JP4337711B2

JP4337711B2 - 半導体素子制御装置

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Publication number: JP4337711B2
Application number: JP2004333158A
Authority: JP
Inventors: 陽介興津
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-11-17
Also published as: JP2006148319A; US7362148B2; US20060109034A1

Description

本発明は、負荷に対して直列に接続される駆動用半導体素子を導通制御する半導体素子制御装置に関する。

車両（例えば自動車）には、エアコンディショナー（以下、エアコンと称す）に用いられる送風用のブロワモータやクーリングファンモータなどが搭載されている。図５は、そのようなモータを駆動する駆動装置の一構成例を示す。バッテリ（電源）の正側端子（＋Ｂ）とグランドとの間には、ＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（半導体素子）１と、例えばＤＣモータなどの負荷２との直列回路が接続されている（ハイサイド駆動）。ＤＣモータは、図示しない送風ファンを回転させてエアコンの送風を行なうものである。

また、バッテリの正側端子（＋Ｂ）とグランドとの間には、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ３，抵抗素子４及び５，ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６並びに抵抗素子７の直列回路が接続されており、抵抗素子４及び５の共通接続点は、ＦＥＴ１のゲートに接続されている。また、ＦＥＴ１のゲートとバッテリの正側端子（＋Ｂ）との間には、プルアップ抵抗８が接続されている。尚、抵抗素子４，５，７は、ＦＥＴ１のゲートを駆動する際の時定数を調整するために配置されている。

駆動制御回路９は、空調制御を行う図示しないエアコンＥＣＵ(Electronic Control Unit)によって出力される駆動制御信号Ｓｄ（負荷２に対する印加電圧指令）を受けて処理する。エアコンＥＣＵは、駆動制御信号Ｓｄを例えば搬送波周波数が５ｋＨｚ程度であるＰＷＭ信号として出力する。そして、駆動制御回路９は、そのＰＷＭ（パルス幅変調）信号をフィルタなどによりＦ／Ｖ変換し、変換した電圧信号に基づき駆動指令信号を生成し、ＦＥＴ３及び６のゲートに駆動信号を出力して何れか一方のみを導通させる。

即ち、ＦＥＴ３をオフ，ＦＥＴ６をオンすればＰチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ１のゲートはロウレベルとなり、ＦＥＴ１はオンして負荷２は通電される。逆に、ＦＥＴ３をオン，ＦＥＴ６をオフすればＦＥＴ１のゲートはハイレベルとなり、ＦＥＴ１はオフして負荷２に対する通電は停止される。以上において、パワーＭＯＳＦＥＴ１及び負荷２を除いた部分が制御ＩＣ１０を構成しているが、パワーＭＯＳＦＥＴ１と制御ＩＣ１０とは、ワンパッケージ内に収められたモータ駆動用のＩＣ１１として構成されている。
そして、制御ＩＣ１０と基本的には同様である構成については、例えば特許文献１などに開示されている。尚、特許文献１においては、駆動回路の内部構成が具体的に開示されていないが、図５と同様に構成される場合があることは当業者であれば容易に推定されるであろう。
特開２００４−７２９７７号公報

ここで、プルアップ抵抗８は、駆動制御信号Ｓｄの入力端子がハイインピーダンスとなって制御ＩＣ１０が動作を休止し、ＦＥＴ３及び６が何れもオフの状態となった場合に、パワーＭＯＳＦＥＴ１のゲート電位をハイレベルにしてＶGS＝０とし、パワーＭＯＳＦＥＴ１をオフ状態に維持することを目的として配置されている。

ところで、パワーＭＯＳＦＥＴ１については、実装して制御ＩＣ１０と接続した状態でゲート−ソース間のリーク電流を測定し、不良品の判別を行うことが望ましい。即ち、通常はパワーＭＯＳＦＥＴ１が完成した時点においても当該ＦＥＴ１について単体でリーク電流を測定し、その段階で良品と判定されたものが駆動装置の組み付けに使用される。しかし、パワーＭＯＳＦＥＴ１と制御ＩＣ１０とをワイヤボンディングする際には、ＦＥＴ１に対して衝撃が印加されるため、ボンディング後の状態でリーク電流を再測定し、駆動装置の良否判定を行った方が品質を高めることができるからである。

