JP5325437B2 - 集積回路 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路に関する。

特許文献１において、過熱検出回路と過電流検出回路を含むインバータ装置が開示されている。
マイクロコンピュータから、インバータ装置を動作させるための制御信号が出力されると、インバータ装置は、駆動対象であるモータの駆動を開始する。インバータ装置の動作中、過熱検出回路がインバータ装置の過熱状態を検出、または、過電流検出回路がインバータ装置の過電流状態を検出すると、インバータ装置は、当該インバータ装置の動作の停止を促すための異常信号をマイクロコンピュータに出力する。マイクロコンピュータは、異常信号を受け取ると、インバータ装置を動作させるための制御信号の出力を停止し、インバータ装置は動作を停止する。
このようにして、インバータ装置の動作を停止することにより、過熱や過電流によるインバータ装置内部のデバイスの破損を防止することができる。
特開２０００−２２４８６１号公報

上記過熱検出回路は、例えばサーミスタのような温度検出素子が検出した温度が所定の温度以上である状態を検出する機能を備えている。しかしながら、上記インバータ装置の構成においては、マイクロコンピュータは、過熱検出回路内の温度検出素子が検出した温度が所定の温度以上であるか否かの情報のみを受け取るため、温度検出素子が検出した温度情報を用いてより効率的な制御を行おうという需要には対応できない。

また、例えば駆動対象であるモータを駆動するインバータ回路のような駆動回路を含む集積回路については、小型化および低コスト化に適したシングル・インライン・パッケージなどが用いられているが、シングル・インライン・パッケージでは端子数が多く取れないため、温度検出素子が検出した温度情報を出力するための専用の端子を設けることが困難な場合がある。

そのため、温度検出素子を備えた集積回路において、１つの端子に、温度検出素子が検出した温度情報を出力する機能を兼用させることが望まれている。

前述した課題を解決する主たる本発明は、端子と、第１の抵抗と、温度検出素子および第２の抵抗と、が前記端子を介して直列に接続された第１の直列回路と、前記第１の抵抗と、トランジスタと、が前記端子を介して直列に接続された第２の直列回路と、駆動対象を駆動する駆動回路が停止すべき状態であることを検出した場合に、前記トランジスタをオンすることにより、前記第２の直列回路の接続点に前記駆動回路の動作を停止させるための制御信号を発生させる検出回路と、を有することを特徴とする集積回路である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、温度検出素子を備えた集積回路に、温度検出素子が検出した温度情報を出力する機能を追加しつつ、端子数の増加を防止することができる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態における温度検出素子を備えた集積回路の構成について説明する。なお、本実施形態における駆動対象は、例えば３相モータであることとする。

駆動対象であるモータ３を駆動するための集積回路１ａは、マイクロコンピュータ２によって制御され、スイッチング素子１１ないし１６、スイッチング制御回路４、検出回路５、保護回路７、トランジスタ２３、温度検出回路６ａ、および端子４１ないし４８を含んで構成されている。なお、端子４２および４３には、主回路電源ＶＣＣおよびそのグラウンドが接続され、端子４７および４８には、制御回路４などに印加される電源ＶＤＤおよびそのグラウンドが接続され、そして端子４４ないし４６には、モータ３が接続される。

スイッチング素子１１ないし１６は、本実施形態では、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成されている。上側アームを構成するスイッチング素子１１ないし１３のコレクタは、端子４２を介して主回路電源ＶＣＣに接続され、下側アームを構成するスイッチング素子１４ないし１６のエミッタは、端子４３に外部接続される抵抗２４を介して接地されている。また、スイッチング素子１１と１４、スイッチング素子１２と１５、スイッチング素子１３と１６は、それぞれ直列に接続され、各接続点は、それぞれ端子４４、４５、４６を介して、モータ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの駆動コイル（不図示）に接続されている。

スイッチング制御回路４は、スイッチング素子１１ないし１６のベースに接続されており、モータ３が回転するように、スイッチング素子１１ないし１６を適宜スイッチング制御するための信号を出力する。

