JP6623829B2

JP6623829B2 - 過熱保護装置

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Publication number: JP6623829B2
Application number: JP2016033521A
Authority: JP
Inventors: 太一渡邊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-12-25
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Description

本発明は、パルス幅変調により負荷に流れる電流を制御する制御装置において、過熱を保護する過熱保護装置に関する。

スイッチング素子に負荷が接続され、負荷に流れる電流をパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御する制御装置がある。ＰＷＭ変調を利用した負荷の駆動では、スイッチング素子におけるスイッチング損失のため発熱することがわかっているが、異常な発熱を検出した際に負荷の駆動を停止するようなフェールセーフが通常行われる。

しかしながら、例えば灯火負荷を駆動する際にスイッチング素子をフルオフ（すなわちデューティ比がゼロ）の状態にしてしまうと、ユーザーから見れば突然に消灯してしまうことになり不快感を与える虞がある。

これを解決するため、特許文献１に記載の負荷駆動制御装置は、温度異常状態と判定した際に、スイッチング素子が通常の制御中であれば、スイッチング素子がフルオン固定状態になるような制御を行う。これにより、スイッチング損失に起因する発熱を抑制しつつ、負荷への通電も継続することができる。

特開２００８−６１１８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の負荷駆動制御装置は、発熱の原因がスイッチング損失である場合にのみ効果を奏するものである。すなわち、この制御装置では、単一の閾値をもって正常の状態と異常状態とを判定するため、発熱の原因がスイッチング損失によるものではない場合には、フルオン駆動時に過電流が流れ、更なる発熱やスイッチング損失の損傷の原因となる虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、原因に応じた過熱保護を可能とする過熱保護装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、電源（４００）から負荷（３００）に供給される駆動電流をパルス幅変調により制御するスイッチング素子（１１）と、スイッチング素子の駆動を制御する駆動部（２１）と、スイッチング素子の温度を直接的あるいは間接的に検出する温度検出部（１２，２３）と、温度検出部により検出された温度に基づいて駆動部の駆動方式を変更する保護回路部（２２）と、を備え、保護回路部は、温度に関する所定の閾値Ａと、閾値Ａよりも高く設定された閾値Ｂと、閾値Ａよりも低く設定された閾値Ｃを予め有し、温度検出部により検出された温度がＡ未満のとき、パルス幅変調による通常動作をさせ、温度がＡ以上Ｂ未満のとき、スイッチング素子の自己発熱を抑制する第１発熱抑制動作をさせ、温度がＢ以上のとき、スイッチング素子を停止するフルオフ動作をさせ、温度がＢ以上の状態から低下してＡを下回り、且つＣ以上のとき、スイッチング素子への通電による発熱を抑制する第２発熱抑制動作をさせ、第１発熱抑制動作は、スイッチング素子を常時オンにするフルオン動作であり、保護回路部は温度が閾値Ａ未満の状態からＡ以上に上昇するのに伴ってフルオン動作に移行する回数をカウントするカウンタ（２２ａ）を備え、回数の増加にともなって、第１発熱抑制動作における駆動周波数を小さくする。

これによれば、閾値Ａ以上の温度ではスイッチング損失による発熱を懸念してスイッチング素子の自己発熱を抑制する動作を行わせることができる。そして、温度が閾値Ｂ以上になることは、温度上昇の原因としてスイッチング損失に起因する発熱でないことが懸念されるのでスイッチング素子への通電を停止する。さらに、通電停止により温度が低下しても、閾値Ａよりも低温に設定された閾値Ｃ未満になるまでは通常動作に戻らず第２発熱抑制動作を実行するので、正常動作と第１発熱抑制動作との間にチャタリングを防止することができる。

このように、この制御装置は、温度に対する動作を分ける閾値として、閾値Ａ、閾値Ｂおよび閾値Ｃの３値を有するので、チャタリングを防止しつつ原因に応じた過熱保護を行うことができる。

