JP5187211B2

JP5187211B2 - 過熱検出回路

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Publication number: JP5187211B2
Application number: JP2009021868A
Authority: JP
Inventors: 板倉　　弘和
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP2010175522A

Description

本発明は、過熱検出回路に関するものである。

従来、被検出体（例えば、パワーＭＯＳトランジスタなど）の過熱状態を検出する過熱検出回路の一例として、特許文献１に示されるものがあった。特許文献１に示される過熱検出回路は、過熱検出用の二つのダイオードをトランジスタの辺に近接して配置して、その二つのダイオードの出力電圧がともに基準電圧よりも低下した場合に過熱検出信号を出力するものである。

特開２００４−２３６４３５号公報

上述のような過熱検出回路においては、ノイズなどによってダイオードの特性が変化する可能性がある。ダイオードの特性が変化した場合、上述の過熱検出回路は、同じ特性（負特性）のダイオードを用いているため、二つのダイオードが同様な特性変化となるため誤判定しやすくなる可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、誤判定を抑制することができる過熱検出回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の過熱検出回路は、
被検出体の過熱状態を検出する過熱検出回路であって、
被検出体の温度に応じた温度検出信号を出力する第１温度検出部と、
第１温度検出部が出力する温度検出信号と閾値とを比較する第１比較部と、
被検出体の温度に応じた温度検出信号を出力するものであり、第１温度検出部とは温度特性が異なる第２温度検出部と、
第２温度検出部が出力する温度検出信号と閾値とを比較する第２比較部と、
第１比較部及び第２比較部における比較において、第１温度検出部が出力する温度検出信号及び第２温度検出部が出力する温度検出信号が共に閾値に達した場合のみ被検出体が過熱状態であると判定する過熱判定部と、
を備えることを特徴とするものである。

このようにすると、ノイズなどによって第１温度検出部、及び第２温度検出部の特性が変化した場合であっても、一方では閾値に達しやすい方に特性が変化するのに対して、他方では閾値に達しにくい方に特性が変化するので誤判定を抑制することができる。

また、請求項２に示すように、第１温度検出部と第１比較部、もしくは、第２温度検出部と第２比較部の一方の異常を検出する異常検出部を備え、過熱判定部は、異常検出部にて異常が検出された場合は、他方の温度検出信号のみが閾値に達したことによって、被検出体が過熱状態であると判定するようにしてもよい。

上述のように第１温度検出部及び第２温度検出部から出力された温度検出信号が共に閾値に達した場合のみ過熱状態であると判定すると、一方の温度検出部と比較部に異常が生じた場合、過熱と判定すべき状態でありながら過熱と判定しないという誤判定をしてしまう可能性がある。しかしながら、請求項２に示すようにすることによって、このような誤判定を抑制することができる。

また、請求項３に示すように、第１温度検出部及び第２温度検出部には、同一の温度検出素子を備えるようにしてもよい。

このようにすることによって、製造バラツキを抑えることができるので、製造バラツキによる検出精度の低下を抑制することができる。

しかしながら、請求項４に示すように、第１温度検出部及び第２温度検出部には、異なる温度検出素子を備えるようにしてもよい。

また、請求項５に示すように、二つの被検出体が隣り合って配置される場合、二つの被検出体それぞれに温度特性が異なる第１温度検出部及び第２温度検出部を設けるようにしてもよい。また、請求項６に示すように、第１温度検出部及び前記第２温度検出部において、同じ温度特性である一方に設けられる温度検出素子は、二つの被検出体の間に配置されるようにしてもよい。

このようにすることによって、二つの被検出体の間に配置された一つの温度検出素子を共通に用いやすくすることができる。

本実施の形態における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。本実施の形態における過熱検出回路の温度検出素子の配置を示すイメージ図である。（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態における過熱検出回路の温度検出回路の温度特性を示すグラフである。変形例１における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。（ａ）、（ｂ）は、変形例１における過熱検出回路の温度検出回路の温度特性を示すグラフである。変形例２における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。変形例３における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。変形例４における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。変形例４における低電圧検出回路の概略構成を示す回路図である。変形例４における低電圧検出回路の特性を示すグラフである。変形例４における温度検出回路２０の特性を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、変形例５における過熱検出回路の温度検出素子の配置を示すイメージ図及び温度特性を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、変形例６における過熱検出回路の温度検出素子の配置を示すイメージ図及び温度特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る過熱検出回路について図１乃至図３を参照しながら説明する。

