JP2009165004A - 負荷駆動診断装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイド等のインダクタンス負荷電流をＯＮ/ＯＦＦ制御して駆動する負荷駆動診断装置であって、負荷電流をＯＦＦする際に生じる逆起電力を電源電圧よりも高い電圧で保持して負荷電流を短時間で減衰させる構成において、電源等へのショート発生により負荷駆動診断装置に過電流状態が生じた場合、同様に電源電圧以上の電圧で保持すると、端子コンデンサと寄生インダクタンスによってＬＣ発振が生じ、逆電流が発生して負荷駆動診断装置の出力電圧がマイナス電圧に低下する等により回路の誤動作や破壊が発生することがあった。
【解決手段】
スイッチ回路出力電圧２９を所定電圧に保持する電圧保持手段において、さらに別の所定電圧を持つもう一つの電圧保持手段を持ち、過電流状態の検出に応じて、これら所定の保持電圧を切替えるような電圧保持手段を備えることによって実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は、接続された負荷に電流を供給して駆動する負荷駆動診断装置の保護、及びその診断方式に関する。

車両には多くの負荷が搭載されており、これら負荷を通電制御するために、半導体によるスイッチが多用されている。半導体スイッチは、価格や重量の低減に寄与するため、一般的なものとなっている。近年さらなる価格低減のため、半導体スイッチとそれを駆動するドライブ回路を一体化した制御装置を集積回路として用いる場合が多い。これを図１５を用いて説明する。

図１５において、１は負荷のON/OFFタイミングを制御するＣＰＵ制御手段、２は負荷駆動コマンド、３は集積回路３１の入力コマンド端子、４は入力バッファ、５は内部コマンド信号、６はドライバの駆動/遮断を行うドライバ駆動遮断手段、７は駆動/遮断制御信号、８は半導体スイッチを駆動するドライバ手段であり、8aはハイサイドドライバ、8bはロウサイドドライバ、１０はハイサイドドライバ8aによるゲート駆動シンク電流、１１はロウサイドドライバ8bによるゲート駆動ソース電流である。１２は半導体スイッチを直接制御するゲート信号、１３は半導体スイッチ回路であり、１３aは半導体スイッチのゲート入力寄生容量である。２９は半導体スイッチ回路１３のスイッチ回路出力電圧で、出力端子３０を介して外部に出力される。

１６は半導体スイッチを流れるスイッチ回路入力電流、１７は電流検出用のシャント抵抗であり、このシャント抵抗の両端電圧１９，２０の電位差２１に応じて、過電流検出手段２２により、過電流状態の検出が行われる。２３は過電流検出信号、２４は過電流状態になった場合に過電流検出信号２３が出力されたタイミングから所定時間だけ遮断状態の保持を行う遮断状態保持手段、２５は遮断状態保持信号であり、ドライバ駆動遮断手段６に入力されて、その出力信号により半導体スイッチ回路１３の遮断を行う。２６は診断情報をＣＰＵ制御手段に出力する診断出力手段で、前記過電流検出信号２３が入力されて、ＣＰＵ読出し制御信号３２に応じて、診断出力信号２８を出力する。２７は診断出力端子、３３は読出し制御信号入力端子である。５０ｂは電圧保持手段であり、スイッチ出力電圧２９の電圧が所定電圧に達した場合、半導体スイッチ回路１３をONさせて所定電圧を保持する。１００はＧＮＤ,１０１は電源である。また、３１は上記制御装置が１チップ上に集積された半導体集積回路である。

また、本半導体集積回路の診断出力手段２６の構成は、図１６のようになっている。図１６において、２６ａはＣＰＵ読出し制御信号３２に応じて、診断情報を出力する出力回路、２６ｂは過電流検出出力信号２３に応じて過電流検出診断の状態遷移をする過電流検出状態遷移手段、７０は過電流診断状態であることを示す過電流診断状態出力信号である。

本半導体集積回路３１は、一般に図１７のような構成で外部負荷と接続されて使用される。図１７において、４３はサージ等のノイズ保護のために付加される端子コンデンサ、４０はスイッチ出力端子３０に接続されるワイヤーハーネスであり、これに負荷４２が接続される。４１はワイヤーハーネスの寄生インダクタンスである。また、４５は逆起電力により、半導体集積回路３１から電源側に流れる逆電流である。このような構成において、アクシデントにより負荷の電源１０１への短絡４４が発生した場合、電源１０１から直接スイッチ出力端子３０に電流が流れ込み、スイッチ回路１３の保護の為に遮断が行われる。

上記の構成において、図１８のタイミングチャート、及び図１９の状態遷移図を用いて、各回路の動作を説明する。図１８において、６０は負荷４２が電源１０１に短絡している期間を示す。また６１は過電流検出状態遷移手段２６ｂの遷移状態を示している。それ以外は図１５と同じである。

