JP5117925B2

JP5117925B2 - ハイサイドドライバ

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Publication number: JP5117925B2
Application number: JP2008133328A
Authority: JP
Inventors: 康之松永; 清勝佐藤; 浩二江端
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-05-21
Filing date: 2008-05-21
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: US8169765B2; US20110089919A1; EP2302795B1; JP2009284162A; EP2302795A1; WO2009142100A1; EP2302795A4; CN102037647A; CN102037647B

Description

本発明は、リニアソレノイド等の負荷を駆動するハイサイドドライバに関し、特にシリアル通信機能を有するハイサイドドライバに関する。

従来から、ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を用いて電流を流すことによってソレノイドを駆動させるソレノイド駆動回路が利用されている。例えば、励磁コイルに電圧を印加して磁気力によって可動鉄心に直接直線的な運動を与えるリニアソレノイドは、ソレノイド駆動回路により出力された制御電流に応じて油圧をリニアに制御することができ、カーエレクトロニクス等の分野で多用されている。

特許文献１には、ソレノイドを応答性よく高精度に制御するソレノイド駆動装置が記載されている。このソレノイド駆動装置は、直流電源と、直流電源に直列に接続されたスイッチング素子及びソレノイドと、スイッチング素子の制御端子に制御信号を付与してスイッチング素子をオン・オフ制御するＰＷＭ信号発生回路と、ＰＷＭ信号発生回路にソレノイド電流指示値を出力してＰＷＭ信号発生回路を制御する制御回路とを備えている。制御回路は、ソレノイドに流れる電流を検出してそれに対応する電圧値を出力する電流検出器と、電流検出器が検出した電圧値を増幅する増幅器と、増幅器の増幅された出力を積分する積分器と、保持回路に保持された積分器の積分値とソレノイド電流目標値とを比較してその結果をソレノイド電流指示値としてＰＷＭ信号発生回路に出力する演算比較回路と、積分器の出力をリセットするリセット回路とを備えている。

ＰＷＭ信号発生回路は、演算比較回路のソレノイド電流指示値に対応するパルス幅の制御信号をスイッチング素子の制御端子に付与すると共に、スイッチング素子に出力する制御信号毎にリセット回路にリセット信号を出力して、制御信号に同期して積分器の出力をリセットする。リセット回路によりＰＷＭ信号発生回路の出力する制御信号に同期して積分器の出力が零にリセットされるので、演算比較回路は、ＰＷＭ信号発生回路の制御信号の１周期毎に積分器の積分値と目標電流値とを比較してソレノイド電流指示値をＰＷＭ信号発生回路に出力する。このため、電流検出器によるソレノイドに流れる電流の検出結果に対して応答性よく対応してソレノイドを高精度に制御できる。また、例えばＭＯＳＦＥＴのスイッチング動作に伴うノイズが重畳する電圧値又は突然の電源電圧変動による変動電圧値を電流検出器が検出し、ノイズが重畳した電圧値を増幅器により増幅しても、増幅器の出力に重畳するノイズが積分器により平滑化されるので、ノイズは、大きな誤差とならない。そのため、保持回路により短期間で多数のサンプリングを行ってソレノイド制御の精度を高める必要がなく、演算回数の増加により演算比較回路の演算負荷が大きくならない。

特許文献１に記載のソレノイド駆動装置は、各種センサの出力信号から算出したソレノイド電流目標値とソレノイド電流検出値とを比較した結果に基づきＰＷＭ信号発生回路の制御を行うが、外部のマイコン等により電流目標値を設定する構成も考えられる。そのような構成とした場合、外部のマイコンは、電流目標値を設定するのみならず、ソレノイドを駆動する装置の機能や設定情報を送信することができるため都合がよい。また、外部のマイコンは、ソレノイドを駆動する装置から、当該装置の状態に関する情報（例えば過電圧情報や過熱情報）を受信することもできる。したがって、外部のマイコンあるいは操作人がマイコンを介して状況に応じた処理を行うことによって、迅速且つ柔軟な対応が可能となる。

こうした通信を外部のマイコンと行う際には、一般的にシリアル通信が用いられる。シリアル通信は、１本の信号線で１クロック毎に１ビットずつデータの受け渡しを行う方式であり、信号線が少なく長距離通信が可能といった利点がある。

