JP3701573B2 - 負荷駆動回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の負荷を駆動する負荷駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、従来、図６（第１従来技術）に示すように、ランプ等の負荷１の駆動電流のオンオフ切替を行うスイッチング素子として、メカニカルリレー２を使用しており、また回路保護として、溶断ヒューズ３を使用してきた。そして、マイクロコンピュータチップ（以下「マイコン」と略称する）４でトランジスタ５をオンオフ制御し、このトランジスタ５によりメカニカルリレー２をオンオフ切替する。
【０００３】
ところで、近年では、エレクトニクス技術の進展に伴い、このメカニカルリレー２と溶断ヒューズ３に代えて半導体素子を使用することが試みられている。
【０００４】
図７は半導体素子を使用したシャント抵抗方式の負荷駆動回路（第２従来技術）を示す図である。この第２従来技術では、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ１１が使用され、また溶断フューズに代えて過電流検知回路１２が使用されている。
【０００５】
第２従来技術では、ＭＯＳＦＥＴ１１がオンの状態で、バッテリ（＋Ｂ）からの電源電圧が負荷１に印加されると、電源ライン２には負荷１の駆動状況（例えばランプの点灯個数等）に応じて駆動電流Ｉが流れる。この駆動電流Ｉを過電流検知回路１２で検知し、この過電流検知回路１２での駆動電流Ｉの検知結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ１１のオンオフ制御を行っている。
【０００６】
尚、過電流検知回路１２は、バッテリ（＋Ｂ）と接地電位との間を分圧する第一抵抗１３、ＰＮＰ型トランジスタ１４及び第二抵抗１５と、バッテリ（＋Ｂ）と負荷１の間に介在されて駆動電流Ｉが流れされるシャント抵抗１６と、第一抵抗１３とＰＮＰ型トランジスタ１４との接続点Ｐ１の電圧が正側入力端子に入力されるとともにシャント抵抗１６とＭＯＳＦＥＴ１１の接続点Ｐ２の電圧が負側入力端子に入力され且つＰＮＰ型トランジスタ１４のベースに出力端子が接続されるオペアンプ１７と、ＰＮＰ型トランジスタ１４と第二抵抗１５の接続点Ｐ３の電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ１１のオンオフ制御を行うマイコン１８とを備える。
【０００７】
かかる構成において、過電流検知回路１２内のオペアンプ１７が、正負両側の入力端子の電圧（即ち、点Ｐ１，Ｐ２の電圧）を同電位にしようとするため、点Ｐ１には、駆動電流Ｉが流れたときの点Ｐ２の電圧と同等の電圧になる電流Ｉｂが流れる。この電流Ｉｂが第二抵抗１５に流れることから、マイコン１８は電流Ｉｂの電流値と、分圧要素１３〜１５の各抵抗値とによって決定される点Ｐ３の電圧をＡ／Ｄ入力端子から入力し、この点Ｐ３の電圧に応じて、過電流があった場合にＭＯＳＦＥＴ１１をオフ切替えする。尚、マイコン１８に代えて比較器を用いてＰ３の電圧を基準電圧と比較する方法もある。
【０００８】
図８は、半導体素子を使用したセンスＦＥＴ方式の負荷駆動回路（第３従来技術）を示す図である。尚、この第３従来技術では、第２従来技術と同様の機能を有する要素については同一符号を付している。
【０００９】
この例では、半導体スイッチング素子としてｎ型のメインＦＥＴ２１が使用されており、このメインＦＥＴ２１のソースに負荷１が接続され、ドレインにバッテリ電源（＋Ｂ）が接続されており、マイコン１８によるゲートの制御によりオンオフ制御される。
【００１０】
また、このメインＦＥＴ２１と同一チップ内にセンスＦＥＴ２２が形成されている。センスＦＥＴ２２のゲートはメインＦＥＴ２１のゲートに接続され、センスＦＥＴ２２のドレインはバッテリ電源（＋Ｂ）に接続され、センスＦＥＴ２２のソースはＰＮＰ型トランジスタ１４のエミッタに接続されている。
【００１１】
この第３従来技術では、両ＦＥＴ２１，２２の電極間容量の比に基づいて、メインＦＥＴ２１を流れる電流をセンスＦＥＴ２２側に分流し、このセンスＦＥＴ２２側に分流された分岐電流をマイコン１８で検知することで、負荷１に流される駆動電流をモニタしている。
【００１２】
この第３従来技術によると、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とを同一チップ内に構成しているため、温度依存性はメインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とで共に同等に変化すると考えられる。このことから、各ＦＥＴ２１，２２の電極間容量の比にばらつきが少なくなる。したがって、この第３従来技術は、比較的電流検出精度が良い方式であると言える。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した第２従来技術では、過電流検知回路１２の過電流検知精度がシャント抵抗１６の精度によって決定されるが、このシャント抵抗１６に負荷１の駆動電流Ｉが直接流れるため、シャント抵抗１６の発熱により抵抗値が変動してしまう。尚、シャント抵抗１６は一般に金属で構成されるために、温度環境がマイナス４０℃〜１５０℃の範囲で、抵抗値の変動は１〜５％となる。そして、この変動が過電流の検知誤差となって現れる虞がある。
【００１４】
また、第２従来技術の場合、シャント抵抗１６以外に、ＰＮＰ型トランジスタ１４及びオペアンプ１７等の電子部品が必要となり、部品点数が多くなる。
【００１５】
これに対し、第３従来技術では、上述のように、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とを同一チップ内に構成しているため、温度依存性はメインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とで共に同等に変化するため、第２従来技術に比べて電流検出精度が向上する。
【００１６】
しかしながら、第３従来技術でも、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とが同一チップとして製造される必要があるため、専用のチップが必要となり、製造コストが高価になってしまう。
【００１７】
また、かかるメインＦＥＴ２１及びセンスＦＥＴ２２のチップに加えて、第２従来技術と同様にＰＮＰ型トランジスタ１４及びオペアンプ１７等の電子部品が必要となり、部品点数が多くなる。
【００１８】
そこで、この発明の課題は、過電流の検知精度が良く、且つ部品点数が少なくて済む負荷駆動回路を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、所定の負荷を駆動する負荷駆動回路であって、所定の電源と前記負荷との間に介装されて当該負荷のオンオフ切替を行う半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子の両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて、前記半導体スイッチング素子を流れる前記負荷の駆動電流が予め定義付けされた過電流検知ラインを超えているか否かを監視しながら、当該半導体スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、前記半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記制御手段は、予め所定の記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の固体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記過電流検知ラインを補正し、前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報が、前記半導体スイッチング素子の抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループのうちのいずれであるかの情報であり、前記記憶手段に、前記半導体スイッチング素子の前記抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループ毎に、更に前記半導体スイッチング素子の温度に対して複数のグループ分けがなされ、当該半導体スイッチング素子の温度に対しる複数のグループ毎に、前記過電流検知ラインが予め設定され、前記制御手段が、前記記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記記憶手段内に記憶された複数の前記過電流検知ラインの中のいずれかを選択するものである。