しかしながら、上記のようなリーク電流測定を行おうとしても、プルアップ抵抗８を介してＦＥＴ１のゲートに電流が流れ込む構造になっているため、その電流よりも値が小さいリーク電流の測定を行うことは困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動用半導体素子のリーク電流測定を正確に行うことを可能とする半導体素子制御装置を提供することにある。

請求項１記載の半導体素子制御装置によれば、負荷に通電を行うための駆動用半導体素子についてリーク電流を測定したい場合には、開路用半導体素子を遮断状態にすることで、駆動用半導体素子の導通制御端子と電源又はグランドとの電気的接続を断つことができる。従って、抵抗素子を介して電源から導通制御端子に、又は導通制御端子からグランドに電流が流れることがないので、駆動用半導体素子と半導体素子制御装置とを電気的に接続した状態でも、リーク電流を容易に測定することが可能となる。

請求項２記載の半導体素子制御装置によれば、駆動用半導体素子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される場合、当該ＦＥＴをオフ状態にするには、導通制御端子たるゲートの電位を電源電圧付近に設定することになる。従って、開路用半導体素子を遮断して電源側に接続されている抵抗素子を開路すれば、電源よりＰチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートに流入しようとする電流を断つことができる。

請求項３記載の半導体素子制御装置によれば、駆動用半導体素子がＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される場合、当該ＦＥＴをオフ状態にするには、導通制御端子たるゲートの電位をグランド電位付近に設定することになる。従って、開路用半導体素子を遮断してグランド側に接続されている抵抗素子を開路すれば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートよりグランド側に流出しようとする電流を断つことができる。

請求項４記載の半導体素子制御装置によれば、駆動制御回路は外部からの信号に応じて、開路用半導体素子を導通状態または遮断状態にする信号を出力するので、駆動用半導体素子のリーク電流を測定する時のみ開路用半導体素子を遮断状態とし、それ以外の通常動作においては開路用半導体素子を導通状態とすることが可能となる。

（第１実施例）
以下、本発明を車両用ブロワモータの駆動装置に適用した場合の第１実施例について図１乃至図３を参照して説明する。尚、図５と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第１実施例では、プルアップ抵抗（抵抗素子）８と電源との間に、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（開路用半導体素子）２１が挿入されており、ＦＥＴ２１のゲート（導通制御端子）は、検査制御回路２２を介して駆動されるようになっている。

また、駆動制御回路９は、駆動制御回路２３に置き換えられている。駆動制御回路２３は、通常動作において、外部より与えられる駆動制御信号Ｓｄに応じてＦＥＴ（制御用半導体素子）３，６の何れか一方をオンさせている場合でも、両方ともをオフさせている場合でも、検査制御回路２２に対してＦＥＴ２１をオンに維持するための信号（ロウレベル）を出力するように構成されている。検査制御回路２２は、論理回路を内蔵したゲートドライバであって、前記駆動制御回路２３より与えられる信号と、検査信号入力端子２５ｆに与えられる信号に応じて、ＦＥＴ２１のゲート電位をハイ，ロウレベルとするように駆動する。その他の構成は図５と同様であり、制御ＩＣ（半導体素子制御装置）２４を構成している。

また、図３は、パワーＭＯＳＦＥＴ（駆動用半導体素子）１と制御ＩＣ２４とをワンパッケージのモータ駆動用ＩＣ２５として構成した場合の実装状態を示す平面図である。モータ駆動用ＩＣ２５のドレイン端子２５ａ上には、パワーＭＯＳＦＥＴ１のチップが、そのドレイン領域がオーミック接触するように搭載されており、また、電源端子２５ｂはＦＥＴ１のソースに、ゲート端子２５ｃはＦＥＴ１のゲートに夫々ボンディングワイヤ２６，２７を介して夫々接続されている。

