JP4423765B2 - Load drive device - Google Patents

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JP4423765B2 JP2000225581A JP2000225581A JP4423765B2 JP 4423765 B2 JP4423765 B2 JP 4423765B2 JP 2000225581 A JP2000225581 A JP 2000225581A JP 2000225581 A JP2000225581 A JP 2000225581A JP 4423765 B2 JP4423765 B2 JP 4423765B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷を駆動すると共に、電源の異常電圧を検出した場合は負荷を過電圧より保護するように構成される負荷駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、車両が走行中の状態にある場合は、エンジンの回転によりオルタネータを駆動させて発電を行いバッテリを充電するようになっている。この走行中の状態において、バッテリの給電端子と給電線との接続が外れてしまう所謂ロードダンプが発生すると、オルタネータの負荷量が激減するため給電線に数10Vの正極性サージ電圧が発生してしまう。
【0003】
従って、夜間などに車両がヘッドライトを点灯させて走行している場合にロードダンプが発生すると、ランプに過大な電流が流れてフィラメントの断線を招くおそれがある。そこで、ロードダンプの発生からランプを保護するため、保護用のバリスタやツェナーダイオード等の素子を配置することが行われている。
【0004】
図5は、従来のランプの駆動系に保護用素子を配置した回路構成の一例を示すものである。バッテリ1の両端には、ランプ2a,2bの並列回路及びパワーMOSFET3の直列回路が接続されている。即ち、パワーMOSFET3のドレインは、ランプ2a,2b側に接続されており、ソースは、グランドに接続されている。
【0005】
駆動回路4は、図示しないコンビネーションスイッチの操作信号に応じてランプ2a,2bの通電を行うものであり、その出力端子はパワーMOSFET3のゲートに接続されている。そして、ランプ2a,2b及びパワーMOSFET3の直列回路に対して並列に、パワーツェナーダイオード5が接続されている。斯様な構成において、ロードダンプが発生した場合は、ランプ2a,2b及びパワーMOSFET3の両端電圧は、パワーツェナーダイオード5のツェナー電圧によってクランプされサージ電圧が吸収されるので、これらの素子を保護することができるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パワーツェナーダイオード5やバリスタ等の保護用素子は、コストが高く、素子のサイズが大きいという問題があった。また、パワーMOSFET3をオフさせることで、パワーMOSFET3の耐圧によってランプ2a,2bを保護することも一般的に行われるが、この場合、車両のヘッドライトを消灯させることになり好ましくない。更に、スイッチング素子を介してランプをPWM信号によって駆動し、異常電圧の発生時にはPWM信号のデューティを絞ることでランプの保護を図るものもあるが、構成が複雑になるという問題がある。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単に低コストで構成でき、且つ回路のサイズを大きくすることなく負荷の保護を図ることができる負荷駆動装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の負荷駆動装置によれば、負荷の駆動を制御する半導体スイッチング素子における、負荷側端子と制御端子との間に定電圧発生素子を接続し、駆動手段は、異常電圧検出手段によって電源の異常電圧が検出されると、半導体スイッチング素子の制御端子をハイインピーダンス状態とする。
【0008】
すると、半導体スイッチング素子の負荷側端子と制御端子との間の端子電圧は定電圧発生素子が発生する定電圧によってクランプされるので、その定電圧を適宜選択設定することによって、負荷と半導体スイッチング素子との耐電圧分配比を設定することができる。従って、負荷及び半導体スイッチング素子の直列回路に異常電圧が印加された場合に、これらが破壊されることがないように比較的簡単な構成によって保護することができる。
【0009】
また、上記構成によれば、従来構成とは異なり、定電圧発生素子は異常電圧の全てをクランプする必要はなく、半導体スイッチング素子が負荷と共に分担する電圧に略相当する電圧をクランプすれば良い。そのため、定電圧発生素子としては、例えばパワーツェナーダイオードのような大電力対応の高価な素子を用いる必要がなく、通常の小電力用ツェナーダイオードを使用することが可能となる。従って、コストの上昇を抑制し、また、回路のサイズが大型化することを極力防止できる。
【0010】
請求項2記載の負荷駆動装置によれば、駆動手段は、異常電圧検出手段によって電源の異常電圧が検出されると、半導体スイッチング素子の制御端子をプルダウンする。すると、請求項1と同様に、半導体スイッチング素子の負荷側端子と制御端子との間の端子電圧は定電圧発生素子が発生する定電圧によってクランプされる。従って、定電圧発生素子による定電圧とプルダウン抵抗の抵抗値とを適宜選択設定することにより負荷と半導体スイッチング素子との耐電圧分配比を設定することができるので、プルダウン抵抗にも電圧を負担させることで、その分だけ負荷や定電圧発生素子の電圧負担比率を低下させることができる。
