JP2008010572A - 負荷駆動用半導体集積回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体集積回路の回路自体の消費電力増加を緩和することができる負荷駆動用半導体集積回路を提供する。
【解決手段】ソレノイド駆動用半導体集積回路3は、定電流のソレノイド駆動電流Iでソレノイド2を駆動する回路である。ソレノイド駆動用半導体集積回路3に、電源検知用トランジスタTr2、電源検知回路9及び外付け抵抗R2を設ける。電源検知回路9は、電源4に繋がる分圧抵抗8の中点電位Vkを電源電圧Vccとして検出し、電源電圧Vccと電圧閾値とを比較する。電源検知回路9は、電源電圧Vccが電圧閾値未満のとき、電源検知用トランジスタTr2をオン状態とし、外付け抵抗R2を迂回させずにソレノイド駆動電流Iをソレノイド2に流し、電源電圧Vccが電圧閾値以上でなると、電源検知用トランジスタTr2をオフし、ソレノイド駆動電流Iを外付け抵抗R2に迂回させて流す。
【選択図】図1
【解決手段】ソレノイド駆動用半導体集積回路3は、定電流のソレノイド駆動電流Iでソレノイド2を駆動する回路である。ソレノイド駆動用半導体集積回路3に、電源検知用トランジスタTr2、電源検知回路9及び外付け抵抗R2を設ける。電源検知回路9は、電源4に繋がる分圧抵抗8の中点電位Vkを電源電圧Vccとして検出し、電源電圧Vccと電圧閾値とを比較する。電源検知回路9は、電源電圧Vccが電圧閾値未満のとき、電源検知用トランジスタTr2をオン状態とし、外付け抵抗R2を迂回させずにソレノイド駆動電流Iをソレノイド2に流し、電源電圧Vccが電圧閾値以上でなると、電源検知用トランジスタTr2をオフし、ソレノイド駆動電流Iを外付け抵抗R2に迂回させて流す。
【選択図】図1
Description
本発明は、CPU等からの指令を基に負荷を駆動する負荷駆動用半導体集積回路に関する。
従来、モータや電磁ポンプ等の負荷を駆動するに際しては、ソレノイド駆動回路を介してソレノイドを通電し、これら負荷に接続されたリレーをオンさせることにより、モータや電磁ポンプに電流を流す動作をとる。この種のソレノイド駆動回路は、例えば特許文献1に開示されている。ソレノイド駆動回路は、負荷の駆動を制御するCPUから制御信号を入力すると、自身のトランジスタがオンすることによってソレノイドを通電させる動作をとる。
特開平10−229011号公報
しかし、この種のソレノイド駆動回路は、同駆動回路の電子部品であるトランジスタ、抵抗、コンデンサ等の部品を各々個別に用意し、それらを基板上に実装する製造工程を経ている。従って、ソレノイド駆動回路の製造工程において、1つひとつの電子素子を基板に実装する製造工程が必要になることから、製造作業の多工程化、製造作業が面倒などの問題が生じる。
そこで、これらの問題を回避するために、例えばソレノイド駆動回路をIC化することにより、ソレノイド駆動回路の電子部品をICパッケージの内部に収納し、これらを一部品化することが考えられる。このようにすれば、ソレノイド駆動回路を基板に実装するに際しては、そのICを基板に実装するだけの工程で済むことから、製造作業の簡素化を図ることが可能となる。
しかし、この種のソレノイドは定電流で駆動されることから、例えばソレノイドの駆動源である電源が電圧上昇すると、ICの消費電力は増加することになる。特に、このソレノイド駆動回路を車両に用いた場合、電源として用いるバッテリは使用状況等により電圧変動が大きいことから、このようなICの消費電力増加という問題は生じ易い。このように、ICの消費電力が増加した場合には、その増加分がトランジスタの発熱などに置き換わることになり、これがICの温度上昇の要因となる。ところで、ICには許容損失という最大限許容できる電力というものが決まっており、ICの消費電力が許容損失を超えるとICが過熱状態となり、ICに誤作動等の問題が生じる可能性があることから、何らかの対策が望まれる。
本発明の目的は、半導体集積回路の回路自体の消費電力増加を緩和することができる負荷駆動用半導体集積回路を提供することにある。
前記問題点を解決するために、本発明では、負荷の電流経路上に直列接続された第1スイッチング手段と、前記負荷の通電回路の状態変化を検出する検出手段と、前記検出手段の検出信号に基づき、前記負荷に流れる電流が一定になるように前記第1スイッチング手段のスイッチ状態を制御する第1制御手段と、前記通電回路に前記第1スイッチング手段と直列状態で接続された第2スイッチング手段と、前記通電回路に接続されつつ、本回路のパッケージに外付けされた放熱手段と、消費電力増加の原因となるパラメータに基づき、前記消費電力が増加すると判断した際、前記第2スイッチング手段をオフ状態に切り換えることにより、前記電流を前記放熱手段に迂回させる第2制御手段とを備えたことを要旨とする。
