JP6359324B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体スイッチを含むＩＣパッケージ等がプリント基板上に配置された制御装置に関する。

特許文献１には、グロープラグ等の自動車のヒータエレメントを駆動するためのトランジスタスイッチと、トランジスタスイッチを制御する制御回路とを含む制御装置が開示されている。この制御装置では、トランジスタスイッチのハイサイド（高電圧側）とローサイド（低電圧側）の少なくとも一方に、限界温度を超えると接触接続が解除される過熱防止エレメントが設けられている。過熱防止エレメントは、ハンダ付けによって導電部材の間の電気的接続が形成された構成を有しており、この電気的接続部にバネ力等の機械的な応力が付与されている。限界温度を超えるとハンダが溶融し、電気的接続がバネ力に応じて解除される。

特許文献１の技術によれば、トランジスタスイッチやその制御回路に故障が発生して制御装置が高温になると、過熱防止エレメントにおける電気的接続が解除されるので、制御装置が過熱することを防止できる。

特表２００８−５３０７２７号公報

本発明の発明者らは、半導体スイッチ（トランジスタ）が故障すると、故障した半導体スイッチと制御装置のシグナルグランド（制御信号用の接地）との間に、意図しない電流経路が形成されてしまい、過大な電流が流れてしまう可能性があることを見出した。また、故障した半導体スイッチの発熱によってプリント基板の絶縁層が炭化し、半導体スイッチの電流経路パターンとプリント基板のシグナルグランドとの間を短絡させてしまい、過大な電流が流れてしまう可能性も存在することを見出した。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、プリント基板上に、抵抗性負荷をハイサイド駆動するための半導体スイッチを含むＩＣパッケージであるスイッチＩＣが配置されており、シグナルグランド接続配線を有する制御装置が提供される。この制御装置において、前記スイッチＩＣに接続され、温度上昇に応じて前記スイッチＩＣの電流を遮断又は制限する機能を有する第１の素子を含む過熱防止部品が設けられており、前記シグナルグランド接続配線に接続され、過電流を遮断する機能を有する第２の素子を含む過電流防止部品が設けられている。
この構成によれば、スイッチＩＣに故障が発生しても、過熱防止部品の働きによって、そのスイッチＩＣの過熱を防止することが可能である。また、半導体スイッチの故障によって半導体スイッチとプリント基板のシグナルグランドとの間に大きな電流が流れ得る経路が形成されてしまう場合にも、過電流防止部品の働きによって、過電流がシグナルグランドに流れることを防止できる。

（２）上記制御装置において、前記プリント基板上に、前記スイッチＩＣが複数配置されており、前記複数のスイッチＩＣは、個々のスイッチＩＣと前記過熱防止部品との間に他のスイッチＩＣが存在しない位置関係で配置されていてもよい。
この構成によれば、どのスイッチＩＣに故障が発生しても、過熱防止部品によってそのスイッチＩＣの過熱をほぼ同程度に防止することが可能である。

（３）上記制御装置において、前記複数のスイッチＩＣと前記過熱防止部品とを前記プリント基板の厚み方向に投影して見たときに、前記過熱防止部品の長手方向の寸法をＬ１とし、前記スイッチＩＣの長手方向の寸法をＬ２とすると、前記複数のスイッチＩＣは、個々のスイッチＩＣの中心が、前記過熱防止部品の中心を中心とする半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）の円の中に存在するように配置されていてもよい。
この構成によれば、個々のスイッチＩＣと過熱防止部品との間の距離が短い範囲に限定されるので、個々のスイッチＩＣの過熱をより確実に防止することが可能である。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、制御装置、制御装置の製造方法、電子部品の配置方法等の形態で実現することができる。