【0011】
請求項3記載の負荷駆動装置によれば、負荷を車両用ランプとする。即ち、異常電圧が発生すると、定電圧発生素子を介して半導体スイッチング素子の制御端子に印加される電圧により該半導体スイッチング素子がオンするので、負荷たる車両用ランプは通電される。従って、電源たるバッテリ部においてロードダンプ等が発生した場合でも車両用ランプは殆ど消灯せず、車両が夜間走行中であっても、安全性を低下させることがない。
【0012】
請求項4記載の負荷駆動装置によれば、半導体スイッチング素子をパワーMOSFETとすることで、耐電圧性が良好になると共に、導通時のオン抵抗を小さくすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
以下、本発明を車両のヘッドランプを負荷として駆動する装置に適用した場合の第1実施例について図1乃至図3を参照して説明する。尚、図5と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。
【0014】
バッテリ(電源)1とグランドとの間には、抵抗11及び12の直列回路が接続されており、これらの抵抗11及び12の共通接続点は、コンパレータ13の非反転入力端子に接続されている。そのコンパレータ13の反転入力端子には、基準電源14が接続されている。これらは過電圧検出回路(異常電圧検出手段)15を構成している。
【0015】
過電圧検出回路15は、ロードダンプなどによって電源ラインLに印加されるサージ電圧を検出すると、過電圧の検出信号ABを、図5における駆動回路4に代わる駆動回路(駆動手段)16に出力するようになっている。検出信号ABは、電源ラインLの電圧レベルが、後述するツェナーダイオード23のツェナー電圧VZ に相当する程度に達した時点でハイレベルとなるように、抵抗11及び12の抵抗値や基準電源14の電圧が設定されている。
【0016】
駆動回路16は、2つのANDゲート17及び18,2つのNPN型トランジスタ19及び20並びに電流源21によって構成されている。ANDゲート17の一方の入力端子及びANDゲート18の一方の負論理入力端子には、図示しないライトスイッチのON/OFF信号SWが与えられている。また、ANDゲート17の他方の負論理入力端子及びANDゲート18の他方の負論理入力端子には、過電圧検出信号ABが与えられている。そして、ANDゲート17及び18の出力端子は、トランジスタ19及び20のベースに夫々接続されている。
【0017】
トランジスタ19及び20は、トーテムポール接続されており、トランジスタ19のコレクタは電流源21を介してバッテリ1に接続され、トランジスタ20のエミッタはグランドに接続されている。そして、トランジスタ19のエミッタ及びトランジスタ20のコレクタは、パワーMOSFET(半導体スイッチング素子)3のゲート(制御端子)に接続されている。
【0018】
パワーMOSFET3のドレイン(負荷側端子)には、ダイオード22のアノードが接続されており、ゲートにはツェナーダイオード(定電圧発生素子)23のアノードが接続されている。そして、これらのダイオード22及び23のカソードは共通に接続されており、両者は互いに逆方向接続となっている。
尚、図5に示すパワーツェナーダイオード5は取り除かれている。
【0019】
ここで、ツェナーダイオード23のツェナー電圧の設定が高すぎるとパワーMOSFET3のドレイン−ゲート間に印加される電圧が大きくなり、パワーMOSFET3が破壊されるおそれがある。逆に、ツェナー電圧の設定が低すぎると、ランプ(負荷)2a,2bが負担する電圧が大きくなるため、フィラメントが断線するおそれがある。従って、ツェナー電圧は、両者の保護のバランスを考慮した上で適切に設定する必要がある。
【0020】
次に、本実施例の作用について図2及び図3をも参照して説明する。ヘッドライトが消灯状態にあり、ライトスイッチの出力信号SWがロウレベルの場合は、ANDゲート17,18の各出力信号レベルが夫々ロウ,ハイとなり、トランジスタ19,20は夫々オフ,オンとなる。従って、FET3は、ゲート電位がロウレベルでオフとなるから、ランプ2a,2bには通電されず、ヘッドライトは点灯しない。
【0021】
一方、ライトスイッチの出力信号SWがハイレベルの場合は、ANDゲート17,18の各出力信号レベルが夫々ハイ,ロウとなり、トランジスタ19,20は夫々オン,オフとなる。従って、FET3は、ゲート電位がハイレベルでオンとなり、ランプ2a,2bは通電されてヘッドライトが点灯する。この時、FET3のゲートの電位は、バッテリ1の電源電圧にほぼ等しく、また、FET3がターンオンするとその直後にドレインの電位は若干低下する。その結果、一時的に、(ゲート電位)>(ドレイン電位)となるが、ゲートからドレイン側に流れ込もうとする電流は逆方向のダイオード22によって阻止される。
【0022】
ここで、図2は、ロードダンプなどの発生によって、ランプ2a,2bのバッテリ1側にサージ電圧が印加された場合における、各部の波形を示すタイミングチャートである。図2(c),(d)に示すようにランプ2a,2bを点灯させている状態で図2(a)に示すようにサージ電圧が印加されたとする。その場合、サージ電圧が上昇してツェナー電圧VZ 程度に達した時点で、異常検出回路15のコンパレータ13が検出信号AB(ハイレベル)を出力する(図2(b)参照)。すると、ANDゲート17,18の各出力信号レベルが何れもロウとなり、トランジスタ19,20は何れもオフとなって(図2(c),(d)参照)FET3のゲートはハイインピーダンス状態となるのでFET3は遮断する。
【0023】
