JP2008141612A - 負荷駆動装置の故障検出装置および負荷駆動用ｉｃ - Google Patents

Abstract

【課題】 駆動用ＭＯＳトランジスタ及びセンス用ＭＯＳトランジスタによる電流検出機能が内蔵された半導体集積回路においても、その内部で駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障を検出できるようにする。
【解決手段】 駆動用ＭＯＳトランジスタ１１のドレイン電圧をＯＮ状態検出コンパレータ２１に取り込むことで、駆動用ＭＯＳトランジスタ１１がＯＮ状態か否かを検出する。駆動用ＭＯＳトランジスタ１１がＯＮ状態の場合、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からの出力はローレベルとなり、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７にはフィルタ２６を介してハイレベル信号が入力される。このとき、ゲート駆動信号がローレベル（各ＭＯＳをオフさせるレベル）であれば、ＮＯＴゲート２８を介してＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７にはハイレベル信号が入力される。そのため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の出力はハイレベルとなり、ＯＮ故障が検出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源から負荷への通電経路に設けられた駆動用ＭＯＳトランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより負荷を駆動する負荷駆動装置における、駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障を検出する故障検出装置と、その故障検出装置が内蔵された負荷駆動用ＩＣに関する。

従来より、電源から負荷への通電経路に駆動用のＭＯＳトランジスタ（以下単に「駆動ＭＯＳ」ともいう）を設け、この駆動ＭＯＳをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより負荷への通電を制御して負荷を駆動する負荷駆動装置が知られており、種々の負荷を駆動する回路として広く用いられている。

このように駆動ＭＯＳを用いた負荷駆動装置では、種々の原因によって駆動ＭＯＳがＯＮ故障するおそれがある。ＯＮ故障とは、駆動ＭＯＳへのゲート信号に関係なく駆動ＭＯＳのドレイン−ソース間が常時ＯＮ（短絡）した状態となることをいう。ＯＮ故障が生じると、当然ながら負荷には電流が流れ続け、負荷やその通電経路に悪影響を及ぼすおそれがあるため、ＯＮ故障が生じたらそれを検出できるようにする必要がある。ＯＮ故障を検出する方法として、駆動ＭＯＳに流れる電流を検出し、その検出結果に基づいてＯＮ故障を検出する方法が知られている。

具体的な例を、図５に示す。図５は、シャント抵抗により通電電流を検出する機能が備えられた負荷駆動装置の概略構成を示す説明図である。図５の負荷駆動回路は、電源（電源電圧ＶＢ）から負荷２への通電経路における負荷２の通電方向下流側に駆動ＭＯＳ１１０が設けられている。この駆動ＭＯＳ１１０はｎチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ドレインが負荷２の一端に、ソースがシャント抵抗Ｒ６１の一端に接続されている。シャント抵抗Ｒ６１の他端は接地されている。駆動ＭＯＳ１１０は、ゲートに入力されるゲート駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦされる。

そして、シャント抵抗Ｒ６１の両端の電圧は電流検出回路１１２に入力され、この電流検出回路１１２から駆動ＭＯＳ１１０の電流値（詳しくはその値に応じた電圧値）が電流検出出力として出力される。即ち、シャント抵抗Ｒ６１の一端の電圧が電流検出回路１１２内において入力抵抗Ｒ６２を介してオペアンプ１１３の反転入力端子に入力され、オペアンプ１１３にて所定の増幅率にて増幅される。その増幅後の電圧が電流検出出力（負荷電流に応じた電圧値）として出力される。なお、オペアンプ１１３の非反転入力端子には制御電源の電圧Ｖｃｃが抵抗Ｒ６３と抵抗Ｒ６５とで分圧された値が入力される。また、抵抗Ｒ６４は帰還抵抗である。

この図５の負荷駆動装置は、負荷２を駆動するための駆動ＭＯＳ１１０やシャント抵抗Ｒ６１がいずれもディスクリート素子にて構成されている。このように構成された負荷駆動装置では、ゲート駆動信号がローレベルのときは駆動ＭＯＳ１１０がＯＦＦされてシャント抵抗Ｒ６１には電流が流れず、ゲート駆動信号がハイレベルのときに駆動ＭＯＳ１１０がＯＮされてシャント抵抗Ｒ６１に電流が流れるため、ゲート駆動信号がハイレベル・ローレベルいずれの場合にも駆動ＭＯＳ１１０に流れる電流を検出できる。そのため、ゲート駆動信号がローレベルのときの電流検出出力をみることで、駆動ＭＯＳ１１０のＯＮ故障を検出することが可能である。

具体的には、図６に示すように、駆動ＭＯＳ１１０が正常ならば、ゲート駆動信号がローレベルのときは駆動ＭＯＳ１１０はＯＦＦされて駆動ＭＯＳ１１０には電流は流れないため、シャント抵抗Ｒ６１にも電流は流れず、電流検出回路１１２からはその電流値（０Ａ）相当の電流検出出力（初期電圧）がなされる。なおこのとき、駆動ＭＯＳ１１０のドレイン電圧は電源電圧ＶＢにほぼ等しいレベルである。ゲート駆動信号がハイレベルになって駆動ＭＯＳ１１０がＯＮされると、駆動ＭＯＳ１１０及びシャント抵抗Ｒ６１には電流が流れるため、その通電電流値に応じた電流検出出力が電流検出回路１１２から出力される。このとき、駆動ＭＯＳのドレイン電圧は接地電圧よりもわずかに高い値（接地電圧とほぼ同等）となる。なお、図５の電流検出回路１１２は、駆動ＭＯＳ１１０の通電電流が大きいほど電流検出出力（オペアンプ１１３の出力電圧）は小さくなるよう構成されている。

