JP6489949B2 - エアバッグ制御装置及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグ制御装置及び半導体装置に関し、例えば、エアバッグを駆動するエアバッグ制御装置及び半導体装置に好適に利用できるものである。

車両の衝突時、搭乗者の安全性を確保するためエアバッグが利用されている。例えば、特許文献１や２のようにエアバッグを駆動するエアバッグシステムでは、センサーやエアバッグ制御用のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を備えている。センサーが車両の衝突を検出すると、ＥＣＵがエアバッグを駆動することで、エアバッグが展開する。

近年、安全性を高めるため、ステアリングホイール内部やダッシュボード内部、サイドウィンドウなどにエアバッグを備えており、車両の衝突時、確実にエアバッグを駆動する技術が望まれている。

特開２００９−２４１７６４号公報 特開２００４−２８４３７９号公報

車両の衝突時、バッテリからエアバッグ制御用のＥＣＵに電源を供給する配線が切断される恐れがある。このため、ＥＣＵは、電源をバックアップするバックアップコンデンサを備えている。車両の衝突時、バックアップコンデンサの電荷を放電することによりエアバッグを駆動する電源を供給することで、バッテリからの電源が断たれていてもエアバッグを駆動することが可能となる。

そこで、一実施の形態では、より確実にエアバッグを駆動することを一つの課題とする。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、エアバッグ制御装置は、昇圧回路、バックアップコンデンサ、エアバッグ駆動回路、及び電流制限回路を備えている。昇圧回路は、入力される電源電圧を昇圧し、バックアップコンデンサは、昇圧回路が昇圧した昇圧電圧に応じてバックアップ電源を充電し、エアバッグ駆動回路は、バックアップコンデンサが充電したバックアップ電源を駆動電源として、エアバッグを駆動する。さらに、電流制限回路は、昇圧回路からバックアップコンデンサへ流れる充電電流を制限しつつ、バックアップコンデンサから昇圧回路へ流れる逆流電流を制限する。

前記一実施の形態によれば、より確実にエアバッグを駆動することができる。

参考例１のエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 参考例１のＥＣＵの実装イメージを示す実装図である。 参考例２のエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 参考例２のＥＣＵの実装イメージを示す実装図である。 参考例２の電流制限部の電流−電圧特性を示す特性図である。 実施の形態１に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 実施の形態１に係るＥＣＵの実装イメージを示す実装図である。 実施の形態１に係る電流制限部の電流−電圧特性を示す特性図である。 実施の形態１に係る電流制限部の電流−電圧特性を示す特性図である。 実施の形態１に係る電流制限部の電流−電圧特性を示す特性図である。 変形例１に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 変形例２に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 変形例３に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 実施の形態２に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 実施の形態３に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。 実施の形態３に係るエアバッグシステムの構成を示す構成図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

（実施の形態に至る検討）
車載用エアバッグシステムでは、イグニッションがオンした後、昇圧回路にてバックアップコンデンサを充電するとともに、ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）がセンサーとの通信を行いシステムの診断を並行して行っている。その診断を迅速に、例えば１秒程度で行うためには、ＭＣＵやセンサーの電源となる昇圧回路の出力を短時間で起動させる必要がある。また、バックアップコンデンサは、起動後数秒で充電し、車両の衝突時にバッテリからの電源供給が遮断した場合でも、一定期間エアバッグシステムを駆動できるよう電荷を蓄積している。

バックアップコンデンサを備えたエアバッグ制御用のＥＣＵを含む、実施の形態適用前の参考例１及び２について検討する。参考例１は、バックアップコンデンサへの充電電流を制限しない例であり、参考例２のバックアップコンデンサへの充電電流を制限する例である。

図１は、参考例１のＥＣＵを含むエアバッグシステムの構成を示しており、図２は、参考例１のＥＣＵにおける主要部品の実装イメージを示している。図１に示すように、参考例１のエアバッグシステムは、ＥＣＵ９００、ＥＣＵ９００にイグニッションスイッチＳＷ１を介して接続されるバッテリＢＴ、ＥＣＵ９００に接続されるエアバッグ３００及びセンサー４００を備えている。

参考例１のＥＣＵ９００は、部品Ｐ１〜Ｐ３、ＩＣ９１０、ＭＣＵ１０１、コンデンサＣ２及びＣ３を備えている。部品Ｐ１には、ダイオードＤ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１が含まれ、部品Ｐ２には、バックアップコンデンサＢＣが含まれ、部品Ｐ３には、ダイオードＤ３、トランジスタＴｒ１が含まれる。図２の実装イメージに示すように、参考例１のＥＣＵ９００では、実装基板ＳＢ上に、部品Ｐ１〜Ｐ３、ＩＣ９１０、ＭＣＵ１０１が実装されている。

また、図１に示すように、ＩＣ９１０は、昇圧電圧制御部２１０、エアバッグ駆動部２２０、電源回路２３０及び２４０を備えている。昇圧電圧制御部２１０は、トランジスタＴｒ２及び昇圧電圧制御回路２１１を含み、エアバッグ駆動部２２０は、ＬＳＤ（ローサイドドライバ）２２１、ＨＳＤ（ハイサイドドライバ）２２２を含む。インダクタＬ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、トランジスタＴｒ２及び昇圧電圧制御回路２１１は、昇圧回路１１０を構成する。ダイオードＤ３、トランジスタＴｒ１、ＬＳＤ２２１及びＨＳＤ２２２は、エアバッグ点火回路１２０を構成する。