この時、FET3のドレイン→ツェナーダイオード23→ゲート→ソースの経路で僅かに電流が流れ、サージ電圧VS がツェナー電圧VZ を超えると、FET3のドレイン−ゲート間電圧はツェナーダイオード23によってクランプされ、22Vで一定となる(図2(e)参照)。すると、ランプ2a,2bの両端には、その抵抗分に応じた電圧VL が印加されることになり、FET3のゲート−ソース間電圧VGSは次式のように定まる。
VGS=VS −VL −VZ
【0024】
その結果、電圧VGSがハイレベルに確定するとFET3は導通し、ドレイン−ソース間に電流が流れてサージ電圧は吸収される。この時、FET3が導通することによって、FET3のドレイン−ソース間電圧VDSは結果的にツェナーダイオード23のツェナー電圧VZ にほぼ等しくなる。
【0025】
ここで、図2(e)には電圧VDSの波形を示すが、過電圧検出回路15が検出信号ABを出力した時点からFET3のゲートがハイインピーダンス状態となるまでの時間tf が、サージ電圧がランプ2a,2bを断線させるレベルに上昇するまでの時間to よりも短くなるように設定することで、ランプ2a,2bを保護することができる。
【0026】
そして、FET3が導通してサージ電圧が吸収され、その電圧がツェナー電圧VZ よりも低下すると、過電圧検出回路15による検出信号ABの出力が停止するので、駆動回路16のトランジスタ19はオンになり、FET3のゲート電位はハイレベルとなってヘッドライトは引き続き点灯する。
【0027】
尚、駆動回路16が、過電圧の検出時にFET3のゲートをハイインピーダンス状態にしても、以上のプロセスは極めて短期間内に進行してFET3が導通するので、車両のヘッドライトが消灯状態となる期間は殆どない。
【0028】
ここで、図3には、本発明の発明者らが測定した実験の結果を示す。例えば、パワーMOSFETをモトローラ社製のMTP75N06HD(TO−220)とし、ランプを55W/60W(ロウビーム/ハイビーム用のダブルフィラメント構成)として、サージ電圧をシミュレートしたピーク値80Vで減衰時定数τ=0.188s(試験規格値)の電圧を印加した。また、ツェナーダイオードのツェナー電圧VZ は22Vに設定している。測定したのは、FETのドレイン−ソース間電圧VDS,ゲート−ソース間電圧VGS及びドレイン電流Iである。尚、この実験では、FETのゲートは開放状態にして測定しており、また、ドレイン−ゲート間には、ダイオード23に相当するもの接続されていない。
【0029】
この測定結果より、FETは、サージ電圧の印加と略同時に導通してドレイン電流Iが流れ、ドレイン−ソース間電圧VDSは直ちにツェナー電圧VZ にクランプされている。ゲート−ソース間電圧VGSは5V程度となっている。結果として、ランプの負担電圧は50V強となるが、フィラメントは断線せずに保護することができた。
【0030】
また、この測定では、サージ電圧の印加から過電圧検出回路15及び駆動回路16が動作するまでの時間は考慮されていないが、これらを構成するコンパレータ13,ANDゲート17及び18,トランジスタ19及び20の伝搬遅延時間は凡そ数ns〜数10ns程度であるから、tf <to となるように構成することは十分可能である。
【0031】
以上のように本実施例によれば、パワーMOSFET3のドレイン−ゲート間にツェナーダイオード23を接続し、駆動回路16は、過電圧検出回路15により電源線Lにサージ電圧が印加されたことが検出されると、FET3のゲートをハイインピーダンス状態として、ドレイン−ゲート間をツェナー電圧VZ によってクランプさせるようにした。
【0032】
従って、ツェナー電圧VZ の値を選択設定することによって、サージ電圧の印加時におけるランプ2a,2bとFET3との耐電圧分配比を適宜設定することができ、これらが何れも破壊されないように比較的簡単な構成によって保護することができる。
【0033】
そして、ツェナーダイオード23はサージ電圧の全てをクランプする必要はなく、FET3がランプ2a,2bと分担する電圧に略相当する電圧をクランプすれば良いので、パワーツェナーダイオードのような大電力対応の高価な素子を用いる必要がなく、通常の小電力用ツェナーダイオードを使用することが可能となる。従って、コストの上昇を抑制し、また、回路のサイズが大型化することを極力防止できる。
【0034】
また、駆動回路16が、過電圧検出時にFET3のゲートをハイインピーダンス状態にしても、FET3は直ぐに導通し、車両のヘッドライトが消灯状態となる期間は殆どないので、車両が夜間走行中の場合においてロードダンプ等が発生した場合でも安全性を低下させることがない。加えて、半導体スイッチング素子にパワーMOSFET3を使用することで、耐電圧性が良好になると共に導通時のオン抵抗を小さくすることができる。
【0035】
(第2実施例)
図4は、本発明の第2実施例を示すものであり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第2実施例では、トランジスタ19及び20の共通接続点と、ツェナーダイオード23のアノードとの間に抵抗(プルダウン抵抗)24が介挿されている。また、駆動回路16のANDゲート18は、一方が負論理入力のORゲート25に置き換わっており、その負論理入力端子にはライトスイッチの出力信号SWが与えられ、以て、駆動回路(駆動手段)26が構成されている。その他の構成は第1実施例と同様である。
【0036】
次に、第2実施例の作用について説明する。ヘッドライトが消灯状態にあり、ライトスイッチの出力信号SWがロウレベルの場合は、ANDゲート17の出力信号レベルはロウ,ORゲート25の出力信号レベルはハイとなり、トランジスタ19,20は第1実施例と同様に夫々オフ,オンとなる。従って、FET3はゲート電位がロウレベルでオフとなり、ヘッドライトは点灯しない。