一方、ゲート駆動信号がローレベルであって駆動ＭＯＳ１１０がＯＦＦされているときに駆動ＭＯＳ１１０がＯＮ故障すると、ゲート駆動信号に関係なく駆動ＭＯＳ１１０は常時ＯＮ状態となる。そのため、駆動ＭＯＳ１１０及びシャント抵抗Ｒ６１には常時電流が流れ、電流検出回路１１２からはその電流に応じた電流検出出力がなされる。そのため、ゲート駆動信号がローレベルのときの電流検出出力をみることで、ＯＮ故障を検出することができるのである。

ところで、近年、負荷駆動装置の小型化が進められており、図５に示したディスクリート素子による装置構成とは異なり、駆動ＭＯＳやこれを駆動する回路、さらには駆動ＭＯＳの電流を検出する電流検出回路等がまとめて内蔵されたＩＣ（負荷駆動用ＩＣ）が各種提供されるようになっている。

このように駆動ＭＯＳや電流検出回路を一つのＩＣに内蔵する場合、駆動ＭＯＳの電流検出方式として図５，図６に示した負荷駆動装置と同じようなシャント抵抗による電流検出方式を用いようとすると、シャント抵抗もＩＣに内蔵化することになる。しかし、シャント抵抗は基本的に抵抗値が小さく発熱が大きいため、このシャント抵抗をＩＣにそのまま内蔵することは困難である。そこで、駆動ＭＯＳや電流検出回路を一つのＩＣに内蔵する場合は、電流検出回路として、センスＭＯＳによる電流検出方式を採用するのが一般的である。このようなセンスＭＯＳを用いた電流検出方式は、例えば駆動ＭＯＳの過電流を検出する際にも用いられる（例えば、特許文献１参照）。

図７に、センスＭＯＳによる電流検出回路や駆動ＭＯＳが内蔵された負荷駆動用ＩＣの概略構成を示す。図７に示すように、負荷駆動用ＩＣ１００は、負荷２を駆動する駆動ＭＯＳ１１に加えて、この駆動ＭＯＳ１１と並列に、この駆動ＭＯＳ１１と同じゲート駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦされることで駆動ＭＯＳ１１に流れる電流に比例（１／ｍ倍。ｍは１より大きい任意の実数）した電流が流れるよう構成されたセンス用ＭＯＳトランジスタ（以下単に「センスＭＯＳ」ともいう）１２が設けられている。各ＭＯＳトランジスタ１１，１２はいずれもｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。

駆動ＭＯＳ１１及びセンスＭＯＳ１２のゲートには、制御回路１３からのゲート駆動信号がバッファ１４を介して入力される。そのため、ゲート駆動信号がハイレベルであれば各ＭＯＳ１１，１２は共にＯＮされ、ゲート駆動信号がローレベルであれば各ＭＯＳ１１，１２は共にＯＦＦされる。駆動ＭＯＳ１１のドレインは負荷接続端子８を介して負荷２に接続され、ソースは接地端子９を介して接地される。

なお、制御回路１３には、マイコン１０２からの駆動制御信号が駆動制御信号入力ポート１６を介して入力される。マイコン１０２は、駆動ＭＯＳ１１をＯＮさせる際はその旨の駆動制御信号（例えばハイレベル信号）を、駆動ＭＯＳ１１をＯＦＦさせる際はその旨の駆動制御信号（例えばローレベル）を出力する。制御回路１３は、このマイコン１０２からの駆動制御信号に基づいて、各ＭＯＳ１１，１２へ駆動信号を出力する。但し、後述するように、マイコン１０２から駆動ＭＯＳ１１をＯＮすべき旨の駆動制御信号が入力されていても、過電流検出回路１０４にて過電流が検出された場合は、制御回路１３は、駆動制御信号にかかわらずローレベルのゲート駆動信号を出力して駆動ＭＯＳ１１を強制的にＯＦＦさせる。

また、センスＭＯＳを用いて駆動ＭＯＳに流れる電流を検出すること自体は従来から知られている技術であり、そのごく基本的な回路としては、図４（詳細は後述）に示すように、各ＭＯＳ１１，１２のドレイン同士も接続されて負荷２からの通電電流がそのまま各ＭＯＳ１１，１２に分流するような回路が知られている。これに対し、図７に示した負荷駆動用ＩＣ１００においては、図４のような基本的な構成ではなく、各ＭＯＳ１１，１２のドレイン電圧が等しくなるように制御し、ひいては高精度な電流検出を実現するためのオペアンプ６１が備えられている。

即ち、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧とセンスＭＯＳ１２のドレイン電圧との差がオペアンプ６１にて検出され、その差に応じた出力がセンス出力第１トランジスタ６２及びセンス出力第２トランジスタ６３を介してセンスＭＯＳ１２のドレインに入力される。これにより、センスＭＯＳ１２には駆動ＭＯＳ１１の電流に比例した電流が流れると共にドレイン電圧が駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧と等しくなるように制御され、高精度な電流検出が可能となる。但し、オペアンプ６１にはＮＯＴゲート８５を介してゲート駆動信号が入力されており、ゲート駆動信号がローレベルのときはオペアンプ６１が動作しないようにされている。