検出回路５は、例えば、比較器２５、２６、および論理和演算回路２７を含んで構成されている。比較器２５は、反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ１が印加され、非反転入力がスイッチング素子１４ないし１６と抵抗２４との接続点に接続されている。なお、基準電圧Ｖｒｅｆ１は、スイッチング素子１１ないし１６を流れる電流を過電流であると判断する基準となる値である。そして、スイッチング素子１４ないし１６と抵抗２４との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上の場合に、比較器２５の出力はハイ・レベルとなる。比較器２６は、非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ２が印加され、反転入力がスイッチング制御回路４に印加されている電源ＶＤＤに接続されている。なお、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、スイッチング制御回路４に印加されている電源ＶＤＤの電圧を、スイッチング素子１１ないし１６を正常に制御するのに不足であると判断する基準となる値である。そして、スイッチング制御回路４に印加されている電源ＶＤＤの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の場合に、比較器２６の出力はハイ・レベルとなる。比較器２５および２６の出力は、論理和演算回路２７に入力され、論理和演算回路２７の出力は、保護回路７に入力されている。

保護回路７は、検出回路５の論理和演算回路２７の出力がハイ・レベル場合に、スイッチング素子１１ないし１６をスイッチング制御するためのスイッチング制御回路４からの出力信号を即時に遮断し、スイッチング素子１１ないし１６を破損から保護するための機能を含んで構成されている。また、保護回路７は、検出回路５の論理和演算回路２７の出力がハイ・レベル場合には、出力がハイ・レベルとなり、検出回路５の論理和演算回路２７の出力がロー・レベル場合には、出力がロー・レベルとなるように構成されている。

本実施形態では、トランジスタ２３はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）である。保護回路７の出力は、トランジスタ２３のゲートに入力されている。また、トランジスタ２３のドレインは信号線３１を介して端子４１に接続され、ソースは接地されている。

温度検出回路６ａは、例えば、抵抗２１と温度検出素子であるサーミスタ２２とが直列に接続された回路で構成されている。なお、本実施形態では、サーミスタ２２は、例えば図３に示すように、集積回路１ａ内部の温度上昇に対して、抵抗値Ｒｔｈが減少する特性を有する、ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient：負温度係数）サーミスタである。抵抗２１のサーミスタ２２と接続されていない側は、電源ＶＤＤに接続され、サーミスタ２２の抵抗２１と接続されていない側は、接地されている。また、抵抗２１とサーミスタ２２の接続点は、信号線３２を介して端子４１に接続されている。

端子４１は、前述したトランジスタ２３のドレイン、および、抵抗２１とサーミスタ２２の接続点に共通に接続されているほか、信号線３３を介してスイッチング制御回路４に接続されている。

次に、集積回路１ａの動作について説明する。
マイクロコンピュータ２から、端子４１および信号線３３を介して、スイッチング制御回路４を動作させるためのハイ・レベルの制御信号が出力されると、スイッチング制御回路４は、スイッチング素子１１ないし１６のスイッチング制御を開始し、モータ３が駆動される。

スイッチング制御回路４の動作中、スイッチング素子１１ないし１６に流れる電流が増加し、抵抗２４に流れる電流が増加すると、スイッチング素子１４ないし１６と抵抗２４との接続点の電圧が上昇する。そして、当該電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上となり、スイッチング素子１１ないし１６を流れる電流が過電流である状態になると、比較器２５の出力がハイ・レベルとなり、論理和演算回路２７の出力がハイ・レベルとなり、保護回路７の出力がハイ・レベルとなり、そしてトランジスタ２３がオンになる。また、スイッチング制御回路４の動作中、スイッチング制御回路４に印加されている電源ＶＤＤの電圧が低下し、基準電圧Ｖｒｅｆ２以下となり、スイッチング素子１１ないし１６を正常に制御するのに不足である状態、すなわち、スイッチング制御回路４が電源電圧不足の状態になると、比較器２６の出力がハイ・レベルとなり、論理和演算回路２７の出力がハイ・レベルとなり、保護回路７の出力がハイ・レベルとなり、そしてトランジスタ２３がオンになる。トランジスタ２３がオンになると、トランジスタ２３のドレイン出力は、スイッチング素子１１ないし１６を流れる電流が過電流である、または、スイッチング制御回路４が電源電圧不足であるために異常な状態であることを示す、ロー・レベルとなる。以下、トランジスタ２３のドレインのロー・レベルの出力を異常検出信号と称する。当該異常検出信号は、信号線３１および３３を介して、スイッチング制御回路４のロー・レベルの制御信号としても機能する。そして、スイッチング制御回路４は、ロー・レベルの制御信号を受け取ると、スイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止し、過電流による、または、電源電圧不足に伴う誤動作による集積回路１ａ内部のデバイスの破損を防止する。