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の負荷駆動回路であって、前記過電流検知ラインが、前記駆動電流が流れている時間の推移とともに変化するよう定義付けられるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜基本原理＞
図１はこの発明の一の実施の形態に係る負荷駆動回路を示す図である。この負荷駆動回路は、図１の如く、半導体スイッチング素子を構成するＭＯＳＦＥＴ３１自体をシャント抵抗の代わりに使用し、このＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン・ソース間の電位差をマイコン（制御手段）３２で検知することで、ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる負荷１の駆動電流Ｉを監視し、その監視結果に基づいてマイコン３２がＭＯＳＦＥＴ３１のオンオフ制御を行う。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ３１の線形領域での電流電圧の式は、ドレイン電流をＩｄ、ゲート電圧をＶｇ、しきい値電圧をＶＴ、ドレイン電圧をＶｄとし、所定の係数をｋとすると、一般的に次の（１）式で表すことができる。
【００２４】
Ｉｄ＝ｋ（Ｖｇ−ＶＴ）Ｖｄ …（１）
ここで、ＭＯＳＦＥＴ３１の動作時の抵抗値をＲｏｎ（＝Ｖｄ／Ｉｄ）とすると、次の（２）式が得られ、よってＭＯＳＦＥＴ３１自体を一種の抵抗体とみなすことができる。
【００２５】
１／Ｒｏｎ＝ｋ（Ｖｇ−ＶＴ） …（２）
したがって、ＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン・ソース間の電位差（以下「ソース電位」と称す）をマイコン３２のＡ／Ｄ入力端子等に入力して監視することで、当該ＭＯＳＦＥＴ３１を流れる負荷１の駆動電流Ｉを監視することができる。これにより、マイコン３２と１個のＭＯＳＦＥＴ３１だけの簡素な構成で、負荷１に流される駆動電流Ｉの過電流検知を行うことが可能であり、図７及び図８に示した各従来技術に比べて部品点数を低減することが可能となる。
【００２６】
ところで、この実施の形態のようにＭＯＳＦＥＴ３１を一種の抵抗体と見なした場合、以下の問題がある。
【００２７】
まず、ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差により抵抗値Ｒｏｎにばらつきが大きく、一般的には約３０％程度の抵抗値Ｒｏｎのばらつきがある。この抵抗値Ｒｏｎのばらつきは、マイコン３２で駆動電流Ｉの監視を行う場合は、その電流検知精度に大きく影響を及ぼす。
【００２８】
また、ＭＯＳＦＥＴ３１の場合は温度依存性が高いことが知られており、例えば、１００℃の温度変化に対して６０％以上抵抗値Ｒｏｎが変化する。
【００２９】
一方、例えば第１従来技術中のヒューズ３の機能をＭＯＳＦＥＴ３１及びマイコン３２を用いて実現しようとする場合に、必要となる電流検知精度は車室内で１０％程度、エンジンルーム内で３０％程度は必要となる。
【００３０】
したがって、抵抗体としてＭＯＳＦＥＴ３１を使用する場合には、当該ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎのばらつきを如何に低減するかが問題となる。
【００３１】
例えば、具体的に、ＭＯＳＦＥＴ３１の動作時の抵抗値Ｒｏｎは、基準温度での標準的抵抗値Ｒｏｎの中央値をＲref、抵抗値Ｒｏｎの個体差をδＲ、抵抗値Ｒｏｎの温度依存性をαf、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度（後述の接合温度）をＴj、基準温度をＴrefとすると、次の（３）式のように与えられる。
【００３２】
Ｒｏｎ＝Ｒref（１＋δＲ）｛１＋αf（Ｔj−Ｔref）｝ …（３）
抵抗値Ｒｏｎの個体差δＲが２５％程度であり、抵抗値Ｒｏｎの温度依存性αfが０．７％／deg程度であり、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度Ｔjが１２０℃を想定すると、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度Ｔｊが２５℃の場合に比較して、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎが約２倍に増大してしまう。即ち、電流検知精度を考えると、１００％程度の精度しか得られないことになる。
【００３３】
図５は、負荷１を連続して駆動したときの、時間軸（横軸）に対する各部の許容電流値を例示した図である。電線の発煙Ｌａについては、時間が経過するにつれて耐電流が低下する。また、ＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂは、最初のうちは一定であるが、一定時間が経過した時点（ｔ２）で耐電流が低下し始める。ただし、いずれの曲線Ｌａ，Ｌｂも、時間がかなり経過した時点で、一定の耐電流の値に収束する。
【００３４】
尚、図５においては、第１従来技術で使用していたヒューズ３の溶断電流Ｌｃの変化についても併せて示している。このヒューズ３の溶断電流Ｌｃは、ｔ４の時点以降で、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂよりも上回っている。したがって、ｔ４の時点以降では、ヒューズ３を用いてＭＯＳＦＥＴ３１を保護することができないことが解る。また、ヒューズ３の溶断電流Ｌｃは、ｔ５の時点以降で、電線の発煙Ｌａよりも上回っている。したがって、ｔ５の時点以降では、ヒューズ３の切断を利用して電線の発煙を防止することができないことが解る。
【００３５】
そこで、この実施の形態においては、個体差による抵抗値Ｒｏｎのばらつきと、経時的な温度変化に依存するＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎ及び安全動作限界の変化について、マイコン３２での演算処理により適正に補正を行うようにする。
【００３６】
＜個体差による抵抗値のばらつきの補正＞
ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差に関して、例えば、出荷検査時に一定電流を通電して、個々のＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎを予め測定しておく。そして、このときの測定結果を、過電流検知におけるアルゴリズムにおいて、既知の値として扱う。
【００３７】
この際、予め抵抗値Ｒｏｎについて一定範囲幅の抵抗値Ｒｏｎ範囲毎にグルーピングしておき、各グループ毎にその上限値及び下限値を設定しておいて、出荷検査時の抵抗値Ｒｏｎ測定において上限値及び下限値と比較する。
【００３８】
例えば、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗Ｒｏｎに関して、例えば、通常−２５％〜＋２５％であるものを例えば以下の５グループに分割する