【0037】
一方、ライトスイッチの出力信号SWがハイレベルの場合は、ANDゲート17の出力信号レベルがハイ,ORゲート25の出力信号レベルがロウとなり、トランジスタ19,20はやはり第1実施例と同様に夫々オン,オフとなる。従って、FET3は、ゲート電位がハイレベルでオンとなり、ランプ2a,2bは通電されてヘッドライトが点灯する。
【0038】
そして、第1実施例と同様に、ランプ2a,2bを点灯させている状態で電源線Lにサージ電圧が印加されたとする。その場合、異常検出回路15のコンパレータ13が検出信号AB(ハイレベル)を出力すると、ANDゲート17の出力信号レベルがロウ,ORゲート25の出力信号レベルがハイとなり、ランプ2a,2bの消灯時と同様にトランジスタ19はオフ,トランジスタ20はオンとなり、FET3のゲートは抵抗24を介してプルダウンされる。
【0039】
この時、FET3のドレイン→ツェナーダイオード23→抵抗24→グランドの経路で電流が流れ、FET3のドレイン−ゲート間電圧はツェナーダイオード23によってクランプされる。そして、ランプ2a,2bの両端には、サージ電圧VS からツェナー電圧VZ を差し引いた電圧を、フィラメント等の抵抗分と抵抗24とで分圧した電圧VL が印加される。
【0040】
また、抵抗24の端子電圧によってFET3のゲート−ソース間電圧VGSがハイレベルに確定するとFET3は導通し、ドレイン−ソース間に電流が流れてサージ電圧は吸収される。
【0041】
以上のように第2実施例によれば、駆動回路26は、過電圧検出回路15により電源線Lにサージ電圧が印加されたことが検出されると、FET3のゲートをプルダウンさせて、ドレイン−ゲート間をツェナー電圧VZ によってクランプさせるようにした。
【0042】
従って、ツェナーダイオード23によるツェナー電圧VZ と抵抗24の抵抗値とを適宜選択設定することによりランプ2a,2bとFET3との耐電圧分配比を設定することができるので、抵抗24にも電圧を負担させることで、その分だけランプ2a,2bやツェナーダイオード23の電圧負担比率を低下させることができる。
【0043】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
半導体スイッチング素子はパワーMOSFET3に限ることなく、電圧駆動型の素子であれば良い。
負荷は、ランプ2a,2bに限らず、過電圧に対する保護対策を必要とする負荷であれば何でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を、車両用ヘッドランプの駆動装置に適用した場合の第1実施例であり、電気的構成を示す図
【図2】サージ電圧が印加された場合における各部のタイミングチャート
【図3】本発明の発明者らが行った実測結果の波形を示す図
【図4】本発明の第2実施例を示す図1相当図
【図5】従来技術を示す図1相当図
【符号の説明】
1はバッテリ(電源)、2a,2bはランプ(負荷)、3はパワーMOSFET(半導体スイッチング素子)、15は過電圧検出回路(異常電圧検出手段)、16は駆動回路(駆動手段)、23はツェナーダイオード(定電圧発生素子)、24は抵抗(プルダウン抵抗)、26は駆動回路(駆動手段)を示す。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a load driving device configured to drive a load and to protect the load from an overvoltage when an abnormal voltage of a power supply is detected.
[0002]
[Prior art]
For example, when the vehicle is running, the alternator is driven by the rotation of the engine to generate electricity and charge the battery. In this traveling state, when a so-called load dump occurs in which the connection between the power supply terminal of the battery and the power supply line is disconnected, the load amount of the alternator is drastically reduced, and a positive surge voltage of several tens of volts is generated on the power supply line. End up.
[0003]
Accordingly, if a load dump occurs when the vehicle is running with the headlights turned on at night or the like, an excessive current may flow through the lamp, leading to a break in the filament. Therefore, in order to protect the lamp from the occurrence of load dump, elements such as a protective varistor and a Zener diode are arranged.
