JP4651100B2 - 電力供給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給制御装置に関し、特に電流異常検出に関する。

従来、電源と負荷とを接続する電力供給ラインに、例えばパワーＭＯＳＦＥＴなどの大電力用半導体スイッチ素子を介設し、この半導体スイッチ素子をオンオフさせることにより負荷への電力供給を制御するようにした電力供給制御装置が提供されている。このような電力供給制御装置では、上記電力供給ラインに過電流が流れると上記半導体スイッチ素子の制御端子の電位を制御して当該半導体スイッチ素子をオフにして通電を遮断することにより、上記半導体スイッチ素子を保護する自己保護機能を有するものが知られている。このものは、具体的には、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴの電流量に応じたセンス電流を流すセンスＦＥＴを設けて、この通電端子（ソースまたはドレイン）に電流検出抵抗を直列に接続し、この電流検出抵抗での電圧降下を検出して、この電圧降下が所定レベル以上になると過電流（電流異常）と判定するようになっている。
特開２００１−２１７６９６公報

ところで、上述の自己保護機能を有する電力供給制御装置では、何らかの原因で過電流を検出するための異常検出回路が正常に機能しない場合がありうる。万一、異常検出回路が正常に機能しない場合には、結局、自己遮断機能が実行されず半導体スイッチ素子等が保護されないという事態が生じえた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、電流異常検出を正常に行えるかどうかについて自己診断が可能な電力供給制御装置を提供するところにある。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係る電力供給制御装置は、電源から負荷への電力供給ラインに設けられ当該負荷への通電を行う半導体スイッチと、前記半導体スイッチに通電動作と遮断動作とを実行させる制御回路と、前記半導体スイッチが前記通電動作をしているときに前記電力供給ラインに流れる供給電流が閾値を超える電流異常を検出する異常検出回路と、前記異常検出回路の電流異常検出ラインに前記閾値を超える異常電流に応じた診断用電流を流す異常電流出力回路と、前記半導体スイッチが前記遮断動作をしているときに前記異常電流出力回路を出力状態とし、前記異常検出回路で前記電流異常が検出された場合に電流異常正常検出可能と判定し、前記異常検出回路で前記電流異常が検出されない場合に電流異常正常検出不能と判定する判定回路と、を備えることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電力供給制御装置において、前記半導体スイッチは、パワーＦＥＴであって、前記異常検出回路は、前記パワーＦＥＴの電流量に応じたセンス電流が流れるセンスＦＥＴと、このセンスＦＥＴからのセンス電流が流れる電流検出回路とを有し、この電流検出回路での検出電流に基づき前記電流異常を検出する構成とされ、前記異常電流出力回路は、その出力が前記センスＦＥＴの出力側とともに前記電流検出回路の入力側に共通接続され、当該電流検出回路に前記電流異常が検出される前記診断用電流を流すことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の電力供給制御装置において、前記制御回路が起動され前記半導体スイッチに前記通電動作をさせる前に、前記判定回路による判定動作を実行することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電力供給制御装置において、前記制御回路は、前記判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定された場合には前記半導体スイッチの通電動作を許容し、前記判定回路で前記電流異常正常検出不能と判定された場合には当該判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定されるまで前記半導体スイッチに遮断動作を維持させることを特徴とすることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電力供給制御装置において、少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、前記半導体ディバイスには、外部入力端子が設けられ、この外部入力端子の入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５に記載の電力供給制御装置において、前記外部入力端子は、正常状態時に前記半導体スイッチに通電動作をさせるための制御信号が入力される端子であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電力供給制御装置において、少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、前記半導体ディバイス内の半導体チップ上のボンディングパッドがワイヤボンディングを介して接続される接続先によって変化する当該ボンディングパッドの入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする。

＜請求項１の発明＞
本構成によれば、半導体スイッチが遮断動作をしているときに異常電流出力回路を出力状態とし、このときの異常検出回路での検出結果に基づき、半導体スイッチの通電動作下において異常検出回路が電流異常を正常に検出できるかどうかを自己診断できる。

＜請求項２の発明＞
本構成によれば、電流異常時に実際に電力供給ラインに流れる異常電流よりも小さい診断用電流に基づいて異常検出回路が電流異常を正常に検出できるかどうかの自己診断を行うことができる。

＜請求項３の発明＞
本構成によれば、例えば電力供給制御装置への電源投入後、半導体スイッチが最初に通電動作を行う前に判定回路による自己診断を行うことができる。

＜請求項４の発明＞
本構成によれば、判定回路で電流異常正常検出可能と判定されない限り、半導体スイッチは通電動作に移行しないため、異常検出回路が電流異常正常検出不能な状態で半導体スイッチの通電動作が開始されることを回避できる。

＜請求項５の発明＞
本構成によれば、例えば半導体ディバイスを製造した後であっても、外部入力端子への入力レベルを変更することで、判定回路による判定動作（自己診断）を実行可能とするかどうかを選択することができる。

＜請求項６の発明＞
本構成によれば、正常状態時に半導体スイッチに通電・遮断動作をさせるための制御信号レベルを変更することで、判定回路による判定動作（自己診断）を実行可能とするかどうかの選択を行うことができる。