ＣＰＵから負荷駆動コマンド２が入力され、タイミングＡでスイッチ回路１３がＯＮしてスイッチ回路に入力電流１６が流れ込み、同時に出力端子電圧２９がロウとなった後、タイミングＢで電源ショート６０が発生すると、負荷４２による電流制限がなくなるので、入力電流１６が上昇する。そして、タイミングＣで電流値が所定のしきい値（１６ａ）に達すると、電流検出用のシャント抵抗１７の両端電圧２１が増大して所定のしきい値を越えて、過電流検出信号２３が出力される。前記過電流検出信号２３は、遮断状態保持手段２４に入力され、過電流遮断保持信号２５が出力され、ドライバ駆動/遮断手段６に入力され、タイミングＤで駆動遮断制御信号７はハイとなる。これによって、ドライバ手段８にシンク電流１１が流れ、ゲート信号１２はロウとなってスイッチ回路１３がＯＦＦ（遮断）する。

この時、スイッチ回路１３の遮断によって、ワイヤーハーネス４０の浮遊インダクタンス４１に逆起電力が発生し、スイッチ回路出力電圧２９に電圧跳ね上がり２９ａが発生する。スイッチ回路出力には、電圧保持手段５０ｂが付加されているため、電圧跳ね上がり２９ａは電圧レベル２９ｂで保持される。スイッチ出力端子３０には外部に端子コンデンサ４３が付加されているため、この容量に保持電圧レベル２９ｂの電圧がチャージされる。

電圧レベル２９ｂは通常に負荷をＯＮ／ＯＦＦする場合、速やかに負荷電流を遮断するために、通常は電源電圧レベルより高い電圧に設定されている。従って上記のように過電流状態で遮断が発生した場合も同様に電源電圧１０１より高い値になるので、電圧レベル２９ｂにチャージされた端子コンデンサ４３から電源１０１に向かって逆電流４５が流れる。この電流は、寄生インダクタンス４１中に流れるが、端子コンデンサ４３の電荷を抜いた後も流れ続けようとして、スイッチ回路出力端子３０からも電流を引き続け、１６ｂに示すようにスイッチ回路入力電流がマイナスとなり、端子から電流が引っ張られることとなる。同時に、スイッチ回路出力電圧29もマイナス電圧に低下する。

すなわちタイミングＤにて遮断が発生した瞬間に、端子コンデンサ４３と寄生インダクタンス４１との間にＬＣ発振が生じて、スイッチ回路出力端子３０にマイナス電流が流れ、スイッチ回路出力電圧２９がマイナスに低下してしまう現象が発生する。

従来技術では特開平０４−１７２９６２号公報に示すように、過電流を検出した後の遮断時に半導体スイッチドライバ手段８のシンク電流１１をコントロールして、本現象の影響を軽減している。前記従来例で示されているＩＧＢＴ等の半導体スイッチ素子では半導体スイッチ回路が単体で存在しており回路に大電流を流すことが可能なため、シンク電流１１をコントロールしてスイッチ遮断速度を除々に低減させれば、遮断速度が低くなる為に逆起電力の問題は発生しない。

特開平０４−１７２９６２号公報

しかしながら、半導体スイッチ回路１３の遮断時に１６ｂに示すようなマイナス電流が流れると、半導体集積回路３１を有する構成ではこれに重大な影響を及ぼす場合がある。半導体スイッチ回路１３は、通常ＮチャンネルのＭＯＳで構成されており、半導体スイッチ回路１３に寄生ダイオード１３ａが構成されているのが一般的である。前記マイナス電流はこの寄生ダイオード１３ａを介して流れるが、これにより半導体集積回路上のＮ層がマイナス電圧に低下し、これを起点として別の寄生素子等が発生して、回路の誤動作を招く場合がある。また温度条件や半導体集積回路のレイアウト条件により、寄生トランジスタの導通による大電流流入現象であるラッチアップが発生して半導体集積回路が熱破壊する等、重大な問題を引き起こす場合がある。

端子コンデンサ４３を削除するか、容量値を小さくすれば本現象を防止することは可能であるが、この場合は外部から印加されるサージに対する耐性が弱くなりサージ破壊等が発生することがある。またＬＣ発振しないように最適な端子コンデンサの値を選択するとしても、外部ハーネス４０の長さ等により寄生インダクタンス４１の条件が異なるため、すべての条件に適合するような端子コンデンサの値を設定するのは非常に困難である。

半導体集積回路上に半導体スイッチ回路を有する構成では多くの回路が同一シリコン基板上に集積されており、また半導体スイッチ回路１３自身も面積低減のために最小限の面積となっているために、大電流を長時間流し続けると発熱により破壊に至るという問題がある。すなわち電圧の跳ね上り２９ａが起こらず、また同時に発熱による破壊にも至らない、最適な遮断電流スロープを選択し回路的に実現することは非常に困難であった。

