JPWO2017187785A1 - 過電流保護回路 - Google Patents
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Abstract
過電流保護回路71は、閾値制御信号S170に応じて過電流検出閾値Vthを第1設定値(∝Iref)とするか第1設定値よりも低い第2設定値(∝Iset)とするかを切り替える閾値生成部130と、監視対象電流に応じたセンス信号Vsと過電流検出閾値Vthとを比較して過電流保護信号S71を生成する過電流検出部140と、第2設定値に応じた参照値VIset(∝Iset)を生成する参照値生成部150と、センス信号Vsと参照値VIsetとを比較して比較信号VCMPを生成する比較部160と、比較信号VCMPを監視して閾値制御信号S170を生成する閾値制御部170とを有する。
Description
図1は、半導体集積回路装置の第1実施形態を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、ECU[electronic control unit]2からの指示に応じて電源電圧VBBの印加端と負荷3との間を導通/遮断する車載用ハイサイドスイッチIC(=車載IPDの一種)である。
図2は、信号出力部90の一構成例を示すブロック図である。本構成例の信号出力部90はセレクタ91を含む。セレクタ91は、出力選択信号S2が異常未検出時の論理レベル(例えばローレベル)であるときに、センス電流Is’を外部端子T4に選択出力し、出力選択信号S2が異常検出時の論理レベル(例えばハイレベル)であるときに、固定電圧V90を外部端子T4に選択出力する。なお、固定電圧V90は、先述した出力検出電圧V80の上限値よりも高い電圧値に設定されている。
図3は、ゲート制御部30の一構成例を示すブロック図である。本構成例のゲート制御部30は、ゲートドライバ31と、オシレータ32と、チャージポンプ33と、クランパ34と、NMOSFET35と、を含む。
図4は、過電流保護回路71の一構成例を示すブロック図である。本構成例の過電流保護回路71は、第1電流生成部110と、第2電流生成部120と、閾値電圧生成部130と、過電流検出部140と、参照電圧生成部150と、比較部160と、閾値制御部170と、を含む。
図5は、第1電流生成部110の一構成例を示す回路図である。本構成例の第1電流生成部110は、オペアンプ111と、NMOSFET112と、抵抗113(抵抗値:R113)と、を含む。
図6は、第2電流生成部120の一構成例を示す回路図である。本構成例の第2電流生成部120は、オペアンプ121と、NMOSFET122と、抵抗123(抵抗値:R123)と、外部端子SETと、を含む。
図7は、閾値電圧生成部130と過電流検出部140の一構成例を示す回路図である。閾値電圧生成部130は、電流源131と、抵抗132と、カレントミラー133と、を含む。一方、過電流検出部140は、コンパレータ141を含む。
図9は、参照電圧生成部150と比較部160の一構成例を示す回路図である。参照電圧生成部150は、電流源151と抵抗152(抵抗値:R152)を含む。また、比較部160は、コンパレータ161を含む。
図10は、閾値制御部170の一構成例を示す回路図である。閾値制御部170は、コンパレータ171と、電流源172と、レベルシフタ173と、RSフリップフロップ174と、放電制御部175と、NMOSFET176と、キャパシタ177と、外部端子DLYと、を含む。
図11は、過電流保護動作の一例を示すタイミングチャートであり、上から順に、外部制御信号Si、第1電流Iref、第2電流Iset、センス電圧Vs、比較信号VCMP、充電電圧Vd、内部信号Sx〜Sz、閾値制御信号S170、閾値電圧Vth、並びに、状態報知信号Soが描写されている。
図13は、過電流保護回路71の第1使用例を示す模式図である。例えば、負荷3がバルブランプである場合には、本図中の実線で示したように、起動時の出力電流Ioとして定常動作時よりも大きい瞬時電流が流れる。ただし、先述のマスク期間Tmaskを適切に設定しておけば、上記の瞬時電流を検出対象から除外することができるので、意図しない過電流保護が掛かることはない。すなわち、過大な瞬時電流が流れる起動時には、出力電流Ioと第1設定値IocpHとが比較されることになり、定常動作時には出力電流Ioと第2設定値IocpLとが比較されることになる。従って、出力電流Ioの駆動エリアは、本図中のハッチングを付した領域として表すことができる。