また、オペアンプ６１の出力は、電流検出用出力トランジスタ６５のエミッタ及び過電流検出用出力トランジスタ６４のエミッタにも接続され、これら各トランジスタ６５，６４のベースはセンス出力第１トランジスタ６２のベースと共通に接続されている。つまり、これら三つのトランジスタ６２，６４，６５はカレントミラー回路をなしており、センスＭＯＳ１２に流れる電流に応じた（比例した）値の電流、ひいては駆動ＭＯＳ１１の電流に比例した値の電流が、電流検出用出力トランジスタ６５及び過電流検出用出力トランジスタ６４に流れることになる。

このうち電流検出用出力トランジスタ６５の出力が電流検出用入力トランジスタ６６に入力されることにより、この電流検出用入力トランジスタ６６と共にカレントミラー回路をなす電流検出用ミラートランジスタ６７に、駆動ＭＯＳ１１に流れる電流に応じた（比例した）値の電流が流れることとなる。この電流は、基準入力電圧ｒｅｆ２から抵抗Ｒ３１を介して電流検出用ミラートランジスタ６７に流れる。そして、電流検出用ミラートランジスタ６７のコレクタ電圧がオペアンプ７１にて増幅されることにより、その増幅後の電圧値が、駆動ＭＯＳ１１の電流を示す電流検出出力として電流検出出力端子１７からマイコン１０２へ出力される。なお、抵抗Ｒ３２はオペアンプ７１の反転入力抵抗であり、抵抗Ｒ３３は帰還抵抗である。

また、センスＭＯＳ１２と共にカレントミラー回路をなす過電流検出用出力トランジスタ６４のコレクタは過電流検出回路１０４の抵抗Ｒ４１に接続されると共に過電流検出コンパレータの入力端子（正極側）にも入力されている。この過電流検出コンパレータの他方の入力端子（負極側）には、過電流検出用の電圧閾値ｒｅｆ１が入力されている。これにより、過電流検出回路１０４では、何らかの異常が生じて駆動ＭＯＳ１１に過電流が流れると、この過電流に応じた電流が過電流検出用出力トランジスタ６４に流れ、過電流検出コンパレータ８１への入力電圧（電流値に応じた電圧）は過電流検出用の電圧閾値ｒｅｆ１を超え、過電流検出コンパレータ８１の出力はハイレベルに転じる。このハイレベル信号は、フィルタ８２にてノイズ成分が除去された上で、過電流検出信号として制御回路１３へ入力されると共に過電流検出出力端子１８からマイコン１０２へも出力される。制御回路１３は、マイコン６からの駆動制御信号がハイレベル（各ＭＯＳ１１，１２をＯＮさせるレベル）であってもそれにかかわらずローレベルのゲート駆動信号を出力して各ＭＯＳ１１，１２を強制的にＯＦＦさせる。
特開平２−２２６４０７号公報

しかしながら、上記のように構成された負荷駆動用ＩＣ１００において、センスＭＯＳ１２によって駆動ＭＯＳ１２に流れる電流を正しく検出するためには、駆動ＭＯＳ１１及びセンスＭＯＳ１２のゲート電圧が等しい状態であって、且つ、各ＭＯＳ１１，１２が共に正常である必要がある。加えて、ゲート駆動信号がハイレベルでセンスＭＯＳ１２がＯＮされている状態でなければ電流検出は行えない。そのため、センスＭＯＳ１２の電流に基づく電流検出出力（オペアンプ７１からの出力）を用いて駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障を検出することはできない。

駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障の検出は、そもそも、ゲート駆動信号がローレベルのときの駆動ＭＯＳ１１の電流をみて行うものであり、ゲート駆動信号がハイレベルのときはＯＮ故障検出はできない。つまり、ＯＮ故障を検出すべく、ゲート駆動信号をローレベルにして駆動ＭＯＳ１１をオフさせ、そのときの駆動ＭＯＳの電流を検出しようとしても、ゲート駆動信号がローレベルだと必然的にセンスＭＯＳ１２にも電流が流れなくなる。そのため、電流検出自体ができない状態となり、「ゲート駆動信号がローレベルのときの駆動ＭＯＳ１１の電流」というのを検出することはできない。そのため、センスＭＯＳ１２を用いた電流検出回路が内蔵された負荷駆動用ＩＣ１００においては、センスＭＯＳ１２による電流検出出力を用いてＯＮ故障を検出することはできないのである。

図８は、センスＭＯＳによる電流検出方式を用いた負荷駆動用ＩＣ１００の動作例を示すタイムチャートである。図８において、駆動ＭＯＳ１１の故障状態が「正常」である場合の動作は図６における同じく「正常」である場合の動作と全く同じである。しかし、駆動ＭＯＳ１１がＯＮ故障した場合、図６に示したシャント抵抗による電流検出方式の場合はＯＮ故障を検出できたのに対し、センスＭＯＳによる電流検出方式の場合は、図８に示すように、駆動ＭＯＳ１１がＯＮ故障しても、ゲート駆動信号がローレベルのときは上記のようにセンスＭＯＳ１２に電流が流れず電流検出ができないため、必然的にＯＮ故障が検出できない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、駆動ＭＯＳ及びセンスＭＯＳによる電流検出機能が内蔵された半導体集積回路においても、その内部で駆動ＭＯＳのＯＮ故障を検出できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、電源から負荷への通電経路に設けられ、ゲートに入力される駆動信号に応じてＯＮ／ＯＦＦすることにより通電経路を導通／遮断する駆動用ＭＯＳトランジスタと、この駆動用ＭＯＳトランジスタと並列に設けられ、駆動回路からの駆動信号がゲートに入力されることにより駆動用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に比例した電流が流れるセンス用ＭＯＳトランジスタと、駆動信号として各ＭＯＳトランジスタをＯＮさせるＯＮ信号又は各ＭＯＳトランジスタをＯＦＦさせるＯＦＦ信号を生成して各ＭＯＳトランジスタのゲートへ供給することにより該各ＭＯＳトランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせる駆動手段とを備えた負荷駆動装置において、駆動用ＭＯＳトランジスタが駆動信号に関係なくＯＮ状態となるＯＮ故障を検出するための故障検出装置である。この負荷駆動装置は、駆動用ＭＯＳトランジスタ、センス用ＭＯＳトランジスタ、及び駆動手段が同一の半導体集積回路内に形成されており、駆動手段は、この半導体集積回路の外部から入力される制御指令に従って駆動信号を生成する。

