JP5500283B2 - スイッチング素子の駆動回路およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路およびその製造方法に関する。

スイッチング素子の駆動回路としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、定電流回路を用いてスイッチング素子のゲートに電荷を充電するものも提案されている。

特開２００９−１１０４９号公報

ところで、近年、駆動回路の小型化や低コスト化の要求等から、駆動回路の機能の大半を集積回路によって実現する技術が実用化されている。ただし、集積回路内に定電流回路を搭載する場合、定電流回路の電流値を、定められた周波数で温度の上限値を超えることなく流すことのできる電流（定格電流）以下とする必要がある。一方、駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態の切り替え速度が大きいものは小さいものと比較して要求される電流値が大きい。また、駆動対象スイッチング素子の動作周波数が高いものは低いものと比較して熱損失が大きいため、温度の上限値を超えやすい。このため、集積回路の量産効果を狙って汎用性を持たせるためには、スイッチング状態の切り替え速度が大きいものや動作周波数が高いものについて、要求される電流値を定格電流とする必要が生じる。そしてこれは、集積回路の大型化の原因となり、また、スイッチング状態の切替速度の小さいものや駆動周波数が低いものにとっては、必要以上の余裕度を有する回路となる。この問題は、通常、スイッチング状態の切替速度が特に大きいものや駆動周波数が特に高いものの駆動回路全体に占めるニーズが比較的小さいことに鑑みれば特に深刻である。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える新たな駆動回路およびその製造方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

第１の構成は、電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路において、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電するための充電経路を備え、前記充電経路には、抵抗体と、前記集積回路に対して外付けされた外側スイッチング素子とが直列接続されて設けられており、前記集積回路には、前記外側スイッチング素子にダーリントン接続された内側スイッチング素子と、該内側スイッチング素子の開閉制御端子に前記抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するための信号を出力する制御手段とが形成されていることを特徴とする。

上記発明では、内側スイッチング素子に外側スイッチング素子をダーリントン接続することで、外側スイッチング素子を用いる場合であっても、外側スイッチング素子を用いない場合と共通の処理（抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するために内側スイッチング素子の開閉制御端子を操作するという処理）によって定電流制御を行うことができる。

なお、上記「電荷」は正、負が規定されていない。このため、負の電荷の充電とは、正の電荷の放電を意味する。

第２の構成は、第１の構成において、前記充電経路は、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に正の電荷を充電するためのものであり、前記内側スイッチング素子の一対の端子のうちの電流の出力側の端子は、前記駆動対象スイッチング素子の一対の端子のうちの出力側の端子に接続されていることを特徴とする。

第３の構成は、第１の構成において、前記充電経路は、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に正の電荷を充電するためのものであり、前記内側スイッチング素子の一対の端子のうちの電流の出力側の端子と前記外側スイッチング素子の一対の端子のうちの電流の出力側の端子とが接続されていることを特徴とする。

上記発明では、内側スイッチング素子の出力側の端子から出力される正の電荷を駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に充電される電荷として有効利用することができる。

第４の構成は、第１の構成において、前記充電経路は、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に負の電荷を充電するためのものであり、前記内側スイッチング素子の一対の端子のうちの電流の出力側の端子と前記外側スイッチング素子の開閉制御端子とが接続されていることを特徴とする。

第５の構成は、第１〜第４のいずれか１つの構成において、前記抵抗体は、少なくともその一部が前記集積回路に対して外付けされていることを特徴とする。

外側スイッチング素子によって充電経路が構成されてこれを流れる電流を制御する場合と、内側スイッチング素子によって充電経路が構成されてこれを流れる電流を制御する場合とでは、充電経路の電流値が相違することがある。そしてこの場合、抵抗体の抵抗値が同一なら電圧降下量が変化するため、電圧降下量に基づき定電流制御を行う制御手段の設定を変更する必要が生じる。この点、上記発明では、抵抗体を外付けすることで、外側スイッチング素子を用いる場合と用いない場合とで電流の目標値に応じた電圧降下量を同一とするような抵抗値の調節が容易となる。このため、制御手段の設定変更を行うことなく電流の目標値を変更することができる。

請求項１記載の発明は、電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路において、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電するための充電経路を備え、前記集積回路には、電流量を規制する内側流通規制要素と、前記充電経路を介した電流の流通および遮断を制御する制御手段と、前記制御手段の出力端子を前記集積回路内の部材に接続することで前記内側流通規制要素を前記充電経路として用いるか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替える切替回路と、前記集積回路の外部入力端子からの信号に基づき前記切替回路を操作することで前記切り替えを行う操作手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、外部入力端子から信号を入力することで、切替回路を操作することができるため、駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子への電荷の充電経路として内側流通規制要素を用いるか否かに応じて制御手段によって操作される部材を変更することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記充電経路には、抵抗体が設けられており、前記制御手段は、前記抵抗体の電圧降下量を一定値に制御するための信号を出力するものであり、前記切替回路は、前記制御手段を前記内側流通規制要素としての内側スイッチング素子の開閉制御端子に接続するか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替えるものであることを特徴とする。

