JP7397987B2

JP7397987B2 - 集積回路装置

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Publication number: JP7397987B2
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Inventors: 康夫嶋; 恵士小森山; 洋一郎小林
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Description

本発明は、集積回路装置に関する。

車両の自動変速機などに使用されるソレノイド等の負荷への電流供給を制御する電子制御装置が広く利用されている。こうした電子制御装置は、車両用バッテリからの電源供給を受けて通電を制御するスイッチ素子をＯＮ、ＯＦＦしソレノイドへ電流を供給する駆動回路と、駆動回路の動作制御に必要な基準電圧や電気信号を生成する制御回路とを備えて構成される。電子制御装置に適用するデバイスとして、駆動回路と制御回路が集積化されたＩＣ（集積回路装置）が知られている。集積回路装置を用いてソレノイドを制御する電子制御装置を実現する場合、駆動回路のグランド線には大電流が流れるため、この影響による制御回路の誤動作や特性劣化を防止する必要がある。その手法として、集積回路装置内で駆動回路のグランド線と制御回路のグランド線とを分離し、各々異なるＧＮＤ端子を経由して集積回路装置のグランドに接続する構造が推奨される。

集積回路装置のグランドは、駆動回路と制御回路のそれぞれの動作点を与える基準電位であり、これらの回路のグランド線に別々のＧＮＤ端子を介して接続される。しかしながら、ＧＮＤ端子の接続不良やグランド線の断線等、何らかの原因で各回路のグランド線にオープン不良が発生すると、各回路のグランド線の電位が変動し、誤動作や回路特性の低下を引き起こす。特に、駆動回路のグランド線には大電流が流れるため、オープン不良による電位変動の影響が大きい。

そこで従来より、負荷への電流供給を制御する集積回路装置におけるグランド線のオープン不良の検出方法が提案されている。特許文献１には、ロジックグランドとパワーグランドの電位に対して電圧シフトをそれぞれ設け、ＥＳＤダイオードの順方向電圧Ｖｆに対して、大きい電圧と小さい電圧となるよう設定し、コンパレータで電圧シフトとパワーグランドの電圧比較を行い、ロジックグランドとパワーグランドお互いのグランドオープンを判定する技術が開示されている。

特開２０１５－１３６０７８号公報

特許文献１に記載されている技術は、パワーグランドがオープンとなった場合、パワーグランドに流れる電流がＥＳＤダイオードを介してロジックグランドに流れることにより、パワーグランドの電位がＥＳＤダイオードの順方向電圧Ｖｆまで上昇することを検知して、パワーグランドのオープン不良を検出するものである。しかしながら、駆動回路（ハイサイドゲート、ローサイドゲート）が停止している場合は、駆動回路に電流が流れないためパワーグランドの電位上昇が安定せず、確実で信頼性の高い判定結果を得ることができない。また、負荷の接続状態によっては、パワーグランドがオープンとなった場合、パワーグランドに流れる電流がロジックグランドではなく、駆動回路を経由して負荷に流れてしまうため、オープン不良を検出できない。このように、特許文献１の技術では、負荷の接続状態や駆動回路の動作状態によっては、必ずしも確実で信頼性の高いオープン不良の検出結果が得られないことがある。

本発明による集積回路装置は、負荷と接続されて前記負荷に供給される負荷電流を制御するものであって、スイッチ素子を有し、前記スイッチ素子を用いて前記負荷電流の導通と遮断を切り替える駆動回路と、前記駆動回路の動作を制御する制御回路と、第１のグランド接続端子を介して前記集積回路装置の外部に設けられた共通グランドに接地され、前記駆動回路と接続される第１のグランド線と、第２のグランド接続端子を介して前記共通グランドに接地され、前記制御回路と接続される第２のグランド線と、前記第１のグランド線に所定の診断電流を供給する診断電流供給回路と、前記第１のグランド線と前記第２のグランド線の間に接続された双方向の整流素子と、前記第１のグランド線と前記第２のグランド線の電位差を測定し、前記電位差を所定の比較電圧と比較して前記第１のグランド線の接地状態を診断する診断回路と、を備える。

本発明によれば、負荷の接続状態や駆動回路の動作状態に関わらず、集積回路装置のグランド線に対して確実で信頼性の高いオープン不良検出を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る集積回路装置の構成図である。制御信号の入力側に保護ダイオードを配置した例を示す図である。整流素子の電気的特性の一例を示した図である。スイッチ素子の構成例を示した図である。負荷終端が共通グランドに接続されている場合のオープン不良の検出方法の説明図である。負荷終端が車両用バッテリに接続されている場合のオープン不良の検出方法の説明図である。本発明の第２の実施形態に係る集積回路装置の構成図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１～図６を参照して以下に説明する。

（集積回路装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る集積回路装置の構成図である。本実施形態に係る集積回路装置１０は、自動車等の車両システムに搭載される電子制御装置１内に設けられており、ソレノイド等の負荷５０に接続されて負荷５０に供給される負荷電流を制御するものである。負荷５０は、例えば車両の自動変速機を動作させるためのソレノイドであり、集積回路装置１０は、この負荷５０に流れる負荷電流を制御することで自動変速機の制御を行う。集積回路装置１０は、制御回路２０、駆動回路３０、整流回路６０、診断回路７０および診断電流供給回路９０を備えて構成される。

なお、一般的に車両用の電子制御装置では複数の負荷を制御可能であるが、本実施形態では集積回路装置１０の動作を分かりやすく説明するために、集積回路装置１０には一つの負荷５０が接続されており、この負荷５０に流れる負荷電流を一つの駆動回路３０により制御する例を説明する。

