JP2008034978A

JP2008034978A - 負荷駆動回路

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Publication number: JP2008034978A
Application number: JP2006203779A
Authority: JP
Inventors: Takao Kuroda; 黒田　　隆雄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP4862532B2

Abstract

【課題】出力素子が負荷に供給する駆動電圧の温度によるばらつきを減少する負荷駆動回路を提供する。
【解決手段】第１の電圧を供給する電源１２と、電源１２に接続され、所定の負荷２０を駆動するための駆動電圧を出力する出力素子１３と、電源１２と出力素子１３との間に接続された温度補償回路と、を備え、温度補償回路は、第１の電圧に対して出力素子１３の温度に応じたオン抵抗による電圧降下の補償を行って第２の電圧に変圧し、出力素子１３は、第２の電圧が供給され、当該第２の電圧に基づいた駆動電圧を負荷２０に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷を駆動するための駆動電圧を出力する出力素子に供給される電源電圧の温度補償を行う負荷駆動回路に関する。

供給された電圧の温度補償を行う温度補償回路が、特開昭６３−２９６５０６号公報（特許文献１）に開示されている。

特許文献１に開示された温度補償回路は、電圧制御型の可変減衰器に供給する電圧に対して温度補償を行うために、可変電圧発生手段と、一定電圧を発生する定電圧発生手段と、ある一定の温度範囲においては可変電圧発生手段の出力電圧を温度補償電圧とし、この一定の温度範囲以外の温度では定電圧発生手段の出力電圧を温度補償電圧とする切換回路と、を有するものである。
特開昭６３‐２９６５０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された温度補償回路により生成される温度補償電圧は、温度に対する温度補償電圧特性の屈曲点（温度補償電圧の変化率の変化点）がある一定温度で固定されている。したがって、当該温度補償回路は稼働温度領域において適切な温度補償電圧の生成を行うことができないことがある。

例えば、出力素子に半導体を使用した負荷駆動回路に当該温度補償回路が組み込まれていると、出力素子はその温度に応じて変動する抵抗（オン抵抗）を有するため、当該温度補償回路は適切に温度補償を行なった電圧を出力素子に供給しなければ、出力素子が外部負荷に供給する駆動電圧のばらつきが増加するという問題があった。

この場合、出力素子のサイズを十分に大きく取って出力素子の抵抗値を低下させることで、外部負荷に供給する駆動電圧のばらつきを相対的に減少させることができるが、出力素子のサイズが大きくなるにつれてコストが増加し、また、温度に応じた柔軟な電圧補償が難しくなるという問題があった。

そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、出力素子の温度に応じた温度補償を行なった電圧を出力素子に供給することによって、当該出力素子が外部負荷に供給する駆動電圧のばらつきを減少させることができる負荷駆動回路を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る負荷駆動回路は、第１の電圧を供給する電源と、電源に接続され、所定の負荷を駆動するための駆動電圧を出力する出力素子と、電源と出力素子との間に接続された温度補償回路と、を備え、温度補償回路は、第１の電圧に対して出力素子の温度に応じた温度補償を行って第２の電圧に変圧し、出力素子は、第２の電圧が供給され、当該第２の電圧に基づいて駆動電圧を出力することを特徴とする。

請求項１に記載された負荷駆動回路によれば、温度補償回路により出力素子の温度に応じた温度補償を行なった電圧を出力素子に供給することができるため、当該出力素子が外部負荷に供給する駆動電圧のばらつきを減少することができる。

請求項２及び３に係る負荷駆動回路は、請求項１に記載の負荷駆動回路を構成する温度補償回路を具体化したものである。すなわち、請求項２係る負荷駆動回路は、請求項１に記載の負荷駆動回路において、温度補償回路は、複数の抵抗素子で構成され、第１の電圧を所定の比率で分圧して分電圧を生成する分圧抵抗と、基準電圧を生成する基準電圧生成部と、出力素子を感温する感温素子と、感温素子の感温結果に基づく制御電圧を分圧抵抗に供給する制御部と、第１、第２の入力端子を有し、当該入力端子は分圧抵抗の分点、基準電圧生成部にそれぞれ接続され、分電圧と基準電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、を含むことを特徴とする。

また、請求項３に係る負荷駆動回路は、請求項１に記載の負荷駆動回路において、温度補償回路は、複数の抵抗素子で構成され、第１の電圧を所定の比率で分圧して分電圧を生成する分圧抵抗と、出力素子を感温する感温素子と、感温素子の感温結果に基づいて、マイコンからＤ／Ａ変換器を通して基準電圧を生成する基準電圧生成部と、第１、第２の入力端子を有し、当該入力端子は分圧抵抗の分点、基準電圧生成部にそれぞれ接続され、分電圧と基準電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、を含むことを特徴とする。