本実施の形態における過熱検出回路は、例えば、パワーＭＯＳトランジスタなどの被検出体の過熱状態を検出するものである。なお、本実施の形態においては、被検出体としてパワーＭＯＳトランジスタ（以下、ＭＯＳとも称する）を採用した例を用いて説明する。

この過熱検出回路は、図１に示すように、ＭＯＳ１００の温度を検出する二つの温度検出回路１０、２０と、二つの温度検出回路１０、２０による検出結果に基づいてＭＯＳ１００が過熱状態であることを判定するＡＮＤ回路３０（過熱判定部）とを備える。

温度検出回路１０は、図１に示すように、電源とグランドとの間に直列に接続された基準電圧（閾値、例えば約０．４Ｖ）を生成するための抵抗１１、１２と、本発明の第１温度検出部に相当するものであり電源とグランドとの間に直列に接続された定電流源１３とダイオード（温度検出素子）１４（電源側から定電流源１３、ダイオード１４の順で配置）と、本発明の第１比較部に相当するものであり基準電圧とダイオード１４の順方向電圧（温度検出信号）とを比較するコンパレータ１５（第１比較部）とを備える。なお、基準電圧は、被検出体であるＭＯＳ１００の許容温度に基づいて設定されるものである。

この温度検出回路１０におけるダイオード１４は、図３（ａ）に示すように、例えば、−２ｍＶ／℃の負の温度特性（負特性）を有するものである。そして、温度検出回路１０においては、ＭＯＳ１００の温度が上がるとダイオード１４の順方向電圧が下がってきて、その順方向電圧が基準電圧に達すると（閾値以下になると）、順方向電圧が基準電圧に達したことを示す信号をコンパレータ１５が出力する。換言すると、温度検出信号が閾値に達すると、ＭＯＳ１００が過熱状態であることを示す信号を出力する。

温度検出回路２０は、図１に示すように、電源とグランドとの間に直列に接続された基準電圧（閾値、例えば約０．８Ｖ）を生成するための抵抗２１、２２と、本発明の第２温度検出部に相当するものであり電源とグランドとの間に直列に接続された定電流源２３とツェナーダイオード（温度検出素子）２４（電源側から定電流源２３、ツェナーダイオード２４の順で配置）と、本発明の第２比較部に相当するものであり基準電圧とツェナーダイオード２４の逆方向電圧（温度検出信号）とを比較するコンパレータ２５（第２比較部）とを備える。なお、基準電圧は、被検出体であるＭＯＳ１００の許容温度に基づいて設定されるものである。

この温度検出回路２０におけるツェナーダイオード２４は、図３（ｂ）に示すように、例えば、４ｍＶ／℃の正の温度特性（正特性）を有するものである。そして、温度検出回路２０においては、ＭＯＳ１００の温度が上がるとツェナーダイオード２４の逆方向電圧が上がってきて、その逆方向電圧が基準電圧に達すると（閾値以上になると）、逆方向電圧が基準電圧に達したことを示す信号をコンパレータ２５が出力する。換言すると、温度検出信号が閾値に達すると、ＭＯＳ１００が過熱状態であることを示す信号を出力する。

また、図２に示すように、温度検出回路１０及び温度検出回路２０に設けられるダイオード１４及びツェナーダイオード２４は、ＭＯＳ１００に隣り合う位置に配置される。さらに、ダイオード１４及びツェナーダイオード２４は、ＭＯＳ１００の近く（例えば、ＭＯＳ１００の端子間）に配置すると温度検出の精度がいいので望ましい。

そして、ＡＮＤ回路３０は、コンパレータ１５及びコンパレータ２５における比較において、ダイオード１４の温度特性に基づいて出力された温度検出信号及びツェナーダイオード２４の温度特性に基づいて出力された温度検出信号が共（同時）に閾値に達した場合のみＭＯＳ１００が過熱状態であることを示す信号を出力する。

このようにすると、ノイズなどによってダイオード１４及びツェナーダイオード２４の特性が変化した場合であっても、一方では閾値に達しやすい方に特性が変化するのに対して、他方では閾値に達しにくい方に特性が変化するので誤判定を抑制することができる。

つまり、ダイオード１４及びツェナーダイオード２４の特性が下側に振れた場合、温度検出回路１０側では誤検出しやすい方向に働くが、温度検出回路２０側では誤検出しにくい方向に働くために、過熱状態であると判定しにくくなる。したがって、外部からのノイズに対しての対策となる。一方、ダイオード１４及びツェナーダイオード２４の特性が上側に振れた場合は、温度検出回路２０側では誤検出しやすい方向に働くが、温度検出回路１０側では誤検出しにくい方向に働くために、過熱状態であると判定しにくくなる。したがって、上記と同様に外部からのノイズに対しての対策となる。