制御回路２０は、駆動回路３０の動作に必要な動作電源２５や制御信号２６を生成し、駆動回路３０へ出力する。制御回路２０は、車両システムに搭載された不図示の車両用バッテリから電源端子１５を介して電源供給を受け、この電源を用いて動作する。制御回路２０はグランド線２１と接続されており、グランド線２１はＧＮＤ端子２２を介して、集積回路装置１０の外部に設けられた電子制御装置１の共通グランドに接続されている。この接続により、制御回路２０はグランド線２１およびＧＮＤ端子２２を介して接地されている。

駆動回路３０は、制御回路２０から供給される動作電源２５を用いて、制御回路２０からの制御信号２６に応じて動作する。駆動回路３０は、電源端子１６とＧＮＤ端子３２の間に直列接続されたハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５を有しており、これらのスイッチ素子を用いて、不図示の車両用バッテリから負荷５０に供給される負荷電流の導通と遮断、及び導通経路を切り替える。ハイサイドスイッチ素子４０をＯＮ状態、ローサイドスイッチ素子４５をＯＦＦ状態にすることで、電源端子１６と負荷５０に接続されたＬＯＡＤ出力４７間が低損失に導通され、ローサイドスイッチ素子４５をＯＮ状態、ハイサイドスイッチ素子４０をＯＦＦ状態にすることで、ＧＮＤ端子３２とＬＯＡＤ出力４７間が低損失に導通される。これにより、負荷５０に流れる負荷電流の導通と遮断、及び負荷電流の導通経路を切り替えることができる。

駆動回路３０はスイッチ素子制御回路３５を有している。スイッチ素子制御回路３５は、制御回路２０からの制御信号２６に応じて、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５へスイッチ制御信号３６、３７をそれぞれ出力する。これにより、ハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５をそれぞれＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替え、上記のような負荷電流の制御を行うことができる。

駆動回路３０はグランド線３１と接続されており、グランド線３１はＧＮＤ端子３２を介して、集積回路装置１０の外部に設けられた電子制御装置１の共通グランドに接続されている。この接続により、駆動回路３０はグランド線３１およびＧＮＤ端子３２を介して接地されている。

一般的に、負荷５０のように車両用の電子制御装置によって制御される負荷には、アンペアオーダーの電流供給が必要となる。本実施形態では、この電流によって発生するグランドノイズによる制御回路２０の性能低下や誤動作を防止するため、制御回路２０のグランド線２１と駆動回路３０のグランド線３１とは集積回路装置１０内で分離されている。
これらのグランド線は、前述のように互いに異なるＧＮＤ端子２２、３２をそれぞれ介して、電子制御装置１の共通グランドに接続される。

整流回路６０は、グランド線２１とグランド線３１の間に接続されている。本実施形態の集積回路装置１０では、互いに独立して共通グランドに接続されているグランド線２１、３１間の静電耐圧保護の観点から、これらのグランド線の間に整流回路６０が挿入されている。整流回路６０は、互いに逆向きに接続されたダイオード等の整流素子６１、６２を用いて構成されており、双方向の整流機能を有している。これにより、ＧＮＤ端子２２、３２の接続不良等により一方のグランド線と共通グランドの間がオープン（非導通）状態となり、グランド線間に一定の電位差が生じた場合には、高電位側のグランド線から整流回路６０を介して低電位側のグランド線の方向に電流を流し、電荷が放流されるようにしている。

なお、ＧＮＤ端子２２、３２の接続不良等によりグランド線２１やグランド線３１の電位が上昇した場合に、制御回路２０や駆動回路３０を保護するため、これらの間のインターフェースとなる制御信号２６の入力側に保護ダイオードを配置してもよい。図２は、制御信号２６の入力側に保護ダイオードを配置した例を示す図である。図２の例では、制御回路２０と駆動回路３０において、制御信号２６とグランド線２１、３１の間に保護ダイオード６５、６６がそれぞれ配置されている。

ここで、グランド線２１、３１と電子制御装置１の共通グランドとの間がＧＮＤ端子２２、３２を介してそれぞれ導通状態となっている通常時には、整流回路６０や保護ダイオード６５、６６に電流が流れることはほぼない。この場合、制御回路２０で消費される電流は、グランド線２１からＧＮＤ端子２２を介して共通グランドに流れる。また、駆動回路３０で消費される電流は、グランド線３１からＧＮＤ端子３２を介して共通グランドに流れる。

負荷５０の両端のうち、ＬＯＡＤ出力４７が接続されている方とは反対側の負荷終端５１は、車両用バッテリまたは共通グランドのいずれかに接続されている。負荷終端５１の接続先が車両用バッテリである場合、駆動回路３０が動作している状態では、スイッチ素子制御回路３５の消費電流や、ローサイドスイッチ素子４５がＯＮ状態に切り替えられることで負荷５０に供給される負荷電流が、グランド線３１に流入する。一方、負荷終端５１の接続先が共通グランドである場合、駆動回路３０が動作している状態では、ハイサイドスイッチ素子４０がＯＦＦ状態に切り替えられることで、スイッチ素子制御回路３５の消費電流がグランド線３１に流入する。これらの状態において、ＧＮＤ端子３２の接続不良等によりグランド線３１と共通グランドの接続が遮断され、グランド線３１がオープンになると、グランド線３１に流入した電流がＧＮＤ端子３２を介して共通グランドに流出されなくなり、グランド線３１の電位が上昇する。これにより、整流素子６２に対してグランド線３１からグランド線２１に向かう方向への順方向バイアスがかかる。整流素子６２は、この順方向電圧に応じた電流をグランド線３１からグランド線２１へ流し、ＧＮＤ端子２２を介して電子制御装置１の共通グランドへ放出する。換言すると、整流素子６２はグランド線３１からグランド線２１に電流を流すように電圧を発生し、グランド線３１とグランド線２１間に電位差を発生するように働く。

