JP2018007090A - Inductive load drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘導性負荷駆動回路に関し、詳しくは、誘導性負荷駆動回路に備えられた、誘導性負荷への通電を切替える半導体スイッチ素子を保護する技術に関する。 The present invention relates to an inductive load drive circuit, and more particularly, to a technique for protecting a semiconductor switch element provided in an inductive load drive circuit and switching energization to an inductive load.
従来、誘導性負荷駆動回路に備えられた、誘導性負荷への通電を切替える半導体スイッチ素子を保護する技術として、例えば、特許文献1に開示された技術が知られている。同文献には、負荷に並列接続された還流ダイオードによって誘導性負荷のオフ時に発生する誘導エネルギーをグランド(GND)から還流させることによってNチャネルMOSFET(半導体スイッチ素子)を誘導エネルギーから保護することが記載されている。また、還流ダイオードと直列にトランジスタを接続し、バッテリの逆接続時にトランジスタをオフさせることによって半導体スイッチをバッテリの逆接続から保護することが記載されている。 Conventionally, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is known as a technique for protecting a semiconductor switch element provided in an inductive load drive circuit and switching energization to an inductive load. In this document, an N-channel MOSFET (semiconductor switch element) is protected from inductive energy by circulating inductive energy generated when the inductive load is turned off by a free-wheeling diode connected in parallel with the load from the ground (GND). Have been described. Further, it is described that a semiconductor switch is connected in series with a free-wheeling diode, and the semiconductor switch is protected from the reverse connection of the battery by turning off the transistor when the battery is reversely connected.
しかしながら、誘導性負荷駆動回路が車載用等である場合、車両の振動等によって誘導性負荷駆動回路のグランド端子が外れたりして、誘導性負荷駆動回路のグランドがアース(接地)から浮いた状態になることが考えられる。この場合、上記文献の構成においては、グランド電位が上昇することに伴って、一旦、半導体スイッチ素子がオフされ、その後、還流ダイオードおよびバッテリ逆接続時の保護トランジスタを介して、誘導性負荷駆動回路のグランド電位が低い所定値に定まった場合に、半導体スイッチが再びオンされることが考えられる。半導体スイッチが再びオンされると、還流ダイオードのカソード電位が上昇することによってグランド電位が上昇し、半導体スイッチが再びオフされることが考えられる。すなわち、誘導性負荷駆動回路のグランドが浮いた状態になると、半導体スイッチ素子がオン・オフを繰り返す発振状態の発生が考えられる。発振状態が発生すると、半導体スイッチ素子のオフに発生する耐圧を超える電圧が複数回、半導体スイッチ素子に印加されることによって、半導体スイッチ素子が損傷する虞があった。 However, when the inductive load drive circuit is for in-vehicle use etc., the ground terminal of the inductive load drive circuit is disconnected due to the vibration of the vehicle, etc., and the ground of the inductive load drive circuit is floating from the ground (ground) It is possible to become. In this case, in the configuration of the above document, the semiconductor switch element is once turned off as the ground potential rises, and then the inductive load driving circuit is connected via the free-wheeling diode and the protection transistor when the battery is reversely connected. It is conceivable that the semiconductor switch is turned on again when the ground potential is set to a low predetermined value. When the semiconductor switch is turned on again, it is conceivable that the ground potential rises due to the rise of the cathode potential of the freewheeling diode and the semiconductor switch is turned off again. That is, when the ground of the inductive load driving circuit is in a floating state, it is considered that an oscillation state in which the semiconductor switch element is repeatedly turned on and off is generated. When the oscillation state occurs, there is a possibility that the semiconductor switch element is damaged by applying a voltage exceeding the breakdown voltage generated when the semiconductor switch element is turned off to the semiconductor switch element a plurality of times.
本明細書に開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、バッテリ逆接時に半導体スイッチ素子を保護する構成を備えた誘導性負荷駆動回路において、回路グランドと接地との接続が断たれた際に、半導体スイッチ素子を保護できる誘導性負荷駆動回路を提供する。 The technology disclosed in the present specification has been completed based on the above circumstances, and in an inductive load drive circuit having a configuration for protecting a semiconductor switch element when a battery is reversely connected, a circuit ground and a ground An inductive load driving circuit capable of protecting a semiconductor switch element when the connection to the device is cut off.
