JP4802948B2 - 負荷駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は負荷駆動制御装置に係り、詳しくは、電源から負荷に供給される駆動電流を制御する電流駆動素子を用いる負荷駆動制御装置に関するものである。

従来より、電源から負荷に供給される駆動電流を制御する電流駆動素子と、その電流駆動素子の動作を制御する制御手段とを備えた負荷駆動制御装置が広く使用されている。

例えば、特許文献１には、ｎチャネル電界効果トランジスタのソースと接地側との間またはｐチャネル電界効果トランジスタのソースと電源側との間にインダクタンス負荷を接続し、このインダクタンス負荷に流れる電流を前記電界効果トランジスタで制御し、前記インダクタンス負荷は電動パワーステアリング装置の補助トルク電動機の電機子コイルである駆動回路が開示されている。
この特許文献１の技術では、電界効果トランジスタを前記電流駆動素子とし、駆動回路を前記制御手段として、電界効果トランジスタをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御することにより、負荷に流れる電流を制御している。
特開２００３−２９９３４５公報（第２〜５頁、図１，図３）

負荷駆動制御装置では、電流駆動素子が異常に発熱して温度が過剰に高くなった温度異常時に、電流駆動素子の故障や破壊を防止するための温度保護機能を備える必要がある。
特許文献１の技術では、電動機の電機子コイルが負荷であるため、電流駆動素子である電界効果トランジスタが異常に発熱して故障や破壊が起こる一番の原因として、電動機のモーターロック時に電機子コイルに過大電流が流れ、その過大電流が電流駆動素子にも流れることがあげられる。

そこで、特許文献１の技術における温度保護機能としては、電流駆動素子の温度異常時に電流駆動素子の動作を停止させて負荷への通電をカットする方法が考えられる。尚、特許文献１には、電界効果トランジスタの温度保護機能について一切記載されていない。

このように、電流駆動素子の動作を停止させて負荷への通電をカットする方法は、電動機の電機子コイルだけでなく、インダクタンス負荷に対して広く使用されている。
しかし、負荷への通電をカットすると、負荷駆動制御装置が機能停止するため、負荷駆動制御装置のユーザーに与える影響が大きいという問題がある。

ところで、インダクタンス負荷ではなく、抵抗体の負荷（抵抗負荷）の場合には、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れないという性質が抵抗負荷にあるため、モーターロック時に電機子コイルに流れる過大電流のような大きな電流が抵抗負荷に流れることはない。
ちなみに、抵抗負荷としては、各種ヒーター（例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒーター、ニッケルクロム線ヒーター、鉄クロム線ヒーターなど）がある。特に、ＰＴＣヒーターは、ヒーター自身が温度に応じて流れる電流を制御するため、負荷として好適である。

従って、抵抗負荷の場合には、電流駆動素子の動作を停止させて負荷への通電をカットする方法を使用する必要がない。
そこで、抵抗負荷の場合に、負荷への通電をカットすることなく電流駆動素子を故障や破壊から保護する技術が要求されている。

本発明は上記要求を満足させるためになされたものであって、その目的は、電流駆動素子の温度異常時にも負荷への通電を継続させた上で、電流駆動素子を確実に保護可能な負荷駆動制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、
電源（１１）から負荷（１７）に供給される駆動電流を制御する電流駆動素子（２１）と、
前記電流駆動素子の動作を制御する制御手段（１５，２２，２３）と、
前記電流駆動素子の温度を直接的または間接的に検出する温度センサ（２５）と、
その温度センサの検出結果に基づいて、前記電流駆動素子が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定し、温度異常状態と判定した場合には、前記電流駆動素子の電力損失が低減するような制御を前記制御手段に実行させる保護手段（２４）とを備え、
前記負荷（１７）は、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れない性質を有するヒーターであり、
前記保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段（１５，２２，２３）が前記電流駆動素子（２１）の通常制御中であれば、前記電流駆動素子がフルオン固定状態になるような制御を前記制御手段に実行させる負荷駆動制御装置（１０）をその技術的特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の負荷駆動制御装置において、
前記制御手段（１５，２２，２３）は、前記通常制御中には前記電流駆動素子（２１）をＰＷＭ制御し、
前記保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段（１５，２２，２３）が前記電流駆動素子（２１）の通常制御中でない場合には、前記電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御を前記制御手段に実行させることを技術的特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の負荷駆動制御装置において、
前記電力損失が低損失になるような制御は、前記電流駆動素子（２１）を制御するための制御信号のデュ−ティ比を低い値に設定した制御か、または、前記制御信号のスイッチング周波数を低い値に設定した制御であることを技術的特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の負荷駆動制御装置において、
前記制御手段（１５，２２，２３）は、前記通常制御中には前記電流駆動素子（２１）をリニア制御し、
前記保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段（１５，２２，２３）が前記電流駆動素子（２１）の通常制御中でない場合には、前記電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御を前記制御手段に実行させることを技術的特徴とする。

