JP7302383B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、負荷駆動装置に関する。

特許文献１は、負荷駆動装置を開示する。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開平２－３０８６２１号公報

特許文献１の負荷駆動装置は、ゲートが２つに分割されたＭＯＳＦＥＴを備える。駆動部は、分割されたゲートに、閾値電圧以上の所定の駆動電圧を順次印加する。駆動部は、ＭＯＳＦＥＴ領域１のゲートに駆動電圧を印加し、ＭＯＳＦＥＴの温度が設定温度（１５０℃）を超えると、ＭＯＳＦＥＴ領域２のゲートにも駆動電圧を印加する。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、パワーモジュールにはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、素子面積を縮小できる負荷駆動装置を提供することにある。

ここに開示された負荷駆動装置は、
オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
負荷の駆動状態を検出する検出部（４０）と、
を備え、
駆動部は、検出部により検出される負荷の駆動状態が所定状態よりも高い高負荷状態の場合に、所定状態以下である低負荷状態よりも駆動電圧を高くし、
検出部は、スイッチング素子の素子温度を検出し、
駆動部は、素子温度が所定温度よりも高い場合に、所定温度以下の場合よりも駆動電圧を高くする。

開示された負荷駆動装置によると、素子温度が高い状態、つまり負荷の高負荷状態において高い駆動電圧を印加し、素子温度が低い状態、つまり低負荷状態において低い駆動電圧を印加する。よって、高い信頼性と、素子面積の縮小とが実現される。
開示された他の負荷駆動装置は、
オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
電源の電圧を検出する検出部（４０）と、
を備え、
駆動部は、検出部により検出される電源の電圧が所定電圧よりも高い場合に、所定電圧以下の場合よりも駆動電圧を高くする。

開示された他の負荷駆動装置は、
オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
スイッチング素子の温度、スイッチング素子の周囲の温度、およびスイッチング素子の温度とスイッチング素子の周囲の温度の両方、のいずれかを検出する検出部（４０）と、
を備え、
駆動部は、検出部により検出される温度が所定温度よりも高い場合に、所定温度以下の場合よりも駆動電圧を高くする。

開示された負荷駆動装置によると、高温において高い駆動電圧を印加し、低温において低い駆動電圧を印加する。よって、高い信頼性と、素子面積の縮小とが実現される。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る負荷駆動装置を示す回路図である。 駆動電圧の切り替えを示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係る負荷駆動装置を示す回路図である。 駆動電圧の切り替えを示すタイミングチャートである。 変形例を示す図である。 第３実施形態に係る負荷駆動装置を示す回路図である。 駆動電圧の切り替えを示すタイミングチャートである。 第４実施形態に係る負荷駆動装置を示す回路図である。 負荷駆動装置のチップ構成を示す平面図である。

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、負荷駆動装置の回路構成について説明する。

＜負荷駆動装置の回路構成＞
図１に示す負荷駆動装置１０は、車両ヘッドライトなどのランプ、ヒータ、モータなどの負荷５に用いられる。負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０と、駆動回路３０と、検出回路４０を備えている。

ＭＯＳＦＥＴ２０は、オンすることで電源から負荷５へ電力を供給し、オフすることで電力の供給を遮断する。ＭＯＳＦＥＴ２０は、負荷５への電力供給ラインに設けられており、負荷５に対して直列接続されている。本実施形態では、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ２０を採用し、負荷５に対してハイサイド側に配置されている。ＭＯＳＦＥＴ２０とグランド（ＧＮＤ）との間に負荷５が配置されている。ＭＯＳＦＥＴ２０のソースは負荷５に接続され、ドレインは電源電圧ＶＢが入力される電源端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２０が、ゲート駆動形のスイッチング素子に相当する。

駆動回路３０には、入力端子を介して駆動信号（駆動指令）が入力される。駆動回路３０は、駆動信号に基づいて駆動電圧を生成し、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに出力する。駆動回路３０は、駆動電圧により、ＭＯＳＦＥＴ２０を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動信号は、たとえば、負荷駆動装置１０とともに図示しないＥＣＵを構成するマイコン（マイクロコンピュータ）から供給される。マイコンは、駆動信号として、ＰＷＭ信号を出力する。ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略称である。ＰＷＭは、Pulse Width Modulationの略称である。駆動回路３０が、駆動部に相当する。