また、このような過電流発生時の遮断時の動作に関して次のような制御上の問題点もある。図１８に示すように、過電流状態が過電流検出手段２２によって検出され、出力された過電流検出信号２３は、同時に診断出力手段２６内の過電流診断状態遷移手段２６ｂに入力される。過電流診断状態遷移手段２６ｂ内では、図１９に示すような状態遷移が発生する。図１９において、６１ａは通常状態、６１ｂは過電流検知状態である。通常状態では、過電流診断出力７０ａは０であるが、過電流状態が発生して過電流検出信号２３が出力されると、状態は過電流検知状態６１ｂに移行し、過電流診断出力７０ａは１となる。その後、ＣＰＵ制御手段１からのＣＰＵ読出し制御信号３２が入力されて本過電流診断出力が読み出されると、通常状態に遷移して、過電流診断出力７０ａは０に戻り、同時にＣＰＵに過電流診断状態の情報が読み出される。この状態遷移により、ＣＰＵ制御手段は負荷駆動診断装置に発生した過電流状態を検知して半導体スイッチ回路の制御を行うことが可能となる。

負荷駆動診断装置では、過電流状態が発生して図１８中のタイミングＤで遮断が発生した後、所定の休止期間２５ａ後に自動的に復帰動作を行わせる場合がある。これは一般的に行われている制御方法で、例えば瞬間的な接触による過電流遮断の場合に、システム的な影響を最小限とするために自動的に正常状態に復帰させる。このとき例えば３２ａのタイミングでＣＰＵ制御手段が状態遷移の読出しを行った場合は、少なくとも１回は過電流診断状態を認識出来るが、これに続けて、遮断状態が継続している３２ｂのタイミングで読出しを行った場合、回路状態は通常状態６１ａに戻っているので正常であると認識する。その為、ＣＰＵ制御手段は、半導体スイッチ回路が遮断状態にあることを認識出来ず、正常動作としての制御を行ってしまうため、システム的な誤動作が発生したり、過電流による遮断状態を認識出来ないまま遮断状態が継続する、といった制御上の不都合が生じる場合がある。

本発明の目的は、端子コンデンサの値や、ハーネスの長さによる寄生インダクタンスの値にも影響されず、かつ遮断時にマイナス電流による悪影響の無いような負荷駆動診断装置を実現することにある。

また、過電流による遮断が継続している場合でも、その遮断継続状態を正確に認識可能な負荷駆動診断装置を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明はスイッチ回路出力電圧を所定電圧に保持するための電圧保持手段において、さらに別の所定電圧を持つ複数の電圧保持手段を設け、過電流状態の検出に応じてこれら所定の保持電圧を切替える切替えスイッチを持つ電圧保持手段を備える。

また、過電流状態が発生して上記保持電圧の切替えを行った後に、確実に半導体スイッチ回路の遮断を行うため所定の遅延時間を発生させる遅延発生手段を備える。

また、過電流状態において、半導体スイッチ回路の遮断が実行された後、遮断状態保持手段２４から出力される過電流遮断保持信号が診断出力手段に入力される構成であり、過電流遮断保持信号に応じて状態遷移を行う状態遷移手段を備えることによって実現される。
また、過電流状態において、半導体スイッチ回路の遮断が実行された後、半導体スイッチ回路を直接制御するゲート信号に応じて状態遷移を行う状態遷移手段を備えることによって実現される。

また、過電流状態において、半導体スイッチ回路の遮断が実行された後、半導体スイッチ回路を直接制御するゲート信号、及びＣＰＵ制御手段からの診断読出し信号に応じて状態遷移を行う状態遷移手段を備えることによって実現される。

また上記の負荷駆動診断装置を内部に備えた負荷駆動用の半導体回路素子として構成することによって実現される。

本発明により、過電流状態において遮断が発生した場合でも、端子コンデンサや外部ハーネスの寄生インダクタンスの状態に関わらず、正常に遮断が実行出来る負荷駆動診断装置を実現出来る。

また、過電流による遮断が継続している場合でも、その状態を正確に把握し、最適な診断が行える負荷駆動診断装置を実現出来る。

以下、本発明の実施例を図１〜１４により説明する。

図１は、本発明の第１の実施例を説明する、負荷駆動診断装置の一例を示すブロック図である。図１において、１は負荷のON/OFFタイミングを制御するＣＰＵ制御手段、２は負荷駆動コマンド、３は集積回路３１の入力コマンド端子、４は入力バッファ、５は内部コマンド信号、６はドライバの駆動/遮断を行うドライバ駆動遮断手段、７は駆動/遮断制御信号、８は半導体スイッチを駆動するドライバ手段であり、8aはハイサイドドライバ、8bはロウサイドドライバ、１０はハイサイドドライバ8aによるゲート駆動シンク電流、１１はロウサイドドライバ8bによるゲート駆動ソース電流である。１２は半導体スイッチを直接制御するゲート信号、１３は半導体スイッチ回路であり、１３ａは半導体スイッチ回路の寄生ダイオードを示し、１３ｂは半導体スイッチのゲート入力寄生容量である。