＜請求項１：第１実施形態または第２実施形態に該当（図１〜図３参照）＞
請求項１の発明において、温度センサ（２５）が電流駆動素子（２１）の温度を直接的に検出するには、電流駆動素子を形成する半導体チップに温度センサを取付固定する。
また、温度センサが電流駆動素子の温度を間接的に検出するには、温度センサを電流駆動素子のパッケージに取付固定するか又はパッケージの近傍に配置しておき、パッケージの温度またはパッケージ周辺の温度を検出する。

保護手段（２４）は、電流駆動素子が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定する方法として、例えば、温度センサが検出した温度が所定のしきい値を超えたかどうかを判定する方法や、当該温度が所定のしきい値を超えた状態が所定時間以上継続しているかどうか判定する方法などを用いる。

そして、保護手段は、温度異常状態と判定した場合には（Ｓ１０１，Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、電流駆動素子の電力損失が低減するような制御（Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ２０３，Ｓ２０４）を制御手段（１５，２２，２３）に実行させることにより、電流駆動素子の発熱を抑制させて温度を低下させる。
その結果、電流駆動素子の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護手段は温度異常状態ではないと判定するため、制御手段は電流駆動素子を通常制御に戻す。

請求項１の発明では、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れない性質を有する負荷を駆動している。そのため、負荷の通常使用状態では、モーターロック時に電機子コイルに流れる過大電流のような大きな電流が負荷に流れることはない。
従って、請求項１の発明によれば、電流駆動素子の温度異常時でも、電流駆動素子をフルオフ固定状態にして動作を停止させることにより負荷への通電をカットする方法を使用する必要がない。

そして、請求項１の発明によれば、保護手段および温度センサを設け、電流駆動素子の温度異常時には電流駆動素子の電力損失を低減させる制御を実行するため、電流駆動素子の温度異常時にも負荷への通電を継続させた上で、電流駆動素子を確実に保護可能な負荷駆動制御装置を実現できる。

尚、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れない性質を有する負荷には、例えば、抵抗負荷である各種ヒーター（ＰＴＣヒーター、ニッケルクロム線ヒーター、鉄クロム線ヒーターなど）がある。特に、ＰＴＣヒーターは、ヒーター自身が温度に応じて流れる電流を制御するため、負荷として好適である。

また、請求項１の発明において、保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に（Ｓ１０１，Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、制御手段（１５，２２，２３）が電流駆動素子（２１）の通常制御中であれば（Ｓ１０２，Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、電流駆動素子がフルオン固定状態になるような制御（Ｓ１０３，Ｓ２０３）を制御手段に実行させる。

このように、電流駆動素子がフルオン固定状態に制御されると、電流駆動素子の電力損失が低減され、電流駆動素子の発熱が抑制されて温度が低下する。
その結果、電流駆動素子の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護手段は温度異常状態ではないと判定するため、制御手段は電流駆動素子を通常制御に戻す。
従って、請求項１の発明によれば、請求項１の作用・効果を確実に得られる。

＜請求項２：第１実施形態に該当（図２参照）＞
請求項２の発明によれば、制御手段（１５，２２，２３）が電流駆動素子（２１）をＰＷＭ制御する負荷駆動制御装置を実現できる。
請求項２の発明において、保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、制御手段（１５，２２，２３）が電流駆動素子（２１）を通常制御中でない場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御（Ｓ１０４）を制御手段に実行させる。
尚、通常制御中でない場合とは、フルオン固定状態に制御中ということである。

このように、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるように制御されると、電流駆動素子の電力損失が更に低減され、電流駆動素子の発熱が抑制されて温度が低下する。
その結果、電流駆動素子の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護手段は温度異常状態ではないと判定するため、制御手段は電流駆動素子を通常制御に戻す。
従って、請求項２の発明によれば、請求項１の作用・効果を更に確実に得られる。