上記発明では、充電経路を構成するスイッチング素子の開閉制御端子に上記制御手段から信号が出力されることで、充電経路を流れる電流を一定値に制御することができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記外部入力端子は、前記切り替えを指示する専用の端子であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記外部入力端子は、前記駆動対象スイッチング素子の状態量についての検出手段の検出信号を入力するための複数の端子を備え、前記操作手段は、前記外部入力端子のいずれかについて前記検出手段が接続されているか否かを判断し、接続されていると判断される場合、前記切替回路を操作することで前記制御手段を前記外部出力端子に接続することを特徴とする。

駆動対象スイッチング素子に過度の電流が流れたり温度が過度に高くなったりした場合には、駆動対象スイッチング素子の駆動を制限する必要があることなどから、駆動対象スイッチング素子の状態量についての検出値を集積回路内に入力する構成が周知である。一方、駆動対象スイッチング素子に対する定格電流等の観点から、駆動対象スイッチング素子が複数並列接続されることがある。そしてこの場合、状態量の検出手段も複数の駆動対象スイッチング素子のそれぞれに対して各別に設けられる傾向がある。このため、集積回路に汎用性を持たせる上では、検出手段が接続される外部入力端子を複数備えることが望ましい。

ここで、駆動対象スイッチング素子の並列接続数（１を含む）が少ないほど定電流制御を行う上で必要な電流量が小さいため、内側スイッチング素子によって充電経路を構成することができる。そしてこの場合、検出手段に接続されない外部入力端子が存在することとなるため、この接続の有無に基づき内側スイッチング素子によって充電経路を構成するか否かを判断することができる。

請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記外部入力端子は、前記集積回路の電源端子であり、前記操作手段は、前記電源端子に印加される電圧値に応じて前記切替回路を操作することを特徴とする。

上記発明では、電源端子を用いて操作手段に指示がなされるため、操作手段の指示のために集積回路に専用の端子を設けることを回避することができる。

請求項６記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記外部入力端子は、前記駆動対象スイッチング素子のオン・オフ指令がなされる操作信号が入力される端子であり、前記操作手段は、前記外部入力端子に入力される信号が前記操作信号とは相違することに基づき前記切替回路を操作することを特徴とする。

上記発明では、操作信号が入力される端子を用いて操作手段に指示がなされるため、操作手段の指示のために集積回路に専用の端子を設けることを回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記抵抗体の少なくとも一部は、前記集積回路に対して外付けされていることを特徴とする。

集積回路の外側のスイッチング素子（外側スイッチング素子）によって充電経路が構成されてこれを流れる電流を制御する場合と、内側スイッチング素子によって充電経路が構成されてこれを流れる電流を制御する場合とでは、充電経路の電流値が相違することがある。そしてこの場合、抵抗体の抵抗値が同一なら電圧降下量が変化するため、電圧降下量に基づき定電流制御を行う制御手段の設定を変更する必要が生じる。この点、上記発明では、抵抗体を外付けすることで、外側スイッチング素子を用いる場合と用いない場合とで電流の目標値に応じた電圧降下量を同一とするような抵抗値の調節が容易となる。このため、制御手段の設定変更を行うことなく電流の目標値を変更することができる。

請求項８記載の発明は、電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路において、電流の流通経路における電流量を規制する流通規制要素である内側流通規制要素と、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子の充電経路における電流の流通および遮断を制御する制御手段とを前記集積回路によって形成する形成工程と、前記駆動対象スイッチング素子の使用要求に応じて前記充電経路に前記内側流通規制要素を用いるか否かを判断する判断工程と、前記判断工程によって否定判断される場合、前記集積回路の外部に外側流通規制要素を設けて且つ該外側流通規制要素における電流の流通経路を前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に接続するとともに、前記外側流通規制要素を介した電流の流通および遮断が前記制御手段によって制御されるように前記外側流通規制要素を前記集積回路に接続する外付け工程と、前記判断工程によって肯定判断される場合、前記内側流通規制要素を前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に接続する内付け工程とを有することを特徴とする。

上記発明では、充電経路に内側流通規制要素を用いるか否かを選択できるため、内側流通規制要素に過度に大きい定格電流や過度の耐熱性能等の要求が生じない。このため、集積回路を小型化することが容易となる。また、上記用いない旨選択される場合であっても、集積回路の部品を極力利用することができ、ひいては集積回路内の部品の汎用性を高めることもできる。

なお、上記「電荷」は正、負が規定されていない。このため、負の電荷の充電とは、正の電荷の放電を意味する。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子への前記電荷の充電経路には、抵抗体が設けられており、前記集積回路は、前記内側流通規制要素としての内側スイッチング素子を備え、前記制御手段は、前記内側スイッチング素子の開閉制御端子に前記抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するための信号を出力する制御手段であり、前記外付け工程は、前記内側スイッチング素子に前記外側流通規制要素としての外側スイッチング素子をダーリントン接続する工程であることを特徴とする。

