JP3239914U - Inductive load driver - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の電子制御ユニットにおいて放熱能力の改善を図った誘導性負荷駆動装置を提供する。
【解決手段】誘導性負荷駆動装置１０－１は、半導体素子１２－１、誘導性
負荷Ｌ１およびダイオードＤ１を含む。半導体素子１２－１は、制御回路１２ａ、出力段スイッチであるＮＭＯＳトランジスタＭ１、アンプ回路１２ｂ、シャント抵抗Ｒｓを含む。ＮＭＯＳトランジスタＭ１は、誘導性負荷Ｌ１に接続し、スイッチングによって誘導性負荷Ｌ１を作動する。ダイオードＤ１を誘導性負荷Ｌ１と並列に、シャント抵抗Ｒｓと直列に接続する事によって、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンの場合のみシャント抵抗Ｒｓに電流が流れ、オンからオフに遷移した場合は、シャント抵抗Ｒｓに電流が流れずダイオードＤ１を経て還流させる事によって、シャント抵抗Ｒｓの発熱を抑える。
【選択図】図１

Kind Code: A1 An inductive load driving device with improved heat dissipation capability in an electronic control unit of an automobile is provided.
An inductive load driving device 10-1 includes a semiconductor element 12-1, an inductive load L1 and a diode D1. The semiconductor device 12-1 includes a control circuit 12a, an NMOS transistor M1 as an output stage switch, an amplifier circuit 12b, and a shunt resistor Rs. The NMOS transistor M1 connects to the inductive load L1 and activates the inductive load L1 by switching. By connecting the diode D1 in parallel with the inductive load L1 and in series with the shunt resistor Rs, current flows through the shunt resistor Rs only when the NMOS transistor M1 is on, and when the NMOS transistor M1 makes a transition from on to off, the shunt resistor Rs The heat generation of the shunt resistor Rs is suppressed by causing the current to flow through the diode D1 without flowing in the current.
[Selection drawing] Fig. 1

Description

本考案は、誘導性負荷を流れる電流を検出する誘導性負荷駆動装置に関する。 The present invention relates to an inductive load driving device that detects current flowing through an inductive load.

近年、自動車分野では車体の軽量化、走行燃費の向上等を狙いとした機構部品の電子化に伴う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）の開発が進んでいる。ＥＣＵでは、誘導性負荷をスイッチング素子により駆動する。また、誘導性負荷に流れる電流（負荷電流）をモニタし、負荷電流の変化にもとづいて、誘導性負荷の状態を判定する制御が行われる。 BACKGROUND ART In recent years, in the field of automobiles, the development of electronic control units (ECUs) has been progressing along with the computerization of mechanical parts with the aim of reducing the weight of the vehicle body and improving the running fuel efficiency. In the ECU, an inductive load is driven by a switching element. Also, the current flowing through the inductive load (load current) is monitored, and control is performed to determine the state of the inductive load based on changes in the load current.

図６は従来のＥＣＵの構成を示す図である。ＥＣＵ１３０は、端子Ｔ１、Ｔ２を介して誘導性負荷Ｌ１に接続される。ＥＣＵ１３０は、マイコン１１０、半導体素子１２０、ダイオードｄ１およびシャント抵抗Ｒｓを備える。 FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a conventional ECU. ECU 130 is connected to inductive load L1 via terminals T1 and T2. The ECU 130 includes a microcomputer 110, a semiconductor element 120, a diode d1 and a shunt resistor Rs.

半導体素子１２０は、制御回路１２１ａ、出力段ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるＮＭＯＳトランジスタ（ＮチャネルＭＯＳトランジスタ）ｍ１およびアンプ回路１２１ｂを含み、１パッケージで構成される。 The semiconductor device 120 includes a control circuit 121a, an NMOS transistor (N-channel MOS transistor) m1 which is an output stage MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and an amplifier circuit 121b, and is configured in one package.

ＥＣＵ１３０には、バッテリ＋ＢおよびＧＮＤ（グランド）が接続されて、ＥＣＵ１００内の所定の構成素子に電源電圧が供給される。また、半導体素子１２０のＶＣＣ端子はバッテリ＋Ｂに接続され、半導体素子１２０のＧＮＤ端子はＧＮＤに接続されて、半導体素子１２０内の構成素子に電源電圧が供給される。 A battery +B and GND (ground) are connected to ECU 130 to supply power supply voltage to predetermined components in ECU 100 . Also, the VCC terminal of the semiconductor element 120 is connected to the battery +B, the GND terminal of the semiconductor element 120 is connected to GND, and power supply voltage is supplied to the constituent elements in the semiconductor element 120 .

ＥＣＵ１３０では、誘導性負荷Ｌ１とシャント抵抗Ｒｓは、直列に接続され、ダイオードｄ１は、誘導性負荷Ｌ１とシャント抵抗Ｒｓに対して並列に接続されている。また、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧が、半導体素子１２０内のアンプ回路１２１ｂに入力される構成となっている。 In ECU 130, inductive load L1 and shunt resistor Rs are connected in series, and diode d1 is connected in parallel with inductive load L1 and shunt resistor Rs. Also, the voltage across the shunt resistor Rs is input to the amplifier circuit 121b in the semiconductor element 120. FIG.