請求項４及び５に係る負荷駆動回路は、請求項２に記載の負荷駆動回路を構成する感温素子を具体化したものである。また、請求項６及び７に係る負荷駆動回路は、感温素子の配置を具体化したものである。すなわち、感温素子として、請求項４に記載のようにサーミスタを用いることができ、このサーミスタは請求項６に記載のように分圧抵抗を置換するようにして配置することができる。また、感温素子として、請求項５に記載のようにダイオードを用いることができ、このダイオードは請求項７に記載のように分圧抵抗に接続するようして配置することができる。請求項１〜７に係る負荷駆動回路には、請求項８に記載されたように、出力素子としてＭＯＳ素子、又はバイポーラ素子を好適に用いることができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各図において同一、もしくは、均等である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における負荷駆動回路１００の概略を示す図である。負荷駆動回路１００は、コイル２０ａとコンデンサ２０ｂとからなる外部負荷（例えば、送信アンテナ）２０を駆動するための半導体を使用したパワー出力回路であり、第１の電圧を供給する電源１２と、ハイサイドから外部負荷２０を駆動するための駆動電圧を出力する出力素子としてのＰ型のＭＯＳ素子１３と、電源１２とＭＯＳ素子１３との間に接続された温度補償回路と、を備えて構成されている。このような構成の下、電源１２から電圧の供給を受けたＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧は、出力端子１４を介して外部負荷２０に供給される。

ところで、ＭＯＳ素子１３のオン抵抗は正の１次温度係数を有しており、ＭＯＳ素子１３の抵抗値はその温度に応じて変動する。すると、ＭＯＳ素子１３の抵抗値の変動の影響を受けて、ＭＯＳ素子１３のオン抵抗による電圧降下が変動し、これに伴って、ＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧にばらつきが生じてしまい、外部負荷２０が所望の性能を発揮することができないことがある。

そこで、本実施形態に係る負荷駆動回路１００は、温度補償回路により、電源１２が供給する第１の電圧に対してＭＯＳ素子１３の温度に応じたオン抵抗による電圧効果の補償を行ない、第２の電圧（温度補償電圧）に変圧する。そして、温度補償された第２の電圧をＭＯＳ素子１３に供給することにより、ＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧のばらつきを減少させるものである。

なお、ＭＯＳ素子１３には電気信号を伝達するための図示しないワイヤ（例えば、ＭＯＳ素子１３から出力端子１４への配線）が接続されている。このワイヤにはＭＯＳ素子１３の発熱等による熱が伝わるため、その抵抗値が変化する。したがって、上記の温度補償は、ワイヤの抵抗成分を考慮して行うとより効果的である。

負荷駆動回路１００における温度補償回路は、第１の電圧を後述する増幅信号に基づいて第２の電圧に変圧するバイポーラ素子１９と、基準電圧を生成する基準電圧生成部１８と、ＭＯＳ素子１３の温度に応じて変動する制御電圧を出力する制御部１７と、差動増幅器１５と、を含んで構成されている。

制御部１７には、ＭＯＳ素子１３の近傍に配置され、ＭＯＳ素子１３を感温する感温素子１６が接続されている。差動増幅器１５の反転入力端子（−）は、基準電圧生成部１８に接続されており、基準電圧が供給される。また、非反転入力端子（＋）は、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の分点に接続されており、第１の電圧から制御部１７による制御電圧を差し引いた電圧が分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧され供給される。なお、Ｒ２は可変抵抗である。

差動増幅器１５は、反転入力端子及び非反転入力端子に供給されたこれらの電圧を比較して、それらの変動分を増幅した増幅信号をバイポーラ素子１９に向けて出力する。当該増幅信号でバイポーラ素子１９を駆動することにより、第１の電圧は第２の電圧に変圧される。そして、ＭＯＳ素子１３には、この温度補償された第２の電圧が供給されることとなる。これにより、ＭＯＳ素子１３の温度が変化したとしても、ＭＯＳ素子１３が外部負荷２０に供給する駆動電圧のばらつきを減少させることができる。

図２は、負荷駆動回路１００におけるＭＯＳ素子１３の温度とＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧との関係を示すグラフである。図２（ａ）は、ＭＯＳ素子１３の温度に応じた温度補償を行なっていない電圧をＭＯＳ素子１３に供給した場合における、ＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧を示すグラフである。図２（ａ）は、ＭＯＳ素子１３の温度が高くなるにつれて、ＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧が低下していることを示している。すなわち、駆動電圧のばらつきが発生していることを示している。