図４は、従来から用いられている一般的なシリアル通信に用いる送信回路１１の構成を示すブロック図である。送信バッファ２５は、送信すべき内容であるＩＣ内部データを受け取り、パラレルデータとしてシフトレジスタ２３に出力する。また、シフトレジスタ２３は、送信バッファ２５により出力されたパラレルデータをシリアル信号に変換し、所定のタイミングで出力する。この際、送信バッファ２５は、ＩＣ内部データを確実にシフトレジスタ２３に出力するために、パラレルデータをラッチして出力する。これにより、送信バッファ２５は、前回のシフトレジスタ２３によるシリアル通信時から今回シフトレジスタ２３によりシリアル信号の出力が行われるまでの間に送信バッファ２５に入力されたデータを、漏れなくシフトレジスタ２３に伝えることができる。
特開２００５−１５０５５０号公報

しかしながら、図４に示す従来の送信回路１１は、以下のような問題点がある。上述したように、シフトレジスタ２３は、例えばマイコン等の外部機器にシリアル通信によるデータ書き出しを所定のタイミングで行う。ＩＣ内部データとして異常動作フラグが送信バッファ２５に送られると、送信バッファ２５は、次のシフトレジスタ２３によるシリアル通信のタイミングまで、異常動作フラグをラッチしてシフトレジスタ２３に出力する。したがって、送信バッファ２５は、異常動作が生じたことを確実にシフトレジスタ２３に伝える反面、シフトレジスタ２３によるシリアル通信のタイミングの前に異常動作が解消した場合でもシフトレジスタ２３に異常動作フラグを出力してしまう。その結果、シフトレジスタ２３は、異常動作が解消しているにもかかわらず、異常動作が生じていることをマイコン等の外部機器にシリアル通信により送信してしまう。仮に外部機器であるマイコンが、異常動作に応じて何らかの制御処理を行うような構成である場合には、マイコンは、不要な制御処理を行うため、全体として処理が遅れるという問題点がある。

また、ＩＣ内部データとは無関係なノイズが送信バッファ２５に入力された場合にも、送信バッファ２５は、ラッチして出力するため、誤動作の原因にもなりうる。しかしながら、仮に、送信バッファ２５がラッチしない構成であるとすると、送信バッファ２５は、シフトレジスタ２３によるシリアル通信の送信タイミング時に送信バッファ２５に入力されているデータのみをシフトレジスタ２３に出力するため、必要なデータがシフトレジスタ２３に伝わらないことも考えられる。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、送信バッファが出力をラッチすることによる処理の遅れを防止するとともに、シリアル通信を用いて必要なデータを確実に送信するハイサイドドライバを提供することを課題とする。

本発明に係るハイサイドドライバは、上記課題を解決するために、直流電源から負荷への電力供給経路に直列に接続されオン／オフ動作により負荷に流れる電流を制御する半導体素子を有するハイサイドドライバにおいて、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出された電流に基づき前記半導体素子のオン／オフを制御する制御部と、当該ハイサイドドライバの状態又は前記負荷の状態を検出して状態信号を出力する状態検出部と、前記状態検出部により出力された状態信号をラッチして出力する第１送信バッファと、前記状態検出部により出力された状態信号をラッチせずに出力する第２送信バッファと、前記第１送信バッファ又は前記第２送信バッファにより出力された状態信号をシリアルデータに変換して所定のタイミングで外部機器に送信する送信シフトレジスタとを備え、前記状態検出部は、検出した状態に応じて前記第１送信バッファと前記第２送信バッファとの少なくとも一方を選択し、状態信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、送信バッファが出力をラッチすることによる処理の遅れを防止するとともに、シリアル通信を用いて必要なデータを失うことなく確実に送信することができる。

以下、本発明のハイサイドドライバの実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１のハイサイドドライバ１０の構成を示すブロック図である。また図２は、図１に示すハイサイドドライバ１０の送受信回路１２の詳細な構成を示すブロック図である。

まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例のハイサイドドライバ１０は、図１に示すように、半導体素子Ｑ１、抵抗Ｒ１、直流電源５、送受信回路１２、制御回路１４、電流検出回路１６、温度検出回路１７、状態検出回路１８、電圧検出回路１９で構成され、リニアソレノイド７を駆動する。また、還流ダイオードＤ１は、リニアソレノイド７の一端（半導体素子Ｑ１のソース側）とグランドとの間に接続されており、リニアソレノイド７の両端に逆起電圧が発生するのを防止する。