バッテリＢＴからイグニッションスイッチＳＷ１及び逆流防止用のダイオードＤ１を経由し、昇圧回路１１０に電源電圧Ｖｂａｔを供給する。昇圧回路１１０は、電源電圧Ｖｂａｔを昇圧し、昇圧した電圧Ｖ０をＭＣＵ用の電源回路２３０、センサー用の電源回路２４０、バックアップコンデンサＢＣ及びエアバッグ点火回路１２０へ電源として供給する。バックアップコンデンサＢＣは、車両の衝突時にバッテリＢＴからの電源供給が遮断した場合でも一定期間エアバッグシステムが動作できるよう電荷を蓄積する。イグニッションスイッチＳＷ１がオンしたとき、昇圧回路１１０のノードＮ０からバックアップコンデンサＢＣへ充電電流Ｉｃが流れて、バックアップコンデンサＢＣが充電される。バッテリＢＴからの電源供給が遮断されたとき、バックアップコンデンサＢＣからノードＮ０へ逆流電流（バックアップ電流）Ｉｂが流れて、バックアップコンデンサＢＣから電源として供給される。

ＭＣＵ用の電源回路２３０は、昇圧回路１１０の平滑用のコンデンサＣ１で安定化した電圧Ｖ０からＭＣＵ用電源の電圧Ｖｍを生成する。ＭＣＵ１０１は、電源回路２３０から供給された電圧Ｖｍで動作し、エアバッグ点火回路１２０を制御する。エアバッグ点火回路１２０は、ＭＣＵ１０１の制御によりトランジスタＴｒ１、ＨＳＤ２２２及びＬＳＤ２２１が同時にオンしたとき、バックアップコンデンサＢＣから逆流防止用のダイオードＤ３を介して点火電流がエアバッグ３００へ流れ、エアバッグ３００が展開する。センサー用の電源回路２４０は、昇圧回路１１０の平滑用のコンデンサＣ１で安定化した電圧Ｖ０からセンサー用電源の電圧Ｖｓを生成する。センサー４００は、電源回路２４０から供給された電圧Ｖｓで動作し、車両の衝突情報を感知する。

ＥＣＵ９００には、複数のエアバッグ３００を接続することができ、エアバッグ３００に対応して複数のエアバッグ点火回路１２０を備えることができる。バックアップコンデンサＢＣの容量は、エアバッグ３００及びエアバッグ点火回路１２０の数に応じて大きくなる。例えば、参考例１のＥＣＵ９００では、数ｍＦの大きなバックアップコンデンサＢＣが、昇圧回路１１０のノードＮ０に直接接続されている。ノードＮ０の電圧Ｖ０により、ＭＣＵ１０１へ電源供給されるとともにバックアップコンデンサＢＣも充電されるため、短時間でＭＣＵ１０１がシステムの診断を行うにはバックアップコンデンサＢＣも同時に充電する必要がある。そのため、図２のように、昇圧回路１１０やその部品Ｐ１（ダイオードＤ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１）が大きな電流容量を必要とするため、部品Ｐ１のサイズが大きくなり、部品Ｐ１を小型化することができないという問題がある。

図３は、参考例１のＥＣＵを含むエアバッグシステムの構成を示しており、図４は、参考例１のＥＣＵにおける主要部品の実装イメージを示している。図３及び図４に示すように、参考例２のＥＣＵ９０１は、図１及び図２の参考例１の構成に加えて、部品Ｐ２としてダイオードＤ４及び抵抗Ｒ１を備えている。

参考例２では、バックアップコンデンサＢＣと昇圧回路１１０のノードＮ０との間に抵抗Ｒ１を接続し、充電電流Ｉｃを制限する。また、充電電流制限用の抵抗Ｒ１とダイオードＤ４を並列接続し、バッテリからの電源供給遮断時、エアバッグ点火回路１２０へ電源を供給するとともに、ダイオードＤ４を介して逆流電流Ｉｂが流れ、ＭＣＵ用の電源回路２３０、センサー用の電源回路２４０に電源を供給する。抵抗Ｒ１及びダイオードＤ４は、バックアップコンデンサＢＣへの充電電流Ｉｃを制限する電流制限部１３０を構成する。

図５は、参考例２の電流制限部１３０の電流−電圧特性、すなわち、バックアップコンデンサＢＣへの充電電流及び逆流電流特性を示している。

参考例２の電流制限部１３０では、昇圧回路１１０が起動し昇圧された電圧Ｖ０が高くなると、ノードＮ０から抵抗Ｒ１を通してバックアップコンデンサＢＣへ充電電流Ｉｃが流れる。充電電流ＩｃによりバックアップコンデンサＢＣが充電されるため、バックアップコンデンサＢＣの電圧Ｖ１が上昇する。このときバックアップコンデンサＢＣへ流れる充電電流Ｉｃ（正側のＶ０−Ｖ１間電流）は、抵抗Ｒ１の傾きを持った特性となり、Ｖ０−Ｖ１間電圧が大きくなるに連れて電流が上昇し、Ｖ０−Ｖ１間電圧が小さくなるに連れて電流が低下する。

また、参考例２の電流制限部１３０では、バッテリＢＴからの電源供給が遮断されたときは、電圧Ｖ０が低下するため、バックアップコンデンサＢＣからダイオードＤ４を通してノードＮ０へ逆流電流（バックアップ電流）Ｉｂが流れる。このときバックアップコンデンサＢＣから流れる逆流電流（負側のＶ０−Ｖ１間電流）Ｉｂは、ダイオードＤ４の閾値（例えばＶＦ＝１Ｖ）を超えると急激に（負側へ）増加する。