この構成によれば、本発明の第1制御手段は、検出手段の検出値に基づき負荷の通電回路の状態変化を検出し、その状態変化に応じて第1スイッチング手段のスイッチング状態を制御することで一定の電流を負荷に流し、この定電流で負荷を駆動する。このとき、第2制御手段は、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力増加の原因となるパラメータを逐次監視する。ここで、例えば負荷の通電回路に印加される電圧値が高くなったりした場合、第2制御手段は負荷駆動用半導体集積回路の消費電力が増加すると判断し、この判断時においては第2スイッチング手段をオフに切り換えることにより、それまで流れていた電流を放熱手段に迂回させる。
この放熱手段は、自身に電流が流されればそこで電力を消費するものとして働くことから、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力増加時において、負荷の通電回路に流れる電流を放熱手段に電流を迂回させれば、負荷駆動用半導体集積回路の外部に設けた放熱手段で電力が消費される。従って、負荷駆動用半導体集積回路の外部で電力を消費させることが可能となり、その分だけ負荷駆動用半導体集積回路の消費電力を低減することが可能となる。
本発明では、前記第2制御手段は、前記負荷の電源電圧を前記パラメータとして監視することを要旨とする。
この構成によれば、例えば負荷の電源が車載バッテリ等の場合、使用環境が過酷であることや、経年変化により電圧変動が大きいなどの理由から、電源電圧変動の生じる可能性が高い。従って、放熱手段で電力を消費させるか否かの判断に際し、電源電圧をパラメータとして監視するようにすれば、電源として車載バッテリ等を用いた場合であっても、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力が許容値を超えてしまう状況を発生し難くすることが可能となり、電源電圧を監視パラメータとすることは、この観点から見ると特に効果が高い。
この構成によれば、例えば負荷の電源が車載バッテリ等の場合、使用環境が過酷であることや、経年変化により電圧変動が大きいなどの理由から、電源電圧変動の生じる可能性が高い。従って、放熱手段で電力を消費させるか否かの判断に際し、電源電圧をパラメータとして監視するようにすれば、電源として車載バッテリ等を用いた場合であっても、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力が許容値を超えてしまう状況を発生し難くすることが可能となり、電源電圧を監視パラメータとすることは、この観点から見ると特に効果が高い。
本発明では、前記第2スイッチング手段及び前記放熱手段は、前記消費電力増加の原因となる種々のパラメータごとに複数組設けられ、前記第2制御手段は、これら前記パラメータに基づき、複数の前記第2スイッチング手段のスイッチ状態を制御することを要旨とする。
この構成によれば、複数のパラメータが閾値以上となると、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力が大幅に増加してしまう可能性も考えられるが、本発明においては複数パラメータが閾値以上となった場合に、例えば複数の放熱手段で電力を消費させる処理を行うことが可能となり、負荷駆動用半導体集積回路の消費電力低減に効果が高い。
本発明によれば、負荷駆動用半導体集積回路において消費電力の増加を緩和することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した負荷駆動用半導体集積回路の第1実施形態を図1〜図4に従って説明する。
以下、本発明を具体化した負荷駆動用半導体集積回路の第1実施形態を図1〜図4に従って説明する。
図1に示すように、電気式のキーロックを搭載した車両には、その電気錠の施解錠を制御するCPU1(Central Processing Unit)が設けられている。この種の電気錠がソレノイド式で駆動する機種の場合、このCPU1には、ソレノイド2を駆動させる回路としてソレノイド駆動用半導体集積回路(ソレノイド駆動用IC)3が接続されている。ソレノイド駆動用半導体集積回路3には、その入力側がバッテリ等の電源4に接続され、出力側がソレノイド2に接続されている。ソレノイド駆動用半導体集積回路3は、CPU1からの指令に基づいて駆動し、電源4から流れるソレノイド駆動電流Iをソレノイド2に供給することにより、キーロックの施解錠状態を切り換える。なお、ソレノイド2が負荷に相当し、ソレノイド駆動用半導体集積回路3が負荷駆動用半導体集積回路に相当し、ソレノイド駆動電流Iが電流に相当する。
電源4とソレノイド2との間には、定電流用トランジスタTr1、電源検知用トランジスタTr2及び内部抵抗R1が、この並び順で直列接続されている。定電流用トランジスタTr1及び電源検知用トランジスタTr2は、例えばPチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)から成り、ゲート電位がLレベルの時にオンし、ゲート電位がHレベルの時にオフする。また、これらトランジスタTr1,Tr2は、電源4及びソレノイド2を結ぶ通電回路5の電流経路上に位置する。内部抵抗R1の並列位置には、この内部抵抗R1に生じる第1電圧Vaを検知する電圧検知回路6が接続されている。なお、電圧検知回路6が検出手段に相当し、定電流用トランジスタTr1が第1スイッチング手段に相当し、電源検知用トランジスタTr2が第2スイッチング手段を構成する。