各構成素子の接続関係において、半導体素子１２０の入力端子ＩＮは、マイコン１１０の出力端子および制御回路１２１ａの入力端子に接続される。制御回路１２１ａの出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタｍ１のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタｍ１のドレインは、ＶＣＣ端子に接続される。 In the connection relationship of each component, the input terminal IN of the semiconductor element 120 is connected to the output terminal of the microcomputer 110 and the input terminal of the control circuit 121a. The output terminal of the control circuit 121a is connected to the gate of the NMOS transistor m1. The drain of NMOS transistor m1 is connected to the VCC terminal.

半導体素子１２０の負荷側出力端子ＯＵＴは、ＮＭＯＳトランジスタｍ１のソース、ダイオードｄ１のカソードおよび端子Ｔ１に接続され、端子Ｔ１は誘導性負荷Ｌ１の一端に接続される。半導体素子１２０の正側フィードバック入力端子ＩＮ＋は、アンプ回路１２１ｂの第１の入力端子、シャント抵抗Ｒｓの一端および端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ２は誘導性負荷Ｌ１の他端に接続される。 A load-side output terminal OUT of the semiconductor element 120 is connected to the source of the NMOS transistor m1, the cathode of the diode d1 and the terminal T1, and the terminal T1 is connected to one end of the inductive load L1. A positive feedback input terminal IN+ of semiconductor element 120 is connected to the first input terminal of amplifier circuit 121b, one end of shunt resistor Rs and terminal T2, and terminal T2 is connected to the other end of inductive load L1.

半導体素子１２０の負側フィードバック入力端子ＩＮ－は、アンプ回路１２１ｂの第２の入力端子、ダイオードｄ１のアノード、シャント抵抗Ｒｓの他端、マイコン１１０の接地端子およびＧＮＤ端子に接続される。半導体素子１２０のアンプ側出力端子ＡＭＰは、アンプ回路１２１ｂの出力端子およびマイコン１１０の入力端子に接続される。 The negative side feedback input terminal IN- of the semiconductor element 120 is connected to the second input terminal of the amplifier circuit 121b, the anode of the diode d1, the other end of the shunt resistor Rs, the ground terminal of the microcomputer 110 and the GND terminal. An amplifier-side output terminal AMP of the semiconductor element 120 is connected to an output terminal of the amplifier circuit 121 b and an input terminal of the microcomputer 110 .

ここで、ＥＣＵ１３０では、誘導性負荷Ｌ１に流れる負荷電流を制御するため電流値のモニタが行われる。このため、半導体素子１２０に対して外付けされ、かつ誘導性負荷Ｌ１と直列に接続される電流検出用のシャント抵抗Ｒｓに対し、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧を、半導体素子１２０に内蔵したアンプ回路１２１ｂで増幅してマイコン１１０にフィードバックしている。このような制御により、誘導性負荷Ｌ１に流れる負荷電流の電流値のモニタが行われる。 Here, the ECU 130 monitors the current value in order to control the load current flowing through the inductive load L1. For this reason, the voltage across the shunt resistor Rs for current detection, which is externally attached to the semiconductor element 120 and connected in series with the inductive load L1, is applied to the amplifier circuit built in the semiconductor element 120. 121b and fed back to the microcomputer 110. By such control, the current value of the load current flowing through the inductive load L1 is monitored.

関連技術としては、例えば、第一の電流検出部と第一の電流検出部の電流よりも小さい領域の電流を検出する第二の電流検出部とを備え、負荷電流が小さい場合には第二の電流検出部で負荷電流を検出し、負荷電流が大きい場合には第二の電流検出部をショートさせて、第一の電流検出部で負荷電流を検出する技術が提案されている。 As a related technology, for example, it includes a first current detection unit and a second current detection unit that detects a current in a region smaller than the current of the first current detection unit, and when the load current is small, the second current detection unit A technique has been proposed in which the load current is detected by the first current detection section, the second current detection section is short-circuited when the load current is large, and the load current is detected by the first current detection section.

特開２０１３－１５２１８１号公報JP 2013-152181 A

図７は負荷電流が流れる経路を示す図である。ＥＣＵ１３０に負荷電流が流れる経路において、太実線矢印は、ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンした場合に負荷電流が流れる経路ｋ１１を示し、細点線矢印は、ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンからオフに遷移した場合に負荷電流が流れる経路ｋ１２を示している。 FIG. 7 is a diagram showing paths through which load current flows. In the path through which the load current flows in the ECU 130, the thick solid arrow indicates the path k11 through which the load current flows when the NMOS transistor m1 is turned on, and the thin dotted arrow indicates the path k11 through which the load current flows when the NMOS transistor m1 transitions from on to off. indicates a route k12 along which

（ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンの場合）
マイコン１１０は、半導体素子１２０に対して、ＮＭＯＳトランジスタｍ１の駆動指示を送信する。制御回路１２１ａは、入力端子ＩＮを介して駆動指示を受信すると、ＮＭＯＳトランジスタｍ１をオンさせるに要するレベルまで昇圧した駆動信号を生成し、ＮＭＯＳトランジスタｍ１のゲートに印加する。 (When NMOS transistor m1 is on)
The microcomputer 110 transmits an instruction to drive the NMOS transistor m1 to the semiconductor element 120 . When the control circuit 121a receives a drive instruction via the input terminal IN, it generates a drive signal boosted to a level required to turn on the NMOS transistor m1, and applies it to the gate of the NMOS transistor m1.

