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JP2002232280A - 負荷制御装置 - Google Patents

負荷制御装置

Info

Publication number
JP2002232280A
JP2002232280A JP2001029642A JP2001029642A JP2002232280A JP 2002232280 A JP2002232280 A JP 2002232280A JP 2001029642 A JP2001029642 A JP 2001029642A JP 2001029642 A JP2001029642 A JP 2001029642A JP 2002232280 A JP2002232280 A JP 2002232280A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
current
control device
temperature
load control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001029642A
Other languages
English (en)
Inventor
Taketoshi Sato
武利 佐藤
Masao Yamada
雅央 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2001029642A priority Critical patent/JP2002232280A/ja
Priority to US10/059,548 priority patent/US6630748B2/en
Publication of JP2002232280A publication Critical patent/JP2002232280A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H03K17/693—Switching arrangements with several input- or output-terminals, e.g. multiplexers, distributors
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常な発熱の原因となるスイッチング素子の
みを選択的に保護制御するとともに、小型化、低コスト
化を図る。 【解決手段】 ハイブリッドＩＣ２１は、マイコン２
３、制御ＩＣ２４，ＭＯＳトランジスタ２５〜２８から
構成され、制御ＩＣ２４は、１つの温度検出回路４８
と、各トランジスタ２５〜２８ごとの駆動回路５９と電
流検出回路６０とを備えている。トランジスタ２５〜２
８と温度検出回路４８とは、熱的に密に結合されてい
る。マイコン２３は、温度検出回路４８の検出温度がし
きい値温度を超えると、オン駆動中の何れかのトランジ
スタに異常な発熱が生じたと判断し、トランジスタ２５
〜２８のうち電流検出回路６０による検出電流がしきい
値電流を超えているものをオフ駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の負荷を駆動
するための複数のスイッチング素子を備えた負荷制御装
置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】例えば自動車などの車
両には多数のランプやモータなどの負荷が装備されると
ともに、これら多数の負荷を駆動するために電流出力能
力の高い負荷制御装置が搭載されている。図６および図
７は、それぞれ従来の負荷制御装置に用いられている制
御基板の電気的構成図および上面図である。その図７に
おいて、配線パターン（図示せず）が形成された基板
（プリント板）１には、信号用コネクタ２、負荷接続用
コネクタ３、放熱板４などが配設されており、その放熱
板４には自身の過熱保護および過電流保護を行う自己保
護機能付きのパワーＭＯＳトランジスタ５〜８（スイッ
チング素子）が取り付けられている。パワーＭＯＳトラ
ンジスタ５〜８はモールドされたディスクリート素子で
あり、図中、各パワーＭＯＳトランジスタ５〜８内に記
載された破線白丸は端子を表している。
【０００３】基板１には、コネクタ２を介して入力され
る制御信号に応じて上記パワーＭＯＳトランジスタ５〜
８を駆動制御する制御用ＩＣ９（例えばマイコン）と、
この制御用ＩＣ９からの駆動信号に応じてパワーＭＯＳ
トランジスタ５〜８をそれぞれ駆動する駆動用ＩＣ１０
〜１３が搭載されている。
【０００４】この場合、図６に示すように、信号用コネ
クタ２にはコンビネーションスイッチＥＣＵ１４が接続