上記発明では、内側スイッチング素子に外側スイッチング素子をダーリントン接続することで、外側スイッチング素子を用いる場合であっても、外側スイッチング素子を用いない場合と共通の処理（抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するために内側スイッチング素子の開閉制御端子を操作するという処理）によって定電流制御を行うことができる。

請求項１０記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子への前記電荷の充電経路には、抵抗体が設けられており、前記形成工程は、前記内側流通規制要素としての内側スイッチング素子と、前記抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するための信号を出力する制御手段と、前記制御手段を前記内側スイッチング素子に接続するか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替える切替回路と、前記集積回路の外部入力端子からの信号に基づき前記切替回路を操作することで前記切り替えを行う操作手段とを前記集積回路によって形成する工程を有することを特徴とする。

上記発明では、形成工程において集積回路に切替回路と操作手段とを形成することで、外部入力端子の信号によって、内側流通規制要素と外側流通規制要素とのいずれを用いるかに応じて集積回路に適切な処理をさせることができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかるドライブユニットの製造工程を示す流れ図。 第２の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。 第３の実施形態にかかるドライブＩＣの回路構成を示す回路図。 第４の実施形態にかかるドライブＩＣの回路構成を示す回路図。 第５の実施形態にかかるドライブＩＣの回路構成を示す回路図。 第６の実施形態にかかるドライブＩＣの回路構成を示す回路図。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかるパワースイッチング素子の駆動装置をハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載主機としてのモータジェネレータ１０は、インバータＩＶおよびコンバータＣＶを介してたとえば１００Ｖ以上の端子電圧を有する高電圧バッテリ１２に接続されている。インバータＩＶは、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐおよび低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体が３つ並列接続されて構成されている。そして、これら各スイッチング素子Ｓｗｐおよびスイッチング素子Ｓｗｎの接続点が、モータジェネレータ１０の各相にそれぞれ接続されている。また、コンバータＣＶは、コンデンサＣと、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐおよび低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐおよびスイッチング素子Ｓｗｎの接続点と高電圧バッテリ１２とを接続するリアクトルＬとを備えている。

上記高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐおよび低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎのそれぞれの入出力端子間（コレクタおよびエミッタ間）には、高電位側のフリーホイールダイオードＦＤｐおよび低電位側のフリーホイールダイオードＦＤｎのカソードおよびアノードが接続されている。

上記インバータＩＶを構成するスイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの開閉制御端子（ゲート）には、いずれもドライブユニットＤＵが接続されている。これにより、スイッチング素子Ｓｗ＃（＃＝ｐ，ｎ）は、ドライブユニットＤＵを介して、端子電圧が高電圧バッテリ１２よりも低い低電圧バッテリ１４を電源とする制御装置１６によって駆動される。制御装置１６は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータＩＶのＵ相、Ｖ相、およびＷ相のそれぞれについてのスイッチング素子Ｓｗｐを操作する操作信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、スイッチング素子Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとを生成し出力する。また、コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｗｐ、Ｓｗｎを操作する操作信号ｇｃｐ，ｇｃｎを生成し出力する。これにより、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎは、ドライブユニットＤＵを介して制御装置１６により操作される。

なお、インバータＩＶやコンバータＣＶを備える高電圧システムと、制御装置１６を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。

上記スイッチング素子Ｓｗ＃は、いずれも絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）にて構成されている。また、スイッチング素子Ｓｗ＃は、その入力端子および出力端子間に流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子Ｓｔを備えている。

図２に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの回路構成を示す。

図示されるように、ドライブユニットＤＵは、半導体集積回路（ドライブＩＣ３０）を備えている。ドライブＩＣ３０は、電源２０を給電手段とする。電源２０は、たとえば低電圧バッテリ１４を入力とするフライバックコンバータの出力側としてもよいが、フライバックコンバータの出力電圧をシリーズレギュレータによって調節したものとすることがより望ましい。電源２０は、抵抗体２２および端子Ｔ１を介してドライブＩＣ３０内において定電流回路を構成するＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチング素子３２）のソースに接続され、スイッチング素子３２のドレインには、端子Ｔ２を介してスイッチング素子Ｓｗ＃（＃＝ｐ，ｎ）の開閉制御端子（ゲート）が接続されている。

スイッチング素子３２の開閉制御端子（ゲート）の電圧は、オペアンプ３４によって操作される。すなわち、オペアンプ３４のプラス入力端子には、基準電源３６の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されており、マイナス入力端子には、電源２０の電圧が抵抗体２２による電圧降下量だけ低下したものが端子Ｔ３を介して印加されている。これにより、スイッチング素子３２のゲート電圧は、抵抗体２２の電圧降下量が規定値（電源２０の電圧から基準電圧を減算した値）となるように制御され、ひいては、抵抗体２２やスイッチング素子３２を備えるスイッチング素子Ｓｗ＃のゲートへの正の電荷の充電経路を流れる電流が一定値に制御される。なお、オペアンプ３４の出力端子は、誤動作防止用抵抗体３８および端子Ｔ４を介して電源２０にプルアップされている。これは、オペアンプ３４の誤動作を防止するためのものである。また、スイッチング素子３２のゲートおよびソース間には、保護用抵抗体４０が設けられている。これは、スイッチング素子３２のソースおよびゲート間に耐圧を超える電圧が印加される事態を回避するためのものである。

スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートには、ドライブＩＣ３０の端子Ｔ５を介してＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチング素子４２）のドレインが接続され、ソースは、端子Ｔ６および抵抗体２４を介してスイッチング素子Ｓｗ＃のエミッタに接続されている。なお、スイッチング素子Ｓｗ＃のエミッタは、ドライブＩＣ３０の端子Ｔ８に接続されており、ドライブＩＣ３０において、端子Ｔ８の電位が基準電位とされている。

スイッチング素子４２のゲート電圧は、オペアンプ４４によって操作される。オペアンプ４４のマイナス入力端子には、基準電源３６の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されており、プラス入力端子には、スイッチング素子Ｓｗ＃のエミッタ電圧よりも抵抗体２４の電圧降下量だけ高い電圧が端子Ｔ７を介して印加されている。これにより、スイッチング素子４２のゲート電圧は、抵抗体２４の電圧降下量が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるように制御される。このため、スイッチング素子４２および抵抗体２４を備えて構成されるスイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの放電経路（負の電荷の充電経路）を流れる電流が一定値に制御される。なお、オペアンプ４４の出力端子は、誤動作防止用抵抗体４６を介して基準電位にプルダウンされている。これは、オペアンプ４４の誤動作を防止するためのものである。また、スイッチング素子４２のゲートおよびソース間には、保護用抵抗体４８が設けられている。これは、スイッチング素子４２のソースおよびゲート間に耐圧を超える電圧が印加される事態を回避するためのものである。

上記オペアンプ３４，４４の動作は、駆動制御回路５０によって制御される。駆動制御回路５０は、端子Ｔ９を介して入力される操作信号ｇ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ，ｃ；＃＝ｐ，ｎ）に基づき、オペアンプ３４，４４の動作を制御する。すなわち、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令である場合、スイッチング素子３２をオン状態とすべくオペアンプ３４を駆動する一方、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令である場合、スイッチング素子４２をオン状態とすべくオペアンプ４４を駆動する。

上記抵抗体２２，２４をドライブＩＣ３０に対して外付けしているのは、ドライブＩＣ３０を小型化しつつも汎用性のある回路として広範な用途に用いることを容易にすることと関係している。詳しくは、本実施形態では、スイッチング素子Ｓｗ＃のスイッチング速度やスイッチング周波数が大きいものに対してもドライブＩＣ３０を利用する。ここで、スイッチング速度やスイッチング周波数が大きい場合、スイッチング素子３２，４２の発熱が多くなる。このため、ドライブＩＣ３０を用いて定電流制御を行う場合には、ドライブＩＣ３０を大型化する必要が生じる。これに対し、本実施形態では、図３に示すように、操作信号ｇ＊＃の入力に応じてオペアンプ３４，４４を利用する機能（オン・オフさせる機能）についてはドライブＩＣ３０の機能を利用しつつも、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートへの正負の電荷の充電経路における電流の流通規制要素を状況に応じてドライブＩＣ３０に対して外付けする。

すなわち、図３に示すように、スイッチング素子３２に、ＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチング素子６０）を、またスイッチング素子４２に、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（スイッチング素子６４）を、それぞれダーリントン接続する。

詳しくは、上記スイッチング素子６０のゲートは、端子Ｔ１を介してスイッチング素子３２のソースに接続されており、スイッチング素子６０のソースは、抵抗体２２を介して電源２０に接続されており、スイッチング素子６０のドレインは、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートに接続されている。なお、スイッチング素子３２のドレインは、端子Ｔ２を介してスイッチング素子Ｓｗ＃のエミッタと同電位とされる。こうした構成によれば、抵抗体２２の電圧降下量が規定値（電源２０の電圧から基準電圧Ｖｒｅｆを減算した値）となるように、スイッチング素子３２のゲート電圧が操作され、ひいては抵抗体２２およびスイッチング素子６０を流れる電流が制御される。

一方、上記スイッチング素子６４のゲートは、端子Ｔ６を介してスイッチング素子４２のソースに接続されており、スイッチング素子６４のソースは、抵抗体２４を介してスイッチング素子Ｓｗ＃のエミッタと同電位とされており、スイッチング素子６４のドレインは、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートに接続されている。なお、スイッチング素子４２のドレインは、端子Ｔ５を介して電源２０にプルアップされている。こうした構成によれば、抵抗体２４の電圧降下量が規定値（基準電圧Ｖｒｅｆ）となるように、スイッチング素子４２のゲート電圧が操作され、ひいては抵抗体２４およびスイッチング素子６４を流れる電流が制御される。

なお、スイッチング素子６０のソースおよびゲート間には、保護用抵抗体６２が接続されており、スイッチング素子６４のソースおよびゲート間には、保護用抵抗体６６が接続されている。