第１実施形態にかかる過熱保護装置の概略構成を示すブロック図である。保護回路部の動作フローを示すフローチャートである。駆動信号の温度依存性を示すタイミングチャートである。変形例にかかる保護回路部の動作フローを示すフローチャートである。第２実施形態にかかる過熱保護装置の概略構成を示すブロック図である。保護回路部の動作フローを示すフローチャートである。駆動信号の温度依存性を示すタイミングチャートである。第３実施形態にかかる保護回路部の動作フローを示すフローチャートである。駆動信号の温度依存性を示すタイミングチャートである。第４実施形態にかかる過熱保護装置の概略構成を示すブロック図である。駆動信号のドライバビリティの変化を示す図である。第５実施形態にかかる過熱保護装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る過熱保護装置の概略構成について説明する。

この過熱保護装置１００は、負荷３００を駆動するための駆動電流を制御する装置であり、図１に示すように、該制御用の命令を出力する制御部たるＥＣＵ２００と負荷３００との間に介在している。

本実施形態における過熱保護装置１００は、電源４００と負荷３００との間に接続されたスイッチング素子１１と、スイッチング素子１１近傍に設けられた温度検出部１２と、スイッチング素子１１に駆動信号を出力してオンオフを制御する駆動部２１と、駆動部２１に対して過熱保護時の制御を指示する保護回路部２２と、を備えている。本実施形態における過熱保護装置１００は、スイッチング素子１１および温度検出部１２が含まれる素子モジュール１０と、駆動部２１および保護回路部２２が含まれる回路基板２０と、が別体で構成され、互いに配線で接続された構成をしている。

スイッチング素子１１は、駆動信号が入力されることによりオンまたはオフされる素子を採用することができ、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴを採用することができる。図１にあってはＭＯＳＦＥＴとして図示しているが、スイッチング素子１１の種類は限定されるものではない。

温度検出部１２は、温度を電圧に変換するための素子であり、例えばサーミスタやＰＮ接合ダイオードを採用することができる。本実施形態における温度検出部１２はスイッチング素子１１の近傍に設置され、少なくともスイッチング素子１１の温度Ｔｊを測定可能になっている。

駆動部２１は、ＥＣＵ２００から入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいてスイッチング素子１１に対して駆動信号（例えばゲート電圧）を出力している。

保護回路部２２は、温度検出部１２により検出される温度に基づいて駆動部２２に対してスイッチング素子１１の駆動モードの変更を要求する部分である。保護回路部２２には、温度に関する３つの閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃが予め記憶されており、温度検出部１２により検出される温度と各閾値とを比較してスイッチング素子１１の動作モードを決定する。なお、各閾値の大小関係は、Ｃ＜Ａ＜Ｂである。

次に、図２および図３を参照して、本実施形態にかかる過熱保護装置１００の動作フロー、および、各閾値とスイッチング素子１１の動作モードとの関係について説明する。

まず、図２に示すように、ステップＳ１０１が実行される。ステップＳ１０１は、駆動部２１がＥＣＵ２００からＰＷＭ信号を受け取り、このＰＷＭ信号に基づいたパルス信号を駆動信号として出力するステップである。具体的には、この駆動信号は、図３における時刻ｔ１以前として示すように、ＥＣＵ２００によるＰＷＭ信号と同一のデューティ比および同一の周波数とされたパルス信号である。このように、ＰＷＭ信号と同一のデューティ比および同一の周波数とされたパルス信号として、駆動部２１から駆動信号が出力されるとき、これを通常動作と称する。ステップＳ１０１は、駆動部２１がスイッチング素子１１に対して通常動作をさせるステップである。

次いで、ステップＳ１０２が実行される。ステップＳ１０２は、温度検出部１２によりスイッチング素子１１の温度Ｔｊを検出するステップである。温度検出部１２により検出される温度に対して一対一に対応する物理量、例えば電圧が保護回路部２２に入力され、保護回路部２２が温度Ｔｊとして検出する。

次いで、ステップＳ１０３が実行される。ステップＳ１０３は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ａとを比較するステップである。例えば、図３における時刻ｔ１以前であればＴｊ＜Ａであるから、ステップＳ１０３はＮＯ判定となりステップＳ１０１に戻る。すなわち、通常動作と温度Ｔｊの検出を継続する。