参考例２のＥＣＵ９０１では、電流制限部１３０の抵抗Ｒ１を備えることにより、バックアップコンデンサＢＣへの充電電流が制限されるため、図４のように昇圧回路１１０の部品Ｐ１の小型化が可能となる。しかし、昇圧回路１１０の平滑用のコンデンサＣ１のショート故障やＩＣ９１０の端子のＧＮＤ（グランド）ショート故障が起こった場合、バックアップコンデンサＢＣからバックアップ用のダイオードＤ４を通して非常に大きな逆流電流が流れ、大きな電流容量のダイオードＤ４が必要になるため、ダイオードＤ４のサイズが大きくなり、小型化が困難であるという問題がある。そうすると、ＩＣに電流制限部を内蔵しようとしても、ダイオードＤ４が大きいため、内蔵することができない。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。

＜実施の形態１の構成＞
図６は、本実施の形態に係るＥＣＵを含むエアバッグシステムの構成を示しており、図７は、本実施の形態に係るＥＣＵにおける主要部品の実装イメージを示している。

図６に示すように、参考例１と比べて、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、ＩＣ２００が双方向電流制限部２０１を備えている。すなわち、本実施の形態に係るＥＣＵ（エアバッグ制御装置）１００は、主に、昇圧回路１１０、バックアップコンデンサＢＣ、双方向電流制限部（電流制限回路）２０１を備えており、また、エアバッグ点火回路（エアバッグ駆動回路）１２０を備えている。

本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、参考例１と同様に、部品Ｐ１〜Ｐ３、ＭＣＵ１０１、コンデンサＣ２及びＣ３を備え、本実施の形態に係るＩＣ２００を備えている。また、図７に示すように、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、参考例１と同様に、実装基板ＳＢ上に、部品Ｐ１〜Ｐ３、本実施の形態のＩＣ２００、ＭＣＵ１０１が実装されている。

図６に示すように、ＥＣＵ１００、バッテリＢＴ、イグニッションスイッチＳＷ１、エアバッグ３００、センサー４００は、車両のエアバッグを制御するエアバッグシステム（エアバッグ制御システム）を構成する。ＥＣＵ１００は外部端子である端子Ｔ１〜Ｔ４を備えている。端子Ｔ１にイグニッションスイッチＳＷ１を介してバッテリＢＴが接続され、端子Ｔ２及びＴ３にエアバッグ（エアバッグユニット）３００が接続され、端子Ｔ４にセンサー４００が接続される。なお、複数のエアバッグ３００及び複数のセンサー４００をＥＣＵ１００に接続してもよい。

センサー４００は、車両の衝突（衝撃）を検出する衝突検出部であり、衝突を検出した検出信号をＥＣＵ２００へ出力する。エアバッグ（エアバッグユニット）３００は、点火装置（スクイブ）を内蔵しており、ＥＣＵ１００からの駆動信号（点火信号）に応じて駆動（点火）され、エアバッグを展開する。ＥＣＵ１００は、センサー４００からの検出信号に応じてエアバッグ３００の駆動を制御するエアバッグ制御装置である。

ＭＣＵ（制御回路）１０１は、エアバッグ点火回路１２０の動作を制御する。ＭＣＵ１０１は、センサー４００と信号を入出力可能に接続されており（不図示）、センサー４００からの検出信号に基づいて車両の衝突を判断し、エアバッグ点火回路１２０に対しエアバッグ３００を駆動（点火）するように制御する。また、ＭＣＵ１０１は、起動時にシステムが正常であるか否かを診断する。例えば、ＭＣＵ１０１は、センサー４００に問い合わせを行い、センサー４００が正常に動作するかどうか確認し、また、ＩＣ２００に問い合わせを行い、ＩＣ２００の各端子の電圧が正常かどうか確認する。後述のように、本実施の形態では、バックアップコンデンサへの充電電流を制限し、昇圧回路１１０の出力負荷を抑えているため、起動後に短時間でＭＣＵ１０１が動作でき、迅速に診断を行うことができる。

ＩＣ２００は、参考例１と同様の昇圧電圧制御部２１０、エアバッグ駆動部２２０、電源回路２３０及び２４０に加えて、双方向電流制限部２０１を備えている。すなわち、本実施の形態に係るＩＣ２００は、主に、昇圧電圧制御部（昇圧電圧制御回路）２１０、双方向電流制限部２０１を備えており、また、エアバッグ駆動部２２０を備えている。ＩＣ２００は、ＥＣＵの各部と接続する端子Ｔ１１〜Ｔ１９を備えている。

昇圧回路１１０は、入力される電源電圧を昇圧する回路であり、参考例１と同様に、インダクタＬ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ１、ＩＣ２００内部のトランジスタＴｒ２及び昇圧電圧制御回路２１１（昇圧電圧制御部２１０）を備えている。インダクタＬ１は、一端がダイオードＤ１を介して端子Ｔ１に接続され、他端がダイオードＤ２のアノードに接続されている。インダクタＬ１とダイオードＤ２との間のノードは、ＩＣ２００の端子Ｔ１１を介してトランジスタＴｒ２に接続されている。端子Ｔ１１は、インダクタＬ１の電流を入力するための端子である。ダイオードＤ２のカソードとＧＮＤとの間にコンデンサＣ１が接続されている。ダイオードＤ２とコンデンサＣ１との間のノードＮ０が、ＩＣ２００の端子Ｔ１２を介して昇圧電圧制御回路２１１に接続されている。端子Ｔ１２は、昇圧素子（例えばコンデンサＣ１）を接続する端子であり、昇圧電圧であるノードＮ０の電圧Ｖ０を入力するための端子である。