＜請求項３：第１実施形態に該当（図２参照）＞
請求項３の発明では、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失（スイッチング損失）が低損失になるような制御として、電流駆動素子を制御するための制御信号のデューティ比を低い値（低デューティ側）に設定した制御、または、当該制御信号のスイッチング周波数を低い値に設定した制御を行う。
ここで、デューティ比やスイッチング周波数の具体値は、電流駆動素子のスイッチング損失が十分に低減されるように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

＜請求項４：第２実施形態に該当（図３参照）＞
請求項４の発明によれば、制御手段（１５，２２，２３）が電流駆動素子（２１）をリニア制御する負荷駆動制御装置を実現できる。
請求項４の発明において、保護手段（２４）は、温度異常状態と判定した際に（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、制御手段（１５，２２，２３）が電流駆動素子（２１）を通常制御中でない場合には（Ｓ２０２：Ｎｏ）、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御（Ｓ２０４）を制御手段に実行させる。
尚、通常制御中でない場合とは、フルオン固定状態に制御中ということである。
このように、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるように制御されると、電流駆動素子の電力損失が更に低減され、電流駆動素子の発熱が抑制されて温度が低下する。
その結果、電流駆動素子の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護手段は温度異常状態ではないと判定するため、制御手段は電流駆動素子を通常制御に戻す。
従って、請求項４の発明によれば、請求項１の作用・効果を更に確実に得られる。
ちなみに、電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御とは、例えば、電流駆動素子がＰチャネルＭＯＳトランジスタの場合には、電流駆動素子を制御するための制御信号の電圧値を高い値に設定した制御であり、電流駆動素子がＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合には当該制御信号の電圧値を低い値に設定した制御である。
ここで、制御信号の電圧値の具体値は、電流駆動素子の電力損失が十分に低減されるように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

＜用語の説明＞
上術した［課題を解決するための手段］［発明の効果］に記載した（ ）内の符号等は、後述する［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材・構成要素の符号等に対応したものである。
そして、［課題を解決するための手段］［発明の効果］に記載した構成部材・構成要素と、［発明を実施するための最良の形態］に記載した構成部材・構成要素との対応関係は以下のようになっている。

「負荷」は、ＰＴＣヒーター１７に該当する。
「電流駆動素子」は、Ｐチャネル・パワーＭＯＳトランジスタ２１に該当する。
「制御手段」は、ＥＣＵ１５，駆動回路２２，入力信号処理回路２３に該当する。
請求項１〜３の「保護手段」は、保護回路２４に該当する。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の負荷駆動制御装置１０の概略構成を示すブロック回路図である。
負荷駆動制御装置１０は、直流電源１１、ヒューズ１２，１３、イグニッションスイッチ１４、電子制御装置（ＥＣＵ：Electrical Control Unit）１５、制御駆動回路１６から構成され、直流電源１１から抵抗負荷であるＰＴＣヒーター１７に供給される駆動電流を制御してＰＴＣヒーター１７を駆動制御する。

ＥＣＵ１５は、ヒューズ１３を介して直流電源１１のプラス側端子に接続されると共に、アースラインを介して直流電源１１のマイナス側端子に接続され、直流電源１１から電源が供給されている。
そして、ＥＣＵ１５は、トランジスタ２１をＰＷＭ制御するための制御信号を生成して出力する。尚、第１実施形態の制御信号は、ハイレベルとロウレベルが所定周期で切り替わる矩形波のスイッチング信号（ＰＷＭ信号）である。

ＰＴＣヒーター１７は、例えば、自動車に搭載されたエアーコンディショナー（カーエアコン）の暖房用ヒーターである。その場合、直流電源１１は車載バッテリであり、ＥＣＵ１５は車載ＥＣＵであり、アースラインは車体アースである。

制御駆動回路１６は、電流駆動素子であるＰチャネル・パワーＭＯＳトランジスタ（負荷駆動用トランジスタ）２１、駆動回路２２、入力信号処理回路２３、保護回路２４、温度センサ２５などから構成されている。
トランジスタ２１のゲートは駆動回路２２に接続され、トランジスタ２１のドレインはＰＴＣヒーター１７からアースラインを介して直流電源１１のマイナス側端子に接続され、トランジスタ２１のソースはヒューズ１２を介して直流電源１１のプラス側端子に接続されている。