一実施形態としての制御装置の平面図。 制御装置の回路構成を示すブロック図。 スイッチＩＣの温度変化の例を示す説明図。 過電流が流れ得る電流経路が形成された様子を示す説明図。 スイッチＩＣと温度ヒューズの好ましい配置条件の一例を示す説明図。 ２個のスイッチＩＣを１つの温度ヒューズに対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図。 ３個のスイッチＩＣを１つの温度ヒューズに対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図。 ４個のスイッチＩＣを１つの温度ヒューズに対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図。 ４個のスイッチＩＣを２つの温度ヒューズに対して線対称又は回転対称の位置に配置した他の例を示す説明図。 本発明の他の実施形態としての制御装置の平面図及び正面図。 本発明の更に他の実施形態としての制御装置の平面図及び正面図。 本発明の更に他の実施形態としての制御装置の平面図及び正面図。 本発明の更に他の実施形態としての制御装置のブロック図。

Ａ．制御装置の全体構成
図１は、本発明の一実施形態としての制御装置１００を示す平面図である。この制御装置１００は、自動車用の抵抗性負荷（例えばグロープラグ）を制御するための装置として構成されている。この制御装置１００は、プリント基板１５０上に、電源回路１１０と、コントローラＩＣ１２０と、２つのスイッチＩＣ１３０と、温度ヒューズ１４０と、電流ヒューズ２４０とが配置された構成を有する。温度ヒューズ１４０は、２つのスイッチＩＣ１３０の間に挟まれた位置に配置されている。なお、制御装置１００は、これら以外の電子部品や、配線パターン、及び、各種の端子を有しているが、図１では図示が省略されている。

電源回路１１０とコントローラＩＣ１２０とスイッチＩＣ１３０とは、いずれもＩＣパッケージで構成された電子部品である。また、図１の例では、５種類の部品１１０，１２０，１３０，１４０，２４０は、表面実装型のパッケージとして構成されている。スイッチＩＣ１３０は、半導体スイッチ（例えばＦＥＴ）を含むＩＣパッケージである。但し、スイッチＩＣ１３０としては、半導体スイッチの他に、半導体スイッチの制御回路（例えばＦＥＴゲート駆動回路）や過熱保護回路を含むＩＰＤ（Intelligent Power Device）と呼ばれるＩＣパッケージを利用することが好ましい。

図１の例において、温度ヒューズ１４０の長手方向の寸法はＬ１であり、短手方向（幅方向）の寸法はＷ１である。また、スイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法はＬ２であり、短手方向（幅方向）の寸法はＷ２である。更に、通常はＬ１＜Ｌ２及びＷ１＜Ｗ２である。これらの寸法は、それぞれのパッケージのモールド部とリード線の両方を含む全体の外形に対する値である。

図２は、図１に示した制御装置１００の回路構成を示すブロック図である。プリント基板１５０上には、電源入力端子１５１と、負荷接続端子１５２と、シグナルグランド端子１５３とが設けられている。電源入力端子１５１には、外部のバッテリ２００から一定の外部電源電圧Ｖｂ（直流電圧）が与えられる。この外部電源電圧Ｖｂは、外部電源供給用の配線パターン１６１を介して、電源回路１１０と温度ヒューズ１４０とに供給される。

電源回路１１０は、外部電源電圧Ｖｂから、コントローラＩＣ１２０やスイッチＩＣ１３０内の制御回路（図示せず）に供給する制御電源電圧Ｖｃを作り出す。この制御電源電圧Ｖｃは、電源供給用の配線パターン１７１を介してプリント基板１５０上に配置された各種の制御回路に供給される。コントローラＩＣ１２０を含む各種の回路は、電流ヒューズ２４０と、シグナルグランド用の配線パターン１７２とを介して、プリント基板１５０のシグナルグランド端子１５３に電気的に接続されている。この配線パターン１７２は、各種の回路をシグナルグランドＳＧに接続するための配線であり、「シグナルグランド接続配線１７２」とも呼ぶ。シグナルグランド接続配線１７２は、シグナルグランドＳＧとシグナルグランド接続配線１７２との間に受動素子や能動素子が存在せず、インピーダンスを無視し得る配線パターンのみを介してシグナルグランドＳＧに接続されている配線である。シグナルグランド端子１５３は、プリント基板１５０内又はプリント基板１５０外のシグナルグランドＳＧに接続されている。なお、シグナルグランドＳＧがプリント基板１５０内に設けられた配線パターンによって実現されている場合には、シグナルグランド端子１５３は省略してもよい。また、シグナルグランド接続配線１７２自身が、シグナルグランドＳＧとして機能する大きな配線パターンとして構成されていてもよい。