例えば、トランジスタＴｒ２はＮＭＯＳトランジスタであり、ドレインが端子Ｔ１１に接続され、ゲートが昇圧電圧制御回路２１１に接続され、ソースがＧＮＤに接続されている。昇圧電圧制御回路２１１は、端子Ｔ１２の昇圧電圧である電圧Ｖ０に応じて、トランジスタＴｒ２のオン／オフを制御し、電圧Ｖ０を制御する。

スイッチングトランジスタＴｒ２をオンしたときに、バッテリＢＴからの電流がイグニッションスイッチＳＷ１、逆流防止用のダイオードＤ１、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＴｒ２を通してＧＮＤに流れる。そして、スイッチングトランジスタＴｒ２オフしたときに、インダクタＬ１に流れていた電流がダイオードＤ２を通して平滑用のコンデンサＣ１に充電される。このスイッチングトランジスタＴｒ２のオンとオフを繰り返すことで平滑用のコンデンサＣ１を充電し、充電した電圧を昇圧電圧として出力する。

この充電電流は、インダクタＬ１のインダクタンス値をＬ、インダクタＬ１の両端の印加電圧をＶＬ、インダクタＬ１に流れる電流の変化電流をΔＩ、インダクタＬ１に電圧ＶＬが印加される時間Δｔとすると、ΔＩ＝ＶＬ・Δｔ／Ｌとなり、オン時間が長くなると増加し、オン時間が短くなると減少する。昇圧電圧制御回路２１１は、昇圧回路１１０の出力である電圧Ｖ０を測定しその電圧に応じた時間制御を行うことで安定した電圧を出力する。

ＩＣ２００の端子Ｔ１９とＧＮＤの間にバックアップコンデンサＢＣが接続されている。バックアップコンデンサＢＣは、昇圧回路１１０が昇圧した昇圧電圧に応じて、エアバッグ駆動用のバックアップ電源を充電する。端子Ｔ１９は、バックアップコンデンサＢＣを接続するための端子であり、昇圧電圧を出力しバックアップコンデンサＢＣを充電するための端子である。エアバッグ点火回路１２０は、バックアップコンデンサＢＣが充電したバックアップ電源を駆動電源として、エアバッグ３００を駆動する。エアバッグ点火回路１２０は、参考例１と同様に、ダイオードＤ３、トランジスタＴｒ１、ＩＣ２００内部のＬＳＤ２２１及びＨＳＤ２２２（エアバッグ駆動部２２０）を備えている。端子Ｔ１９とバックアップコンデンサＢＣ間のノードにダイオードＤ３とトランジスタＴｒ１が直列に接続されている。ダイオードＤ３は、アノードがバックアップコンデンサＢＣ及び端子Ｔ１９に接続されている。

例えば、トランジスタＴｒ１は、ＮＭＯＳトランジスタであり、ドレインがダイオードＤ３のカソードに接続され、ゲートがＭＣＵ１０１に接続され、ソースがＩＣ２００の端子Ｔ１５を介してＨＳＤ２２２に接続されている。トランジスタＴｒ１は、ＭＣＵ１０１からの制御に応じて、バックアップコンデンサＢＣの電圧をＨＳＤ２２２へ供給する。端子Ｔ１５は、バックアップコンデンサＢＣの電圧（エアバッグを駆動する駆動電源）を供給するための端子である。

ＨＳＤ２２２は、電源からの電流経路を形成する入力端子及び出力端子が端子Ｔ１５及び端子Ｔ１６に接続され、制御端子がＭＣＵ１０１に接続されている。エアバッグ３００のハイサイド側の端子が、端子Ｔ２を介して端子Ｔ１７に接続され、ローサイド側の端子が、Ｔ３を介して端子Ｔ１７に接続されている。ＬＳＤ２２１は、エアバッグ３００からの電流経路を形成する入力端子及び出力端子が端子Ｔ１７及び端子Ｔ１８に接続され、制御端子がＭＣＵ１０１に接続されている。端子Ｔ１６及び端子Ｔ１７は、エアバッグ３００を接続し、エアバッグ３００を駆動するための端子である。端子Ｔ１８はＧＮＤに接続されている。ＨＳＤ２２２及びＬＳＤ２２１は、ＭＣＵ１０１からの制御に応じて、バックアップコンデンサＢＣ及びトランジスタＴｒ１からエアバッグ３００を通ってＧＮＤまで流れる電流経路を形成し、エアバッグ３００を駆動する。

双方向電流制限部２０１は、昇圧回路１１０（端子Ｔ１２）からバックアップコンデンサＢＣ（端子Ｔ１９）への充電電流Ｉｃを一定の電流（第１の電流）よりも小さくなるように制限するとともに、バックアップコンデンサＢＣ（端子Ｔ１９）から昇圧回路１１０（端子Ｔ１２）への逆流電流Ｉｂを一定の電流（第２の電流）よりも小さくなるように制限する。この例では、双方向電流制限部２０１は、充電電流Ｉｃを制限する充電電流制限部２５０と逆流電流Ｉｂを制限する逆流電流制限部２６０を備えている。なお、双方向電流制限部２０１を一つの回路で構成してもよい。

充電電流制限部２５０は、バックアップコンデンサＢＣへの充電電流Ｉｃとして定電流を供給する定電流回路であり、本実施の形態では、一例としてカレントミラー回路ＣＭ１で構成されている。カレントミラー回路ＣＭ１は、昇圧回路１１０とバックアップコンデンサＢＣとの間に接続され、昇圧回路１１０の昇圧電圧に基づいてバックアップコンデンサＢＣへ充電電流を制限して供給する。カレントミラー回路ＣＭ１は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２、電流源（基準電流源）ＩＳ１を備えている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１は、カレントミラーの基準電流を生成するミラートランジスタであり、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２は、カレントミラーの出力電流を生成するミラートランジスタである。