＜請求項７の発明＞
本構成によれば、例えば半導体ディバイスを製造した後であっても、ボンディングパッドを、ワイヤボンディングを介してどこに接続するか（例えば電源入力パッドに接続する、他のワイヤボンディングに接続する、いずれにも接続しないなど）によって、判定回路による判定動作（自己診断）を実行可能とするかどうかを選択することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１〜図４を参照しつつ説明する。
１．電力供給制御装置の全体構成
図１は、本実施形態に係る電力供給制御装置１０の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の電力供給制御装置１０は、定電圧信号、或いは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation。パルス幅変調）制御信号などの制御信号Ｓ１を直接又は間接的にパワーＭＯＳＦＥＴ１５（本発明の「半導体スイッチ、パワーＦＥＴ」に相当）の制御入力端子（ゲート端子Ｇ）に与えることで、このパワーＭＯＳＦＥＴ１５の出力側に連なる車両用電源（以下、「電源６１」という）から負荷５０への電力供給を制御するように構成されている。

なお、本実施形態では、電力供給制御装置１０は図示しない車両に搭載され、負荷５０として例えば車両用のランプ、クーリングファン用モータやデフォッガー用ヒータなどの駆動制御をするために使用される。この電力供給制御装置１０は、入力端子Ｐ１において、操作スイッチ５２が接続される構成をなし、操作スイッチ５２がＯＮとなることで動作するようになっている。なお、電源６１と負荷５０とに連なるライン７０が本発明の「電力供給ライン」に相当する。

図１に示すように、制御信号Ｓ１（本発明の「半導体スイッチに通電動作させるための制御信号」に相当）は入力端子Ｐ１（本発明の「外部入力端子、半導体スイッチに通電動作させるための制御信号が入力される端子」に相当）に接続された入力インターフェース４５に入力されるようになっており、この制御信号Ｓ１の入力に応じてＦＥＴ４７がオン状態となり、保護用論理回路４０が通電される構成をなしている。保護用論理回路４０にはチャージポンプ回路４１とターンオフ回路４２とがそれぞれ接続されており、さらに過電流検知回路１３、過温度検知回路４８もそれぞれ接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１５のドレイン端子Ｄ及びゲート端子Ｇの間にはダイナミッククランプ４４が接続されている。

チャージポンプ回路４１は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート端子Ｇに接続されており、チャージポンプ回路４１とパワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート端子Ｇとの間には、過電流検知回路１３からのライン（具体的には、後述するセンスＭＯＳＦＥＴ１６のゲート端子Ｇからのライン（図２参照））が接続されている。また、チャージポンプ回路４１とパワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート端子Ｇとの間のラインにおける過電流検知回路１３との接続点と、パワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート端子Ｇとの間には、ターンオフ回路４２からのラインが接続されている。また、ターンオフ回路４２は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５のドレイン端子Ｄとソース端子Ｓにもそれぞれ接続されている。なお、図１において図示は省略しているが、半導体スイッチ素子１１の外部端子Ｐ４には、変換回路としてのＲＣ並列回路１２が接続され、センスＭＯＳＦＥＴ１６からのセンス電流はこのＲＣ並列回路１２を通してグランドに流れ込む。ＲＣ並列回路１２の詳細については後述する。

また、図１に示すように、電力供給制御装置１０は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５と、過電流検知回路１３と、保護用論理回路４０等、同図において点線で囲まれた回路構成がワンチップ化された形態、或いは、複数のチップで構成されてワンパッケージ内に収容された形態にて半導体スイッチ素子１１（本発明の「半導体ディバイス」に相当）が構成されている。

２．過電流検知回路及びＲＣ並列回路
（１）過電流検知回路
図２は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５に流れる電流Ｉｐ（本発明の「供給電流」に相当）が所定レベル（閾値）を超える「電流異常」の検出を行う過電流検知回路１３（本発明の「異常検出回路」に相当）を主として示す回路図である。同図において、一点鎖線で囲まれた構成が過電流検知回路１３である。この過電流検知回路１３は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５の電流量に応じたセンス電流Ｉｓが流れるセンスＭＯＳＦＥＴ１６（本発明の「センスＦＥＴ」に相当）を有している。

パワーＭＯＳＦＥＴ１５は、ドレイン端子Ｄが電源端子Ｐ２に接続され、ソース端子Ｓが出力端子Ｐ３に接続されている。センスＭＯＳＦＥＴ１６は、ゲート端子Ｇ及びドレイン端子ＤがパワーＭＯＳＦＥＴ１５のゲート端子Ｇ及びドレイン端子Ｄと共通接続されている。また、パワーＭＯＳＦＥＴ１５のソース端子Ｓ及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６のソース端子Ｓは、オペアンプ１８の各入力端子にそれぞれ接続されており、このオペアンプ１８の出力側には、ＦＥＴ２０のゲート端子が接続されている。

このように、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６のドレイン端子Ｄ同士、ソース端子Ｓ同士を互いに同電位することで、パワーＭＯＳＦＥＴ１５に流れる電流Ｉｐに対して安定した一定比率のセンス電流ＩｓをセンスＭＯＳＦＥＴ１６に流すことができる。これらのパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６は、操作スイッチ５２がＯＮとなって入力端子Ｐ１から制御信号Ｓ１が入力されることを前提条件としてＯＮ（通電動作）するように構成されている。