そこで診断回路７０は、グランド線３１とグランド線２１の電位差を測定し、この電位差が上記の整流素子６２に発生する順方向電圧に相当するか否かを判定することで、グランド線３１の接地状態を診断する。診断回路７０は、モニタ回路７１と比較判定回路７４を用いて構成されている。モニタ回路７１は、グランド線３１とグランド線２１の電位差を測定し、その測定結果をモニタ回路出力７２として出力する。比較判定回路７４は、モニタ回路７１から出力されるモニタ回路出力７２を所定の比較電圧７３と比較し、その比較結果をグランド線３１の接地状態に対する診断結果７５として出力する。具体的には、モニタ回路出力７２が比較電圧７３以下であれば、グランド線３１の接地状態が正常であると判定し、その判定結果を診断結果７５として出力する。一方、モニタ回路出力７２が比較電圧７３より大きければ、グランド線３１の接地状態が異常であり、ＧＮＤ端子３２の接続不良等によるオープン不良がグランド線３１において発生していると判定し、その判定結果を診断結果７５として出力する。

診断回路７０の比較判定回路７４から出力される診断結果７５は、制御回路２０に入力される。制御回路２０は、診断結果７５を記録し、電子制御装置１内に集積回路装置１０とは別に設けられた不図示の他装置へ出力したり、診断結果７５に基づく所定の安全処置を実施したりする。例えば、グランド線３１の接地状態が異常であることを示す診断結果７５が入力された場合、駆動回路３０を停止して、負荷５０への負荷電流の供給を遮断する。

ここで、診断回路７０における比較電圧７３には、グランド線３１の接地状態が正常時にグランド線３１とグランド線２１の間に発生する電位差よりも大きな値を設定することが好ましい。前述のように、集積回路装置１０から負荷５０に供給される負荷電流は、アンペアオーダーに達することがある。そのため、グランド線３１の接地状態が正常な状態においても、グランド線３１とＧＮＤ端子３２の間、およびＧＮＤ端子３２から共有グランドまでの間の寄生インピーダンスによって、グランド線３１の電位上昇が発生する。例えば、０．１Ωの寄生インピーダンスがあれば、２Ａの負荷電流に対して、グランド線３１に２００ｍＶの電位上昇が発生する。これをオープン不良として誤検知しないように、比較電圧７３を十分に大きくする必要がある。なお、特に図１では図示していないが、瞬時的な電流変動等によりグランド線３１に発生するスパイクノイズや、制御切替時に発生するノイズ等を除去するために、比較判定回路７４の後段にフィルタ回路等を付加してもよい。

診断電流供給回路９０は、グランド線３１に接続されており、グランド線３１に所定の診断電流を供給する。集積回路装置１０が負荷５０の制御を行わず、駆動回路３０が停止している状態では、スイッチ素子制御回路３５において消費電流が発生しないため、スイッチ素子制御回路３５からグランド線３１に流入する電流が０であるか、あるいは微小である。そのため、グランド線３１がオープンになった場合でも、グランド線３１とグランド線２１間に十分な電位差が発生せず、診断回路７０においてオープン不良の検出が確実にできないことがある。そこで本実施形態では、集積回路装置１０内に診断電流供給回路９０を設け、この診断電流供給回路９０からグランド線３１に所定の診断電流を供給することで、グランド線３１がオープンになった場合に、駆動回路３０の動作状態に関わらず、グランド線３１とグランド線２１間に十分な電位差を発生させ、診断回路７０においてオープン不良を確実に検出できるようにしている。

集積回路装置１０や電子制御装置１内の他の装置へのダメージを考慮すると、集積回路装置１０が負荷５０へ供給する負荷電流の制御を開始する前に、グランド線３１のオープン不良を検出できることが好ましい。本実施形態では、集積回路装置１０内に診断電流供給回路９０を設置することで、上記のように駆動回路３０の動作状態に関わらず、診断回路７０においてオープン不良を確実に検出できるようにしている。そのため、負荷５０に負荷電流が流れる前に、グランド線３１の接地状態が正常であることを保証できるというメリットがある。

（比較電圧）
次に、診断回路７０における比較電圧７３について説明する。前述のように、ＧＮＤ端子３２の接続不良等によってグランド線３１がオープンになると、整流素子６２の順方向電圧に応じた電位差がグランド線３１とグランド線２１間に発生する。一方、グランド線３１の接地状態が正常な状態であっても、グランド線３１とＧＮＤ端子３２の間、およびＧＮＤ端子３２から共有グランドまでの間の寄生インピーダンスに応じた電位上昇が、グランド線３１において発生する。そのため、診断回路７０がグランド線３１のオープン不良を正確に検出するためには、整流素子６２の順方向電圧よりも小さく、かつ、上記の寄生インピーダンスによる電位上昇よりも十分に大きな値で、比較電圧７３を設定する必要がある。