駆動回路３０は、駆動電圧を切り替え可能に構成されている。駆動回路３０は、チャージポンプ回路３１と、クランプ回路３２と、ゲートドライバ３３を有している。チャージポンプ回路３１は、電源電圧ＶＢを昇圧して出力する回路である。チャージポンプ回路は、図示しないコンデンサ、ダイオード、発振回路などを備えて構成されている。

クランプ回路３２は、チャージポンプ回路３１から出力される昇圧電圧ＶＣＰを、所定電圧にクランプする。この所定電圧が、ゲートドライバ３３に供給される。クランプ回路３２は、所定電圧を切り替え可能に構成されている。クランプ回路３２は、電源電圧ＶＢが入力される電源端子と、チャージポンプ回路３１とゲートドライバ３３とをつなぐ電源線との間に設けられている。本実施形態では、クランプ回路３２が、複数のツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２と、切替スイッチＳＷと、複数のダイオードＤ１、Ｄ２を備えている。

電源端子と電源線との間に、電源端子側からツェナーダイオードＺＤ１、ツェナーダイオードＺＤ２、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２の順に配置されて、直列回路が形成されている。ツェナーダイオードＺＤ１が電源端子に接続され、ダイオードＤ２が電源線に接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１、ツェナーダイオードＺＤ２は、電源線から電源端子の方向が逆方向となるように配置されており、ダイオードＤ１、Ｄ２は、電源線から電源端子の方向が順方向となるように配置されている。

切替スイッチＳＷは、ツェナーダイオードＺＤ１に対して並列接続されている。本実施形態では、切替スイッチＳＷとして、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。切替スイッチＳＷのソースが電源端子に接続され、ドレインがツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２の接続点に接続されている。ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧Ｖｆは、互いに略等しい値（約０．７Ｖ）である。ツェナーダイオードＺＤ１、ＺＤ２のツェナー電圧は、互いに略等しい値（約８Ｖ）である。切替スイッチＳＷがオンの状態において、クランプ回路３２は、昇圧電圧ＶＣＰを、第１の所定電圧である約９．５Ｖにクランプする。一方、切替スイッチＳＷがオフの状態において、クランプ回路３２は、昇圧電圧ＶＣＰを、第２の所定電圧である約１７．５Ｖにクランプする。

ゲートドライバ３３は、駆動電圧を生成してＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに出力する回路である。ゲートドライバ３３は、クランプ電圧に応じた駆動電圧を出力する。ゲートドライバ３３の出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ２２のゲートに電気的に接続されている。ゲートドライバ３３は、駆動電圧生成回路と称されることがある。

検出回路４０は、負荷５の駆動状態を検出する。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０の温度、すなわち素子温度を検出する。ＭＯＳＦＥＴ２０がオンすることで、負荷５に電流が流れる。よって、素子温度は、負荷５の駆動状態に応じた温度となる。素子温度は、負荷５の駆動状態の相関値である。検出回路４０は、感温ダイオード４１と、定電流源４２と、コンパレータ４３を有している。検出回路４０は、感温ダイオード４１の順方向電圧に基づいて、素子温度を検出し、高負荷か否かを判定する。検出回路４０が、検出部に相当する。

感温ダイオード４１は、ＭＯＳＦＥＴ２０と同じ半導体チップ（ＭＯＳチップ）に形成されている。感温ダイオード４１は、ＭＯＳＦＥＴ２０の温度を検出する。負荷駆動装置１０を構成する他の要素、すなわちＭＯＳＦＥＴ２０および感温ダイオード４１以外の要素は、ＭＯＳチップとは別のＩＣチップ（ＡＳＩＣ）に形成されている。定電流源４２は、感温ダイオード４１に対して一定の電流を供給する。感温ダイオード４１は、カソードをグランド側にして接続されている。

