KR101872068B1 - 제어장치 - Google Patents

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신지 구마자와
사토루 도다
와타루 가와기시
히토시 나카노
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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 고장난 반도체스위치와 제어장치의 시그널 그랜드의 사이에 의도하지 않는 전류경로가 형성되고, 과대한 전류가 흐른다.
(해결수단) 프린트기판 위에 저항성 부하를 하이 사이드 구동하기 위한 반도체스위치를 포함하는 IC패키지인 스위치IC가 배치되어 있으며, 시그널 그랜드 접속배선을 가지는 제어장치가 제공된다. 이 제어장치에 있어서, 상기 스위치IC에 접속되고, 온도상승에 대응하여 상기 스위치IC의 전류를 차단 또는 제한하는 기능을 가지는 제 1 소자를 포함하는 과열방지부품이 설치되어 있으며, 상기 시그널 그랜드 접속배선에 접속되고, 과전류를 차단하는 기능을 가지는 제 2 소자를 포함하는 과전류방지부품이 설치되어 있다.

Description

제어장치{CONTROL DEVICE}
본 발명은 반도체스위치를 포함하는 IC패키지 등이 프린트기판 위에 배치된 제어장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는 글로 플러그 등의 자동차의 히터 엘리먼트를 구동하기 위한 트랜지스터 스위치와, 트랜지스터 스위치를 제어하는 제어회로를 포함하는 제어장치가 개시되어 있다. 이 제어장치에서는 트랜지스터 스위치의 하이 사이드(고전압측)와 로 사이드(저전압측)의 적어도 일방에, 한계 온도를 초과하면 접촉 접속이 해제되는 과열방지 엘리먼트가 설치되어 있다. 과열방지 엘리먼트는 납땜에 의해서 도전부재 사이의 전기적 접속이 형성된 구성을 가지고 있으며, 이 전기적 접속부에 스프링 힘 등의 기계적인 응력이 부여되어 있다. 한계 온도를 초과하면 땜납이 용융하고, 전기적 접속이 스프링 힘에 대응하여 해제된다.
특허문헌 1의 기술에 따르면, 트랜지스터 스위치나 그 제어회로에 고장이 발생하여 제어장치가 고온이 되면, 과열방지 엘리먼트에 있어서의 전기적 접속이 해제되므로, 제어장치가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
특허문헌 1: 일본국 특표2008-530727호 공보
본 발명의 발명자들은 반도체스위치(트랜지스터)가 고장나면, 고장난 반도체스위치와 제어장치의 시그널 그랜드(제어신호용의 접지)의 사이에 의도하지 않는 전류경로가 형성되고, 과대한 전류가 흐를 가능성이 있는 것을 발견했다. 또, 고장난 반도체스위치의 발열에 의해서 프린트기판의 절연층이 탄화하고, 반도체스위치의 전류경로패턴과 프린트기판의 시그널 그랜드의 사이를 단락시켜 과대한 전류가 흐를 가능성도 존재하는 것을 발견했다.
본 발명은 상술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따르면, 프린트기판 위에 글로 플러그를 하이 사이드 구동하기 위한 반도체스위치를 포함하는 IC패키지인 스위치IC가 배치되어 있으며, 시그널 그랜드 접속배선을 가지는 제어장치가 제공된다. 이 제어장치에 있어서, 상기 스위치IC에 접속되고, 온도상승에 대응하여 상기 스위치IC의 전류를 차단 또는 제한하는 기능을 가지는 제 1 소자를 포함하는 과열방지부품이 설치되어 있으며, 상기 시그널 그랜드 접속배선에 접속되고, 과전류를 차단하는 기능을 가지는 제 2 소자를 포함하는 과전류방지부품이 설치되어 있다.
이 구성에 따르면, 스위치IC에 고장이 발생해도, 과열방지부품의 기능에 의해서 그 스위치IC의 과열을 방지하는 것이 가능하다. 또, 반도체스위치의 고장에 의해서 반도체스위치와 프린트기판의 시그널 그랜드의 사이에 큰 전류가 흐를 수 있는 경로가 형성되는 경우에도, 과전류방지부품의 기능에 의해서 과전류가 시그널 그랜드로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
(2) 상기 제어장치에 있어서, 상기 프린트기판 위에 상기 스위치IC가 복수 배치되어 있으며, 상기 복수의 스위치IC는 개개의 스위치IC와 상기 과열방지부품의 사이에 다른 스위치IC가 존재하지 않는 위치관계로 배치되어 있어도 좋다.
이 구성에 따르면, 어느 스위치IC에 고장이 발생해도, 과열방지부품에 의해서 그 스위치IC의 과열을 거의 동일한 정도로 방지하는 것이 가능하다.