ソレノイド駆動用半導体集積回路3には、定電流用トランジスタTr1のゲート電位を制御するオペアンプ7が設けられている。オペアンプ7は、反転入力端子がCPU1に接続され、非反転入力端子が電圧検知回路6に接続され、出力端子が定電流用トランジスタTr1のゲート端子に接続されている。オペアンプ7は、電圧検知回路6が出力する第1電圧Vaの値を非反転入力端子で入力する。オペアンプ7は、内部抵抗R1に発生する第1電圧Vaと、CPU1から指令として入力する定電圧V1とが同一となるように定電流用トランジスタTr1のゲート電位を制御し、ソレノイド2に流れ込むソレノイド駆動電流Iを一定にする。ソレノイド駆動電流Iの値は、オペアンプ7の反転入力端子に入力される定電圧V1の値によって決まる。なお、オペアンプ7が第1制御手段に相当する。
電源検知用トランジスタTr2の並列位置には、ソレノイド駆動用半導体集積回路3のパッケージ外部に取り付けられた外付け抵抗R2が接続されている。この外付け抵抗R2は、仮に電源4の電圧(以下、電源電圧Vccと記す)が上昇したとしても、ソレノイド駆動用半導体集積回路3内で消費される消費電力Wを低減するために、上昇分の熱を放熱する素子として機能する。また、定電流用トランジスタTr1のソース端子とグランドとの間には、2つ抵抗Ra,Rbから成る分圧抵抗8が接続されている。なお、外付け抵抗R2が放熱手段を構成し、電源電圧Vccがパラメータを構成する。
電源検知用トランジスタTr2のゲート端子と分圧抵抗8の中点との間には、電源電圧Vccの変化を検知する電源検知回路9が接続されている。電源検知回路9は、分圧抵抗8の中点電位Vkを電源電圧Vccの値として検知し、電源電圧Vccと電圧閾値Vccthとを比較した際のその比較結果に基づき、電源検知用トランジスタTr2のスイッチ状態を制御する。本例の場合、電源電圧Vccが閾値Vccth未満であれば、電源検知回路9は電源検知用トランジスタTr2をオンさせ、電源電圧Vccが閾値Vccth以上であれば、電源検知用トランジスタTr2をオフする。なお、電源検知回路9が第2制御手段に相当する。
図2に示すように、ソレノイド駆動用半導体集積回路3には外枠ケースとして樹脂パッケージ10が設けられ、ソレノイド駆動用半導体集積回路3はこの樹脂パッケージ10内にトランジスタTr1,Tr2、抵抗R1,Ra,Rb、オペアンプ7、電圧検知回路6及び電源検知回路9等の各種素子を組み込むことによってIC化されている。外付け抵抗R2は、ソレノイド駆動用半導体集積回路3と同一のIC基板11上に実装されるとともに、一対のプリント配線12を介してソレノイド駆動用半導体集積回路3に接続されている。
次に、本例のソレノイド駆動用半導体集積回路3の動作を説明する。
ソレノイドを駆動するに際し、CPU1は定電圧V1の制御信号をオペアンプ7の反転入力端子に出力する。電圧検知回路6は、このときに内部抵抗R1で発生する第1電圧Vaを常時検知し、それをオペアンプ7の非反転入力端子に出力する。オペアンプ7は、定電圧V1を反転入力端子で入力すると、この定電圧V1が、非反転入力端子で入力する内部抵抗R1の第1電圧Vaより高い間、出力端子からLレベル信号を出力して定電流用トランジスタTr1をオンする。このとき、通電回路5に流れるソレノイド駆動電流Iは増大し、第1電圧Vaが大きくなる。
一方、オペアンプ7は、反転入力端子で入力する定電圧V1が、内部抵抗R1の端子間電圧である第1電圧Vaよりも低いと、出力端子からHレベル信号を出力して電源検知用トランジスタTr2をオフする。このとき、通電回路5に流れるソレノイド駆動電流Iは減少し、定電圧V1が小さくなる。そして、オペアンプ7は、V1>Vaの時には第1電圧Vaが大きくなるように、V1<Vaの時には第1電圧Vaが小さくなるように動作する。このように、本例のオペアンプ7は、第1電圧Vaと定電圧V1が同一となるように定電流用トランジスタTr1のゲート電位を制御することにより、通電回路5に一定のソレノイド駆動電流Iが流れ得る動作をとる。
ソレノイドを駆動するに際し、CPU1は定電圧V1の制御信号をオペアンプ7の反転入力端子に出力する。電圧検知回路6は、このときに内部抵抗R1で発生する第1電圧Vaを常時検知し、それをオペアンプ7の非反転入力端子に出力する。オペアンプ7は、定電圧V1を反転入力端子で入力すると、この定電圧V1が、非反転入力端子で入力する内部抵抗R1の第1電圧Vaより高い間、出力端子からLレベル信号を出力して定電流用トランジスタTr1をオンする。このとき、通電回路5に流れるソレノイド駆動電流Iは増大し、第1電圧Vaが大きくなる。