・−２５〜−１５％：中央値−２０％
・−１５〜−５％：中央値−１０％
・−５〜＋５％：中央値０％
・＋５〜＋１５％：中央値＋１０％
・＋１５〜＋２５％：中央値＋２０％
上記のようにすることによって、ＦＥＴのばらつきを±５％に抑えることが可能となる。尚、この例では５グループに分割しているが、４グループ等の他のグループ数に分割しても差し支えない。
【００３９】
このようなグルーピングを、工場出荷時の検査で行い、そのグルーピングの結果をマイコン３２に接続されたＥＰＲＯＭ等の外部記憶装置（図示省略：記憶手段）に記憶させておく。また、このグルーピングされたそれぞれのグループに対して、過電流検知ラインのテ−ブルを所定の不揮発性メモリ内に記憶しておく。
【００４０】
そして、実動作時には、搭載されているＭＯＳＦＥＴ３１がどのグループに属しているのかを外部記憶装置から読み取り、その読み取り結果に応じた過電流検知ラインを認識し、この過電流検知ラインに基づいて、マイコン３２が過電流検知を行う。ただし、この際には、後述の温度変化による抵抗値の変化の補正をも加味して、マイコン３２が過電流検知を行うことになる。
【００４１】
あるいは、グルーピングの結果を外部記憶装置に記憶する代わりに、マイコン３２の所定のポートにプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を接続しておき、工場出荷時の検査でのグルーピングの結果を、このプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗をマイコン３２でオンオフ切替するようにして保持してもよい。
【００４２】
＜温度変化による抵抗値の変化の補正＞
ＭＯＳＦＥＴ３１の温度を測定し、この温度測定結果に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎを補正する。
【００４３】
例えば、図２に示したように、複数の負荷をそれぞれオンオフ切替する複数のＭＯＳＦＥＴ３１を、伝熱特性の高い共通のヒートスプレッタ３４に接触させ、このヒートスプレッタ３４から絶縁シート３５を介してアルミニウム製等の放熱板３６に熱伝達する場合を考える。
【００４４】
このように、複数のＭＯＳＦＥＴ３１が存在する場合には、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度に対して、その表面温度や電線の温度が、外気温度に影響を受けるため、各部位によって温度環境が異なる。したがって、これらの全てを温度センサで測定して補正してもよいが、基本的にはこれらの各部位同士の位置関係が固定されているため、その温度変化の相互の相対的関係を予め測定しておくことで、例えば、ヒートスプレッタ３４の温度を測定するだけで、その他の部位の温度を推定できる。これにより、全体としての部品点数を低減できる。このことを考慮し、この実施の形態においては、ヒートスプレッタ３４のみに単一の温度センサ（温度検知手段）３８を取り付け、その他の部位については推定した温度値を用いて、マイコン３２が各部位の温度特性による補正を行う。
【００４５】
このマイコン３２によるＭＯＳＦＥＴ３１の温度補正の考え方を説明する。ここでは、温度を一定の範囲の複数の温度領域に予め分割しておき、その分割された各温度領域毎に、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎの上限値及び下限値を設定しておき、かかる範囲の各抵抗値Ｒｏｎをテーブルとして所定の外部記憶装置に記憶させている。
【００４６】
図３及び図４は、周囲温度Ｔａと、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度Ｔｊと、ヒートスプレッタ３４上での温度センサ３８による温度モニタ値Ｔｍの関係を示す図である。
【００４７】
ヒートスプレッタ３４の温度をＴｓ、温度センサ３８の測定誤差をδＴｍ（１０deg程度）とすると、次の（４）式が得られる。
【００４８】
Ｔｓ−δＴｍ＜Ｔｍ＜Ｔｓ＋δＴｍ …（４）
また、ヒートスプレッタ３４の温度Ｔｓと周囲温度Ｔａとの間の最大温度差をδＴｓａ（２５deg程度）とすると、次の（５）式のようになる。
【００４９】
Ｔｓ−δＴｓａ＜Ｔａ＜Ｔｓ …（５）
さらに、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度Ｔｊは、ヒートスプレッタ３４の温度Ｔｓと接合温度Ｔｊの最大温度差をδＴｓｊ（１０deg程度）とすると、次の（６）式のようになる。
【００５０】
Ｔｓ＜Ｔｊ＜Ｔｓ＋δＴｓｊ …（６）
尚、自動車の場合、周囲温度Ｔａの最小値がＴａmin（−４０℃程度）より大きく、最大値がＴａmax（８５℃程度）未満であるとすると、周囲温度Ｔａは次の（７）式のようになる。
【００５１】
Ｔａmin＜Ｔａ＜Ｔａmax …（７）
さらに、図４より、次の（８）〜（１１）式を得ることができる。
【００５２】
Ｔａmin＜Ｔｍ−δＴｍ−δＴｓａ＜Ｔａ …（８）
Ｔａ＜Ｔｍ＋δＴｍ＜Ｔａmax …（９）
Ｔａmin＜Ｔｍ＋δＴｍ＜Ｔｊ …（１０）
Ｔｊ＜Ｔｍ＋δＴｍ＋δＴｓｊ＜Ｔｊmax …（１１）
ここで、ＴｊmaxはＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度の最大値であり、約１５０℃程度である。
【００５３】
ところで、この例では、上述のように予め温度を一定の範囲の複数の温度領域に分割しておく。例えば、Ｔ１〜Ｔ２の温度領域、Ｔ２〜Ｔ３の温度領域…というように温度領域を分割した場合において、仮にＴ１〜Ｔ２の温度領域内にＴｍがあるものとする（即ち、Ｔ１＜Ｔｍ＜Ｔ２）。この場合、次の（１２）〜（１５）式が得られる。
【００５４】
Ｔａmax＝Ｔ２＋δＴｍ …（１２）
Ｔａmin＝Ｔ１−δＴｍ−δＴｓａ …（１３）
Ｔｊmax＝Ｔ２＋δＴｍ＋δＴｓｊ …（１４）
Ｔｊmin＝Ｔ１−δＴｍ …（１５）
となる。
【００５５】
これにより、各部分の温度がモニタ温度と関係づけられる。当然、分割された温度領域よりも、想定される各部分の温度範囲は大きくなる。
【００５６】
そして、このモニタ温度の違いを基に、予め複数のグループにグルーピングしておく。このグループは、それぞれ後述の過電流検知ラインを決定するものであり、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差についての各グループ毎に求められる。
【００５７】
＜過電流検知ライン＞
次に、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差の各グループ毎に、さらにグルーピングされた上述のモニタ温度のグループ毎に、図５に示したような過電流検知ラインＬｘを予め求めておき、ＥＰＲＯＭ等の外部記憶装置（図示省略：記憶手段）に記憶させておく。
【００５８】
この場合、各部位の電流許容値は、駆動電流Ｉを流して負荷１を駆動し始めてからの時間の推移によって変化する。そこで、この時間の推移に伴う電流許容値の変化を考慮して、過電流検知ラインＬｘを決定しておく。
【００５９】
基本的な過電流検知ラインＬｘの求め方を説明する。図５において、まず、時間ｔを無限大にした場合の電線の発煙電流Ｉwire0を想定して、検知ラインのうちのＳ１の上限を決める。尚、時間ｔを無限大にした場合には、前述のように、曲線Ｌａ，Ｌｂも、時間がかなり経過した時点で、一定の耐電流の値に収束するため、この収束した各値を考慮することとする。
【００６０】
電線の抵抗値をｒwire、発煙温度をＴfire、電線の熱抵抗をＲｗとすると、ＪＡＳＯの式では、電線の発煙電流Ｉwire0は次の（１６）式のようになる。
【００６１】
Ｉwire0^2・ｒwire＝(Ｔfire−Ｔａ)／Ｒｗ …（１６）