本明細書に開示される誘導性負荷駆動回路は、バッテリと誘導性負荷との間に設けられる半導体スイッチ素子と、前記半導体スイッチ素子の前記誘導性負荷への通電と非通電との切替えを制御する制御回路と、アースに接続されるグランドラインと、前記半導体スイッチ素子の出力端と前記グランドラインとの間に接続され、前記半導体スイッチ素子を保護する保護回路であって、還流ダイオードと、前記還流ダイオードに直列接続され、前記バッテリの逆接時においてオフしてバッテリから前記還流ダイオードを介した前記半導体スイッチ素子への電流の流れを阻止する保護スイッチと、を含む保護回路と、を備え、前記保護回路は、前記グランドラインと前記接地との接続の切断が発生した際に、前記切断に応じて前記保護スイッチをオフさせる遮断回路を含む。
本構成によれば、遮断回路によって、グランドラインと接地との接続の切断が発生した際に、あるいは、回路グランドが浮いた際に、その切断に応じて保護スイッチをオフさせる。それによって、回路グランドが浮いた際に、回路グランドの電位を高い状態に維持でき、半導体スイッチ素子が制御回路によってオン・オフされること、すなわち、半導体スイッチ素子の発振状態が発生することを防止できる。それによって、バッテリ逆接時に半導体スイッチ素子を保護する構成(保護スイッチ)を備えた誘導性負荷駆動回路において、回路グランドと接地との接続が断たれた際に、半導体スイッチ素子を保護できる。なお、ここで「回路グランドと接地との接続が断たれた際」には、回路グランドが接地から浮いた状態も含まれる。
An inductive load driving circuit disclosed in the present specification controls a semiconductor switch element provided between a battery and an inductive load, and switching between energization and non-energization of the semiconductor switch element to the inductive load. A control circuit, a ground line connected to ground, and a protection circuit connected between the output terminal of the semiconductor switch element and the ground line, and protecting the semiconductor switch element, the free wheel diode, A protection switch that is connected in series to the free-wheeling diode and is turned off when the battery is reversely connected to prevent a current flow from the battery to the semiconductor switch element via the free-wheeling diode, and The protection circuit turns off the protection switch in response to the disconnection when the connection between the ground line and the ground is disconnected. Including blocking circuit which.
According to this configuration, when the disconnection of the connection between the ground line and the ground occurs or when the circuit ground floats, the protection switch is turned off in response to the disconnection. As a result, when the circuit ground floats, the potential of the circuit ground can be kept high, and the semiconductor switch element is prevented from being turned on / off by the control circuit, that is, the oscillation state of the semiconductor switch element is not generated. it can. Accordingly, in the inductive load drive circuit having a configuration (protection switch) for protecting the semiconductor switch element when the battery is reversely connected, the semiconductor switch element can be protected when the connection between the circuit ground and the ground is disconnected. Here, “when the connection between the circuit ground and the ground is disconnected” includes a state where the circuit ground is lifted from the ground.
上記誘導性負荷駆動回路において、前記制御回路は、前記切断に応じて前記半導体スイッチ素子をオフさせる機能を有し、前記遮断回路は、前記保護スイッチをオフさせるオフタイミングを前記切断のタイミングから遅延させる遅延回路を含み、当該誘導性負荷駆動回路は、電源ラインと前記グランドラインとの間に接続されたツェナーダイオードを備えるようにしてもよい。
本構成によれば、グランドラインと接地との接続の切断時に発生する逆電圧に起因して半導体スイッチ素子に印加される電圧が、半導体スイッチ素子の耐圧を超えることを防止できる。それによって、回路グランドが浮いた際に、半導体スイッチを確実に保護できる。すなわち、グランドラインと接地との接続の切断に伴って半導体スイッチ素子がオフされる場合、誘導性負荷によって逆電圧が発生するが、逆電圧の発生タイミングにおいて、遅延回路によって保護スイッチをオン状態とすることによって、半導体スイッチ素子に印加される電圧が、ツェナーダイオードのツェナー電圧によって、耐圧を超えないようにすることができる。
In the inductive load driving circuit, the control circuit has a function of turning off the semiconductor switch element in response to the disconnection, and the cutoff circuit delays an off timing for turning off the protection switch from the disconnection timing. The inductive load driving circuit may include a Zener diode connected between a power supply line and the ground line.