図４に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの製造手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、スイッチング素子Ｓｗ＃の切替速度やスイッチング周波数についての要求情報を取得する。そして、ステップＳ１２において、要求情報に基づき、ドライブＩＣ３０内のスイッチング素子３２，４２をスイッチング素子Ｓｗ＃のゲートへの正負の電荷の充電経路として用いることができるか否かを判断する。この判断は、スイッチング速度の要求を満たすための電流がスイッチング素子３２，４２の定格電流以下であるか否かや、スイッチング速度や周波数に応じてドライブＩＣ３０内で生じる発熱が許容範囲内であるか否か等に基づき行なわれる。そして、ステップＳ１２において否定判断される場合、ステップＳ１４において、外付けのスイッチング素子６０，６４を採用することを決定し、ドライブＩＣ３０にスイッチング素子６０，６４を接続する。一方、ステップＳ１２において肯定判断される場合には、ステップＳ１６において、ドライブＩＣ３０内のスイッチング素子３２，４２をスイッチング素子Ｓｗ＃の充電経路として採用することを決定し、これらスイッチング素子３２，４２をスイッチング素子Ｓｗ＃のゲートに接続する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの充放電電流の大きさやスイッチング速度に応じて、ドライブＩＣ３０に外付けのスイッチング素子６０，６４をスイッチング素子３２，４２にダーリントン接続した。これにより、スイッチング素子６０，６４を用いる場合であっても、スイッチング素子６０，６４を用いない場合と共通の処理（抵抗体２２，２４の電圧降下量を規定値に制御するためにスイッチング素子３２，４２のゲートを操作するという処理）によって、定電流制御を行うことができる。

（２）抵抗体２２，２４を、ドライブＩＣ３０に対して外付けした。これにより、スイッチング素子６０，６４を用いる場合と用いない場合とで電流の目標値に応じた電圧降下量を同一とするような抵抗値の調節が容易となる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に、本実施形態にかかるダーリントン接続手法を示す。なお、図５において、先の図３に示した部材に対応するものについては便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、端子Ｔ２を介してスイッチング素子３２のドレインをスイッチング素子６０のドレインに接続する。これにより、スイッチング素子３２を流れる電流をスイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの充電電流とすることができる。

＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図６に、本実施形態にかかるドライブＩＣ３０の構成を示す。なお、図６において、先の図２に示した部材に対応するものについては便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、オペアンプ３４の出力端子を、スイッチング素子３２のゲートに接続するか、端子Ｔ１に接続するかを切り替える切替回路７０を備える。また、オペアンプ４４の出力端子を、スイッチング素子４２のゲートに接続するか、端子Ｔ６に接続するかを切り替える切替回路７２を備える。これら切替回路７０，７２は、ドライブＩＣ３０の端子のうちの切替回路７０，７２を操作するための専用の端子Ｔ１０を介して外部から切り替え操作が可能となっている。ここで、切替回路７０，７２の操作によって、オペアンプ３４の出力端子をスイッチング素子３２のゲートに接続して且つ、オペアンプ４４の出力端子をスイッチング素子４２のゲートに接続することで、先の図２に示したものと同一の定電流回路を構成することができる。また、オペアンプ３４の出力端子を端子Ｔ１に接続して且つ、オペアンプ４４の出力端子を端子Ｔ６に接続する場合には、端子Ｔ１，Ｔ６を、スイッチング素子６０，６４のゲート電圧印加手段として利用することで定電流回路を構成することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（３）切替回路７０，７２を備えるとともに、専用の端子Ｔ１０を介して切替回路７０，７２を操作可能とした。これにより、オペアンプ３４，４４の操作対象を変更することができる。

＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図７に、本実施形態にかかるドライブＩＣ３０の構成を示す。なお、図７において、先の図６に示した部材に対応するものについては便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、電源２０の電圧に応じて切替回路７０，７２を切り替え操作する。すなわち、電源２０に接続される端子Ｔ４の電圧と、閾値電源７６の閾値電圧Ｖｔｈとの大小がコンパレータ７４によって比較され、コンパレータ７４の出力信号に基づき、切替回路７０，７２が操作される。なお、たとえば、低電圧バッテリ１４を入力電圧とするフライバックコンバータの出力端子を電源２０とするなら、これを構成するスイッチング素子の時比率制御によって電源２０の電圧を調節することができる。またたとえば、フライバックコンバータの出力電圧を調節するシリーズレギュレータを備える場合には、シリーズレギュレータの電圧を調節することで電源２０の電圧を調節すればよい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（４）端子Ｔ４に印加される電圧に基づき切替回路７０，７２を操作することで、ドライブＩＣ３０の端子数の増大を回避することができる。

＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図８に、本実施形態にかかるドライブＩＣ３０の構成を示す。なお、図８において、先の図６に示した部材に対応するものについては便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、端子Ｔ９から入力される信号に基づき切替回路７０，７２を操作する切替操作回路７８を備える。ここで、切替操作回路７８は、ドライブＩＣ３０に電源が投入されたタイミングから所定の長さを有する時間内に端子Ｔ９を介して入力された信号に基づき切替回路７０，７２を操作する。これは、端子Ｔ９が基本的には操作信号ｇ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）が入力される端子であるためである。すなわち、ドライブＩＣ３０に電源が投入された直後においては、操作信号ｇ＊＃によってインバータＩＶやコンバータＣＶが操作されることはないため、この期間において切替回路７０，７２の操作信号を端子Ｔ９を介して入力する。