センスＭＯＳＦＥＴ１６からのセンス電流Ｉｓは、ＦＥＴ２４及びＦＥＴ２６からなるカレントミラー回路によってセンス電流Ｉｓと同レベルのミラー電流Ｉｓ’がＦＥＴ２６及びＦＥＴ２８の接続ラインに流れる。そして、更にＦＥＴ２８及びＦＥＴ３０からなるカレントミラー回路によってセンス電流Ｉｓと同レベルのミラー電流Ｉｓ”がＦＥＴ３０及び外部端子Ｐ４に流れるようになっている。

また、ＦＥＴ３０と外部端子Ｐ４との接続ラインにはコンパレータ３２の一方の入力端子が接続されている。また、電源６１に連なる電源ラインとグランドとの間には、抵抗３５及びツェナーダイオード３４が直列接続されてなる定電圧手段が設けられ、抵抗３５とツェナーダイオード３４との接続点にコンパレータ３２の他方の入力端子が接続されている。コンパレータ３２は、次述するＲＣ並列回路１２が接続される外部端子Ｐ４の電圧（ＲＣ並列回路１２の端子電圧Ｖｏ）が、ツェナーダイオード３４による定電圧としての閾値電圧Ｖｒを上回ったときにオン動作してハイレベルの異常信号Ｓ２を出力する。なお、カレントミラー回路、ＲＣ並列回路１２等が本発明の「電流検出回路」に相当する。

（２）ＲＣ並列回路
（ａ）回路構成
図２に示すように、ＲＣ並列回路１２は、直列接続された第１抵抗６０（抵抗値ｒ）及びコンデンサ６２と、第２抵抗６４（抵抗値Ｒ）とが並列接続されて構成されている。そして、このＲＣ並列回路１２の一端側が外部端子Ｐ４に接続され、他端側がグランドに接続される。従って、ＲＣ並列回路１２の端子電圧Ｖｏが外部端子Ｐ４を介してコンパレータ３２の入力端子に与えられる。

（ｂ）回路定数の設定
ここで、ＲＣ並列回路１２にセンス電流Ｉｓ（詳しくは、センス電流のミラー電流Ｉｓ”）を流した場合の端子電圧Ｖｏは、次の数式１で求めることができる。

ｒ：第１抵抗６０の抵抗値
Ｃ：コンデンサ６２の容量
Ｒ：第２抵抗６４の抵抗値
ｔ：通電時間
従って、数式１から異常検出される電流（端子電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｒに達したときのセンス電流Ｉｓ、以下、「異常電流Ｉｏ」という）は、次の数式２で表すことができる。

そして、通電開始当初は、センス電流Ｉｓのミラー電流Ｉｓ”が第１抵抗６０、第２抵抗６４及びコンデンサ６２に流れる。このときの異常電流Ｉｏは、上記数式２より、次の数式３に示す電流Ｉｏ１となる。

（通電時間ｔ＝０）
そして、その通電状態が継続し通電時間ｔが経過するに従って、異常電流Ｉｏは、数式４に示す電流Ｉｏ２に収束していく。

（通電時間ｔ＝∞）
以上から、異常電流Ｉｏと通電時間ｔとの関係は、図３の点線で示す収束曲線Ｌ１となる。このことは、通電開始当初、ＲＣ並列回路１２の電流／電圧の変換率が小さく異常電流Ｉｏは大きなレベルとなり（つまり、大電流を流すことができ）、そのまま通電状態が継続した場合、ＲＣ並列回路１２における電流／電圧の変換率が徐々に増大し、異常電流Ｉｏのレベルが低減していく（流すことができる電流量が低減していく）ことを意味する。要するに、ＲＣ並列回路１２は、それに流れたセンス電流Ｉｓの通電時間に応じて増大する変換率によって当該センス電流Ｉｓを端子電圧Ｖｏに変換するのである。

また、同図で実線で示した曲線は、例えば電力供給制御装置１０及び負荷５０の間に連なる配線５１（例えば電線被覆材）の発煙特性について、電流レベルと通電時間（発煙時間）との関係を示した発煙特性曲線Ｌ２である。つまり、配線５１に任意の一定電流（ワンショット電流）を継続して流したときに、当該配線５１の被覆材の焼損が発生するまでの時間を示している。

同図中でＩstdは定格電流であり、Ｉmaxは配線５１における発熱と放熱のバランスがとれた熱平衡状態で流すことが可能な平衡時限界電流である。この平衡時限界電流Ｉmaxよりも高いレベルの電流を流す場合には、過度熱抵抗領域となり、電流レベルと焼損までの通電時間ｔとが略反比例関係となる。なお、発煙特性曲線Ｌ２は例えば実験的に求めることができる。