According to this configuration, it is possible to prevent the voltage applied to the semiconductor switch element from exceeding the breakdown voltage of the semiconductor switch element due to the reverse voltage generated when the connection between the ground line and the ground is disconnected. Thereby, when the circuit ground is floated, the semiconductor switch can be reliably protected. That is, when the semiconductor switch element is turned off due to the disconnection between the ground line and the ground, a reverse voltage is generated by the inductive load, but the protection circuit is turned on by the delay circuit at the reverse voltage generation timing. As a result, the voltage applied to the semiconductor switch element can be prevented from exceeding the breakdown voltage by the Zener voltage of the Zener diode.
また、上記誘導性負荷駆動回路において、前記制御回路は、前記切断に応じてリセット動作を行う機能、を有し、前記遅延回路による前記オフタイミングの遅延期間は、前記切断のタイミングから前記リセット動作の完了タイミングまでの期間より短く設定されているようにしてもよい。
本構成によれば、制御回路のリセット動作が完了した後に半導体スイッチ素子がオンされることを防止でき、それによって半導体スイッチ素子の発振動作を確実に防止できる。
In the inductive load driving circuit, the control circuit has a function of performing a reset operation in response to the disconnection, and the delay period of the off timing by the delay circuit is determined from the disconnection timing to the reset operation. It may be set shorter than the period until the completion timing.
According to this configuration, it is possible to prevent the semiconductor switch element from being turned on after the reset operation of the control circuit is completed, thereby reliably preventing the oscillation operation of the semiconductor switch element.
また、上記誘導性負荷駆動回路において、前記遮断回路は、前記切断に応じて前記保護スイッチをオフさせるとともに、前記バッテリの逆接時において前記保護スイッチをオフさせるスイッチ回路を含み、前記遅延回路は、前記スイッチ回路による、前記保護スイッチをオフさせるタイミングを遅延させるようにしてもよい。
本構成によれば、スイッチ回路によって、バッテリの逆接時に保護スイッチをオフさせ、グランドラインと接地との接続の切断時に保護スイッチを遅延させてオフさせることができる。
Further, in the inductive load driving circuit, the cutoff circuit includes a switch circuit that turns off the protection switch in response to the disconnection and turns off the protection switch when the battery is reversely connected, and the delay circuit includes: The timing for turning off the protection switch by the switch circuit may be delayed.
According to this configuration, the switch circuit can turn off the protection switch when the battery is reversely connected and delay the protection switch when the connection between the ground line and the ground is disconnected.
また、上記誘導性負荷駆動回路において、前記遅延回路は、コンデンサと抵抗との並列回路によって構成されているようにしてもよい。
本構成によれば、遅延回路を簡単な回路構成で実現できる。
In the inductive load driving circuit, the delay circuit may be configured by a parallel circuit of a capacitor and a resistor.
According to this configuration, the delay circuit can be realized with a simple circuit configuration.
また、上記誘導性負荷駆動回路において、前記グランドラインと前記接地との接続の前記切断を検出し、前記切断を報知する報知回路を備えるようにしてもよい。
本構成によれば、グランドラインと接地との接続の切断をユーザに報知することによって、ユーザは、その切断に対する対応処置を早期に行うことができる。
The inductive load driving circuit may include a notification circuit that detects the disconnection of the connection between the ground line and the ground and notifies the disconnection.
According to this configuration, by notifying the user of the disconnection of the connection between the ground line and the ground, the user can quickly take a countermeasure for the disconnection.
本明細書に開示される誘導性負荷駆動回路によれば、バッテリ逆接時に半導体スイッチ素子を保護する構成を備えた誘導性負荷駆動回路において、回路グランドと接地との接続が断たれた際に、半導体スイッチ素子を保護できる。 According to the inductive load driving circuit disclosed in the present specification, when the connection between the circuit ground and the ground is disconnected in the inductive load driving circuit having a configuration for protecting the semiconductor switch element when the battery is reversely connected, The semiconductor switch element can be protected.