[0004]
FIG. 5 shows an example of a circuit configuration in which protective elements are arranged in a conventional lamp driving system. Connected to both ends of the battery 1 are a parallel circuit of lamps 2 a and 2 b and a series circuit of a power MOSFET 3. That is, the drain of the power MOSFET 3 is connected to the lamps 2a and 2b, and the source is connected to the ground.
[0005]
The drive circuit 4 energizes the lamps 2a and 2b in response to an operation signal of a combination switch (not shown), and its output terminal is connected to the gate of the power MOSFET 3. A power Zener diode 5 is connected in parallel to the series circuit of the lamps 2a and 2b and the power MOSFET 3. In such a configuration, when a load dump occurs, the voltage across the lamps 2a and 2b and the power MOSFET 3 is clamped by the Zener voltage of the power Zener diode 5 and the surge voltage is absorbed, so that these elements are protected. Be able to.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the protective elements such as the power Zener diode 5 and the varistor have a problem that the cost is high and the element size is large. Further, turning off the power MOSFET 3 generally protects the lamps 2a and 2b with the withstand voltage of the power MOSFET 3. However, in this case, the vehicle headlight is turned off, which is not preferable. Further, although there are some which drive the lamp with a PWM signal via a switching element and reduce the duty of the PWM signal by reducing the duty of the PWM signal when an abnormal voltage is generated, there is a problem that the configuration becomes complicated. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a load driving device that can be easily configured at low cost and can protect a load without increasing the size of the circuit. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the load driving device of the first aspect, in the semiconductor switching element for controlling the driving of the load, the constant voltage generating element is connected between the load side terminal and the control terminal, and the driving means is operated by the abnormal voltage detecting means. When an abnormal voltage of the power supply is detected, the control terminal of the semiconductor switching element is brought into a high impedance state.
[0008]
Then, since the terminal voltage between the load side terminal of the semiconductor switching element and the control terminal is clamped by the constant voltage generated by the constant voltage generating element, the load and the semiconductor switching element can be selected and set appropriately. Withstand voltage distribution ratio can be set. Therefore, when an abnormal voltage is applied to the series circuit of the load and the semiconductor switching element, it can be protected by a relatively simple configuration so that they are not destroyed.
[0009]
Also, according to the above configuration, unlike the conventional configuration, the constant voltage generating element does not need to clamp all of the abnormal voltages, and it is sufficient to clamp a voltage substantially corresponding to the voltage that the semiconductor switching element shares with the load. Therefore, as the constant voltage generating element, it is not necessary to use an expensive element corresponding to high power, such as a power Zener diode, for example, and a normal low power Zener diode can be used. Therefore, an increase in cost can be suppressed and an increase in circuit size can be prevented as much as possible.
[0010]
According to the load drive device of the second aspect, the drive means pulls down the control terminal of the semiconductor switching element when the abnormal voltage of the power source is detected by the abnormal voltage detection means. Then, as in the first aspect, the terminal voltage between the load side terminal of the semiconductor switching element and the control terminal is clamped by the constant voltage generated by the constant voltage generating element. Accordingly, the withstand voltage distribution ratio between the load and the semiconductor switching element can be set by appropriately selecting and setting the constant voltage generated by the constant voltage generating element and the resistance value of the pull-down resistor. As a result, the load and the voltage burden ratio of the constant voltage generating element can be reduced accordingly.
[0011]
According to the load driving device of the third aspect, the load is the vehicle lamp. That is, when an abnormal voltage is generated, the semiconductor switching element is turned on by a voltage applied to the control terminal of the semiconductor switching element via the constant voltage generating element, so that the vehicle lamp as a load is energized. Therefore, even when a load dump or the like occurs in the battery unit as the power source, the vehicle lamp is hardly turned off, and safety is not lowered even when the vehicle is traveling at night.
[0012]
According to the load driving device of the fourth aspect, by using the power MOSFET as the semiconductor switching element, the withstand voltage can be improved and the on-resistance during conduction can be reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is applied to an apparatus for driving a vehicle headlamp as a load will be described below with reference to FIGS. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described below.
[0014]
A series circuit of resistors 11 and 12 is connected between the battery (power source) 1 and the ground, and a common connection point of these resistors 11 and 12 is connected to a non-inverting input terminal of the comparator 13. . A reference power supply 14 is connected to the inverting input terminal of the comparator 13. These constitute an overvoltage detection circuit (abnormal voltage detection means) 15.
[0015]
When the overvoltage detection circuit 15 detects a surge voltage applied to the power supply line L by a load dump or the like, it outputs an overvoltage detection signal AB to a drive circuit (drive means) 16 instead of the drive circuit 4 in FIG. It has become. The detection signal AB has a resistance value of the resistors 11 and 12 and the reference power supply 14 so that the detection signal AB becomes a high level when the voltage level of the power supply line L reaches a level corresponding to a Zener voltage VZ of a Zener diode 23 described later. The voltage is set.