もっとも、切替操作回路７８の処理としては、ドライブＩＣ３０への電源投入直後における端子Ｔ９の入力信号に限らない。たとえば、操作信号ｇ＊＃のスイッチング周波数に応じて切替回路７０，７２を操作するようにしてもよい。すなわち、スイッチング周波数が大きいほどドライブＩＣ３０内の発熱量も大きくなる傾向があるため、外付けのスイッチング素子６０，６４を用いる要求が生じてくる。このため、外付けのスイッチング素子６０，６４を用いる場合のスイッチング周波数を切替操作回路７８内で閾値周波数として記憶しておくことで、切替回路７０，７２を適切に切り替えることができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（５）端子Ｔ９から入力される信号に基づき切替回路７０，７２を操作することで、ドライブＩＣ３０の端子数の増大を回避することができる。

＜第６の実施形態＞
以下、第６の実施形態について、先の第３の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかるドライブＩＣ３０の構成を示す。なお、図９において、先の図６に示した部材に対応するものについては便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、ドライブＩＣ３０の機能として、特にスイッチング素子Ｓｗ＃に過電流が流れる異常やスイッチング素子Ｓｗ＃の温度が過度に高くなる異常に対処する機能を明記した。すなわち、スイッチング素子Ｓｗ＃のセンス端子Ｓｔから出力される微小電流によるシャント抵抗８０での電圧降下量は、端子Ｔ１１ａに取り込まれる。端子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂのそれぞれに印加される電圧は、コンパレータ８２，８４においてそれぞれ電源８６の電圧Ｖ１と比較される。ここで、電圧Ｖ１は、スイッチング素子Ｓｗ＃に閾値電流が流れた場合のシャント抵抗８０における電圧降下量に対応している。そして、コンパレータ８２，８４の出力信号は、ＯＲ回路８８によって論理合成された後、駆動制御回路５０に取り込まれる。これにより、コンパレータ８２，８４において端子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂの印加電圧の方が大きいと判断される場合、駆動制御回路５０によるオペアンプ３４，４４の駆動が停止され、スイッチング素子Ｓｗ＃が強制的にオフ操作される。なお、この際、ゲートの電荷を強制的に放電させる周知の経路を備えることを想定しているが、図９では、便宜上、その記載を省略した。

一方、スイッチング素子Ｓｗ＃の温度を検出する感温ダイオードＳＤの出力電圧は、端子Ｔ１２ａに取り込まれる。端子Ｔ１２ａ、Ｔ１２ｂに印加される電圧はそれぞれ、コンパレータ９０，９２において電源９４の電圧Ｖ２と大小が比較される。ここで、電圧Ｖ２は、スイッチング素子Ｓｗ＃の許容限界温度（閾値温度）に対応する感温ダイオードＳＤの出力電圧の値である。コンパレータ９０，９２の出力信号は、ＯＲ回路９６によって論理合成され、駆動制御回路５０に取り込まれる。これにより、コンパレータ８２，８４において端子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂの印加電圧の方が小さいと判断される場合、駆動制御回路５０によるオペアンプ３４，４４の駆動が停止され、スイッチング素子Ｓｗ＃が強制的にオフ操作される。なおここでは、感温ダイオードＳＤの出力電圧は温度と負の相関を有することを想定している。

ここで、端子Ｔ１１ｂ，Ｔ１２ｂは、スイッチング素子Ｓｗ＃を並列接続して同一の操作信号ｇ＊＃にて駆動する際に用いるものである。スイッチング素子Ｓｗ＃の並列接続は、スイッチング素子Ｓｗ＃に流れる電流の最大値が大きい場合等になされるものである。そして、スイッチング素子Ｓｗ＃が並列利用される場合、各スイッチング素子Ｓｗ＃のセンス端子Ｓｔから出力される電流に応じた電圧降下量が端子Ｔ１１ａ，Ｔ１１ｂのそれぞれに印加される。また、各スイッチング素子Ｓｗ＃の温度を感知する感温ダイオードＳＤの出力電圧が端子Ｔ１２ａ，Ｔ１２ｂに印加される。