これに対して、図２（ｂ）は、ＭＯＳ素子１３の温度に応じた温度補償を行なった電圧をＭＯＳ素子１３に供給した場合における、ＭＯＳ素子１３が出力する駆動電圧を示すグラフである。図２（ｂ）は、ＭＯＳ素子１３の温度にかかわらず、ＭＯＳ素子１３はほぼ一定の駆動電圧を出力していることを示している。すなわち、駆動電圧のばらつきが減少していることを示している。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態における負荷駆動回路１１０の概略を示す図である。図３に示すように、負荷駆動回路１１０は、外部負荷２０をローサイド駆動する出力素子としてのＮ型ＭＯＳ素子２１を備えており、後述する温度補償回路によって、電源１２が供給する第１の電圧に対してＭＯＳ素子２１の温度に応じた温度補償を行ない、第２の電圧（温度補償電圧）に変圧する。そして、この第２の電圧を負荷２０に供給することにより、ＭＯＳ素子２１による電圧降下のばらつきを減少させるものである。

負荷駆動回路１１０における温度補償回路は、第１の電圧を第２の電圧に変圧するバイポーラ素子１９と、基準電圧を生成する基準電圧生成部１８と、サーミスタＴｈと、差動増幅器１５と、を含んで構成されている。

サーミスタＴｈは、金属酸化物を主体とした半導体混合物を焼結し、当該焼結半導体混合物にリード線を設けて形成され、低温時にはその抵抗値が増加し、高温時にはその抵抗値が増加する特性（正の１次温度係数）を有する半導体抵抗素子であり、抵抗Ｒ３と直列に接続されている。

差動増幅器１５の反転入力端子（−）は、基準電圧生成部１８に接続されている。また、非反転入力端子（＋）は、サーミスタＴｈと抵抗Ｒ３との間に接続されており、第１の電圧がサーミスタＴｈ、抵抗Ｒ３で分圧されて供給される。

差動増幅器１５は、反転入力端子及び非反転入力端子に供給されたこれらの電圧を比較して、それらの変動分を増幅した増幅信号をバイポーラ素子１９に向けて出力する。当該増幅信号でバイポーラ素子１９を駆動することにより、第１の電圧は第２の電圧に変圧される。そして、ＭＯＳ素子２１には、この温度補償された第２の電圧が供給されることとなる。これにより、ＭＯＳ素子１３の温度が変化したとしても、ＭＯＳ素子１３が外部負荷２０に供給する駆動電圧のばらつきを減少させることができる。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態における負荷駆動回路１２０の概略を示す図である。図４に示すように、負荷駆動回路１２０は、外部負荷２０をブリッジ駆動する出力素子としてのＰ型のＭＯＳ素子２３及びＮ型ＭＯＳ素子２４を備えており、後述する温度補償回路によって、電源１２が供給する第１の電圧に対してＭＯＳ素子２３、２４の温度に応じた温度補償を行ない、第２の電圧（温度補償電圧）に変圧する。そして、この第２の電圧をＭＯＳ素子２３、２４に供給することにより、ＭＯＳ素子２３、２４が出力する駆動電圧のばらつきを減少させるものである。

負荷駆動回路１２０における温度補償回路は、第１の電圧が供給されるバイポーラ素子１９と、基準電圧を生成する基準電圧生成部１８と、ダイオード群２２と、差動増幅器１５と、を含んで構成されている。

ダイオード群２２は、個々が負の１次温度係数を有するダイオードを複数直列に接続することで形成されており、このように形成されたダイオード群２２は抵抗Ｒ４、Ｒ５に直列に接続されている。

差動増幅器１５の反転入力端子（−）は、基準電圧生成部１８に接続されている。また、非反転入力端子（＋）は、分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５分点に接続されており、第１の電圧からダイオード群２２が有する順方向下降電圧（Ｖｆ）を差し引いた電圧が分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５で分圧され供給される。なお、ダイオードの数や分圧抵抗Ｒ４、Ｒ５の値を変化させることにより、差動増幅器１５の非反転入力端子（＋）へ入力される第１の電圧の温度に対する変化率を変えることができる。

差動増幅器１５は、反転入力端子及び非反転入力端子に供給されたこれらの電圧を比較して、それらの変動分を増幅した増幅信号をバイポーラ素子１９に向けて出力する。
当該増幅信号でバイポーラ素子１９を駆動することにより、第１の電圧は第２の電圧に変圧される。そして、ＭＯＳ素子２３、２４には、この温度補償された第２の電圧が供給されることとなる。これにより、ＭＯＳ素子２３、２４の温度が変化したとしても、ＭＯＳ素子２３、２４が外部負荷２０に供給する駆動電圧のばらつきを減少させることができる。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態における負荷駆動回路１３０の概略を示す図である。負荷駆動回路１３０は、回路を構成する要素等がそれぞれ複雑な温度特性を有する場合であっても、それらをメモリ３３に記憶させてマイコン３２による制御を行うことで好適に温度補償を行うことができる回路である。