(3) 상기 제어장치에 있어서, 상기 복수의 스위치IC와 상기 과열방지부품을 상기 프린트기판의 두께 방향으로 투영하여 보았을 때에, 상기 과열방지부품의 길이 방향의 치수를 L1로 하고, 상기 스위치IC의 길이 방향의 치수를 L2로 하면, 상기 복수의 스위치IC는 개개의 스위치IC의 중심이 상기 과열방지부품의 중심을 중심으로 하는 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)의 원 안에 존재하도록 배치되어 있어도 좋다.
이 구성에 따르면, 개개의 스위치IC와 과열방지부품 사이의 거리가 짧은 범위로 한정되므로, 개개의 스위치IC의 과열을 더욱 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 여러 가지의 형태로 실현하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제어장치, 제어장치의 제조방법, 전자부품의 배치방법 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 일실시형태로서의 제어장치의 평면도.
도 2는 제어장치의 회로구성을 나타내는 블록도.
도 3은 스위치IC의 온도변화의 예를 나타내는 설명도.
도 4는 과전류가 흐를 수 있는 전류경로가 형성된 상태를 나타내는 설명도.
도 5는 스위치IC와 온도퓨즈의 바람직한 배치조건의 일례를 나타내는 설명도.
도 6은 2개의 스위치IC를 1개의 온도퓨즈에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도.
도 7은 3개의 스위치IC를 1개의 온도퓨즈에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도.
도 8은 4개의 스위치IC를 1개의 온도퓨즈에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도.
도 9는 4개의 스위치IC를 2개의 온도퓨즈에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 다른 예를 나타내는 설명도.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태로서의 제어장치의 평면도 및 정면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치의 평면도 및 정면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치의 평면도 및 정면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치의 블록도.
A. 제어장치의 전체구성
도 1은 본 발명의 일실시형태로서의 제어장치(100)를 나타내는 평면도이다. 이 제어장치(100)는 자동차용의 저항성 부하(예를 들면 글로 플러그)를 제어하기 위한 장치로서 구성되어 있다. 이 제어장치(100)는 프린트기판(150) 위에 전원회로 (110)와, 컨트롤러IC(120)와, 2개의 스위치IC(130)와, 온도퓨즈(140)와, 전류퓨즈 (240)가 배치된 구성을 가진다. 온도퓨즈(140)는 2개의 스위치IC(130)의 사이에 끼워진 위치에 배치되어 있다. 또한, 제어장치(100)는 이들 이외의 전자부품이나, 배선패턴 및 각종의 단자를 가지고 있지만, 도 1에서는 도시가 생략되어 있다.
전원회로(110)와 컨트롤러IC(120)와 스위치IC(130)는 어느 것이나 모두 IC패키지로 구성된 전자부품이다. 또, 도 1의 예에서는 5종류의 부품(110, 120, 130, 140, 240)은 표면 실장형의 패키지로서 구성되어 있다. 스위치IC(130)는 반도체스위치(예를 들면 FET)를 포함하는 IC패키지이다. 단, 스위치IC(130)로서는, 반도체스위치 외에, 반도체스위치의 제어회로(예를 들면 FET게이트 구동회로)나 과열보호회로를 포함하는 IPD(Intelligent Power Device)로 불리는 IC패키지를 이용하는 것이 바람직하다.
도 1의 예에 있어서, 온도퓨즈(140)의 길이 방향의 치수는 L1이며, 폭 방향의 치수는 W1이다. 또, 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수는 L2이며, 폭 방향의 치수는 W2이다. 또한, 통상은 L1＜L2 및 W1＜W2이다. 이들의 치수는 각각의 패키지의 몰드부와 리드선의 양쪽을 포함하는 전체의 외형에 대한 값이다.
도 2는 도 1에 나타낸 제어장치(100)의 회로구성을 나타내는 블록도이다. 프린트기판(150) 위에는 전원입력단자(151)와, 부하접속단자(152)와, 시그널 그랜드 단자(153)가 설치되어 있다. 전원입력단자(151)에는 외부의 배터리(200)로부터 일정한 외부전원전압(Vb, 직류전압)이 부여된다. 이 외부전원전압(Vb)은 외부전원공급용의 배선패턴(161)을 통하여 전원회로(110)와 온도퓨즈(140)에 공급된다.