<実施形態>
実施形態について図1〜図2を参照しつつ説明する。
1.誘導性負荷駆動回路の構成
誘導性負荷駆動回路10は、図1に示されるように、制御回路11、半導体スイッチ素子12、保護回路13、報知回路16、およびツェナーダイオードZD1等を含む。誘導性負荷駆動回路10は、ここでは自動車に搭載され、バッテリBaと、誘導性負荷50、例えば、エンジン冷却用FAN駆動用モータMとの間に接続され、誘導性負荷50を駆動制御する。
<Embodiment>
The embodiment will be described with reference to FIGS.
1. Configuration of Inductive Load Drive Circuit As shown in FIG. 1, the inductive
制御回路11は、例えばマイクロコンピュータによって構成され、半導体スイッチ素子12の切替え(オン・オフ)動作を、例えば、制御ポートPC1から出力するPWM(パルス幅変調)信号によって制御する。その際、制御回路11は、誘導性負荷50に応じてPWM信号のデューティ比(パルス幅)を適宜変化する。また、制御回路11は、制御ポートPC2から、後述する保護回路制御信号Sg1を出力して保護回路13を制御する。制御回路11は、外部スイッチSWの操作に応じて起動される。
The
また、制御回路11は、例えば、グランドラインLgと接地(アース)Ethとを接続する接地線LEがグランド端子Jgから外れて、グランドラインLgと接地Ethとの接続が切断された場合、その切断に応じて、詳しくは、その切断によるグランドラインLgの電位が所定値まで上昇することに応じて半導体スイッチ素子12をオフさせる機能と、リセット動作(初期化動作)とを行う機能とを有する。なお、以下において、グランドラインLgと接地Ethとの接続が断たれることを、単に「グランド(GND)外れ」と記載することがある。「グランド外れ」には、グランドラインLgの接地Ethからの浮き状態も含まれる。
For example, when the ground line LE that connects the ground line Lg and the ground (earth) Eth is disconnected from the ground terminal Jg and the connection between the ground line Lg and the ground Eth is disconnected, the
半導体スイッチ素子12は、バッテリBaと誘導性負荷50との間に設けられ、例えば、図1に示されるように、寄生ダイオード12Aを含むNチャネルMOSFETによって構成される。半導体スイッチ素子12は、バッテリBaが正常に接続されている場合には誘導性負荷50への通電および非通電を、制御ポートPC1からゲートGに供給されるPWM信号に応じて切替えるとともに、バッテリBaが逆接された場合にはバッテリBaの正常接続時とは逆方向の通電を、寄生ダイオード12Aを介して可能とする。
The
保護回路13は、図1に示されるように、半導体スイッチ素子12の出力端であるソースSとグランドラインLgとの間に接続され、半導体スイッチ素子12を保護する。保護回路13は、還流ダイオードD1、NチャネルMOSFET(Q1)、および遮断回路14等を含む。NチャネルMOSFET(Q1)(以下、単に「トランジスタQ1」と記す)は、保護スイッチの一例である。なお、詳しくは、半導体スイッチ素子12のソースSは出力ラインLoに接続され、出力ラインLoは、誘導性負荷50に接続される出力端子Joに接続されている。
As shown in FIG. 1, the
還流ダイオードD1のアノードAは、トランジスタQ1のソースSに接続され、還流ダイオードD1のカソードKは、出力ラインLoを介して、半導体スイッチ素子12のソースSおよび誘導性負荷50に接続されている。
The anode A of the free-wheeling diode D1 is connected to the source S of the transistor Q1, and the cathode K of the free-wheeling diode D1 is connected to the source S of the
トランジスタQ1は、還流ダイオードD1に直列接続され、バッテリBaの逆接時においてオフしてバッテリBaから還流ダイオードD1を介した半導体スイッチ素子12への電流の流れを阻止する。詳しくは、バッテリBaの逆接時において後述するPチャネルMOSFET(Q3)がオフすることによってオフされる。
The transistor Q1 is connected in series to the freewheeling diode D1, and is turned off when the battery Ba is reversely connected to prevent a current flow from the battery Ba to the
トランジスタQ1のソースSは、還流ダイオードD1のアノードAに接続され、ドレインDはグランドラインLgに接続され、ゲートGは抵抗R2を介して遮断回路14に接続されている。また、トランジスタQ1のドレイン−ソース間には抵抗R1が接続されている。誘導性負荷駆動回路10への電源投入時に、抵抗R1と抵抗R2とによって生成されるバイアス電圧によって、トランジスタQ1はオンされる。以後、トランジスタQ1は、上記バッテリBaが逆接続された場合、および、後述するグランド外れが発生してグランド電位Vgndが上昇した場合を除いて、オン状態が維持される。