図３は、整流素子６２の電気的特性の一例を示す図である。図３において、符号１０１に示す実線グラフは、標準温度での整流素子６２の順方向電圧と順方向電流の関係を示している。一方、符号１０２に示す一点鎖線グラフは、低温時の整流素子６２の順方向電圧と順方向電流の関係を示しており、符号１０３に示す破線グラフは、高温時の整流素子６２の順方向電圧と順方向電流の関係を示している。これらのグラフにおいて、横軸は順方向電流値を、縦軸は順方向電圧値をそれぞれ表している。

図３のグラフ１０１～１０３に示すように、順方向電流が大きい程、また温度が低い程、整流素子６２において発生する順方向電圧が大きくなる。すなわち、整流素子６２の順方向電圧は、電流依存性および温度依存性を有している。したがって、これらの関係性を考慮して、グランド線３１がオープンとなったときに整流素子６２に流れる最小の順方向電流に対して、整流素子６２において発生する順方向電圧の最小値が、比較電圧７３よりも大きくなるように、比較電圧７３の値を設定する。

例えば、整流素子６２に流れる順方向電流の最小値が１００μＡの場合、図３のグラフ１０３と点線１０４の交点から、比較電圧７３の値を０．４Ｖ以下で設定すればよい。モニタ回路７１により測定したグランド線３１とグランド線２１間の電位差が、この比較電圧７３の設定値よりも大きければ、グランド線３１がオープン不良であると判定できる。
このようにすれば、所定範囲内の順方向電流と温度に対して、グランド線３１のオープン不良の有無を確実に検知できることが分かる。

ただし、同じ順方向電流を同じ温度で整流素子６２に印加した場合でも、製造プロセスのバラツキ等により、整流素子６２において発生する順方向電圧には個体差が生じる。そこで、こうした個体差を考慮して比較電圧７３の設定値を定めることが好ましい。例えば、整流素子６２と同じ製造プロセスで製造された半導体素子を診断回路７０内に設け、この半導体素子に整流素子６２と同じ順方向電流を流したときの電圧により、比較電圧７３を生成する。このようにして生成された比較電圧７３を用いることで、整流素子６２の順方向電圧の温度依存性に基づき、整流素子６２の温度に応じて比較電圧７３を変化させることができる。その結果、整流素子６２の個体差や温度依存性に対して寛容性が高い診断回路７０を実現することができる。

（診断電流）
次に、診断電流供給回路９０がグランド線３１に供給する診断電流について説明する。
集積回路装置１０において、グランド線３１の接地状態が正常である場合、診断電流供給回路９０からグランド線３１に供給される診断電流は、グランド線３１からＧＮＤ端子３２を経由して電子制御装置１の共通グランドに流れ出る無駄な消費電流となる。そのため、診断電流供給回路９０は、グランド線３１がオープンとなった場合に、グランド線３１とグランド線２１の間に比較電圧７３以上の電位差を生じさせるのに必要な最小限の電流を、診断電流として供給することが好ましい。

ここで、駆動回路３０の動作状態や、診断回路７０によるオープン診断の実施状況に応じて、診断電流供給回路９０が供給する診断電流の電流値を変化させてもよい。例えば、駆動回路３０が動作中であり、その消費電流に応じた整流素子６２の順方向電圧によってグランド線３１とグランド線２１の間に比較電圧７３以上の電位差が得られる場合は、診断電流供給回路９０を停止して診断電流を０とする。一方、駆動回路３０の動作が停止している場合や、駆動回路３０の消費電流ではグランド線３１とグランド線２１の間に比較電圧７３以上の電位差が得られない場合は、その電流不足分に応じた診断電流を診断電流供給回路９０から供給する。さらに、診断回路７０がオープン診断を実施していないときには診断電流供給回路９０を停止することで、診断実施時にのみ診断電流を供給する。このようにすれば、より一層の効率向上を図ることができる。

（スイッチ素子）
次に、ハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５の構成について説明する。一般的に、集積回路装置１０内に搭載されて負荷電流の制御に用いられるハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５は、ＭＯＳトランジスタを用いて構成される。

図４は、ＭＯＳトランジスタによるスイッチ素子の構成例を示す図である。図４に示すように、ＭＯＳトランジスタで構成されたハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５には、ローサイドからハイサイド方向に寄生ダイオード４１、４６がそれぞれ形成されている。なお図４において、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５以外の部分は、図１に示した集積回路装置１０の構成図と共通である。

ローサイドスイッチ素子４５が寄生ダイオード４６を有することにより、負荷終端５１の接続先が共通グランドである場合には、ローサイドスイッチ素子４５がＯＦＦ状態であっても、グランド線３１から寄生ダイオード４６を経由し、さらにＬＯＡＤ出力４７および負荷５０を通って共通グランドに至る電流経路が形成されることがある。このときにグランド線３１とグランド線２１の間に生じる電位差は、整流素子６２ではなく、寄生ダイオード４６に流れる電流によって発生する順方向電圧が支配的になる。

そこで、負荷５０が誘導負荷のソレノイドであり、負荷終端５１の接続先が共通グランドである場合において、駆動回路３０が停止状態で診断回路７０がオープン診断を実施するときには、寄生ダイオード４６の順方向電圧と電流の特性に応じて設定された診断電流を診断電流供給回路９０から供給する。これにより、グランド線３１の接地状態がオープンである場合に、寄生ダイオード４６に流れる電流によってグランド線３１とグランド線２１の間に発生する電位差が比較電圧７３以上となるようにして、診断回路７０がグランド線３１のオープン不良を確実に検知できるようにしている。