温度ヒューズ１４０の出力端子は、電流経路用の第１の配線パターン１６２を介して、２つのスイッチＩＣ１３０の電流入力端子に電気的に接続されている。この配線パターン１６２は、スイッチＩＣ１３０内の半導体スイッチ１３１のハイサイド（高電圧側）の電流経路パターンに相当する。２つのスイッチＩＣ１３０の電流出力端子は、電流経路用の第２の配線パターン１６３を介して、プリント基板１５０の負荷接続端子１５２に電気的に接続されている。この配線パターン１６３は、スイッチＩＣ１３０内の半導体スイッチ１３１のローサイド（低電圧側）の電流経路パターンに相当する。負荷接続端子１５２は、自動車の抵抗性負荷３００（例えばグロープラグ）の入力端子に接続され、抵抗性負荷３００の出力端子は接地されている。この構成では、スイッチＩＣ１３０の半導体スイッチ１３１は、抵抗性負荷３００をハイサイド駆動するために使用されている。なお、スイッチＩＣ１３０を、３つ以上並列に設けてもよい。

コントローラＩＣ１２０は、制御信号Ｓｖ１，Ｓｖ２を２つのスイッチＩＣ１３０に供給することによって、２つの半導体スイッチ１３１のオン／オフを制御し、これに応じて抵抗性負荷３００のオン／オフを制御する。なお、スイッチＩＣ１３０が半導体スイッチ１３１を制御するためのＦＥＴゲート駆動回路を含んでいる場合には、コントローラＩＣ１２０から与えられる制御信号Ｓｖ１，Ｓｖ２は、ＰＷＭ制御のデューティを示す信号としてもよい。

温度ヒューズ１４０は、スイッチＩＣ１３０の過熱を防止するための受動素子１４１を含む過熱防止部品である。何等かの故障又は不具合によってスイッチＩＣ１３０の温度が過度に上昇すると、温度上昇に応じて温度ヒューズ１４０内の電気的接続が切断されて、電流を遮断する。スイッチＩＣ１３０から温度ヒューズ１４０への熱伝導は、主としてスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の配線パターン１６２を介して行われる。温度ヒューズ１４０の受動素子１４１としては、例えば、受動素子１４１の電気接点を接合しているハンダが温度上昇に応じて溶融した時に、バネ等の機械的応力を利用して電気接点が解放される構造を有するものを利用することが可能である。機械的応力を発生するバネとしては、コイルバネなどを利用可能である。但し、図２では、図示の便宜上、温度ヒューズ１４０の受動素子１４１を単なる溶融ヒューズとして描いている。なお、本実施形態では、制御装置１００の抵抗性負荷３００としてグロープラグを用いているので、温度ヒューズ１４０としてはグロープラグ用の大電流を流すことが可能なものを使用することが好ましい。具体的には、例えば、温度ヒューズ１４０の遮断電流（又は最大突入電流）を２００Ａ以上とすることが好ましい。こうすれば、１つの温度ヒューズ１４０を用いて、複数のスイッチＩＣの過熱を防止することが可能である。

電流ヒューズ２４０は、シグナルグランド接続配線１７２及びシグナルグランド端子１５３に過大な電流が流れることを防止するための受動素子２４１を含む過電流防止部品である。電流ヒューズ２４０とシグナルグランド端子１５３との間には、他の受動素子や能動素子が接続されていないことが好ましい。