２９は半導体スイッチ回路１３のスイッチ回路出力電圧で、出力端子３０を介して外部に出力される。１６は半導体スイッチを流れるスイッチ回路入力電流、１７は電流検出用のシャント抵抗であり、このシャント抵抗の両端電圧１９，２０の電位差２１に応じて、過電流検出手段２２により、過電流状態の検出が行われる。２３は過電流検出信号、２４は過電流状態になった場合に過電流検出信号２３が出力されたタイミングから所定時間だけ状態の保持を行う遮断状態保持手段、２５は遮断状態保持信号であり、ドライバ駆動遮断手段６に入力されて、この信号により半導体スイッチ回路１３の遮断を行う。２６は診断情報をＣＰＵ制御手段に出力する診断出力手段で、前記過電流検出信号２３が入力されて、ＣＰＵ読出し制御信号３２に応じて、診断出力信号２８を出力する。２７は診断出力端子、３３は読出し制御信号入力端子である。５０は電圧保持手段であり、５０ａは遮断状態保持信号２５によって切替え制御される切替えスイッチ、５０ｂは所定値Ａの電圧に保持する出力電圧保持手段，５０ｃは所定値Ａとは異なる所定値Ｂの電圧に保持する出力電圧保持手段である。電圧スイッチ出力電圧２９の電圧が所定電圧に達した場合、半導体スイッチ回路１３をONさせて、スイッチ出力電圧が所定値以上とならないように、所定値Ａ、もしくは所定値Ｂの電圧への保持を行う。１００はＧＮＤ,１０１は電源である。また、３１は上記制御装置が１チップ上に集積された半導体集積回路である。

また、本半導体集積回路は、図２のような構成で使用されるのが一般的である。図２において、４３はサージ等のノイズ保護のために付加される端子コンデンサ、４０はスイッチ出力端子３０に接続される外部ワイヤーハーネスであり、これに負荷４２が接続される。４１はワイヤーハーネスの寄生インダクタンスであり、ワイヤーハーネス４０の長さに応じて値が変動する場合がある。また、４５は逆起電力により、半導体集積回路３１側から電源側に流れる逆電流である。４４は、ワイヤーハーネス４０が直接電源１０１にショートした場合の短絡配線を示す。このような構成において、負荷の電源１０１への短絡４４が発生した場合、電源１０１から短絡配線４４を介して直接スイッチ出力端子３０に電流が流れ込み、半導体スイッチ回路１３の保護の為に遮断が行われることとなる。

図３は電圧保持手段５０の内部構成を示す説明図で、５０ａは切替えスイッチ、５０ｂは所定値Ａの電圧に保持する出力電圧保持手段，５０ｃは所定値Ａとは異なる所定値Ｂの電圧に保持する出力電圧保持手段である。出力電圧保持手段５０ａと出力電圧電圧保持手段５０ｂは、遮断状態保持信号２５によって切替え制御される。通常は所定保持電圧Ａ側に切替えられており、半導体スイッチ回路出力電圧２９は所定電圧値Ａで保持されるが、ショートが発生して過電流による遮断が行われた場合、切替えスイッチ５０ａは所定保持電圧Ａとは異なる電圧である所定保持電圧Ｂ側に切替えられ、スイッチ回路出力電圧２９は所定電圧値Ｂで保持される。図４は第１の実施例のタイミングチャートである。

次に第１の実施例の動作を、図１〜図４を用いて説明する。
図４において、６０はワイヤーハーネス４０が電源１０１に短絡している期間を示す。それ以外の番号は、図１の各信号波形を示す。ＣＰＵ制御手段１から負荷駆動コマンド２が入力され、タイミングＡでハイとなると、入力バッファ４を介して内部コマンド５がドライバ駆動遮断手段６に入力され、駆動/遮断制御信号７がロウとなり、これがドライバ手段８に入力されて、ハイサイドドライバ８ａよりゲート駆動ソース電流１０が半導体スイッチ回路１３のゲートに供給され、ゲート駆動信号１２がハイとなり、半導体スイッチ回路１３がＯＮして半導体スイッチ回路に入力電流１６が流れ込み、同時に出力端子電圧２９がロウとなる。