なお、トランジスタ２３と直列に接続された温度検出回路６ａの抵抗２１は、トランジスタ２３のドレイン出力に対するプル・アップ抵抗の役割も果たしているため、トランジスタ２３がオンの場合にトランジスタ２３のドレイン出力がロー・レベルとなるよう、抵抗２１の抵抗値Ｒを十分に大きくする必要がある。この場合、トランジスタ２３がオンの間、温度検出回路６ａの出力によらず、端子４１には異常検出信号が出力される。また、トランジスタ２３がオフの間、トランジスタ２３のドレイン出力は、ハイ・インピーダンスとなり、温度検出回路６ａから、抵抗２１とサーミスタ２２の接続点の電圧値Ｖｔｈが温度検出信号として出力される。

温度検出回路６ａは、トランジスタ２３がオフの場合、すなわち、異常検出信号が出力されていない場合に、抵抗２１とサーミスタ２２の接続点の電圧値Ｖｔｈを温度検出信号として出力する。一例として、抵抗２１の抵抗値Ｒを２０ｋΩ、電源ＶＤＤの電圧値を５Ｖ、そしてサーミスタ２２の特性を図３のとおりとすると、温度と電圧値Ｖｔｈの関係は図４の実線のようになる。また、温度検出回路６ａの出力である温度検出信号は、信号線３２および３３を介して、スイッチング制御回路４の制御信号としても機能する。例えば、スイッチング制御回路４が制御信号をロー・レベルだと判断する閾電圧値を２．５Ｖとすると、スイッチング制御回路４の制御信号は、約６９℃以上においてロー・レベルとなり、スイッチング制御回路４はスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止し、所定の温度以上の加熱による集積回路１ａ内部のデバイスの破損を防止する。当該所定の温度は、抵抗２１の抵抗値Ｒおよびサーミスタ２２の特性によって決定される。

前述したように、過電流、電源電圧不足、および過熱の場合には、集積回路１ａ内部のデバイスの破損を防止するため、スイッチング制御回路４は、マイクロコンピュータ２の制御によらず、スイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止する。しかし、例えば、マイクロコンピュータ２が、温度検出回路６ａから信号線３２および端子４１を介して温度検出信号を受け取り、当該温度検出信号をアナログ・デジタル変換によりデジタル値とした後、端子４１および信号線３３を介して当該デジタル値に応じた制御信号をスイッチング制御回路４に与えることも可能である。

＜第２実施形態＞
以下、図２を参照して、本発明の他の実施形態における温度検出素子を備えた集積回路の構成について説明する。
集積回路１ｂは、第１実施形態の温度検出回路６ａが温度検出回路６ｂとなっている以外は、第１実施形態の集積回路１ａと同様の構成となっている。また、温度検出回路６ｂは、第１実施形態の温度検出回路６ａでサーミスタ２２が直接接地されている代わりに、サーミスタ２２が抵抗２８を介して接地されている。

次に、集積回路１ｂの動作について、温度検出回路６ｂの動作を中心に説明する。
温度検出回路６ｂは、トランジスタ２３がオフの場合、すなわち、異常検出信号が出力されていない場合に、抵抗２１とサーミスタ２２の接続点の電圧値Ｖｔｈを温度検出信号として出力する。一例として、抵抗２１の抵抗値Ｒを２０ｋΩ、抵抗２８の抵抗値ＲＬを１０ｋΩ、電源ＶＤＤの電圧値を５Ｖ、そしてサーミスタ２２の特性を図３のとおりとすると、温度と電圧値Ｖｔｈの関係は図４の長破線のようになる。第１実施形態と同様に、例えば、スイッチング制御回路４が制御信号をロー・レベルだと判断する閾電圧値を２．５Ｖとすると、スイッチング制御回路４の制御信号は、第１実施形態の場合よりも高温である約９１℃以上においてロー・レベルとなり、スイッチング制御回路４はスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止し、所定の温度以上の加熱による集積回路１ｂ内部のデバイスの破損を防止する。前述したように、抵抗２１はトランジスタ２３のドレイン出力に対するプル・アップ抵抗の役割も果たしているため、抵抗２１の抵抗値Ｒには下限があり、第１実施形態においては、当該所定の温度を設定できる上限があるが、本実施形態においては、温度検出回路６ｂの抵抗２８により、当該所定の温度を任意に設定することができる。