一方、時刻ｔ１〜時刻ｔ２のようにＴｊ≧Ａを満たすときステップＳ１０３はＹＥＳ判定となり、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ｂとを比較するステップである。例えば、時刻ｔ１〜時刻ｔ２であればＴｊ＜Ｂであるから、ステップＳ１０４はＮＯ判定となりステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５は、保護回路部１２が駆動部１１に対して、駆動信号を常時Ｈｉｇｈにするように指示するステップである。これにより、駆動部１１は、図３に示すように、スイッチング素子１１が常時オンとなるフルオン状態になるよう、入力されるＰＷＭ信号に依存することなく常時Ｈｉｇｈの駆動信号を出力する。本実施形態において、フルオン動作は特許請求の範囲に記載の第１発熱抑制動作に相当する。スイッチング素子１１がフルオンの状態ではスイッチング動作が行われないので、スイッチング損失に起因する発熱を抑制することができる。

その後、ステップＳ１０３に戻って温度Ｔｊと閾値Ａとの比較が実行される。温度Ｔｊの上昇がスイッチング損失に起因するものであればステップＳ１０５におけるフルオン動作の実行によりＴｊが低下するのでステップＳ１０３がＮＯ判定になり得る。このような場合にはステップＳ１０１に戻り、スイッチング素子１１は通常動作に移行する。

一方、温度Ｔｊの上昇がスイッチング損失に起因するものでなければ、図３における時刻ｔ１以降のように、ステップＳ１０５におけるフルオン動作の実行によっても温度Ｔｊが上昇を続ける虞がある。Ｔｊ≧Ａが継続すればステップＳ１０３はＹＥＳ判定となりステップＳ１０４が実行される。

ステップＳ１０４においてＴｊ＜Ｂであれば再びステップＳ１０５に進んでフルオン動作を継続するが、温度Ｔｊが上昇を続け、図３の時刻ｔ２に示すようにＴｊ≧Ｂを満たすとステップＳ１０４はＹＥＳ判定となる。ステップＳ１０４がＹＥＳ判定になるとステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８は、保護回路部２２が駆動部１１に対して、駆動信号を常時Ｌｏｗにするように指示するステップである。これにより、駆動部１１は、図３に示すように、スイッチング素子１１が常時オフとなるフルオフ状態になるよう、入力されるＰＷＭ信号に依存することなく常時Ｌｏｗの駆動信号を出力する。フルオフ動作では、スイッチング素子１１への通電が停止され、言うまでもなくスイッチングも行われないので、電気的な発熱はない。

次いで、ステップＳ１０９が実行される。ステップＳ１０９は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ｃとを比較するステップである。例えば、温度Ｔｊが閾値Ｃ以上である場合（Ｔｊ≧Ｃ）は、ステップＳ１０９はＹＥＳ判定となり、再びステップＳ１０８に戻ってフルオフ動作を継続する。フルオフ動作の継続によって温度Ｔｊが低下せず、Ｔｊ≧Ｃが成立し続けるようであれば、スイッチング素子１１の置かれた環境の環境温度が仕様温度を超えている虞があるため、その旨を運転者等に報知するようにシステムを構成することが好適である。

一方、温度ＴｊがＣを下回ればステップＳ１０９はＮＯ判定となり、再びステップＳ１０１に戻って通常動作を再開する。すなわち、本実施形態における過熱保護装置１００は、温度ＴｊがＢに達した後は、Ｃを下回るまでフルオフ動作を継続する。そして、温度Ｔｊが閾値Ｃを下回ればスイッチング素子１１の動作モードを通常動作に復帰させる。なお、本実施形態では、温度ＴｊがＢに到達後にＡまで低下しても通常動作を行うことなくフルオフ動作を継続する。このため、閾値Ａを境界にしてフルオフ動作と通常動作とを頻繁に繰り返してしまうチャタリングを抑制することができる。