検知ラインの上限をＳ１uplimとすると、次の（１７）〜（２０）式を得ることができる。ただし、ここでは基準温度Ｔrefを２５℃と仮定している。
【００６２】
許容電流をＩｌmaxとし、検知ラインの下限界をＳ１dnlimとすると、次の（２１）〜（２３）式を得ることができる。
【００６３】
Ｓ１dnlim＝Ｉｌmax・Ｒｏｎ
＝Ｉｌmax・Ｒfet・(１＋δＲ)・{１＋αｆ・(Ｔｊmax−２５)}…（２１）
Ｔ１＜Ｔｍ＜Ｔ２ …（２２）
Ｔｊmax＝Ｔ２＋２０ｄｅｇ …（２３）
次に、マイコン３２内でのＡ／Ｄ変換処理における誤差を考慮する。このマイコン３２においては温度依存性はないが、電源電圧依存性がある。
【００６４】
ここで、使用するＭＯＳＦＥＴ３１の個体によるばらつきを例えば４つのグループに分割し、その各グループにおけるその最大値をＲfetmax、最小値Ｒfetminとし、ばらつきの低減を図る。そのとき、検知ラインＳ１adは次の（２４）式として求められる。
【００６５】
次に、Ａ／Ｄ変換値であるＳ１adを用いて、（１６）式から（２４）式までの計算を逆に実行する。ただし、この場合、Ａ／Ｄ変換値Ｓ１adは、次の（２５）式及び（２６）式に示した値で計算を開始する。この場合、Ａ／Ｄ変換値Ｓ１adの小数点以下は切り下げる。
【００６６】
最小値：Ｓ１ad−１ …（２５）
最大値：Ｓ１ad …（２６）
このようにして、最終的に得られた電流値の最小値及び最大値のそれぞれについて、図５に示した電線の許容電流値Ｌｄ及び発煙電流Ｌａと比較し、適正なＳ１（図５）の値を求める。
【００６７】
また、図５中のＳ２，Ｓ３…の値に関しては、例えば次の（２７），（２８）式のように所定の演算式を用いて決定する。
【００６８】
Ｓ２＝Ｓ１×１．５ …（２７）
Ｓ３＝Ｓ１×２ …（２８）
勿論、これらのＳ２，Ｓ３…の値に対応して、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３…を決定し、図５中の過電流検知ラインＬｘを決定する。
【００６９】
尚、ＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂについては、ヒートスプレッタ３４や放熱板３６の寸法等と、ＭＯＳＦＥＴ３１自身の熱抵抗及び熱容量と、放熱板３６の熱抵抗及び熱容量等の諸因子を考慮して得る。
【００７０】
そして、かかる過電流検知ラインＬｘは、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差についてのグループ毎に、更に設定された上述の温度差についてのグループ毎に、それぞれ決定されるものであり、これらは全て、ＥＰＲＯＭ等の所定の外部記憶装置内に格納される。
【００７１】
＜動作＞
上記構成の負荷駆動回路において、マイコン３２は、搭載されているＭＯＳＦＥＴ３１が、外部記憶装置内に格納された情報を読み出し、この情報に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差による抵抗値Ｒｏｎのばらつきについて、どのグループに属しているのかを判断する。
【００７２】
次に、その個体差のグループの中で、どの温度状況のグループに属するかを判断する。具体的には、ヒートスプレッタ３４に設置された温度センサ３８の温度検知結果に基づいて、各部位の温度状況を推定し、この推定結果に基づいて、温度状況のグループを選択する。
【００７３】
そして、マイコン３２は、ここで選択された温度状況のグループに対応した過電流検知ラインＬｘを選択して読み出す。
【００７４】
しかる後、マイコン３２は、ＭＯＳＦＥＴ３１の両端の電位差により当該ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる負荷１の駆動電流Ｉを検知し、この駆動電流Ｉが、上記のように選択された過電流検知ラインＬｘを超過したときに、駆動電流Ｉが過電流であるものと判断し、ＭＯＳＦＥＴ３１をオフ切替する。
【００７５】
以上のように、実際に搭載されたＭＯＳＦＥＴ３１の個体差、実稼働時の温度状況、及び実稼動時間の推移に応じた過電流検知を行うことができるので、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３１そのものをシャント抵抗として使用しても、実条件に応じた正確な過電流検知を行うことができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態では、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ３１を使用していたが、トランジスタ等のオンオフ切替を行うことが可能な半導体素子であればどのような部品を使用しても差し支えない。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段が、半導体スイッチング素子の両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて、半導体スイッチング素子を流れる負荷の駆動電流が予め定義付けされた過電流検知ラインを超えているか否かを監視する場合に、予め所定の記憶手段に記憶された半導体スイッチング素子の固体差の情報と、温度検知手段での検知結果とに基づいて、過電流検知ラインを補正しながら監視を行うので、個体差及び温度による抵抗値の変化が生じやすい半導体スイッチング素子を使用しても、この半導体スイッチング素子をシャント抵抗の代替として駆動電流を精度良くモニタできる。したがって、スイッチング素子として半導体スイッチング素子を使用しながらも、第２従来技術及び第３従来技術に比べて部品点数を低減でき、設備コストを低減することが可能となる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、電線や半導体スイッチング素子の電流許容値が時間とともに変化しても、この変化に対応するように過電流検知ラインを変化させて駆動電流をモニタできるため、実状に応じた精度良い過電流検知を行うことができる。
【００７９】
請求項１に記載の発明によれば、半導体スイッチング素子の個体差と温度状況の両方の因子について予めグルーピングしておき、この各グループ毎に過電流検知ラインを設定しているので、制御手段が過電流検知ラインを選択するだけで精度良い過電流検知を行うことができる。したがって、制御手段での制御処理負荷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図２】ＭＯＳＦＥＴがヒートスプレッタ上に搭載されている状態を示す図である。
【図３】周囲温度とＭＯＳＦＥＴの接合温度とヒートスプレッタ上での温度センサによる温度モニタ値との関係を示す図である。
【図４】周囲温度とＭＯＳＦＥＴの接合温度とヒートスプレッタ上での温度センサによる温度モニタ値との関係を示す図である。
【図５】時間の推移に伴って各部位の許容電流値が変化する様子を示す図である。
【図６】第１従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図７】第２従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図８】第３従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 負荷
３１ ＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
３２ マイコン（制御手段）
３４ ヒートスプレッタ
３８ 温度センサ（温度検知手段）
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定の負荷を駆動する負荷駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、従来、図６（第１従来技術）に示すように、ランプ等の負荷１の駆動電流のオンオフ切替を行うスイッチング素子として、メカニカルリレー２を使用しており、また回路保護として、溶断ヒューズ３を使用してきた。そして、マイクロコンピュータチップ（以下「マイコン」と略称する）４でトランジスタ５をオンオフ制御し、このトランジスタ５によりメカニカルリレー２をオンオフ切替する。