The source S of the transistor Q1 is connected to the anode A of the freewheeling diode D1, the drain D is connected to the ground line Lg, and the gate G is connected to the
すなわち、保護回路13では、バッテリBaおよびGNDの正常接続時においては、負荷電流の保護回路13への流入が還流ダイオードD1によって阻止される。また、バッテリBaおよびGNDの正常接続時における、半導体スイッチ素子12による誘導性負荷50への通電から非通電への切替え時においては、誘導性負荷50の逆起電圧によるサージ電流を、トランジスタQ1および還流ダイオードD1によって構成される還流回路を介して還流させることができる。それによって、サージから半導体スイッチ素子12を保護することができる。
That is, in the
一方、バッテリBaの逆接時においては、トランジスタQ1がオフされ保護回路(還流回路)13は導通しないため、バッテリ正常接続時と逆方向の電流が誘導性負荷50および寄生ダイオード12Aを介して流れる。その際、誘導性負荷50の抵抗値に依存する所定の電流が流れ、ショート電流のような大電流が誘導性負荷駆動回路10に発生することはない。そのため、バッテリ逆接続時における、半導体スイッチ素子12および配線等を保護することができる。
On the other hand, when the battery Ba is reversely connected, the transistor Q1 is turned off and the protection circuit (reflux circuit) 13 does not conduct. Therefore, a current in the reverse direction to that when the battery is normally connected flows through the
また、遮断回路14は、グランドラインLgと接地Ethとの接続の切断が発生した際に、例えば、グランドラインLgと接地Ethとの接続するアース線LEがグランド端子Jgから外れた際に、その切断に応じてトランジスタQ1をオフさせる。
Further, when the connection between the ground line Lg and the ground Eth occurs, for example, when the ground line LE connecting the ground line Lg and the ground Eth is disconnected from the ground terminal Jg, the
遮断回路14は、例えば、図1に示されるように、NPNバイポーラトランジスタQ2、PチャネルMOSFET(Q3)、および遅延回路15等を含む。
As shown in FIG. 1, the
NPNバイポーラトランジスタQ2(以下、単に「トランジスタQ2」と記す)のベースBは、抵抗R3を介して制御回路11の制御ポートPC2に接続され、制御回路11からPチャネルMOSFET(Q3)を介してトランジスタQ1のオン・オフを制御する保護回路制御信号Sg1を受け取る。トランジスタQ2のエミッタEはグランドラインLgに接続され、ベース−エミッタ間には抵抗R4が接続されている。また、トランジスタQ2のコレクタCは、抵抗R5を介してPチャネルMOSFET(Q3)および遅延回路15に接続されている。
The base B of the NPN bipolar transistor Q2 (hereinafter simply referred to as “transistor Q2”) is connected to the control port PC2 of the
PチャネルMOSFET(Q3;以下、単に「トランジスタQ3」と記す)のゲートGは、抵抗R5を介してトランジスタQ2のコレクタCに接続され、トランジスタQ3のドレインDは、抵抗R2を介してトランジスタQ1のゲートGに接続されている。また、トランジスタQ3のソースSは整流ダイオードD2およびヒューズFs等を介してバッテリBaに接続されている。トランジスタQ3のソース−ゲート間には遅延回路15に接続されている。トランジスタQ3は、スイッチ回路の一例であり、グランド外れに応じてトランジスタQ1をオフさせるとともに、バッテリBaの逆接時においてトランジスタQ1をオフさせる。
The gate G of a P-channel MOSFET (Q3; hereinafter simply referred to as “transistor Q3”) is connected to the collector C of the transistor Q2 via the resistor R5, and the drain D of the transistor Q3 is connected to the transistor Q1 via the resistor R2. Connected to the gate G. The source S of the transistor Q3 is connected to the battery Ba via a rectifier diode D2, a fuse Fs, and the like. A
遅延回路15は、本実施形態では図1に示されるように、コンデンサC1と抵抗R6(「抵抗」の一例)との並列回路によって構成されている。そのため、遅延回路15を簡単な回路構成で実現できる。
In the present embodiment, the