ところで、並列利用がなされる場合、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの充電電荷量が増大することから、定電流回路の定電流も大きくする必要が生じる。一方、定電流が大きくなる場合、ドライブＩＣ３０内の回路を用いることは困難となる。そこで本実施形態では、スイッチング素子Ｓｗ＃を並列利用する場合、切替回路７０，７２によって、オペアンプ３４，４４の出力端子のそれぞれを端子Ｔ１，Ｔ６にそれぞれに接続し、外付けのスイッチング素子６０，６４を用いる。これに対し、図９に示すように、スイッチング素子Ｓｗ＃を単一のスイッチング素子とする場合には、スイッチング素子３２，４２を用いて定電流回路を構成する。ここで、切替回路７０，７２は、端子Ｔ１２ｂの電圧に基づき切替操作回路１００によって操作される。本実施形態では、並列接続がなされない場合、端子Ｔ１２ｂを電源２０に接続する。これにより、並列接続がなされていない場合、端子Ｔ１２ｂには、並列接続がなされている場合には想定できない電圧が印加されることとなるため、切替操作回路１００においてその旨識別し、切替回路７０，７２を操作することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られるようになる。

（５）端子Ｔ１２ｂから入力される信号に基づき切替回路７０，７２を操作することで、ドライブＩＣ３０の端子数の増大を回避することができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

「定電流回路の抵抗体について」
電圧降下量を規定値に制御するための抵抗体２２，２４は、その全てがドライブＩＣ３０に対して外付けされるものに限らない。たとえば、その一部がドライブＩＣ３０内に搭載されるものであってもよい。またたとえば、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートを充放電する定電流を流す素子としてスイッチング素子３２，４２が用いられる場合か、用いられない場合に限ってドライブＩＣ３０の外に抵抗体を設けてもよい。すなわちたとえば、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの充放電のために定電流を流す素子としてスイッチング素子３２，４２が採用される場合にドライブＩＣ３０内の抵抗体と外部の抵抗体とを直列接続させ、スイッチング素子６０，６４が採用される場合にドライブＩＣ３０内の抵抗体のみを用いることとすればよい。逆にたとえば、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートの充放電のために定電流を流す素子としてスイッチング素子３２，４２が採用される場合にドライブＩＣ３０内の抵抗体のみを用い、スイッチング素子６０，６４が採用される場合にドライブＩＣ３０内の抵抗体に外付けの抵抗体を並列接続すればよい。これは、スイッチング素子Ｓｗ＃のゲートを充放電する定電流を流す素子としてスイッチング素子３２，４２を用いる場合の方がスイッチング素子６０，６４を用いる場合と比較して大きい抵抗値が要求されることに鑑みたものである。

さらに、ゲートの充放電電流量が同一である場合に駆動周波数に応じてスイッチング素子３２，４２を採用するかスイッチング素子３２，４２を採用するかの選択に際しては、電圧降下量を規定値に制御するための抵抗体２２，２４の全てをドライブＩＣ３０内に搭載してもよい。もっとも、電流量が変化する場合であっても抵抗体の全てをドライブＩＣ３０に搭載し、外部接続端子を介してその抵抗値を調整可能としてもよい。また、抵抗体２２に印加する電圧を変更することによって、電流量の変化にかかわらず電圧降下量を一定としてもよい。

「定電流回路について」
定電流を流すためのスイッチング素子としては、ＭＯＳ電界効果トランジスタに限らない。たとえばバイポーラトランジスタ等であってもよい。

定電流回路を構成する流通規制要素としては、１のスイッチング素子からなるものに限らない。たとえば第１のバイポーラトランジスタのベースおよび第２のバイポーラトランジスタのコレクタを接続し、第１のバイポーラトランジスタのコレクタおよびベース間に抵抗体を接続し、第２のバイポーラトランジスタのベースおよびエミッタ間に抵抗体を接続したトランジスタ回路ものであってもよい。

また、定電流回路としては、たとえば定電流ダイオードおよびスイッチング素子の直列接続体であってもよい。

定電流回路を構成する制御手段としては、オペアンプに限らない。たとえば流通規制要素が定電流ダイオード（または上記トランジスタ回路）およびスイッチング素子の直列接続体である場合、ドライブＩＣ３０内部の直列接続体または外部の直列接続体のいずれかを構成するスイッチング素子をオン・オフ操作する手段であってもよい。このように、充電経路を開閉するスイッチング素子がドライブＩＣ３０内に設けられるか外に設けられるかに応じて対応するスイッチング素子をオン・オフする構成とするなら、流通規制要素としては、非常に広範な技術を適用できると考えられる。そして、こうした各流通規制要素による電流の出力および遮断の切り替え機能を、ドライブＩＣ３０内の制御手段として構成するなら、その汎用性を高めることができる。

「駆動対象スイッチング素子について」
駆動対象スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らない。たとえばパワーＭＯＳ電解効果トランジスタであってもよい。ここでＰチャネルのものを用いる場合には、スイッチング素子をオンさせる場合に、開閉制御端子（ゲート）に負の電荷を充電し（ゲートから正の電荷を放電し）、オフさせる場合にゲートに正の電荷を充電することとなる。

「切り替えに用いる検出手段について」
上記第６の実施形態では、感温ダイオードＳＤが接続されているか否かに基づき内側スイッチング素子と外側スイッチング素子との切り替えを行なったがこれに限らない。たとえばセンス端子Ｓｔから出力される微小電流検出用のシャント抵抗８０が接続されているか否かを利用して内側スイッチング素子と外側スイッチング素子との切り替えを行なってもよい。