され、負荷接続用コネクタ３（３ａ〜３ｆ）にはバッテ
リ１６およびパワーＭＯＳトランジスタ５〜８により駆
動される負荷１７〜２０が接続されている。コンビネー
ションスイッチＥＣＵ１４は、コンビネーションスイッ
チ１４ａと、当該コンビネーションスイッチ１４ａから
の信号を処理するＥＣＵ（電子制御装置）１４ｂとから
構成されている。
【０００５】パワーＭＯＳトランジスタ５〜８は、それ
ぞれ素子５ａ〜８ａに加え、温度検出回路５ｂ〜８ｂ、
電流検出回路５ｃ〜８ｃおよび遮断回路５ｄ〜８ｄを備
えている。その遮断回路５ｄ〜８ｄは、それぞれ素子５
ａ〜８ａの温度が所定値を超えた場合およびその電流が
所定値を超えた場合に素子５ａ〜８ａを停止させるなど
の保護制御を行うようになっている。
【０００６】この負荷制御装置は、自己保護機能付きの
パワーＭＯＳトランジスタ５〜８を使用しているため、
例えば何れかの負荷の短絡異常などにより過大な電流が
流れた場合、その過大な電流によって異常発熱をしてい
るパワーＭＯＳトランジスタのみを選択的に停止させる
ことができる。これにより、一つの負荷の異常が連鎖的
に他の負荷駆動にも影響を及ぼずことを防止することが
できる。また、温度検出手段や電流検出手段を別途設け
る必要がないため、構成を簡単化することができる。
【０００７】しかしながら、上記構成の負荷制御装置
は、自己保護機能付きのモールドされたディスクリート
のパワーＭＯＳトランジスタ５〜８を用いて構成されて
いるので大型化してしまい、限られた車室内において大
きな取り付けスペースを必要とする。また、自己保護機
能付きのパワーＭＯＳトランジスタ５〜８はコストが非
常に高いため、負荷の数の増大に伴って当該パワーＭＯ
Ｓトランジスタの数が増大するほどコスト高の問題が深
刻化してしまうという問題があった。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、異常な発熱の原因となるスイッチング
素子のみを選択的に保護制御することができ、しかも比
較的小型且つ低コストに構成できる負荷制御装置を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した手段
によれば、複数のスイッチング素子が単独でまたは並列
接続されてそれぞれ負荷を駆動する。この場合、温度検
出手段はスイッチング素子より発生される熱を一括して
検出可能なので、何れかのスイッチング素子の発熱によ
る温度上昇を確実に検出することができる。そして、保
護制御手段は、この検出温度に基づいて異常な発熱状態
を検知した場合、電流検出手段により検出された各スイ
ッチング素子の検出電流に基づいて、異常な発熱の原因
となっているスイッチング素子を特定し、その特定した
スイッチング素子の保護制御を実行する。
【００１０】本手段によれば、異常な発熱の原因となる
スイッチング素子のみを選択的に且つ確実に保護制御す
ることができる。そして、複数のスイッチング素子に対
し共通の温度検出手段を具備することで足りるため低コ
スト化が可能となる。また、スイッチング素子、温度検
出手段および電流検出手段を一体化する必要がないの
で、従来の負荷制御装置と比較して小型化が図られる。
【００１１】請求項２に記載した手段によれば、温度検
出手段はスイッチング素子のそれぞれに対して熱的に密
に結合されているので、何れかのスイッチング素子の発
熱による温度上昇を一層確実に検出することができる。
【００１２】請求項３に記載した手段によれば、保護制
御手段は、検出温度が所定のしきい値温度を超えた場合
に何れかのスイッチング素子で異常な発熱状態が発生し
たと判断し、第１のしきい値電流を超えた電流が流れて
いるスイッチング素子を異常な発熱状態が生じているス
イッチング素子として特定する。これにより、スイッチ
ング素子に過電流が流れることにより生じる過熱状態の
進行を抑制することができる。
【００１３】請求項４に記載した手段によれば、保護制
御手段は、スイッチング素子の検出電流が第２のしきい
値電流を超えた場合に、検出温度にかかわらず直ちにそ
のスイッチング素子を停止させるので、負荷の完全短絡
などにより生ずる急峻な電流増加に対してもスイッチン
グ素子を保護することができる。
【００１４】請求項５に記載した手段によれば、しきい
値温度およびしきい値電流は、ヒステリシスを伴った設
定とされているので、保護制御手段による保護制御が不
安定（例えば振動的）となることを防止できる。
【００１５】請求項６に記載した手段によれば、保護制
御手段は、特定したスイッチング素子を停止させること
またはＰＷＭ制御することにより電流を制限するので、
負荷の特性や重要度などに応じた自由度の高い保護制御
が可能となる。
【００１６】請求項７に記載した手段によれば、負荷制