制御回路１２１ａから送信された駆動信号により、ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンする。このとき、負荷電流は、電源、ＮＭＯＳトランジスタｍ１、負荷側出力端子ＯＵＴ、誘導性負荷Ｌ１、シャント抵抗Ｒｓ、ＧＮＤの順の経路ｋ１１を流れる。 The drive signal sent from the control circuit 121a turns on the NMOS transistor m1. At this time, the load current flows through a path k11 in the order of the power supply, NMOS transistor m1, load-side output terminal OUT, inductive load L1, shunt resistor Rs, and GND.

（ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンからオフに遷移した場合）
マイコン１１０は、ＮＭＯＳトランジスタｍ１の駆動指示の送信を停止する。制御回路１２１ａは、駆動指示が未受信になるとＮＭＯＳトランジスタｍ１に対する駆動信号の印加を停止し、ＮＭＯＳトランジスタｍ１をオフする。 (When the NMOS transistor m1 transitions from ON to OFF)
The microcomputer 110 stops transmitting the drive instruction for the NMOS transistor m1. When the drive instruction is not received, the control circuit 121a stops applying the drive signal to the NMOS transistor m1 and turns off the NMOS transistor m1.

ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオフすると、誘導性負荷Ｌ１に対して電源側からの電圧供給が無くなるため、誘導性負荷Ｌ１のインダクタに蓄積されたエネルギによって、誘導性負荷Ｌ１から同じ方向に電流を流そうとする逆起電圧が発生する。 When the NMOS transistor m1 is turned off, no voltage is supplied to the inductive load L1 from the power supply side. Therefore, the energy stored in the inductor of the inductive load L1 causes current to flow in the same direction from the inductive load L1. A back electromotive force is generated.

また、逆起電圧は、ダイオードｄ１の順方向電圧Ｖｆでクランプされるため、負荷側出力端子ＯＵＴの電位が－０．６Ｖ位になる。このため、負荷電流は、ＧＮＤには流れず、誘導性負荷Ｌ１、シャント抵抗Ｒｓ、ダイオードｄ１のアノード、ダイオードｄ１のカソード、誘導性負荷Ｌ１の順の経路ｋ１２をループすることになる。 In addition, since the back electromotive voltage is clamped by the forward voltage Vf of the diode d1, the potential of the load side output terminal OUT becomes about -0.6V. Therefore, the load current does not flow to GND, but loops through the inductive load L1, the shunt resistor Rs, the anode of the diode d1, the cathode of the diode d1, and the inductive load L1 in this order k12.

このように、従来のＥＣＵ１３０の構成では、ＮＭＯＳトランジスタｍ１がオンの場合、またはオフの場合のいずれにおいても、シャント抵抗Ｒｓには負荷電流が常時流れてしまう。このため、シャント抵抗Ｒｓの素子発熱が大きくなり、放熱能力の不足が問題となっている。 Thus, in the configuration of the conventional ECU 130, the load current always flows through the shunt resistor Rs regardless of whether the NMOS transistor m1 is on or off. As a result, the element heat generated by the shunt resistor Rs increases, and the problem of insufficient heat dissipation capability arises.

１つの側面では、本考案は、放熱能力の改善を図った誘導性負荷駆動装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention aims to provide an inductive load driver with improved heat dissipation capability.

上記課題を解決するために、誘導性負荷駆動装置が提供される。誘導性負荷駆動装置は、出力段スイッチ、ダイオード、およびシャント抵抗を有する。出力段スイッチは、誘導性負荷に接続し、スイッチングにより誘導性負荷を作動する。シャント抵抗は、電源からグランドに向かう第１の経路上に配置され、出力段スイッチがオンした場合に、第１の経路を流れる誘導性負荷の第１の負荷電流を検出し、第１の負荷電流に応じた電圧信号を出力する。ダイオードは、出力段スイッチがオンからオフに遷移した場合に、誘導性負荷の逆起電圧により生じる第２の負荷電流を第２の経路に還流させ、誘導性負荷に対して並列に接続される。またシャント抵抗は第２の経路上には存在しない。 To solve the above problems, an inductive load driving device is provided. An inductive load driver has an output stage switch, a diode and a shunt resistor. The output stage switch connects to the inductive load and actuates the inductive load by switching. The shunt resistor is arranged on the first path from the power supply to the ground, detects a first load current of the inductive load flowing through the first path when the output stage switch is turned on, and detects the first load current. It outputs a voltage signal corresponding to the current. The diode is connected in parallel to the inductive load by allowing the second load current generated by the back electromotive force of the inductive load to return to the second path when the output stage switch transitions from on to off. . Also, no shunt resistor exists on the second path.

１側面によれば、放熱能力を改善することが可能になる。 According to one aspect, it is possible to improve the heat dissipation capability.