なお、時刻ｔ２〜時刻ｔ３におけるフルオフ動作が特許請求の範囲に記載のフルオフ動作に相当し、時刻ｔ３〜時刻ｔ４のフルオフ動作は第２発熱抑制動作に相当する。すなわち、本実施形態における第２発熱抑制動作はフルオフ動作に等しい。

以上記載したように、本実施形態における過熱保護装置１００では、スイッチング素子１１の温度Ｔｊの温度上昇にともなって、閾値Ａ以上であれば、スイッチング損失に起因する発熱を考慮して、動作モードを通常動作から第１発熱抑制動作、すなわちフルオン動作に移行する。また、さらに温度Ｔｊが上昇して閾値Ｂ以上となるようであれば、環境温度が過剰に高温、あるいはスイッチングに依存しない通電による発熱であることを考慮してフルオフ動作に移行する。つまり、この過熱保護装置１００は発熱原因に応じた過熱保護を可能にしている。

（変形例）
第１実施形態では、ステップＳ１０５のフルオン動作の後ステップＳ１０３に戻る動作フローについて説明したが、閾値Ｃとの比較を行うステップを挿入しても良い。

具体的には、図４に示すように、ステップＳ１０５が実行された後、ステップＳ１０６が実行される。ステップＳ１０６は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ｃとを比較するステップである。例えば、温度Ｔｊが閾値Ｃを下回っている場合（Ｔｊ＜Ｃ）は、ステップＳ１０６はＮＯ判定となり、この動作フローは再びステップＳ１０１に戻って通常動作を継続する。

なお、ステップＳ１０５においてスイッチング素子１１がフルオン動作に入り、それに伴って温度Ｔｊが閾値Ｃを下回るならば、温度Ｔｊが閾値Ａ以上となった原因はスイッチング損失にあると推察される。ステップＳ１０６の後、スイッチング素子１１の駆動モードは通常動作に戻るが、運転者等に対して異常を報知するようにシステムを構成するとより好適である。

一方、図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２のように、Ｔｊ≧Ｃを満たすときにはステップＳ１０６はＹＥＳ判定となり、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ａとを比較するステップである。ここで、Ｔｊ＜Ａ、すなわちＣ≦Ｔｊ＜ＡであればステップＳ１０７はＮＯ判定となりステップＳ１０５に戻ってフルオン動作を継続する。一方、フルオン動作を経てもＴｊ≧Ａを満たす場合には、ステップＳ１０４に戻る。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態およびその変形例と比較して第１発熱抑制動作の態様が異なる例について説明する。本実施形態における保護回路部２２は、図５に示すように、スイッチング素子１１の温度Ｔｊが、閾値Ａよりも低温の状態から閾値Ａ以上の温度に昇温するに伴ってフルオン動作に移行する回数をカウントするカウンタ２２ａを有している。この過熱保護装置１００は、カウンタ２２ａのカウントした回数Ｎに応じて第１発熱抑制動作における駆動信号を制御するものである。

具体的な動作フローについて図６および図７を参照して説明する。なお、図６に示すステップＳ２０１〜ステップＳ２０４は、第１実施形態におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０４と同一であるからその説明を省略する。また、スイッチング素子１１の温度Ｔｊが閾値Ｂ以上である場合、すなわちステップＳ２０４がＹＥＳ判定の場合の動作であるステップＳ２０８およびステップＳ２０９も、それぞれステップＳ１０８およびステップＳ１０９と同一であるから説明を省略する。

例えば、図７における時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２のように、スイッチング素子１１の温度ＴｊがステップＳ２０３においてＹＥＳ判定とされ、ステップＳ２０４においてＮＯ判定される場合（Ａ≦Ｔｊ＜Ｂ）において、ステップＳ２０５が実行される。ステップＳ２０５は第１実施形態におけるステップＳ１０５と同様に、保護回路部１２が駆動部１１に対して、駆動信号を常時Ｈｉｇｈにするように指示するステップである。つまり、スイッチング素子１１はフルオン動作となる。