制御駆動回路１６は、イグニッションスイッチ１４からヒューズ１３を介して直流電源１１のプラス側端子に接続されると共に、アースラインを介して直流電源１１のマイナス側端子に接続され、直流電源１１から電源が供給されている。

入力信号処理回路２３は、ＥＣＵ１５から出力された制御信号を、駆動回路２２を制御するための制御信号に変換する入力インターフェースである。
保護回路２４は、温度センサ２５の検出結果に基づいて、後述するトランジスタ２１の温度保護機能の動作を実行する。

温度センサ２５は、トランジスタ２１を形成する半導体チップ（図示略）に取付固定されており、その半導体チップの温度（チップ温度）を計測することにより、トランジスタ２１の温度を直接的に検出する。
尚、温度センサ２５をトランジスタ２１のパッケージに取付固定するか又はパッケージの近傍に配置しておき、パッケージの温度またはパッケージ周辺の温度を計測することにより、トランジスタ２１の温度を間接的に検出するようにしてもよい。

駆動回路２２は、入力信号処理回路２３または保護回路２４から出力された制御信号に基づいて、トランジスタ２１を駆動するための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。
トランジスタ２１がＯＮ（オン）すると、トランジスタ２１を介して直流電源１１からＰＴＣヒーター１７に駆動電流が供給され、ＰＴＣヒーター１７が加熱される。また、トランジスタ２１がＯＦＦ（オフ）すると、トランジスタ２１を介して直流電源１１からＰＴＣヒーター１７に供給されていた駆動電流が停止され、ＰＴＣヒーター１７の加熱も停止される。つまり、トランジスタ２１は、直流電源１１から抵抗負荷であるＰＴＣヒーター１７に供給される駆動電流を制御する。

そのため、ＥＣＵ１５および各回路２２〜２４が制御信号および駆動信号に基づいてトランジスタ２１のＯＮ／ＯＦＦ（オンオフ）動作を切り替えてＰＷＭ制御することにより、ＰＴＣヒーター１７に供給される駆動電流が制御され、ＰＴＣヒーター１７の温度を所望の値にすることができる。

図２は、第１実施形態において保護回路２４が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャートである。
保護回路２４は、以下の各ステップ（以下、「Ｓ」と記載する）の処理を実行する。

まず、保護回路２４は、温度センサ２５の検出結果に基づいて、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定する（Ｓ１０１）。
尚、温度異常状態の判定方法には、例えば、温度センサ２５が検出した温度が所定のしきい値を超えたかどうかを判定する方法や、当該温度が所定のしきい値を超えた状態が所定時間以上継続しているかどうか判定する方法などがある。

そして、保護回路２４は、温度異常状態ではないと判定した場合には（Ｓ１０１：Ｎｏ）、再びＳ１０１の処理に戻る。
すなわち、保護回路２４が温度異常状態ではなくトランジスタ２１の温度が正常であると判定した場合、入力信号処理回路２３は、ＥＣＵ１５が生成した制御信号を駆動回路２２へ出力する。そして、駆動回路２２は、ＥＣＵ１５が生成した制御信号に基づいて、トランジスタ２１をＰＷＭ制御するための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。
そのため、第１実施形態において、温度異常状態でない正常状態（通常状態）の場合、トランジスタ２１はＰＷＭ制御される。つまり、第１実施形態において、ＰＷＭ制御は通常制御といえる。

また、保護回路２４は、温度異常状態であると判定した場合には（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、入力信号処理回路２３の制御信号に基づいて、トランジスタ２１がＰＷＭ制御中であるかどうかを判定する（Ｓ１０２）。

そして、保護回路２４は、トランジスタ２１がＰＷＭ制御中であると判定した場合には（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態に制御させ（Ｓ１０３）、その後にＳ１０１の処理に戻る。
すなわち、保護回路２４は、Ｓ１０３の処理にて、トランジスタ２１をフルＯＮ（フルオン）固定状態にするための制御信号を生成し、その制御信号を駆動回路２２へ出力する。すると、駆動回路２２は、入力信号処理回路２３から出力された制御信号ではなく、保護回路２４が生成した制御信号に基づいて、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にするための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。

このように、トランジスタ２１がフルＯＮ固定状態に制御されると、トランジスタ２１のスイッチング損失が低減され、トランジスタ２１の発熱が抑制されて温度が低下する。そして、Ｓ１０１〜Ｓ１０３の処理を繰り返すことにより、トランジスタ２１の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護回路２４はＳ１０１の処理にて温度異常状態ではないと判定するため、トランジスタ２１はフルＯＮ固定状態の制御からＰＷＭ制御（通常制御）へ移行する。
尚、第１実施形態において、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にするための制御信号とは、デューティ比（ON Duty）が１００％の制御信号である。