【０００３】
ところで、近年では、エレクトニクス技術の進展に伴い、このメカニカルリレー２と溶断ヒューズ３に代えて半導体素子を使用することが試みられている。
【０００４】
図７は半導体素子を使用したシャント抵抗方式の負荷駆動回路（第２従来技術）を示す図である。この第２従来技術では、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ１１が使用され、また溶断フューズに代えて過電流検知回路１２が使用されている。
【０００５】
第２従来技術では、ＭＯＳＦＥＴ１１がオンの状態で、バッテリ（＋Ｂ）からの電源電圧が負荷１に印加されると、電源ライン２には負荷１の駆動状況（例えばランプの点灯個数等）に応じて駆動電流Ｉが流れる。この駆動電流Ｉを過電流検知回路１２で検知し、この過電流検知回路１２での駆動電流Ｉの検知結果に基づいてＭＯＳＦＥＴ１１のオンオフ制御を行っている。
【０００６】
尚、過電流検知回路１２は、バッテリ（＋Ｂ）と接地電位との間を分圧する第一抵抗１３、ＰＮＰ型トランジスタ１４及び第二抵抗１５と、バッテリ（＋Ｂ）と負荷１の間に介在されて駆動電流Ｉが流れされるシャント抵抗１６と、第一抵抗１３とＰＮＰ型トランジスタ１４との接続点Ｐ１の電圧が正側入力端子に入力されるとともにシャント抵抗１６とＭＯＳＦＥＴ１１の接続点Ｐ２の電圧が負側入力端子に入力され且つＰＮＰ型トランジスタ１４のベースに出力端子が接続されるオペアンプ１７と、ＰＮＰ型トランジスタ１４と第二抵抗１５の接続点Ｐ３の電圧に応じてＭＯＳＦＥＴ１１のオンオフ制御を行うマイコン１８とを備える。
【０００７】
かかる構成において、過電流検知回路１２内のオペアンプ１７が、正負両側の入力端子の電圧（即ち、点Ｐ１，Ｐ２の電圧）を同電位にしようとするため、点Ｐ１には、駆動電流Ｉが流れたときの点Ｐ２の電圧と同等の電圧になる電流Ｉｂが流れる。この電流Ｉｂが第二抵抗１５に流れることから、マイコン１８は電流Ｉｂの電流値と、分圧要素１３〜１５の各抵抗値とによって決定される点Ｐ３の電圧をＡ／Ｄ入力端子から入力し、この点Ｐ３の電圧に応じて、過電流があった場合にＭＯＳＦＥＴ１１をオフ切替えする。尚、マイコン１８に代えて比較器を用いてＰ３の電圧を基準電圧と比較する方法もある。
【０００８】
図８は、半導体素子を使用したセンスＦＥＴ方式の負荷駆動回路（第３従来技術）を示す図である。尚、この第３従来技術では、第２従来技術と同様の機能を有する要素については同一符号を付している。
【０００９】
この例では、半導体スイッチング素子としてｎ型のメインＦＥＴ２１が使用されており、このメインＦＥＴ２１のソースに負荷１が接続され、ドレインにバッテリ電源（＋Ｂ）が接続されており、マイコン１８によるゲートの制御によりオンオフ制御される。
【００１０】
また、このメインＦＥＴ２１と同一チップ内にセンスＦＥＴ２２が形成されている。センスＦＥＴ２２のゲートはメインＦＥＴ２１のゲートに接続され、センスＦＥＴ２２のドレインはバッテリ電源（＋Ｂ）に接続され、センスＦＥＴ２２のソースはＰＮＰ型トランジスタ１４のエミッタに接続されている。
【００１１】
この第３従来技術では、両ＦＥＴ２１，２２の電極間容量の比に基づいて、メインＦＥＴ２１を流れる電流をセンスＦＥＴ２２側に分流し、このセンスＦＥＴ２２側に分流された分岐電流をマイコン１８で検知することで、負荷１に流される駆動電流をモニタしている。
【００１２】
この第３従来技術によると、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とを同一チップ内に構成しているため、温度依存性はメインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とで共に同等に変化すると考えられる。このことから、各ＦＥＴ２１，２２の電極間容量の比にばらつきが少なくなる。したがって、この第３従来技術は、比較的電流検出精度が良い方式であると言える。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した第２従来技術では、過電流検知回路１２の過電流検知精度がシャント抵抗１６の精度によって決定されるが、このシャント抵抗１６に負荷１の駆動電流Ｉが直接流れるため、シャント抵抗１６の発熱により抵抗値が変動してしまう。尚、シャント抵抗１６は一般に金属で構成されるために、温度環境がマイナス４０℃〜１５０℃の範囲で、抵抗値の変動は１〜５％となる。そして、この変動が過電流の検知誤差となって現れる虞がある。
【００１４】
また、第２従来技術の場合、シャント抵抗１６以外に、ＰＮＰ型トランジスタ１４及びオペアンプ１７等の電子部品が必要となり、部品点数が多くなる。
【００１５】
これに対し、第３従来技術では、上述のように、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とを同一チップ内に構成しているため、温度依存性はメインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とで共に同等に変化するため、第２従来技術に比べて電流検出精度が向上する。
【００１６】
しかしながら、第３従来技術でも、メインＦＥＴ２１とセンスＦＥＴ２２とが同一チップとして製造される必要があるため、専用のチップが必要となり、製造コストが高価になってしまう。
【００１７】
また、かかるメインＦＥＴ２１及びセンスＦＥＴ２２のチップに加えて、第２従来技術と同様にＰＮＰ型トランジスタ１４及びオペアンプ１７等の電子部品が必要となり、部品点数が多くなる。
【００１８】
そこで、この発明の課題は、過電流の検知精度が良く、且つ部品点数が少なくて済む負荷駆動回路を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、所定の負荷を駆動する負荷駆動回路であって、所定の電源と前記負荷との間に介装されて当該負荷のオンオフ切替を行う半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子の両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて、前記半導体スイッチング素子を流れる前記負荷の駆動電流が予め定義付けされた過電流検知ラインを超えているか否かを監視しながら、当該半導体スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、前記半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記制御手段は、予め所定の記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の固体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記過電流検知ラインを補正し、前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報が、前記半導体スイッチング素子の抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループのうちのいずれであるかの情報であり、前記記憶手段に、前記半導体スイッチング素子の前記抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループ毎に、更に前記半導体スイッチング素子の温度に対して複数のグループ分けがなされ、当該半導体スイッチング素子の温度に対しる複数のグループ毎に、前記過電流検知ラインが予め設定され、前記制御手段が、前記記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記記憶手段内に記憶された複数の前記過電流検知ラインの中のいずれかを選択するものである。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の負荷駆動回路であって、前記過電流検知ラインが、前記駆動電流が流れている時間の推移とともに変化するよう定義付けられるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜基本原理＞