なお、本実施の形態においては、異なる温度検出素子（ダイオード１４とツェナーダイオード２４）を用いているためバラツキが異なる。従って、基準電圧は、ダイオード１４とツェナーダイオード２４のワースト温度を考慮して決定してもよい。例えば、温度検出回路１０の方では１７０±１０℃、温度検出回路２０の方では１５０±３０℃を考慮して基準電圧を決定する。なお、１８０℃は、被検出体（ここではＭＯＳ１００）の許容温度によって決定しているものである。

例えば、温度検出回路１０においては、ＭＯＳ１００の温度が１８０℃になったときにダイオード１４の順方向電圧が基準電圧に達するように設定し、温度検出回路２０においては、ＭＯＳ１００の温度が１５０℃になったときにツェナーダイオード２４の逆方向電圧が基準電圧に達するように設定する。このような場合、ＭＯＳ１００の温度が上がっていくと、温度検出回路２０側において温度検出信号が閾値に達する。その後、ＭＯＳ１００の温度がさらに上昇すると、温度検出回路１０側において温度検出信号が閾値に達することとなる。つまり、温度検出回路２０は、ＭＯＳ１００の温度を検出する温度検出回路１０の検出結果を有効にするか否かを許可する許可回路とみなすこともできる。

（変形例１）
また、上述の実施の形態においては、異なる温度検出素子（ダイオード１４とツェナーダイオード２４）を用いる例を採用して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく同一の温度検出素子を用いてもよい。変形例１においては、同一の温度検出素子を用いた例を採用して説明する。図４は、変形例１における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。図５（ａ）、（ｂ）は、変形例１における過熱検出回路の温度検出回路の温度特性を示すグラフである。なお、変形例１においては、上述の実施の形態と同等な箇所に関しての説明は省略し、異なる点を重点的に説明する。

図４に示すように、温度検出回路２０ａは、本発明の第２温度検出部に相当するものであり電源とグランドとの間に直列に接続されたダイオード（温度検出素子）２４ａと定電流源２３ａ（電源側からダイオード２４ａ、定電流源２３ａの順で配置）とを備える。

この温度検出回路２０ａにおけるダイオード２４ａは、図５（ｂ）に示すように、例えば、２ｍＶ／℃の正の温度特性（正特性）を有するものである。そして、温度検出回路２０ａにおいては、ＭＯＳ１００の温度が上がるとダイオード２４ａの逆方向電圧が上がってきて、その逆方向電圧が基準電圧に達すると（閾値以上になると）、逆方向電圧が基準電圧に達したことを示す信号を出力する。換言すると、温度検出信号が閾値に達すると、ＭＯＳ１００が過熱状態であることを示す信号を出力する。なお、図５（ａ）は、温度検出回路１０における温度特性を示すグラフである。

（変形例２）
次に、他の温度検出素子を採用した変形例２について説明する。図６は、変形例２における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。なお、変形例２においては、上述の実施の形態と同等な箇所に関しての説明は省略し、異なる点を重点的に説明する。

図６に示すように、温度検出回路２０ｂは、本発明の第２温度検出部に相当するものであり電源とグランドとの間に直列に接続された定電流源２３ｂと抵抗（温度検出素子）２４ｂ（電源側から定電流源２３ｂ、抵抗２４ｂの順で配置）とを備える。このように温度検出素子として抵抗２４ｂを用いた場合であっても本発明の目的は達成できるものである。

（変形例３）
次に、他の温度検出素子を採用した変形例３について説明する。図７は、変形例３における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。なお、変形例３においては、上述の実施の形態と同等な箇所に関しての説明は省略し、異なる点を重点的に説明する。

図７に示すように、温度検出回路２０ｃは、本発明の第２温度検出部に相当するものであり電源とグランドとの間に直列に接続された定電流源２３ｃとＭＯＳトランジスタ（温度検出素子）２４ｃ（電源側から定電流源２３ｃ、ＭＯＳトランジスタ２４ｃの順で配置）とを備える。このように温度検出素子としてＭＯＳトランジスタ２４ｃを用いた場合であっても本発明の目的は達成できるものである。

（変形例４）
上述のような過熱検出回路の場合、一方の温度検出回路（温度検出回路１０もしくは温度検出回路２０）に異常（例えば、供給される電源の電圧低下）が生じた場合、過熱と判定すべき状態でありながら過熱と判定しないという誤判定をしてしまう可能性がある。そこで、このような誤判定を抑制することを目的とした変形例４について説明する。図８は、変形例４における過熱検出回路の概略構成を示す回路図である。図９は、変形例４における低電圧検出回路の概略構成を示す回路図である。図１０は、変形例４における低電圧検出回路の特性を示すグラフである。図１１は、変形例４における温度検出回路２０の特性を示すグラフである。