전원회로(110)는 외부전원전압(Vb)으로부터 컨트롤러IC(120)나 스위치IC (130) 내의 제어회로(도시하지 않음)에 공급하는 제어전원전압(Vc)을 만들어 낸다. 이 제어전원전압(Vc)은 전원공급용의 배선패턴(171)을 통하여 프린트기판(150) 위에 배치된 각종의 제어회로에 공급된다. 컨트롤러IC(120)를 포함하는 각종의 회로는 전류퓨즈(240)와 시그널 그랜드용의 배선패턴(172)을 통하여 프린트기판(150)의 시그널 그랜드 단자(153)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선패턴(172)은 각종의 회로를 시그널 그랜드(SG)에 접속하기 위한 배선이며, 「시그널 그랜드 접속배선 (172)」이라고도 부른다. 시그널 그랜드 접속배선(172)은 시그널 그랜드(SG)와 시그널 그랜드 접속배선(172)의 사이에 수동소자나 능동소자가 존재하지 않고, 임피던스를 무시할 수 있는 배선패턴만을 통하여 시그널 그랜드(SG)에 접속되어 있는 배선이다. 시그널 그랜드 단자(153)는 프린트기판(150) 내 또는 프린트기판(150) 외의 시그널 그랜드(SG)에 접속되어 있다. 또한, 시그널 그랜드(SG)가 프린트기판 (150) 내에 설치된 배선패턴에 의해서 실현되어 있는 경우에는, 시그널 그랜드 단자(153)는 생략해도 좋다. 또, 시그널 그랜드 접속배선(172) 자신이, 시그널 그랜드(SG)로서 기능하는 큰 배선패턴으로서 구성되어 있어도 좋다.
온도퓨즈(140)의 출력단자는 전류경로용의 제 1 배선패턴(162)을 통하여 2개의 스위치IC(130)의 전류입력단자에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선패턴(162)은 스위치IC(130) 내의 반도체스위치(131)의 하이 사이드(고전압측)의 전류경로패턴에 상당한다. 2개의 스위치IC(130)의 전류출력단자는 전류경로용의 제 2 배선패턴(163)을 통하여 프린트기판(150)의 부하접속단자(152)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선패턴(163)은 스위치IC(130) 내의 반도체스위치(131)의 로 사이드(저전압측)의 전류경로패턴에 상당한다. 부하접속단자(152)는 자동차의 저항성 부하 (300, 예를 들면 글로 플러그)의 입력단자에 접속되며, 저항성 부하(300)의 출력단자는 접지되어 있다. 이 구성에서는 스위치IC(130)의 반도체스위치(131)는 저항성 부하(300)를 하이 사이드 구동하기 위해 사용되고 있다. 또한, 스위치IC(130)를 3개 이상 병렬로 설치해도 좋다.
컨트롤러IC(120)는 제어신호(Sv1, Sv2)를 2개의 스위치IC(130)에 공급함으로써, 2개의 반도체스위치(131)의 온/오프를 제어하고, 이것에 대응하여 저항성 부하 (300)의 온/오프를 제어한다. 또한, 스위치IC(130)가 반도체스위치(131)를 제어하기 위한 FET게이트 구동회로를 포함하고 있는 경우에는, 컨트롤러IC(120)로부터 부여되는 제어신호(Sv1, Sv2)는 PWM제어의 듀티를 나타내는 신호로 해도 좋다.
온도퓨즈(140)는 스위치IC(130)의 과열을 방지하기 위한 수동소자(141)를 포함하는 과열방지부품이다. 어느 것인가의 고장 또는 문제점에 의해서 스위치IC (130)의 온도가 과도하게 상승하면, 온도상승에 대응하여 온도퓨즈(140) 내의 전기적 접속이 절단되어 전류를 차단한다. 스위치IC(130)에서 온도퓨즈(140)로의 열전도는 주로 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 배선패턴(162)을 통하여 실시된다. 온도퓨즈(140)의 수동소자(141)로서는, 예를 들면, 수동소자(141)의 전기접점을 접합하고 있는 땜납이 온도상승에 대응하여 용융했을 때에, 스프링 등의 기계적 응력을 이용하여 상기 접점이 해방되는 구조를 가지는 것을 이용하는 것이 가능하다. 기계적 응력을 발생하는 스프링으로서는 코일스프링 등을 이용하는 것이 가능하다. 단, 도 2에서는 도시의 편의상, 온도퓨즈(140)의 수동소자(141)를 단순한 용융퓨즈로서 묘사하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 제어장치(100)의 저항성 부하 (300)로서 글로 플러그를 이용하고 있으므로, 온도퓨즈(140)로서는 글로 플러그 용의 대전류를 흘리는 것이 가능한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들면, 온도퓨즈(140)의 차단전류(또는 최대돌입전류)를 200A 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 1개의 온도퓨즈(140)를 이용하여 복수의 스위치IC의 과열을 방지하는 것이 가능하다.
전류퓨즈(240)는 시그널 그랜드 접속배선(172) 및 시그널 그랜드 단자(153)에 과대한 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 수동소자(241)를 포함하는 과전류방지부품이다. 전류퓨즈(240)와 시그널 그랜드 단자(153)의 사이에는 다른 수동소자나 능동소자가 접속되어 있지 않은 것이 바람직하다.