そして、本発明の故障検出装置は、負荷駆動装置が形成された半導体集積回路内に形成され、ＯＮ検出手段と、ＯＮ故障検出手段とを備えている。ＯＮ検出手段は、駆動用ＭＯＳトランジスタのドレインの電圧と、該駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしていることを検出するために予め設定されたＯＮ検出閾値とを比較することにより、駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしているか否かを検出する。ＯＮ故障検出手段は、駆動手段からＯＦＦ信号が出力されているときにＯＮ検出手段により駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしていると検出された場合に、駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障を検出する。

各ＭＯＳトランジスタは、駆動回路からの同じ駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦされる。そのため、各ＭＯＳトランジスタが共に正常であれば、駆動回路からのＯＮ信号により各ＭＯＳトランジスタがＯＮされると双方に電流が流れ、センス用ＭＯＳトランジスタには駆動用ＭＯＳトランジスタに比例した電流（例えば駆動用ＭＯＳトランジスタの１／ｍ倍）が流れる。また、駆動回路からの駆動信号がＯＦＦ信号になると、各ＭＯＳトランジスタはＯＦＦされる。そのため、駆動用ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧は、ＯＮしているときとオフしているときとでは異なる値となる。ＯＮ検出手段は、ＯＮ時とＯＦＦ時とで異なるドレイン電圧に基づいて、駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしているか否かを検出する。

そして、ＯＮ故障検出手段は、駆動手段から駆動信号としてＯＦＦ信号が出力されているとき、本来なら（正常なら）駆動用ＭＯＳトランジスタはオフしているはずであるにもかかわらずＯＮ検出手段によってＯＮしていると検出された場合に、駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮ故障したことを検出するのである。

従って、請求項１記載の故障検出装置によれば、駆動信号がＯＦＦ信号であるときの駆動用ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧に基づいてＯＮ故障を検出するようにしているため、駆動ＭＯＳ及びセンスＭＯＳによる電流検出機能が内蔵された半導体集積回路においても、その内部で駆動ＭＯＳのＯＮ故障を検出することが可能となる。

なお、ＯＮ検出手段が用いるＯＮ検出閾値は、駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ時のドレイン電圧とＯＦＦ時のドレイン電圧に基づいて、ＯＮしていることが検出できるような値を適宜決めればよい。例えば、電源から負荷を介して電源電圧より低い基準電圧（例えば接地電位）に至る通電経路における負荷の下流側に駆動用ＭＯＳトランジスタを設ける場合（いわゆるローサイド駆動）、ＯＮ時のドレイン電圧は接地電位とほぼ同等となり、ＯＦＦ時のドレイン電圧は電源電圧とほぼ同等となる。従って、ＯＮ検出閾値はこのＯＮ時及びＯＦＦ時のドレイン電圧に基づいて適宜決めればよい。また例えば、電源から負荷を介して電源電圧より低い基準電圧（例えば接地電位）に至る通電経路における負荷の上流側に駆動用ＭＯＳトランジスタを設ける場合（いわゆるハイサイド駆動）、ＯＮ時のドレイン電圧は電源電圧とほぼ同等となり、ＯＦＦ時のドレイン電圧は接地電位とほぼ同等となる。従って、ＯＮ検出閾値はこのＯＮ時及びＯＦＦ時のドレイン電圧に基づいて適宜決めればよい。

ＯＮ故障検出手段による検出結果を半導体集積回路の外部へ出力する場合、例えば、専用の出力ポート（端子）を設けてそこから検出結果を示す信号を直接出力するようにしてもよいが、例えば請求項２に記載のようにすることができる。

即ち、請求項２記載の発明は、請求項１記載の負荷駆動装置の故障検出装置であって、センス用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に基づいて駆動用ＭＯＳトランジスタに流れる電流を検出し、その検出した電流値に応じた電流検出信号を半導体集積回路の外部へ出力する電流検出手段と、ＯＮ故障検出手段により駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障が検出されたとき、電流検出手段に対し、電流検出信号に代えてそのＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号を出力させる故障時電流検出信号変換手段とを備えたことを特徴とする。

つまり、センス用ＭＯＳトランジスタを用いて駆動用ＭＯＳトランジスタの電流を検出する電流検出手段を備えた構成においては、駆動信号がＯＦＦ信号であって各ＭＯＳトランジスタが共にＯＦＦされている場合、電流検出手段からの電流検出信号はそのときの電流値である０Ａ相当を示すものとなる。一方、駆動信号がＯＦＦ信号である間はＯＮ故障検出手段によるＯＮ故障検出が実行される。そこで、駆動信号がＯＦＦ信号である間にＯＮ故障が検出されたときは、その旨を示す信号を電流検出信号とは別に出力するのではなく、電流検出手段に対して、本来出力すべき電流検出信号（０Ａ相当の信号）に代えて、ＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号（例えば所定レベルの電流相当の信号）を出力させるのである。