コンパレータ４３の反転入力端子には、感温ダイオード４１のアノードが接続されている。非反転入力端子には、参照電圧が入力される。感温ダイオード４１の順方向電圧Ｖｆは、温度が低いほど大きくなり、温度が高いほど小さくなる。コンパレータ４３は、温度が低いとＬレベルの信号を出力し、温度が高いとＨレベルの信号を出力する。切替スイッチＳＷのオン、オフは、コンパレータ４３の出力に応じて切り替えられる。なお、コンパレータ４３の出力端子と切替スイッチＳＷとの間に、バッファを設けてもよい。

＜駆動電圧の切り替え＞
次に、図２に基づき、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに印加される駆動電圧の切り替えについて説明する。ここでは、便宜上、第１の所定電圧（約９．５Ｖ）を１０Ｖと示し、第２の所定電圧（約１７．５Ｖ）を２０Ｖと示す。

図２は、感温ダイオード４１により検出されるＭＯＳＦＥＴ２０の温度（素子温度）と、駆動電圧との関係を示している。駆動電圧は、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートーソース間の電圧（Ｖｇｓ）である。上記したコンパレータ４３の参照電圧は、ＭＯＳＦＥＴ２０の閾値温度（図２では１３０℃）に対応する電圧値である。

ＭＯＳＦＥＴ２０の温度の上昇にともない、感温ダイオード４１の順方向電圧Ｖｆは小さくなる。時刻Ｔ１において、ＭＯＳＦＥＴ２０の温度が所定の閾値温度（１３０℃）を上回る。すなわち、順方向電圧Ｖｆは参照電圧を下回る。これにより、コンパレータ４３の出力信号がＬレベルからＨレベルに切り替わる。Ｈレベルの信号がゲートに入力されて切替スイッチＳＷがオンし、クランプ電圧が１０Ｖから２０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が２０Ｖに切り替わる。

時間の経過によりＭＯＳＦＥＴ２０の温度が低下する。温度の低下にともない、順方向電圧Ｖｆは大きくなる。時刻Ｔ２において、温度が閾値温度以下になると、順方向電圧Ｖｆは参照電圧以上になる。これにより、コンパレータ４３の出力信号がＨレベルからＬレベルに切り替わる。Ｌレベルの信号がゲートに入力されて切替スイッチＳＷがオフし、クランプ電圧が２０Ｖから１０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が１０Ｖに切り替わる。

＜第１実施形態のまとめ＞
通常、周囲温度が最大、且つ、負荷が最大の条件において、ジャンクション温度の最大値Ｔｊｍａｘが所定温度（たとえば１５０℃）以下になるように、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗を設計、または、選定する。しかしながら、オン抵抗が低いほど、チップサイズが大きくなり、コストも高くなる。

また、ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）をオン駆動する際、所望のオン抵抗が得られるように、駆動電圧として所定電圧以上の値を印加する。駆動電圧の値が大きいほど、オン抵抗を低くすることができる。しかしながら、高い駆動電圧は、ゲート酸化膜の劣化をもたらす。長期信頼性を確保するために、過度に高い駆動電圧を印加することができない。

これに対し、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０をオン駆動させる駆動電圧を、高い一定の値とするのではなく、素子温度に応じて切り替える。素子温度が高い状態、すなわち負荷５の駆動状態が高負荷状態において、素子温度が低い状態、すなわち低負荷状態よりも駆動電圧を高くする。このように、ＭＯＳＦＥＴ２０が高温時のみ駆動電圧を高くしてオン抵抗を低くし、低温時には駆動電圧を低くする。よって、損失を低減しつつ、ＭＯＳチップの面積（素子面積）を縮小することができる。また、一時的に駆動電圧を高めるため、ゲート酸化膜の劣化を抑制し、ひいてはＭＯＳＦＥＴ２０の信頼性を高めることができる。