御装置がハイブリッドＩＣとして構成されるので、従来
の負荷制御装置に対し大幅な小型化が図られる。本請求
項に係る発明は、ハイブリッドＩＣとすることによりス
イッチング素子が集約的に配置され、全てのスイッチン
グ素子と温度検出手段とが熱的に密に結合し易くなると
いう特性を利用している。従って、各スイッチング素子
ごとに独立した過熱保護回路を備える負荷制御装置をそ
のままハイブリッドＩＣ化したものでは、その密な熱結
合により他のスイッチング素子の発熱による温度上昇に
よって自己のスイッチング素子の過熱保護回路が誤動作
する虞があり、本発明のような確実な過熱保護動作を実
現することができない可能性がある。
【００１７】請求項８に記載した手段によれば、ハイブ
リッドＩＣ内の熱伝導性の良い基板上に、各スイッチン
グ素子が形成された各チップと温度検出手段が形成され
たチップとが配設されているので、温度検出手段は何れ
かのスイッチング素子の発熱による温度上昇を確実に検
出することができる。
【００１８】請求項９に記載した手段によれば、リード
フレーム上に配設された各スイッチング素子で発生した
熱は、当該リードフレームおよび熱伝導性の良い基板を
介して温度検出手段に伝導されるので、温度検出手段は
何れかのスイッチング素子の発熱による温度上昇を確実
に検出することができる。また、リードフレームがスイ
ッチング素子の放熱に寄与するため、スイッチング素子
の温度上昇を抑制することができる。なお、請求項８ま
たは９に記載した手段においては、請求項１０に記載し
た手段のようにセラミック基板を用いることが好まし
い。
【００１９】請求項１１に記載した手段によれば、スイ
ッチング素子で発生する熱が放熱板により放熱されるの
で、スイッチング素子の温度上昇を一層抑制することが
できる。
【００２０】請求項１２に記載した手段によれば、温度
検出手段と電流検出手段と保護制御手段とが同一のチッ
プ内に形成されているので、チップを搭載する基板面積
を低減でき、一層の小型化、低コスト化を図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について、図１ないし図４を参照しながら説
明する。まず、図２はハイブリッドＩＣの内部を示す上
面図である。このハイブリッドＩＣ２１（負荷制御装置
に相当）は、車両前部の灯火装置例えばヘッドランプ、
フォグランプ、クリアランスランプならびにウォッシャ
モータ、ホーンなどの負荷を駆動するために用いられる
もので、これらの負荷を駆動するのに十分な電流出力能
力を備えている。
【００２２】この図２において、セラミック基板２２の
上面には、ＩＣとして構成されたマイコン２３、制御Ｉ
Ｃ２４、チップの形態をなすＭＯＳトランジスタ２５、
２６、２７、２８（スイッチング素子に相当）などが搭
載されている。この場合、制御ＩＣ２４とＭＯＳトラン
ジスタ２５、２６、２７、２８とは、セラミック基板２
２に対し熱的に密に結合されるように、それぞれセラミ
ック基板２２に対し密着した状態とされている。なお、
制御ＩＣ２４は、ＭＯＳトランジスタ２５、２６、２
７、２８のぞれぞれに対しほぼ等距離となる位置に配置
することが好ましい。
【００２３】このセラミック基板２２は熱伝導性が良い
という特性を備えており、熱伝導性の良い接着剤により
アルミニウム製の放熱板２９に固着された上で、樹脂製
のインサートケース３０に格納されている。インサート
ケース３０には複数の端子（ターミナル）３１、３２、
３３、３４、…が設けられており、セラミック基板２２
またはその搭載部品とこれらの端子３１、３２、３３、
３４、…との間はボンディングワイヤ３５、３６、３
７、３８、…により接続されている。
【００２４】図１は、上記ハイブリッドＩＣ２１の電気
的構成を示している。この図１において、ハイブリッド
ＩＣ２１の端子３１、３２、３３、３４にはそれぞれ負
荷３９、４０、４１、４２の一端子が接続されるように
なっており、電源端子４３、４４および４５にはそれぞ
れバッテリ４６の正側端子および負側端子が接続される
ようになっている。電源端子４４と端子３１、３２、３
３、３４との各間には、それぞれハイサイドスイッチと
して機能するＮチャネル型のＭＯＳトランジスタ２５、
２６、２７、２８のドレイン・ソース間が接続されてい
る。なお、負荷３９〜４２の各他端子は、バッテリ４６
の負側端子（車体アース）に接続されている。
【００２５】制御ＩＣ２４は、定電圧回路４７、温度検
出回路４８、昇圧回路７０に加え、ＭＯＳトランジスタ
２５〜２８のそれぞれに対する駆動制御回路４９〜５２
を備えている。これら駆動制御回路４９〜５２は全て同
じ回路構成を有しているので、図１においては駆動制御
回路５０〜５２を省略して示している。以下、この制御