このように構成された請求項２記載の故障検出装置によれば、電流検出手段による検出結果とＯＮ故障検出手段による検出結果とを個々独立の信号として出力するのではなく、実質的に一つの信号を用いて出力することができるため、半導体集積回路において電流検出結果とＯＮ故障検出結果を外部へ出力するための出力ポートを共通化でき、出力ポートを削減することができる。これにより、半導体集積回路の小型化・簡素化が可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の負荷駆動装置の故障検出装置であって、センス用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に基づいて駆動用ＭＯＳトランジスタに予め設定した過電流閾値を超える過電流が流れているか否かを判定し、その判定結果に応じた過電流検出信号を半導体集積回路の外部へ出力する過電流検出手段と、ＯＮ故障検出手段により駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障が検出されたとき、過電流検出手段に対し、過電流検出信号に代えてＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号を出力させる故障時過電流検出信号変換手段とを備えていることを特徴とする。

つまり、センス用ＭＯＳトランジスタを用いて駆動用ＭＯＳトランジスタに過電流が流れていか否かを判定し、判定結果（過電流検出信号）を出力する過電流検出手段を備えた構成においては、駆動信号がＯＦＦ信号であって各ＭＯＳトランジスタが共にＯＦＦされている場合、過電流検出手段からの過電流検出信号は過電流ではない旨の信号（例えばローレベル信号）となる。一方、駆動信号がＯＦＦ信号である間はＯＮ故障検出手段によるＯＮ故障検出が実行される。そこで、駆動信号がＯＦＦ信号である間にＯＮ故障が検出されたときは、その旨を示す信号を過電流検出信号とは別に出力するのではなく、過電流検出手段に対して、本来出力すべき過電流検出信号（ローレベル信号）に代えて、ＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号（例えばハイレベル信号）を出力させるのである。

このように構成された請求項３記載の故障検出装置によれば、過電流検出手段による検出結果とＯＮ故障検出手段による検出結果とを個々独立の信号として出力するのではなく、実質的に一つの信号を用いて出力することができるため、半導体集積回路において過電流検出結果とＯＮ故障検出結果を外部へ出力するための出力ポートを共通化でき、出力ポートを削減することができる。これにより、半導体集積回路の小型化・簡素化が可能となる。

なお、故障時電流検出信号変換手段（請求項２）と故障時過電流検出信号変換手段（請求項３）の双方を備えた構成の場合、ＯＮ故障発生時にはＯＮ故障検出信号が電流検出手段と過電流検出手段の双方から出力されることになるため、半導体集積回路の外部においてＯＮ故障の発生を確実に知ることができる。

そして、請求項１〜３いずれかに記載の負荷駆動装置の故障検出装置が同一の半導体集積回路内に形成されてなる負荷駆動用ＩＣは、駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障を検出する機能を内蔵していることから、ＯＮ故障を検出する必要性があって且つ負荷駆動装置の小型化が要求されるような用途に広く用いることができ、その場合、上述した各効果が得られる。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の負荷駆動用ＩＣの概略構成を示す説明図である。図１に示す如く、本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４は、図７に示した従来の負荷駆動用ＩＣ１００と同様、駆動ＭＯＳ１１とセンスＭＯＳ１２を備え、駆動ＭＯＳ１１のドレインが負荷接続端子８を介して負荷２に接続され、駆動ＭＯＳ１１のソースが接地端子９を介して接地されている。そして、図７に示した従来の負荷駆動用ＩＣ１００が備える各種素子・回路・機能等は本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４も基本的に備えている。

そして、本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４が図７の負荷駆動用ＩＣ１００と異なるのは、主として、図７の負荷駆動用ＩＣ１００に対して図１に二点差線で囲んだ回路が追加されたことである。そこで、図１において図７と同じ構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。そして、図７とは異なる部分（即ち二点鎖線で囲んだ部分）について、以下詳細に説明する。

図１に示す如く、本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４では、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧に基づいて駆動ＭＯＳ１１がＯＮしているか否かを検出するための、ＯＮ状態検出コンパレータ２１を中心とする回路が設けられている。

具体的には、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧が入力抵抗Ｒ１１を介してＯＮ状態検出コンパレータの入力端子（正極側）に入力される。ＯＮ状態検出コンパレータの他方の入力端子（負極側）には、制御電圧Ｖｃｃが三つの分圧抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５で分圧されることにより生成されるＯＮ検出閾値（分圧抵抗Ｒ１３と分圧抵抗Ｒ１４の接続点の電圧）が入力される。このＯＮ検出閾値は、駆動ＭＯＳ１１がＯＮされているときの駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧（接地電位とほぼ同等）よりは大きく、駆動ＭＯＳ１１がＯＦＦされているときの駆動ＭＯＳのドレイン電圧（電源電圧ＶＢとほぼ同等）よりは小さい値の範囲内で適宜設定されるものである。なお、制御電圧Ｖｃｃは負荷駆動用ＩＣ４の外部から供給される。

このような構成により、ゲート駆動信号がローレベルであって駆動ＭＯＳ１１がＯＦＦされているときは、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からの出力（ＯＮ状態検出信号）はハイレベルとなる。つまり、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からのＯＮ状態検出信号がハイレベルのときは駆動ＭＯＳ１１がＯＦＦされていることを示している。このとき、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からのハイレベルのＯＮ状態検出信号は、ＮＯＴゲート２５により反転されてローレベルとなり、フィルタ２６でノイズ成分がカットされて、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７へ入力される。つまり、駆動ＭＯＳ１１がＯＦＦされているときは、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７にはローレベルのＯＮ状態検出信号が入力される。