駆動用ＩＣ２５の上半部分を占めているドレイン端子２５ａの電極に対して、図３中右下側にはグランド端子２５ｄの電極が配置されており、そのグランド端子２５ｄの電極上には、制御ＩＣ２４のチップが、その回路グランドがオーミック接触するように搭載されている。そして、制御ＩＣ２４の各部とドレイン端子２５ａ，電源端子２５ｂ，ゲート端子２５ｃ，駆動信号入力端子２５ｅ及び検査信号入力端子２５ｆとは、夫々ボンディングワイヤ２８〜３２を介して接続されている。

次に、本実施例の作用について説明する。モータ駆動用ＩＣ２５を通常状態で使用する場合には、図２に示すように、検査信号入力端子２５ｆには信号を与える必要がないので、ノイズが印加されて検査制御回路２２に影響を及ぼすことが無いようにグランドに接続しておく。
そして、外部より与えられる駆動制御信号Ｓｄを受けて制御ＩＣ２４が動作しＦＥＴ３，６の何れか一方がオンしている場合でも、外部より駆動制御信号Ｓｄが与えらず駆動信号入力端子２５ｅがハイインピーダンス状態になりＦＥＴ３及び６が何れもオフした場合でも、駆動制御回路２３は、検査制御回路２２にハイ（Ｈ）レベルの信号を出力する。すると、検査制御回路２２は、その信号を受けてＦＥＴ２１のゲートをロウ（Ｌ）レベルに駆動してＦＥＴ２１をオン状態とする。ＦＥＴ３及び６が何れもオフした場合には、ＦＥＴ１のゲートレベルは抵抗８及びＦＥＴ２１を介して電源電圧＋Ｂにプルアップされ、ＦＥＴ１はオフ状態を維持する。

一方、モータ駆動用ＩＣ２５を製品として出荷する前に、ＦＥＴ１のソース−ゲート間におけるリーク電流を測定する場合には、図１に示すように、検査信号入力端子２５ｆをハイレベルに設定する。すると、検査制御回路２２は、その信号を受けてＦＥＴ２１のゲートをハイレベルにしてＦＥＴ２１をオフ状態にする。従って、ＦＥＴ１のゲートは、電源より切り離されるように開路されるので、プルアップ抵抗８を介して電流が流入することはない。この状態で、電源端子２５ｂ，ゲート端子２５ｃに測定用プローブを接続すれば、ＦＥＴ１のリーク電流を測定することが可能となる。

以上のように本実施例によれば、負荷２に通電を行うためのＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１についてリーク電流を測定したい場合には、ＦＥＴ２１をオフにすることでＦＥＴ１のゲートと電源との電気的接続を断つことができる。従って、ＦＥＴ１と制御ＩＣ２４とを電気的に接続した状態でも、リーク電流を容易に測定することが可能となる。
そして、駆動制御回路２３は、通常動作においては２つのＦＥＴ３，６の何れか一方をオンさせる場合でも、両方ともをオフさせる場合でも、ＦＥＴ２１をオンにするための信号を出力するので、通常動作時には外部より信号を与えずともＦＥＴ２１をオンにすることができる。

（第２実施例）
図４は本発明の第２実施例であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例は、負荷２をロウサイド駆動する場合を示す。即ち、電源＋Ｂとグランドとの間には、負荷２とＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動用半導体素子）４１との直列回路が接続されており、ＦＥＴ４１のゲートとグランドとの間には、プルダウン抵抗（抵抗素子）４２とＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（開路用半導体素子）４３との直列回路が接続されている。

この場合、駆動制御回路２３Ａは、ＦＥＴ４１をオンオフ制御するため、ＦＥＴ３及び６に出力するゲート信号の論理を第１実施例の場合とは逆にする。そして、第１実施例と同様に、駆動制御信号Ｓｄを受けて制御ＩＣ（半導体素子制御装置）４４が動作しＦＥＴ３，６の何れか一方がオンしている場合でも、外部より駆動制御信号Ｓｄが与えらず駆動信号入力端子４６ｅがハイインピーダンス状態になりＦＥＴ３及び６が何れもオフした場合でも、検査制御回路４５にハイレベルの信号を出力する。すると、検査制御回路４５は、その信号を受けてＦＥＴ４３のゲートをハイレベルに駆動してＦＥＴ４３をオン状態とする。ＦＥＴ３及び６が何れもオフした場合には、ＦＥＴ４１のゲートレベルは抵抗４２及びＦＥＴ４３を介してグランドにプルダウンされ、ＦＥＴ４１はオフ状態を維持する。