なお、ジャンクション温度が最大値付近、たとえば上記した閾値温度（１３０℃）以上になるのは、累積時間として限られている。市場での出現時間の割合は、たとえば１３０℃未満が９９％程度、１３０℃以上が１％程度である。このように、限られた期間（ごく一部の期間）においてのみ駆動電圧を高め、それ以外の期間（大部分の期間）において駆動電圧を低くするため、ＭＯＳＦＥＴ２０の信頼性を高めることができる。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、負荷の駆動状態の相関値として素子温度の例を示した。これに代えて、駆動電流の値を用いてもよい。

＜負荷駆動装置の回路構成＞
図３は、本実施形態に係る負荷駆動装置１０を示している。この負荷駆動装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０および検出回路４０の構成が先行実施形態とは異なる。負荷駆動装置１０は、フィードバック回路６０をさらに備えている。

ＭＯＳＦＥＴ２０は、メイン素子２０ｍと、センス素子２０ｓを有している。メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓは、同一の半導体チップ（ＭＯＳチップ）に形成されている。メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓは、互いに同一構造である。メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓは、互いに並列接続されている。メイン素子２０ｍをメインＭＯＳ、センス素子２０ｓをセンスＭＯＳと称することがある。

メイン素子２０ｍ、すなわちＭＯＳＦＥＴ２０がオンすると、電流Ｉｏｕｔが負荷５に流れる。これにより、負荷５が駆動する。よって、電流Ｉｏｕｔを、駆動電流、負荷電流と称することがある。メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓは、電流Ｉｏｕｔと、センス素子２０ｓに流れる電流Ｉｓとの比、すなわちセンス比（＝Ｉｏｕｔ／Ｉｓ）が所定の電流比となるように設計されている。メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓとは、それぞれのセルの面積比がセンス比に対応する比となるように設計されている。

センス素子２０ｓのゲートも、ゲートドライバ３３の出力端子に電気的に接続されている。メイン素子２０ｍおよびセンス素子２０ｓそれぞれのゲートには、駆動回路３０（ゲートドライバ３３）から駆動電圧が入力される。これにより、メイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓは、同じタイミングでオン駆動し、同じタイミングでオフ駆動する。センス素子２０ｓのドレインも、電源電圧ＶＢが入力される電源端子に接続されている。センス素子２０ｓのソースは、フィードバック回路６０のスイッチ６２および電流検出抵抗４４を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

検出回路４０は、電流検出抵抗４４と、コンパレータ４５と、バッファ４６を有している。電流検出抵抗４４は、センス素子２０ｓとグランド（ＧＮＤ）との間に設けられている。電流検出抵抗４４は、センス素子２０ｓに流れる電流を検出するための抵抗である。電流検出抵抗４４は、センス素子２０ｓに対して直列接続されている。電流検出抵抗４４の両端電圧は、電流Ｉｓの相関値である。コンパレータ４５は、電流検出抵抗４４の両端電圧と参照電圧とを比較し、その比較結果をバッファ４６を介して切替スイッチＳＷのゲートに出力する。参照電圧は、たとえばコンパレータ４５の出力に基づいて切り替え可能に構成されている。

コンパレータ４５の非反転入力端子には、スイッチ６２と電流検出抵抗４４との接続点が接続され、反転入力端子には参照電圧が入力される。負荷５が高負荷になると、メイン素子２０ｍに流れる電流が大きくなる。よって、センス素子２０ｓに流れる電流Ｉｓも大きくなる。電流Ｉｓが大きくなると接続点の電位が上昇する。コンパレータ４５は、電流Ｉｓが小さいとＬレベルの信号を出力し、電流Ｉｓが大きいとＨレベルの信号を出力する。切替スイッチＳＷのオン、オフは、コンパレータ４５の出力に応じて切り替えられる。