本考案の誘導性負荷駆動装置の一例を説明するための図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating an example of the inductive load drive device of this invention. 負荷電流が流れる経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a path through which load current flows; 入力電圧と負荷電流との対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence of an input voltage and load current. 変形例の誘導性負荷駆動装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the inductive load drive device of a modification. 変形例の誘導性負荷駆動装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the inductive load drive device of a modification. 従来のＥＣＵの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional ECU. 負荷電流が流れる経路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a path through which load current flows;

以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本考案の誘導性負荷駆動装置１０－１の一例を説明するための図である。ＥＣＵ１３－１は、端子Ｔを介して誘導性負荷Ｌ１およびダイオードＤ１に接続される。ＥＣＵ１３－１は、マイコン１１、半導体素子１２－１を備える。半導体素子１２－１、誘導性負荷Ｌ１およびダイオードＤ１を本考案における誘導性負荷駆動装置１０－１と呼称する。 Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining an example of an inductive load driving device 10-1 of the present invention. ECU 13-1 is connected via terminal T to inductive load L1 and diode D1. The ECU 13-1 includes a microcomputer 11 and a semiconductor device 12-1. The semiconductor element 12-1, inductive load L1 and diode D1 are called an inductive load driving device 10-1 in the present invention.

半導体素子１２－１は、制御回路１２ａ、出力段スイッチであるＮＭＯＳトランジスタＭ１、アンプ回路１２ｂシャント抵抗Ｒｓを含み、１パッケージで構成されてもよいし、１チップで構成してもよい。パッケージとしては、複数のチップを１つのリードフレーム上に配置し樹脂封止したモールド等が挙げられる。 The semiconductor element 12-1 includes a control circuit 12a, an NMOS transistor M1 as an output stage switch, and a shunt resistor Rs in the amplifier circuit 12b, and may be configured in one package or in one chip. Examples of the package include a mold in which a plurality of chips are arranged on one lead frame and sealed with resin.

ＥＣＵ１３－１には、電源のバッテリ＋ＢおよびＧＮＤが接続されて、ＥＣＵ１３－１内の各構成素子に電源電圧が供給される。また、半導体素子１２－１のＶＣＣ端子はバッテリ＋Ｂに接続され、半導体素子１２－１のＧＮＤ端子はＧＮＤに接続されて、半導体素子１２－１内の各構成素子に電源電圧が供給される。 A power supply battery +B and GND are connected to the ECU 13-1 to supply a power supply voltage to each component in the ECU 13-1. Also, the VCC terminal of the semiconductor element 12-1 is connected to the battery +B, the GND terminal of the semiconductor element 12-1 is connected to GND, and the power supply voltage is supplied to each constituent element in the semiconductor element 12-1.

制御回路１２ａは、マイコン１１からの駆動指示にもとづき、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のスイッチングを制御する。ＮＭＯＳトランジスタＭ１は、誘導性負荷Ｌ１に接続し、スイッチングにより誘導性負荷Ｌ１を作動する。 The control circuit 12a controls switching of the NMOS transistor M1 based on a drive instruction from the microcomputer 11. FIG. The NMOS transistor M1 connects to the inductive load L1 and operates the inductive load L1 by switching.

ダイオードＤ１は、誘導性負荷Ｌ１に対して並列に接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンからオフに遷移した場合に、誘導性負荷Ｌ１の逆起電圧により生じる第２の負荷電流を第２の経路に還流させる。ダイオードＤ１は、誘導性負荷Ｌ１と同一の筐体に収納されていてもよい。 The diode D1 is connected in parallel to the inductive load L1, and directs the second load current generated by the back electromotive force of the inductive load L1 to the second path when the NMOS transistor M1 transitions from ON to OFF. Reflux. Diode D1 may be housed in the same housing as inductive load L1.

シャント抵抗Ｒｓは、第１の経路上に配置され、ＮＭＯＳトランジスタＭ１および誘導性負荷Ｌ１に対して直列に接続されて第１の負荷電流の検出素子となる。アンプ回路１２ｂは、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧を入力して増幅し、第１の負荷電流に応じた電圧信号をマイコン１１に向けて出力するオペアンプである。 A shunt resistor Rs is arranged on the first path and connected in series with the NMOS transistor M1 and the inductive load L1 to serve as a first load current sensing element. The amplifier circuit 12 b is an operational amplifier that receives and amplifies the voltage across the shunt resistor Rs and outputs a voltage signal corresponding to the first load current to the microcomputer 11 .

各構成素子の接続関係において、マイコン１１の出力端子は、半導体素子１２－１の入力端子ＩＮに接続され、入力端子ＩＮは、制御回路１２ａの入力端子に接続される。制御回路１２ａの出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタＭ１のドレインは、ＶＣＣ端子に接続される。またＮＭＯＳトランジスタＭ１のソースは、シャント抵抗Ｒｓの一端に接続される。 In the connection relationship of each component, the output terminal of the microcomputer 11 is connected to the input terminal IN of the semiconductor element 12-1, and the input terminal IN is connected to the input terminal of the control circuit 12a. The output terminal of the control circuit 12a is connected to the gate of the NMOS transistor M1. The drain of NMOS transistor M1 is connected to the VCC terminal. Also, the source of the NMOS transistor M1 is connected to one end of the shunt resistor Rs.

半導体素子１２－１の負荷側出力端子ＯＵＴは、シャント抵抗Ｒｓの他端および端子Ｔに接続され、端子Ｔは、ダイオードＤ１のカソードおよび誘導性負荷Ｌ１の一端に接続される。 A load-side output terminal OUT of semiconductor element 12-1 is connected to the other end of shunt resistor Rs and terminal T, and terminal T is connected to the cathode of diode D1 and one end of inductive load L1.