本実施形態では、図３に示すように、上記収束曲線Ｌ１が発煙特性曲線Ｌ２よりも低いレベル領域内において当該発煙特性曲線Ｌ２にほぼ平行な曲線になるように、ＲＣ並列回路１２の各回路定数（第１抵抗６０及び第２抵抗６４の抵抗値ｒ，Ｒ、コンデンサ６２の容量Ｃ）が調整されている。また、上記電流Ｉｏ２を配線５１の定格電流Ｉstdにほぼ一致させている。ここで、第１抵抗６０及び第２抵抗６４は、通電開始当初において上記電流Ｉｏ１を設定し、上記発煙特性曲線Ｌ２を超えないようにする役割を果たす。

なお、上記発煙特性曲線Ｌ２は、電力供給制御装置１０に接続される外部回路としての配線部材（例えば配線など）の種類等によって異なるが、外付けされたＲＣ並列回路１２の回路定数（ｒ，Ｃ，Ｒ）を調整することによって、保護対象となる各配線部材の発煙特性曲線に応じた収束曲線を形成することができる。

なお、図１，２に示すように、上述の異常信号Ｓ２は保護用論理回路４０に入力されるように構成されており、後述の保護動作がなされるようになっている。また、この異常信号Ｓ２はＯＲ回路４９にも入力されるようになっており、異常信号Ｓ２、或いは過温度検知回路４８からの温度異常を示す異常信号Ｓ３のいずれかの信号が入力された場合には、ＦＥＴ４６がオンされ、外部端子Ｐ５に連なるプルアップ抵抗５４を利用して外部回路（例えば警告ランプ等）に異常を示す信号が出力される。温度異常が発生したときにはパワーＭＯＳＦＥＴ１５を一時的又は継続的に遮断動作をさせる構成となっている。

３．自己診断機能のための構成
図２に示すように、過電流検知回路１３には、直流電流源７１（本発明の「異常電流出力回路」に相当）と、スイッチ素子としてのＦＥＴ７２とが備えられている。具体的には、直流電流源７１は、入力端が電源端子Ｐ２に接続され、出力端がＦＥＴ７２を介して、センスＭＯＳＦＥＴの出力側とＦＥＴ２０との間の接続ライン７３（本発明の「電流異常検出ライン」に相当）に接続されている。直流電流源７１は、上述した異常電流Ｉｏに相当する診断用電流Ｉｘを出力する。そして、この診断用電流ＩｘはＦＥＴ７２にハイレベルの制御信号Ｓ４が与えられている間はＦＥＴ２０への流れ込みが規制されている。一方、診断用電流Ｉｘは、ＦＥＴ７２にローレベルの制御信号Ｓ４が与えられることでＦＥＴ７２がオンしてＦＥＴ２０及びＦＥＴ２４に流れこみ、このミラー電流（Ｉｘ’、Ｉｘ”）が上述のカレントミラー回路を介してＲＣ並列回路１２へと流れる。

４．保護用論理回路
図４には、前述のローレベルの制御信号Ｓ１を受けることで起動する保護用論理回路４０の構成が示されている。この保護用論理回路４０は、カウンタ値が「ｎ」にオーバフローする前までは上記診断用電流Ｉｘをカレントミラー回路に流すためのローレベルの制御信号Ｓ４を出力し、オーバフローしたときに診断用電流Ｉｘをカレントミラー回路に流すことを停止させるためのハイレベルの制御信号Ｓ４を出力するカウンタ回路８０を備えている。このカウンタ回路８０は、リセット端子に上記記制御信号Ｓ１が与えられ、入力端子Ｐ１にローレベルの制御信号Ｓ１が入力されることでカウンタリセット状態が解除されカウント動作が許容される。

ＡＮＤ回路８２は、制御信号Ｓ１を反転回路８１でレベル反転した信号とともに、「電流異常」を示すローレベルの異常信号Ｓ２及び「温度異常」を示すローレベルの異常信号Ｓ３が入力される。従って、ローレベルの異常信号Ｓ２又は異常信号Ｓ３が出力されているときには、反転回路８１からの出力信号は無効化（ローレベルの出力信号が出力）され、ローレベルの異常信号Ｓ２及び異常信号Ｓ３のいずれも出力されていないとき（電流異常も温度異常も発生していないとき）には反転回路８１からの出力信号は有効化（ハイレベルの出力信号が出力）され、下段のＡＮＤ回路８３に与えられる。

また、ＡＮＤ回路８２の出力信号は、反転回路８４を介して、外部からのクロック信号ＣＬＫが入力されるＡＮＤ回路８５にも与えられる。更に、ＡＮＤ回路８５には、カウンタ回路８０のＱ端子からの制御信号Ｓ４を反転回路８６にてレベル反転した信号をも与えられ、このＡＮＤ回路８５の出力がカウンタ回路８０のクロック端子に与えられる。これにより、カウンタ回路８０がオーバフローする前のローレベルの制御信号Ｓ４を出力し、かつ、ローレベルの制御信号Ｓ１が入力された状態でローレベルの異常信号Ｓ２又は異常信号Ｓ３が出力されているとき（電流異常又は温度異常が検出されたとき）に、クロック信号ＣＬＫがＡＮＤ回路８５にて有効化されてカウンタ回路８０のクロック端子に与えられる。そして、カウンタ回路８０は、このクロック信号ＣＬＫのクロックパルスに同期してカウント動作を行う。