これまでに説明してきたように、過電流保護回路71では、出力電流Ioと比較される過電流設定値Iocpとして、2段階の第1設定値IocpHと第2設定値IocpLが用意されており、かつ、第1設定値IocpHから第2設定値IocpLに切り替えるまでの猶予期間として、所定のマスク期間Tmaskが設けられている。
図15は、半導体集積回路装置1の第2実施形態を示すブロック図である。本実施形態の半導体集積回路装置1は、第1実施形態(図1)をベースとしつつ、2チャンネルの負荷3X及び3Yをそれぞれ個別に駆動することができるように、これまでに説明してきた構成要素(機能ブロック10〜90、外部端子T1〜T4、及び、各種の電圧、電流、信号など)をチャンネル毎に有している。
図17は、閾値制御部170の第1実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先の図10をベースとしつつ、2チャンネル化を実現する手段として、コンパレータ171と、電流源172と、レベルシフタ173X及び173Yと、RSフリップフロップ174X及び174Yと、放電制御部175と、NMOSFET176と、キャパシタ177と、充電制御部178と、外部端子DLYと、を含む。
図20は、閾値制御部170の第2実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先出の第1実施例(図17)をベースとしつつ、放電制御部175において、内部信号Sxだけでなく、内部信号SyX及びSyY(比較信号VCMPX及びVCMPYと等価)と閾値制御信号S170X及びS170Yの入力も受け付ける点に特徴を有する。そこで、以下では、放電制御部175の構成と動作について重点的に説明する。
図24は、閾値制御部170の第3実施例を示すブロック図である。本実施例の閾値制御部170は、先出の第2実施例(図20)をベースとしつつ、遅延部179X及び179Yが設けられている点に特徴を有する。そこで、第2実施例と同様の構成要素については、図20と同一の符号を付すことにより重複した説明を割愛し、以下では、遅延部179X及び179Yについて重点的な説明を行う。
図26は、2チャンネル化された閾値切替動作の一例を示すフローチャートである。フローが開始されると、まず、ステップS201では、起動しているチャンネルの閾値電圧Vth*が内部設定値Vth*H(ただし「*」は「X」及び「Y」の少なくとも一方、以下も同様)に設定される(図18の時刻t21及びt23に相当)。
図27は、これまでに説明してきた半導体集積回路装置1の2チャンネル化に伴い、状態報知信号Soの出力段として、マルチプレクサを導入した例を示すブロック図である。本構成例の半導体集積回路装置1には、出力電流検出部80X及び80Yと、信号出力部90X及び90Yと、マルチプレクサ100と、外部端子T5と、が集積化されている。
図28は、車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Xは、バッテリ(本図では不図示)と、バッテリから電力供給を受けて動作する種々の電子機器X11〜X18とを搭載している。なお、本図における電子機器X11〜X18の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。
また、上記の実施形態では、車載用ハイサイドスイッチICを例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されている発明の適用対象は、これに限定されるものではなく、例えば、その他の車載用IPD(車載用ローサイドスイッチICや車載用電源ICなど)はもちろん、車載用途以外の半導体集積回路装置にも広く適用することが可能である。
2 ECU
3、3X、3Y 負荷
4 外部センス抵抗
10、10X、10Y NMOSFET
20、20X、20Y 出力電流監視部
21、21’ NMOSFET
22 センス抵抗
30、30X、30Y ゲート制御部
31 ゲートドライバ
32 オシレータ
33 チャージポンプ
34 クランパ
35 NMOSFET
40、40X、40Y 制御ロジック部
50、50X、50Y 信号入力部
60、60X、60Y 内部電源部
70、70X、70Y 異常保護部
71、71X、71Y 過電流保護回路
72 オープン保護回路
73 温度保護回路
74 減電圧保護回路
80、80X、80Y 出力電流検出部
90、90X、90Y 信号出力部
91、91X、91Y セレクタ
100 マルチプレクサ