昇圧回路１１０と逆流電流制限部２６０の間で、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１とＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２はカレントミラー接続され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１と電流源ＩＳ１は直列接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２の各ソースは、共通接続されており、ソース間の共通のノードＮａが端子Ｔ１２に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２の各ゲートは、共通接続されており、ゲート間の共通ノードがＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のドレインに接続されている。電流源ＩＳ１は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１のドレインとＧＮＤとの間に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のソース間のノードＮａ（端子Ｔ１２）に昇圧電圧の電圧Ｖ０が供給され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のドレインが接続されるノードＮｃ（逆流電流制限部２６０）へ定電流を出力する。

逆流電流制限部２６０は、バックアップコンデンサＢＣからの逆流電流Ｉｂとして定電流を供給する定電流回路であり、本実施の形態では、一例としてスイッチ回路（スイッチングトランジスタ回路、トランジスタ回路）ＳＷ２で構成されている。スイッチ回路ＳＷ２は、カレントミラー回路ＣＭ１とバックアップコンデンサＢＣとの間に接続され、バックアップコンデンサＢＣから昇圧回路１１０へ逆流電流を供給し、飽和状態のときに逆流電流を制限して供給する。スイッチ回路ＳＷ２は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１、抵抗Ｒ２及び電流源（基準電流源）ＩＳ２を備えている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１は、スイッチ動作をするスイッチトランジスタである。

充電電流制限部２５０（ノードＮｃ）と端子Ｔ１９（バックアップコンデンサ）との間にＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１を接続し、抵抗Ｒ２及び電流源ＩＳ２がＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１の状態を制御する。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１は、ドレインがノードＮｃ（ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２のドレイン）に接続され、ソースが抵抗Ｒ２に接続され、ソースと抵抗Ｒ２間のノードＮｂが端子Ｔ１９に接続されている。抵抗Ｒ２は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のゲートとソース（端子Ｔ１９）の間に接続されている。電流源ＩＳ２は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のゲートとＧＮＤとの間に接続されている。電流源ＩＳ２の電流を抵抗Ｒ２に流すことでＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１を常にオン状態とする。また、昇圧電圧Ｖ０が低下し、バックアップ電源電圧ＶｂよりノードＮｃの電圧Ｖｃが低下したとき、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１は飽和状態となり、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のソースが接続されるノードＮｂ（端子Ｔ１９）にバックアップコンデンサＢＣの充電電圧が供給され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のドレインが接続されるノードＮｃへ定電流を出力する。

＜実施の形態１の動作＞
本実施の形態の主要な特徴である双方向電流制限部２０１の電流制限動作について説明する。本実施の形態では、昇圧回路１１０の出力とバックアップコンデンサＢＣの間に、カレントミラー回路ＣＭ１及びスイッチ回路ＳＷ２を含む双方向電流制限部２０１を接続し、バックアップコンデンサＢＣの充電電流Ｉｃおよび昇圧回路１１０の出力の地絡故障時に起こるバックアップコンデンサＢＣから昇圧回路１１０の出力への逆流電流Ｉｂを制限する。なお、双方向電流制限部２０１は、電流制限手段を備えた抵抗体であるとも言える。

図８は、カレントミラー回路ＣＭ１の電流−電圧特性を示し、図９は、スイッチ回路ＳＷ２の電流−電圧特性を示し、図１０は、カレントミラー回路ＣＭ１及びスイッチ回路ＳＷ２を組み合わせた双方向電流制限部２０１の電流−電圧特性を示している。

図８に示すように、カレントミラー回路ＣＭ１は、入出力間電圧であるＶａ（ノードＮａの電圧）−Ｖｃ（ノードＮｃの電圧）間に応じて一方向へ定電流を生成する。カレントミラー回路ＣＭ１では、Ｖａ−Ｖｃ間の電圧が大きくなると、カレントミラー動作領域となるため、カレントミラーの特性により、Ｖａ−Ｖｃ間の電流が定電流となり、バックアップコンデンサＢＣへの充電電流Ｉｃが制限される。なお、カレントミラー回路ＣＭ１では、Ｖａが低下した場合、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２の寄生ダイオードの動作領域となって、逆流電流Ｉｂが制限なく流れる。

図９に示すように、スイッチ回路ＳＷ２は、入出力間電圧であるＶｃ−Ｖｂ（ノードＮｂの電圧）間の電圧に応じて一方向へ定電流を生成する。スイッチ回路ＳＷ２では、Ｖｃ−Ｖｂ間の電圧が（負側に）大きくなると、ＰＭＯＳトランジスタの特性により飽和領域となるため、Ｖｃ−Ｖｂ間の電流が（負側に）定電流となり、バックアップコンデンサＢＣからの逆流電流Ｉｂが制限される。すなわち、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のソースをバックアップコンデンサＢＣ側に接続することで、昇圧回路１１０の出力の地絡時にＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のドレイン電流が飽和領域となり、逆流電流Ｉｂを制限することができる。なお、スイッチ回路ＳＷ２では、Ｖｃが上昇した場合、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１の寄生ダイオードの動作領域となって、充電電流Ｉｃが制限なく流れる。

本実施の形態では、図８のカレントミラー回路ＣＭ１の特性と、図９のスイッチ回路ＳＷ２の特性を組み合わせることで、図１０の双方向電流制限部２０１の特性を実現する。図１０に示すように、双方向電流制限部２０１は、双方向電流制限部２０１の両端の電圧Ｖａと電圧Ｖｂ間の電圧差が小さいときは抵抗体の特性となり、電圧Ｖａと電圧Ｖｂ間の電圧差が大きくなると電流が制限される特性となる。