一方、オペアンプ7は、反転入力端子で入力する定電圧V1が、内部抵抗R1の端子間電圧である第1電圧Vaよりも低いと、出力端子からHレベル信号を出力して電源検知用トランジスタTr2をオフする。このとき、通電回路5に流れるソレノイド駆動電流Iは減少し、定電圧V1が小さくなる。そして、オペアンプ7は、V1>Vaの時には第1電圧Vaが大きくなるように、V1<Vaの時には第1電圧Vaが小さくなるように動作する。このように、本例のオペアンプ7は、第1電圧Vaと定電圧V1が同一となるように定電流用トランジスタTr1のゲート電位を制御することにより、通電回路5に一定のソレノイド駆動電流Iが流れ得る動作をとる。
ところで、この種のソレノイド駆動用半導体集積回路3が車両に搭載される場合、電源4としてはバッテリが用いられるが、この種の車載バッテリは使用環境や経年変化等でその電圧値が変動し易い特性がある。ここで、ソレノイド駆動用半導体集積回路3にはソレノイド駆動電流Iとして定電流が流れることから、仮に電源電圧Vccが上昇したとすると、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wは増加する。この消費電力Wの増加は発熱の要因になることから、消費電力Wが増加した際には、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の温度上昇が懸念される。ところで、この種のソレノイド駆動用半導体集積回路3には、最大限許容できる電力量、つまり許容損失W0という値が予め決められており、消費電力Wの増加に伴って消費電力Wが許容損失W0を超えると、ソレノイド駆動用半導体集積回路3が発熱により破損したり誤作動したりする可能性が生じる。
そこで、本例においては、電源検知用トランジスタTr2、電源検知回路9及び外付け抵抗R2を設け、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力増加を防いでいる。この消費電力低減処理として、電源検知回路9は分圧抵抗8の中点電位Vkを電源電圧Vccとして入力し、この電源電圧Vccが閾値Vccth以上となるか否かを判定する。この閾値Vccthの値は、電源検知用トランジスタTr2をオンさせるかオフさせるかを判断する境目の電圧値であって、増加消費電力が無視できない値に達した際の電圧値に相当する。
このとき、電源検知回路9は、電源電圧Vccが閾値Vccth未満であると判定すると、電源検知用トランジスタTr2をオンする。即ち、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth未満であれば、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wは許容内であると認識する。従って、ソレノイド駆動電流Iの電流経路は、図3に示すように電源4→定電流用トランジスタTr1→電源検知用トランジスタTr2→内部抵抗R1→ソレノイド2となって、ソレノイド駆動用半導体集積回路3内で完結する経路をとる。
一方、電源電圧Vccと電圧閾値Vccthとを比較するに際して電源検知回路9は、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上であると判定すると、外付け抵抗R2を用いた消費電力低減処理が必要と判断し、電源検知用トランジスタTr2をオフする。即ち、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上であれば、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが許容損失W0を大きく超えると認識する。従って、ソレノイド駆動電流Iの電流経路は、図4に示すように電源4→定電流用トランジスタTr1→外付け抵抗R2→内部抵抗R1→ソレノイド2となって、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の外部に位置する外付け抵抗R2を迂回する経路をとる。
ここで、ソレノイド駆動電流Iの電流経路が外付け抵抗R2を経由せずにソレノイド駆動用半導体集積回路3内で完結する際(図3に示す状態)のソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力をW1、電流経路が外付け抵抗R2を迂回する際(図4に示す状態)のソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力をW2、ソレノイド2のリアクタンスをRsoとすると、次式(1)及び(2)が成立する。
W1=Vcc×I−Rso×I2 … (1)
W2=Vcc×I−Rso×I2−R2×I2 … (2)
なお、上式(1)及び(2)で表したIC消費電力W1,W2には、本来、電圧検知回路6、オペアンプ7、分圧抵抗8、電源検知回路9の消費電力も含まれるが、これらの消費電力は非常に小さい値であるから、上式(1)及び(2)においてはこれについては無視している。
W2=Vcc×I−Rso×I2−R2×I2 … (2)
なお、上式(1)及び(2)で表したIC消費電力W1,W2には、本来、電圧検知回路6、オペアンプ7、分圧抵抗8、電源検知回路9の消費電力も含まれるが、これらの消費電力は非常に小さい値であるから、上式(1)及び(2)においてはこれについては無視している。