ＩＣ２４の具体的な回路構成について説明する。
【００２６】例えばバンドギャップレギュレータとして
構成される定電圧回路４７は、バッテリ４６の電圧ＶＢ
に基づいて温度変動率の極めて小さい基準電圧Ｖｒを生
成し、それを出力端子から出力するようになっている。
その定電圧回路４７の出力端子とグランド端子５３との
間には、図示極性のダイオード５４〜５７と温度変動率
の小さい抵抗５８との直列回路からなる温度検出回路４
８（温度検出手段に相当）が接続されている。ここで、
ダイオード５７と抵抗５８との接続ノードｎ１が当該温
度検出回路４８の出力ノードであって、このノードｎ１
はマイコン２３の入力端子に接続されている。また、定
電圧回路４７は、マイコン２３の動作用電源電圧Ｖccを
生成し出力するようになっている。
【００２７】昇圧回路７０は、バッテリ４６の電圧ＶＢ
を入力し、当該バッテリ電圧ＶＢに対し少なくともＭＯ
Ｓトランジスタ２５〜２８のしきい値電圧ＶTHよりも高
い昇圧電圧Ｖｈを生成して出力するようになっている。
【００２８】駆動制御回路４９は、駆動回路５９と電流
検出回路６０とから構成されている。駆動回路５９は、
上記昇圧電圧Ｖｈを入力し、マイコン２３の出力端子か
ら与えられる駆動指令信号に基づいて、ＭＯＳトランジ
スタ２５にゲート電圧を印加するようになっている。
【００２９】電流検出回路６０（電流検出手段に相当）
は、ＭＯＳトランジスタ２５のドレイン・ソース間電圧
を検出し、それをマイコン２３の入力端子に対し出力す
るものである。ＭＯＳトランジスタ２５のオン時にあっ
ては、このドレイン・ソース間電圧はオン電圧となる。
オン電圧は、ＭＯＳトランジスタ２５に流れるドレイン
電流が大きいほど高くなる傾向を示す。
【００３０】ここで、ＭＯＳトランジスタ２５のドレイ
ンとグランド端子５３との間には、分圧用の抵抗６１と
６２とが直列に接続され、その分圧点は抵抗６３を介し
てオペアンプ６４の非反転入力端子に接続されている。
また、ＭＯＳトランジスタ２５のソースとグランド端子
５３との間には、分圧用の抵抗６５と６６とが直列に接
続され、その分圧点は抵抗６７を介してオペアンプ６４
の反転入力端子に接続されている。オペアンプ６４の反
転入力端子と出力端子との間には抵抗６８が接続されて
いる。これら抵抗６１〜６３、６５〜６８の各抵抗値
は、当該電流検出回路６０がＭＯＳトランジスタ２５の
ドレイン・ソース間電圧（オン電圧）を正確に出力する
ように決定されている。
【００３１】一方、マイコン２３（保護制御手段に相
当）は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、制御プログラムが
格納されたＲＯＭ，Ａ／Ｄコンバータ、入出力ポートな
どを備えて構成されており、定電圧回路４７から動作用
電源電圧Ｖccの供給を受けて動作するものである。この
マイコン２３には、車両に搭載されたコンビネーション
スイッチＥＣＵ６９が接続されるようになっている。コ
ンビネーションスイッチＥＣＵ６９は、コンビネーショ
ンスイッチ６９ａ（負荷３９〜４２の各動作スイッチが
組み合わされたもの）とＥＣＵ（電子制御装置）６９ｂ
とから構成されており、運転者により操作されるコンビ
ネーションスイッチ６９ａの状態に応じて、駆動すべき
負荷を識別する識別信号を出力するようになっている。
【００３２】次に、ハイブリッドＩＣ２１の動作につい
て図３および図４も参照しながら説明する。マイコン２
３の行う処理は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに
従って実行される。マイコン２３は、コンビネーション
スイッチＥＣＵ６９からの識別信号に基づいて駆動すべ
き負荷を認識し、駆動制御回路４９〜５２に対しオンま
たはオフの駆動指令信号を出力する。駆動回路５９は、
昇圧電圧Ｖｈを得て、オン駆動指令信号に対して（バッ
テリ電圧ＶＢ＋ＭＯＳトランジスタのしきい値電圧ＶT
H）よりも高いゲート電圧を出力し、オフ駆動指令信号
に対して０Ｖのゲート電圧を出力する。
【００３３】また、マイコン２３は、内蔵するＡ／Ｄコ
ンバータを用いて、温度検出回路４８の出力電圧と駆動
制御回路４９〜５２の各電流検出回路６０の出力電圧と
をディジタルデータに変換して取り込んでいる。温度検
出回路４８は、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８で発生す
る熱を一括して検出するものである。この温度検出回路
４８は、シリコンダイオード５４〜５７の順方向電圧Ｖ
Ｆの温度特性（−２ｍＶ／℃）を利用して温度を検出す
るもので、温度が上昇するに従ってノードｎ１の電圧が
上昇する。また、電流検出回路６０は、上述したように