フィードバック回路６０は、メイン素子２０ｍのソースの電位とセンス素子２０ｓのソースの電位を揃えるように動作する。フィードバック回路６０は、オペアンプ６１と、スイッチ６２を有している。オペアンプ６１は、たとえば電源電圧ＶＢが供給されて動作する。オペアンプ６１の入力端子のひとつには、センス素子２０ｓのソースが接続されている。入力端子の他のひとつには、メイン素子２０ｍのソースが接続されている。オペアンプ６１の出力端子は、スイッチ６２に接続されている。本実施形態では、オペアンプ６１の反転入力端子にメイン素子２０ｍのソースが接続され、非反転入力端子にセンス素子２０ｓのソースが接続されている。

スイッチ６２は、センス素子２０ｓと電流検出抵抗４４との間に設けられている。本実施形態では、スイッチ６２としてｎｐｎ型のバイポーラトランジスタを採用している。オペアンプ６１の出力端子は、スイッチ６２のベースに接続されている。スイッチ６２のコレクタはセンス素子２０ｓのソースに接続され、エミッタは電流検出抵抗４４に接続されている。電流検出抵抗４４を含む検出回路４０およびフィードバック回路６０は、駆動回路３０とともにＡＳＩＣ（ＩＣチップ）に形成されている。

＜駆動電圧の切り替え＞
次に、図４に基づき、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに印加される駆動電圧の切り替えについて説明する。図４では、先行実施形態（図２参照）同様、第１の所定電圧（約９．５Ｖ）を１０Ｖと示し、第２の所定電圧（約１７．５Ｖ）を２０Ｖと示している。コンパレータ４５の出力の切り替えにヒステリシスをもたせている。

図４は、駆動電流（Ｉｏｕｔ）と、駆動電圧との関係を示している。コンパレータ４５の参照電圧は、第１閾値電流（たとえば１０Ａ）に対応する電圧値と、第２閾値電流（たとえば９．５Ａ）に対応する電圧値とを切り替えて設定可能である。

負荷５の駆動状態が高くなるにしたがい、駆動電流も大きくなる。時刻Ｔ１１において、駆動電流が第１閾値電流（１０Ａ）を上回ると、コンパレータ４５の出力信号がＬレベルからＨレベルに切り替わる。これにより、切替スイッチＳＷがオンし、クランプ電圧が１０Ｖから２０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が２０Ｖに切り替わる。コンパレータ４５の出力がＨレベルになると、参照電圧が第２閾値電流に対応する電圧値に切り替わる。

時間の経過により、負荷５の駆動状態が低くなるにしたがい、駆動電流が小さくなる。時刻Ｔ１２において、駆動電流が第２閾値電流以下になると、コンパレータ４５の出力信号がＨレベルからＬレベルに切り替わる。これにより、切替スイッチＳＷがオフし、クランプ電圧が２０Ｖから１０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が１０Ｖに切り替わる。コンパレータ４５の出力がＬレベルになると、参照電圧が第１閾値電流に対応する電圧値に切り替わる。

このように、コンパレータ４５の出力の切り替えにヒステリシスをもたせている。これにより、ひとつの閾値電流（参照電圧）に基づいて、Ｌ→Ｈへの切り替え、および、Ｈ→Ｌへの切り替えを行う構成に較べて、ノイズを抑制することができる。

＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０をオン駆動させる駆動電圧を、負荷５を流れる駆動電流に応じて切り替える。駆動電流が大きい状態、すなわち負荷５の駆動状態が高負荷状態において、駆動電流が小さい状態、すなわち低負荷状態よりも駆動電圧を高くする。このように、高負荷時のみ駆動電圧を高くしてオン抵抗を低くし、低負荷時には駆動電圧を低くする。よって、先行実施形態同様、損失を低減しつつ、ＭＯＳチップの面積（素子面積）を縮小することができる。また、一時的に駆動電圧を高めるため、ゲート酸化膜の劣化を抑制し、ひいてはＭＯＳＦＥＴ２０の信頼性を高めることができる。

コンパレータ４５の出力の切り替えにヒステリシスをもたせる例を示したが、これに限定されない。ヒステリシスをもたせなくてもよい。また、他の実施形態に示した構成において、ヒステリシスをもたせてもよい。たとえば第１実施形態において、２つの閾値温度を設けてもよい。