次いで、ステップＳ２０６が実行される。ステップＳ２０６は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ａとを比較するステップである。Ｔｊ≧Ａを満たすときにはステップＳ２０６がＹＥＳ判定となり、ステップＳ２０４に戻る。ここで温度Ｔｊが閾値Ｂ以上となる場合には、発熱の原因はスイッチング損失ではないことが疑われるのでステップＳ２０８に進んでフルオフ動作となる。

一方、Ｔｊ＜Ａを満たす場合には、ステップＳ２０６はＮＯ判定となりステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０に進むことは、図７の時刻ｔ２１〜時刻ｔ２２に示すように、通常動作からフルオン動作に移行することによってスイッチング素子１１の加熱が停止し、温度Ｔｊが低下傾向に移行したことを意味している。そして、時刻ｔ２２においてＴｊ＜Ａを満たすと、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０は、保護回路部２２が、後述するカウント数Ｎに応じて駆動信号の周波数を低下させるように駆動部２１に指示するステップである。具体的には、図７における時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５または時刻ｔ２６以降のように、ＥＣＵ２００から駆動部２１に入力されるＰＷＭ信号と駆動信号の一部のエッジを一致させず、一部のパルスに歯抜けを生じさせるように駆動信号を生成するように駆動部２１に指示する。ステップＳ２１０により、例えば時刻ｔ２４〜時刻ｔ２５における駆動信号は通常動作に較べて周波数が１／２となっている。また、例えば時刻ｔ２６以降における駆動信号は通常動作に較べて周波数が１／３となっている。換言すれば、このステップは、パルスにおけるＨｉｇｈ期間の時間を変更することなくデューティ比を小さくするステップである。

なお、本実施形態においては、初めてステップＳ２１０を実行する場合（Ｎ＝０ｘ００）では周波数を変更せず、ステップＳ２１１に進む。なお、後述するステップＳ２１３によってカウント数Ｎがインクリメントされる。

ステップＳ２１１は、駆動部２１が、ステップＳ２１０において変更された周波数を以って駆動信号を出力するステップである。これにより、図７における時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３のように、駆動部２１はスイッチング素子１１のフルオン動作を解除してパルス動作に移行する。上記したように、初めてステップＳ２１０を経た後は駆動信号の周波数は通常動作と同一である。

次いで、ステップＳ２１２が実行される。ステップＳ２１２は、保護回路部２２が、温度Ｔｊと閾値Ａとを比較するステップである。図７における時刻ｔ２２〜時刻ｔ２３のように、Ｔｊ＜Ａを満たせばステップＳ２１２はＮＯ判定であり、ステップＳ２１１に戻ってパルス動作を継続する。一方、パルス動作の間に発熱し、時刻ｔ２３のようにＴｊ≧Ａを満たすとステップＳ２１２はＹＥＳ判定となり、ステップＳ２１３に進む。なお、ステップＳ２１２がＹＥＳ判定になるのは、スイッチング損失がスイッチング素子１１の過熱の原因である場合が推察される。

ステップＳ２１３は、保護回路部２２におけるカウンタ２２ａが上述のカウント数Ｎをインクリメントするステップである。ここでカウントアップされたカウント数Ｎに応じて、ステップＳ２１０においてパルス動作の周波数が決定される。ステップＳ２１３の後に再びステップＳ２０４に戻る。

カウント数Ｎが大きくなることは、パルス動作による発熱量の増加と、フルオン動作による発熱量の減少とが繰り返される状態であることを意味している。このため、本実施形態のように、カウント数Ｎの増加に伴ってパルス動作の周波数を小さくすることにより、負荷を完全に停止させることなくスイッチング素子１１の発熱量を可能な限り抑制することができる。例えば負荷が車載のライトである場合には、ライトを消灯してしまうことなく発熱量を抑制することができる。これによれば、運転者は、素子モジュール１０の交換の際に、夜間であってもライトが消灯されてしまうこと無くディーラー等に持ち込むことができる。