また、送受信回路１２は、外部機器９（マイコン等）と接続されており、互いにシリアル通信によるデータの送受信が可能である。

半導体素子Ｑ１は、一般的にＦＥＴが使用され、直流電源５から負荷であるリニアソレノイド７への電力供給経路に直列に接続されオン／オフ動作によりリニアソレノイド７に流れる電流を制御する。なお、半導体素子Ｑ１は、バイポーラトランジスタでもよい。

電流検出回路１６は、本発明の電流検出部に対応し、リニアソレノイド７に流れる電流を検出する。実際には、リニアソレノイド７とグランドとの間に抵抗Ｒ１が直列に接続されており、電流検出回路１６は、抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧に基づき、リニアソレノイド７に流れる電流を算出する。なお、抵抗Ｒ１は、本実施例において、ハイサイドドライバ１０内に設けられているが、ハイサイドドライバ１０の外部に設けてもよい。

制御回路１４は、本発明の制御部に対応し、電流検出回路１６により検出された電流に基づき半導体素子Ｑ１のオン／オフをＰＷＭ制御等により制御する。例えば、制御回路１４は、リニアソレノイド７に流すべき目標電流値を記憶しており、その目標電流値と電流検出回路１６により検出された電流とを比較し、リニアソレノイド７に流れる電流が目標電流値に近づくように半導体素子Ｑ１を制御する。半導体素子Ｑ１は、ハイサイドスイッチとして使用される。したがって、制御回路１４は、半導体素子Ｑ１をオンにするために必要不可欠な構成であり、直流電源５の出力電圧よりも高い電圧を半導体素子Ｑ１のゲートに出力して制御を行う。

状態検出回路１８は、本発明の状態検出部に対応し、当該ハイサイドドライバ１０の状態又はリニアソレノイド７の状態を検出して状態信号を出力する。ここで、ハイサイドドライバ１０の状態とは、様々なものが考えられるが、例えば、ハイサイドドライバ１０の温度状態である。また、リニアソレノイド７の状態についても様々なものが考えられるが、例えばリニアソレノイド７に流れる電流の状態や印加される電圧の状態である。

温度検出回路１７は、本発明の温度検出部に対応し、当該ハイサイドドライバ１０の温度を検出し、状態検出回路１８に出力する。したがって、温度検出回路１７は、例えば温度センサであり、ハイサイドドライバ１０の内部で高温になりやすい箇所や、高温に対する耐性が低い箇所の温度を測定するように設置される。

電圧検出回路１９は、本発明の電圧検出部に対応し、直流電源５の出力電圧又はリニアソレノイド７に印加される電圧を検出し、状態検出回路１８に出力する。本実施例において、電圧検出回路１９は、直流電源５の出力電圧のみを検出するものとする。したがって、図１に配線は記されていないが、電圧検出回路１９は、直流電源５の出力端子（半導体素子Ｑ１のドレイン側）とグランドとの間にかかる電圧を検出するものとする。なお、仮に電圧検出回路１９がリニアソレノイド７に印加される電圧を検出する場合には、電圧検出回路１９は、リニアソレノイド７の両端にかかる電圧を検出する。

なお、温度検出回路１７や電圧検出回路１９は、本発明を実現するのに必須というものではなく、状態検出回路１８が当該ハイサイドドライバ１０の状態やリニアソレノイド７の状態を検出するために補助的な役割を担う回路である。したがって、ハイサイドドライバ１０は、当該ハイサイドドライバ１０の状態又はリニアソレノイド７の状態を検出するために、別の構成を有してもよい。また、状態検出回路１８自身が、当該ハイサイドドライバ１０の状態又はリニアソレノイド７の状態を検出するためのセンサ等を有する構成でもよい。

本実施例において、状態検出回路１８は、検出した状態に応じてラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択し、状態信号を出力する。したがって、状態検出回路１８は、温度検出回路１７により検出された温度に基づき、当該ハイサイドドライバ１０の温度が過熱状態であることを検出し、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択して過熱状態であることを示す状態信号を出力する。ここで、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６については、後述する。例えば、状態検出回路１８は、基準となる温度のデータを有しており、温度検出回路１７により検出された温度がその基準となる温度を超えている場合には、過熱状態であることを示す状態信号を出力する。なお、状態検出回路１８の代わりに、温度検出回路１７が過熱状態であるか否かの判断を行ってもよい。また、状態検出回路１８は、過熱状態であるか否かではなく、温度検出回路１７により検出された温度のデータをそのまま状態信号として出力してもよい。

