランジスタ５０のコレクタ・エミッタ間とが直列に接続されている。直列回路４４とトランジスタ５０のコレクタとの共通接続点には検出電圧Ｖａが得られ、この共通接続点はコンパレータ３８の反転入力端子に接続されている。トランジスタ５０と５１とはカレントミラー回路５２を構成しており、そのカレントミラー回路５２の入力側のトランジスタ５１のコレクタには、定電流源５３から一定電流が流れ込むようになっている。
【００６９】
この構成によれば、昇圧電圧ＶｃがＶｚ＋２・Ｖｆ以上ある場合には、定電流源５３が出力する電流と同じ一定の電流が、チャージポンプ回路１７の出力端子から直列回路４４およびトランジスタ５０を介して流れ、検出電圧ＶａはＶｃ−Ｖｚ−２・Ｖｆとなる。一方、昇圧電圧ＶｃがＶｚ＋２・Ｖｆ未満の場合には、直列回路４４には電流が流れず、検出電圧Ｖａはトランジスタ５０の飽和電圧ＶCE(sat) （ほぼ０Ｖ）となる。なお、本実施形態においては、基準電圧発生回路３７の基準電圧ＶｒはＶｔ−Ｖｚ−２・Ｖｆに設定されている。
【００７０】
図７は、図３と同様の場合における各部の電圧波形および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示している。この図７における波形Ａ〜波形Ｄは、それぞれ図３における波形Ａ〜波形Ｄと同じ電圧を示している。
【００７１】
本実施形態においても、低電圧検出回路４９は、チャージポンプ回路１７の昇圧電圧Ｖｃを検出することにより、間接的にバッテリ電圧Ｖｂについての低電圧状態を検出するようになっているので、低電圧時出力オフ機能について第１、第２の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。
【００７２】
また、チャージポンプ回路１７の出力端子から直列回路４４およびトランジスタ５０を介して電流が流れる場合、その電流値は昇圧電圧Ｖｃの大きさにかかわらず一定となる。チャージポンプ回路１７は比較的出力インピーダンスが高いので、チャージポンプ回路１７の出力電流が一定化されることにより、その出力電流による昇圧電圧Ｖｃの低下を防止することができる。
【００７３】
（第４の実施形態）
次に、上述した第３の実施形態に変更を加えた第４の実施形態について、図８および図９を参照しながら説明する。なお、負荷駆動回路の電気的構成を示す図８において、図６と同一構成部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる構成部分について説明する。
【００７４】
図８に示す負荷駆動回路５４は、図６に示す負荷駆動回路４８に対してチャージポンプ回路の構成を異にする。負荷駆動回路５４のチャージポンプ回路５５は、第１ないし第３の実施形態で示したチャージポンプ回路１７と同一構成を有する昇圧回路５５ａと、その昇圧回路５５ａの昇圧動作を制御する制御回路５５ｂとから構成されている。
【００７５】
制御回路５５ｂは、バッテリ電圧Ｖｂの検出回路、しきい値Ｖｈ（昇圧開始レベルに相当）に対応した基準電圧を発生する基準電圧発生回路、および検出したバッテリ電圧Ｖｂと前記基準電圧とを比較して昇圧制御信号Ｓｃを出力するコンパレータ（何れも図示せず）から構成されている。また、この場合のしきい値Ｖｈは、前述のしきい値Ｖｄよりも高くなるように設定されている。
【００７６】
昇圧回路５５ａは、その昇圧制御信号Ｓｃに従って、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ以上の場合に昇圧動作を実行し、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ未満の場合に昇圧動作を停止するようになっている。ただし、駆動指令信号ＳｄがＬレベルの期間においては、昇圧回路５５ａは昇圧制御信号Ｓｃにかかわらず昇圧動作を停止している。
【００７７】
図９は、駆動指令信号ＳｄがＨレベルの時、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ付近において上昇しその後下降した場合における各部の電圧波形、昇圧回路５５ａの昇圧動作状態、および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示している。この図５における波形Ａ〜波形Ｄは、それぞれ図３における波形Ａ〜波形Ｄと同じ電圧を示している。
【００７８】