これに対し、ゲート駆動信号がハイレベルであって駆動ＭＯＳ１１がＯＮされているときは、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からのＯＮ状態検出信号はローレベルとなる。つまり、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からのＯＮ状態検出信号がローレベルのときは駆動ＭＯＳ１１がＯＮされていることを示している。このとき、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からのローレベルのＯＮ状態検出信号は、ＮＯＴゲート２５により反転されてハイレベルとなり、フィルタ２６でノイズ成分がカットされて、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７へ入力される。つまり、駆動ＭＯＳ１１がＯＮされているときは、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７にはハイレベルのＯＮ状態検出信号が入力される。

なお、ＯＮ状態検出コンパレータ２１の出力は抵抗Ｒ１６を介してトランジスタ２３のベースにも入力されている。このトランジスタ２３は、コレクタが分圧抵抗Ｒ１４と分圧抵抗Ｒ１５との接続点に接続されることによって、ＯＮ状態検出コンパレータ２１にいわゆるヒステリシスコンパレータとしての機能を持たせるためのものである。

ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７には、フィルタ２６からの信号と、ＮＯＴゲート２８からの信号とが入力され、両者の論理積が出力される。ＮＯＴゲート２８は、制御回路１３からのゲート駆動信号の論理を反転させるものであり、制御回路１３から駆動ＭＯＳ１１をＯＦＦさせるためのローレベルのゲート駆動信号が出力されているときはＮＯＴゲート２８からハイレベルの信号がＯＮ故障検出ＡＮＤゲートに入力される。制御回路１３から駆動ＭＯＳ１１をＯＮさせるためのハイレベルのゲート駆動信号が出力されているときはＮＯＴゲート２８からローレベルの信号がＯＮ故障検出ＡＮＤゲートに入力される。

そのため、駆動ＭＯＳ１１がＯＮされていてフィルタ２６からＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７へハイレベルの信号が入力されていても、ＮＯＴゲート２８からの出力がローレベル（即ち、ゲート駆動信号がハイレベル）ならば、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の出力はローレベルのままである。

また、駆動ＭＯＳ１１をオフさせるべくゲート駆動信号をローレベルにしたにもかかわらず、駆動ＭＯＳ１１がＯＮ状態のままであってフィルタ２６からＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７へハイレベルの信号が入力されたならば、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の２つの入力はともにハイレベルとなる。そのため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の出力はハイレベルとなる。この、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からのハイレベルの信号が、駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障を示す信号となる。

ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からの出力信号は、バイアス抵抗Ｒ２１，Ｒ２２及びトランジスタ２９からなるＯＮ故障検出出力生成回路３０と、過電流・ＯＮ故障検出出力ＯＲゲート４１に入力される。

まずＯＮ故障検出出力生成回路３０では、駆動ＭＯＳ１１がＯＮ故障することによってＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からハイレベルの信号が入力されると、各バイアス抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により分圧されて、分圧後の電圧がトランジスタ２９のベースに入力される。これによりトランジスタ２９はＯＮし、電流検出出力用のオペアンプ７１への入力は接地電位付近にまで低下する。つまり、駆動ＭＯＳ１１が正常であれば、ゲート駆動信号がローレベルの間はトランジスタ２９はＯＦＦされていてオペアンプ７１への入力は基準入力電圧ｒｅｆ２にほぼ近い値となるのであるが、駆動ＭＯＳ１１がＯＮ故障すると、ゲート駆動信号がローレベルのとき、トランジスタ２９がＯＮして電流検出出力用のオペアンプ７１への入力は接地電位付近にまで低下し、このオペアンプ７１からの出力（電流検出出力）も接地電位付近の値となるのである。そして、その接地電位付近の値が、電流検出出力に代わってＯＮ故障検出信号として、マイコン６へ出力される。

マイコン６は、負荷駆動用ＩＣ４の電流検出出力端子１７から出力された信号に基づき、その信号の値が接地電位付近の値である場合に、ＯＮ故障検出信号であると判断し、駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障が発生したものと判断する。なお、マイコン６にはＡ／Ｄ変換器６ａが内蔵されており、負荷駆動用ＩＣ４からのアナログの電流検出出力はこのＡ／Ｄ変換器６ａによってデジタルデータに変換される。そして、マイコン６ではその変換後のデジタルデータに基づいて、各種判断（上述したＯＮ故障の判断や駆動ＭＯＳ１１の電流値の検出など）がなされる。

一方、過電流・ＯＮ故障検出出力ＯＲゲート４１には、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からの信号と過電流検出回路４０からの検出信号が入力され、両者の論理和が制御回路１３及びマイコン６へ出力される。そのため、過電流が検出されない限り過電流検出回路４０からの出力はローレベルであるのだが、過電流が検出されなくても、駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障が検出されてＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からハイレベル信号が入力されると、過電流・ＯＮ故障検出出力ＯＲゲート４１からは、ハイレベルのＯＮ故障検出信号が出力される。このＯＮ故障検出信号は、過電流検出出力端子１８から過電流検出信号に代わって出力される。マイコン６では、出力している駆動制御信号の内容と入力されるＯＮ故障検出信号とに基づいて、ＯＮ故障が判断されることとなる。

図２は、本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４の動作例を示すタイムチャートである。図２に示すように、駆動ＭＯＳ１１が正常ならば、ゲート駆動信号がローレベルのときは、駆動ＭＯＳ１１はＯＦＦされて、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧は電源電圧ＶＢにほぼ等しい値となり、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からの出力はハイレベルとなる。そのため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７には、フィルタ２６を介してローレベルの信号が入力され、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の出力もローレベルとなる。またこのとき、電流検出出力は０Ａ相当の初期電圧となる。