도 3은 스위치IC의 온도변화의 예를 나타내는 설명도이다. 도 3의 가로축은 시간이며, 세로축은 스위치IC의 온도이다. 실선의 그래프는 정상동작시에 있어서의 온도변화의 예를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는 스위치IC(130) 내의 제어회로가 반도체스위치(131)를 PWM제어한다. 정상동작시에는 PWM제어에 대응하여 저항성 부하(300)에 전류가 흐르면, 스위치IC(130)의 온도도 서서히 상승하지만, 온도가 과도하게 상승하는 일은 없다. 일점쇄선의 그래프는 어느 것인가의 원인에 의해서, 스위치IC(130)의 온도가 정상동작시에 비하여 빨리 상승하지만, 스위치IC(130) 내부의 과열보호회로가 작동하여 과열이 방지되는 경우의 온도변화를 나타내고 있다. 파선의 그래프는 스위치IC(130) 내의 반도체스위치(131)가 온(ON) 고장난 경우의 온도변화를 나타내고 있다. 이 경우에는 스위치IC(130)의 온도가 과도하게 상승하므로, 온도퓨즈(140)가 용단(溶斷)하여 스위치IC(130)로의 전류가 차단된다.
상술한 제어장치(100)에서는 1개의 온도퓨즈(140)가 복수의 스위치IC(130)의 과열방지를 담당하므로, 제어장치(100) 전체의 구성을 단순화할 수 있다. 특히, 도 2에 나타낸 바와 같이, 온도퓨즈(140)를 복수의 스위치IC(130)의 하이 사이드에 공통으로 접속하도록 하면, 이하와 같은 이점이 더 있다. 즉, 어느 것인가의 스위치IC(130)의 반도체스위치(131)가 고장났을 때에, 고장난 반도체스위치(131)와 시그널 그랜드 단자(153)의 사이에 의도하지 않는 전류경로가 형성되어 과대한 전류가 흐를 가능성이 있다. 이와 같은 경우를 상정해도, 온도퓨즈(140)를 복수의 스위치IC(130)의 하이 사이드에 공통으로 접속하여 두면, 온도퓨즈(140)의 용단에 의해서 복수의 스위치IC(130)로의 대전류의 전류경로를 절단할 수 있다. 이 결과, 온도퓨즈(140)에 의해서 복수의 스위치IC(130)의 전류를 확실하게 차단하는 것이 가능하다.
또, 상술한 제어장치(100)에서는 전류퓨즈(240)에 의해서 시그널 그랜드 접속배선(172)이나 시그널 그랜드 단자(153)에 과대한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 도 2의 제어장치(100)에 과전류가 흐를 수 있는 전류경로(CP1)가 형성된 상태를 나타내고 있다. 여기에서는, 1개의 스위치IC(130)의 반도체스위치 (131)가 고장나고, 그 반도체스위치(131)의 하이 사이드에서 시그널 그랜드 단자 (153)에 이르는 전류경로(CP1)가 형성되는 경우가 모식적으로 묘사되어 있다. 이 경우에는, 전류퓨즈(240)에 의해서 고장난 반도체스위치(131)에서 시그널 그랜드 단자(153)에 이르는 전류경로(CP1)를 차단할 수 있다. 이와 같은 전류경로(CP1)는 고장난 반도체스위치(131)의 하이 사이드의 배선패턴(162)과, 반도체스위치(131)의 시그널 그랜드측의 배선이 단락하는 경우에 발생할 수 있다. 또, 이와 같은 전류경로(CP1)는 고장난 반도체스위치(131)의 하방에 있는 프린트기판(150)의 절연층이 탄화한 경우에, 그 탄화부를 통해서도 마찬가지로 발생할 수 있다. 본 실시형태에서는 시그널 그랜드 접속배선(172)에 전류퓨즈(240)를 접속했으므로, 이와 같은 전류경로(CP1)를 따라서 과대한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 전류퓨즈(240)에 의한 전류차단효과는 특히, 프린트기판(150)의 절연층이 탄화하여 온도퓨즈 (140)의 하이 사이드의 배선패턴(161)과 시그널 그랜드 접속배선(172)의 사이에 전류경로(CP)가 형성되는 경우에 현저하다. 이와 같은 경우에는, 온도퓨즈(140)에 의해서 전류를 차단할 수 없지만, 전류퓨즈(240)에 의해서 전류를 차단하는 것이 가능하게 된다. 또한, 다른 전류경로(CP2)로서 전원회로(110)로부터 각 회로에 제어전원전원(Vc)을 공급하기 위한 배선패턴(171)에서 반도체스위치(131)를 경유하여 시그널 그랜드 단자(153)에 이르는 전류경로(CP2)가 형성되는 경우도 생각할 수 있다. 이 경우에도 전류퓨즈(240)에 의해서 전류를 차단하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 상술한 제어장치(100)에서는 반도체스위치(131)의 고장에 의해서 전원전압(Vb 또는 Vc)을 공급하기 위한 전류경로패턴과 프린트기판(150)의 시그널 그랜드 접속배선(172)의 사이에 의도하지 않는 전류경로(CP1, CP2)가 형성되는 경우에도, 전류퓨즈(240)에 의해서 과전류가 차단되므로, 시그널 그랜드에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또, 1개의 온도퓨즈(140)가 복수의 스위치IC(130)의 과열방지를 담당하므로, 제어장치 전체의 구성을 단순화할 수 있으며, 또, 프린트기판의 면적을 과도하게 증대시키는 일이 없다고 하는 이점이 있다. 특히, 온도퓨즈(140)를 복수의 스위치IC(130)의 하이 사이드에 접속하면, 고장난 스위치IC(130)와 시그널 그랜드 접속배선(172)의 사이에 의도하지 않는 전류경로가 형성되는 경우에도, 스위치IC(130)의 전류를 확실하게 차단하는 것이 가능하다.