ＭＯＳトランジスタ２５のオン電圧を検出しており、Ｍ
ＯＳトランジスタ２５に流れるドレイン電流が増大する
に従ってその出力電圧が上昇する。
【００３４】マイコン２３は、上記ディジタルデータと
して取り込んだ電圧すなわち検出温度Ｔおよび検出電流
Ｉを、それぞれ所定のしきい値温度Ｔａおよびしきい値
電流Ｉａ、Ｉｂと比較する。これらのしきい値温度Ｔａ
およびしきい値電流Ｉａ、Ｉｂは、マイコン２３が各負
荷３９〜４２ごとにその駆動を停止させる保護制御動作
へ移行する際のしきい値である。ここで、しきい値電流
Ｉａ、Ｉｂは、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８（負荷３
９〜４２）ごとに設定されている。
【００３５】ハイブリッドＩＣ２１および負荷３９〜４
２が正常な場合にあっては、（オンしている）ＭＯＳト
ランジスタ２５〜２８の検出電流Ｉはそれぞれのしきい
値電流Ｉａ、Ｉｂよりも小さい。また、ＭＯＳトランジ
スタ２５〜２８にはドレイン損失が生じるものの、それ
による発熱は比較的少なく放熱板２９の放熱作用によっ
て十分に放熱される。従って、検出温度Ｔはしきい値温
度Ｔａよりも低い。その結果、マイコン２３は、保護制
御動作に移行せず通常制御動作を維持する。
【００３６】これに対し、図３は、例えば負荷３９に完
全短絡（デッドショート）やモータロックが生じた場合
における検出温度ＴおよびＭＯＳトランジスタ２５（負
荷３９）の検出電流Ｉを示している。この場合の検出電
流Ｉは通常時の電流の１０倍或いはそれ以上にまで急激
に増大する。そこで、上記しきい値電流Ｉａ（第２のし
きい値電流に相当）として、瞬時的な過電流に対してＭ
ＯＳトランジスタ２５に許容される保護レベルを設定す
る。
【００３７】マイコン２３は、検出電流Ｉがしきい値電
流Ｉａを超えると、直ちに（例えば数十ｍｓ〜数百ｍｓ
以内のＭＯＳトランジスタ２５が耐え得る時間内に）駆
動回路５９を介してＭＯＳトランジスタ２５をオフ駆動
する。この時、ＭＯＳトランジスタ２５のドレイン損失
も増大するが、ＭＯＳトランジスタ２５から制御ＩＣ２
４への熱伝導の遅れにより検出温度Ｔの上昇が遅れるた
め、マイコン２３は検出温度ＴにかかわらずＭＯＳトラ
ンジスタ２５をオフ駆動する。
【００３８】図４は、例えば負荷３９が部分的に短絡
（レアショート）した場合やモータのトルクが増大（ハ
ーフロック）したような場合における検出温度Ｔおよび
ＭＯＳトランジスタ２５（負荷３９）の検出電流Ｉを示
している。この場合の検出電流Ｉは、上記しきい値電流
Ｉａよりも小さく、例えば通常時の電流を超えて徐々に
増加するような傾向を示す。従って、直ちにＭＯＳトラ
ンジスタ２５をオフ駆動する必要はないが、そのままオ
ン駆動を維持するとその発熱によりやがては故障に至る
可能性がある。この場合、ＭＯＳトランジスタ２５と制
御ＩＣ２４とはセラミック基板２２を介して熱的に密に
結合されているので、検出電流Ｉの増加に伴うＭＯＳト
ランジスタ２５の発熱の増大により、検出温度Ｔが徐々
に上昇する傾向を示す。
【００３９】そこで、マイコン２３は、検出温度Ｔがし
きい値温度Ｔａを超えた時刻ｔ１において、オン駆動中
の何れかのＭＯＳトランジスタに異常な発熱が生じたと
判断し、（オン駆動中の）ＭＯＳトランジスタ２５〜２
８のそれぞれについて検出電流Ｉがしきい値電流Ｉｂを
超えているかどうかを判定する。このしきい値電流Ｉｂ
（第１のしきい値電流に相当）としては、通常時の電流
よりも大きく且つ上記しきい値電流Ｉａよりも小さく、
しかもその電流状態を維持し続けると故障が生じる可能
性のある最小電流レベル（例えば通常時の電流の１．５
倍〜２倍程度）を設定する。ここでは、時刻ｔ１におい
て、負荷３９の異常に対応してＭＯＳトランジスタ２５
の検出電流Ｉがしきい値電流Ｉｂを超えているため、マ
イコン２３は駆動回路５９を介してＭＯＳトランジスタ
２５をオフ駆動する。
【００４０】マイコン２３は、検出温度Ｔとしきい値温
度との比較についてヒステリシスを有しており、検出温
度Ｔが一旦しきい値温度Ｔａを超えた後はしきい値温度
をＴａからＴｂに下げる。マイコン２３は、ＭＯＳトラ
ンジスタ２５の発熱が停止し検出温度Ｔがしきい値温度
Ｔｂよりも低下すると（時刻ｔ２）、再びＭＯＳトラン
ジスタ２５をオン駆動する。その結果、負荷３９の異常
が回復した場合（図４に示す場合）には通常制御動作に
戻る。また、負荷３９の異常が継続している場合には、
通常制御動作と保護制御動作とが繰り返されつつ、ＭＯ
Ｓトランジスタ２５ひいてはハイブリッドＩＣ２１の温
度上昇が抑制される。
【００４１】以上説明したように、本実施形態のハイブ
リッドＩＣ２１によれば、負荷３９〜４２を駆動するＭ
ＯＳトランジスタ２５〜２８と温度検出回路４８を内蔵