また、抵抗２１の抵抗値Ｒと抵抗２８の抵抗値ＲＬとの組み合わせにより、温度検出信号としての電圧値Ｖｔｈの下限を設定することもできる。例えば、マイクロコンピュータ２が、端子４１からの入力信号を、温度検出回路６ｂから出力されるアナログ信号である温度検出信号として利用するのと並行して、トランジスタ２３のドレインから出力されるデジタル信号である異常検出信号としても利用する場合には、温度検出信号としての電圧値Ｖｔｈは、マイクロコンピュータ２が端子４１からの入力信号をロー・レベルだと判断する閾電圧値以上の領域で変動する必要がある。一例として、抵抗２１の抵抗値Ｒを２０ｋΩ、抵抗２８の抵抗値ＲＬを２０ｋΩ、電源ＶＤＤの電圧値を５Ｖ、そしてサーミスタ２２の特性を図３のとおりとすると、温度と電圧値Ｖｔｈの関係は図４の短破線のようになる。この場合、例えば、マイクロコンピュータ２が端子４１からの入力信号をロー・レベルだと判断する閾電圧値を２．５Ｖとすると、温度検出信号としての電圧値Ｖｔｈは、温度によらず当該閾電圧値である２．５Ｖ以上であるため、マイクロコンピュータ２は、端子４１からの入力信号がハイ・レベルの場合には、当該入力信号を温度検出信号として利用することができ、端子４１からの入力信号がロー・レベルの場合には、当該入力信号を異常検出信号として利用することができる。

なお、本実施形態において、サーミスタ２２と抵抗２８の接続順を入れ替えてもよい。この場合でも、温度検出回路６ｂの動作は変わらない。

前述したように、集積回路１ａにおいて、温度検出回路６ａは、抵抗２１とサーミスタ２２の直列接続の接続点の電圧値Ｖｔｈを、温度検出信号として出力し、検出回路５は、駆動対象を駆動する駆動回路が停止すべき状態である場合に、トランジスタ２３をオンすることにより、駆動回路の動作を停止させるための異常検出信号を、抵抗２１とトランジスタ２３の直列接続の接続点に出力し、そして抵抗２１とサーミスタ２２の接続点および抵抗２１とトランジスタ２３の接続点を、駆動回路の制御信号の入力端子と共通の端子４１に接続することにより、温度検出信号を出力する機能、異常検出信号を出力する機能、および、駆動回路の制御信号を入力する機能を１つの端子に兼用させることができる。

また、集積回路１ｂにおいて、温度検出回路６ｂに示したように、サーミスタ２２に抵抗２８をさらに直列に接続することにより、所定の温度以上で駆動回路の動作を停止させる、当該所定の温度を任意に設定、または、温度検出信号としての電圧値Ｖｔｈの下限を設定することができる。

また、集積回路１ａに示したように、抵抗２１のサーミスタ２２と接続されていない側は電源ＶＤＤに接続し、サーミスタ２２の抵抗２１と接続されていない側は接地し、そしてトランジスタ２３の端子４１に接続されていないソースは接地する構成とすることにより、より汎用的なＮＴＣサーミスタおよびＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いることができる。

また、集積回路１ｂに示したように、抵抗２１のサーミスタ２２と接続されていない側は電源ＶＤＤに接続し、サーミスタ２２の抵抗２１と接続されていない側は抵抗２８を介して接地し、そしてトランジスタ２３の端子４１に接続されていないソースは接地する構成とすることにより、より汎用的なＮＴＣサーミスタおよびＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いることができる。

また、集積回路１ａおよび１ｂに示したように、スイッチング素子１４ないし１６と抵抗２４との接続点の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上の場合に、比較器２５の出力がハイ・レベルとなるように接続し、そして論理和演算回路２７および保護回路７を介して当該出力をトランジスタ２３のゲートに入力することにより、過電流の場合には、異常検出信号を端子４１に出力しつつ、マイクロコンピュータ２の制御によらずスイッチング制御回路４のスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止することができる。

また、集積回路１ａおよび１ｂに示したように、スイッチング制御回路４に印加されている電源ＶＤＤの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の場合に、比較器２６の出力がハイ・レベルとなるように接続し、そして論理和演算回路２７および保護回路７を介して当該出力をトランジスタ２３のゲートに入力することにより、電源電圧不足の場合には、異常検出信号を端子４１に出力しつつ、マイクロコンピュータ２の制御によらずスイッチング制御回路４のスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止することができる。