B. 스위치 IC 와 온도퓨즈의 바람직한 위치관계
도 1에 나타낸 바와 같이, 복수의 스위치IC(130)에 공통되는 과열보호부품으로서 1개의 온도퓨즈(140)를 이용할 경우에는, 복수의 스위치IC(130)와 온도퓨즈 (140)의 상호의 위치관계가 중요하게 된다. 즉, 개개의 스위치IC(130)의 과열을 동일한 정도로 방지하기 위해서는, 개개의 스위치IC(130)를 온도퓨즈(140)에 가능한 한 근접한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 개개의 스위치IC(130)의 외주와 온도퓨즈(140)의 외주 사이의 최단 거리가 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수(L2)나 폭 방향의 치수(W2)보다도 작은 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로 말하면, 개개의 스위치IC(130)의 외주와 온도퓨즈(140)의 외주 사이의 최단 거리를 15㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10㎜ 이하로 하는 것이 더욱더 바람직하다. 또, 2개의 스위치IC(130)는 예를 들면, 온도퓨즈(140)를 중심으로 하여 좌우대칭으로 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 개개의 스위치IC(130)를 온도퓨즈(140)에 대해서 동일한 정도로 근접한 위치에 배치하면, 어느 스위치IC(130)에 고장이 발생한 경우에도, 온도퓨즈(140)의 용단에 의해서 그 스위치IC(130)의 과열을 동일한 정도로 방지하는 것이 가능하다. 또한, 복수의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 상호의 위치관계로서는 이하에 설명하는 바와 같이 여러 가지의 것을 채용하는 것이 가능하다.
도 5는 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 바람직한 배치조건의 일례를 나타내는 설명도이다. 여기에서는, 이하의 치수를 사용하고 있다.
(1) R1: 온도퓨즈(140)의 외접원(C1)의 반경
(2) R2: 스위치IC(130)의 외접원(C2)의 반경(통상은 R1＜R2)
(3) L1: 온도퓨즈(140)의 길이 방향의 치수
(4) L2: 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수
(5) R3: 반경(2ㆍR2)으로 그린 원(C3)의 반경
(6) R4: 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)으로 그린 원(C4)의 반경
(7) D1, D2: 온도퓨즈(140)의 중심(140c)에서 개개의 스위치IC(130)의 중심 (130c)까지의 거리(중심간 거리)
온도퓨즈(140)의 외접원(C1)은 온도퓨즈(140)의 몰드부와 리드선의 전체를 포함하는 외형에 외접하는 최소의 원이다. 온도퓨즈(140)의 중심(140c)은 이 외접원(C1)의 중심이다. 스위치IC(130)의 외접원(C2)과 중심(130c)도 마찬가지이다. 원 (C3)은 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 중심으로 하는 원이며, 스위치IC(130)의 외접원(C2)의 반경(R2)의 2배의 반경(2ㆍR2)을 가지는 원이다. 원(C4)은 온도퓨즈 (140)의 중심(140c)을 중심으로 하는 원이며, 온도퓨즈(140)의 길이 방향의 치수 (L1)의 1/2의 값에 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수(L2)의 1.5배의 값을 더한 값의 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)을 가지는 원이다.
도 5에 있어서, 개개의 스위치IC(130)는 그 중심(130c)이 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)을 가지는 원(C4) 안에 존재하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 거리가 최대라도 1개의 스위치IC(130) 밖에 들어가지 않는 정도의 비교적 짧은 거리가 되므로, 개개의 스위치IC(130)의 과열을 적절하게 방지하는 것이 가능하다.