そして、ＦＥＴ４１のリーク電流を測定する場合には、第１実施例と同様に、モータ駆動用ＩＣ４６の検査信号入力端子４６ｆをハイレベルに設定する。すると、検査制御回路４５は、その信号を受けてＦＥＴ４３のゲートをロウレベルにしてＦＥＴ４３をオフ状態にする。従って、ＦＥＴ４１のゲートはグランドより切り離されるように開路されるので、プルダウン抵抗４２を介して電流が流出することはない。この状態で、電源端子４６ｂ，ゲート端子４６ｃに測定用プローブを接続すれば、ＦＥＴ４１のリーク電流を測定することが可能となる。

以上のように第２実施例によれば、負荷２に通電を行うためのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ４１についてリーク電流を測定したい場合には、ＦＥＴ４３をオフにすることでＦＥＴ４１のゲートとグランドとの電気的接続を断つことができる。従って、ＦＥＴ４１と制御ＩＣ４４とを電気的に接続した状態でも、リーク電流を容易に測定することが可能となる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
制御ＩＣの内部で、検査用入力端子をプルダウンしておくようにしても良い。この場合、通常動作時に検査用入力端子を外部でオープンにしたままでも、ノイズが印加されて検査制御回路に影響を及ぼすことが無い。
半導体素子は、パワーＭＯＳＦＥＴに限ることなく、パワートランジスタやＩＧＢＴなどであっても良い。
車両用ブロワモータの駆動装置に限ることなく、負荷に対して直列に接続される駆動用半導体素子を導通制御する半導体素子制御装置であれば広く適用することができる。

本発明をモータ駆動用ＩＣに適用した場合の第１実施例であり、モータ駆動用ＩＣの電気的構成を示す図（リーク電流測定の場合）図１相当図（通常動作の場合）パワーＭＯＳＦＥＴと制御ＩＣとをワンパッケージのモータ駆動用ＩＣとして構成した場合の実装状態を示す平面図本発明の第２実施例を示す図１相当図従来技術を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（駆動用半導体素子）、２は負荷、３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（制御用半導体素子）、６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（制御用半導体素子）、８はプルアップ抵抗（抵抗素子）、２１はＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（開路用半導体素子）、２３は駆動制御回路、２４は制御ＩＣ（半導体素子制御装置）、４１はＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動用半導体素子）、４２はプルダウン抵抗（抵抗素子）、４３はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（開路用半導体素子）、４４は制御ＩＣ（半導体素子制御装置）を示す。

Claims

負荷に対して直列に接続される駆動用半導体素子を導通制御する半導体素子制御装置において、
電源とグランドとの間に直列接続され、両者の共通接続点が前記駆動用半導体素子の導通制御端子に接続される２つの制御用半導体素子と、
これら２つの制御用半導体素子の何れか一方を択一的に導通させることで、前記駆動用半導体素子の導通制御端子の電位を変化させて導通制御する駆動制御回路と、
前記２つの制御用半導体素子の共通接続点と前記電源又はグランドの何れか一方との間に接続される、抵抗素子と開路用半導体素子との直列回路とを備えたことを特徴とする半導体素子制御装置。
前記駆動用半導体素子がＰチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される場合に、
前記抵抗素子及び開路用半導体素子は、前記電源と前記導通制御端子との間に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子制御装置。
前記駆動用半導体素子がＮチャネルＭＯＳＦＥＴで構成される場合に、
前記抵抗素子及び開路用半導体素子は、前記導通制御端子とグランドとの間に接続されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子制御装置。
前記開回路用半導体素子が、外部からの信号に応じて、導通状態または遮断状態となるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体素子制御装置。