図３は、スイッチＩＣの温度変化の例を示す説明図である。図３の横軸は時間であり、縦軸はスイッチＩＣの温度である。実線のグラフは、正常動作時における温度変化の例を示している。本実施形態では、スイッチＩＣ１３０内の制御回路が、半導体スイッチ１３１をＰＷＭ制御する。正常動作時には、ＰＷＭ制御に応じて抵抗性負荷３００に電流が流れると、スイッチＩＣ１３０の温度も徐々に上昇するが、温度が過度に上昇することは無い。一点鎖線のグラフは、何等かの原因によって、スイッチＩＣ１３０の温度が正常動作時に比べて早く上昇するが、スイッチＩＣ１３０内部の過熱保護回路が働いて、過熱が防止される場合の温度変化を示している。破線のグラフは、スイッチＩＣ１３０内の半導体スイッチ１３１がオン故障した場合の温度変化を示している。この場合には、スイッチＩＣ１３０の温度が過度に上昇するので、温度ヒューズ１４０が溶断してスイッチＩＣ１３０への電流が遮断される。

上述した制御装置１００では、１つの温度ヒューズ１４０が複数のスイッチＩＣ１３０の過熱防止を担当するので、制御装置１００全体の構成を単純化することができる。特に、図２に示したように、温度ヒューズ１４０を複数のスイッチＩＣ１３０のハイサイドに共通に接続するようにすれば、更に以下のような利点がある。すなわち、いずれかのスイッチＩＣ１３０の半導体スイッチ１３１が故障したときに、故障した半導体スイッチ１３１とシグナルグランド端子１５３との間に意図しない電流経路が形成されて過大な電流が流れる可能性がある。このような場合を想定しても、温度ヒューズ１４０を複数のスイッチＩＣ１３０のハイサイドに共通に接続しておけば、温度ヒューズ１４０の溶断によって、複数のスイッチＩＣ１３０への大電流の電流経路を切断することができる。この結果、温度ヒューズ１４０によって、複数のスイッチＩＣ１３０の電流を確実に遮断することが可能である。

また、上述した制御装置１００では、電流ヒューズ２４０によって、シグナルグランド接続配線１７２やシグナルグランド端子１５３に過大な電流が流れることを防止できる。

図４は、図２の制御装置１００に、過電流が流れ得る電流経路ＣＰ１が形成された様子を示している。ここでは、１つのスイッチＩＣ１３０の半導体スイッチ１３１が故障して、その半導体スイッチ１３１のハイサイドからシグナルグランド端子１５３に至る電流経路ＣＰ１が形成されてしまう場合が模式的に描かれている。この場合には、電流ヒューズ２４０によって、故障した半導体スイッチ１３１からシグナルグランド端子１５３に至る電流経路ＣＰ１を遮断することができる。このような電流経路ＣＰ１は、故障した半導体スイッチ１３１のハイサイドの配線パターン１６２と、半導体スイッチ１３１のシグナルグランド側の配線とが短絡する場合に発生し得る。また、このような電流経路ＣＰ１は、故障した半導体スイッチ１３１の下方にあるプリント基板１５０の絶縁層が炭化した場合に、その炭化部を介しても同様に発生し得る。本実施形態では、シグナルグランド接続配線１７２に電流ヒューズ２４０を接続したので、このような電流経路ＣＰ１に沿って過大な電流が流れることを防止できる。電流ヒューズ２４０による電流遮断効果は、特に、プリント基板１５０の絶縁層が炭化して、温度ヒューズ１４０のハイサイドの配線パターン１６１とシグナルグランド接続配線１７２との間に電流経路ＣＰが形成される場合に顕著である。このような場合には、温度ヒューズ１４０によって電流を遮断することができないが、電流ヒューズ２４０によって電流を遮断することが可能となる。なお、他の電流経路ＣＰ２として、電源回路１１０から各回路に制御電源電源Ｖｃを供給するための配線パターン１７１から半導体スイッチ１３１を経由してシグナルグランド端子１５３に至る電流経路ＣＰ２が形成されてしまう場合も考えられる。この場合にも、電流ヒューズ２４０によって電流を遮断することが可能である。