また、本例で示す消費電力W1は、ソレノイド駆動用半導体集積回路3で消費電力が増加した際の消費電力にも相当することから、これをW1とし、許容損失をW0とした場合、外付け抵抗R2の値は次式(3)を満たす値として算出される。
W1−W0=R2×I2 … (3)
上式(1)及び(2)を見ても分かるように、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の電流経路が外付け抵抗R2を迂回する経路をとった場合、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の外部素子、つまり外付け抵抗R2で電力が消費されることになるので、ソレノイド駆動用半導体集積回路3での消費電力Wは、外付け抵抗R2で消費される電力分(式(2)の右辺に示すR2×I2)だけ低減する。従って、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wを許容損失W0内の値に抑えることが可能となり、これに伴ってソレノイド駆動用半導体集積回路3の温度上昇も低減され、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の故障や誤作動が生じ難くなる。
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
上式(1)及び(2)を見ても分かるように、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の電流経路が外付け抵抗R2を迂回する経路をとった場合、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の外部素子、つまり外付け抵抗R2で電力が消費されることになるので、ソレノイド駆動用半導体集積回路3での消費電力Wは、外付け抵抗R2で消費される電力分(式(2)の右辺に示すR2×I2)だけ低減する。従って、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wを許容損失W0内の値に抑えることが可能となり、これに伴ってソレノイド駆動用半導体集積回路3の温度上昇も低減され、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の故障や誤作動が生じ難くなる。
本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)ソレノイド駆動用半導体集積回路3に外付け抵抗R2を設け、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上となって高電圧化した際に、ソレノイド駆動電流Iを外付け抵抗R2に迂回させ、その外付け抵抗R2で電力を消費させる。従って、外付け抵抗R2で電力が消費される分、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wを低減することができ、ソレノイド駆動用半導体集積回路3に破損や誤作動を生じ難くすることができる。
(2)ソレノイド駆動用半導体集積回路3が例えば車両に搭載された場合、電源4は車載バッテリとなるが、この場合においては、使用環境が過酷であることや経年変化等により電圧変動が大きい現状があることから、電圧変動の生じる可能性が高い。従って、消費電力低減処理を行うに際し、電源電圧Vccを実施可否の監視パラメータとすれば、電源4として車載バッテリが用いられたとしても、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが許容損失W0を超えてしまう状況を発生し難くすることができ、電源電圧Vccを消費電力低減処理の監視パラメータとすることは、この観点から見ると特に効果が高い。
(3)ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wを低減する放熱素子として抵抗(外付け抵抗R2)を用いているので、この種の抵抗素子は簡単にしかも安価に入手することが可能であることから、実施に際して部品入手を簡単に行うことができ、しかも部品コストも低く抑えることができる。
(4)ソレノイド駆動用半導体集積回路3で消費電力低減処理を行うに際し、電源検知用トランジスタTr2、分圧抵抗8及び電源検知回路9をソレノイド駆動用半導体集積回路3へ組み込んだので、これら部品と半導体集積回路とが一体となった部品を提供することができる。
(5)ソレノイド2を駆動するには、ある程度大きな値のソレノイド駆動電流Iが必要であることから、ソレノイド駆動用半導体集積回路3でソレノイド2を駆動する場合には、このソレノイド駆動用半導体集積回路3に高電流を流す必要がある。このように、ソレノイド駆動用半導体集積回路3に流れる電流が高電流の場合、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wはその上昇割合が非常に大きくなることから、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力増加という問題は特に顕著となる。しかし、本例の消費電力低減処理を採用すれば、高電流を流す必要のあるこの種のソレノイド駆動用半導体集積回路3であっても、許容損失W0を超え難くすることができる。