なお、図６においては、カウント数Ｎが１増加するごとにパルス動作の周波数を小さくするような例を示したが、周波数のカウント数Ｎに対する減少率は任意である。カウント数Ｎが２増加するごとに周波数を再設定しても良いし、減少率がカウント数Ｎに対して非線形に変化しても良い。また、所定のカウント数Ｎを超えた場合にはフルオフ動作に移行するようにしても良い。

本実施形態において、ステップＳ２０５、ステップＳ２０６およびステップＳ２１０〜ステップＳ２１３を含むループに係る動作が、特許請求の範囲に記載の第１発熱抑制動作に相当する。ステップＳ２０８におけるフルオフ動作が特許請求の範囲に記載のフルオフ動作である。また、本実施形態における第２発熱抑制動作に相当する動作は、第１実施形態と同様にフルオフ動作を継続する動作である。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態と比較して第１発熱抑制動作の態様が異なる例について説明する。なお、本実施形態における過熱保護装置１００の構成要素は第１実施形態と同一であり制御方法のみが異なる。

図８および図９を参照して、本実施形態にかかる過熱保護装置１００の動作フローについて説明する。なお、図８に示すステップＳ３０１〜ステップＳ３０４は、第１実施形態におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０４と同一であるからその説明を省略する。また、スイッチング素子１１の温度Ｔｊが閾値Ｂ以上である場合、すなわちステップＳ３０４がＹＥＳ判定の場合の動作であるステップＳ３０８およびステップＳ３０９も、それぞれステップＳ１０８およびステップＳ１０９と同一であるから説明を省略する。

スイッチング素子１１の温度ＴｊがステップＳ３０３においてＹＥＳ判定とされ、ステップＳ３０４においてＮＯ判定される場合（Ａ≦Ｔｊ＜Ｂ）において、ステップＳ３１０が実行される。ステップＳ３１０は、保護回路部２２が取得される温度Ｔｊに応じて駆動信号の周波数を低下させるように駆動部２１に指示するステップである。具体的には、図９における時刻ｔ３１以降のように、ＥＣＵ２００から駆動部２１に入力されるＰＷＭ信号と駆動信号の一部のエッジを一致させず、一部のパルスに歯抜けを生じさせるように駆動信号を生成するように駆動部２１に指示する。そして、ステップＳ３１１において、保護回路部２２の指示に従って駆動部２１がスイッチング素子１１をパルス動作させる。

本実施形態では、閾値Ａよりも大きく閾値Ｂよりも小さい新たな閾値Ａ１〜Ａ３が設定されている。閾値Ａ１〜閾値Ａ３はＡ＜Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ｂの関係にある。時刻ｔ３１以前はＴｊ＜ＡなのでステップＳ３０３がＮＯ判定となり通常動作を行う。一方、時刻ｔ３１〜時刻ｔ３２ではＡ≦Ｔｊ＜Ａ１であるからステップＳ３０３はＹＥＳ判定であり、ステップＳ３１０において駆動信号の周波数が通常駆動に対して１／２になるように調整される。なお、本実施形態おいて周波数を小さくするとは、パルスにおけるＨｉｇｈ期間の時間を変更することなくデューティ比を小さくすることを意味している。また、時刻ｔ３２〜時刻ｔ３３ではＡ１≦Ｔｊ＜Ａ２なので駆動信号の周波数が通常動作に対して１／３に調整されている。同様に、時刻ｔ３３以降ではＡ２≦Ｔｊ＜Ａ３なので駆動信号の周波数が通常動作に対して１／３に調整されている。図９に示すように、スイッチング素子１１の駆動周波数が低下するほど素子１１の温度Ｔｊの増加割合も小さくなる。

その後、ステップＳ３０３に戻る。ステップＳ３１０およびステップＳ３１１においてスイッチング素子１１の駆動周波数が低下したことによって素子温度Ｔｊが閾値Ａを下回ればステップＳ３０３はＮＯ判定となり通常動作に戻る。一方、周波数の低下によってもスイッチング素子１１の温度がＴｊ≧Ｂを満たしてしまう場合にはステップＳ３０８に進んでフルオフ動作となる。