イグニッションスイッチＳＷ１がオンされると昇圧回路１１０が起動し、昇圧電圧である電圧Ｖ０が上昇するため、昇圧回路１１０から双方向電流制限部２０１を通してバックアップコンデンサＢＣへ充電電流Ｉｃが流れる。例えば、充電電流Ｉｃを１００ｍＡ程度の定電流となるように制限することで昇圧回路１１０の出力能力を下げることができ、部品Ｐ１の小型化が可能となる。また、例えば、昇圧回路１１０の出力電圧に対しバックアップ電源電圧Ｖｂが充電開始から１Ｖ以内までに充電電流Ｉｃを一定（１００ｍＡ）にすることで安定して充電時間を保つことができる。

バッテリからの電源供給遮断時は、バックアップコンデンサＢＣから双方向電流制限部２０１を通して昇圧回路１１０（端子Ｔ１２）へ逆流電流Ｉｂが流れる。その逆流電流Ｉｂ（バックアップ電流）は、端子Ｔ１２の電圧Ｖ０を電源とする回路、例えば２００ｍＡ以下の消費電流の回路（電源回路２３０及び２４０）に供給されるとともに、端子Ｔ１２がＧＮＤにショートしたときのトランジスタＴｒ２１及びＴｒ１２の保護として消費電流以上の電流制限機能を備えることで、トランジスタＴｒ２１及びＴｒ１２の小型化が可能となる。

＜実施の形態１の効果＞
以上のように本実施の形態では、バックアップコンデンサを備えているため、バッテリからの電源供給遮断時にバックアップコンデンサからエアバッグ駆動回路等への電源供給が可能であり、確実にエアバッグを駆動することができる。

特に、本実施の形態では、昇圧回路の出力とバックアップコンデンサとの間に双方向の電流を制限する双方向電流制限部を備えた。これにより、バックアップコンデンサの充電電流および昇圧出力の地絡故障時に起こるバックアップコンデンサから昇圧回路出力への逆流電流を制限するため、図７のように昇圧回路の部品Ｐ１を小型化することができる。さらに、昇圧回路の平活用コンデンサの短絡時においても、バックアップコンデンサからの逆流電流を制限するため、部品を小型化できるとともに、大電流によるＩＣチップの発熱および破壊を防止することができる。また、部品を小型化することができるため、電流制限部をＩＣ（半導体装置）に内蔵することが可能となる。

（変形例１）
実施の形態１では、充電電流制限部２５０のカレントミラー回路ＣＭ１及び逆流電流制限部２６０のスイッチ回路ＳＷ２をＰＭＯＳトランジスタで構成したが、ＰＭＯＳトランジスタに限らず、バイポーラトランジスタで構成してもよい。図１１は、実施の形態１に係るＥＣＵ２００の充電電流制限部２５０及び逆流電流制限部２６０を変形した変形例１の回路構成を示している。

図１１に示すように、変形例１では、充電電流制限部２５０のカレントミラー回路ＣＭ１は、図６のＰＭＯＳトランジスタＴｒ１１及びＴｒ１２の代わりに、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ１３及びＴｒ１４を備えている。バイポーラトランジスタＴｒ１３及びバイポーラトランジスタＴｒ１４の各エミッタは、端子Ｔ１２に接続されている。バイポーラトランジスタＴｒ１３及びバイポーラトランジスタＴｒ１４の各ベースは、互いに共通接続され、ベース間の共通ノードがバイポーラトランジスタＴｒ１３のコレクタに接続されている。電流源ＩＳ１は、バイポーラトランジスタＴｒ１３のコレクタとＧＮＤとの間に接続されている。

スイッチ回路ＳＷ２は、図６のＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１の代わりに、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ２２を備えている。バイポーラトランジスタＴｒ２２は、コレクタがノードＮｃ（バイポーラトランジスタＴｒ１４のコレクタ）に接続され、エミッタが端子Ｔ１９に接続されている。抵抗Ｒ２は、バイポーラトランジスタＴｒ２２のベースとエミッタの間に接続されている。電流源ＩＳ２は、バイポーラトランジスタＴｒ２２のベースとＧＮＤとの間に接続されている。

このように、カレントミラー回路ＣＭ１とスイッチ回路ＳＷ２をＭＯＳトランジスタの代わりにバイポーラトランジスタを用いて構成した場合でも、図１０と同様の特性を得ることができる。

（変形例２）
実施の形態１では、逆流電流制限部２６０をスイッチ回路で構成したが、充電電流制限部２５０と同様にカレントミラー回路で構成してもよい。図１２は、実施の形態１に係るＥＣＵ２００の逆流電流制限部２６０を変形した変形例２の回路構成を示している。

図１２に示すように、変形例２では、逆流電流制限部２６０は、カレントミラー回路ＣＭ２で構成されている。カレントミラー回路ＣＭ２は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１及びＴｒ３２、電流源（基準電流源）ＩＳ３を備えている。なお、カレントミラー回路ＣＭ２は、変形例１と同様にバイポーラトランジスタで構成してもよい。

ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１とＰＭＯＳトランジスタＴｒ３２はカレントミラー接続され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１と電流源ＩＳ３は直列接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒ３２の各ソースは、端子Ｔ１９に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒ３２の各ゲートは、互いに共通接続され、ゲート間の共通ノードがＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１のドレインに接続されている。電流源ＩＳ３は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ３１のドレインとＧＮＤとの間に接続されている。