또, 개개의 스위치IC(130)는 그 중심(130c)이 반경(2ㆍR2)을 가지는 원(C3) 안에 존재하도록 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면, 개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 거리가 더욱 짧은 범위로 한정되므로, 개개의 스위치IC(130)의 과열을 더욱 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
또한, 개개의 스위치IC(130)의 중심(130c)이 도 5의 원(C4)이나 원(C3) 안에 존재하도록 배치되어 있는 경우에, 온도퓨즈(140)와 개개의 스위치IC(130)의 중심간 거리(D1, D2)는 반드시 서로 동일하게 설정할 필요는 없다. 단, 중심간 거리 (D1, D2)는 그들 평균값의 ±30％ 이내에 들어가도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 거리의 편차를 작게 할 수 있으므로, 어느 스위치IC(130)에 고장이 발생한 경우에도, 그 과열을 동일한 정도로 방지하는 것이 가능하다. 이것은 스위치IC(130)의 개수가 3개 이상으로 된 경우도 마찬가지이다. 개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 거리의 편차나, 위치관계의 편차를 작게 억제한다고 하는 의미에서는, 복수의 스위치IC(130)의 중심(130c)을 온도퓨즈(140)의 중심(140c)으로부터 동일한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 특히, 복수의 스위치IC(130)를 온도퓨즈(140)에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치하는 것이 더욱 바람직하다.
도 6은 2개의 스위치IC(130)를 1개의 온도퓨즈(140)에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도이다. 도 6의 (A)의 예에서는 2개의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 대칭축(AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 또, 2개의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)의 중심 (140c)을 중심으로 한 180°의 회전대칭의 위치에 배치되어 있다. 또한, 선대칭 배치나 회전대칭 배치는 적어도 스위치IC(130)의 중심(130c)이 온도퓨즈(140)의 중심 (140c)에 대해서 선대칭이나 회전대칭이면 좋으며, 스위치IC(130)의 전체가 선대칭이나 회전대칭일 필요는 없다. 단, 도 6의 (A)의 예에서는 스위치IC(130)의 전체가 온도퓨즈(140)의 중심(140c)에 대해서 선대칭이나 회전대칭인 점에서 더욱 바람직하다. 도 6의 (B)에서는 2개의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 대칭축(AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 단, 도 6의 (B)에서는 회전대칭은 성립하지 않는다. 또한, 도 6의 (A), (B)의 배치예는 온도퓨즈(140)가 2개의 스위치IC(130)의 사이에 끼워진 위치에 배치되어 있는 점에서, 도 1에 나타낸 예와 공통하고 있다.
도 7은 3개의 스위치IC(130)를 1개의 온도퓨즈(140)에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도이다. 도 7의 (A)의 예에서는 3개의 스위치IC(130)의 중심(130c)이 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 대칭축 (AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있음과 아울러, 온도퓨즈(140)의 중심 (140c)을 중심으로 한 120°의 회전대칭의 위치에 배치되어 있다. 도 7의 (B)에서는 3개의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 대칭축(AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있지만, 회전대칭은 성립하지 않는다.
도 8은 4개의 스위치IC(130)를 1개의 온도퓨즈(140)에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도이다. 도 8의 (A)의 예에서는 4개의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 2개의 대칭축(AS1, AS2)에 대해서 각각 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 도 8의 (B)에서는 4개의 스위치IC(130)의 중심(130c)이 온도퓨즈(140)의 중심(140c)에 대해서 90°의 회전대칭의 위치에 배치되어 있다.
도 9는 4개의 스위치IC(130)를 2개의 온도퓨즈(140)에 대해서 선대칭의 위치에 배치한 예를 나타내는 설명도이다. 도 9의 (A)의 예에서는 중앙에 2개의 온도퓨즈(140)가 배치되어 있으며, 그 좌우에 각각 2개의 스위치IC(130)가 배치되어 있다. 이들 4개의 스위치IC(130)는 2개의 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 통과하는 대칭축(AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 도 9의 (B)에서는 2개의 스위치IC(130)의 페어(pair)의 중앙에 1개의 온도퓨즈(140)가 배치되어 있다. 또, 1개의 온도퓨즈(140)의 양측에 존재하는 2개의 스위치IC(130)는 온도퓨즈(140)의 중심 (140c)을 통과하는 대칭축(AS)에 대해서 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 도 9의 (A), (B)에 있어서, 2개의 온도퓨즈(140)는 각각의 양측에 있는 2개의 스위치IC(130)의 과열방지를 담당한다. 이들의 경우에는 도 2의 블록도에 있어서, 전원입력단자(151)와 부하접속단자(152)의 사이에 1개의 온도퓨즈(140)와 2개의 스위치IC(130)로 구성되는 세트가, 2세트 병렬로 접속된 회로가 형성된다.