ＡＮＤ回路８３は、ＡＮＤ回路８２からの出力信号と共に、カウンタ回路８０からの制御信号Ｓ４を受け、その出力信号Ｓ５がチャージポンプ回路４１、ターンオフ回路４２に与えられ、これらにオンオフ動作させる。

以上より、カウンタ回路８０は、診断用電流Ｉｘをカレントミラー回路に流すためのローレベルの制御信号Ｓ４を出力しつつ、過電流検知回路１３で電流異常（過温度検知回路４８で温度異常）が検出されたときにカウント動作を進める一方で、過電流検知回路１３で電流異常（過温度検知回路４８で温度異常）が検出されないときにカウント動作を停止する。そして、カウンタ回路８０は、オーバーフローしたときに診断用電流Ｉｘをカレントミラー回路に流すことを停止させるためのハイレベルの制御信号Ｓ４を出力し、これに伴って、チャージポンプ回路４１を駆動させてパワーＭＯＳＦＥＴ１５等に通電動作をさせる。

５．本実施形態の作用効果
（１）自己診断
図５は「電流異常正常検出可能」と判定される場合での各信号のタイミングチャートであり、図６は「電流異常正常検出不能」と判定される場合での各信号のタイミングチャートである。

操作スイッチ５２がＯＮされローレベルの制御信号Ｓ１が電力供給制御装置１０に与えられると、保護用論理回路４０のカウンタ回路８０がカウンタリセット状態が解除される。このとき、カウンタ回路８０はローレベルの制御信号Ｓ４を出力してＦＥＴ７２にオン動作（通電動作）させ、これにより、直流電流源７１からの診断用電流Ｉｘがカレントミラー回路に流れ込む。

また、このとき、カウンタ回路８０からはローレベルの制御信号Ｓ４が出力されているため、ＡＮＤ回路８３からはローレベルの制御信号Ｓ５が出力されることになり、チャージポンプ回路４１は駆動されず、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６はオフ動作（遮断動作）状態にあり、負荷５０への電力供給はされない。また、カレントミラー回路にセンス電流Ｉｓは流れず上記診断用電流Ｉｘのみが流れ、これがＲＣ並列回路１２に流れ込む。

ここで、過電流検知回路１３が正常に電流異常を検出できる状態にあれば、上記診断用電流ＩｘがＲＣ並列回路１２に流れることで、図５に示すように、一定時間ｔｘ（上記数式２にＩｏ＝Ｉｘを代入したときのｔ）後、端子電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｒに達し、過電流検知回路１３はローレベルの異常信号Ｓ２を出力する。そうすると、カウンタ回路８０はクロック信号ＣＬＫのクロックに同期してカウント動作を開始する。そして、カウンタ回路８０は、カウンタ値「ｎ」までカウントしたときに、保護用論理回路４０は、過電流検知回路１３が「電流異常正常検出可能」であると判定し、ハイレベルの制御信号Ｓ４を出力するようになる。これにより、ＦＥＴ７２がオフ動作（遮断動作）し、直流電流源７１からの診断用電流Ｉｘがカレントミラー回路に流れなくなる。

また、カウンタ回路８０からはハイレベルの制御信号Ｓ４が出力されるため、ＡＮＤ回路８３からハイレベルの制御信号Ｓ５が出力されることになり、チャージポンプ回路４１が駆動しパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６がオンして通電動作させて負荷５０への電力供給が開始される。これにより、センス電流Ｉｓがカレントミラー回路及びＲＣ並列回路１２に流れるようになり、このセンス電流Ｉｓに基づく電流異常の検出動作が過電流検知回路１３にて実行される（後述の「センス電流Ｉｓに基づく電流異常検出」を参照）。なお、ローレベルの制御信号Ｓ１の入力が停止されると、カウンタ回路８０のカウンタ値がリセット状態となり、制御信号Ｓ１が再入力されたときに再び上記の自己診断動作が実行される。

一方、例えば、何らかの影響で診断用電流ＩｘがＲＣ並列回路１２に流れ込まなかったり、閾値電圧Ｖｒが正常に設定されていなかったりすると、過電流検知回路１３からはローレベルの異常信号Ｓ２が出力されず、ハイレベルの異常信号Ｓ２が出力されることになる。そうすると、図６に示すように、カウンタ回路８０はカウント動作が開始されず、保護用論理回路４０は、過電流検知回路１３が「電流異常正常検出不能」であると判定し、直流電流源７１からの診断用電流Ｉｘがカレントミラー回路及びＲＣ並列回路１２に流し続けられる。従って、過電流検知回路１３が診断用電流Ｉｘによりローレベルの異常信号Ｓ２を出力しない限り、カウンタ回路８０のカウント動作は開始されず、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６は遮断動作を維持する。このように、保護用論理回路４０は、本発明の「制御回路」及び「判定回路」としても機能する。