このように、逆流電流制限部２６０をスイッチ回路の代わりにカレントミラー回路で構成した場合でも、図１０と同様の特性を得ることができる。すなわち、バックアップコンデンサＢＣへの充電に必要な充電電流Ｉｃを供給可能なカレントミラー回路ＣＭ１と、バッテリからの電源供給遮断時に必要な逆流電流Ｉｂを供給可能なカレントミラー回路ＣＭ２を直列に接続することで、同様の特性を実現できる。

（変形例３）
実施の形態１では、充電電流制限部２５０をカレントミラー回路で構成したが、逆流電流制限部２６０と同様にスイッチ回路で構成してもよい。図１３は、実施の形態１に係るＥＣＵ２００の充電電流制限部２５０を変形した変形例３の回路構成を示している。

図１３に示すように、変形例３では、充電電流制限部２５０は、スイッチ回路ＳＷ３で構成されている。スイッチ回路ＳＷ３は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４１、抵抗Ｒ４、電流源（基準電流源）ＩＳ４を備えている。なお、スイッチ回路ＳＷ３は、変形例１と同様にバイポーラトランジスタで構成してもよい。

ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４１は、ドレインがノードＮｃ（ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１のドレイン）に接続され、ソースが端子Ｔ１２に接続されている。抵抗Ｒ４は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４１のゲートとソースの間に接続されている。電流源ＩＳ４は、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ４１のゲートとＧＮＤとの間に接続されている。

このように、充電電流制限部２５０をカレントミラー回路の代わりにスイッチ回路で構成した場合でも、図１０と同様の特性を得ることができる。すなわち、バックアップコンデンサＢＣへの充電に必要な充電電流Ｉｃを供給可能なスイッチ回路ＳＷ３と、バッテリからの電源供給遮断時に必要な逆流電流Ｉｂを供給可能なスイッチ回路ＳＷ２とを直列に接続することで、同様の特性を実現できる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１のバックアップコンデンサのノード（電圧Ｖｂのノード）に電圧診断回路を接続することでバックアップコンデンサの容量値測定を可能とする。

図１４は、実施の形態２に係るＥＣＵ２００の回路構成を示している。実施の形態１の図６の構成に加えて、電圧診断回路２７０を備えており、その他の構成は実施の形態１と同様である。電圧診断回路（電圧測定回路）２７０は、端子Ｔ１９を介してバックアップコンデンサＢＣに接続されており、ＭＣＵ１０１からの要求に応じて、バックアップコンデンサＢＣの電圧を測定（診断）し、測定（診断）した電圧をＭＣＵ１０１へ通知する。

このように、本実施の形態では、バックアップコンデンサの電圧を診断する電圧診断回路を備えている。バックアップコンデンサへの充電電流は、カレントミラー回路ＣＭ１により正確に制御されるため、充電中に一定期間の電圧差を測定することで容易に容量値を算出でき、バックアップコンデンサの劣化などの異常を診断できる。

（実施の形態３）
実施の形態１では、充電電流を制限する充電電流制限部と逆流電流を制限する逆流電流制限部の両方を備えた構成について説明したが、いずれか一方のみを備えてもよい。

図１５は、本実施の形態に係るＥＣＵ２００の回路構成の一例を示している。図１５の例では、ＩＣ２００は、充電電流制限部２５０のみを備え、逆流電流制限部２６０を備えていない。また、バックアップコンデンサＢＣと昇圧回路１１０との間にダイオードＤ１０を備えている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

昇圧回路１１０が起動した後、昇圧回路１１０の昇圧した電圧Ｖ０が上昇し、カレントミラー回路ＣＭ１による電流制限部を通してバックアップコンデンサＢＣへ充電電流Ｉｃが流れる。例えば、その充電電流Ｉｃを１００ｍＡ程度の定電流に制限することで昇圧回路の出力能力を下げることができ、部品Ｐ１の小型化が可能となる。

また、バックアップコンデンサＢＣに電荷がチャージされた後、端子Ｔ１２のＧＮＤショート故障が発生した場合、バックアップコンデンサＢＣからダイオードＤ１０を通して端子Ｔ１２へ過電流を流すことで、カレントミラー回路ＣＭ１のＰＭＯＳトランジスタＴｒ１２を保護することができる。

図１６は、本実施の形態に係るＥＣＵ２００の回路構成の他の例を示している。図１６の例では、逆流電流制限部２６０のみを備え、充電電流制限部２５０のみを備えていない。その他の構成は実施の形態１と同様である。

昇圧回路１１０が起動した後、昇圧回路１１０の昇圧した電圧Ｖ０が上昇し、スイッチ回路ＳＷ２のＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１を通して、バックアップコンデンサＢＣへ充電電流が流れる。このＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１では電流制限機能がないため、昇圧回路１１０は高い出力電流能力が必要であり、部品Ｐ１を小型化することはできない。