また、保護回路２４は、トランジスタ２１がＰＷＭ制御中ではないと判定した場合には（Ｓ１０２：Ｎｏ）、トランジスタ２１を低損失制御させ（Ｓ１０４）、その後にＳ１０１の処理に戻る。尚、第１実施形態において、ＰＷＭ制御中でない場合とは、フルＯＮ固定状態の制御中ということである。
すなわち、保護回路２４は、Ｓ１０４の処理にて、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にした場合よりもスイッチング損失が低損失になるような制御信号を生成し、その制御信号を駆動回路２２へ出力する。すると、駆動回路２２は、入力信号処理回路２３から出力された制御信号ではなく、保護回路２４が生成した制御信号に基づいて、トランジスタ２１を低損失制御するための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。

このように、トランジスタ２１が低損失制御されると、トランジスタ２１のスイッチング損失が低減され、トランジスタ２１の発熱が抑制されて温度が低下する。そして、Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４の処理を繰り返すことにより、トランジスタ２１の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護回路２４はＳ１０１の処理にて温度異常状態ではないと判定するため、トランジスタ２１は低損失制御からＰＷＭ制御（通常制御）へ移行する。

尚、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にした場合よりもスイッチング損失が低損失になるような制御信号とは、例えば、デューティ比を低い値（低デューティ側）に設定した制御信号や、スイッチング周波数を低い値に設定した制御信号などである。
ここで、制御信号のデューティ比やスイッチング周波数の具体値は、トランジスタ２１のスイッチング損失が十分に低減されるように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

以上詳述したように、第１実施形態の負荷駆動制御装置１０は、ＰＴＣヒーター１７を抵抗負荷としているため、ＰＴＣヒーター１７のデッドショートを含まない通常使用状態では、モーターロック時に電機子コイルに流れる過大電流のような大きな電流がＰＴＣヒーター１７に流れることはない。

従って、第１実施形態によれば、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなった温度異常時でも、トランジスタ２１をフルＯＦＦ（フルオフ）固定状態にして動作を停止させることによりＰＴＣヒーター１７への通電をカットする方法を使用する必要がない。

そして、第１実施形態によれば、保護回路２４および温度センサ２５を設け、図２に示す温度保護機能動作を実行するため、トランジスタ２１の温度異常時にもＰＴＣヒーター１７への通電を継続させた上で、トランジスタ２１を確実に保護可能な負荷駆動制御装置１０を実現できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の負荷駆動制御装置１０の構成は、図１に示した第１実施形態と同じである。
第２実施形態において、第１実施形態と異なるのは、ＥＣＵ１５および保護回路２４の動作だけである。

第２実施形態のＥＣＵ１５は、トランジスタ２１をリニア制御するための制御信号を生成して出力する。尚、第２実施形態の制御信号は、電圧値がリニアに変化する信号である。

図３は、第２実施形態において保護回路２４が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、保護回路２４は、第１実施形態のＳ１０１の処理と同じく、温度センサ２５の検出結果に基づいて、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定する（Ｓ２０１）。
そして、保護回路２４は、温度異常状態ではないと判定した場合には（Ｓ２０１：Ｎｏ）、再びＳ２０１の処理に戻る。

また、保護回路２４は、温度異常状態であると判定した場合には（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、入力信号処理回路２３の制御信号に基づいて、トランジスタ２１がリニア制御中であるかどうかを判定する（Ｓ２０２）。
尚、第２実施形態において、温度異常状態でない正常状態（通常状態）の場合、トランジスタ２１はリニア制御される。つまり、第２実施形態において、リニア制御は通常制御といえる。

そして、保護回路２４は、トランジスタ２１がリニア制御中であると判定した場合には（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、第１実施形態のＳ１０３の処理と同じく、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態に制御させ（Ｓ２０３）、その後にＳ２０１の処理に戻る。