遅延回路15は、グランド外れ時(図2の時刻t0)において、トランジスタQ2によるトランジスタQ1をオフさせるオフタイミング(図2の時刻t1)を、グランド外れのタイミング(時刻t0)から遅延させる機能を有し、そのオフタイミングの遅延期間K3は、グランド外れのタイミング(時刻t0)から制御回路11のリセット動作の完了タイミング(時刻t3)までの期間K4より短く設定されている(図2参照)。言い換えれば、遅延期間K3の終了タイミング(時刻t2)は、リセット動作の完了タイミング(時刻t3)より早くなるように設定されている。この設定によって、後述するように、グランド外れ後の半導体スイッチ素子12の再オンが防止される。
The
また、電源ラインLsとグランドラインLgとの間に、ツェナーダイオードZD1が、接続されている。これによって、グランド外れ以後のトランジスタQ1がオンされている間において、半導体スイッチ素子12がオフされた際の半導体スイッチ素子12のドレイン−ソース間電圧ΔV1を、
ΔV1p=VZD+Vf1+Vf2
に制限することができる(図2の時刻t1を参照)。ここで、ピーク値ΔV1pはドレイン−ソース間電圧ΔV1のピーク値であり、VZDはツェナーダイオードZD1のツェナー電圧であり、Vf1は還流ダイオードD1の順方向電圧降下であり、Vf2は整流ダイオードD2の順方向電圧降下である。ツェナー電圧VZDを所定値とすることによって、ピーク値ΔV1pが半導体スイッチ素子12の耐圧Vmaxを超過することを防止できる。
A Zener diode ZD1 is connected between the power supply line Ls and the ground line Lg. As a result, the drain-source voltage ΔV1 of the
ΔV1p = VZD + Vf1 + Vf2
(See time t1 in FIG. 2). Here, the peak value ΔV1p is the peak value of the drain-source voltage ΔV1, VZD is the Zener voltage of the Zener diode ZD1, Vf1 is the forward voltage drop of the freewheeling diode D1, and Vf2 is the forward voltage of the rectifier diode D2. Directional voltage drop. By setting the Zener voltage VZD to a predetermined value, the peak value ΔV1p can be prevented from exceeding the withstand voltage Vmax of the
報知回路16は、グランドラインLgと接地Ethとの接続の切断を検出し、その切断を報知する。報知回路16は、図1に示さるように、例えば発光ダイオードLED1およびNチャネルMOSFET(Q4;以下、単に「トランジスタQ4」と記す)等を含む。
The
発光ダイオードLED1のアノードは抵抗R7を介してバッテリBaに接続され、発光ダイオードLED1のカソードはトランジスタQ4のドレインDに接続されている。トランジスタQ4のゲートGは抵抗R8を介してグランドラインLgに接続され、トランジスタQ4のソースSは、接地Ethに接続されている。 The anode of the light emitting diode LED1 is connected to the battery Ba via the resistor R7, and the cathode of the light emitting diode LED1 is connected to the drain D of the transistor Q4. The gate G of the transistor Q4 is connected to the ground line Lg via the resistor R8, and the source S of the transistor Q4 is connected to the ground Eth.
グランドラインLgが接地Ethから切断されると(図2の時刻t0参照)、グランド電位Vgndが上昇し、それに伴ってトランジスタQ4がオンし、発光ダイオードLED1が発光する。それによって、グランドラインLgと接地Ethとの接続の切断を検出し、その切断をユーザに報知する。このように、グランドラインLgと接地Ethとの接続の切断をユーザに報知することによって、ユーザは、その切断に対する対応処置を早期に行うことができる。 When the ground line Lg is disconnected from the ground Eth (see time t0 in FIG. 2), the ground potential Vgnd rises, and accordingly, the transistor Q4 is turned on and the light emitting diode LED1 emits light. Thereby, disconnection of the connection between the ground line Lg and the ground Eth is detected, and the disconnection is notified to the user. In this manner, by notifying the user of the disconnection of the connection between the ground line Lg and the ground Eth, the user can quickly take a countermeasure for the disconnection.