さらに、状態検出回路１８は、電圧検出回路１９により検出された電圧に基づき、直流電源５の出力電圧又はリニアソレノイド７に印加される電圧が過電圧状態であることを検出し、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択して過電圧状態であることを示す状態信号を出力する。本実施例において、電圧検出回路１９は、直流電源５の出力電圧のみを検出するので、状態検出回路１８は、電圧検出回路１９により検出された電圧に基づき、直流電源５の出力電圧が過電圧状態であることを検出する。なお、状態検出回路１８の代わりに、電圧検出回路１９が過電圧状態であるか否かの判断を行ってもよい。また、状態検出回路１８は、過電圧状態であるか否かではなく、電圧検出回路１９により検出された電圧のデータをそのまま状態信号として出力してもよい。

また、状態検出回路１８は、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択し、電流検出回路１６により検出された電流に基づき、リニアソレノイド７に対する電流状態を示す状態信号を出力する。

図２に示すように、送受信回路１２は、受信シフトレジスタ２０、受信バッファ２２、送信シフトレジスタ２８、ラッチ無し送信バッファ２４、及びラッチ有り送信バッファ２６で構成される。

受信シフトレジスタ２０は、外部機器９により送信されたシリアルデータを受信し、パラレルデータに変換して受信バッファ２２に出力する。この外部機器９により送信されたシリアルデータは、例えばハイサイドドライバ１０の設定や機能を変更するためのデータである。

受信バッファ２２は、受信シフトレジスタ２０により出力されたパラレルデータに基づき、当該ハイサイドドライバ１０の設定又は機能を変更する設定信号を出力する。１例として、受信バッファ２２は、リニアソレノイド７に流すべき目標電流値を設定信号として出力する。その場合、制御回路１４は、受信バッファ２２により出力された設定信号に基づき目標電流値を設定するとともに、電流検出回路１６により検出された電流と目標電流値とを比較して半導体素子Ｑ１のオン／オフを制御する。

ラッチ有り送信バッファ２６は、本発明の第１送信バッファに対応し、状態検出回路１８により出力された状態信号をラッチして出力する。

ラッチ無し送信バッファ２４は、本発明の第２送信バッファに対応し、状態検出回路１８により出力された状態信号をラッチせずに出力する。

送信シフトレジスタ２８は、ラッチ有り送信バッファ２６又はラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号をシリアルデータに変換して所定のタイミングで外部機器９に送信する。ここで、送信シフトレジスタ２８は、シリアルデータに変換する際に、入力された状態信号に特定のビットを対応させてフレームデータを作成し、所定のタイミングで当該フレームデータを送信する。例えば、フレームデータ中のある特定のビットは、過熱状態に関するビットであり、そのビットが立っている場合には過熱状態を示す。また、フレームデータ中の別の特定のビットは、過電圧に関するビットであり、そのビットが立っている場合には過電圧状態であることを示す。また、送信シフトレジスタ２８は、複数のビットを使用して電流値をシリアルデータに変換することも可能である。なお、送信シフトレジスタ２８がシリアル通信による送信を行うタイミングは、例えば外部機器９により決定される。

本発明を実施するに際し、シリアル通信に用いるインターフェースの種類は問わないが、例えばＳＰＩ（ＳｅｒｉａｌＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ）と呼ばれる３線式の同期式シリアル通信インターフェースを用いることができる。ＳＰＩ通信において、送信と受信は同時に行われ、マスタとスレーブの内容を入れ替えるように動作をするため、１つのシフトレジスタが送信と受信を同時に行う。よって、ＳＰＩ通信を本発明に採用する場合には、図２に示すように受信シフトレジスタ２０と送信シフトレジスタ２８を別々に設ける必要が無く、送受信回路１２は、送信及び受信の機能を有する１つのシフトレジスタを有するのみでよい。