以上のように、上述した制御装置１００では、半導体スイッチ１３１の故障によって電源電圧Ｖｂ又はＶｃを供給するための電流経路パターンとプリント基板１５０のシグナルグランド接続配線１７２との間に意図しない電流経路ＣＰ１，ＣＰ２が形成されてしまう場合にも、電流ヒューズ２４０によって過電流が遮断されるので、シグナルグランドに過電流が流れることを防止できる。また、１つの温度ヒューズ１４０が複数のスイッチＩＣ１３０の過熱防止を担当するので、制御装置全体の構成を単純化することができ、また、プリント基板の面積を過度に増大させることが無いという利点がある。特に、温度ヒューズ１４０を複数のスイッチＩＣ１３０のハイサイドに接続すれば、故障したスイッチＩＣ１３０とシグナルグランド接続配線１７２との間に意図しない電流経路が形成されてしまう場合にも、スイッチＩＣ１３０の電流を確実に遮断することが可能である。

Ｂ．スイッチＩＣと温度ヒューズの好ましい位置関係
図１に示したように、複数のスイッチＩＣ１３０に共通する過熱保護部品として１つの温度ヒューズ１４０を用いる場合には、複数のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との相互の位置関係が重要になる。すなわち、個々のスイッチＩＣ１３０の過熱を同程度に防止するためには、個々のスイッチＩＣ１３０を温度ヒューズ１４０に可能な限り近接した位置に配置することが望ましい。例えば、個々のスイッチＩＣ１３０の外周と温度ヒューズ１４０の外周との間の最短距離が、スイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法Ｌ２や幅方向の寸法Ｗ２よりも小さいことが好ましい。より具体的に言えば、個々のスイッチＩＣ１３０の外周と温度ヒューズ１４０の外周との間の最短距離を１５ｍｍ以下とすることが好ましく、１０ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。また、２つのスイッチＩＣ１３０は、例えば、温度ヒューズ１４０を中心として左右対称に配置されることが好ましい。このように、個々のスイッチＩＣ１３０を、温度ヒューズ１４０に対して同程度に近接した位置に配置すれば、どのスイッチＩＣ１３０に故障が発生した場合にも、温度ヒューズ１４０の溶断によってそのスイッチＩＣ１３０の過熱を同程度に防止することが可能である。なお、複数のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との相互の位置関係としては、以下に説明するように種々のものを採用することが可能である。

図５は、スイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０の好ましい配置条件の一例を示す説明図である。ここでは、以下の寸法を使用している。
（１）Ｒ１：温度ヒューズ１４０の外接円Ｃ１の半径
（２）Ｒ２：スイッチＩＣ１３０の外接円Ｃ２の半径（通常はＲ１＜Ｒ２）
（３）Ｌ１：温度ヒューズ１４０の長手方向の寸法
（４）Ｌ２：スイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法
（５）Ｒ３：半径（２・Ｒ２）で描いた円Ｃ３の半径
（６）Ｒ４：半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）で描いた円Ｃ４の半径
（７）Ｄ１，Ｄ２：温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃから、個々のスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃまでの距離（中心間距離）

温度ヒューズ１４０の外接円Ｃ１は、温度ヒューズ１４０のモールド部とリード線の全体を含む外形に外接する最小の円である。温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃは、この外接円Ｃ１の中心である。スイッチＩＣ１３０の外接円Ｃ２と中心１３０ｃも同様である。円Ｃ３は、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とする円であって、スイッチＩＣ１３０の外接円Ｃ２の半径Ｒ２の２倍の半径（２・Ｒ２）を有する円である。円Ｃ４は、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とする円であって、温度ヒューズ１４０の長手方向の寸法Ｌ１の１／２の値に、スイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法Ｌ２の１．５倍の値を加えた値の半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）を有する円である。

図５において、個々のスイッチＩＣ１３０は、その中心１３０ｃが、半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）を有する円Ｃ４の中に存在するように配置されていることが好ましい。こうすれば、個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の距離が、最大でも１つのスイッチＩＣ１３０しか入らない程度の比較的短い距離となるので、個々のスイッチＩＣ１３０の過熱を適切に防止することが可能である。

また、個々のスイッチＩＣ１３０は、その中心１３０ｃが、半径（２・Ｒ２）を有する円Ｃ３の中に存在するように配置されていることが更に好ましい。こうすれば、個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の距離が更に短い範囲に限定されるので、個々のスイッチＩＣ１３０の過熱をより確実に防止することが可能である。