電流検出方式は、上記した例に限定されない。フィードバック回路６０を備えず、電流検出抵抗をメイン素子２０ｍとセンス素子２０ｓとのソース間に設け、電流検出抵抗の両端電圧と参照電圧とをコンパレータにて比較する構成としてもよい。

駆動電圧の変化は、上記した例に限定されない。たとえば図５に示す変形例のように、時刻Ｔ２１において、駆動電流が閾値電流（１０Ａ）を上回ると、駆動電圧が１０Ｖから２０Ｖに向けて上昇を開始する。駆動電圧は徐々に上昇し、時刻Ｔ２１から所定時間経過後に２０Ｖに達する。また、時刻Ｔ２２において、駆動電流が閾値電流以下になると、駆動電圧が２０Ｖから１０Ｖに向けて降下を開始する。駆動電圧を徐々に降下し、時刻Ｔ２２から所定時間経過後に１０Ｖに達する。このような駆動電圧の切り替えは、他の実施形態において適用してもよい。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。負荷の駆動状態の相関値として、電源電圧ＶＢの値を用いてもよい。

＜負荷駆動装置の回路構成＞
図６は、本実施形態に係る負荷駆動装置１０を示している。負荷駆動装置１０の検出回路４０は、抵抗４７、４８と、コンパレータ４９と、バッファ５０を有している。抵抗４７、４８は、電源電圧ＶＢが入力される端子とグランド（ＧＮＤ）との間に直列に配置されている。抵抗４７、４８の接続点がコンパレータ４９の入力端子のひとつに接続されている。抵抗４７、４８の直列回路は、電源電圧ＶＢを分圧する。分圧値が、コンパレータ４９の非反転入力端子に入力される。

コンパレータ４９は、抵抗分圧された電源電圧の値と参照電圧とを比較し、その比較結果をバッファ５０を介して切替スイッチＳＷのゲートに出力する。電源電圧ＶＢの値は変動する。電源電圧ＶＢが高くなると負荷５の駆動状態は高負荷状態になり、電源電圧ＶＢが低くなると負荷５の駆動状態は低負荷状態になる。コンパレータ４９は、電源電圧ＶＢが低いとＬレベルの信号を出力し、電源電圧ＶＢが高いとＨレベルの信号を出力する。切替スイッチＳＷのオン、オフは、コンパレータ４９の出力に応じて切り替えられる。

＜駆動電圧の切り替え＞
次に、図７に基づき、ＭＯＳＦＥＴ２０のゲートに印加される駆動電圧の切り替えについて説明する。図７では、先行実施形態同様、第１の所定電圧（約９．５Ｖ）を１０Ｖと示し、第２の所定電圧（約１７．５Ｖ）を２０Ｖと示している。

図７は、電源電圧ＶＢと、駆動電圧との関係を示している。コンパレータ４５に入力される参照電圧は、閾値電圧（たとえば１５Ｖ）に対応する電圧値である。

電源電圧ＶＢが高くなるにしたがい、負荷５の駆動状態も高くなる。時刻Ｔ３１において、電源電圧ＶＢが閾値電圧（１５Ｖ）を上回ると、コンパレータ４９の出力信号がＬレベルからＨレベルに切り替わる。これにより、切替スイッチＳＷがオンし、クランプ電圧が１０Ｖから２０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が２０Ｖに切り替わる。

時間の経過により電源電圧ＶＢが低くなる、すなわち負荷５の駆動状態が低くなり、時刻Ｔ３２において、電源電圧ＶＢが閾値電圧以下になると、コンパレータ４９の出力信号がＨレベルからＬレベルに切り替わる。これにより、切替スイッチＳＷがオフし、クランプ電圧が２０Ｖから１０Ｖに切り替わる。よって、駆動電圧が１０Ｖに切り替わる。