なお、操作スイッチ５２がＯＮされローレベルの制御信号Ｓ１が電力供給制御装置１０に与えられた当初は、過電流検知回路１３が正常でありローレベルの異常信号Ｓ２を出力する場合であっても、カウンタ回路８０がオーバーフローする前に過電流検知回路１３が故障などしてハイレベルの異常信号Ｓ２を出力するようになることもある。この場合であっても、このハイレベルの異常信号Ｓ２が出力された時点でカウンタ回路８０はカウント動作が停止されオーバーフローすることが規制される。このため、やはり、保護用論理回路４０は、過電流検知回路１３が「電流異常正常検出不能」であると判定し、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６が通電動作に移行することを規制する。

このような構成により、電力供給制御装置１０は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６が通電動作下において過電流検知回路１３が正常に電流異常検出を行えるかどうかを事前に自己診断することができる。

（２）センス電流Ｉｓに基づく電流異常検出
上記自己診断において、保護用論理回路４０により過電流検知回路１３が「電流異常正常検出可能」であると判定されると、電力供給制御装置１０は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６の通電動作を許容し、次に示すように、通常のセンス電流Ｉｓに基づく電流異常検出が実行する。

すなわち、電流異常が実際に発生しない場合には、保護用論理回路４０は、ハイレベルの制御信号Ｓ５を出力してチャージポンプ回路４１を駆動させる。これにより、チャージポンプ回路４１は昇圧した電圧をパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６の各ゲート−ソース間に与えてオンして通電状態にさせるように動作する。

一方、保護用論理回路４０は、上記電流異常の異常信号Ｓ２を受けた異常検出時には、ローレベルの制御信号Ｓ５を出力してチャージポンプ回路４１をオフさせるとともに、ターンオフ回路４２を駆動させ、これにより、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６の各ゲート−ソース間の電荷を放電し、遮断動作させる。

ここで、例えば配線部材（配線５１など）が短絡し、パワーＭＯＳＦＥＴ１５に大電流が流れると、これに比例した高いレベルのセンス電流Ｉｓ（Ｉｓ”）がＲＣ並列回路１２に流れる（以下、このときのセンス電流Ｉｓを「短絡電流Ｉｓ１」という）。そして、この短絡電流Ｉｓ１は、短絡異常の発生当初は、第１抵抗６０、第２抵抗６４及びコンデンサ６２に流れ込む。このとき、ＲＣ並列回路１２は低変換率状態にあるから、端子電圧Ｖｏは未だ閾値電圧Ｖｒに達することはなく、コンパレータ３２からローレベルの異常信号Ｓ２は出力されずハイレベルの異常信号Ｓ２が出力される。

そして、そのまま短絡電流Ｉｓ１が流れ続けると、ＲＣ並列回路１２が次第に高変換率状態となり、図３で示すように、通電時間がｔ１になったとき（短絡電流Ｉｓ１と通電時間の関係が上記収束曲線Ｌ１上に達したとき）に、端子電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｒを超えてコンパレータ３２からローレベルの異常信号Ｓ２が出力される。このローレベルの異常信号Ｓ２を受けて保護用論理回路４０はハイレベルの制御信号Ｓ５を出力して、パワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６に遮断動作をさせる。ここで、収束曲線Ｌ１は配線５１の発煙特性曲線Ｌ２よりも低いレベル領域内に設定されているから、短絡異常の発生後、その短絡異常が継続する場合には通電時間ｔ１経過後にパワーＭＯＳＦＥＴ１５に遮断動作させて、配線５１が焼損等することを防止することができる。即ち、電力供給制御装置１０は、配線５１を保護する、いわゆるヒューズ機能を有しているのである。

また、短絡状態にはならなくても何らかの原因により、パワーＭＯＳＦＥＴ１５に定格電流Ｉstdよりも大きい電流が流れる過電流異常が発生する場合がある（以下、このときのセンス電流Ｉｓを「過電流Ｉｓ２（＜短絡電流Ｉｓ１）」という）。この場合、この過電流異常が継続し、図３に示すように、通電時間がｔ２（＞ｔ１）になったとき（過電流Ｉｓ２と通電時間の関係が上記収束曲線Ｌ１上に達したとき）に、端子電圧Ｖｏが閾値電圧Ｖｒを超えてコンパレータ３２からローレベルの異常信号Ｓ２が出力される。これにより、過電流異常の発生後、その過電流異常が継続する場合には通電時間ｔ２経過後にパワーＭＯＳＦＥＴ１５に自己復帰不能な遮断動作させて、配線５１が焼損等することを防止することができる。

このように、本実施形態に係る電力供給制御装置１０は、例えば短絡異常や過電流異常などの電流異常が発生した場合、各異常電流レベルに応じた適切な通電時間（ｔ１，ｔ２）で遮断動作を実行することができる。

また、ＲＣ並列回路１２は、半導体スイッチ素子１１の外部に設けた構成であるから、製造過程に起因する抵抗値のばらつき（いわゆる倍半分とも称されるような大きなばらつき）を抑えてＲＣ並列回路１２の特性を精度よく設定でき、且つ、回路定数を自由に設定でき、ひいては、配線に応じた高精度のヒューズ機能を実現できる。