[0016]
The drive circuit 16 includes two AND gates 17 and 18, two NPN transistors 19 and 20, and a current source 21. A light switch ON / OFF signal SW (not shown) is supplied to one input terminal of the AND gate 17 and one negative logic input terminal of the AND gate 18. An overvoltage detection signal AB is supplied to the other negative logic input terminal of the AND gate 17 and the other negative logic input terminal of the AND gate 18. The output terminals of the AND gates 17 and 18 are connected to the bases of the transistors 19 and 20, respectively.
[0017]
The transistors 19 and 20 are totem-pole connected, the collector of the transistor 19 is connected to the battery 1 via the current source 21, and the emitter of the transistor 20 is connected to the ground. The emitter of the transistor 19 and the collector of the transistor 20 are connected to the gate (control terminal) of the power MOSFET (semiconductor switching element) 3.
[0018]
The anode of a diode 22 is connected to the drain (load side terminal) of the power MOSFET 3, and the anode of a Zener diode (constant voltage generating element) 23 is connected to the gate. The cathodes of these diodes 22 and 23 are connected in common, and both are connected in opposite directions.
The power Zener diode 5 shown in FIG. 5 is removed.
[0019]
Here, if the Zener voltage of the Zener diode 23 is set too high, the voltage applied between the drain and gate of the power MOSFET 3 becomes large, and the power MOSFET 3 may be destroyed. On the contrary, if the setting of the Zener voltage is too low, the voltage borne by the lamps (loads) 2a and 2b becomes large, and the filament may be broken. Therefore, the Zener voltage needs to be set appropriately in consideration of the balance of protection between the two.
[0020]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. When the headlight is turned off and the output signal SW of the light switch is low level, the output signal levels of the AND gates 17 and 18 are low and high, respectively, and the transistors 19 and 20 are off and on, respectively. Accordingly, since the FET 3 is turned off when the gate potential is low, the lamps 2a and 2b are not energized and the headlight is not turned on.
[0021]
On the other hand, when the output signal SW of the light switch is high, the output signal levels of the AND gates 17 and 18 are high and low, respectively, and the transistors 19 and 20 are on and off, respectively. Therefore, the FET 3 is turned on when the gate potential is high, and the lamps 2a and 2b are energized to turn on the headlight. At this time, the potential of the gate of the FET 3 is substantially equal to the power supply voltage of the battery 1, and immediately after the FET 3 is turned on, the potential of the drain slightly decreases. As a result, temporarily (gate potential)> (drain potential), but the current that flows from the gate to the drain side is blocked by the diode 22 in the reverse direction.
[0022]
Here, FIG. 2 is a timing chart showing waveforms of respective parts when a surge voltage is applied to the battery 1 side of the lamps 2a and 2b due to the occurrence of a load dump or the like. Assume that a surge voltage is applied as shown in FIG. 2 (a) while the lamps 2a and 2b are turned on as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d). In that case, when the surge voltage rises and reaches about the Zener voltage VZ, the comparator 13 of the abnormality detection circuit 15 outputs the detection signal AB (high level) (see FIG. 2B). Then, the output signal levels of the AND gates 17 and 18 are both low, the transistors 19 and 20 are both turned off (see FIGS. 2C and 2D), and the gate of the FET 3 is in a high impedance state. Therefore, FET3 is cut off.
[0023]
At this time, when a slight current flows through the FET 3 drain → zener diode 23 → gate → source path and the surge voltage VS exceeds the Zener voltage VZ, the drain-gate voltage of the FET 3 is clamped by the Zener diode 23 to 22V. (See FIG. 2E). Then, the voltage VL corresponding to the resistance is applied to both ends of the lamps 2a and 2b, and the gate-source voltage VGS of the FET 3 is determined as follows.
VGS = VS -VL -VZ
[0024]
As a result, when the voltage VGS is fixed at a high level, the FET 3 becomes conductive, a current flows between the drain and the source, and the surge voltage is absorbed. At this time, when the FET 3 is turned on, the drain-source voltage VDS of the FET 3 becomes substantially equal to the Zener voltage VZ of the Zener diode 23 as a result.
[0025]
Here, FIG. 2 (e) shows the waveform of the voltage VDS. The time tf from when the overvoltage detection circuit 15 outputs the detection signal AB to when the gate of the FET 3 becomes in the high impedance state is the surge voltage. The lamps 2a and 2b can be protected by setting so as to be shorter than the time t0 until the level 2a and 2b rise to the level for disconnection.
[0026]
When the FET 3 conducts and the surge voltage is absorbed and the voltage drops below the Zener voltage VZ, the output of the detection signal AB by the overvoltage detection circuit 15 stops, so the transistor 19 of the drive circuit 16 is turned on, The gate potential of the FET 3 becomes high level and the headlight is continuously turned on.
[0027]
Note that even if the drive circuit 16 sets the gate of the FET 3 in a high impedance state when an overvoltage is detected, the above process proceeds within a very short period and the FET 3 is turned on, so that the vehicle headlight is turned off. There is almost no.