「そのほか」
・駆動対象スイッチング素子としては、車載主機に接続される電力変換回路（直流交流変換回路やコンバータ）を構成するものに限らない。たとえば高電圧バッテリ１２に接続される空調用の直流交流変換回路を構成するものであってもよい。もっとも、高電圧バッテリ１２を構成するものにも限らず、たとえば低電圧バッテリ１４の電圧を昇圧するコンバータに接続される電動パワーステアリングシステムのインバータを構成するものであってもよい。

・誤動作防止用抵抗体３８，４６を備えなくてもよい。

・保護用抵抗体４０，４８，６２，６６を備えなくてもよい。特に、ドライブＩＣ３０内の保護用抵抗体４０，４８については、オペアンプ４４の内部回路が保護用抵抗体をかねることができる場合には、これを削除することで部品点数の低減を図ることが望ましい。

２０…電源、２２，２４…抵抗体、３０…ドライブＩＣ（集積回路の一実施形態）、３２，４２…スイッチング素子（内側スイッチング素子の一実施形態）、３４，４４…オペアンプ、６０，６４…スイッチング素子（外側スイッチング素子の一実施形態）。

Claims (10)

1. 電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路において、
   前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電するための充電経路を備え、
   前記集積回路には、電流量を規制する内側流通規制要素と、前記充電経路を介した電流の流通および遮断を制御する制御手段と、前記制御手段の出力端子を前記集積回路内の部材に接続することで前記内側流通規制要素を前記充電経路として用いるか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替える切替回路と、前記集積回路の外部入力端子からの信号に基づき前記切替回路を操作することで前記切り替えを行う操作手段とを備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動回路。
2. 前記充電経路には、抵抗体が設けられており、
   前記制御手段は、前記抵抗体の電圧降下量を一定値に制御するための信号を出力するものであり、
   前記切替回路は、前記制御手段を前記内側流通規制要素としてのスイッチング素子の開閉制御端子に接続するか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替えるものであることを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動回路。
3. 前記外部入力端子は、前記切り替えを指示する専用の端子であることを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子の駆動回路。
4. 前記外部入力端子は、前記駆動対象スイッチング素子の状態量についての検出手段の検出信号を入力するための複数の端子を備え、
   前記操作手段は、前記外部入力端子のいずれかについて前記検出手段が接続されているか否かを判断し、接続されていると判断される場合、前記切替回路を操作することで前記制御手段を前記外部出力端子に接続することを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子の駆動回路。
5. 前記外部入力端子は、前記集積回路の電源端子であり、
   前記操作手段は、前記電源端子に印加される電圧値に応じて前記切替回路を操作することを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子の駆動回路。
6. 前記外部入力端子は、前記駆動対象スイッチング素子のオン・オフ指令がなされる操作信号が入力される端子であり、
   前記操作手段は、前記外部入力端子に入力される信号が前記操作信号とは相違することに基づき前記切替回路を操作することを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子の駆動回路。
7. 前記抵抗体の少なくとも一部は、前記集積回路に対して外付けされていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動回路。
8. 電圧制御形の駆動対象スイッチング素子を駆動して且つ集積回路を備える駆動回路において、
   電流の流通経路における電流量を規制する流通規制要素である内側流通規制要素と、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子の充電経路における電流の流通および遮断を制御する制御手段とを前記集積回路によって形成する形成工程と、
   前記駆動対象スイッチング素子の使用要求に応じて前記充電経路に前記内側流通規制要素を用いるか否かを判断する判断工程と、
   前記判断工程によって否定判断される場合、前記集積回路の外部に外側流通規制要素を設けて且つ該外側流通規制要素における電流の流通経路を前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に接続するとともに、前記外側流通規制要素を介した電流の流通および遮断が前記制御手段によって制御されるように前記外側流通規制要素を前記集積回路に接続する外付け工程と、
   前記判断工程によって肯定判断される場合、前記内側流通規制要素を前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に接続する内付け工程とを有することを特徴とする駆動回路の製造方法。
9. 前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子への電荷の充電経路には、抵抗体が設けられており、
   前記集積回路は、前記内側流通規制要素としての内側スイッチング素子を備え、
   前記制御手段は、前記内側スイッチング素子の開閉制御端子に前記抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するための信号を出力する制御手段であり、
   前記外付け工程は、前記内側スイッチング素子に前記外側流通規制要素としての外側スイッチング素子をダーリントン接続する工程であることを特徴とする請求項８記載の駆動回路の製造方法。
10. 前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子への電荷の充電経路には、抵抗体が設けられており、
    前記形成工程は、前記内側流通規制要素としての内側スイッチング素子と、前記抵抗体の電圧降下量を規定値に制御するための信号を出力する制御手段と、前記制御手段を前記内側スイッチング素子に接続するか前記集積回路の備える外部出力端子に接続するかを切り替える切替回路と、前記集積回路の外部入力端子からの信号に基づき前記切替回路を操作することで前記切り替えを行う操作手段とを前記集積回路によって形成する工程を有することを特徴とする請求項８記載の駆動回路の製造方法。

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