した制御ＩＣ２４とはセラミック基板２２を介して熱的
に密に結合されているので、温度検出回路４８は、何れ
かのＭＯＳトランジスタ２５〜２８の発熱による温度上
昇を確実に検出することができる。そして、マイコン２
３は、検出温度Ｔがしきい値温度Ｔａを超えたことによ
り異常な発熱状態の発生を検知し、しきい値電流Ｉｂを
超える電流が流れているＭＯＳトランジスタを異常な発
熱の原因であるとして保護制御（本実施形態では停止）
する。
【００４２】従って、たとえ一部の負荷に異常が生じて
も、異常な発熱の原因となる負荷（ＭＯＳトランジス
タ）のみを選択的に且つ確実に保護制御することがで
き、ハイブリッドＩＣ２１全体としての異常な温度上昇
が抑えられる。しかも、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８
で発生する熱が放熱板２９により放熱されるので、ＭＯ
Ｓトランジスタ２５〜２８と温度検出回路４８との熱結
合を密な状態に保持しつつ、ハイブリッドＩＣ２１の温
度上昇を一層抑制することができる。このように、本実
施形態のハイブリッドＩＣ２１は、正常な負荷について
は継続して駆動することができるので、灯火装置、ウォ
ッシャモータ、ホーンなど車両の安全走行に不可欠な負
荷３９〜４２を駆動する用途に特に適している。
【００４３】また、マイコン２３は、ＭＯＳトランジス
タ２５〜２８の検出電流Ｉがそれぞれしきい値電流Ｉａ
を超えた場合に、検出温度Ｔにかかわらず直ちにそのＭ
ＯＳトランジスタ２５〜２８を停止させるので、負荷３
９〜４２の完全短絡などにより生ずる急峻な電流増加に
対してもＭＯＳトランジスタ２５〜２８を確実に保護す
ることができる。
【００４４】さらに、本実施形態においては、しきい値
温度Ｔａ、Ｔｂがヒステリシスを伴った設定とされてい
るので、マイコン２３による保護制御が不安定（例えば
振動的）となることを防止できる。また、本実施形態の
電流検出回路６０は、それぞれＭＯＳトランジスタ２５
〜２８のオン電圧を検出しているので、電流の大小のみ
ならず、ゲート電圧の不足によるオン電圧の増加異常を
も検出することができる。
【００４５】ハイブリッドＩＣ２１は、従来の負荷制御
装置（図７参照）に対し大幅な小型化が図られている。
また、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８に対し共通に１つ
の温度検出回路４８を具備することで足りるため低コス
ト化が可能となる。これは、ハイブリッドＩＣとするこ
とによりＭＯＳトランジスタ２５〜２８が集約的に配置
され、全てのＭＯＳトランジスタ２５〜２８と１つの温
度検出回路４８とが熱的に密に結合し易くなるという特
性を利用していることによる。しかも、ＭＯＳトランジ
スタ２５〜２８と温度検出回路４８を内蔵した制御ＩＣ
２４とは、熱伝導性の良いセラミック基板２２の上に搭
載されているので、両者間の熱結合を一層密な状態とす
ることができる。
【００４６】なお、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８ごと
に独立した過熱保護回路を備える負荷制御装置（例えば
図６に示すもの）をそのままハイブリッドＩＣ化したも
のでは、その密な熱結合により他のＭＯＳトランジスタ
の発熱による温度上昇によって自己のＭＯＳトランジス
タの過熱保護回路が誤動作する虞があり、当該ハイブリ
ッドＩＣ２１のような確実な過熱保護動作を実現するこ
とができない可能性がある。
【００４７】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について、ハイブリッドＩＣ内部の上面図であ
る図５を参照しながら説明する。なお、本実施形態に示
すハイブリッドＩＣ７１は、第１の実施形態で説明した
ハイブリッドＩＣ２１と同じ電気的構成を備えており、
マイコン２３、制御ＩＣ２４およびＭＯＳトランジスタ
２５〜２８は、ハイブリッドＩＣ２１と同一のものを使
用している。
【００４８】この図５において、セラミック基板７２の
上面にはマイコン２３、制御ＩＣ２４などが搭載がされ
ている。ハイブリッドＩＣ７１のリードフレーム７３の
上には、このセラミック基板７２が熱伝導性の良い接着
剤により固着されており、その周囲に位置してＭＯＳト
ランジスタ２５〜２８がリードフレーム７３（電圧ＶＢ
を有する）にはんだ付けされている。
【００４９】ここで、制御ＩＣ２４とセラミック基板７
２との間、セラミック基板７２とリードフレーム７３と
の間、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８とリードフレーム
７３との間は、それぞれ熱的に密に結合されている。リ