ラッチ有り送信バッファ２６は、従来の送信バッファ２５と同様に、状態信号がラッチ有り送信バッファ２６に入力された場合に、次の送信シフトレジスタ２８によるシリアル通信のタイミングまで、状態信号をラッチして送信シフトレジスタ２８に出力する。

ラッチ無し送信バッファ２４は、ラッチ有り送信バッファ２６と異なり、状態検出回路１８により出力された状態信号をラッチせずにそのまま送信シフトレジスタ２８に出力する。したがって、ラッチ無し送信バッファ２４は、状態信号が一旦入力されたとしても、送信シフトレジスタ２８によるシリアル通信のタイミング時に状態信号が入力されていない場合には、送信シフトレジスタ２８に対して状態信号を出力しない。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まず、制御回路１４は、電流検出回路１６により検出された電流に基づき半導体素子Ｑ１のオン／オフを制御する。例えば、制御回路１４は、予めリニアソレノイド７に流すべき目標電流値を記憶し、あるいは外部機器９によりシリアル通信で送信された目標電流値を送受信回路１２を介して受け取り、その目標電流値と電流検出回路１６により検出された電流とを比較し、リニアソレノイド７に流れる電流が目標電流値に近づくように半導体素子Ｑ１を制御する。

半導体素子Ｑ１がオンすることにより直流電源５からリニアソレノイド７に供給された電流は、抵抗Ｒ１を介してグランドに流れる。電流検出回路１６は、抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧に基づき、リニアソレノイド７に流れる電流を検出するとともに、検出した電流値を制御回路１４と状態検出回路１８とに出力する。

温度検出回路１７は、当該ハイサイドドライバ１０の温度を検出し、状態検出回路１８に出力する。また、電圧検出回路１９は、直流電源５の出力電圧を検出し、状態検出回路１８に出力する。

状態検出回路１８は、当該ハイサイドドライバ１０の状態又はリニアソレノイド７の状態を検出して状態信号を出力する。本実施例において、状態検出回路１８は、電流検出回路１６により検出されたリニアソレノイド７に流れる電流値、温度検出回路１７により検出された当該ハイサイドドライバ１０の温度、及び電圧検出回路１９により検出された直流電源５の出力電圧についての状態信号をそれぞれ出力する。

図１において、状態検出回路１８から送受信回路１２に至る線は１本であるように描かれているが、実際には、状態検出回路１８は、複数の線を用いて、上述した複数の状態信号の各々をパラレルに送受信回路１２に対して出力することができる。この際、状態検出回路１８は、状態信号の種類に応じて、送受信回路１２内のラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択して出力することができる。

図３は、本実施例の形態のハイサイドドライバ１０の動作タイムチャート図である。図３の時刻ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４において、外部機器９は、送受信開始信号を送受信回路１２に出力する。送受信回路１２内の受信シフトレジスタ２０と送信シフトレジスタ２８とは、外部機器９から送受信開始信号を受け取った直後に、それぞれ受信と送信とを開始する。なお、外部機器９が送受信開始信号を出力するタイミングは任意であり、定期的に出力されるとは限らない。

時刻ｔ_１１において状態検出回路１８は、ハイの状態信号を送受信回路１２に出力する。状態検出回路１８は、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との少なくとも一方を選択して出力することができるが、ここでは、両者に対して状態信号を出力するものとする。

ラッチ無し送信バッファ２４は、時刻ｔ_１１において送信シフトレジスタ２８にそのまま状態信号を出力する。一方、ラッチ有り送信バッファ２６は、わずかに遅れて送信シフトレジスタ２８に状態信号を出力する（時刻ｔ_１２）。この時間遅れは、ラッチ有り送信バッファ２６がクロックに同期して入力された状態信号をサンプリングすることに起因する。

時刻ｔ_１３において状態検出回路１８が状態信号をローにして出力すると、ラッチ無し送信バッファ２４は、そのままローの状態信号を送信シフトレジスタ２８に出力する。一方、ラッチ有り送信バッファ２６は、次のシリアル通信のタイミング（時刻ｔ_２）まで状態信号をラッチして出力する。したがって、ラッチ有り送信バッファ２６は、時刻ｔ_１３においても、ハイの状態信号を送信シフトレジスタ２８に出力する。