（負荷終端が共通グランドに接続されている場合のオープン不良検出方法）
次に、負荷終端５１が共通グランドに接続されている場合のオープン不良の検出方法について、図５を参照して説明する。なお以下の説明では、集積回路装置１０が図４の構成を有しており、駆動回路３０においてスイッチ素子制御回路３５は、制御回路２０からの制御信号２６に応じて、一定の周期でハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５を交互に相補的排他的にＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える動作を繰り返し実施するものとする。また、負荷５０は誘導負荷のソレノイドであり、負荷終端５１が共通グランドに接続されているものとする。

図５において、符号１１１は、集積回路装置１０がまだ負荷５０の制御を開始せず、駆動回路３０が動作停止している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５の消費電流が０であり、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５は両方ともＯＦＦ状態になっている。このとき、グランド線３１には診断電流供給回路９０からの診断電流が流入する。

上記の状態１１１において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、グランド線３１に流入した診断電流は、図中に点線で示したように、整流素子６２、グランド線２１およびＧＮＤ端子２２を経由して共通グランドに至る電流経路と、ローサイドスイッチ素子４５の寄生ダイオード４６、ＬＯＡＤ出力４７および負荷５０を経由して共通グランドに至る電流経路とに分かれて流れる。

ローサイドスイッチ素子４５は、負荷５０の還流電流としてアンペアオーダーの大電流を導通させる必要があるため、整流素子６２と比べてサイズが大きい。そのため、同じ順方向電圧に対して流れる電流の大きさをローサイドスイッチ素子４５内の寄生ダイオード４６と整流素子６２とで比較すると、寄生ダイオード４６の方が整流素子６２よりも大きくなる。よって、グランド線３１に流入した診断電流の大部分は、寄生ダイオード４６、ＬＯＡＤ出力４７および負荷５０を経由して共通グランドに至る電流経路を流れる。このときにグランド線３１とグランド線２１の間に生じる電位差は、診断電流に対する寄生ダイオード４６の順方向電圧にほぼ等しい。

以上説明したように、負荷終端５１が共通グランドに接続されており、駆動回路３０が動作停止している状態でグランド線３１がオープンになると、グランド線３１とグランド線２１の間に、診断電流に応じた寄生ダイオード４６の順方向電圧にほぼ等しい電位差が発生する。診断電流供給回路９０では、この電位差をグランド線３１の接地状態異常として診断回路７０が検出できるように、診断電流の値を設定する必要がある。例えば、寄生ダイオード４６の順方向電圧と電流の特性を元に、寄生ダイオード４６の順方向電圧が比較電圧７３以上となる電流値を予め計算しておき、その電流値を診断電流供給回路９０において予め記憶しておく。駆動回路３０が動作停止しているときには、これを診断電流の設定値として、診断電流供給回路９０からグランド線３１へ診断電流を供給する。これにより、グランド線３１がオープンになった場合には、グランド線３１とグランド線２１の間に比較電圧７３以上の電位差が生じるため、診断回路７０によってグランド線３１のオープン不良を確実に検出することができる。

図５において、符号１１２は、集積回路装置１０が駆動回路３０を動作させて負荷５０の制御を実施中であり、不図示の車両用バッテリから負荷５０に負荷電流を供給している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５によってハイサイドスイッチ素子４０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられることで、図中に点線で示したように、不図示の車両用バッテリから電源端子１６、ハイサイドスイッチ素子４０およびＬＯＡＤ出力４７を経由して、負荷５０に負荷電流が供給される。このとき、グランド線３１には診断電流供給回路９０からの診断電流に加えて、スイッチ素子制御回路３５の消費電流が流入する。

上記の状態１１２において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、グランド線３１に流入した電流は、図中に点線で示したように、整流素子６２、グランド線２１およびＧＮＤ端子２２を経由して共通グランドに至る電流経路を流れる。そのため、診断電流とスイッチ素子制御回路３５の消費電流の合計値に対する整流素子６２の順方向電圧に相当する電位差が、グランド線３１とグランド線２１の間に生じる。

なお、上記の状態ではハイサイドスイッチ素子４０がＯＮ状態であるため、ＬＯＡＤ出力４７の電位は電源端子１６と同等レベルに達する。したがって、グランド線３１に流入する電流によって寄生ダイオード４６に順方向バイアスがかかることはなく、グランド線３１から負荷５０への電流経路は形成されない。

以上説明したように、負荷終端５１が共通グランドに接続されており、駆動回路３０の動作中にハイサイドスイッチ素子４０がＯＮ状態、ローサイドスイッチ素子４５がＯＦＦ状態にそれぞれ切り替えられている状態でグランド線３１がオープンになると、グランド線３１とグランド線２１の間に、診断電流とスイッチ素子制御回路３５の消費電流の合計値に応じた整流素子６２の順方向電圧に相当する電位差が発生する。したがって、診断電流供給回路９０では、この電位差をグランド線３１の接地状態異常として診断回路７０が検出できるように、診断電流の値を設定すればよい。なお、スイッチ素子制御回路３５の消費電流によって十分な電位差が得られる場合には、診断電流供給回路９０を停止して診断電流を０としてもよい。

図５において、符号１１３は、集積回路装置１０が駆動回路３０を動作させて負荷５０の制御を実施中であり、不図示の車両用バッテリから負荷５０への負荷電流の供給を遮断している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５によってハイサイドスイッチ素子４０がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられるとともに、ローサイドスイッチ素子４５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられることで、車両用バッテリから負荷５０に供給される負荷電流が遮断される。このとき負荷５０が誘導性負荷であることにより、負荷５０に蓄積されたエネルギーが放出され、図中に点線で示したように、グランド線３１からローサイドスイッチ素子４５およびＬＯＡＤ出力４７を経由して、負荷５０に還流電流が流れる。これにより、ＬＯＡＤ出力４７の電位が低下する。