このように、Ｓ２０１〜Ｓ２０３の処理を繰り返すことにより、トランジスタ２１の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護回路２４はＳ２０１の処理にて温度異常状態ではないと判定するため、トランジスタ２１はフルＯＮ固定状態の制御からリニア制御（通常制御）へ移行する。
尚、第２実施形態において、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にするための制御信号とは、トランジスタ２１がＰチャネルＭＯＳトランジスタであるため、トランジスタ２１が完全にＯＮするような低い電圧の制御信号である。
ちなみに、トランジスタ２１がＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合には、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にするための制御信号とは、トランジスタ２１が完全にＯＮするような高い電圧の制御信号である。

また、保護回路２４は、トランジスタ２１がリニア制御中ではないと判定した場合には（Ｓ２０２：Ｎｏ）、トランジスタ２１を低損失制御させ（Ｓ２０４）、その後にＳ２０１の処理に戻る。尚、第２実施形態において、リニア制御中でない場合とは、フルＯＮ固定状態の制御中ということである。
すなわち、保護回路２４は、Ｓ２０４の処理にて、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御信号を生成し、その制御信号を駆動回路２２へ出力する。すると、駆動回路２２は、入力信号処理回路２３から出力された制御信号ではなく、保護回路２４が生成した制御信号に基づいて、トランジスタ２１を低損失制御するための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。

このように、トランジスタ２１が低損失制御されると、トランジスタ２１の電力損失が低減され、トランジスタ２１の発熱が抑制されて温度が低下する。そして、Ｓ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０４の処理を繰り返すことにより、トランジスタ２１の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護回路２４はＳ２０１の処理にて温度異常状態ではないと判定するため、トランジスタ２１は低損失制御からリニア制御（通常制御）へ移行する。

尚、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御信号とは、トランジスタ２１がＰチャネルＭＯＳトランジスタであるため、電圧値を高い値に設定した制御信号である。
ここで、制御信号の電圧値の具体値は、トランジスタ２１の電力損失が十分に低減されるように、カット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。
ちなみに、トランジスタ２１がＮチャネルＭＯＳトランジスタの場合には、トランジスタ２１をフルＯＮ固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御信号とは、電圧値を低い値に設定した制御信号である。

以上詳述したように、第２実施形態の負荷駆動制御装置１０は、第１実施形態と同じく、ＰＴＣヒーター１７を抵抗負荷としているため、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなった温度異常時でも、ＰＴＣヒーター１７への通電をカットする方法を使用する必要がない。

そして、第２実施形態によれば、保護回路２４および温度センサ２５を設け、図３に示す温度保護機能動作を実行するため、トランジスタ２１の温度異常時にもＰＴＣヒーター１７への通電を継続させた上で、トランジスタ２１を確実に保護可能な負荷駆動制御装置１０を実現できる。

＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態の負荷駆動制御装置３０の概略構成を示すブロック回路図である。
負荷駆動制御装置３０は、直流電源１１、ヒューズ１２，１３、イグニッションスイッチ１４、電子制御装置１５、制御駆動回路１６、バイパス用リレー３１から構成され、直流電源１１から抵抗負荷であるＰＴＣヒーター１７に供給される駆動電流を制御してＰＴＣヒーター１７を駆動制御する。
そして、制御駆動回路１６は、トランジスタ２１、駆動回路２２、入力信号処理回路２３、保護回路２４、温度センサ２５などから構成されている。

第３実施形態の負荷駆動制御装置３０において、第１実施形態の負荷駆動制御装置１０と異なるのは、以下の点だけである。
［Ａ］バイパス用リレー３１は、トランジスタ２１のソース・ドレイン間と並列接続され、通常状態ではＯＦＦされており、リレー駆動信号によってＯＮされる。
［Ｂ］ＥＣＵ１５は、第１実施形態と同じくトランジスタ２１をＰＷＭ制御するための制御信号を生成して出力すると共に、後述するトランジスタ２１の温度保護機能の動作を実行する。

図５は、第３実施形態においてＥＣＵ１５，保護回路２４，バイパス用リレー３１が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、保護回路２４は、第１実施形態のＳ１０１の処理と同じく、温度センサ２５の検出結果に基づいて、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定する（Ｓ３０１）。
そして、保護回路２４は、温度異常状態ではないと判定した場合には（Ｓ３０１：Ｎｏ）、再びＳ３０１の処理に戻る。

また、保護回路２４は、温度異常状態であると判定した場合には（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、ダイアグ信号を生成してＥＣＵ１５へ出力する。
すると、ＥＣＵ１５は、保護回路２４から出力されたダイアグ信号に基づいて、トランジスタ２１をＰＷＭ制御するための制御信号の生成を停止する（Ｓ３０２）。
その結果、トランジスタ２１はフルＯＦＦ固定状態になって動作が停止され、トランジスタ２１からＰＴＣヒーター１７への駆動電流の供給は停止される。