ゲート駆動信号がハイレベルになって駆動ＭＯＳ１１がＯＮされると、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧は接地電位にほぼ等しい値となり、ＯＮ状態検出コンパレータ２１からの出力はローレベルとなる。そのため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７には、フィルタ２６を介してハイレベルの信号が入力される。但しこの場合、ゲート駆動信号はハイレベルである（つまり駆動ＭＯＳ１１をＯＮさせるべきゲート駆動信号が各ＭＯＳ１１，１２に入力されている）ため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７にはＮＯＴゲート２８を介してローレベルの信号が入力される。そのため、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の出力はローレベルのままであり、誤ってＯＮ故障と検出されることはない。

一方、ゲート駆動信号がローレベルであって駆動ＭＯＳ１１がＯＦＦされているときに駆動ＭＯＳ１１がＯＮ故障すると、駆動ＭＯＳ１１は常時ＯＮ状態となり、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧は常時接地電位と同等のレベルとなる。そのため、
ＯＮ状態検出コンパレータ２１からの出力はローレベルとなり、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７には、フィルタ２６を介してハイレベルの信号が入力される。このとき、ゲート駆動信号はローレベルであることから、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７の他方の入力端子には、ＮＯＴゲート２８からハイレベルの信号が入力される。従って、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からはＯＮ故障検出を示すハイレベル信号が出力される。

すると、ＯＮ故障検出出力生成回路３０のトランジスタ２９がＯＮし、オペアンプ７１からの電流検出出力は、マイコンにて予め設定されているオン故障判定閾値よりも小さな値となる。このＯＮ故障判定閾値よりも小さい電流検出出力は、既述のＯＮ故障検出信号としてマイコン６へ入力され、マイコンではこのＯＮ故障検出信号とＯＮ故障判定閾値との比較によってＯＮ故障発生を認識する。

以上説明した本実施形態の負荷駆動用ＩＣ４によれば、ゲート駆動信号がローレベルのときの駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧に基づいてＯＮ故障を検出するようにしているため、駆動ＭＯＳ１１及びセンスＭＯＳ１２による電流検出機能が内蔵された負荷駆動用ＩＣ４においてもその内部で駆動ＭＯＳ１１のＯＮ故障を検出することができる。

また、ＯＮ故障が検出されたとき、電流検出出力端子１７からＯＮ故障検出信号を出力すると共に、過電流検出出力端子１８からＯＮ故障検出信号を出力するようにしているため、ＯＮ故障検出信号を出力するための端子を別途設ける場合に比べ、ＩＣの出力端子削減が実現される。これにより、負荷駆動用ＩＣ４の小型化・簡素化も実現可能となる。

しかも、ＯＮ故障検出信号を上記のように２つの出力端子１７，１８から出力するよう構成しているため、マイコン６はＯＮ故障発生を確実に知ることができる。
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、ＯＮ故障が検出された場合のＯＮ故障検出信号を電流検出出力端子１７および過電流検出出力端子１８から出力するようにしたが、図３に示す負荷駆動用ＩＣのように、ＯＮ故障検出信号出力用の専用の端子であるＯＮ故障検出出力端子９３を設け、ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート２７からのハイレベル信号をそのままＯＮ故障検出信号としてマイコン９２へ出力するようにしてもよい。

ただし当然ながら、このような構成では、上述したように負荷駆動用ＩＣ９１の出力端子が増えることになる。そのため、端子数の低減、ＩＣの小型化という観点では、上記実施形態のように電流検出出力端子１７あるいは過電流検出出力端子１８を用いるのがよい。

また、上記実施形態では、センスＭＯＳ１２を用いて駆動ＭＯＳ１１の電流を検出するにあたり、検出精度が良くなるよう、駆動ＭＯＳ１１のドレイン電圧とセンスＭＯＳ１２のドレイン電圧との差に応じた出力をセンスＭＯＳ１２のドレインにフィードバックする構成の回路（オペアンプ６１を主とする回路）を用いたが、例えば図４に示すように、各ＭＯＳ１１，１２のドレイン同士が接続されたごく基本的な回路に対しても、本発明を適用できる。

図４の負荷駆動用ＩＣ９６は、駆動ＭＯＳ１１のドレインとセンスＭＯＳ１２のドレインが接続されて共に負荷２に接続された構成であり、各ＭＯＳ１１，１２を同じゲート駆動信号で駆動する。そして、駆動ＭＯＳ１１に流れる電流の１／ｍ倍の電流をセンスＭＯＳ１２にて検出し、最終的に抵抗Ｒ５１と抵抗Ｒ５２の接続点の電圧（検出電流値に比例して変化）が電流検出出力として出力される。このように構成されたごく基本的な構成の負荷駆動用回路に対しても、上記実施形態と同様、ＯＮ故障検出出力生成回路３０を設けることで、ＯＮ故障が発生したときに抵抗Ｒ５２の一端（通電方向下流側）が接地電位レベルに低下する。そのため、そのときの抵抗Ｒ５１と抵抗Ｒ５２の接続点の電圧をＯＮ故障検出信号として出力すればよい。

また、上記実施形態では、負荷２の通電方向下流側に駆動ＭＯＳ１１を接続するいわゆるローサイド駆動方式の場合について説明したが、負荷２の通電方向上流側に駆動ＭＯＳを接続するハイサイド駆動方式の場合であっても、同様に本発明を適用できる。なお、ハイサイド駆動の場合、駆動ＭＯＳのＯＮ時のドレイン電圧は電源電圧とほぼ同等となり、ＯＦＦ時のドレイン電圧は接地電位とほぼ同等となるため、駆動ＭＯＳがＯＮされているか否かを検出するためのＯＮ検出閾値は、このＯＮ時及びＯＦＦ時のドレイン電圧に基づいて適宜決めればよい。