なお、図５では図示を省略したが、状態１１２から状態１１３へ移行する際には、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５がともにＯＦＦ状態に切り替えられるデッドタイムが設けられる。このデッドタイム中は、グランド線３１からローサイドスイッチ素子４５の寄生ダイオード４６を介して、負荷５０に還流電流が流れる。

上記の状態１１３において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、共通グランドからＧＮＤ端子３２を介してグランド線３１に至る還流経路が遮断され、ＬＯＡＤ出力４７とともにグランド線３１の電位が低下する。これによって、整流素子６１に対してグランド線２１からグランド線３１方向への順方向バイアスがかかり、その順方向電圧に応じた電流が整流素子６１に流れる。その結果、図中に点線で示したように、共通グランドよりＧＮＤ端子２２、グランド線２１、グランド線３１、ローサイドスイッチ素子４５およびＬＯＡＤ出力４７を経由して、負荷５０に還流電流が流れる。

診断回路７０は、グランド線２１の電位に対するグランド線３１の電位の上昇を検知することで、グランド線３１の接地状態が異常であると判断する回路である。ここで、状態１１２からハイサイドスイッチ素子４０がＯＦＦに切り替えられ、さらにローサイドスイッチ素子４５がＯＮに切り替えられて状態１１３へ移行した直後には、前述のようにＬＯＡＤ出力４７の電位が低下することでグランド線３１の電位も低下する。また、状態１１３ではグランド線３１がローサイドスイッチ素子４５と負荷５０を介して共通グランドに接続されているため、時間の経過とともにグランド線３１の電位はグランドレベルに収束していく。そのため、状態１１３ではグランド線３１がオープンになっても、診断回路７０はグランド線３１の接地状態異常を検知することができない。しかしながら、集積回路装置１０による負荷電流制御の実施中には、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５がそれぞれ周期的にＯＮ，ＯＦＦを繰り返すことで、状態１１２と状態１１３が交互に現れる。そのため、状態１１２のときにグランド線３１の接地状態異常を検知することが可能であり、運用上の問題が生じることはない。

（負荷終端が車両用バッテリに接続されている場合のオープン不良検出方法）
次に、負荷終端５１が不図示の車両用バッテリに接続されている場合のオープン不良の検出方法について、図６を参照して説明する。なお以下の説明でも、図５の場合と同様に、集積回路装置１０が図４の構成を有しており、駆動回路３０においてスイッチ素子制御回路３５は、制御回路２０からの制御信号２６に応じて、一定の周期でハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５を交互に相補的にＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える動作を繰り返し実施するものとする。また、負荷５０は誘導負荷のソレノイドであり、負荷終端５１が不図示の車両用バッテリに接続されているものとする。

図６において、符号１２１は、集積回路装置１０がまだ負荷５０の制御を開始せず、駆動回路３０が動作停止している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５の消費電流が０であり、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５は両方ともＯＦＦ状態になっている。このとき、グランド線３１には診断電流供給回路９０からの診断電流が流入する。

上記の状態１２１において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、グランド線３１に流入した診断電流は、図中に点線で示したように、整流素子６２、グランド線２１およびＧＮＤ端子２２を経由して共通グランドに至る電流経路を流れる。そのため、診断電流に対する整流素子６２の順方向電圧に相当する電位差が、グランド線３１とグランド線２１の間に生じる。したがって、診断電流供給回路９０では、この電位差をグランド線３１の接地状態異常として診断回路７０が検出できるように、診断電流の値を設定すればよい。なお、このときの診断電流の値は、図５の状態１１１で必要な診断電流よりも小さくすることができる。

図６において、符号１２２は、集積回路装置１０が駆動回路３０を動作させて負荷５０の制御を実施中であり、不図示の車両用バッテリから負荷５０に負荷電流を供給している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５によってローサイドスイッチ素子４５がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられることで、不図示の車両用バッテリから負荷５０に供給される負荷電流が、ＬＯＡＤ出力４７およびローサイドスイッチ素子４５を経由してグランド線３１に流れ込む。さらに加えて、診断電流供給回路９０からの診断電流とスイッチ素子制御回路３５の消費電流も、グランド線３１に流入する。

上記の状態１２２において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、グランド線３１に流入した電流は、図中に点線で示したように、整流素子６２、グランド線２１およびＧＮＤ端子２２を経由して共通グランドに至る電流経路を流れる。そのため、負荷電流、診断電流およびスイッチ素子制御回路３５の消費電流の合計値に対する整流素子６２の順方向電圧に相当する電位差が、グランド線３１とグランド線２１の間に生じる。したがって、診断電流供給回路９０では、この電位差をグランド線３１の接地状態異常として診断回路７０が検出できるように、診断電流の値を設定すればよい。一般的には負荷電流が十分に大きいため、診断電流の値を０とすることができる。

図６において、符号１２３は、集積回路装置１０が駆動回路３０を動作させて負荷５０の制御を実施中であり、不図示の車両用バッテリから負荷５０への負荷電流の供給を遮断している状態を示している。この状態では、スイッチ素子制御回路３５によってハイサイドスイッチ素子４０がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えられるとともに、ローサイドスイッチ素子４５がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられることで、車両用バッテリから負荷５０に供給される負荷電流が遮断される。このとき負荷５０が誘導性負荷であることにより、負荷５０に蓄積されたエネルギーが放出され、図中に点線で示したように、車両用バッテリと負荷５０の間で、ハイサイドスイッチ素子４０および電源端子１６を経由して還流電流が流れる。また、グランド線３１には診断電流供給回路９０からの診断電流に加えて、スイッチ素子制御回路３５の消費電流が流入する。