シャント抵抗Ｒｓの一端は、アンプ回路１２ｂの第１の入力端子（非反転入力端子）に接続される。シャント抵抗Ｒｓの他端は、アンプ回路１２ｂの第２の入力端子（反転入力端子）、端子ＯＵＴ、端子Ｔに接続される。 One end of the shunt resistor Rs is connected to the first input terminal (non-inverting input terminal) of the amplifier circuit 12b. The other end of the shunt resistor Rs is connected to the second input terminal (inverted input terminal), the terminal OUT, and the terminal T of the amplifier circuit 12b.

半導体素子１２－１のアンプ側出力端子ＡＭＰは、アンプ回路１２ｂの出力端子およびマイコン１１の入力端子に接続される。 The amplifier-side output terminal AMP of the semiconductor element 12-1 is connected to the output terminal of the amplifier circuit 12b and the input terminal of the microcomputer 11. FIG.

ＥＣＵ１３－１の端子Ｔと誘導性負荷Ｌ１の一端とはワイヤーハーネスＷにて接合されていてもよく、ダイオードＤ１のカソードと誘導性負荷Ｌ１の一端は、ワイヤーハーネスＷの一端に接続されていてもよい。また誘導性負荷Ｌ１の他端とダイオードＤ１のアノードは、共通のグランドに接地していてもよい。 The terminal T of the ECU 13-1 and one end of the inductive load L1 may be connected by a wire harness W, and the cathode of the diode D1 and one end of the inductive load L1 are connected to one end of the wire harness W. good too. Also, the other end of the inductive load L1 and the anode of the diode D1 may be grounded in common.

図２は負荷電流が流れる経路を示す図である。ＥＣＵ１３－１に負荷電流が流れる経路において、太実線矢印は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンした場合に負荷電流が流れる経路Ｋ１（第１の経路）を示し、細点線矢印は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンからオフに遷移した場合に負荷電流が流れる経路Ｋ２（第２の経路）を示している。 FIG. 2 is a diagram showing paths through which load current flows. In the path through which the load current flows to the ECU 13-1, the thick solid line arrow indicates the path K1 (first path) through which the load current flows when the NMOS transistor M1 is turned on, and the thin dotted line arrow indicates the path from when the NMOS transistor M1 is turned on. A path K2 (second path) through which the load current flows when the switch is turned off is shown.

（ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンした場合に負荷電流が流れる経路）
マイコン１１は、半導体素子１２－１に対して、ＮＭＯＳトランジスタＭ１の駆動指示を送信する。制御回路１２ａは、入力端子ＩＮを介して駆動指示を受信すると、ＮＭＯＳトランジスタＭ１をオンさせるに要するレベルまで昇圧した駆動信号を生成し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１のゲートに印加する。 (Path through which load current flows when NMOS transistor M1 is turned on)
The microcomputer 11 transmits an instruction to drive the NMOS transistor M1 to the semiconductor element 12-1. When the control circuit 12a receives a drive instruction via the input terminal IN, it generates a drive signal boosted to a level required to turn on the NMOS transistor M1, and applies it to the gate of the NMOS transistor M1.

制御回路１２ａから送信された駆動信号により、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンする。このとき、負荷電流は、経路Ｋ１を流れる。すなわち、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンした場合、負荷電流は、電源、ＮＭＯＳトランジスタＭ１、シャント抵抗Ｒｓ、負荷側出力端子ＯＵＴ、誘導性負荷Ｌ１、ＧＮＤの順の経路Ｋ１を流れる。 The drive signal sent from the control circuit 12a turns on the NMOS transistor M1. At this time, the load current flows through path K1. That is, when the NMOS transistor M1 is turned on, the load current flows through the power supply, the NMOS transistor M1, the shunt resistor Rs, the load-side output terminal OUT, the inductive load L1, and GND in this order K1.

（ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオフに遷移した場合に負荷電流が流れる経路）
マイコン１１は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１の駆動指示の送信を停止する。制御回路１２ａは、駆動指示が未受信になるとＮＭＯＳトランジスタＭ１に対する駆動信号の送信を停止し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１をオフする。 (Path through which load current flows when NMOS transistor M1 is turned off)
The microcomputer 11 stops transmitting the drive instruction for the NMOS transistor M1. When the drive instruction is not received, the control circuit 12a stops transmitting the drive signal to the NMOS transistor M1 and turns off the NMOS transistor M1.

ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンからオフに遷移すると、誘導性負荷Ｌ１に対して電源側からの電圧供給が無くなるため、誘導性負荷Ｌ１のインダクタに蓄積されたエネルギによって、誘導性負荷Ｌ１から同じ方向に電流を流そうとする逆起電圧が発生する。 When the NMOS transistor M1 transitions from ON to OFF, the inductive load L1 is no longer supplied with voltage from the power supply side, so the energy stored in the inductor of the inductive load L1 causes current to flow in the same direction from the inductive load L1. A back electromotive force is generated that tries to flow

このため、ダイオードＤ１は、ＮＭＯＳトランジスタＭ１に電流が流れる方向とは逆方向に接続されて、このときの誘導性負荷Ｌ１に流れる負荷電流を還流させる還流ダイオード（ＦＷＤ：Free Wheel Diode）として機能する。 Therefore, the diode D1 is connected in the direction opposite to the direction in which the current flows through the NMOS transistor M1, and functions as a free wheel diode (FWD) that circulates the load current flowing through the inductive load L1 at this time. .