本実施形態の負荷駆動用ＩＣの概略構成を示す説明図である。 本実施形態の負荷駆動用ＩＣの動作例を示すタイムチャートである。 負荷駆動用ＩＣの他の例を示す説明図である。 負荷駆動用ＩＣの他の例を示す説明図である。 シャント抵抗による電流検出方式を用いた従来の負荷駆動装置の概略構成を示す説明図である。 シャント抵抗による電流検出方式を用いた従来の負荷駆動装置の動作例を示すタイムチャートである。 センスＭＯＳによる電流検出方式を用いた従来の負荷駆動用ＩＣの概略構成を示す説明図である。 センスＭＯＳによる電流検出方式を用いた従来の負荷駆動用ＩＣの動作例を示すタイムチャートである。

符号の説明

２…負荷、４，９１，９６…負荷駆動用ＩＣ、６，９２…マイコン、６ａ…Ａ／Ｄ変換器、８…負荷接続端子、９…接地端子、１１…駆動ＭＯＳ、１２…センスＭＯＳ、１３…制御回路、１４…バッファ、１６…駆動制御信号入力ポート、１７…電流検出出力端子、１８…過電流検出出力端子、２１…ＯＮ状態検出コンパレータ、２５，２８，８５…ＮＯＴゲート、２６，８２…フィルタ、２７…ＯＮ故障検出ＡＮＤゲート、２９…トランジスタ、３０…ＯＮ故障検出出力生成回路、４０…過電流検出回路、４１…過電流・ＯＮ故障検出出力ＯＲゲート、６１，７１…オペアンプ、６２…センス出力第１トランジスタ、６３…センス出力第２トランジスタ、６４…過電流検出用出力トランジスタ、６５…電流検出用出力トランジスタ、６６…電流検出用入力トランジスタ、６７…電流検出用ミラートランジスタ、８１…過電流検出コンパレータ、９３…ＯＮ故障検出出力端子、Ｒ１１…入力抵抗、Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５…分圧抵抗、Ｒ１２，Ｒ１６Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３…抵抗、Ｒ２１，Ｒ２２…バイアス抵抗

Claims (4)

1. 電源から負荷への通電経路に設けられ、ゲートに入力される駆動信号に応じてＯＮ／ＯＦＦすることにより前記通電経路を導通／遮断する駆動用ＭＯＳトランジスタと、
   前記駆動用ＭＯＳトランジスタと並列に設けられ、前記駆動回路からの前記駆動信号がゲートに入力されることにより前記駆動用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に比例した電流が流れるセンス用ＭＯＳトランジスタと、
   前記駆動信号として前記各ＭＯＳトランジスタをＯＮさせるＯＮ信号又は前記各ＭＯＳトランジスタをＯＦＦさせるＯＦＦ信号を生成して前記各ＭＯＳトランジスタのゲートへ供給することにより該各ＭＯＳトランジスタをＯＮ／ＯＦＦさせる駆動手段と、
   が同一の半導体集積回路内に形成され、該半導体集積回路の外部から入力される制御指令に従って前記駆動手段が前記駆動信号を生成するよう構成された負荷駆動装置において、前記半導体集積回路内に設けられ、前記駆動用ＭＯＳトランジスタが前記駆動信号に関係なくＯＮ状態となるＯＮ故障を検出するための故障検出装置であって、
   前記駆動用ＭＯＳトランジスタのドレインの電圧と、該駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしていることを検出するために予め設定されたＯＮ検出閾値とを比較することにより、前記駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしているか否かを検出するＯＮ検出手段と、
   前記駆動手段から前記ＯＦＦ信号が出力されているときに前記ＯＮ検出手段により前記駆動用ＭＯＳトランジスタがＯＮしていると検出された場合に、前記駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障を検出するＯＮ故障検出手段と、
   を備えていることを特徴とする負荷駆動装置の故障検出装置。
2. 請求項１記載の負荷駆動装置の故障検出装置であって、
   前記センス用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に基づいて前記駆動用ＭＯＳトランジスタに流れる電流を検出し、その検出した電流値に応じた電流検出信号を前記半導体集積回路の外部へ出力する電流検出手段と、
   前記ＯＮ故障検出手段により前記駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障が検出されたとき、前記電流検出手段に対し、前記電流検出信号に代えて前記ＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号を出力させる故障時電流検出信号変換手段と、
   を備えていることを特徴とする負荷駆動装置の故障検出装置。
3. 請求項１又は２記載の負荷駆動装置の故障検出装置であって、
   前記センス用ＭＯＳトランジスタに流れる電流に基づいて前記駆動用ＭＯＳトランジスタに予め設定した過電流閾値を超える過電流が流れているか否かを判定し、その判定結果に応じた過電流検出信号を前記半導体集積回路の外部へ出力する過電流検出手段と、
   前記ＯＮ故障検出手段により前記駆動用ＭＯＳトランジスタのＯＮ故障が検出されたとき、前記過電流検出手段に対し、前記過電流検出信号に代えて前記ＯＮ故障が生じた旨を示すＯＮ故障検出信号を出力させる故障時過電流検出信号変換手段と、
   を備えていることを特徴とする負荷駆動装置の故障検出装置。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の負荷駆動装置の故障検出装置が同一の半導体集積回路内に形成されてなることを特徴とする負荷駆動用ＩＣ。

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