時刻ｔ_２において、送信シフトレジスタ２８は、ラッチ有り送信バッファ２６又はラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号をシリアルデータに変換して、シリアル通信で外部機器９に送信する。ここで、ラッチ有り送信バッファ２６により出力された状態信号はハイであり、ラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号はローである。また、ラッチ有り送信バッファ２６は、送信シフトレジスタ２８によるシリアル通信が行われると同時に、ラッチを解除する。

時刻ｔ_２１において状態検出回路１８は、ハイの状態信号を送受信回路１２に出力する。ラッチ無し送信バッファ２４は、時刻ｔ_２１において送信シフトレジスタ２８にそのまま状態信号を出力する。一方、ラッチ有り送信バッファ２６は、わずかに遅れて送信シフトレジスタ２８に状態信号を出力する（時刻ｔ_２２）。

時刻ｔ_３において、送信シフトレジスタ２８は、ラッチ有り送信バッファ２６又はラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号をシリアルデータに変換して、シリアル通信で外部機器９に送信する。時刻ｔ_３において状態検出回路１８により出力されている状態信号がハイであるため、ラッチ有り送信バッファ２６により出力された状態信号とラッチ無し送信バッファ２４とにより出力された状態信号は、いずれもハイである。また、ラッチ有り送信バッファ２６は、通常、送信シフトレジスタ２８によるシリアル通信が行われる（時刻ｔ_３）と同時に、ラッチを解除するが、時刻ｔ_３において状態検出回路１８により出力されている状態信号がハイであるため、ラッチを解除することなくハイの状態信号を送信シフトレジスタ２８に出力し続ける。

時刻ｔ_２３において状態検出回路１８が状態信号をローにして出力すると、ラッチ無し送信バッファ２４は、そのままローの状態信号を送信シフトレジスタ２８に出力する。一方、ラッチ有り送信バッファ２６は、次のシリアル通信のタイミング（時刻ｔ_４）まで状態信号をラッチして出力する。したがって、ラッチ有り送信バッファ２６は、時刻ｔ_２３においても、ハイの状態信号を送信シフトレジスタ２８に出力する。

時刻ｔ_４において、送信シフトレジスタ２８は、ラッチ有り送信バッファ２６又はラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号をシリアルデータに変換して、シリアル通信で外部機器９に送信する。ここで、ラッチ有り送信バッファ２６により出力された状態信号はハイであり、ラッチ無し送信バッファ２４により出力された状態信号はローである。また、ラッチ有り送信バッファ２６は、送信シフトレジスタ２８によるシリアル通信が行われると同時に、ラッチを解除する。

１例として、状態検出回路１８により出力された状態信号は、過電圧状態を示す信号であるとする。図３の時刻ｔ_１１において、状態検出回路１８は、ハイの状態信号（過電圧状態）を送受信回路１２に出力しているが、時刻ｔ_１３において、状態検出回路１８は、ローの状態信号を送受信回路１２に出力している。すなわち、時刻ｔ_１３あるいは時刻ｔ_２において、過電圧状態は解消していることを意味する。従来と同様に、ラッチ有り送信バッファ２６のみが設けられているとすると、送信シフトレジスタ２８は、ラッチ有り送信バッファ２６により出力された状態信号に基づき、時刻ｔ_２のシリアル通信時に過電圧状態である旨のシリアルデータを外部機器９に出力する。また、時刻ｔ_４についても同様に、過電圧状態が解消しているにもかかわらず、送信シフトレジスタ２８は、時刻ｔ_４のシリアル通信時に過電圧状態である旨のシリアルデータを外部機器９に出力する。

したがって、送受信回路１２は、その時刻における正確な状態を外部機器９に伝達していないこととなる。仮に外部機器９が過電圧状態に応じて、ハイサイドドライバ１０内の制御回路１４の動作を停止させる停止信号を出力する設定である場合、外部機器９は、過電圧状態でないにもかかわらず停止信号を送受信回路１２にシリアル通信で出力する。そのため、ハイサイドドライバ１０は、不要な動作を行うとともに、全体としての動作も１テンポ遅れることになる。さらに、ラッチ有り送信バッファ２６は、過電圧とは無関係なスパイクノイズに基づき、ラッチ出力を行う可能性も考えられる。

ところが、状態検出回路１８が過電圧状態の状態信号を出力する場合に、ラッチ無し送信バッファ２４を選択して出力する設定であれば、送信シフトレジスタ２８は、常に正しい状態をシリアル通信で外部機器９に出力することになる。