(第2実施形態)
次に、本例の第2実施形態を図5及び図6に従って説明する。なお、第2実施形態は、第1実施形態に対してソレノイド駆動電流Iの電流経路を外付け抵抗に迂回させる際の判断基準パラメータを増やした点が相違しており、他の基本的な構成については同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
次に、本例の第2実施形態を図5及び図6に従って説明する。なお、第2実施形態は、第1実施形態に対してソレノイド駆動電流Iの電流経路を外付け抵抗に迂回させる際の判断基準パラメータを増やした点が相違しており、他の基本的な構成については同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図5に示すように、電源検知用トランジスタTr2と内部抵抗R1との間には、例えばMOSFETから成る温度検知用トランジスタTr3が接続されている。この温度検知用トランジスタTr3の並列位置には、樹脂パッケージ10の外部に取り付けられた外付け抵抗R3が接続されている。この外付け抵抗R3は、外付け抵抗R2と同様に、仮に電源電圧Vccが上昇したとしても、ソレノイド駆動用半導体集積回路3内で消費される消費電力Wが低減するように作用する素子である。なお、温度検知用トランジスタTr3が第3スイッチング手段を構成し、外付け抵抗R3が放熱手段を構成する。
電源検知用トランジスタTr2及び温度検知用トランジスタTr3の両ゲート端子には、これらトランジスタTr2,Tr3のゲート電位を制御するスイッチング制御回路21が接続されている。このスイッチング制御回路21には、IC周囲の温度を検出可能な温度検知回路22が接続されている。温度検知回路22は、IC外に配置された温度センサ23に接続され、この温度センサ23の検出信号から求まるIC周囲の温度(以下、IC周囲温度Ticと記す)を、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の温度値として求める。温度センサ23は、ソレノイド駆動用半導体集積回路3以外の他の機器や回路との間で共用されるセンサであって、例えばインストルメントパネルの内部に配置されている。
スイッチング制御回路21は、電源電圧Vcc及びIC周囲温度Ticをパラメータとして電源検知用トランジスタTr2及び温度検知用トランジスタTr3のスイッチング状態を制御する。このスイッチング制御としては、電源電圧Vccと電圧閾値Vccthとを比較した際のその比較結果と、IC周囲温度Ticと温度閾値Ticthとを比較した際の比較結果とを用い、2つのトランジスタTr2,Tr3においてどのトランジスタをオフするかを決め、ソレノイド駆動電流Iを所望の外付け抵抗R2,R3に迂回させる処理である。この温度閾値Ticthは、温度検知用トランジスタTr3をオンさせるかオフさせるかを判断する境目の電圧値であって、温度上昇に伴う増加消費電力が無視できない値に達した際の温度値に相当する。
さて、ソレノイド駆動用半導体集積回路3が駆動した際、図6(a)の状態図に示すように、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth未満であれば、IC周囲温度Ticの温度値に関係なく、ソレノイド駆動電流Iは内部抵抗R1のみに流れる。即ち、電源電圧Vccが閾値Vccth未満であれば、外付け抵抗R2,R3を用いた消費電力低減処理は不要と判断され、この判断時においてはトランジスタTr2,Tr3が両方ともオンされることにより、ソレノイド駆動電流Iが内部抵抗R1のみに流れる。この条件下においてIC周囲温度Ticを判断材料に含まないのは、温度上昇だけでソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが許容損失W0以上となることは考え難いからである。
スイッチング制御回路21は、電源電圧Vcc及びIC周囲温度Ticをパラメータとして電源検知用トランジスタTr2及び温度検知用トランジスタTr3のスイッチング状態を制御する。このスイッチング制御としては、電源電圧Vccと電圧閾値Vccthとを比較した際のその比較結果と、IC周囲温度Ticと温度閾値Ticthとを比較した際の比較結果とを用い、2つのトランジスタTr2,Tr3においてどのトランジスタをオフするかを決め、ソレノイド駆動電流Iを所望の外付け抵抗R2,R3に迂回させる処理である。この温度閾値Ticthは、温度検知用トランジスタTr3をオンさせるかオフさせるかを判断する境目の電圧値であって、温度上昇に伴う増加消費電力が無視できない値に達した際の温度値に相当する。