ードフレーム７３は樹脂によりモールドされ、そのパッ
ケージ７４にはアルミニウム製の放熱板７５が取り付け
られている。また、セラミック基板２２、その搭載部
品、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８と、リードフレーム
７３の端子７６、７７、７８、７９、…との間はボンデ
ィングワイヤ８０、８１、８２、８３、…により接続さ
れている。
【００５０】このハイブリッドＩＣ７１によれば、ＭＯ
Ｓトランジスタ２５〜２８と温度検出回路４８（図１参
照）を内蔵した制御ＩＣ２４とはリードフレーム７３お
よびセラミック基板７２を介して熱的に密に結合されて
いるので、温度検出回路４８は、何れかのＭＯＳトラン
ジスタ２５〜２８の発熱による温度上昇を確実に検出す
ることができる。従って、本実施形態によっても、第１
の実施形態と同様の作用および効果を得ることができ
る。また、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８は、リードフ
レーム７３を介しても放熱されるので、ドレイン損失に
よる温度上昇を一層抑制することができる。
【００５１】（その他の実施形態）なお、本発明は上記
し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではな
く、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
第１および第２の実施形態において、セラミック基板２
２、７２とマイコン２３、制御ＩＣ２４とは、ワイヤボ
ンディングまたはフリップチップにより接続しても良
い。また、インサートケース３０に設けられた端子３
１、３２、３３、３４、…やリードフレーム７３の端子
７６、７７、７８、７９、…に対する接続には、ワイヤ
ボンディングの他リード溶接接続を用いても良い。
【００５２】ランプ負荷の調光が必要な場合などには、
マイコン２３は、オンオフ制御に替えてＰＷＭ制御を実
行するようにしても良い。この場合、マイコン２３は、
ＭＯＳトランジスタ２５〜２８のオフ駆動ではなくＰＷ
Ｍ制御のデューティ比低減により保護制御を実行するこ
とができる。これにより、異常時において、電流は低下
するものの当該異常負荷への通電状態を維持することが
できる。
【００５３】各実施形態においては、マイコン２３と制
御ＩＣ２４との２チップ構成としたが、これらをワンチ
ップ化しても良い。これにより、ＩＣチップを搭載する
基板面積を低減でき、一層の小型化、低コスト化が図ら
れる。スイッチング素子はバイポーラトランジスタやＩ
ＧＢＴ等であっても良い。また、これらスイッチング素
子は、ハイサイドスイッチに限らずロウサイドスイッチ
として機能するように接続しても良い。しきい値電流Ｉ
ａ、Ｉｂをヒステリシスを伴った設定としても良い。こ
れにより保護制御の安定化が図れる。
【００５４】マイコン２３は、同じＭＯＳトランジスタ
に対し所定回数だけ連続して保護制御を行った場合に
は、そのＭＯＳトランジスタのオフ駆動を維持するとと
もに、車両内のコンビネーションスイッチＥＣＵ６９ま
たは車両外のサービスセンタに対しダイアグ信号を送信
するように構成しても良い。これにより、車両の使用者
やサービスマンが異常の発生を認識することができる。
温度検出回路４８は、ＭＯＳトランジスタ２５〜２８に
より発生される熱を一括して検出可能であってその検出
結果をマイコン２３に対し出力できるものであれば、複
数設置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すハイブリッドＩ
Ｃの電気的構成図
【図２】ハイブリッドＩＣの内部を示す上面図
【図３】負荷に完全短絡等が生じた場合における検出温
度Ｔおよび検出電流Ｉの時間変化を示す図
【図４】負荷に部分的な短絡等が生じた場合における検
出温度Ｔおよび検出電流Ｉの時間変化を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図２相当図
【図６】従来技術を示す負荷制御装置の制御基板の電気
的構成図
【図７】制御基板の上面図
【符号の説明】
２１、７１はハイブリッドＩＣ（負荷制御装置）、２
２、７２はセラミック基板、２３はマイコン（保護制御
手段）、２５、２６、２７、２８はＭＯＳトランジスタ
（スイッチング素子）、２９、７５は放熱板、３９、４
０、４１、４２は負荷、４８は温度検出回路（温度検出
手段）、６０は電流検出回路（電流検出手段）、７３は