상술한 도 6∼도 9에 나타낸 바와 같이, 복수의 스위치IC(130)를 온도퓨즈 (140)에 대해서 선대칭 또는 회전대칭의 위치에 배치하면, 개개의 스위치IC(130)에 고장이 발생한 경우에, 그 과열을 동일한 정도로 방지하는 효과가 특히 현저하다. 또한, 이와 같은 선대칭 또는 회전대칭의 배치를 채용한 경우에도, 도 1이나 도 5에서 설명한 바와 같은 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 위치관계를 더욱 만족하는 것이 바람직하다.
이상의 각종의 배치를 고려하면, 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 배치는 이하의 조건 중의 하나 이상을 만족하는 것이 바람직하다.
＜배치조건 1＞
개개의 스위치IC(130)와 그 과열방지를 담당하는 온도퓨즈(140)의 사이에 다른 스위치IC(130)가 존재하지 않는 위치관계에 있다(도 1, 도 5∼도 9).
＜배치조건 2＞
개개의 스위치IC(130)의 외주와 온도퓨즈(140)의 외주 사이의 최단 거리가 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수(L2, 도 1)보다도 작다.
＜배치조건 3＞
개개의 스위치IC(130)의 외주와 온도퓨즈(140)의 외주 사이의 최단 거리가 스위치IC(130)의 폭 방향의 치수(W2, 도 1)보다도 작다.
＜배치조건 4＞
개개의 스위치IC(130)의 중심(130c)이 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 중심으로 하고, 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)을 가지는 원(C4) 안에 존재하도록 배치되어 있다 (도 5). 여기서, L1은 온도퓨즈(140)의 길이 방향의 치수, L2는 스위치IC(130)의 길이 방향의 치수이다.
＜배치조건 5＞
개개의 스위치IC(130)의 중심(130c)이 온도퓨즈(140)의 중심(140c)을 중심으로 하고, 반경(2ㆍR2)을 가지는 원(C3) 안에 존재하도록 배치되어 있다(도 5). 여기서, R2는 스위치IC(130)의 외접원(C2)의 반경이다.
＜배치조건 6＞
복수의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 중심간 거리(D1, D2…)가 그들의 평균값의 ±30％ 이내에 들어가도록 배치되어 있다(도 5).
＜배치조건 7＞
복수의 스위치IC(130)가 온도퓨즈(140)를 중심으로 하는 회전대칭 또는 선대칭의 위치에 배치되어 있다(도 6∼도 9).
＜배치조건 8＞
개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140) 사이의 최단 거리가 15㎜ 이하 또는 10㎜ 이하이다.
또한, 이들의 배치조건 1∼8은 어느 것이나 모두 스위치IC(130)와 온도퓨즈 (140)를 프린트기판(150)의 두께 방향으로 투영하여 보았을 때의 조건이다.
상기 배치조건 1에 기재한 바와 같이, 복수의 스위치IC(130)를 개개의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 사이에 다른 스위치IC(130)가 존재하지 않는 위치관계로 배치하면, 어느 스위치IC(130)에 고장이 발생해도, 온도퓨즈(140)에 의해서 과열을 거의 동일한 정도로 방지하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 각종의 배치조건 2∼8의 1개 또는 2개 이상을 만족하도록 배치하면, 개개의 스위치IC(130)의 과열을 더욱 적절하게 방지하는 것이 가능하다.
C. 다른 실시형태
도 10은 본 발명의 다른 실시형태로서의 제어장치(100b)를 나타내는 평면도 및 정면도이다. 도 1과의 차이는 도 10에 있어서 온도퓨즈(140)가 프린트기판(150)의 이면에 배치되어 있는 점뿐이며, 다른 구성은 도 1에 나타낸 것과 같다. 도 10의 제어장치(100b)도 도 1의 제어장치(100)와 거의 동등한 효과를 이룬다. 또, 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)를 프린트기판(150)의 다른 면에 배치하므로, 배치의 자유도가 높아지고, 또, 프린트기판(150)의 면적을 작게 억제하는 것이 가능하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치(100c)를 나타내는 평면도 및 정면도이다. 도 10과의 차이는 도 11의 제어장치(100c)에서는 2개의 스위치IC(130)끼리가 인접하도록 프린트기판(150)의 위에 배치되어 있는 점 및 온도퓨즈 (140a)가 2개의 스위치IC(130)의 몰드부의 위에 접하는 상태로 배치되어 있는 점의 2점뿐이며, 다른 구성은 도 10에 나타낸 것과 같다. 온도퓨즈(140a)의 리드선(142)은 스위치IC(130)를 타고 넘은 상태에서 프린트기판(150)의 패드에 접속되어 있다. 이 온도퓨즈(140a)는 이른바 액시얼(axial) 부품이다. 도 11의 제어장치(100c)도 도 1의 제어장치(100)나 도 10의 제어장치(100b)와 거의 동등한 효과를 이룬다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치(100d)를 나타내는 평면도 및 정면도이다. 도 11과의 차이는 도 12의 제어장치(100d)에서는 도 1에서 이용한 것과 같은 표면 실장형의 온도퓨즈(140)가 프린트기판(150)의 이면에 배치되어 있는 점뿐이며, 다른 구성은 도 11에 나타낸 것과 같다.