なお、図８においては、上述の実施の形態における図１と相当する回路であり、その図１に示される回路に対して低電圧検出回路４０とロジック回路５０とを追加したものである。つまり、図８に示される回路は、低電圧検出回路４０とロジック回路５０以外（例えば、温度検出回路１０、温度検出回路２０など）は図１に示される回路と同等である。

図８に示すように、変形例４における過熱検出回路は、温度検出回路１０、温度検出回路２０、ＡＮＤ回路に加えて、本発明の異常検出部に相当する低電圧検出回路４０、ロジック回路５０を備える。

低電圧検出回路４０は、温度検出回路２０の電源ＶＢの電圧低下を検出するものである。換言すると、電源ＶＢの電圧が低下して、温度検出回路２０（ツェナーダイオード２４、コンパレータ２５など）に異常が生じているか否かを検出するものである。この低電圧検出回路４０は、図９に示すように、電源ＶＢとグランド間に直列に配置された抵抗５１、ツェナーダイオード５２、抵抗５３（電源ＶＢ側からこの順番で配置）と、一方の端子が電源ＶＣに接続され、他方の端子がトランジスタ５５のコレクタに接続された抵抗５４と、一方のコレクタが抵抗５４の端子に接続される共に、エミッタがグランドに接続されたトランジスタ５５とを備える。また、トランジスタ５５のベースは、ツェナーダイオード５２と抵抗５３との間に接続される。

図１１に示すように、電源ＶＢの電圧の低下によって温度検出回路２０のＡ点の電圧が低下する。そこで、図１０に示すように、低電圧検出回路４０にて電源ＶＢの電圧が所定の電圧（例えば、１０Ｖ）以下である場合（異常が検出された場合）は、温度検出回路２０からの信号を無効化する。つまり、温度検出回路１０からの信号のみでＭＯＳ１００が過熱状態であると判定する。

ここで、電源ＶＢが所定の電圧以下である場合の過熱検出回路の処理動作を説明する。低電圧検出回路４０は、電源ＶＢが所定の電圧以下であることを示す信号を出力する。温度検出回路１０においては、ＭＯＳ１００の温度が上がってダイオード１４の順方向電圧が基準電圧に達すると（閾値以下になると）、順方向電圧が基準電圧に達したことを示す信号をコンパレータ１５が出力する。一方、温度検出回路２０においては、ＭＯＳ１００の温度が許容温度まで上がっているにも関わらず、ツェナーダイオード２４の逆方向電圧が基準電圧（閾値）に達しにくく、コンパレータ２５から逆方向電圧が基準電圧に達したことを示す信号が出力されないことがある。

そして、低電圧検出回路４０から電源ＶＢが所定の電圧以下であることを示す信号が出力されている間は、ロジック回路５０へは、コンパレータ１５における比較において、ダイオード１４の温度特性に基づいて出力された温度検出信号が閾値に達したことのみによってＭＯＳ１００が過熱状態であることを示す信号が出力される。

このようにすることによって、一方の温度検出回路に異常が生じた場合に、ＭＯＳ１００が過熱状態であるにも関わらず、過熱状態でないと判定するような誤判定を抑制することができる。

（変形例５）
次に、過熱検出回路の変形例５について説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、変形例５における過熱検出回路の温度検出素子の配置を示すイメージ図及び温度特性を示すグラフである。なお、図１２（ａ）は、二つのＭＯＳ１１０、１２０を平面的に隣り合うように配置した場合の図面である。一方、図１２（ｂ）は、ソース、ドレインを共通にした二つのＭＯＳ１１０、１２０を平面的に隣り合うように配置した場合の図面である。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、二つのＭＯＳ１１０、１２０が隣り合って配置される場合、一方の温度検出素子である一つのツェナーダイオード２４をＭＯＳ１１０、１２０の間に配置する。つまり、各ＭＯＳ１１０、１２０のそれぞれ対して過熱検出回路を設けた場合、各過熱検出回路のダイオード１４、ツェナーダイオード２４を含む第１温度検出部、第２温度検出部において、同じ温度特性である一方に設けられる温度検出素子（ここでは、ツェナーダイオード２４）は、二つのＭＯＳ１１０、１２０の間に配置する。なお、他方の温度検出素子である二つのダイオード１４は、ツェナーダイオード２４とは異なる位置であり、ＭＯＳ１１０、１２０に隣り合う位置に配置する。さらに、ダイオード１４は、ＭＯＳ１１０、１２０の近くに配置すると温度検出の精度がいいので望ましい。なお、図１２（ｃ）に示すように、図１２（ａ）、（ｂ）に示すようにダイオード１４及びツェナーダイオード２４を配置した場合であっても熱伝播遅れはほとんどない。