その後、タイミングＢで負荷駆動コマンド２がロウとなると、今度は逆に駆動/遮断信号７はハイとなり、これがドライバ手段８に入力されて、ロウサイドドライバ８ｂよりゲート駆動シンク電流１１が半導体スイッチ回路１３のゲートより流れて、ゲート駆動信号１２がロウとなり、半導体スイッチ回路１３がＯＦＦして、スイッチ回路出力電圧２９はハイとなる。この際、負荷４２には電流が流れている状態なので、半導体スイッチ回路１３がＯＦＦする時に逆起電力が発生し、スイッチ回路出力電圧２９は電源電圧以上に跳ね上がる。この時、電圧保持手段５０において切替えスイッチは５０ｂ側に切替えられているので、跳ね上がったスイッチ回路出力電圧２９は所定電圧値Ａ（図４中の２９ｂ）にて保持されるようになっている。

次に、タイミングＣで、タイミングＡと同様に制御駆動コマンド２が入力され、半導体スイッチ回路１３がＯＮした後、タイミングＤでショートが発生すると、負荷４２による電流制限がなくなるので、入力電流１６が上昇する。この場合、電流検出用のシャント抵抗１７の両端電圧２１が増大していく。そして、タイミングＥで電流値が所定のしきい値（１６ａ）に達すると、両端電圧２１が所定のしきい値を越えて、過電流検出手段２２により過電流検出信号２３が出力される。前記過電流検出信号２３は、遮断状態保持手段２４に入力され、過電流遮断保持信号２５が出力され、ドライバ駆動遮断手段６に入力され、タイミングＦで駆動遮断制御信号７はハイとなる。これによって、ドライバ手段８にシンク電流１１が流れ、ゲート信号１２はロウとなって、半導体スイッチ回路１３がＯＦＦ（遮断）する。またこの時、過電流遮断保持信号２５よりハイが出力されているので、電圧保持手段５０において、切替えスイッチは出力電圧保持手段Ｂの５０ｃ側に切替えられており、保持電圧は所定量Ｂとなっている。この実施例の場合、本所定量Ｂは電源電圧１０１より若干高めに設定されている。所定量Ｂは回路が安全に作動するためには必ず電源電圧より高い必要がある。また検出したバッテリ電圧に応じて、所定量Ｂを複数の異なる最適値に設定することもできる。

ワイヤーハーネス４０には浮遊のインダクタンス成分４１が含まれているため、半導体スイッチ回路１３の遮断によって、浮遊インダクタンス４１に逆起電力が発生し、スイッチ回路出力電圧２９に電圧跳ね上がりが発生する。しかし、スイッチ回路出力には、電圧保持手段５０が付加されており、保持電圧は所定量Ｂに切替えられているため、跳ね上がったスイッチ回路出力電圧２９が所定量Ｂ（図中２９ｃ）を越えると、電流が半導体スイッチ回路１３のゲートに供給されて、半導体スイッチ回路１３がハーフＯＮ状態となり、スイッチ回路出力電圧２９は所定量Ｂに保持される。よって、端子コンデンサ４３に電源電圧１０１を大きく越えた電圧がチャージされず、従来例で発生していた逆電流４５、及びこれに伴うＬＣ発振が発生しない。よって、スイッチ回路出力端子３０にマイナス電流が流れ、スイッチ回路出力電圧２９がマイナスに低下してしまうことによる誤動作等の影響もなく、正常な遮断を行うことが出来る。

しかも、本保持電圧の切替えは過電流状態を検出した場合にのみ行われるため、半導体スイッチ回路１３の通常のＯＮ→ＯＦＦ（タイミングＢ）動作では保持電圧はより高い電圧（図中２９ｂ）に設定しておくことが出来るので、通常のＯＮ→ＯＦＦ時にはコイルのエネルギーは短時間に吸収され、ＯＦＦ後に負荷に電流が流れつづける不都合が無いというメリットがある。

また、第１の実施例では、ドライバ駆動遮断手段６の手前に遅延手段３４が設けられ、過電流状態が発生して遮断保持手段２４の出力である過電流遮断保持信号２５は、所定時間（３５ａ）だけ遅延されて、ドライバ駆動遮断手段６に入力される。この為、前記電圧保持手段５０における保持電圧Ａ、Ｂの切替えに対して、半導体スイッチ回路１３の遮断は、遅延時間３５ａだけ遅れて遮断され、半導体スイッチ回路１３が遮断される前に確実に電圧保持手段の保持電圧の切替えを行うことが出来る。したがって保持電圧の切替え途中に同時に遮断が発生してスイッチ回路出力電圧２９の跳ね上がりが発生するといった不安定な動作がなく、良好な負荷駆動診断装置を実現出来る。

次に、本発明の第２の実施例を図５を用いて説明する。図５は負荷駆動診断装置の一例を示すブロック図である。図５において、電圧保持手段５０における出力電圧保持手段Ａ，Ｂの各電圧保持手段５０ｄ、５０ｅはＧＮＤに接続されており、スイッチ回路出力電圧２９の跳ね上がりが発生して、所定電圧への保持が発生すると、それぞれの電圧保持動作時に電圧Ａ保持電流５０ｆ、電圧Ｂ保持電流５０ｇが流れる。それ以外の構成は第１の実施例と同様である。