次に、ＥＣＵ１５は、保護回路２４から出力されたダイアグ信号に基づいて、リレー駆動信号を生成してバイパス用リレー３１へ出力し、そのリレー駆動信号によってバイパス用リレー３１をＯＮさせ（Ｓ３０３）、その後にＳ３０１の処理に戻る。
バイパス用リレー３１がＯＮすると、トランジスタ２１をバイパスし、バイパス用リレー３１を介して直流電源１１からＰＴＣヒーター１７に駆動電流が供給され、ＰＴＣヒーター１７が加熱される。
尚、通常状態ではバイパス用リレー３１がＯＦＦされているため、バイパス用リレー３１を介して直流電源１１からＰＴＣヒーター１７に電流が流れることはない。

Ｓ３０２の処理にてトランジスタ２１がフルＯＦＦ固定状態にされると、トランジスタ２１の温度が低下する。そして、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理を繰り返すことにより、トランジスタ２１の温度異常状態が解消されて正常状態に戻ると、保護回路２４はＳ３０１の処理にて温度異常状態ではないと判定するため、トランジスタ２１はＰＷＭ制御（通常制御）へ移行する。

このように、第３実施形態では、トランジスタ２１の温度異常時に、トランジスタ２１をフルＯＦＦ固定状態にして動作を停止させることにより、トランジスタ２１からＰＴＣヒーター１７への駆動電流の供給を停止させると共に、バイパス用リレーからＰＴＣヒーター１７へ駆動電流を供給させる。

従って、第３実施形態によれば、ＥＣＵ１５，保護回路２４，温度センサ２５，バイパス用リレー３１を設け、図５に示す温度保護機能動作を実行するため、トランジスタ２１の温度異常時にもＰＴＣヒーター１７への通電を継続させた上で、トランジスタ２１を確実に保護可能な負荷駆動制御装置１０を実現できる。

＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態の負荷駆動制御装置４０の概略構成を示すブロック回路図である。
負荷駆動制御装置４０において、第３実施形態の負荷駆動制御装置３０と異なるのは、ＥＣＵ１５が温度保護機能の動作に無関係であることと、保護回路２４の動作だけである。

図７は、第４実施形態において保護回路２４およびバイパス用リレー３１が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、保護回路２４は、第１実施形態のＳ１０１の処理と同じく、温度センサ２５の検出結果に基づいて、トランジスタ２１が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定する（Ｓ４０１）。
そして、保護回路２４は、温度異常状態ではないと判定した場合には（Ｓ４０１：Ｎｏ）、再びＳ４０１の処理に戻る。

また、保護回路２４は、温度異常状態であると判定した場合には（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）、トランジスタ２１をフルＯＦＦ固定状態に制御させる（Ｓ４０２）。
すなわち、保護回路２４は、Ｓ４０２の処理にて、トランジスタ２１をフルＯＦＦ固定状態にするための制御信号を生成し、その制御信号を駆動回路２２へ出力する。すると、駆動回路２２は、入力信号処理回路２３から出力された制御信号ではなく、保護回路２４が生成した制御信号に基づいて、トランジスタ２１をフルＯＦＦ固定状態にするための駆動信号を生成し、その駆動信号をトランジスタ２１のゲートへ出力する。

次に、保護回路２４は、リレー駆動信号を生成してバイパス用リレー３１へ出力し、そのリレー駆動信号によってバイパス用リレー３１をＯＮさせ（Ｓ４０３）、その後にＳ４０１の処理に戻る。
従って、第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の作用・効果が得られる。

＜別の実施形態＞
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［１］第３実施形態および第４実施形態では、トランジスタ２１をＰＷＭ制御している。しかし、第３実施形態および第４実施形態についても、第２実施形態と同様に、トランジスタ２１をリニア制御するようにしてもよい。

［２］第１実施形態および第２実施形態において、低損失制御（Ｓ１０４，Ｓ２０４）に切り替えてもトランジスタ２１の温度が十分に低下しない場合には、トランジスタ２１をフルＯＦＦ固定状態にして動作を停止させることにより、ＰＴＣヒーター１７への通電をカットすることで、トランジスタ２１を故障や破壊から保護してもよい。