110 第1電流生成部
111 オペアンプ
112 NMOSFET
113 抵抗
120 第2電流生成部
121 オペアンプ
122 NMOSFET
123 抵抗
130、130X、130Y 閾値電圧生成部
131 電流源
132 抵抗
133 カレントミラー
140、140X、140Y 過電流検出部
141 コンパレータ
150、150X、150Y 参照電圧生成部
151 電流源
152 抵抗
160、160X、160Y 比較部
161 コンパレータ
170 閾値制御部
171 コンパレータ
172 電流源
173、173X、173Y レベルシフタ
174、174X、174Y RSフリップフロップ
175 放電制御部
176 NMOSFET
177 キャパシタ
178 充電制御部
179X、179Y 遅延部
NOR1 否定論理和演算器
AND1〜AND3 論理積演算器
OR1 論理和演算器
INV1〜INV3 インバータ
PG1 パルス生成部
R1 抵抗
C1 キャパシタ
T1〜T5、SET、DLY 外部端子
X 車両
X11〜X18 電子機器
Claims (20)
- 閾値制御信号に応じて過電流検出閾値を第1設定値とするか前記第1設定値よりも低い第2設定値とするかを切り替える閾値生成部と、
監視対象電流に応じたセンス信号と前記過電流検出閾値とを比較して過電流保護信号を生成する過電流検出部と、
前記第2設定値に応じた参照値を生成する参照値生成部と、
前記センス信号と前記参照値とを比較して比較信号を生成する比較部と、
前記比較信号を監視して前記閾値制御信号を生成する閾値制御部と、
を有することを特徴とする過電流保護回路。 - 前記閾値制御部は、前記過電流検出閾値が前記第1設定値とされているときに前記センス信号が前記参照値を上回ったままマスク期間が経過した時点で前記過電流検出閾値を前記第2設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成することを特徴とする請求項1に記載の過電流保護回路。
- 前記閾値制御部は、前記過電流検出閾値が前記第2設定値とされているときに前記センス信号が前記参照値を下回った時点で前記過電流検出閾値を前記第1設定値に切り替えるように前記閾値制御信号を生成することを特徴とする請求項2に記載の過電流保護回路。
- 前記マスク期間は可変値であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の過電流保護回路。
- 前記第1設定値は固定値であり、前記第2設定値は可変値であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の過電流保護回路。
- 出力電流の流れる電流経路を導通/遮断するパワートランジスタと、
前記出力電流に応じたセンス信号を生成する出力電流監視部と、
制御信号に応じて前記パワートランジスタの駆動信号を生成するゲート制御部と、
前記センス信号を監視して過電流保護信号を生成する請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の過電流保護回路と、
を集積化して成り、
前記ゲート制御部は、前記過電流保護信号に応じて前記パワートランジスタを強制的にオフさせる機能を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記出力電流の検出結果と異常フラグの一方を状態報知信号として装置外部に選択出力する信号出力部をさらに集積化して成ることを特徴とする請求項6に記載の半導体集積回路装置。
- 請求項6または請求項7に記載の半導体集積回路装置と、
前記半導体集積回路装置に接続される負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。 - 前記負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータであることを特徴とする請求項8に記載の電子機器。
- 請求項8または請求項9に記載の電子機器を有することを特徴とする車両。
- 第1閾値制御信号に応じて第1過電流検出閾値を第1設定値とするか前記第1設定値よりも低い第2設定値とするかを切り替える第1閾値生成部と、
第2閾値制御信号に応じて第2過電流検出閾値を第3設定値とするか前記第3設定値よりも低い第4設定値とするかを切り替える第2閾値生成部と、
第1監視対象電流に応じた第1センス信号と前記第1過電流検出閾値とを比較して第1過電流保護信号を生成する第1過電流検出部と、