図５の実施例の動作を図６のタイミングチャートで説明する。図６において、第１の実施例の場合と同様にタイミングＢにおいて、半導体スイッチ回路１３をＯＦＦする制御駆動コマンド２が入力された場合、電圧保持手段５０の切替えスイッチ５０ａは保持電圧Ａ側に切替えられているので、ＯＦＦ時のスイッチ回路出力電圧２９の跳ね上がりは２９ｂとなり、負荷の電流は急激に減衰する。一方、タイミングＤにおいて電源ショート６０が発生すると、過電流が流れてタイミングＥで過電流状態を検出して過電流検出信号２３が出力され、過電流遮断保持信号２５が遅延手段を介してドライバ駆動遮断手段６に入力されて、半導体スイッチ回路１３の遮断が発生する。この時、電圧保持手段５０の切替えスイッチ５０ａは、第１の実施例と同様に保持電圧Ｂ側に切替えられているので、スイッチ回路出力電圧２９は２９ｃのようになり、電流の流れる時間は増大するものの、逆電流４５や、これに伴うＬＣ発振が発生しないので、過電流が発生した場合でも、端子コンデンサやハーネスの長さに影響されることなく、正常な遮断を行うことが出来る。

なお、本実施例において、電圧保持手段５０は半導体集積回路３１内に配置される構成となっているが、電圧保持手段５０が半導体集積回路３１の外部に配置され、同様に外部に出力された過電流遮断保持信号２５によって切替え制御されるような構成でも、同様な効果があることは明らかである。

次に、本発明の第３の実施例を図７について説明する。図７は負荷駆動診断装置の一例を示すブロック図である。図７において、２６は診断結果を例えばＣＰＵ制御手段１を含めた外部へと出力する診断出力手段であり、過電流検出手段２２からの過電流検出信号２３、遮断状態保持手段２４からの過電流遮断保持信号２５、及びゲート信号１２が入力されるような構成となっている。このような構成において、ＣＰＵ制御手段１からのＣＰＵ読出し制御信号３２に基づいて、ＣＰＵ読出し診断信号２８を出力する。

図８は上記診断出力手段の内部構成を説明する説明図である。図８において、２６ａはＣＰＵ読出し制御信号３２に基づいて、ＣＰＵ読出し診断信号２８を出力する出力回路、２６ｂは過電流検出信号２３、過電流遮断保持信号２５、ゲート信号１２、ＣＰＵ読出し制御信号３２により、状態遷移を行う状態遷移手段である。これ以外の構成は他の実施例と同様である。

この実施例の動作を図９、及び図１０を用いて説明する。図９は状態遷移手段２６ｂにおける状態遷移を表す状態遷移図である。図１０は第３の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。図９、図１０において、タイミングＡで半導体スイッチ回路１３をＯＮするための制御駆動コマンドが入力され、半導体スイッチ回路１３がＯＮする時、状態遷移６１は通常状態（６１ａ）となっている。その後、タイミングＢでショート状態６０が発生し、タイミングＣで過電流検出しきい値１６ａを越えて過電流検出信号２３が出力され、半導体スイッチ回路が遮断すると、状態遷移手段２６ｂの状態は６１ｂに遷移して過電流検知状態となり、過電流診断出力：１となる。なお、半導体スイッチ回路が遮断した後、状態は６１ｃに遷移し、過電流診断出力：1、遮継続出力：1となる。

次にＣＰＵ制御手段１より、診断の状態を読み出す為に、ＣＰＵ読出信号３２が状態遷移手段２６ｂに入力される。すると状態遷移手段２６ｂは過電流検知状態６１ｃから過電流遮断継続状態６１ｄへと遷移して、過電流診断出力：０、遮断継続出力：１となる。この状態は所定時間保持されるようになっており、次に半導体スイッチ回路１３がＯＮするタイミングＧまで継続される。また、この間に複数のＣＰＵ読出信号３２が入力されても、過電流遮断継続状態６１ｄは変化しない。そして、タイミングＧで再度半導体スイッチ回路がＯＮすると、状態遷移手段２６ｂは過電流遮断継続状態６１ｄから通常状態６１ａに遷移する。

これにより、ＣＰＵ制御手段１は、過電流遮断が発生した場合、過電流状態が発生しそれを検知したという情報だけではなく、制御駆動コマンド２がハイであるにも関わらず、半導体スイッチ回路１３の遮断が実行され電流が流れなくなった後で遮断が継続して半導体スイッチ回路１３がＯＦＦしている状態についても、情報として把握することが可能となり種々の対策を講じることができる。