［３］上記各実施形態は、直流電源１１と負荷としてのＰＴＣヒーター１７との間に、ＰＴＣヒーター１７の駆動電流を制御する電流駆動素子としてのトランジスタ２１が接続された構成であり、このような構成は一般に「ハイサイド構成」と呼ばれる。
しかし、上記各実施形態は、負荷としてのＰＴＣヒーター１７とアースとの間に、ＰＴＣヒーター１７の駆動電流を制御する電流駆動素子としてのトランジスタ２１が接続された構成に変更してもよく、このような構成は一般に「ローサイド構成」と呼ばれる。
つまり、本発明は、ハイサイド構成とローサイド構成の両方に適用できる。

［４］上記各実施形態は、ＰＴＣヒーター１７を負荷として用いている。
しかし、本発明は、ＰＴＣヒーター１７に限らず、抵抗体の負荷（抵抗負荷）であれば、どのような抵抗負荷（例えば、ニッケルクロム線ヒーター、鉄クロム線ヒーターなど）に適用してもよい。
また、本発明は、抵抗負荷に限らず、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れない性質を有する負荷であれば、どのような負荷に適用してもよい。

［５］Ｐチャネル・パワーＭＯＳトランジスタ２１を、Ｎチャネル・パワーＭＯＳトランジスタ、ＰＮＰトランジスタ、ＮＰＮトランジスタに置き換えてもよい。
また、トランジスタ２１は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタに限らず、どのような電流駆動素子（例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＳＩＴ（Static Induction Transistor）、サイリスタなど）に置き換えてもよい。

本発明を具体化した第１実施形態の負荷駆動制御装置１０の概略構成を示すブロック回路図。 第１実施形態において保護回路２４が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャート。 本発明を具体化した第２実施形態において保護回路２４が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャート。 本発明を具体化した第３実施形態の負荷駆動制御装置３０の概略構成を示すブロック回路図。 第３実施形態においてＥＣＵ１５，保護回路２４，バイパス用リレー３１が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャート。 本発明を具体化した第４実施形態の負荷駆動制御装置４０の概略構成を示すブロック回路図。 第４実施形態において保護回路２４およびバイパス用リレー３１が実行する温度保護機能の動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１０，３０，４０…負荷駆動制御装置
１１…直流電源
１２，１３…ヒューズ
１４…イグニッションスイッチ
１５…ＥＣＵ
１６…制御駆動回路
１７…ＰＴＣヒーター
２１…Ｐチャネル・パワーＭＯＳトランジスタ（電流駆動素子）
２２…駆動回路
２３…入力信号処理回路
２４…保護回路
２５…温度センサ
３１…バイパス用リレー

Claims (4)

1. 電源から負荷に供給される駆動電流を制御する電流駆動素子と、
   前記電流駆動素子の動作を制御する制御手段と、
   前記電流駆動素子の温度を直接的または間接的に検出する温度センサと、
   その温度センサの検出結果に基づいて、前記電流駆動素子が異常に発熱して温度が過剰に高くなっている温度異常状態かどうかを判定し、温度異常状態と判定した場合には、前記電流駆動素子の電力損失が低減するような制御を前記制御手段に実行させる保護手段と
   を備え、
   前記負荷は、デッドショートを含まない通常使用状態では過大電流が流れない性質を有するヒーターであり、
   前記保護手段は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段が前記電流駆動素子の通常制御中であれば、前記電流駆動素子がフルオン固定状態になるような制御を前記制御手段に実行させることを特徴とする負荷駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記制御手段は、前記通常制御中には前記電流駆動素子をＰＷＭ制御し、
   前記保護手段は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段が前記電流駆動素子の通常制御中でない場合には、前記電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御を前記制御手段に実行させることを特徴とする負荷駆動制御装置。
3. 請求項２に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記電力損失が低損失になるような制御は、前記電流駆動素子を制御するための制御信号のデュ−ティ比を低い値に設定した制御か、または、前記制御信号のスイッチング周波数を低い値に設定した制御であることを特徴とする負荷駆動制御装置。
4. 請求項１に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記制御手段は、前記通常制御中には前記電流駆動素子をリニア制御し、
   前記保護手段は、温度異常状態と判定した際に、前記制御手段が前記電流駆動素子の通常制御中でない場合には、前記電流駆動素子をフルオン固定状態にした場合よりも電力損失が低損失になるような制御を前記制御手段に実行させることを特徴とする負荷駆動制御装置。

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