バッテリからの電源供給遮断時は、バックアップコンデンサＢＣからスイッチ回路ＳＷ２を通して端子Ｔ１２へ逆流電流Ｉｂが流れる。その逆流電流Ｉｂは、端子Ｔ１２の電圧Ｖ０を電源とする回路、例えば２００ｍＡ以下の消費電流の回路に供給されるとともに、端子Ｔ１２がＧＮＤにショートしたときのＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１の保護として消費電流以上の電流制限機能を備えることで、ＰＭＯＳトランジスタＴｒ２１の小型化が可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１１０ 昇圧回路
１２０ エアバッグ点火回路
１３０ 電流制限部
２００ ＩＣ
２０１ 双方向電流制限部
２１０ 昇圧電圧制御部
２１１ 昇圧電圧制御回路
２２０ エアバッグ駆動部
２３０ 電源回路
２４０ 電源回路
２５０ 充電電流制限部
２６０ 逆流電流制限部
２７０ 電圧診断回路
３００ エアバッグ
４００ センサー
ＢＣ バックアップコンデンサ
ＢＴ バッテリ
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
ＣＭ１、ＣＭ２ カレントミラー回路
Ｄ１〜Ｄ４、Ｄ１０ ダイオード
Ｉｂ 逆流電流
Ｉｃ 充電電流
ＩＳ１〜ＩＳ４ 電流源
Ｌ１ インダクタ
Ｎ０、Ｎａ〜Ｎｃ ノード
Ｐ１〜Ｐ３ 部品
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４ 抵抗
ＳＢ 実装基板
ＳＷ１ イグニッションスイッチ
ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ回路
Ｔ１〜Ｔ４ 端子
Ｔ１１〜Ｔ１９ 端子
Ｔｒ１ トランジスタ
Ｔｒ１１、Ｔｒ１２ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ１３、Ｔｒ１４ バイポーラトランジスタ
Ｔｒ２ スイッチングトランジスタ
Ｔｒ２１ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ２２ バイポーラトランジスタ
Ｔｒ３１、Ｔｒ３２ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ４１ ＰＭＯＳトランジスタ

Claims (14)

1. 入力される電源電圧を昇圧する昇圧回路と、
   前記昇圧回路が昇圧した昇圧電圧に応じてバックアップ電源を充電するバックアップコンデンサと、
   前記充電したバックアップ電源を駆動電源として、エアバッグを駆動するエアバッグ駆動回路と、
   前記昇圧回路から前記バックアップコンデンサへ流れる充電電流を制限しつつ、前記バックアップコンデンサから前記昇圧回路へ流れる逆流電流を制限する電流制限回路と、
   を備え、
   前記電流制限回路は、
   前記昇圧回路に接続され、前記充電電流を制限する充電電流制限回路と、
   前記充電電流制限回路と前記バックアップコンデンサとに接続され、前記逆流電流を制限する逆流電流制限回路と、を有する、
   エアバッグ制御装置。
2. 前記充電電流制限回路は、前記充電電流を第１の電流よりも小さくなるように制限し、
   前記逆流電流制限回路は、前記逆流電流を第２の電流よりも小さくなるように制限する、
   請求項１に記載のエアバッグ制御装置。
3. 前記充電電流制限回路の入出力間電圧に応じて定電流を生成する定電流回路を含む、
   請求項２に記載のエアバッグ制御装置。
4. 前記定電流回路は、前記入出力間電圧に応じてカレントミラー動作するカレントミラー回路を含む、
   請求項３に記載のエアバッグ制御装置。
5. 前記定電流回路は、前記入出力間電圧に応じて飽和状態で動作するトランジスタ回路を含む、
   請求項３に記載のエアバッグ制御装置。
6. 前記逆流電流制限回路の入出力間電圧に応じて定電流を生成する定電流回路を含む、
   請求項２に記載のエアバッグ制御装置。
7. 前記定電流回路は、前記入出力間電圧に応じて飽和状態で動作するトランジスタ回路を含む、
   請求項６に記載のエアバッグ制御装置。
8. 前記定電流回路は、前記入出力間電圧に応じてカレントミラー動作するカレントミラー回路を含む、
   請求項６に記載のエアバッグ制御装置。
9. 電流制限回路と前記バックアップコンデンサの間の電圧を測定する電圧測定回路を備える、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエアバッグ制御装置。
10. 前記昇圧電圧に基づいた電源で動作し、前記エアバッグ駆動回路の動作を制御する制御回路を備える、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエアバッグ制御装置。
11. 入力される電源電圧を昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路が昇圧した昇圧電圧に応じてエアバッグ駆動用のバックアップ電源を充電するバックアップコンデンサと、
    前記昇圧回路と前記バックアップコンデンサとの間に接続され、前記昇圧電圧に基づいて前記バックアップコンデンサへ第１の電流を供給するカレントミラー回路と、
    前記カレントミラー回路と前記バックアップコンデンサとの間に接続され、飽和状態のときに前記バックアップコンデンサから前記昇圧回路へ第２の電流を供給するトランジスタ回路と、
    を備える、エアバッグ制御装置。
12. 前記カレントミラー回路は、
    前記昇圧回路に直列接続された第１のミラートランジスタ及び電流源と、
    前記昇圧回路と前記トランジスタ回路との間で、前記第１のミラートランジスタとカレントミラー接続された第２のミラートランジスタと、
    を備える、請求項１１に記載のエアバッグ制御装置。
13. 前記トランジスタ回路は、
    前記カレントミラー回路と前記バックアップコンデンサとの間に接続されたスイッチトランジスタと、
    前記スイッチトランジスタの制御端子と前記前記バックアップコンデンサとの間に接続された抵抗と、
    前記スイッチトランジスタの制御端子に接続された電流源と、
    を備える、請求項１１に記載のエアバッグ制御装置。
14. 昇圧素子から電源電圧を昇圧した昇圧電圧を入力する第１の端子と、
    前記第１の端子の昇圧電圧を制御する昇圧電圧制御回路と、
    エアバッグ駆動用のバックアップ電源を充電するバックアップコンデンサへ前記昇圧電圧を出力する第２の端子と、
    前記第１の端子から前記第２の端子へ流れる充電電流を制限しつつ、前記第２の端子から前記第１の端子へ流れる逆流電流を制限する電流制限回路と、
    を備え、
    前記電流制限回路は、
    前記第１の端子に接続され、前記充電電流を制限する充電電流制限回路と、
    前記充電電流制限回路と前記前記第２の端子とに接続され、前記逆流電流を制限する逆流電流制限回路と、を有する、
    半導体装置。

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