なお、個々のスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、図５の円Ｃ４や円Ｃ３の中に存在するように配置されている場合に、温度ヒューズ１４０と個々のスイッチＩＣ１３０の中心間距離Ｄ１，Ｄ２は、必ずしも互いに等しく設定する必要はない。但し、中心間距離Ｄ１，Ｄ２は、それらの平均値の±３０％以内に収まるように設定されていることが好ましい。こうすれば、個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の距離のばらつきを小さくできるので、どのスイッチＩＣ１３０に故障が発生した場合にも、その過熱を同程度に防止することが可能である。これは、スイッチＩＣ１３０の個数が３個以上になった場合も同様である。個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の距離のばらつきや、位置関係のばらつきを小さく抑えるという意味では、複数のスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃを、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃから等しい位置に配置することが好ましい。特に、複数のスイッチＩＣ１３０を、温度ヒューズ１４０に対して線対称又は回転対称の位置に配置することが更に好ましい。

図６は、２つのスイッチＩＣ１３０を１つの温度ヒューズ１４０に対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図である。図６（Ａ）の例では、２つのスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されている。また、２つのスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とした１８０°の回転対称の位置に配置されている。なお、線対称配置や回転対称配置は、少なくともスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃに対して線対称や回転対称であれば良く、スイッチＩＣ１３０の全体が線対称や回転対称である必要はない。但し、図６（Ａ）の例では、スイッチＩＣ１３０の全体が温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃに対して線対称や回転対称である点で更に好ましい。図６（Ｂ）では、２つのスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されている。但し、図６（Ｂ）では回転対称は成立しない。なお、図６（Ａ），（Ｂ）の配置例は、温度ヒューズ１４０が２つのスイッチＩＣ１３０の間に挟まれた位置に配置されている点で、図１に示した例と共通している。

図７は、３つのスイッチＩＣ１３０を１つの温度ヒューズ１４０に対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図である。図７（Ａ）の例では、３つのスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されているとともに、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とした１２０°の回転対称の位置に配置されている。図７（Ｂ）では、３つのスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されているが、回転対称は成立しない。

図８は、４つのスイッチＩＣ１３０を１つの温度ヒューズ１４０に対して線対称又は回転対称の位置に配置した例を示す説明図である。図８（Ａ）の例では、４つのスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る２つの対称軸ＡＳ１，ＡＳ２に対してそれぞれ線対称の位置に配置されている。図８（Ｂ）では、４つのスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃに対して９０°の回転対称の位置に配置されている。

図９は、４つのスイッチＩＣ１３０を２つの温度ヒューズ１４０に対して線対称の位置に配置した例を示す説明図である。図９（Ａ）の例では、中央に２つの温度ヒューズ１４０が配置されており、その左右にそれぞれ２つのスイッチＩＣ１３０が配置されている。これらの４つのスイッチＩＣ１３０は、２つの温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されている。図９（Ｂ）では、２つのスイッチＩＣ１３０のペアの中央に１つの温度ヒューズ１４０が配置されている。また、１つの温度ヒューズ１４０の両側に存在する２つのスイッチＩＣ１３０は、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを通る対称軸ＡＳに対して線対称の位置に配置されている。図９（Ａ），（Ｂ）において、２つの温度ヒューズ１４０は、それぞれの両側にある２つのスイッチＩＣ１３０の過熱防止を担当する。これらの場合には、図２のブロック図において、電源入力端子１５１と負荷接続端子１５２の間に、１つの温度ヒューズ１４０と２つのスイッチＩＣ１３０とで構成される組が、２組並列に接続された回路が形成される。

上述した図６〜図９に示したように、複数のスイッチＩＣ１３０を温度ヒューズ１４０に対して線対称又は回転対称の位置に配置すれば、個々のスイッチＩＣ１３０に故障が発生した場合に、その過熱を同程度に防止する効果が得に顕著である。なお、このような線対称又は回転対称の配置を採用した場合にも、更に、図１や図５で説明したようなスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との位置関係を満足することが好ましい。