また、逆起電圧は、ダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆでクランプされるため、負荷側出力端子ＯＵＴの電位が－０．６Ｖ位になる。このため、負荷電流は、ＧＮＤには流れず、経路Ｋ２を流れる。すなわち、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンからオフに遷移した場合、負荷電流は、誘導性負荷Ｌ１、ダイオードＤ１のアノード、ダイオードＤ１のカソード、誘導性負荷Ｌ１の順の経路Ｋ２をループすることになる。 In addition, since the back electromotive voltage is clamped by the forward voltage Vf of the diode D1, the potential of the load side output terminal OUT becomes about -0.6V. Therefore, the load current does not flow to GND, but flows through path K2. That is, when the NMOS transistor M1 transitions from ON to OFF, the load current loops through the inductive load L1, the anode of the diode D1, the cathode of the diode D1, and the inductive load L1 in this order K2.

（経路Ｋ１を流れる負荷電流の検出）
ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンすると、経路Ｋ１にはシャント抵抗Ｒｓが配置されているから、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧がアンプ回路１２ｂの入力端子それぞれに入力される。 (Detection of load current flowing through path K1)
When the NMOS transistor M1 is turned on, the voltage across the shunt resistor Rs is input to the input terminals of the amplifier circuit 12b since the shunt resistor Rs is arranged in the path K1.

そして、アンプ回路１２ｂは、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧の差分を増幅した電圧信号を出力する。この電圧信号は、アンプ側出力端子ＡＭＰを介してマイコン１１に送信される。したがって、経路Ｋ１を流れる負荷電流の電流値に対応する電圧値がマイコン１１に通知されることになる。 Then, the amplifier circuit 12b outputs a voltage signal obtained by amplifying the difference between the voltages across the shunt resistor Rs. This voltage signal is transmitted to the microcomputer 11 via the amplifier-side output terminal AMP. Therefore, the microcomputer 11 is notified of the voltage value corresponding to the current value of the load current flowing through the path K1.

図３は入力電圧と負荷電流との対応関係を示す図である。波形ｈ１は、入力電圧ＶＩＮ（ＮＭＯＳトランジスタＭ１の駆動指示に相当）、波形ｈ２は、出力電圧Ｖｓ（ＮＭＯＳトランジスタＭ１のソース電圧に相当）を示し、縦軸は電圧、横軸は時間である。波形ｈ３は、負荷電流ＩＬを示し、縦軸は電流、横軸は時間である。 FIG. 3 is a diagram showing the correspondence between input voltage and load current. A waveform h1 indicates the input voltage VIN (corresponding to the driving instruction of the NMOS transistor M1), a waveform h2 indicates the output voltage Vs (corresponding to the source voltage of the NMOS transistor M1), the vertical axis is voltage, and the horizontal axis is time. A waveform h3 indicates the load current IL, where the vertical axis is current and the horizontal axis is time.

マイコン１１から、矩形波の入力電圧ＶＩＮが半導体素子１２－１の入力端子ＩＮに入力される。このとき、入力電圧ＶＩＮの０Ｖからの立ち上がりから一定レベルＶａを維持する期間において負荷電流ＩＬが増加する。また、入力電圧ＶＩＮの一定レベルＶａからの立ち下がりから０Ｖを維持する期間において負荷電流ＩＬが減少する。 A square-wave input voltage VIN is input from the microcomputer 11 to the input terminal IN of the semiconductor element 12-1. At this time, the load current IL increases during the period in which the input voltage VIN rises from 0 V and maintains a constant level Va. In addition, the load current IL decreases during the period in which the input voltage VIN remains at 0V after falling from the constant level Va.

上記のように、ＥＣＵ１３－１では、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンした場合にのみ、シャント抵抗Ｒｓで負荷電流を検出し、シャント抵抗Ｒｓの両端電圧をアンプ回路１２ｂにより増幅してマイコン１１にフィードバック通知し、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオンからオフに遷移した場合にはマイコン１１へのフィードバックを行わない構成とした。 As described above, in the ECU 13-1, the load current is detected by the shunt resistor Rs only when the NMOS transistor M1 is turned on, and the voltage across the shunt resistor Rs is amplified by the amplifier circuit 12b and fed back to the microcomputer 11. , when the NMOS transistor M1 transitions from ON to OFF, no feedback to the microcomputer 11 is performed.

このような構成により、シャント抵抗Ｒｓに負荷電流が流れるのは、ＮＭＯＳトランジスタＭ１がオン時のみとなるので、シャント抵抗Ｒｓの素子発熱を抑制することができ、放熱能力を改善することが可能になる。 With such a configuration, the load current flows through the shunt resistor Rs only when the NMOS transistor M1 is turned on, so that the element heat generation of the shunt resistor Rs can be suppressed and the heat dissipation capability can be improved. Become.

図４は変形例の誘導性負荷駆動装置１０－２の構成の一例を示す図である。図４に示すＥＣＵ１３－２の半導体素子１２－２は、アンプ回路１２ｃと電源からなる基準電圧１２ｄを備えている。その他の構成は図１と同様である。半導体素子１２－２、誘導性負荷Ｌ１およびダイオードＤ１を誘導性負荷駆動装置１０－２と呼称する。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a modified inductive load driving device 10-2. The semiconductor element 12-2 of the ECU 13-2 shown in FIG. 4 has a reference voltage 12d composed of an amplifier circuit 12c and a power supply. Other configurations are the same as those in FIG. Semiconductor device 12-2, inductive load L1 and diode D1 are referred to as an inductive load driver 10-2.