次に、第３の実施例の第２の効果について説明する。図１１はこれを説明する状態遷移図、図１２はそのタイミングチャートである。第３の実施例においては、ゲート駆動信号１２が診断出力手段２６に直接入力されている。この時、ゲート駆動信号１２の極性に応じて、図１１に示す状態遷移図のように、ゲート駆動信号がハイとなるとオフ状態６１ａからオン状態６１ｂに遷移し、ゲート駆動信号がロウとなるとオン状態６１ｂからオフ状態６１ａに遷移する。これをＣＰＵ読出し信号３２で読み出すことにより、ＣＰＵ制御手段１から供給される駆動制御信号２に関わらず、確実に半導体スイッチ回路１３の状態を得ることが可能となる。よって、このような状態遷移手段２６ｂを持つ負荷駆動手段によって、例えば過電流遮断が発生した場合、駆動制御コマンドがハイであるにも関わらず、半導体スイッチ回路１３がオフしている状態を検知することが出来る。

さらに、第３の実施例の第３の効果について説明する。図１３はこれを説明する状態遷移図、図１４はそのタイミングチャートである。第３の実施例においては、ゲート駆動信号１２が診断出力手段２６に直接入力されており、またＣＰＵ読み出し信号も同時に診断出力手段２６に入力されている。この時、ゲート駆動信号１２の極性の切り替わりエッジ（図中のタイミングＡ、Ｂ、Ｃ）によって、図１３に示す状態遷移図のように、変化無し状態６１ａから変化有り状態６１ｂに状態が遷移する。また、ＣＰＵ読出し信号３２で読み出すことにより、今度は変化有り状態６１ｂから変化無し状態６１ａに遷移する。これにより、図１４中のタイミングＡで変化無し状態（６１ａ）→変化有り状態（６１ｂ）に遷移し、その後ＣＰＵ読み出し信号３２ａにより、変化有り状態（６１ｂ）→変化無し状態（６１ａ）に遷移する。ＣＰＵ読み出し信号３２ｂでは、ゲート駆動信号１２に変化は無いので、変化無し状態（６１ａ）のままとなる。ＣＰＵ読み出し信号３２ｃでは、ゲート駆動信号１２がタイミングＢで変化しているので、変化無し状態（６１ａ）→変化有り状態（６１ｂ）に遷移する。ＣＰＵ読み出し信号３２ｄでも同様である。

よって、このような動作をする状態遷移手段により、ＣＰＵ制御手段は、前回の診断読み出しタイミングに対して、今回の診断読み出しの際に、ＣＰＵ制御手段１から供給される駆動制御信号２に関わらず、半導体スイッチ回路１３にＯＮ／ＯＦＦの動作があったかどうかの判定を行うことが出来る。
よって、この状態遷移手段２６ｂを持つ負荷駆動手段によって、例えば過電流遮断が発生した場合、駆動制御コマンドがハイであるにも関わらず半導体スイッチ回路１３がオフしている状態を検知することが出来る。また、例えば駆動制御コマンドがＰＷＭ制御であった場合等のＣＰＵ制御手段１自身でドライバのＯＮ／ＯＦＦ状態を把握出来ないような場合でも、半導体スイッチ回路が正常にＯＮ／ＯＦＦを繰り返しているかどうかをチェックすることが出来る。したがって過電流状態等による遮断の有無を判断することが可能となるため、より信頼性の高い負荷駆動手段を提供することが出来る。

本発明の第１の実施例を説明する回路ブロック図である。 本発明の第１の実施例の使用例を説明するブロック図である。 図１の電圧保持手段５０の内部構成を説明するブロック図である。 本発明の第１の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２の実施例の動作を説明するブロック図である。 本発明の第２の実施例の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第３の実施例を説明する回路ブロック図である。 本発明の第３の実施例における診断出力手段２６の内部構成を説明するブロック図である。 本発明の第３の実施例における診断出力手段２６の状態遷移を説明する状態遷移図である。 図９の状態遷移の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第３の実施例における診断出力手段２６の、別の効果を得る状態遷移を説明する状態遷移図である。 図１１における状態遷移の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第３の実施例における診断出力手段２６の、別の効果を得る状態遷移を説明する状態遷移図である。 図１３における状態遷移の動作を説明するタイミングチャートである。 従来例を説明するブロック図である。 従来例の診断出力手段２６の内部構成を説明するブロック図である。 従来例の使用例を説明するブロック図である。 従来例の動作を説明するタイミングチャートである。 従来例における診断出力手段２６の状態遷移を説明する状態遷移図である。