図１はこの発明の一の実施の形態に係る負荷駆動回路を示す図である。この負荷駆動回路は、図１の如く、半導体スイッチング素子を構成するＭＯＳＦＥＴ３１自体をシャント抵抗の代わりに使用し、このＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン・ソース間の電位差をマイコン（制御手段）３２で検知することで、ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる負荷１の駆動電流Ｉを監視し、その監視結果に基づいてマイコン３２がＭＯＳＦＥＴ３１のオンオフ制御を行う。
【００２３】
ＭＯＳＦＥＴ３１の線形領域での電流電圧の式は、ドレイン電流をＩｄ、ゲート電圧をＶｇ、しきい値電圧をＶＴ、ドレイン電圧をＶｄとし、所定の係数をｋとすると、一般的に次の（１）式で表すことができる。
【００２４】
Ｉｄ＝ｋ（Ｖｇ−ＶＴ）Ｖｄ …（１）
ここで、ＭＯＳＦＥＴ３１の動作時の抵抗値をＲｏｎ（＝Ｖｄ／Ｉｄ）とすると、次の（２）式が得られ、よってＭＯＳＦＥＴ３１自体を一種の抵抗体とみなすことができる。
【００２５】
１／Ｒｏｎ＝ｋ（Ｖｇ−ＶＴ） …（２）
したがって、ＭＯＳＦＥＴ３１のドレイン・ソース間の電位差（以下「ソース電位」と称す）をマイコン３２のＡ／Ｄ入力端子等に入力して監視することで、当該ＭＯＳＦＥＴ３１を流れる負荷１の駆動電流Ｉを監視することができる。これにより、マイコン３２と１個のＭＯＳＦＥＴ３１だけの簡素な構成で、負荷１に流される駆動電流Ｉの過電流検知を行うことが可能であり、図７及び図８に示した各従来技術に比べて部品点数を低減することが可能となる。
【００２６】
ところで、この実施の形態のようにＭＯＳＦＥＴ３１を一種の抵抗体と見なした場合、以下の問題がある。
【００２７】
まず、ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差により抵抗値Ｒｏｎにばらつきが大きく、一般的には約３０％程度の抵抗値Ｒｏｎのばらつきがある。この抵抗値Ｒｏｎのばらつきは、マイコン３２で駆動電流Ｉの監視を行う場合は、その電流検知精度に大きく影響を及ぼす。
【００２８】
また、ＭＯＳＦＥＴ３１の場合は温度依存性が高いことが知られており、例えば、１００℃の温度変化に対して６０％以上抵抗値Ｒｏｎが変化する。
【００２９】
一方、例えば第１従来技術中のヒューズ３の機能をＭＯＳＦＥＴ３１及びマイコン３２を用いて実現しようとする場合に、必要となる電流検知精度は車室内で１０％程度、エンジンルーム内で３０％程度は必要となる。
【００３０】
したがって、抵抗体としてＭＯＳＦＥＴ３１を使用する場合には、当該ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎのばらつきを如何に低減するかが問題となる。
【００３１】
例えば、具体的に、ＭＯＳＦＥＴ３１の動作時の抵抗値Ｒｏｎは、基準温度での標準的抵抗値Ｒｏｎの中央値をＲref、抵抗値Ｒｏｎの個体差をδＲ、抵抗値Ｒｏｎの温度依存性をαf、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度（後述の接合温度）をＴj、基準温度をＴrefとすると、次の（３）式のように与えられる。
【００３２】
Ｒｏｎ＝Ｒref（１＋δＲ）｛１＋αf（Ｔj−Ｔref）｝ …（３）
抵抗値Ｒｏｎの個体差δＲが２５％程度であり、抵抗値Ｒｏｎの温度依存性αfが０．７％／deg程度であり、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度Ｔjが１２０℃を想定すると、ＭＯＳＦＥＴ３１の温度Ｔｊが２５℃の場合に比較して、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎが約２倍に増大してしまう。即ち、電流検知精度を考えると、１００％程度の精度しか得られないことになる。
【００３３】
図５は、負荷１を連続して駆動したときの、時間軸（横軸）に対する各部の許容電流値を例示した図である。電線の発煙Ｌａについては、時間が経過するにつれて耐電流が低下する。また、ＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂは、最初のうちは一定であるが、一定時間が経過した時点（ｔ２）で耐電流が低下し始める。ただし、いずれの曲線Ｌａ，Ｌｂも、時間がかなり経過した時点で、一定の耐電流の値に収束する。
【００３４】
尚、図５においては、第１従来技術で使用していたヒューズ３の溶断電流Ｌｃの変化についても併せて示している。このヒューズ３の溶断電流Ｌｃは、ｔ４の時点以降で、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂよりも上回っている。したがって、ｔ４の時点以降では、ヒューズ３を用いてＭＯＳＦＥＴ３１を保護することができないことが解る。また、ヒューズ３の溶断電流Ｌｃは、ｔ５の時点以降で、電線の発煙Ｌａよりも上回っている。したがって、ｔ５の時点以降では、ヒューズ３の切断を利用して電線の発煙を防止することができないことが解る。
【００３５】
そこで、この実施の形態においては、個体差による抵抗値Ｒｏｎのばらつきと、経時的な温度変化に依存するＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎ及び安全動作限界の変化について、マイコン３２での演算処理により適正に補正を行うようにする。
【００３６】
＜個体差による抵抗値のばらつきの補正＞
ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差に関して、例えば、出荷検査時に一定電流を通電して、個々のＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎを予め測定しておく。そして、このときの測定結果を、過電流検知におけるアルゴリズムにおいて、既知の値として扱う。
【００３７】
この際、予め抵抗値Ｒｏｎについて一定範囲幅の抵抗値Ｒｏｎ範囲毎にグルーピングしておき、各グループ毎にその上限値及び下限値を設定しておいて、出荷検査時の抵抗値Ｒｏｎ測定において上限値及び下限値と比較する。
【００３８】
例えば、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗Ｒｏｎに関して、例えば、通常−２５％〜＋２５％であるものを例えば以下の５グループに分割する
・−２５〜−１５％：中央値−２０％
・−１５〜−５％：中央値−１０％
・−５〜＋５％：中央値０％
・＋５〜＋１５％：中央値＋１０％
・＋１５〜＋２５％：中央値＋２０％
上記のようにすることによって、ＦＥＴのばらつきを±５％に抑えることが可能となる。尚、この例では５グループに分割しているが、４グループ等の他のグループ数に分割しても差し支えない。
【００３９】
このようなグルーピングを、工場出荷時の検査で行い、そのグルーピングの結果をマイコン３２に接続されたＥＰＲＯＭ等の外部記憶装置（図示省略：記憶手段）に記憶させておく。また、このグルーピングされたそれぞれのグループに対して、過電流検知ラインのテ−ブルを所定の不揮発性メモリ内に記憶しておく。
【００４０】