さて、ソレノイド駆動用半導体集積回路3が駆動した際、図6(a)の状態図に示すように、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth未満であれば、IC周囲温度Ticの温度値に関係なく、ソレノイド駆動電流Iは内部抵抗R1のみに流れる。即ち、電源電圧Vccが閾値Vccth未満であれば、外付け抵抗R2,R3を用いた消費電力低減処理は不要と判断され、この判断時においてはトランジスタTr2,Tr3が両方ともオンされることにより、ソレノイド駆動電流Iが内部抵抗R1のみに流れる。この条件下においてIC周囲温度Ticを判断材料に含まないのは、温度上昇だけでソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが許容損失W0以上となることは考え難いからである。
電源4が電圧上昇した場合、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上となると、IC周囲温度Ticが温度閾値Ticth未満を維持していれば、その時は外付け抵抗R2で電力を消費させる必要があると判断される。このため、温度検知用トランジスタTr3はオンのままであるものの、電源検知用トランジスタTr2がオフされ、ソレノイド駆動電流Iは内部抵抗R1及び外付け抵抗R2を流れる。
電源4の電圧上昇に伴い電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上となり、しかもIC周囲温度Ticも温度閾値Ticth以上となると、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが許容損失W0を大きく超える可能性が高くなり、その時は2つの外付け抵抗R2,R3で電力を消費させる必要があると判断される。このため、2つのトランジスタTr2,Tr3がともにオフされ、ソレノイド駆動電流Iは内部抵抗R1、外付け抵抗R2,R3を流れる。従って、2つの外付け抵抗R2,R3で電力が消費されることになり、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが大きく上昇する状況下となっても、これを抑制することが可能となる。
従って、電源電圧Vcc及びIC周囲温度Ticの両者の上昇で相乗的にソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが増加する状況となっても、その時には2つの外付け抵抗R2,R3で電力を消費させる。よって、電源電圧Vccの上昇時において更にIC周囲温度Ticが上昇してソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが大きく増加する場合であっても、その時の消費電力増加を低く抑えることが可能となる。なお、図6(b)に示すように、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth未満の時、IC周囲温度Ticが温度閾値Ticth以上となれば、ソレノイド駆動電流Iを外付け抵抗R3に流すようにしてもよい。
本実施形態の構成によれば、第1実施形態の(1)〜(5)に記載の効果に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(6)一般に、ICの許容損失W0は、IC周囲温度Ticの上昇とともに低い値になってしまう現状がある。従って、本例のように外付け抵抗R2,R3で放熱させるに際し、その判断のパラメータとしてIC周囲温度Ticを監視するようにすれば、仮にIC周囲温度Ticが過度に上昇したとしても、ICの消費電力W1が許容損失W0を超えてしまう状況になり難い。よって、外付け抵抗R2,R3を使用する際の判断パラメータとしてIC周囲温度Ticを用いることは、この観点からも効果が高い。
本実施形態の構成によれば、第1実施形態の(1)〜(5)に記載の効果に加え、以下に記載の効果を得ることができる。
(6)一般に、ICの許容損失W0は、IC周囲温度Ticの上昇とともに低い値になってしまう現状がある。従って、本例のように外付け抵抗R2,R3で放熱させるに際し、その判断のパラメータとしてIC周囲温度Ticを監視するようにすれば、仮にIC周囲温度Ticが過度に上昇したとしても、ICの消費電力W1が許容損失W0を超えてしまう状況になり難い。よって、外付け抵抗R2,R3を使用する際の判断パラメータとしてIC周囲温度Ticを用いることは、この観点からも効果が高い。
(7)電源電圧Vccだけでなくソレノイド駆動用半導体集積回路3のIC周囲温度Ticも監視し、電源電圧Vccが電圧閾値Vccth以上となりつつ、しかもIC周囲温度Ticが温度閾値Ticth以上となった場合は、2つの外付け抵抗R2,R3で電力を消費させる。ところで、このように外付け抵抗を2つ用いるのではなく、例えば予め抵抗値の高い外付け抵抗R2を1つ用意しておくことにより、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが大幅に増加してもそれに対応可能とすることも考えられるが、この場合はソレノイド2に定電流を流すに際し、ソレノイド2に常に高電流が流れ込むことになり、この方法を用いるのはあまり好ましくない。従って、本例のように外付け抵抗R2,R3を多段で設ける構造を採用すれば、ソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力Wが大幅に増加する状況となっても、効果的にソレノイド駆動用半導体集積回路3の消費電力を低減することができる。