第2監視対象電流に応じた第2センス信号と前記第2過電流検出閾値とを比較して第2過電流保護信号を生成する第2過電流検出部と、
前記第2設定値に応じた第1参照値を生成する第1参照値生成部と、
前記第4設定値に応じた第2参照値を生成する第2参照値生成部と、
前記第1センス信号と前記第1参照値を比べて第1比較信号を生成する第1比較部と、
前記第2センス信号と前記第2参照値を比べて第2比較信号を生成する第2比較部と、
前記第1比較信号と前記第2比較信号の双方を監視して前記第1閾値制御信号及び前記第2閾値制御信号を生成する閾値制御部と、
を有することを特徴とする過電流保護回路。 - 前記閾値制御部は、
キャパシタを外付けするための外部端子と、
前記外部端子に現れる充電電圧と所定の基準電圧とを比較して内部信号を生成するコンパレータと、
前記内部信号と前記第1比較信号に応じて前記第1閾値制御信号を生成する第1フリップフロップと、
前記内部信号と前記第2比較信号に応じて前記第2閾値制御信号を生成する第2フリップフロップと、
前記内部信号に応じて前記キャパシタの放電制御を行う放電制御部と、
前記第1比較信号と前記第2比較信号の双方に応じて前記キャパシタの充電制御を行う充電制御部と、
を含むことを特徴とする請求項11に記載の過電流保護回路。 - 前記放電制御部は、前記内部信号だけでなく、前記第1比較信号、前記第2比較信号、前記第1閾値制御信号、及び、前記第2閾値制御信号の入力を受け付けており、前記第1比較信号及び前記第2比較信号の一方に論理レベル変化が生じて前記キャパシタの充電動作が開始された後、前記充電電圧が前記基準電圧を上回るよりも先に、前記第1比較信号及び前記第2比較信号の他方に論理レベル変化が生じたときには、前記キャパシタを一旦放電することを特徴とする請求項12に記載の過電流保護回路。
- 前記閾値制御部は、
前記第1比較信号に遅延を与えて第1遅延信号を生成する第1遅延部と、
前記第2比較信号に遅延を与えて第2遅延信号を生成する第2遅延部と、
をさらに含み、
前記第1フリップフロップ及び前記第2フリップフロップには、それぞれ、前記第1比較信号及び前記第2比較信号に代えて、前記第1遅延信号及び前記第2遅延信号が入力されていることを特徴とする請求項13に記載の過電流保護回路。 - 前記第1設定値と前記第3設定値はいずれも固定値であり、前記第2設定値と前記第4設定値はいずれも可変値であることを特徴とする請求項11〜請求項14のいずれか一項に記載の過電流保護回路。
- 第1出力電流の流れる第1電流経路を導通/遮断する第1パワートランジスタと、
第2出力電流の流れる第2電流経路を導通/遮断する第2パワートランジスタと、
前記第1出力電流に応じた第1センス信号を生成する第1出力電流監視部と、
前記第2出力電流に応じた第2センス信号を生成する第2出力電流監視部と、
第1制御信号に応じて前記第1パワートランジスタの第1駆動信号を生成する第1ゲート制御部と、
第2制御信号に応じて前記第2パワートランジスタの第2駆動信号を生成する第2ゲート制御部と、
前記第1センス信号と前記第2センス信号を監視して第1過電流保護信号と第2過電流保護信号を生成する請求項11〜請求項15のいずれか一項に記載の過電流保護回路と、
を集積化して成り、
前記第1ゲート制御部と前記第2ゲート制御部は、それぞれ前記第1過電流保護信号及び前記第2過電流保護信号に応じて前記第1パワートランジスタ及び前記第2パワートランジスタを強制的にオフさせる機能を備えていることを特徴とする半導体集積回路装置。 - 前記第1出力電流の検出結果と異常フラグの一方を第1状態報知信号として生成する第1信号出力部と、
前記第2出力電流の検出結果と異常フラグの一方を第2状態報知信号として生成する第2信号出力部と、
前記第1状態報知信号と前記第2状態報知信号の一方を装置外部に選択出力するマルチプレクサと、
をさらに集積化して成ることを特徴とする請求項16に記載の半導体集積回路装置。 - 請求項16または請求項17に記載の半導体集積回路装置と、
第1パワートランジスタに接続される第1負荷と、
第2パワートランジスタに接続される第2負荷と、
を有することを特徴とする電子機器。 - 前記第1負荷及び前記第2負荷は、バルブランプ、リレーコイル、ソレノイド、発光ダイオード、または、モータであることを特徴とする請求項18に記載の電子機器。
- 請求項18または請求項19に記載の電子機器を有することを特徴とする車両。
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