なお、上記第１実施形態および第２実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

上記実施形態では、駆動対象を３相モータであるモータ３としたが、これに限定されるものではない。単相モータなど、他の駆動方式によるモータであっても、あるいは、熱源、光源、ディスプレイ・モジュールなど、他の駆動対象であっても、集積回路に温度検出素子を設けることが望まれる場合には適用可能である。

上記実施形態では、駆動回路に含まれるスイッチング素子１１ないし１６、スイッチング制御回路４、および保護回路７は、集積回路１ａおよび１ｂ内部に存在するが、駆動回路が集積回路外部に存在してもよい。

上記実施形態では、スイッチング素子１１ないし１６としてＩＧＢＴを用いたが、パワーＭＯＳＦＥＴなど、他のパワー半導体デバイスを用いてもよい。

上記実施形態では、温度検出素子としてサーミスタ２２を用い、サーミスタ２２はＮＴＣサーミスタとし、トランジスタ２３はＮチャネルＭＯＳＦＥＴとし、そしてスイッチング制御回路４はロー・レベルの制御信号を受け取るとスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止するものとしたが、これらに限定されるものではない。例えば、サーミスタ２２はＰＴＣ（正温度係数）サーミスタとし、トランジスタ２３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴとし、そしてスイッチング制御回路４はハイ・レベルの制御信号を受け取るとスイッチング素子１１ないし１６に対するスイッチング制御を停止するものとしたうえで、温度検出回路６ａおよび６ｂとトランジスタ２３の電源ＶＤＤまたはグラウンドへの接続を交換して、構成することも可能である。また、例えば、温度検出素子として白金測温抵抗体、そしてトランジスタ２３としてバイポーラトランジスタを用いることも可能である。

本発明の第１実施形態における温度検出素子を備えた集積回路の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第２実施形態における温度検出素子を備えた集積回路の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の温度検出素子を備えた集積回路に用いたサーミスタの温度と抵抗値の関係の一例を示す特性図である。 本発明の温度検出素子を備えた集積回路に用いたサーミスタの温度と電圧値の関係の一例を示す特性図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 集積回路
２ マイクロコンピュータ
３ モータ
４ スイッチング制御回路
５ 検出回路
６ａ、６ｂ 温度検出回路
７ 保護回路
１１、１２、１３、１４、１５、１６ スイッチング素子
２１、２４、２８ 抵抗
２２ サーミスタ
２３ トランジスタ
２５、２６ 比較器
２７ 論理和演算回路
３１、３２、３３ 信号線
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８ 端子

Claims (4)

1. 端子と、
   第１の抵抗と、温度検出素子および第２の抵抗と、が前記端子を介して直列に接続された第１の直列回路と、
   前記第１の抵抗と、トランジスタと、が前記端子を介して直列に接続された第２の直列回路と、
   駆動対象を駆動する駆動回路が停止すべき状態であることを検出した場合に、前記トランジスタをオンすることにより、前記第２の直列回路の接続点に前記駆動回路の動作を停止させるための制御信号を発生させる検出回路と、
   を有することを特徴とする集積回路。
2. 前記温度検出素子は、温度の上昇に対して抵抗値が減少する特性を有し、
   前記第１の抵抗の前記端子と接続されていない側は、電源に接続され、
   前記温度検出素子および前記第２の抵抗の、前記端子と接続されていない側は、接地され、
   前記トランジスタの前記端子と接続されていない側は、接地されることを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
3. 前記駆動回路は、前記駆動対象としてのモータの駆動電流を制御するためのスイッチング素子と、該スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御回路を含み、
   前記検出回路は、前記スイッチング素子に所定の電流値以上の電流が流れたことを検出した場合に、前記制御信号として前記スイッチング制御回路の動作を停止させるための信号を発生させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の集積回路。
4. 前記駆動回路は、前記駆動対象としてのモータの駆動電流を制御するためのスイッチング素子と、該スイッチング素子をスイッチング制御するスイッチング制御回路を含み、
   前記検出回路は、前記スイッチング制御回路に印加される電源電圧が所定の電圧値以下となったことを検出した場合に、前記制御信号として前記スイッチング制御回路の動作を停止させるための信号を発生させることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の集積回路。

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