2.グランドが外れた際の誘導性負荷駆動回路の動作
次に、図2のタイムチャートを参照して、グランド外れに係る誘導性負荷駆動回路10の動作を説明する。図2において、ΔV1は半導体スイッチ素子12のドレイン−ソース間電圧、ΔV2は接地Ethと還流ダイオードD1のカソードKとの間の電圧(言い換えれば、出力ラインLoの電位)、ΔV3はトランジスタQ3のゲート−ソース間電圧Vgsを示す。また、VgndはグランドラインLgの電位(グランド電位)を示し、Sg1は保護回路制御信号を示す。
また、グランド外れタイミング(時刻t0)以降の太い破線は、遮断回路14が設けられない場合の例を示す。なお、遮断回路14が設けられない場合、トランジスタQ1のゲートGは抵抗R2を介して整流ダイオードD2のカソードに接続される。
2. Operation of Inductive Load Drive Circuit When Ground is Off Next, the operation of the inductive
Further, a thick broken line after the timing of off-ground (time t0) indicates an example in the case where the
今、図2の時刻t0において、ΔV1が0(ゼロ)Vである期間中に、すなわち、誘導性負荷50への通電中にグランド外れが発生したとする。すると、グランド電位Vgndは、制御回路11の内部インピーダンスに応じて上昇し、それに伴って、制御回路11にリセットがかかり、保護回路制御信号Sg1はHレベル(5V)からLレベル(0V)に変化する。すると、トランジスタQ2はオフし、トランジスタQ3のゲート−ソース間電圧Vgs(ΔV3)は遅延回路15の時定数CRにしたがって下降を開始する。
Now, assume that at time t0 in FIG. 2, a ground loss occurs during a period in which ΔV1 is 0 (zero) V, that is, during energization of the
そして、時刻t0から制御回路11のリセット検出期間K1が経過した時刻t1において、制御回路11は、誘導性負荷50への通電を遮断する。このとき、トランジスタQ1は遅延回路15によってオン状態が維持されているため、還流ダイオードD1、トランジスタQ1、ツェナーダイオードZD1、および整流ダイオードD2を介して電源ラインLsから帰還経路を確保できる。それによって、上記したように、半導体スイッチ素子12のドレイン−ソース間電圧ΔV1のピーク値ΔV1pが、半導体スイッチ素子12の耐圧Vmax未満に制限され、半導体スイッチ素子12の耐圧超過を防止できる(時刻t1参照)。
Then, at time t1 when the reset detection period K1 of the
次いで、遅延回路15のコンデンサC1の放電に伴い、時刻t2において、トランジスタQ3のゲート−ソース間電圧Vgs(ΔV3)がトランジスタQ3のオン閾値電圧Vthを下回ると、トランジスタQ3はオフされ、それに伴ってトランジスタQ1もオフされる。トランジスタQ1がオフされることによって、誘導性負荷駆動回路10および制御回路11のグランド電位Vgndが負荷50を介して確定することがない。そのため、図2に示されるように、時刻t2以降において半導体スイッチ素子12が再びオンされることがない。その結果、遮断回路14が設けられない場合のように、半導体スイッチ素子12の再オンによる発振状態への移行も防止できる。
Next, when the capacitor C1 of the
すなわち、遮断回路14が設けられない場合、誘導性負荷駆動回路10および制御回路11のグランド電位Vgndが、還流ダイオードD1、トランジスタQ1、および負荷50を介して確定し、例えば、半導体スイッチ素子12のリセット動作期間(初期化期間)K2が完了する時刻t3において、半導体スイッチ素子12が再オンされる可能性がある。
That is, when the
半導体スイッチ素子12が再オンされると、ΔV2(還流ダイオードD1のカソード電位)が12Vまで上昇するため、再びグランド電位Vgndの上昇に伴い制御回路11がリセットし、半導体スイッチ素子12がオフされる(時刻t4参照)。以後(時刻t5以降)、同等に、半導体スイッチ素子12のオン・オフが繰り返され、誘導性負荷駆動回路10は発振状態への移行する可能性がある(太い破線参照)。
When the
3.実施形態の効果