一方、１度でも経験することが危険な状態に関しては、状態検出回路１８は、ラッチ有り送信バッファ２６を選択して出力することができる。例えば、状態検出回路１８は、過熱状態を示す状態信号を出力する場合に、ラッチ有り送信バッファ２６を選択して出力する設定であるとする。その場合、シリアル通信時に一瞬温度が下がったとしても、送信シフトレジスタ２８は、過熱状態である旨のシリアルデータをシリアル通信にて外部機器９に出力する。過熱状態は、通常の温度状態に戻りにくく、また様々な故障や不具合を引き起こす危険性があるため、迅速な対応が必要となる。ラッチ有り送信バッファ２６が過熱状態に１度でも達した場合にラッチ出力を行うことで、送信シフトレジスタ２８は、ハイサイドドライバ１０が危険な過熱状態である旨のシリアルデータを外部機器９に出力し、外部機器９は、迅速な対応（例えばハイサイドドライバ１０の動作を停止させる等）を行うことができる。

さらに、状態検出回路１８は、ラッチ無し送信バッファ２４とラッチ有り送信バッファ２６との両方を選択し、状態信号を出力することもできる。その場合、送信シフトレジスタ２８は、ある状態について３種類の情報をシリアルデータとして出力することができる。３種類の情報とは、以下のようになる。

１、ある状態を過去に経験して今もその状態が継続している（シリアル通信時にラッチ有り送信バッファ２６の出力がハイでラッチ無し送信バッファ２４の出力がハイ）。

２、ある状態を過去に経験したが現在は通常状態である（シリアル通信時にラッチ有り送信バッファ２６の出力がハイでラッチ無し送信バッファ２４の出力がロー）。

３、過去にその状態を経験しておらず、今も通常状態である（シリアル通信時にラッチ有り送信バッファ２６の出力がローでラッチ無し送信バッファ２４の出力がロー）。

なお、シリアル通信時にラッチ有り送信バッファ２６の出力がローでラッチ無し送信バッファ２４の出力がハイになることはありえないため、４種類とはならない。外部機器９は、以上述べた３種類の情報に応じて、ハイサイドドライバ１０の機能や設定を適切に変更するためのシリアルデータを送受信回路１２に出力することができる。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るハイサイドドライバによれば、ラッチ有り送信バッファ２６とラッチ無し送信バッファ２４とを備えているので、ラッチ有り送信バッファ２６が出力をラッチすることによる処理の遅れを防止するとともに、外部機器９による不要な処理動作を低減することができる。したがって、異常状態から正常状態へ復帰した場合に、外部機器９は、制御周期をまたぐことなく即座に次の制御へ移ることができ、高速応答性に資する。

また、状態検出回路１８は、検出した状態に応じてラッチ有り送信バッファ２６とラッチ無し送信バッファ２４との少なくとも一方を選択して状態信号を出力するので、シリアル通信を用いて必要なデータを確実に適切なタイミングで送信することができる。

また、受信シフトレジスタ２０と受信バッファ２２とを備えているので、外部機器９により送信されたシリアルデータを受信し、そのシリアルデータに基づいてハイサイドドライバ１０の設定や機能を変更することができる。したがって、外部機器９が目標電流値をシリアル通信にて出力した場合には、受信バッファ２２は、リニアソレノイド７に流すべき目標電流値を設定信号として出力する。また、制御回路１４は、受信バッファ２２により出力された設定信号に基づき目標電流値を設定するとともに、電流検出回路１６により検出された電流と目標電流値とを比較して半導体素子Ｑ１のオン／オフを制御する。したがって、外部機器９による電流制御が容易である。

また、電圧検出回路１９を備えているので、直流電源５の出力電圧が過電圧状態になった場合でも、即座に対応することができる。特に状態検出回路１８が過電圧状態の状態信号をラッチ無し送信バッファ２４を選択して出力する場合には、送信シフトレジスタ２８は、常に最新の過電圧状態に関する情報をシリアル通信で外部機器９に出力するので、外部機器９は迅速な対応ができる。