本実施形態における過熱保護装置１００も、第２実施形態と同様に、負荷を完全に停止させることなくスイッチング素子１１の発熱量を可能な限り抑制することができる。

本実施形態において、ステップＳ３１０およびステップＳ３１１を含むループに係る動作が、特許請求の範囲に記載の第１発熱抑制動作に相当する。ステップＳ３０８におけるフルオフ動作が特許請求の範囲に記載のフルオフ動作である。また、本実施形態における第２発熱抑制動作に相当する動作は、第１実施形態と同様にフルオフ動作を継続する動作である。

（第４実施形態）
本実施形態における過熱保護装置１００は、図１０に示すように、駆動部２１が、駆動信号のドライバビリティを変更することのできるドライバビリティ変更部２１ａを有している。通常、駆動信号たるゲート電圧は、ラジオノイズを抑制するために、立ち上がり時間（Ｔｒ）と立ち下がり時間（Ｔｆ）を意図的に一定時間確保するように設定されている。ただし、ＴｒおよびＴｆを長く設定するとスイッチング損失が増大する。すなわち、ラジオノイズの発生とスイッチング損失はトレードオフの関係にある。

本実施形態における保護回路部２２は、温度検出部１２が検出する温度が閾値Ａ以上となる場合において、図１１に示すように、駆動信号のドライバビリティを変更し、ＴｒおよびＴｆをより短くなるようにする。これによれば、スイッチング損失に起因する発熱量を抑制することができる。

なお、本実施形態に係るドライバビリティ変更部２１ａは、スイッチング素子１１の温度Ｔｊが閾値Ａ以上となる第１発熱抑制動作においてスイッチング動作が行われることが想定される第２および第３実施形態と組み合わせて実施すると効果的である。

ドライバビリティ変更部２１ａの構成は、スイッチング素子１１のゲート電極に接続されたチャージポンプへの充電電流値を変更するものを採用することができるが、この方法に限定されるものではない。ダンピング抵抗や容量を用いてＴｒおよびＴｆを調整しても良い。

（第５実施形態）
上記した各実施形態では、動作フロー中において閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃと比較する温度について、スイッチング素子１１の近傍に設置された温度検出部１２によって検出された素子温度Ｔｊを対象とする例について説明した。しかしながら、閾値Ａ〜Ｃの比較対象としての温度は必ずしも素子温度Ｔｊでなくても良い。

図１２に示すように、本実施形態における過熱保護装置１１０は、過熱保護装置１１０の置かれた環境の温度Ｔａを検出する第２の温度検出部２３を備えている。本実施形態における第２の温度検出部２３は回路基板２０に実装されている。なお、特許請求の範囲に記載の温度検出部とは、第〜第４実施形態において説明した、スイッチング素子１１近傍の温度を検出する温度検出部または第２の温度検出部２３、あるいはその両方を含むものである。環境温度Ｔａを検出する第２の温度検出部２３は、スイッチング素子１１の温度を間接的に検出している。

保護回路部２２は、温度検出部１２，２３が検出する素子温度Ｔｊあるいは環境温度Ｔａに基づいて、例えば第１〜第４実施形態において説明した動作フローを実行する。閾値Ａ〜Ｃの比較対象としての温度は、素子温度Ｔｊを環境温度Ｔａに変えても良いが、とくに閾値Ｂとの比較においては素子温度Ｔｊを採用することが好ましい。これは、一般に環境温度Ｔａは素子温度Ｔｊよりも低いため、スイッチング素子１１の熱破壊を防止するために安全側の温度を採用することが好ましいからである。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態において、温度ＴｊあるいはＴａが閾値Ｂに到達後、閾値Ａを下回った後も閾値Ｃ未満に低下するまでは、第２発熱抑制動作として、フルオフ動作を継続する例について説明したが、フルオフ動作のみに限定されるものではない。例えば、フルオフ動作の後、温度ＴｊあるいはＴａが閾値Ａと閾値Ｃとの間の温度領域にあるとき、間欠的に通常動作と同一のパルス動作を再開しても良い。このパルス動作により温度の低下速度が所定の速度よりも遅くなるならば、温度ＴｊあるいはＴａの過熱がスイッチング損失に起因する虞があるためフルオフ動作を継続することが好ましい。一方、通常動作と同一の間欠的なパルス動作を実行しても温度の低下速度が所定の速度よりも遅くならないならば、過熱の原因は環境にあることが想定されるので、温度ＴｊあるいはＴａが閾値Ｃに至る前に通常動作を再開するようにしても良い。