時刻ｔ２１以前においては、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈよりも小さいので、昇圧回路５５ａは昇圧動作を停止し、昇圧電圧Ｖｃは０Ｖになっている。そのため、低電圧検出回路４９から出力される低電圧検出信号ＳｅはＨレベル（低電圧検出状態）となって、ＭＯＳＦＥＴ１５はオフ状態となっている。
【００７９】
時刻ｔ２１において、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ以上になると、昇圧回路５５ａは昇圧動作を開始し、チャージポンプ回路５５はその時のバッテリ電圧Ｖｂ（＝Ｖｈ）に基づく昇圧電圧Ｖｃを出力する。上述したように、しきい値Ｖｈはしきい値Ｖｄよりも高く設定されているので、この時の昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）は、バッテリ電圧Ｖｂのしきい値Ｖｄに対応したしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）よりも高くなり、低電圧検出信号ＳｅがＨレベルからＬレベルになって、ＭＯＳＦＥＴ１５はオフ状態からオン状態になる（時刻ｔ２２）。
【００８０】
この時、第１の実施形態で説明したように、負荷電流の急増によって電源線１３の電圧（バッテリ電圧Ｖｂ）が一時的に跳ね下がる現象が発生する。以降時刻ｔ２３までの間、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈよりも低下した状態となって、昇圧回路５５ａは昇圧動作を停止するため昇圧電圧Ｖｃが低下する。しかしながら、昇圧回路５５ａは、その昇圧コンデンサ２２ａ〜２２ｅに電荷を蓄積しており、しかもダイオード２１ａ〜２１ｅによって電荷が入力側に逆流することが防止されているので、昇圧電圧Ｖｃは急激に低下せず徐々に低下する。
【００８１】
また、しきい値Ｖｈはしきい値Ｖｄよりも高く設定されているので、昇圧電圧Ｖｃ（検出電圧Ｖａ）が減少に転じても直ちにそのしきい値Ｖｔ（基準電圧Ｖｒ）にまで低下することはなく、しきい値Ｖｔにまで低下する前の時刻ｔ２３において、一時的に跳ね下がったバッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈまで回復する。これにより、昇圧回路５５ａは再び昇圧動作を開始する。
【００８２】
一方、バッテリ電圧Ｖｂが低下して、時刻ｔ２４を過ぎてしきい値Ｖｈ未満になると、昇圧回路５５ａは昇圧動作を停止し、昇圧電圧Ｖｃは徐々に低下する。その後、昇圧電圧Ｖｃ（バッテリ電圧Ｖｂ）がしきい値Ｖｔ（しきい値Ｖｄ）よりも低下する時刻ｔ２５までの間、低電圧検出信号ＳｅはＬレベルを保持し、ＭＯＳＦＥＴ１５はオンし続ける。
【００８３】
そして、時刻ｔ２５において、低電圧検出状態となってＭＯＳＦＥＴ１５がオン状態からオフ状態になると、負荷電流の急減によってバッテリ電圧Ｖｂが一時的に跳ね上がる。しかし、しきい値Ｖｈはしきい値Ｖｄよりも高く設定されているので、バッテリ電圧Ｖｂに跳ね上がりが生じてもしきい値Ｖｈ以上とならず、従って昇圧回路５５ａが昇圧動作を再開することもない。
【００８４】
以上説明したように、本実施形態におけるチャージポンプ回路５５は、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ以上の期間において昇圧動作を実行するように構成され、さらにそのしきい値Ｖｈを低電圧時出力オフ機能におけるバッテリ電圧Ｖｂのしきい値Ｖｄよりも高く設定した。これにより、低電圧時出力オフ機能が動作してＭＯＳＦＥＴ１５のオンオフ駆動状態が変化した場合におけるバッテリ電圧Ｖｂの電圧変動が一層検出されにくくなり、ＭＯＳＦＥＴ１５のオンとオフとを交互に繰り返す発振状態の発生をより確実に防止することができる。
【００８５】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
スイッチ回路（スイッチング素子）としてＭＯＳＦＥＴ１５を用いたが、これに替えてＩＧＢＴやバイポーラトランジスタなどを使用しても良い。さらに、スイッチ回路としては、半導体スイッチング素子に限られず、例えば昇圧電圧Ｖｃを用いてオンオフ駆動されるリレースイッチを用いても良い。
【００８６】
電源線１３に接続される電源はバッテリに限られない。また、チャージポンプ回路１７（昇圧回路５５ａ）は、図２に示す回路構成に限定されず、電荷逆流防止用のダイオードとコンデンサとから構成されるものであれば他の回路構成であっても良い。さらに、チャージポンプ回路１７、５５は、駆動指令信号Ｓｄのレベルにかかわらず常に昇圧動作を行っても良い。