以上の各種の配置を考慮すると、スイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との配置は、以下の条件のうちの１つ以上を満足することが好ましい。
＜配置条件１＞
個々のスイッチＩＣ１３０とその過熱防止を担当する温度ヒューズ１４０との間に他のスイッチＩＣ１３０が存在しない位置関係にある（図１、図５〜図９）。
＜配置条件２＞
個々のスイッチＩＣ１３０の外周と温度ヒューズ１４０の外周との間の最短距離が、スイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法Ｌ２（図１）よりも小さい。
＜配置条件３＞
個々のスイッチＩＣ１３０の外周と温度ヒューズ１４０の外周との間の最短距離が、スイッチＩＣ１３０の短手方向の寸法Ｗ２（図１）よりも小さい。
＜配置条件４＞
個々のスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とし、半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）を有する円Ｃ４の中に存在するように配置されている（図５）。ここで、Ｌ１は温度ヒューズ１４０の長手方向の寸法、Ｌ２はスイッチＩＣ１３０の長手方向の寸法である。
＜配置条件５＞
個々のスイッチＩＣ１３０の中心１３０ｃが、温度ヒューズ１４０の中心１４０ｃを中心とし、半径（２・Ｒ２）を有する円Ｃ３の中に存在するように配置されている（図５）。ここで、Ｒ２はスイッチＩＣ１３０の外接円Ｃ２の半径である。
＜配置条件６＞
複数のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との中心間距離Ｄ１，Ｄ２…が、それらの平均値の±３０％以内に収まるように配置されている（図５）。
＜配置条件７＞
複数のスイッチＩＣ１３０が、温度ヒューズ１４０を中心とする回転対称又は線対称の位置に配置されている（図６〜図９）。
＜配置条件８＞
個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間の最短距離が１５ｍｍ以下又は１０ｍｍ以下である。
なお、これらの配置条件１〜８は、いずれもスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０とをプリント基板１５０の厚み方向に投影して見たときの条件である。

上記配置条件１に記載したように、複数のスイッチＩＣ１３０を、個々のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との間に他のスイッチＩＣ１３０が存在しない位置関係で配置すれば、どのスイッチＩＣ１３０に故障が発生しても、温度ヒューズ１４０によって過熱をほぼ同程度に防止することが可能である。更に、上述した各種の配置条件２〜８の１つ又は２つ以上を満足するように配置すれば、個々のスイッチＩＣ１３０の過熱を更に適切に防止することが可能である。

Ｃ．他の実施形態
図１０は、本発明の他の実施形態としての制御装置１００ｂを示す平面図及び正面図である。図１との差異は、図１０においては温度ヒューズ１４０がプリント基板１５０の裏面に配置されている点だけであり、他の構成は図１に示したものと同じである。図１０の制御装置１００ｂも、図１の制御装置１００とほぼ同等の効果を奏する。また、スイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０とをプリント基板１５０の異なる面に配置するので、配置の自由度が高まり、また、プリント基板１５０の面積を小さく抑えることが可能である。

図１１は、本発明の更に他の実施形態としての制御装置１００ｃを示す平面図及び正面図である。図１０との差異は、図１１の制御装置１００ｃでは、２つのスイッチＩＣ１３０同士が隣接するようにプリント基板１５０の上に配置されている点、及び、温度ヒューズ１４０ａが２つのスイッチＩＣ１３０のモールド部の上に接する状態で配置されている点、の２点だけであり、他の構成は図１０に示したものと同じである。温度ヒューズ１４０ａのリード線１４２は、スイッチＩＣ１３０を跨いだ状態でプリント基板１５０のパッドに接続されている。この温度ヒューズ１４０ａは、いわゆるアキシャル部品である。図１１の制御装置１００ｃも、図１の制御装置１００や図１０の制御装置１００ｂとほぼ同等の効果を奏する。

図１２は、本発明の更に他の実施形態としての制御装置１００ｄを示す平面図及び正面図である。図１１との差異は、図１２の制御装置１００ｄでは、図１で用いたものと同じ表面実装型の温度ヒューズ１４０が、プリント基板１５０の裏面に配置されている点だけであり、他の構成は図１１に示したものと同じである。