リードフレームである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０５Ｆ 1/00 Ｇ０５Ｆ 1/10 ３０４Ｍ 1/10 ３０４ Ｈ０１Ｌ 23/34 Ｄ Ｈ０１Ｌ 23/34 Ｈ０３Ｋ 17/687 Ａ Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB05 BD13 BF01 BF05 5G004 AA04 AB03 BA04 CA01 DA04 DC04 DC14 5H410 BB04 BB05 CC02 DD02 DD05 EB01 EB25 FF05 FF14 FF23 KK05 LL06 LL09 5J055 AX34 AX45 BX16 CX28 DX13 DX22 DX44 DX48 DX88 EY01 EY12 EZ09 EZ61 FX05 FX19 FX32 FX33 GX01 GX08

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の負荷を駆動するための複数のスイ
    ッチング素子と、 これらスイッチング素子より発生される熱を一括して検
    出可能な温度検出手段と、 前記各スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検
    出手段と、 前記温度検出手段による検出温度と前記電流検出手段に
    よる前記各スイッチング素子の検出電流とに基づいて、
    異常な発熱の原因となるスイッチング素子を特定し、そ
    の特定したスイッチング素子を保護制御する保護制御手
    段とを備えたことを特徴とする負荷制御装置。
  2. 【請求項２】 前記温度検出手段は、前記スイッチング
    素子のそれぞれに対して熱的に密に結合されていること
    を特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
  3. 【請求項３】 前記保護制御手段は、前記検出温度が所
    定のしきい値温度を超えており且つ前記スイッチング素
    子の検出電流がそのスイッチング素子に対して設定され
    た第１のしきい値電流を超えている場合に、そのスイッ
    チング素子を前記異常な発熱の原因となるスイッチング
    素子として特定するように構成されていることを特徴と
    する請求項１または２記載の負荷制御装置。
  4. 【請求項４】 前記保護制御手段は、前記スイッチング
    素子の検出電流がそのスイッチング素子に対して設定さ
    れた第２のしきい値電流を超えた場合に、そのスイッチ
    ング素子を直ちに停止させるように構成されていること
    を特徴とする請求項３記載の負荷制御装置。
  5. 【請求項５】 前記しきい値温度およびしきい値電流
    は、ヒステリシスを伴った設定とされていることを特徴
    とする請求項３または４記載の負荷制御装置。
  6. 【請求項６】 前記保護制御手段は、前記特定したスイ
    ッチング素子を停止させまたはＰＷＭ制御することによ
    り当該スイッチング素子に流れる電流を制限するように
    前記保護制御を実行することを特徴とする請求項１ない
    し５の何れかに記載の負荷制御装置。
  7. 【請求項７】 ハイブリッドＩＣとして構成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の負
    荷制御装置。
  8. 【請求項８】 前記ハイブリッドＩＣ内において、前記
    各スイッチング素子が形成された各チップと前記温度検
    出手段が形成されたチップとが熱伝導性の良い同一基板
    上に配設されていることを特徴とする請求項７記載の負
    荷制御装置。
  9. 【請求項９】 前記ハイブリッドＩＣ内において、前記
    各スイッチング素子が形成された各チップがリードフレ
    ーム上に配設され、前記温度検出手段が形成されたチッ
    プが前記リードフレームと熱的に結合された熱伝導性の
    良い基板上に配設されていることを特徴とする請求項７
    記載の負荷制御装置。
  10. 【請求項１０】 前記熱伝導性の良い基板はセラミック
    基板であることを特徴とする請求項８または９記載の負
    荷制御装置。
  11. 【請求項１１】 前記ハイブリッドＩＣには、前記スイ
    ッチング素子で発生する熱を放熱するための放熱板が具
    備されていることを特徴とする請求項７ないし１０の何
    れかに記載の負荷制御装置。
  12. 【請求項１２】 前記温度検出手段、前記電流検出手段
    および前記保護制御手段は同一のチップ内に形成されて
    いることを特徴とする請求項１ないし１１の何れかに記
    載の負荷制御装置。
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