上記の状態１２３において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになったとする。この場合、グランド線３１に流入した電流は、図中に点線で示したように、整流素子６２、グランド線２１およびＧＮＤ端子２２を経由して共通グランドに至る電流経路を流れる。そのため、診断電流とスイッチ素子制御回路３５の消費電流の合計値に対する整流素子６２の順方向電圧に相当する電位差が、グランド線３１とグランド線２１の間に生じる。したがって、診断電流供給回路９０では、この電位差をグランド線３１の接地状態異常として診断回路７０が検出できるように、診断電流の値を設定すればよい。スイッチ素子制御回路３５の消費電流によって十分な電位差が得られる場合には、診断電流供給回路９０を停止して診断電流を０としてもよい。

以上説明したように、負荷終端５１が車両用バッテリに接続されている場合、駆動回路３０が停止、あるいは動作中であっても、ＬＯＡＤ出力４７の電位がグランド線３１より低くならず、寄生ダイオード４６に順方向バイアスはかからない。よって、ＧＮＤ端子３２の接続異常等によりグランド線３１がオープンとなると、グランド線３１に流入する電流は、整流素子６２を介してグランド線２１へ流出し、ＧＮＤ端子２２より共通グランドに放出される。したがって、診断電流供給回路９０が供給する診断電流により、グランド線３１に流入する電流が保証されていれば、駆動回路３０の動作状態に関わらず、診断回路７０においてオープン検出が可能である。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、負荷終端５１の接続先や駆動回路３０の動作状態に関わらず、より簡易な方法で、確実で信頼性のあるグランド線３１の接地状態診断を行い、オープン不良検出を行うことができる。これによって、早期に異常を発見できるため、損失の大きい異常状態での集積回路装置１０の動作期間を抑制し、電子制御装置１に搭載される集積回路装置１０や他の装置の損傷を防止することが可能となる。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

（１）集積回路装置１０は、負荷５０と接続されて負荷５０に供給される負荷電流を制御する。集積回路装置１０は、駆動回路３０と、駆動回路３０の動作を制御する制御回路２０と、グランド線２１，３１と、診断電流供給回路９０と、双方向の整流素子６１，６２と、診断回路７０とを備える。駆動回路３０は、スイッチ素子４０，４５を有し、スイッチ素子４０，４５を用いて負荷電流の導通と遮断を切り替える。グランド線３１は、ＧＮＤ端子３２を介して集積回路装置１０の外部に設けられた共通グランドに接地され、駆動回路３０と接続される。グランド線２１は、ＧＮＤ端子２２を介して共通グランドに接地され、制御回路２０と接続される。診断電流供給回路９０は、グランド線３１に所定の診断電流を供給する。整流素子６１，６２は、グランド線２１とグランド線３１の間に接続されている。診断回路７０は、グランド線３１とグランド線２１の電位差を測定し、その電位差を所定の比較電圧７３と比較してグランド線３１の接地状態を診断する。このようにしたので、負荷５０の接続状態や駆動回路３０の動作状態に関わらず、集積回路装置１０のグランド線３１に対して確実で信頼性の高いオープン不良検出を行うことができる。

（２）駆動回路３０のスイッチ素子は、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態にそれぞれ切り替え可能なハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５を含む。駆動回路３０は、ハイサイドスイッチ素子４０を用いて、負荷電流を供給する車両用バッテリと負荷５０との間で負荷電流を導通または遮断させるとともに、ローサイドスイッチ素子４５を用いて、グランド線３１と負荷５０との間で負荷電流を導通または遮断させる。制御回路２０は、ハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５を交互に相補的にＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える制御を、駆動回路３０に対して繰り返し実施する。このようにしたので、集積回路装置１０により、負荷５０に流れる負荷電流を適切に制御することができる。

（３）ハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５は、例えばＭＯＳトランジスタを用いて構成される。このようにしたので、負荷５０に流れる負荷電流の制御において用いられるハイサイドスイッチ素子４０およびローサイドスイッチ素子４５を、妥当なコストで容易に実現できる。

（４）診断電流供給回路９０は、駆動回路３０の動作状態に応じて診断電流を変化させることができる。このようにすれば、無駄な消費電流を削減して効率向上を図ることができる。

（５）診断回路７０は、整流素子６２の順方向電圧の温度依存性に基づき、整流素子６２の温度に応じて比較電圧を変化させることができる。このようにすれば、温度の変動に対してもグランド線３１の接地状態を正確に診断することができる。

（６）制御回路２０は、診断回路７０によりグランド線３１の接地状態が異常であると診断された場合に、駆動回路３０の動作を停止させてもよい。このようにすれば、ＧＮＤ端子３２の接続不良等によってグランド線３１がオープンになった場合に、安全性を確保することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図７を参照して以下に説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る集積回路装置の構成図である。本実施形態に係る集積回路装置１０Ａは、第１の実施形態で説明した集積回路装置１０と同様に、自動車等の車両システムに搭載される電子制御装置１内に設けられており、ソレノイド等の負荷５０に接続されて負荷５０に供給される負荷電流を制御するものである。

本実施形態の集積回路装置１０Ａには、第１の実施形態で説明した集積回路装置１０の診断回路７０に替えて、診断回路７０Ａが設けられている。診断回路７０Ａは、モニタ回路７１の入力側に入力極性切替部７６が設けられている点以外は、診断回路７０と同様の構成を有している。