図４に示すように、アンプ回路１２ｃの第２の入力端子を基準電圧１２ｄに接続し、アンプ回路１２ｃはシャント抵抗Ｒｓの一端の電圧と、基準電圧１２ｄとの差分を増幅した電圧信号を出力してもよい。アンプ回路１２ｃはコンパレータとして機能してよく、シャント抵抗Ｒｓの一端の電圧が基準電圧１２ｄより低い場合はＬｏｗレベルを出力し、シャント抵抗Ｒｓの一端の電圧が基準電圧１２ｄを超えるとＨｉｇｈレベルを出力する。 As shown in FIG. 4, the second input terminal of the amplifier circuit 12c is connected to the reference voltage 12d, and the amplifier circuit 12c outputs a voltage signal obtained by amplifying the difference between the voltage at one end of the shunt resistor Rs and the reference voltage 12d. You may The amplifier circuit 12c may function as a comparator, outputting a low level when the voltage at one end of the shunt resistor Rs is lower than the reference voltage 12d, and outputting a high level when the voltage at one end of the shunt resistor Rs exceeds the reference voltage 12d. do.

図５は変形例の誘導性負荷駆動装置１０－３の構成の一例を示す図である。図５に示す半導体素子１２－３は端子ＯＵＴ＋、ＯＵＴ－を備え、シャント抵抗Ｒｓを内蔵せず、シャント抵抗Ｒｓは半導体素子１２－３の外、ＥＣＵ１３－３の中に内蔵している。シャント抵抗Ｒｓの両端は端子ＯＵＴ＋、ＯＵＴ―に接続され、アンプ回路１２ｂの第１および第２の入力端子も端子ＯＵＴ＋、ＯＵＴ―に接続される。その他の構成は図１と同様である。半導体素子１２－３、シャント抵抗Ｒｓ，誘導性負荷Ｌ１およびダイオードＤ１を誘導性負荷駆動装置１０－２と呼称する。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a modified inductive load driving device 10-3. A semiconductor element 12-3 shown in FIG. 5 has terminals OUT+ and OUT- and does not incorporate a shunt resistor Rs. The shunt resistor Rs is incorporated in the ECU 13-3 in addition to the semiconductor element 12-3. Both ends of the shunt resistor Rs are connected to the terminals OUT+ and OUT-, and the first and second input terminals of the amplifier circuit 12b are also connected to the terminals OUT+ and OUT-. Other configurations are the same as those in FIG. Semiconductor element 12-3, shunt resistor Rs, inductive load L1 and diode D1 are called an inductive load driver 10-2.

以上説明したように、本考案によれば、出力段スイッチのオン時のみシャント抵抗に電流が流れるようにして負荷電流のモニタを行う構成とした。 As described above, according to the present invention, the load current is monitored by causing the current to flow through the shunt resistor only when the output stage switch is turned on.

これにより、シャント抵抗の素子発熱を抑制することができ、放熱能力を改善することが可能になる。また、ＥＣＵ１３－１、２は、シャント抵抗を半導体素子に内蔵する構成としたので、ＥＣＵ１３－１、２の部品点数の削減やコストダウンが可能となる。 As a result, element heat generation of the shunt resistor can be suppressed, and heat dissipation capability can be improved. Further, since the ECUs 13-1 and 2 are configured such that the shunt resistors are built in the semiconductor elements, it is possible to reduce the number of parts and the cost of the ECUs 13-1 and 2.

また本構成により、例えば図６の構成の場合、ＥＣＵ１３０と誘導性負荷Ｌ１との間にはＷ１とＷ２の２本のワイヤーハーネスと、Ｔ１とＴ２の２個の端子を要するが、図１の構成の場合、ＥＣＵ１３－１と誘導性負荷Ｌ１との間のワイヤーハーネスはＷの１本のみ、端子はＴの１個のみでよく、ワイヤーハーネス本数および端子数の削減や、これらによるコストダウンが可能となる。 6, two wire harnesses W1 and W2 and two terminals T1 and T2 are required between the ECU 130 and the inductive load L1. In the case of the configuration, only one wire harness W and one terminal T are required between the ECU 13-1 and the inductive load L1. It becomes possible.

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに、前述した実施の形態のうちの任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。 Although the embodiment has been exemplified above, the configuration of each part shown in the embodiment can be replaced with another one having the same function. Also, any other components or steps may be added. Furthermore, any two or more configurations (features) of the above-described embodiments may be combined.