【００８７】
低電圧検出回路４０、４９における直列回路４４について、そのツェナーダイオードとダイオードの各直列接続数およびそれらの組み合わせを適宜変えても良い。また、チャージポンプ回路１７の出力端子とグランド端子２６との間に抵抗を接続し、その抵抗に定電流を流すことにより、昇圧電圧Ｖｃから所定電圧だけ低下した検出電圧Ｖａを得るようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す負荷駆動回路の電気的構成図
【図２】チャージポンプ回路の電気的構成図
【図３】駆動指令信号ＳｄがＨレベルであって、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｄ付近で下降および上昇した場合における各部の電圧波形および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図５】図３相当図
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図７】図３相当図
【図８】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図９】駆動指令信号ＳｄがＨレベルであって、バッテリ電圧Ｖｂがしきい値Ｖｈ付近で上昇および下降した場合における各部の電圧波形、昇圧回路５５ａの昇圧動作状態、および低電圧検出信号Ｓｅの状態を示す図
【図１０】従来技術を示す図１相当図
【図１１】図３相当図
【符号の説明】
１１、３９、４８、５４は負荷駆動回路、１２は負荷、１３は電源線（電源供給経路）、１４は出力線（電源供給経路）、１５はＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、１７、５５はチャージポンプ回路、１８はドライブ回路（素子駆動回路）、１９、４０、４９は低電圧検出回路、３６は分圧回路（電圧検出回路、抵抗分圧回路に相当）、３７は基準電圧発生回路、３８はコンパレータ（比較回路）、４７はトランジスタ（基準電圧発生回路、比較回路）である。

Claims

電源電圧を入力して昇圧した電圧を出力するチャージポンプ回路と、
電源と負荷とを接続する電源供給経路に設けられ、前記チャージポンプ回路の出力電圧が供給された状態で、駆動指令信号に従って前記電源供給経路を開状態または閉状態とするスイッチ回路とを備えた負荷駆動回路において、
前記チャージポンプ回路の出力電圧が所定の判定レベルよりも低下しているとこれを低電圧状態として検出する低電圧検出回路を備え、
前記スイッチ回路は、前記低電圧検出回路が前記低電圧状態を検出している期間、前記駆動指令信号にかかわらず前記電源供給経路を開状態とするように構成されていることを特徴とする負荷駆動回路。
前記スイッチ回路は、前記電源供給経路に介在するスイッチング素子と、前記駆動指令信号に従って前記スイッチング素子をオンオフ駆動する素子駆動回路とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の負荷駆動回路。
前記低電圧検出回路は、前記チャージポンプ回路の出力電圧を検出する電圧検出回路と、前記判定レベルに相当する基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、前記検出された電圧と前記基準電圧とを比較する比較回路とから構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の負荷駆動回路。
前記電圧検出回路は、抵抗分圧回路であることを特徴とする請求項３記載の負荷駆動回路。
前記電圧検出回路は、ダイオードと抵抗とが直列接続されたダイオード降圧回路であることを特徴とする請求項３記載の負荷駆動回路。
前記電圧検出回路は、定電流駆動されたダイオード降圧回路であることを特徴とする請求項３記載の負荷駆動回路。
前記チャージポンプ回路は、前記電源電圧が所定の昇圧開始レベル以上である場合に昇圧動作を行うように構成され、
その昇圧開始レベルは、当該昇圧開始レベルにおける前記チャージポンプ回路の出力電圧が前記判定レベルよりも高くなるように設定されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の負荷駆動回路。