このようにすることによって、二つのＭＯＳ１１０、１２０の間に配置したツェナーダイオード２４を二つの過熱検出回路で共通に用いやすくすることができるので好ましい。

（変形例６）
なお、変形例６に示すように、ツェナーダイオード２４は、被検出体であるＭＯＳの近くに配置しなくてもよい。図１３（ａ）〜（ｃ）は、変形例６における過熱検出回路の温度検出素子の配置を示すイメージ図及び温度特性を示すグラフである。

図１３（ａ）に示すように、ダイオード１４をＭＯＳ１００の近く（例えば、ＭＯＳ１００の端子間）に配置し、ツェナーダイオード２４をＭＯＳ１００から離れた位置（例えば、ＭＯＳ１００の端子間以外）に配置してもよい。また、図１３（ｂ）に示すように、各ＭＯＳ１１０、１２０のそれぞれ対して過熱検出回路を設けて、二つの過熱検出回路でツェナーダイオード２４を共通に用いる場合であっても、ダイオード１４はＭＯＳ１１０、１２０の近く（例えば、ＭＯＳ１１０、ＭＯＳ１２０の端子間）に配置し、ツェナーダイオード２４は各ＭＯＳ１１０、ＭＯＳ１２０から離れた位置に配置してもよい。つまり、ツェナーダイオード２４はＭＯＳ１１０とＭＯＳ１２０との間に配置しなくてもよい。

このように、ツェナーダイオード２４をＭＯＳ１００、１１０、１２０から離れた位置に配置した場合、図１３（ｃ）に示すように、熱伝播遅れが生じる。しかし、この熱伝播遅れを考慮した温度に設定すれば、ツェナーダイオード２４は、被検出体であるＭＯＳの近くに配置しなくてもよい。したがって、レイアウトの自由度が増すので好ましい。

なお、上述の変形例１〜変形例６は、適宜他の変形例と組み合わせて実施することも可能である。

１０、２０・・・温度検出回路
３０・・・ＡＮＤ回路
１１、１２・・・抵抗
１３・・・定電流源
１４・・・ダイオード
１５・・・コンパレータ
２１、２２・・・抵抗
２３・・・定電流源
２４・・・ツェナーダイオード
２５・・・コンパレータ
１００・・・ＭＯＳ

Claims

被検出体の過熱状態を検出する過熱検出回路であって、
前記被検出体の温度に応じた温度検出信号を出力する第１温度検出部と、
前記第１温度検出部が出力する温度検出信号と閾値とを比較する第１比較部と、
前記被検出体の温度に応じた温度検出信号を出力するものであり、前記第１温度検出部とは温度特性が異なる第２温度検出部と、
前記第２温度検出部が出力する温度検出信号と閾値とを比較する第２比較部と、
前記第１比較部及び前記第２比較部における比較において、前記第１温度検出部が出力する温度検出信号及び前記第２温度検出部が出力する温度検出信号が共に閾値に達した場合のみ前記被検出体が過熱状態であると判定する過熱判定部と、
を備えることを特徴とする過熱検出回路。
前記第１温度検出部と前記第１比較部、もしくは、前記第２温度検出部と前記第２比較部の一方の異常を検出する異常検出部を備え、
前記過熱判定部は、前記異常検出部にて異常が検出された場合は、他方の温度検出信号のみが閾値に達したことによって、前記被検出体が過熱状態であると判定することを特徴とする請求項１に記載の過熱検出回路。
前記第１温度検出部及び前記第２温度検出部には、同一の温度検出素子を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過熱検出回路。
前記第１温度検出部及び前記第２温度検出部には、異なる温度検出素子を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過熱検出回路。
二つの被検出体が隣り合って配置される場合、二つの前記被検出体それぞれに温度特性が異なる前記第１温度検出部及び前記第２温度検出部を設けることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の過熱検出回路。
二つの前記被検出体それぞれに設けられた前記第１温度検出部及び前記第２温度検出部において、同じ温度特性である一方に設けられる温度検出素子は、二つの前記被検出体の間に配置されることを特徴とする請求項５に記載の過熱検出回路。