そして、実動作時には、搭載されているＭＯＳＦＥＴ３１がどのグループに属しているのかを外部記憶装置から読み取り、その読み取り結果に応じた過電流検知ラインを認識し、この過電流検知ラインに基づいて、マイコン３２が過電流検知を行う。ただし、この際には、後述の温度変化による抵抗値の変化の補正をも加味して、マイコン３２が過電流検知を行うことになる。
【００４１】
あるいは、グルーピングの結果を外部記憶装置に記憶する代わりに、マイコン３２の所定のポートにプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗を接続しておき、工場出荷時の検査でのグルーピングの結果を、このプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗をマイコン３２でオンオフ切替するようにして保持してもよい。
【００４２】
＜温度変化による抵抗値の変化の補正＞
ＭＯＳＦＥＴ３１の温度を測定し、この温度測定結果に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎを補正する。
【００４３】
例えば、図２に示したように、複数の負荷をそれぞれオンオフ切替する複数のＭＯＳＦＥＴ３１を、伝熱特性の高い共通のヒートスプレッタ３４に接触させ、このヒートスプレッタ３４から絶縁シート３５を介してアルミニウム製等の放熱板３６に熱伝達する場合を考える。
【００４４】
このように、複数のＭＯＳＦＥＴ３１が存在する場合には、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度に対して、その表面温度や電線の温度が、外気温度に影響を受けるため、各部位によって温度環境が異なる。したがって、これらの全てを温度センサで測定して補正してもよいが、基本的にはこれらの各部位同士の位置関係が固定されているため、その温度変化の相互の相対的関係を予め測定しておくことで、例えば、ヒートスプレッタ３４の温度を測定するだけで、その他の部位の温度を推定できる。これにより、全体としての部品点数を低減できる。このことを考慮し、この実施の形態においては、ヒートスプレッタ３４のみに単一の温度センサ（温度検知手段）３８を取り付け、その他の部位については推定した温度値を用いて、マイコン３２が各部位の温度特性による補正を行う。
【００４５】
このマイコン３２によるＭＯＳＦＥＴ３１の温度補正の考え方を説明する。ここでは、温度を一定の範囲の複数の温度領域に予め分割しておき、その分割された各温度領域毎に、ＭＯＳＦＥＴ３１の抵抗値Ｒｏｎの上限値及び下限値を設定しておき、かかる範囲の各抵抗値Ｒｏｎをテーブルとして所定の外部記憶装置に記憶させている。
【００４６】
図３及び図４は、周囲温度Ｔａと、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度Ｔｊと、ヒートスプレッタ３４上での温度センサ３８による温度モニタ値Ｔｍの関係を示す図である。
【００４７】
ヒートスプレッタ３４の温度をＴｓ、温度センサ３８の測定誤差をδＴｍ（１０deg程度）とすると、次の（４）式が得られる。
【００４８】
Ｔｓ−δＴｍ＜Ｔｍ＜Ｔｓ＋δＴｍ …（４）
また、ヒートスプレッタ３４の温度Ｔｓと周囲温度Ｔａとの間の最大温度差をδＴｓａ（２５deg程度）とすると、次の（５）式のようになる。
【００４９】
Ｔｓ−δＴｓａ＜Ｔａ＜Ｔｓ …（５）
さらに、ＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度Ｔｊは、ヒートスプレッタ３４の温度Ｔｓと接合温度Ｔｊの最大温度差をδＴｓｊ（１０deg程度）とすると、次の（６）式のようになる。
【００５０】
Ｔｓ＜Ｔｊ＜Ｔｓ＋δＴｓｊ …（６）
尚、自動車の場合、周囲温度Ｔａの最小値がＴａmin（−４０℃程度）より大きく、最大値がＴａmax（８５℃程度）未満であるとすると、周囲温度Ｔａは次の（７）式のようになる。
【００５１】
Ｔａmin＜Ｔａ＜Ｔａmax …（７）
さらに、図４より、次の（８）〜（１１）式を得ることができる。
【００５２】
Ｔａmin＜Ｔｍ−δＴｍ−δＴｓａ＜Ｔａ …（８）
Ｔａ＜Ｔｍ＋δＴｍ＜Ｔａmax …（９）
Ｔａmin＜Ｔｍ＋δＴｍ＜Ｔｊ …（１０）
Ｔｊ＜Ｔｍ＋δＴｍ＋δＴｓｊ＜Ｔｊmax …（１１）
ここで、ＴｊmaxはＭＯＳＦＥＴ３１の接合温度の最大値であり、約１５０℃程度である。
【００５３】
ところで、この例では、上述のように予め温度を一定の範囲の複数の温度領域に分割しておく。例えば、Ｔ１〜Ｔ２の温度領域、Ｔ２〜Ｔ３の温度領域…というように温度領域を分割した場合において、仮にＴ１〜Ｔ２の温度領域内にＴｍがあるものとする（即ち、Ｔ１＜Ｔｍ＜Ｔ２）。この場合、次の（１２）〜（１５）式が得られる。
【００５４】
Ｔａmax＝Ｔ２＋δＴｍ …（１２）
Ｔａmin＝Ｔ１−δＴｍ−δＴｓａ …（１３）
Ｔｊmax＝Ｔ２＋δＴｍ＋δＴｓｊ …（１４）
Ｔｊmin＝Ｔ１−δＴｍ …（１５）
となる。
【００５５】
これにより、各部分の温度がモニタ温度と関係づけられる。当然、分割された温度領域よりも、想定される各部分の温度範囲は大きくなる。
【００５６】
そして、このモニタ温度の違いを基に、予め複数のグループにグルーピングしておく。このグループは、それぞれ後述の過電流検知ラインを決定するものであり、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差についての各グループ毎に求められる。
【００５７】
＜過電流検知ライン＞
次に、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差の各グループ毎に、さらにグルーピングされた上述のモニタ温度のグループ毎に、図５に示したような過電流検知ラインＬｘを予め求めておき、ＥＰＲＯＭ等の外部記憶装置（図示省略：記憶手段）に記憶させておく。
【００５８】
この場合、各部位の電流許容値は、駆動電流Ｉを流して負荷１を駆動し始めてからの時間の推移によって変化する。そこで、この時間の推移に伴う電流許容値の変化を考慮して、過電流検知ラインＬｘを決定しておく。
【００５９】
基本的な過電流検知ラインＬｘの求め方を説明する。図５において、まず、時間ｔを無限大にした場合の電線の発煙電流Ｉwire0を想定して、検知ラインのうちのＳ１の上限を決める。尚、時間ｔを無限大にした場合には、前述のように、曲線Ｌａ，Ｌｂも、時間がかなり経過した時点で、一定の耐電流の値に収束するため、この収束した各値を考慮することとする。
【００６０】
電線の抵抗値をｒwire、発煙温度をＴfire、電線の熱抵抗をＲｗとすると、ＪＡＳＯの式では、電線の発煙電流Ｉwire0は次の（１６）式のようになる。
【００６１】
Ｉwire0^2・ｒwire＝(Ｔfire−Ｔａ)／Ｒｗ …（１６）
検知ラインの上限をＳ１uplimとすると、次の（１７）〜（２０）式を得ることができる。ただし、ここでは基準温度Ｔrefを２５℃と仮定している。
【００６２】
【００６３】
Ｓ１dnlim＝Ｉｌmax・Ｒｏｎ
＝Ｉｌmax・Ｒfet・(１＋δＲ)・{１＋αｆ・(Ｔｊmax−２５)}…（２１）
Ｔ１＜Ｔｍ＜Ｔ２ …（２２）
Ｔｊmax＝Ｔ２＋２０ｄｅｇ …（２３）
次に、マイコン３２内でのＡ／Ｄ変換処理における誤差を考慮する。このマイコン３２においては温度依存性はないが、電源電圧依存性がある。
【００６４】
ここで、使用するＭＯＳＦＥＴ３１の個体によるばらつきを例えば４つのグループに分割し、その各グループにおけるその最大値をＲfetmax、最小値Ｒfetminとし、ばらつきの低減を図る。そのとき、検知ラインＳ１adは次の（２４）式として求められる。
【００６５】
【００６６】
最小値：Ｓ１ad−１ …（２５）
最大値：Ｓ１ad …（２６）
このようにして、最終的に得られた電流値の最小値及び最大値のそれぞれについて、図５に示した電線の許容電流値Ｌｄ及び発煙電流Ｌａと比較し、適正なＳ１（図５）の値を求める。
【００６７】
また、図５中のＳ２，Ｓ３…の値に関しては、例えば次の（２７），（２８）式のように所定の演算式を用いて決定する。