도 11 및 도 12의 실시형태에서는 복수의 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140a, 또는 140)를 프린트기판(150)의 두께 방향으로 투영하여 보았을 때에, 온도퓨즈 (140a, 또는 140)의 외형과 개개의 스위치IC(130)의 외형이 부분적으로 겹치는 위치관계로 배치되어 있다. 이렇게 하면, 스위치IC(130)와 온도퓨즈(140)의 공간적인 거리가 작아지므로, 개개의 스위치IC(130)의 과열을 더욱 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태로서의 제어장치(100e)의 회로구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 나타낸 제어장치(100)와의 차이는 도 13의 제어장치 (100e)에서는 개개의 스위치IC(130)의 출력단자가 프린트기판(150)에 설치된 다른 부하접속단자(152)를 통하여 별개의 저항성 부하(300)에 접속되어 있는 점뿐이며, 다른 구성은 도 2와 동일하다. 이와 같이, 개개의 스위치IC(130)가 개별의 저항성 부하(300)를 구동하기 위해 사용되고 있어도 좋다. 이 경우에도 온도퓨즈(140)가 복수의 스위치IC(130)에 공통으로 접속되어 있으므로, 복수의 스위치IC(130)의 과열방지를 실행하는 것이 가능하다.
D. 변형예
또한, 이 발명은 상기의 실시예나 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하다.
ㆍ변형예 1:
상기 실시형태에서는 과열방지부품으로서 온도상승에 대응하여 전류를 차단하는 기능을 가지는 수동소자를 포함하는 온도퓨즈(140)를 사용했지만, 이 대신에, 온도상승에 대응하여 전류를 제한하는 기능을 가지는 수동소자를 포함하는 과열방지부품을 이용해도 좋다. 후자로서는 예를 들면, PTC서미스트를 이용한 과열방지부품을 이용할 수 있다.
ㆍ변형예 2:
상기 실시형태에서는 온도퓨즈(140)가 스위치IC(130)의 하이 사이드에 접속되어 있었지만, 온도퓨즈(140)는 스위치IC(130)의 로 사이드에 접속되어 있어도 좋다.
100, 100b∼100e: 제어장치 102: 전원입력단자
110: 전력공급회로 120: 컨트롤러IC
130: 스위치IC 131: 반도체스위치
140, 140a: 온도퓨즈 141: 수동소자
142: 리드선 150: 프린트기판
151: 전원입력단자 152: 부하접속단자
153: 시그널 그랜드 단자 161, 162, 163: 배선패턴
171: 배선패턴 172: 시그널 그랜드 접속배선
200: 배터리 240: 전류퓨즈(과전류방지부품)
241: 수동소자 300: 저항성 부하

Claims (3)

  1. 프린트기판 위에 글로 플러그를 하이 사이드 구동하기 위한 반도체스위치를 포함하는 IC패키지인 스위치IC가 배치되어 있으며, 시그널 그랜드 접속배선을 가지는 제어장치로서,
    상기 스위치IC에 접속되고, 온도상승에 대응하여 상기 스위치IC의 전류를 차단 또는 제한하는 기능을 가지는 제 1 소자를 포함하는 과열방지부품이 설치되어 있으며,
    상기 시그널 그랜드 접속배선에 접속되고, 과전류를 차단하는 기능을 가지는 제 2 소자를 포함하는 과전류방지부품이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 프린트기판 위에 상기 스위치IC가 복수 배치되어 있으며,
    상기 복수의 스위치IC는 개개의 스위치IC와 상기 과열방지부품의 사이에 다른 스위치IC가 존재하지 않는 위치관계로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수의 스위치IC와 상기 과열방지부품을 상기 프린트기판의 두께 방향으로 투영하여 보았을 때에,
    상기 과열방지부품의 길이 방향의 치수를 L1로 하고, 상기 스위치IC의 길이 방향의 치수를 L2로 하면,
    상기 복수의 스위치IC는 개개의 스위치IC의 중심이 상기 과열방지부품의 중심을 중심으로 하는 반경(0.5ㆍL1＋1.5ㆍL2)의 원 안에 존재하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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