しかも、ＲＣ並列回路１２は、直列接続された第１抵抗６０及びコンデンサ６２と、第２抵抗６４とが並列接続された構成である。この構成であれば、通電開始当初や異常電流発生当初における異常電流Ｉｏの最大電流量を、上記数式３で示すように有限値にすることができる。従って、第１，２抵抗６０，６４の抵抗値Ｒ，ｒを調整することで、パワーＭＯＳＦＥＴ１５やセンスＭＯＳＦＥＴ１６の最大許容電流値を超えない値に設定してパワーＭＯＳＦＥＴ１５やセンスＭＯＳＦＥＴ１６を保護できるようにすることができる。

なお、保護用論理回路４０は、過温度検知回路４８から温度異常を示すローレベルの異常信号Ｓ３を受けたときもハイレベルの制御信号Ｓ５を出力してパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６に遮断動作させる。この遮断動作は、パワーＭＯＳＦＥＴ１５が復帰温度に達したときに、保護用論理回路４０が温度異常のローレベルの異常信号Ｓ３を受けなくなり、再び通電状態に復帰する、自己復帰可能な遮断動作である。

＜実施形態２＞
図７，８は、本実施形態の電力供給制御装置１０と操作スイッチ５２とを示した模式図である。上記実施形態１と同じ構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、入力インターフェース４５は、入力端子Ｐ１（本発明の「外部入力端子」に相当）の電位レベルを検出する入力電圧レベル判定回路が備えられている。

例えば、図７は、操作スイッチ５２がオンしたときに、電源電圧Ｖｃｃを抵抗１０３及び抵抗１０４（例えば抵抗値は１：１）の分圧電圧レベルの制御信号Ｓ１が半導体スイッチ素子１１の入力端子Ｐ１に与えられるような回路構成を図示したものである。この構成では、上記分圧電圧レベルを入力インターフェース４５が検出し、保護用論理回路４０は、例えば図４のＡＮＤ回路８２の出力を直接チャージポンプ回路４１及びターンオフ回路４２に与えるバイパスラインを開放して保護用論理回路４０による自己診断機能を有効化させる。

一方で、図８は、操作スイッチ５２がオンしたときに、電源電圧Ｖｃｃから１つの抵抗１０３の電圧降下分だけ下げて低い電圧レベルの制御信号Ｓ１が半導体スイッチ素子１１の入力端子Ｐ１に与えられるような回路構成を図示したものである。この構成では、上記低い電圧レベルを入力インターフェース４５が検出し、保護用論理回路４０は、例えば図４のＡＮＤ回路８２の出力を直接チャージポンプ回路４１及びターンオフ回路４２に与えるバイパスラインを接続して保護用論理回路４０による自己診断機能を無効化させ、自己診断をしないでパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６の通電動作を許容する。

このように本実施形態では、入力信号Ｐ１に与える制御信号Ｓ１の電位レベルを変更することで、自己診断機能の有効・無効を簡単に決定できる。

＜実施形態３＞
図９は、上記半導体スイッチ素子１１の外部構成を模式的に示した図である。また、図１０は、保護用論理回路４０’を概念的に例示するブロック図である。上記実施形態１と同じ構成部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。同図に示すように、半導体スイッチ素子１１は、半導体チップ１１０上に上記保護用論理回路４０’等が搭載されると共に、電源６１に連なる電源供給用パッド１１１にワイヤボンディング１１２を介して電気的に接続される電源接続パッド１１３と、グランドに連なるグランド用パッド１１４にワイヤボンディング１１５を介して電気的に接続されるグランド接続パッド１１６とが配置されている。

また、保護用論理回路４０’には、切り替え用パッド１１７（本発明の「ボンディングパッド」に相当）が回路パターンを介して接続されている。更に、上記電源接続パッド１１３には、別のボンディングパッド１１８が回路パターンを介して電気的に接続されている。そして、切り替え用パッド１１７と、ボンディングパッド１１８とをワイヤボンディング１１９（本発明の「ワイヤボンディング」に相当）を介して接続する場合と、接続しない場合とで切り替え用パッド１１７の電位レベルを変更することができる。

そして、入力インターフェース４５は、切り替え用パッド１１７の電位レベルを検知するようになっている。また、本実施形態の保護用論理回路４０’は、実施形態１の保護用論理回路４０に対して、主に、上記入力インターフェース４５で検知される電位レベルに応じた信号Ｓ６が入力されるＯＲ回路８７を備えた点で異なり、他の構成部分は同様である。このＯＲ回路８７は、カウンタ回路８０からの制御信号Ｓ４の有効・無効を、上記入力インターフェース４５で検知される電位レベルに応じて切り替えるためのものであり、このＯＲ回路８７で有効化された制御信号Ｓ４がＡＮＤ回路８３に与えられるようになっている。
そして、例えば、切り替え用パッド１１７とボンディングパッド１１８とを接続した場合には、入力インターフェース４５にてハイレベルの電位レベルが検知され、カウンタ回路８０からの制御信号Ｓ４がＯＲ回路８７にて無効化され、ＯＲ回路８７から常時ハイレベルの出力信号がＡＮＤ回路８３に与えられるようになる。これにより、半導体スイッチ素子１１は、保護用論理回路４０’による自己診断機能が無効化され、自己診断をしないでパワーＭＯＳＦＥＴ１５及びセンスＭＯＳＦＥＴ１６の通電動作を許容する。
一方、切り替え用パッド１１７とボンディングパッド１１８とを接続しない場合には、入力インターフェース４５にてローレベルの電位レベルが検知され、カウンタ回路８０からの制御信号Ｓ４がＯＲ回路８７にて有効化され、半導体スイッチ素子１１は、保護用論理回路４０’による自己診断機能を有効化させる。