図１１及び図１２の実施形態では、複数のスイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０ａ（又は１４０）とをプリント基板１５０の厚み方向に投影して見たときに、温度ヒューズ１４０ａ（又は１４０）の外形と、個々のスイッチＩＣ１３０の外形とが部分的に重なるような位置関係で配置されている。こうすれば、スイッチＩＣ１３０と温度ヒューズ１４０との空間的な距離が小さくなるので、個々のスイッチＩＣ１３０の過熱をより効果的に防止することが可能である。

図１３は、本発明の更に他の実施形態としての制御装置１００ｅの回路構成を示すブロック図である。図２に示した制御装置１００との違いは、図１３の制御装置１００ｅでは、個々のスイッチＩＣ１３０の出力端子が、プリント基板１５０に設けられた別々の負荷接続端子１５２を介して、別個の抵抗性負荷３００に接続されている点だけであり、他の構成は図２と同一である。このように、個々のスイッチＩＣ１３０が、個別の抵抗性負荷３００を駆動するために使用されていても良い。この場合にも、温度ヒューズ１４０が、複数のスイッチＩＣ１３０に共通に接続されているので、複数のスイッチＩＣ１３０の過熱防止を実行することが可能である。

Ｄ．変形例
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、過熱防止部品として、温度上昇に応じて電流を遮断する機能を有する受動素子を含む温度ヒューズ１４０を使用したが、この代わりに、温度上昇に応じて電流を制限する機能を有する受動素子を含む過熱防止部品を利用しても良い。後者としては、例えば、ＰＴＣサーミスタを用いた過熱防止部品を利用することができる。

・変形例２：
上記実施形態では、温度ヒューズ１４０がスイッチＩＣ１３０のハイサイドに接続されていたが、温度ヒューズ１４０はスイッチＩＣ１３０のローサイドに接続されていてもよい。

１００，１００ｂ〜１００ｅ…制御装置
１０２…電源入力端子
１１０…電源回路
１２０…コントローラＩＣ
１３０…スイッチＩＣ
１３１…半導体スイッチ
１４０，１４０ａ…温度ヒューズ
１４１…受動素子
１４２…リード線
１５０…プリント基板
１５１…電源入力端子
１５２…負荷接続端子
１５３…シグナルグランド端子
１６１，１６２，１６３…配線パターン
１７１…配線パターン
１７２…シグナルグランド接続配線
２００…バッテリ
２４０…電流ヒューズ（過電流防止部品）
２４１…受動素子
３００…抵抗性負荷

Claims (3)

1. プリント基板上に、グロープラグをハイサイド駆動するための半導体スイッチを含むＩＣパッケージであるスイッチＩＣが配置されており、シグナルグランド接続配線を有する制御装置であって、
   前記スイッチＩＣに接続され、温度上昇に応じて前記スイッチＩＣの電流を遮断又は制限する機能を有する第１の素子を含む過熱防止部品が設けられており、
   前記シグナルグランド接続配線に接続され、過電流を遮断する機能を有する第２の素子を含む過電流防止部品が設けられていることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置であって、
   前記プリント基板上に、前記スイッチＩＣが複数配置されており、
   前記複数のスイッチＩＣは、個々のスイッチＩＣと前記過熱防止部品との間に他のスイッチＩＣが存在しない位置関係で配置されていることを特徴とする制御装置。
3. 請求項２に記載の制御装置であって、
   前記複数のスイッチＩＣと前記過熱防止部品とを前記プリント基板の厚み方向に投影して見たときに、
   前記過熱防止部品の長手方向の寸法をＬ１とし、前記スイッチＩＣの長手方向の寸法をＬ２とすると、
   前記複数のスイッチＩＣは、個々のスイッチＩＣの中心が、前記過熱防止部品の中心を中心とする半径（０．５・Ｌ１＋１．５・Ｌ２）の円の中に存在するように配置されていることを特徴とする制御装置。

Images