１０－１～３ 誘導性負荷駆動装置
１１ マイコン
１２－１～３ 半導体素子
１２ａ 制御回路
１２ｂ、１２ｃ アンプ回路
１２ｄ 基準電圧
１３－１～３ ＥＣＵ
Ｍ１ 出力段スイッチ（ＮＭＯＳトランジスタ）
Ｒｓ シャント抵抗
Ｄ１ ダイオード
Ｌ１ 誘導性負荷
ＩＮ 入力端子
ＡＭＰ アンプ側出力端子
ＯＵＴ 負荷側出力端子
T 端子
＋Ｂ バッテリ電源
１１０ マイコン（従来例）
１２０ 半導体素子（従来例）
１２１ａ 制御回路（従来例）
１２１ｂ アンプ回路（従来例）
Ｔ１、Ｔ２ 端子（従来例）
１３０ ＥＣＵ（従来例）
ｍ１ 出力段スイッチ（ＮＭＯＳトランジスタ・従来例）
ｄ１ ダイオード（従来例）
ＩＮ＋ 正側フィードバック入力端子（従来例）
ＩＮ－ 負側フィードバック入力端子（従来例）
10-1 to 3 Inductive load driving device 11 Microcomputer 12-1 to 3 Semiconductor element 12a Control circuit 12b, 12c Amplifier circuit 12d Reference voltage 13-1 to 3 ECU
M1 output stage switch (NMOS transistor)
Rs Shunt resistor D1 Diode L1 Inductive load IN Input terminal AMP Amplifier-side output terminal OUT Load-side output terminal
T terminal +B Battery power supply 110 Microcomputer (conventional example)
120 semiconductor device (conventional example)
121a Control circuit (conventional example)
121b amplifier circuit (conventional example)
T1, T2 terminals (conventional example)
130 ECU (conventional example)
m1 Output stage switch (NMOS transistor, conventional example)
d1 diode (conventional example)
IN+ Positive side feedback input terminal (conventional example)
IN- Negative side feedback input terminal (conventional example)

Claims (8)

誘導性負荷と、
電源と前記誘導性負荷との間に接続し、スイッチングにより前記誘導性負荷を作動する出力段スイッチと、
前記出力段スイッチがオンした場合に、前記電源から前記誘導性負荷を介してグランドに向かう第１の経路を流れる前記誘導性負荷の第１の負荷電流を検出するために、前記誘導性負荷および前記出力段スイッチと直接接続され、前記第１の経路上に設置されたシャント抵抗と、
を有する半導体装置と、
前記出力段スイッチがオンからオフに遷移した場合に、前記誘導性負荷の逆起電圧により生じる第２の負荷電流を第２の経路に還流させ、前記シャント抵抗に対して直列にかつ前記誘導性負荷に対して並列に接続される、前記半導体装置に外装されたダイオードと、
を有する、
誘導性負荷駆動装置。 an inductive load;
an output stage switch connected between a power supply and the inductive load and actuating the inductive load by switching;
the inductive load and the a shunt resistor directly connected to the output stage switch and placed on the first path;
a semiconductor device having
When the output stage switch transitions from on to off, a second load current generated by the counter-electromotive voltage of the inductive load is circulated through a second path and connected in series with the shunt resistor and the inductive load current. a diode mounted on the semiconductor device and connected in parallel to a load;
having
Inductive load driver. 前記半導体装置は、前記シャント抵抗の少なくとも一端の電圧を入力し、前記第１の負荷電流に応じた電圧信号を出力するアンプ回路を更に有する、請求項１に記載の誘導性負荷駆動装置。 2. The inductive load driving device according to claim 1, wherein said semiconductor device further comprises an amplifier circuit which inputs a voltage of at least one end of said shunt resistor and outputs a voltage signal corresponding to said first load current. 前記半導体装置は、前記誘導性負荷を駆動させる駆動信号を出力する制御回路を更に有する、請求項２記載の誘導性負荷駆動装置。 3. The inductive load driving device according to claim 2, wherein said semiconductor device further comprises a control circuit for outputting a driving signal for driving said inductive load. 前記ダイオードは、前記誘導性負荷に対して、カソードを高電位側、アノードを低電位側に接続して並列接続される、
請求項１記載の誘導性負荷駆動装置。 The diode is connected in parallel with the inductive load by connecting the cathode to the high potential side and the anode to the low potential side.
2. The inductive load driver of claim 1. 前記第１の負荷電流は、前記電源、前記出力段スイッチ、前記シャント抵抗、前記誘導性負荷、前記グランドの順の前記第１の経路を流れ、
前記第２の負荷電流は、前記誘導性負荷、前記ダイオードのアノード、前記ダイオードのカソード、前記誘導性負荷の順の前記第２の経路を還流する、
請求項４に記載の誘導性負荷駆動装置。 the first load current flows through the first path in the order of the power supply, the output stage switch, the shunt resistor, the inductive load, and the ground;
the second load current circulates through the second path in the order of the inductive load, the anode of the diode, the cathode of the diode, and the inductive load;
5. The inductive load driver of claim 4. 前記出力段スイッチは、ＮＭＯＳトランジスタである、請求項５に記載の誘導性負荷駆動装置。 6. The inductive load driver of claim 5, wherein said output stage switch is an NMOS transistor. 前記アンプ回路はオペアンプである、請求項５に記載の誘導性負荷駆動装置。 6. The inductive load driver of claim 5, wherein said amplifier circuit is an operational amplifier. 前記半導体装置と前記誘導性負荷の一端とは、導線で電気的に接合され、前記ダイオードのカソードと、前記誘導性負荷の一端とは、前記導線の同じ一端に電気的に接合されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の誘導性負荷駆動装置。 The semiconductor device and one end of the inductive load are electrically connected by a lead, and the cathode of the diode and one end of the inductive load are electrically connected to the same end of the lead. An inductive load driving device according to any one of claims 1 to 7.

Images