[0028]
Here, in FIG. 3, the result of the experiment which the inventors of this invention measured is shown. For example, the power MOSFET is MTP75N06HD (TO-220) manufactured by Motorola, the lamp is 55 W / 60 W (double filament configuration for low beam / high beam), and a decay time constant τ = 0 with a peak value of 80 V simulating a surge voltage A voltage of 188 s (test standard value) was applied. The Zener voltage VZ of the Zener diode is set to 22V. The measured values were the drain-source voltage VDS, the gate-source voltage VGS, and the drain current I of the FET. In this experiment, the gate of the FET is measured in an open state, and the equivalent of the diode 23 is not connected between the drain and the gate.
[0029]
From this measurement result, the FET conducts substantially simultaneously with the application of the surge voltage, and the drain current I flows, and the drain-source voltage VDS is immediately clamped at the Zener voltage VZ. The gate-source voltage VGS is about 5V. As a result, the burden voltage of the lamp is a little over 50V, but the filament could be protected without breaking.
[0030]
In this measurement, the time from the application of the surge voltage to the operation of the overvoltage detection circuit 15 and the drive circuit 16 is not taken into consideration, but the comparator 13, the AND gates 17 and 18, and the transistors 19 and 20 constituting these are not considered. Since the propagation delay time is about several ns to several tens ns, it is sufficiently possible to configure so that tf <to.
[0031]
As described above, according to the present embodiment, the Zener diode 23 is connected between the drain and gate of the power MOSFET 3, and the drive circuit 16 detects that the surge voltage is applied to the power supply line L by the overvoltage detection circuit 15. Then, the gate of the FET 3 is set in a high impedance state, and the drain-gate is clamped by the Zener voltage VZ.
[0032]
Therefore, by selectively setting the value of the Zener voltage VZ, the withstand voltage distribution ratio between the lamps 2a and 2b and the FET 3 at the time of applying the surge voltage can be set as appropriate, so that neither of them is destroyed. Can be protected by a simple configuration.
[0033]
The Zener diode 23 does not have to clamp all of the surge voltage, and it is sufficient to clamp a voltage substantially equivalent to the voltage shared by the FET 3 with the lamps 2a and 2b. Therefore, the Zener diode 23 is expensive for high power like a power Zener diode. Therefore, it is possible to use a normal low-power zener diode. Therefore, an increase in cost can be suppressed and an increase in circuit size can be prevented as much as possible.
[0034]
Further, even if the drive circuit 16 detects that an overvoltage is detected and the gate of the FET 3 is in a high impedance state, the FET 3 is immediately turned on and there is almost no period in which the vehicle headlight is turned off. Even if a load dump occurs, the safety is not lowered. In addition, by using the power MOSFET 3 for the semiconductor switching element, the withstand voltage can be improved and the on-resistance during conduction can be reduced.
[0035]
(Second embodiment)
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only different parts will be described below. In the second embodiment, a resistor (pull-down resistor) 24 is interposed between the common connection point of the transistors 19 and 20 and the anode of the Zener diode 23. One of the AND gates 18 of the drive circuit 16 is replaced with an OR gate 25 having a negative logic input, and the output signal SW of the light switch is given to the negative logic input terminal. ) 26 is configured. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0036]
Next, the operation of the second embodiment will be described. When the headlight is turned off and the output signal SW of the light switch is at low level, the output signal level of the AND gate 17 is low, the output signal level of the OR gate 25 is high, and the transistors 19 and 20 are in the first embodiment. As well as off and on respectively. Accordingly, the FET 3 is turned off when the gate potential is low, and the headlight is not turned on.
[0037]
On the other hand, when the output signal SW of the light switch is at a high level, the output signal level of the AND gate 17 is high, the output signal level of the OR gate 25 is low, and the transistors 19 and 20 are respectively the same as in the first embodiment. Turns on and off. Therefore, the FET 3 is turned on when the gate potential is high, and the lamps 2a and 2b are energized to turn on the headlight.
[0038]
As in the first embodiment, it is assumed that a surge voltage is applied to the power supply line L with the lamps 2a and 2b lit. In this case, when the comparator 13 of the abnormality detection circuit 15 outputs the detection signal AB (high level), the output signal level of the AND gate 17 becomes low, the output signal level of the OR gate 25 becomes high, and the lamps 2a and 2b are turned off. Similarly, the transistor 19 is turned off, the transistor 20 is turned on, and the gate of the FET 3 is pulled down via the resistor 24.
[0039]
At this time, a current flows along the path of the drain of the FET 3 → the Zener diode 23 → the resistor 24 → the ground, and the drain-gate voltage of the FET 3 is clamped by the Zener diode 23. A voltage VL obtained by dividing a voltage obtained by subtracting the zener voltage VZ from the surge voltage VS by a resistance component such as a filament and a resistor 24 is applied to both ends of the lamps 2a and 2b.
[0040]
Further, when the gate-source voltage VGS of the FET 3 is determined to be at a high level by the terminal voltage of the resistor 24, the FET 3 becomes conductive, a current flows between the drain and the source, and the surge voltage is absorbed.
[0041]
As described above, according to the second embodiment, when the overvoltage detection circuit 15 detects that a surge voltage has been applied to the power supply line L, the drive circuit 26 pulls down the gate of the FET 3 so that the drain-gate The gap is clamped by the zener voltage VZ.