＜第３実施形態のまとめ＞
本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ２０をオン駆動させる駆動電圧を、負荷５に電力を供給する電源電圧ＶＢに応じて切り替える。電源電圧ＶＢが高い状態、すなわち負荷５の駆動状態が高負荷状態において、電源電圧ＶＢが低い状態、すなわち低負荷状態よりも駆動電圧を高くする。このように、高負荷時のみ駆動電圧を高くしてオン抵抗を低くし、低負荷時には駆動電圧を低くする。よって、先行実施形態同様、損失を低減しつつ、ＭＯＳチップの面積（素子面積）を縮小することができる。また、一時的に駆動電圧を高めるため、ゲート酸化膜の劣化を抑制し、ひいてはＭＯＳＦＥＴ２０の信頼性を高めることができる。

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

＜負荷駆動装置＞
図８は、本実施形態に係る負荷駆動装置１０の回路構成を示している。負荷駆動装置１０は、第１実施形態に示した負荷駆動装置１０に対して、検出回路４０に、感温ダイオード５１、定電流源５２、コンパレータ５３、およびＯＲゲート５４を追加した構成となっている。

感温ダイオード５１は、図９に示すように、ＡＳＩＣ（ＩＣチップ）１２に形成されている。このように、感温ダイオード５１は、感温ダイオード４１およびＭＯＳＦＥＴ２０が形成されたＭＯＳチップ１１とは別の半導体チップに形成されている。ＡＳＩＣ１２には、上記したように、ＭＯＳＦＥＴ２０および感温ダイオード４１以外の要素、具体的には、駆動回路３０、感温ダイオード４１を除く検出回路４０の要素が形成されている。たとえば、基板１３上に、ＭＯＳチップ１１およびＡＳＩＣ１２が実装されて、負荷駆動装置１０が構成されている。

感温ダイオード５１は、ＭＯＳＦＥＴ２０とは別チップに形成されており、ＭＯＳＦＥＴ２０の周囲の温度（周囲温度）を検出する。定電流源５２は、感温ダイオード５１に対して一定の電流を供給する。感温ダイオード５１は、カソードをグランド側にして接続されている。

コンパレータ５３の反転入力端子には、感温ダイオード５１のアノードが接続されている。非反転入力端子には、参照電圧が入力される。コンパレータ５３は、温度が低いとＬレベルの信号を出力し、温度が高いとＨレベルの信号を出力する。コンパレータ４３の参照電圧（以下、第１参照電圧と示す）と、コンパレータ５３の参照電圧（以下、第２参照電圧と示す）とは、値が異なる。素子温度と比較される第１参照電圧は、先行実施形態同様、ＭＯＳＦＥＴ２０の閾値温度（たとえば１３０℃）に対応する電圧値である。周囲温度はＭＯＳＦＥＴ２０そのものの温度ではないため、周囲温度と比較される第２参照電圧は、閾値温度よりも低い所定温度（たとえば１２０℃）に対応する電圧値である。

コンパレータ４３、５３の比較結果は、ＯＲゲート５４に入力される。ＯＲゲート５４は、コンパレータ４３、５３の少なくとも一方の出力がＨレベルの場合に、Ｈレベルの信号を切替スイッチＳＷのゲートに出力する。これにより、切替スイッチＳＷがオンする。ＯＲゲート５４は、コンパレータ４３、５３の出力がともにＬレベルの場合に、Ｌレベルの信号を切替スイッチＳＷのゲートに出力する。これにより、切替スイッチＳＷがオフする。

＜第４実施形態のまとめ＞
ＭＯＳＦＥＴ２０のジャンクション温度は、負荷５の動作状況、および／または、負荷駆動装置１０の使用環境の影響を受ける。本実施形態では、ＭＯＳチップ１１に形成された感温ダイオード４１により、ＭＯＳＦＥＴ２０の素子温度を検出する。また、ＡＳＩＣ１２に形成された感温ダイオード５１により、周囲温度を検出する。そして、ＭＯＳＦＥＴ２０をオン駆動させる駆動電圧を、高い値で一定とするのではなく、素子温度および周囲温度に応じて切り替える。素子温度および周囲温度の少なくとも一方が対応する閾値温度よりも高くなると、素子温度および周囲温度がともに対応する閾値温度より低い場合よりも駆動電圧を高くする。このように、高温時のみ駆動電圧を高くしてＭＯＳＦＥＴ２０のオン抵抗を低くし、低温時には駆動電圧を低くする。よって、損失を低減しつつ、ＭＯＳチップの面積（素子面積）を縮小することができる。また、一時的に駆動電圧を高めるため、ゲート酸化膜の劣化を抑制し、ひいてはＭＯＳＦＥＴ２０の信頼性を高めることができる。