【００６８】
Ｓ２＝Ｓ１×１．５ …（２７）
Ｓ３＝Ｓ１×２ …（２８）
勿論、これらのＳ２，Ｓ３…の値に対応して、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３…を決定し、図５中の過電流検知ラインＬｘを決定する。
【００６９】
尚、ＭＯＳＦＥＴ３１の安全動作限界Ｌｂについては、ヒートスプレッタ３４や放熱板３６の寸法等と、ＭＯＳＦＥＴ３１自身の熱抵抗及び熱容量と、放熱板３６の熱抵抗及び熱容量等の諸因子を考慮して得る。
【００７０】
そして、かかる過電流検知ラインＬｘは、上述したＭＯＳＦＥＴ３１の個体差についてのグループ毎に、更に設定された上述の温度差についてのグループ毎に、それぞれ決定されるものであり、これらは全て、ＥＰＲＯＭ等の所定の外部記憶装置内に格納される。
【００７１】
＜動作＞
上記構成の負荷駆動回路において、マイコン３２は、搭載されているＭＯＳＦＥＴ３１が、外部記憶装置内に格納された情報を読み出し、この情報に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３１の個体差による抵抗値Ｒｏｎのばらつきについて、どのグループに属しているのかを判断する。
【００７２】
次に、その個体差のグループの中で、どの温度状況のグループに属するかを判断する。具体的には、ヒートスプレッタ３４に設置された温度センサ３８の温度検知結果に基づいて、各部位の温度状況を推定し、この推定結果に基づいて、温度状況のグループを選択する。
【００７３】
そして、マイコン３２は、ここで選択された温度状況のグループに対応した過電流検知ラインＬｘを選択して読み出す。
【００７４】
しかる後、マイコン３２は、ＭＯＳＦＥＴ３１の両端の電位差により当該ＭＯＳＦＥＴ３１に流れる負荷１の駆動電流Ｉを検知し、この駆動電流Ｉが、上記のように選択された過電流検知ラインＬｘを超過したときに、駆動電流Ｉが過電流であるものと判断し、ＭＯＳＦＥＴ３１をオフ切替する。
【００７５】
以上のように、実際に搭載されたＭＯＳＦＥＴ３１の個体差、実稼働時の温度状況、及び実稼動時間の推移に応じた過電流検知を行うことができるので、半導体スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３１そのものをシャント抵抗として使用しても、実条件に応じた正確な過電流検知を行うことができる。
【００７６】
尚、上記実施の形態では、半導体スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ３１を使用していたが、トランジスタ等のオンオフ切替を行うことが可能な半導体素子であればどのような部品を使用しても差し支えない。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段が、半導体スイッチング素子の両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて、半導体スイッチング素子を流れる負荷の駆動電流が予め定義付けされた過電流検知ラインを超えているか否かを監視する場合に、予め所定の記憶手段に記憶された半導体スイッチング素子の固体差の情報と、温度検知手段での検知結果とに基づいて、過電流検知ラインを補正しながら監視を行うので、個体差及び温度による抵抗値の変化が生じやすい半導体スイッチング素子を使用しても、この半導体スイッチング素子をシャント抵抗の代替として駆動電流を精度良くモニタできる。したがって、スイッチング素子として半導体スイッチング素子を使用しながらも、第２従来技術及び第３従来技術に比べて部品点数を低減でき、設備コストを低減することが可能となる。
【００７８】
請求項２に記載の発明によれば、電線や半導体スイッチング素子の電流許容値が時間とともに変化しても、この変化に対応するように過電流検知ラインを変化させて駆動電流をモニタできるため、実状に応じた精度良い過電流検知を行うことができる。
【００７９】
請求項１に記載の発明によれば、半導体スイッチング素子の個体差と温度状況の両方の因子について予めグルーピングしておき、この各グループ毎に過電流検知ラインを設定しているので、制御手段が過電流検知ラインを選択するだけで精度良い過電流検知を行うことができる。したがって、制御手段での制御処理負荷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係る負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図２】ＭＯＳＦＥＴがヒートスプレッタ上に搭載されている状態を示す図である。
【図３】周囲温度とＭＯＳＦＥＴの接合温度とヒートスプレッタ上での温度センサによる温度モニタ値との関係を示す図である。
【図４】周囲温度とＭＯＳＦＥＴの接合温度とヒートスプレッタ上での温度センサによる温度モニタ値との関係を示す図である。
【図５】時間の推移に伴って各部位の許容電流値が変化する様子を示す図である。
【図６】第１従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図７】第２従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【図８】第３従来技術の負荷駆動回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 負荷
３１ ＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
３２ マイコン（制御手段）
３４ ヒートスプレッタ
３８ 温度センサ（温度検知手段）
Claims (2)
- 所定の負荷を駆動する負荷駆動回路であって、
所定の電源と前記負荷との間に介装されて当該負荷のオンオフ切替を行う半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子の両端の電位差を検知し、その検知結果に基づいて、前記半導体スイッチング素子を流れる前記負荷の駆動電流が予め定義付けされた過電流検知ラインを超えているか否かを監視しながら、当該半導体スイッチング素子のオンオフ制御を行う制御手段と、
前記半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知手段と
を備え、
前記制御手段は、予め所定の記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の固体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記過電流検知ラインを補正し、
前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報が、前記半導体スイッチング素子の抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループのうちのいずれであるかの情報であり、
前記記憶手段に、前記半導体スイッチング素子の前記抵抗値について予めグルーピングされた複数のグループ毎に、更に前記半導体スイッチング素子の温度に対して複数のグループ分けがなされ、当該半導体スイッチング素子の温度に対しる複数のグループ毎に、前記過電流検知ラインが予め設定され、
前記制御手段が、前記記憶手段に記憶された前記半導体スイッチング素子の前記個体差の情報と、前記温度検知手段での検知結果とに基づいて、前記記憶手段内に記憶された複数の前記過電流検知ラインの中のいずれかを選択することを特徴とする負荷駆動回路。 - 請求項１に記載の負荷駆動回路であって、
前記過電流検知ラインが、前記駆動電流が流れている時間の推移とともに変化するよう定義付けられることを特徴とする負荷駆動回路。
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