なお、上記実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・ 第1及び第2実施形態において、定電流用トランジスタTr1、電源検知用トランジスタTr2及び温度検知用トランジスタTr3は、必ずしもMOSFETに限らず、通電回路5の電流経路をオンオフできる素子であれば、その種類は特に限定されない。
・ 第1及び第2実施形態において、定電流用トランジスタTr1、電源検知用トランジスタTr2及び温度検知用トランジスタTr3は、必ずしもMOSFETに限らず、通電回路5の電流経路をオンオフできる素子であれば、その種類は特に限定されない。
・ 第1及び第2実施形態において、ソレノイド駆動用半導体集積回路3に一定のソレノイド駆動電流Iを流す構造は、内部抵抗R1の第1電圧Vaと定電圧V1が同一となるようにオペアンプ7が定電流用トランジスタTr1のゲート電位を制御する構造に限らず、その採用素子や回路構造は適宜変更可能である。
・ 第1及び第2実施形態において、放熱手段は、必ずしも抵抗(外付け抵抗R2,R3)に限定されず、例えばトランジスタやダイオードなど、放熱効果を持つ素子であればよい。
・ 第1及び第2実施形態において、消費電力低減処理を行うに際し、必ずしも電源電圧Vccの監視を条件にすることに限らず、例えばIC周囲温度Ticのみを監視条件とする構造でもよい。
・ 第1及び第2実施形態において、本例のソレノイド駆動用半導体集積回路3の採用対象は、必ずしも電気錠に限らず、例えば電磁ポンプなどの他の様々な機種や装置に搭載してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
(1)請求項1〜3のいずれかにおいて、前記放熱手段は抵抗である。この場合、この種の抵抗は簡単でしかも安価に手に入れることが可能であることから、放熱手段として抵抗を用いれば、実施に際して部品入手を簡単に行うことが可能であり、しかも部品コストも低く抑えることが可能である。
(1)請求項1〜3のいずれかにおいて、前記放熱手段は抵抗である。この場合、この種の抵抗は簡単でしかも安価に手に入れることが可能であることから、放熱手段として抵抗を用いれば、実施に際して部品入手を簡単に行うことが可能であり、しかも部品コストも低く抑えることが可能である。
(2)請求項1〜3のいずれかにおいて、前記消費電力増加のパラメータを検出する第2検出手段を備えた。この場合、消費電力増加に起因するパラメータを検出する第2検出手段を、負荷駆動用半導体集積回路に組み込むことが可能となり、第2検出手段が一体となった負荷駆動用半導体集積回路を提供することが可能となる。
2…負荷としてのソレノイド、5…通電回路、6…検出手段としての電圧検知回路、7…第1制御手段としてのオペアンプ、9…第2制御手段としての電源検知回路、11…樹脂パッケージ、Tr1…第1スイッチング手段としての定電流用トランジスタ、I…電流としてのソレノイド駆動電流、R2,R3…放熱手段としての抵抗、Tr2,Tr3…第2及び第3スイッチング手段としての電源検知用トランジスタ、Vcc…パラメータを構成する電源電圧、Tic…パラメータを構成するIC温度、W…消費電力。
Claims (3)
- 負荷の電流経路上に直列接続された第1スイッチング手段と、
前記負荷の通電回路の状態変化を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出信号に基づき、前記負荷に流れる電流が一定になるように前記第1スイッチング手段のスイッチ状態を制御する第1制御手段と、
前記通電回路に前記第1スイッチング手段と直列状態で接続された第2スイッチング手段と、
前記通電回路に接続されつつ、本回路のパッケージに外付けされた放熱手段と、
消費電力増加の原因となるパラメータに基づき、前記消費電力が増加すると判断した際、前記第2スイッチング手段をオフ状態に切り換えることにより、前記電流を前記放熱手段に迂回させる第2制御手段と
を備えたことを特徴とする負荷駆動用半導体集積回路。 - 前記第2制御手段は、前記負荷の電源電圧を前記パラメータとして監視することを特徴とする請求項1に記載の負荷駆動用半導体集積回路。
- 前記第2スイッチング手段及び前記放熱手段は、前記消費電力増加の原因となる種々のパラメータごとに複数組設けられ、前記第2制御手段は、これら前記パラメータに基づき、複数の前記第2スイッチング手段のスイッチ状態を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の負荷駆動用半導体集積回路。
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