また、温度検出回路１７を備えているので、ハイサイドドライバ１０の温度が過熱状態になった場合でも、即座に対応することができる。特に状態検出回路１８が過熱状態の状態信号をラッチ有り送信バッファ２６を選択して出力する場合には、送信シフトレジスタ２８は、１度でも過熱状態を経験した場合に過熱状態に関する情報をシリアル通信で外部機器９に出力するので、外部機器９は迅速な対応ができる。

また、状態検出回路１８は、電流検出回路１６により検出された電流に基づく電流状態を送受信回路１２に出力するので、外部機器９は、リニアソレノイド７に流れる電流状態を監視することができる。

なお、状態検出回路１８の出力する状態信号は、温度や電流、電圧の状態に限るものではなく、ハイサイドドライバ１０やリニアソレノイド７に関するあらゆる状態を状態信号として出力することが可能である。

本発明に係るハイサイドドライバは、リニアソレノイド等の負荷を駆動するとともに、マイコン等の外部機器とのシリアル通信が可能なハイサイドドライバに利用可能である。

本発明の実施例１の形態のハイサイドドライバの構成を示すブロック図である。本発明の実施例１の形態のハイサイドドライバの送受信回路の詳細な構成を示すブロック図である。本発明の実施例１の形態のハイサイドドライバの動作タイムチャート図である。従来のハイサイドドライバ等に用いられるシリアル通信用の送信回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

５直流電源
７リニアソレノイド
９外部機器（マイコン）
１０ハイサイドドライバ
１１送信回路
１２送受信回路
１４制御回路
１６電流検出回路
１７温度検出回路
１８状態検出回路
１９電圧検出回路
２０受信シフトレジスタ
２２受信バッファ
２３シフトレジスタ
２４ラッチ無し送信バッファ
２５送信バッファ
２６ラッチ有り送信バッファ
２８送信シフトレジスタ
Ｒ１抵抗
Ｄ１還流ダイオード
Ｑ１半導体素子

Claims

直流電源から負荷への電力供給経路に直列に接続されオン／オフ動作により負荷に流れる電流を制御する半導体素子を有するハイサイドドライバにおいて、
前記負荷に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部により検出された電流に基づき前記半導体素子のオン／オフを制御する制御部と、
当該ハイサイドドライバの状態又は前記負荷の状態を検出して状態信号を出力する状態検出部と、
前記状態検出部により出力された状態信号をラッチして出力する第１送信バッファと、
前記状態検出部により出力された状態信号をラッチせずに出力する第２送信バッファと、
前記第１送信バッファ又は前記第２送信バッファにより出力された状態信号をシリアルデータに変換して所定のタイミングで外部機器に送信する送信シフトレジスタとを備え、
前記状態検出部は、検出した状態に応じて前記第１送信バッファと前記第２送信バッファとの少なくとも一方を選択し、状態信号を出力することを特徴とするハイサイドドライバ。
前記外部機器により送信されたシリアルデータを受信し、パラレルデータに変換して出力する受信シフトレジスタと、
前記受信シフトレジスタにより出力されたパラレルデータに基づき、当該ハイサイドドライバの設定又は機能を変更する設定信号を出力する受信バッファと、
を備えることを特徴とする請求項１記載のハイサイドドライバ。
前記制御部は、前記受信バッファにより出力された設定信号に基づき目標電流値を設定するとともに、前記電流検出部により検出された電流と前記目標電流値とを比較して前記半導体素子のオン／オフを制御することを特徴とする請求項２記載のハイサイドドライバ。
前記直流電源の出力電圧又は前記負荷に印加される電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記状態検出部は、前記電圧検出部により検出された電圧に基づき、前記直流電源の出力電圧又は前記負荷に印加される電圧が過電圧状態であることを検出し、前記第１送信バッファと前記第２送信バッファとの少なくとも一方を選択して過電圧状態であることを示す状態信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のハイサイドドライバ。
当該ハイサイドドライバの温度を検出する温度検出部を備え、
前記状態検出部は、前記温度検出部により検出された温度に基づき、当該ハイサイドドライバの温度が加熱状態であることを検出し、前記第１送信バッファと前記第２送信バッファとの少なくとも一方を選択して加熱状態であることを示す状態信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のハイサイドドライバ。
前記状態検出部は、前記第１送信バッファと前記第２送信バッファとの少なくとも一方を選択し、前記電流検出部により検出された電流に基づき、前記負荷に対する電流状態を示す状態信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のハイサイドドライバ。