符号の説明

１： ＣＰＵ制御手段、６：ドライバ駆動遮断手段、８：ドライバ手段、１３：半導体スイッチ回路、１７：シャント抵抗、２２：過電流検出手段、２４：遮断状態保持手段、２６：診断出力手段、２６ａ：出力回路、２６ｂ：状態遷移手段、３０：出力端子、３１：半導体集積回路、５０：電圧保持手段、５０ａ：切替えスイッチ、５０ｂ：出力電圧保持手段，５０ｃ：出力電圧保持手段、３４：遅延手段、１０１：電源

Claims (13)

1. 接続された負荷に電流を供給するスイッチ回路と、該スイッチ回路の出力端子電圧を所定値に保持する電圧保持手段と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段とを有する負荷駆動診断装置において、
   前記電圧保持手段の保持電圧として複数の所定値を有し、前記電流検出手段の出力に応じて、前記電圧保持手段の前記複数の所定値を切替える切替え手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
2. 請求項１記載の負荷駆動診断装置において、
   前記保持電圧の複数の所定値は、電源電圧より高くかつON/OFF時の負荷電流を速やかに遮断する第１の所定値と、前記第１の所定値より低くかつ電源電圧より若干高めに設定された第２の所定値を有することを特徴とする負荷駆動診断装置。
3. 請求項１または２記載の負荷駆動診断装置において、
   前記電流検出手段の出力信号を所定時間遅延させる遅延手段と、前記電圧保持手段の所定値の切替えを前記スイッチ回路の遮断よりも早く行う制御回路を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の負荷駆動診断装置において、
   前記電流検出手段の出力信号を所定時間遅延させる遅延手段と、前記電流検出手段の出力に応じてスイッチ回路を遮断するとともに遮断基準となる制御電流の複数所定値を有するドライバ手段と、ドライバ手段の制御電流の複数所定値の切換えを前記スイッチ回路の遮断よりも早く行う制御回路を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の負荷駆動診断装置において、
   接続された負荷に電流を供給するスイッチ回路と、前記負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が前記所定値と一致したことを検出する診断検出手段と、前記診断検出手段の出力信号を所定時間保持する保持手段とを有し、前記保持手段の出力に応じて、前記スイッチ回路のON/OFFを制御するとともに保持手段出力を外部へと出力する制御回路を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
6. 請求項５記載の負荷駆動診断装置において、
   前記診断検出手段の出力及び前記保持手段の出力に応じて状態変化する状態遷移手段と、前記状態遷移手段の出力を外部に出力する診断出力手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
7. 請求項１又は２記載の負荷駆動診断装置において、
   前記スイッチ回路のON/OFF制御を行うドライバ手段を有し、前記ドライバ手段の出力を外部に出力する出力手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
8. 請求項７記載の負荷駆動診断装置において、
   ドライバ手段の出力に応じて状態変化する状態遷移手段と、前記状態遷移手段の出力を外部に出力する診断出力手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
9. 請求項１又は２記載の負荷駆動診断装置において、
   前記スイッチ回路のON/OFF制御を行うドライバ手段と、ドライバ手段を制御する制御手段を有し、前記制御手段からの状態読み出し信号およびドライバ手段の出力に応じて状態変化する状態遷移手段と、前記状態遷移手段の出力を外部に出力する診断出力手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
10. 請求項９記載の負荷駆動診断装置において、
    前記ドライバ手段の出力によって状態が変化し、前記制御手段からの読み出し信号によって初期状態に戻る状態遷移手段を備えたことを特徴とする負荷駆動診断装置。
11. 接続された負荷に電流を供給するためのスイッチ回路と、前記スイッチ回路の出力端子電圧を所定値に保持する電圧保持手段と、負荷に流れる電流を検出する電流検出手段とを有する負荷駆動診断装置の制御方法において、
    前記電圧保持手段の所定値として、複数の所定値を有し、前記スイッチ回路がONして負荷に電流が流れた後、前記電流検出手段の出力に応じて、前記電圧保持手段の前記複数の所定値を切替え、前記スイッチ回路がOFFした後に、切換え前とは異なる電圧保持手段の所定値によって、スイッチ回路の出力端子電圧を保持するシーケンスで動作することを特徴とする負荷駆動診断装置の制御方法。
12. 接続された負荷に電流を供給するスイッチ回路と、前記スイッチ回路のON/OFF制御を行うドライバ手段と、負荷に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が所定値と一致したことを検出する診断検出手段と、前記診断検出手段の出力信号を所定時間保持する保持手段とを有し、前記スイッチ回路がONして負荷に電流が流れた後、前記電流検出手段の出力の状態に応じて、前記スイッチ回路を遮断し、遮断後に前記保持手段の出力に応じてリスタートする負荷駆動診断装置の制御方法において、
    前記スイッチ回路の遮断中、前記保持手段の出力を外部に出力するシーケンスで動作することを特徴とする負荷駆動診断装置の制御方法。
13. 請求項１ないし１０のいずれかに係る負荷駆動診断装置を内部に備えたことを特徴とする負荷駆動用半導体。

Images