また、保護回路部２２が、温度ＴｊあるいはＴａとして閾値Ａ以上の温度が検出されたこと、および、閾値Ｂ以上の温度が検出されたことをＥＣＵ２００あるいは外部の表示装置等に報知するようにすると良い。これによれば、ＥＣＵ２００はこの報知を受けてダイアグ動作を実行することができる。また、運転者は、この報知を修理の対応などに活用することができる。

また、上記した各実施形態では、スイッチング素子１１と温度検出部１２とが配置された素子モジュール１０と、駆動部２１と保護回路部２２とが配置された回路基板２０とを別体として備える過熱保護装置１００，１１０について説明したが、スイッチング素子１１、温度検出部１２，２３、駆動部２１、および保護回路部２２が同一基板に形成されていても良い。

また、保護回路部２２はＥＣＵ２００の内部に構成されていても良い。このような構成の場合には、温度検出部１２，２３により検出された温度の情報はＥＣＵ２００に入力され、温度ＴｊあるいはＴａに基づいた指示がＥＣＵ２００から駆動部２１に出力される。

１０…素子モジュール，１１…スイッチング素子，１２…温度検出部，２０…回路基板，２１…駆動部，２２…保護回路部，２３…第２の温度検出部，１００，１１０…過熱保護装置，２００…ＥＣＵ，３００…負荷，４００…電源

Claims

電源（４００）から負荷（３００）に供給される駆動電流をパルス幅変調により制御するスイッチング素子（１１）と、
前記スイッチング素子の駆動を制御する駆動部（２１）と、
前記スイッチング素子の温度を直接的あるいは間接的に検出する温度検出部（１２，２３）と、
前記温度検出部により検出された前記温度に基づいて前記駆動部の駆動方式を変更する保護回路部（２２）と、を備え、
前記保護回路部は、温度に関する所定の閾値Ａと、閾値Ａよりも高く設定された閾値Ｂと、閾値Ａよりも低く設定された閾値Ｃを予め有し、
前記温度検出部により検出された前記温度がＡ未満のとき、前記パルス幅変調による通常動作をさせ、
前記温度がＡ以上Ｂ未満のとき、前記スイッチング素子の自己発熱を抑制する第１発熱抑制動作をさせ、
前記温度がＢ以上のとき、前記スイッチング素子を停止するフルオフ動作をさせ、
前記温度がＢ以上の状態から低下してＡを下回り、且つＣ以上のとき、前記スイッチング素子への通電による発熱を抑制する第２発熱抑制動作をさせ、
前記第１発熱抑制動作は、前記スイッチング素子を常時オンにするフルオン動作であり、
前記保護回路部は前記温度が閾値Ａ未満の状態からＡ以上に上昇するのに伴ってフルオン動作に移行する回数をカウントするカウンタ（２２ａ）を備え、前記回数の増加にともなって、前記第１発熱抑制動作における駆動周波数を小さくする過熱保護装置。
前記第１発熱抑制動作は、前記温度が高いほど、前記通常動作に較べて駆動周波数を小さくする動作である請求項１に記載の過熱保護装置。
前記第１発熱抑制動作において、パルスにおける立ち上がりと立ち上がりを、前記通常動作に較べて急峻にする請求項１または２に記載の過熱保護装置。
前記第２発熱抑制動作は、前記フルオフ動作を継続して前記スイッチング素子を停止する動作である請求項１〜３のいずれか１項に記載の過熱保護装置。
前記第２発熱抑制動作において、間欠的に前記通常動作が実行される請求項４に記載の過熱保護装置。