図５に示すように、負荷駆動回路１３０は、外部負荷２０をハイサイド駆動する出力素子としてのバイポーラ素子２５を備えており、後述する温度補償回路によって、電源１２が供給する第１の電圧に対してバイポーラ素子２５等の温度に応じた温度補償を行ない、第２の電圧に変圧する。そして、この第２の電圧をバイポーラ素子２５に供給することにより、バイポーラ素子２５が出力する駆動電圧のばらつきを減少させるものである。

負荷駆動回路１３０における温度補償回路は、第１の電圧が供給されるバイポーラ素子１９と、バイポーラ素子２５、バイポーラ素子２５に電気信号を伝達するために接続されたワイヤ、外部負荷２０等の温度特性等に関するデータを記憶するメモリ３３と、バイポーラ素子２５等の感温結果が入力されるマイコン３２と、マイコン３２が出力するデジタル信号を当該感温結果に基づいてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器３１と、差動増幅器１５と、を含んで構成されている。

差動増幅器１５の反転入力端子（−）は、Ｄ／Ａ変換器３１に接続されており、バイポーラ素子２５等の温度データに基づくアナログ信号が供給される。また、非反転入力端子（＋）は、分圧抵抗Ｒ５、Ｒ６の分点に接続されており、第１の電圧が分圧抵抗Ｒ５、Ｒ６で分圧されて供給される。

差動増幅器１５は、反転入力端子及び非反転入力端子に供給されたこれらの電圧を比較して、それらの変動分を増幅した増幅信号をバイポーラ素子１９に向けて出力する。当該増幅信号でバイポーラ素子１９を駆動することにより、第１の電圧は第２の電圧に変圧される。そして、バイポーラ素子２５には、この温度補償された第２の電圧が供給されることとなる。これにより、バイポーラ素子２５の温度が変化したとしても、バイポーラ素子２５が外部負荷２０に供給する駆動電圧のばらつきを減少させることができる。

本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施形態における負荷駆動回路を示す図である。出力素子温度と駆動電圧との関係を示したグラフであり、（ａ）は温度補償を行なわなかった場合のグラフ、（ｂ）は温度補償を行なった場合のグラフである。本発明の第２の実施形態における負荷駆動回路を示す図である。本発明の第３の実施形態における負荷駆動回路を示す図である。本発明の第４の実施形態における負荷駆動回路を示す図である。

符号の説明

１２・・・電源、１３，２１，２３，２４，２５・・・出力素子、１４・・・出力端子、１５・・・差動増幅器、１６・・・感温素子、１７・・・制御部、１８・・・基準電圧発生部、２０・・・外部負荷、３１・・・Ｄ／Ａ変換器、３２・・・マイコン、３３・・・メモリ

Claims

第１の電圧を供給する電源と、
前記電源に接続され、所定の負荷を駆動するための駆動電圧を出力する出力素子と、
前記電源と前記出力素子との間に接続された温度補償回路と、を備え、
前記温度補償回路は、
前記第１の電圧に対して前記出力素子の温度に応じた温度補償を行って第２の電圧に変圧し、
前記出力素子は、
前記第２の電圧が供給され、当該第２の電圧に基づいた前記駆動電圧を出力することを特徴とする負荷駆動回路。
前記温度補償回路は、
複数の抵抗素子で構成され、前記第１の電圧を所定の比率で分圧して分電圧を生成する分圧抵抗と、
基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
前記出力素子を感温する感温素子と、
前記感温素子の感温結果に基づく制御電圧を前記分圧抵抗に供給する制御部と、
第１、第２の入力端子を有し、当該入力端子は前記分圧抵抗の分点、前記基準電圧生成部にそれぞれ接続され、前記分電圧と前記基準電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
前記温度補償回路は、
複数の抵抗素子で構成され、前記第１の電圧を所定の比率で分圧して分電圧を生成する分圧抵抗と、
前記出力素子を感温する感温素子と、
前記感温素子の感温結果に基づいて、マイコンからＤ／Ａ変換器を通して基準電圧を生成する基準電圧生成部と、
第１、第２の入力端子を有し、当該入力端子は前記分圧抵抗の分点、前記基準電圧生成部にそれぞれ接続され、前記分電圧と前記基準電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動回路。
前記感温素子は、サーミスタで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動回路。
前記感温素子は、ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の負荷駆動回路。
前記サーミスタは、前記分圧抵抗の一つを置換するようにして配置されることを特徴とする請求項４に記載の負荷駆動回路。
前記ダイオードは、前記分圧抵抗に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の負荷駆動回路。
前記出力素子は、ＭＯＳ素子、又はバイポーラ素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の負荷駆動回路。