本実施形態によれば、切り替え用パッド１１７を、ワイヤボンディング１１９を介してどこに接続するかによって、自己診断機能の有効・無効の決定を、半導体スイッチ素子１１の製造後でも容易に行うことができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態において、電流電圧変換回路としては、ＲＣ並列回路１２の代わりに単なる外部抵抗であってもよい。

（２）自己診断において、「電流異常正常検出不能」と判定された場合に、警告ランプなどの報知回路に信号を与えてその旨を外部に報知するようにしてもよい。

本発明の実施形態１の電力供給制御装置の全体構成を例示するブロック図 過電流検知回路（異常検出回路）の構成を主として例示する回路図 収束曲線と発煙特性曲線とを示したグラフ 保護用論理回路を概念的に例示するブロック図 「電流異常正常検出可能」と判定される場合での各信号のタイミングチャート 「電流異常正常検出不能」と判定される場合での各信号のタイミングチャート 実施形態２の電力供給制御装置と操作スイッチとを示した模式図（その１） 電力供給制御装置と操作スイッチとを示した模式図（その２） 実施形態３の半導体スイッチ素子の外部構成を模式的に示した図 実施形態４の保護用論理回路を概念的に例示するブロック図

符号の説明

１０…電力供給制御装置
１１…半導体スイッチ素子（半導体ディバイス）
１３…過電流検知回路（異常検出回路）
１５…パワーＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチ、パワーＦＥＴ）
１６…センスＭＯＳＦＥＴ（センスＦＥＴ）
４０，４０’…保護用論理回路（制御回路、判定回路）
５０…負荷
６１…電源
７０…ライン（電力供給ライン）
７１…直流電流源（異常電流出力回路）
１１０…半導体チップ
１１７…切り替え用パッド（ボンディングパッド）
１１９…ワイヤボンディング
Ｉｐ…電流（供給電流）
Ｉｓ…センス電流（検出電流）
Ｉｘ…診断用電流
Ｐ１…入力端子（外部入力端子、半導体スイッチに通電動作させるための制御信号が入力される端子）
Ｓ１…制御信号（半導体スイッチに通電動作させるための制御信号）

Claims (7)

1. 電源から負荷への電力供給ラインに設けられ当該負荷への通電を行う半導体スイッチと、
   前記半導体スイッチに通電動作と遮断動作とを実行させる制御回路と、
   前記半導体スイッチが前記通電動作をしているときに前記電力供給ラインに流れる供給電流が閾値を超える電流異常を検出する異常検出回路と、
   前記異常検出回路の電流異常検出ラインに前記閾値を超える異常電流に応じた診断用電流を流す異常電流出力回路と、
   前記半導体スイッチが前記遮断動作をしているときに前記異常電流出力回路を出力状態とし、前記異常検出回路で前記電流異常が検出された場合に電流異常正常検出可能と判定し、前記異常検出回路で前記電流異常が検出されない場合に電流異常正常検出不能と判定する判定回路と、を備えることを特徴とする電力供給制御装置。
2. 前記半導体スイッチは、パワーＦＥＴであって、
   前記異常検出回路は、前記パワーＦＥＴの電流量に応じたセンス電流が流れるセンスＦＥＴと、このセンスＦＥＴからのセンス電流が流れる電流検出回路とを有し、この電流検出回路での検出電流に基づき前記電流異常を検出する構成とされ、
   前記異常電流出力回路は、その出力が前記センスＦＥＴの出力側とともに前記電流検出回路の入力側に共通接続され、当該電流検出回路に前記電流異常が検出される前記診断用電流を流すことを特徴とする請求項１に記載の電力供給制御装置。
3. 前記制御回路が起動され前記半導体スイッチに前記通電動作をさせる前に、前記判定回路による判定動作を実行することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力供給制御装置。
4. 前記制御回路は、前記判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定された場合には前記半導体スイッチの通電動作を許容し、前記判定回路で前記電流異常正常検出不能と判定された場合には当該判定回路で前記電流異常正常検出可能と判定されるまで前記半導体スイッチに遮断動作を維持させることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電力供給制御装置。
5. 少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、
   前記半導体ディバイスには、外部入力端子が設けられ、この外部入力端子の入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電力供給制御装置。
6. 前記外部入力端子は、正常状態時に前記半導体スイッチに通電動作をさせるための制御信号が入力される端子であることを特徴とする請求項５に記載の電力供給制御装置。
7. 少なくとも前記異常電流出力回路及び前記判定回路を、ワンチップ化した、或いは、複数のチップで構成してワンパッケージ内に収容した半導体ディバイスであって、
   前記半導体ディバイス内の半導体チップ上のボンディングパッドがワイヤボンディングを介して接続される接続先によって変化する当該ボンディングパッドの入力レベルに応じて前記判定回路による判定動作を実行可能とするかどうかを選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電力供給制御装置。

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