[0042]
Accordingly, the withstand voltage distribution ratio between the lamps 2a and 2b and the FET 3 can be set by appropriately selecting and setting the Zener voltage VZ by the Zener diode 23 and the resistance value of the resistor 24, so that the voltage is also applied to the resistor 24. By doing so, the voltage burden ratio of the lamps 2a and 2b and the Zener diode 23 can be reduced accordingly.
[0043]
The present invention is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The semiconductor switching element is not limited to the power MOSFET 3 and may be a voltage driven element.
The load is not limited to the lamps 2a and 2b, and any load may be used as long as it requires a countermeasure against overvoltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first embodiment when the present invention is applied to a vehicle headlamp driving device, and shows an electrical configuration. FIG. 2 is a timing chart of each part when a surge voltage is applied. FIG. 3 is a diagram showing a waveform of an actual measurement result performed by the inventors of the present invention. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 1 illustrating a second embodiment of the present invention. Explanation of]
1 is a battery (power supply), 2a and 2b are lamps (loads), 3 is a power MOSFET (semiconductor switching element), 15 is an overvoltage detection circuit (abnormal voltage detection means), 16 is a drive circuit (drive means), and 23 is a zener A diode (constant voltage generating element), 24 is a resistor (pull-down resistor), and 26 is a drive circuit (drive means).

Claims (4)

過電圧に対する保護対策を必要とする負荷とグランドとの間に接続され、前記負荷の駆動を制御するための電圧駆動形の半導体スイッチング素子と、
この半導体スイッチング素子の前記負荷側端子と制御端子との間に接続される定電圧発生素子と、
電源の異常電圧を検出する異常電圧検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の制御端子に駆動電圧を印加すると共に、前記異常電圧検出手段により前記電源の異常電圧が検出されると、前記半導体スイッチング素子の制御端子をハイインピーダンス状態とするように構成される駆動手段とを備えてなることを特徴とする負荷駆動装置。
A voltage-driven semiconductor switching element that is connected between a load that requires protection against overvoltage and a ground, and that controls driving of the load;
A constant voltage generating element connected between the load side terminal and the control terminal of the semiconductor switching element;
An abnormal voltage detecting means for detecting an abnormal voltage of the power supply;
A drive voltage is applied to the control terminal of the semiconductor switching element, and the control terminal of the semiconductor switching element is set to a high impedance state when the abnormal voltage of the power source is detected by the abnormal voltage detecting means. A load drive device comprising: drive means.
過電圧に対する保護対策を必要とする負荷とグランドとの間に接続され、前記負荷の駆動を制御するための電圧駆動形の半導体スイッチング素子と、
この半導体スイッチング素子の前記負荷側端子と制御端子との間に接続される定電圧発生素子と、
電源の異常電圧を検出する異常電圧検出手段と、
前記半導体スイッチング素子の制御端子に駆動電圧を印加すると共に、前記異常電圧検出手段により前記電源の異常電圧が検出されると、前記半導体スイッチング素子の制御端子をプルダウンするように構成される駆動手段とを備え
前記駆動手段は、
前記電源に接続される電流源と、
この電流源とグランドとの間にトーテムポール接続される2つのトランジスタと、
前記2つのトランジスタの共通接続点と、前記半導体スイッチング素子の制御端子との間に接続されるプルダウン抵抗とで構成され、
前記2つのトランジスタの内、電源側のトランジスタをオンすることで前記制御端子に前記駆動電圧を印加し、前記異常電圧検出手段により前記電源の異常電圧が検出されると、グランド側のトランジスタをオンすることで前記制御端子をプルダウンすることを特徴とする負荷駆動装置。
A voltage-driven semiconductor switching element that is connected between a load that requires protection against overvoltage and a ground, and that controls driving of the load;
A constant voltage generating element connected between the load side terminal and the control terminal of the semiconductor switching element;
An abnormal voltage detecting means for detecting an abnormal voltage of the power supply;
Driving means configured to apply a driving voltage to the control terminal of the semiconductor switching element and to pull down the control terminal of the semiconductor switching element when the abnormal voltage of the power source is detected by the abnormal voltage detecting means; equipped with a,
The driving means includes
A current source connected to the power source;
Two transistors connected in a totem pole between the current source and ground;
A pull-down resistor connected between a common connection point of the two transistors and a control terminal of the semiconductor switching element;
Of the two transistors, the drive voltage is applied to the control terminal by turning on the power supply side transistor, and when the abnormal voltage detection means detects the power supply abnormal voltage, the ground side transistor is turned on. By doing so, the control terminal is pulled down .
前記負荷は、車両用ランプであることを特徴とする請求項1または2記載の負荷駆動装置。The load driving device according to claim 1, wherein the load is a vehicle lamp. 前記半導体スイッチング素子は、パワーMOSFETであることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の負荷駆動装置。The load driving device according to claim 1, wherein the semiconductor switching element is a power MOSFET.
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