素子温度および周囲温度に応じて駆動電圧を切り替える例を示したが、これに限定されない。素子温度、および／または、周囲温度に応じて駆動電圧を切り替えればよい。たとえば素子温度のみに応じて駆動電圧を切り替えてもよい。この場合、負荷駆動装置１０は、検出回路４０として、少なくとも感温ダイオード４１、定電流源４２、およびコンパレータ４３を有せばよい。また、周囲温度のみに応じて駆動電圧を切り替えてもよい。この場合、負荷駆動装置１０は、検出回路４０として、少なくとも感温ダイオード５１、定電流源５２、およびコンパレータ５３を有せばよい。

（他の実施形態）
この明細書及び図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び／又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び／又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び／又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

明細書及び図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書及び図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書及び図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

負荷駆動装置１０は、駆動信号を生成して駆動回路３０に出力するマイコンを備えてもよい。

スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ２０の例を示したが、これに限定されない。他のゲート駆動形のスイッチング素子、たとえばＩＧＢＴにも適用することができる。

スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ２０）を、負荷５とグランドとの間、すなわち負荷５に対してローサイド側に配置される構成にも適用することができる。

５…負荷、１０…負荷駆動装置、１１…ＭＯＳチップ、１２…ＡＳＩＣ、１３…基板、２０…ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、２０ｍ…メイン素子、２０ｓ…センス素子、３０…駆動回路、３１…チャージポンプ回路、３２…クランプ回路、３３…ゲートドライバ、３３…クランプ回路、４０…検出回路、４１…感温ダイオード、４２…定電流源、４３…コンパレータ、４４…電流検出抵抗、４５…コンパレータ、４６…バッファ、４７、４８…抵抗、４９…コンパレータ、５０…バッファ、５１…感温ダイオード、４２…定電流源、４３…コンパレータ、５４…ＯＲゲート、６０…フィードバック回路、６１…オペアンプ、６２…スイッチ、Ｄ１、Ｄ２…ダイオード、ＳＷ…切替スイッチ、ＺＤ１、ＺＤ２…ツェナーダイオード

Claims (3)

1. オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
   前記スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、前記駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
   前記負荷の駆動状態を検出する検出部（４０）と、
   を備え、
   前記駆動部は、前記検出部により検出される前記負荷の駆動状態が所定状態よりも高い高負荷状態の場合に、前記所定状態以下である低負荷状態よりも前記駆動電圧を高くし、
   前記検出部は、前記スイッチング素子の素子温度を検出し、
   前記駆動部は、前記素子温度が所定温度よりも高い場合に、前記所定温度以下の場合よりも前記駆動電圧を高くする負荷駆動装置。
2. オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
   前記スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、前記駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
   前記電源の電圧を検出する検出部（４０）と、
   を備え、
   前記駆動部は、前記検出部により検出される前記電源の電圧が所定電圧よりも高い場合に、前記所定電圧以下の場合よりも前記駆動電圧を高くする負荷駆動装置。
3. オンすることで電源から負荷へ電力を供給するスイッチング素子（２０）と、
   前記スイッチング素子のゲートに対して駆動電圧を出力し、前記駆動電圧の値を切り替え可能に構成された駆動部（３０）と、
   前記スイッチング素子の温度、前記スイッチング素子の周囲の温度、および前記スイッチング素子の温度と前記スイッチング素子の周囲の温度の両方、のいずれかを検出する検出部（４０）と、
   を備え、
   前記駆動部は、前記検出部により検出される温度が所定温度よりも高い場合に、前記所定温度以下の場合よりも前記駆動電圧を高くする負荷駆動装置。

Images