入力極性切替部７６は、スイッチ素子制御回路３５から出力される切替状態信号３８に基づいて、モニタ回路７１に入力される電圧の極性を切り替える。切替状態信号３８は、ハイサイドスイッチ素子４０とローサイドスイッチ素子４５の切り替え状態を示す信号である。具体的には、負荷終端５１が共通グランドに接続されている場合、ハイサイドスイッチ素子４０がＯＦＦ、ローサイドスイッチ素子４５がＯＮに切り替わった際に、入力極性切替部７６において、モニタ回路７１への入力電圧極性の切り替えを行う。これにより、第１の実施形態で説明した図５の状態１１３において、ＧＮＤ端子３２と共通グランド間に接続異常が生じてグランド線３１がオープンになった場合に、整流素子６１に生じる順方向電圧に応じてグランド線２１とグランド線３１の間に発生する電位差を、モニタ回路７１が検知して比較電圧７３と比較できるようにしている。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、負荷５０は駆動回路３０と共通グランドの間に接続されており、診断回路７０Ａは、ハイサイドスイッチ素子４０がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられたときに、グランド線３１とグランド線２１の電位差の極性を反転して比較電圧７３と比較する。このようにしたので、負荷終端５１が共通グランドに接続されており、車両用バッテリから負荷５０への負荷電流の供給を遮断して負荷５０に還流電流が流れている状態のときでも、グランド線３１の接地状態の診断を実施することができる。

なお、以上説明した各実施形態では、本発明を分かりやすく説明するために、駆動回路３０や負荷５０を一つの代表例で記載したが、これらは複数個存在してもよい。駆動回路３０や負荷５０の個数に関わらず、各々が同様の構成により本発明を適用することが可能である。また、各実施形態では、制御線や信号線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や信号線を示しているとは限らない。

以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１電子制御装置
１０，１０Ａ集積回路装置
１５，１６電源端子
２０制御回路
２１グランド線
２２ＧＮＤ端子
３０駆動回路
３１グランド線
３２ＧＮＤ端子
３５スイッチ素子制御回路
４０ハイサイドスイッチ素子
４１寄生ダイオード
４５ローサイドスイッチ素子
４６寄生ダイオード
４７ＬＯＡＤ出力
５０負荷
５１負荷終端
６０整流回路
６１，６２整流素子
６５，６６保護ダイオード
７０，７０Ａ診断回路
７１モニタ回路
７２モニタ回路出力
７３比較電圧
７４比較判定回路
７５診断結果
７６入力極性切替部
９０診断電流供給回路

Claims

負荷と接続されて前記負荷に供給される負荷電流を制御する集積回路装置であって、
スイッチ素子を有し、前記スイッチ素子を用いて前記負荷電流の導通と遮断を切り替える駆動回路と、
前記駆動回路の動作を制御する制御回路と、
第１のグランド接続端子を介して前記集積回路装置の外部に設けられた共通グランドに接地され、前記駆動回路と接続される第１のグランド線と、
第２のグランド接続端子を介して前記共通グランドに接地され、前記制御回路と接続される第２のグランド線と、
前記第１のグランド線に所定の診断電流を供給する診断電流供給回路と、
前記第１のグランド線と前記第２のグランド線の間に接続された双方向の整流素子と、
前記第１のグランド線と前記第２のグランド線の電位差を測定し、前記電位差を所定の比較電圧と比較して前記第１のグランド線の接地状態を診断する診断回路と、を備える集積回路装置。
請求項１に記載の集積回路装置において、
前記スイッチ素子は、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態にそれぞれ切り替え可能なハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子を含み、
前記駆動回路は、前記ハイサイドスイッチ素子を用いて、前記負荷電流を供給する電源と前記負荷との間で前記負荷電流を導通または遮断させるとともに、前記ローサイドスイッチ素子を用いて、前記第１のグランド線と前記負荷との間で前記負荷電流を導通または遮断させ、
前記制御回路は、前記ハイサイドスイッチ素子および前記ローサイドスイッチ素子を交互に相補的にＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切り替える制御を、前記駆動回路に対して繰り返し実施する集積回路装置。
請求項２に記載の集積回路装置において、
前記ハイサイドスイッチ素子および前記ローサイドスイッチ素子は、ＭＯＳトランジスタを用いて構成される集積回路装置。
請求項１に記載の集積回路装置において、
前記診断電流供給回路は、前記駆動回路の動作状態に応じて前記診断電流を変化させる集積回路装置。
請求項１に記載の集積回路装置において、
前記診断回路は、前記整流素子の順方向電圧の温度依存性に基づき、前記整流素子の温度に応じて前記比較電圧を変化させる集積回路装置。
請求項２に記載の集積回路装置において、
前記負荷は誘導性負荷であり、
前記負荷は、前記駆動回路と前記共通グランドの間に接続されており、
前記診断回路は、前記ハイサイドスイッチ素子がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられたときに、前記電位差の極性を反転して前記比較電圧と比較する集積回路装置。
請求項１に記載の集積回路装置において、
前記制御回路は、前記診断回路により前記第１のグランド線の接地状態が異常であると診断された場合に、前記駆動回路の動作を停止させる集積回路装置。
請求項１に記載の集積回路装置において、
前記負荷は、車両の自動変速機を動作させるためのソレノイドであり、
前記ソレノイドに流れる前記負荷電流を制御することで前記自動変速機を制御する集積回路装置。