グランドラインLgと接地Ethとの接続の切断が発生した際、あるいは、誘導性負荷駆動回路10の回路グランド(グランドラインLg)が浮いた際、その切断あるいはグランド浮きに応じて遮断回路14によってトランジスタQ1(保護スイッチ)がオフされる。それによって、グランド外れ時に、回路グランドの電位、すなわちグランド電位Vgndを高い状態に維持でき、半導体スイッチ素子12が制御回路11によって再度オンされ、さらには半導体スイッチ素子12がオン・オフされること、すなわち、半導体スイッチ回路の発振状態が発生することを防止できる。それによって、バッテリ逆接時に半導体スイッチ素子12を保護するトランジスタQ1(保護スイッチ)を備えた誘導性負荷駆動回路10において、グランドラインLgと接地Ethとの接続が断たれた際に、半導体スイッチ12を保護できる。その際、バッテリ逆接時の保護用トランジスタQ1を、好適に兼用してグランドの浮き等のグランド外れにも対処することができる。
3. Effects of Embodiment When disconnection of the connection between the ground line Lg and the ground Eth occurs, or when the circuit ground (ground line Lg) of the inductive
また、半導体スイッチ素子12がオン時にグランド外れが発生した場合に、制御回路11のリセット動作によって半導体スイッチ素子12がオンされた場合、トランジスタQ1のオン状態が遅延回路15によって維持され、帰還経路が確保される。また、その帰還経路にツェナーダイオードZD1が設けられている。そのため、半導体スイッチ素子12に印加される電圧ΔV1が、そのツェナーダイオードZD1のツェナー電圧VZDによって半導体スイッチ素子12の耐圧を超えることを防止できる。すなわち、グランド外れ時に、半導体スイッチ素子がオフされる場合に誘導性負荷50によって逆電圧が発生するが、逆電圧の発生タイミングにおいて、遅延回路15によってトランジスタQ1をオン状態とすることによって、半導体スイッチ素子12に印加される電圧ΔV1が、ツェナーダイオードZD1のツェナー電圧VZDによって、耐圧を超えないようにすることができる。
Further, when the
また、遅延回路15によるオフタイミングの遅延期間K3は、グランド外れのタイミング(時刻t0)から制御回路11のリセット動作の完了タイミング(時刻t3)までの期間K4より短く設定されている。そのため、制御回路11のリセット動作が完了した後に半導体スイッチ素子12が再オンされることを防止でき、それによって半導体スイッチ素子12の発振動作を確実に防止できる。
The delay period K3 of the off timing by the
また、トランジスタQ3(スイッチ回路)は、グランド外れに応じてトランジスタQ1(保護スイッチ)をオフさせるとともに、バッテリBaの逆接時においてもトランジスタQ1をオフさせることができる。すなわち、トランジスタQ3によって、トランジスタQ1をバッテリ逆接時およびグランド外れ時の保護用トランジスタとして利用することができる。 Further, the transistor Q3 (switch circuit) can turn off the transistor Q1 (protection switch) in response to the ground disconnection, and can turn off the transistor Q1 even when the battery Ba is reversely connected. That is, the transistor Q3 allows the transistor Q1 to be used as a protection transistor when the battery is reversely connected and when the ground is disconnected.
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1)上記実施形態では、遅延回路15による遅延期間K3の終了タイミング(図2の時刻t2)は、リセット動作の完了タイミング(時刻t3)より早く設定される例を示したが、これに限られない。例えば、遅延期間K3の終了タイミング(図2の時刻t2)は、リセット動作の完了タイミング(時刻t3)より遅く設定されてもよい。
(1) In the above embodiment, the example in which the end timing (time t2 in FIG. 2) of the delay period K3 by the
グランド外れ時において、誘導性エネルギーを確実に上記還流経路介して還流させるためには、誘導性負荷50の特性(インダクダンスおよび抵抗値)に合わせて、遅延回路15の時定数CRを調整することになる。そのため、誘導性負荷50の特性によっては、時定数CRが大きくなり、ゲート−ソース間電圧Vgs(ΔV3)がトランジスタQ3のオン閾値電圧Vthを下回る時刻が、リセット動作期間K2が完了する時刻t3以降となる場合がある。その場合、半導体スイッチ素子12が再オンされる可能性がある。それに対しては、例えば、制御回路11のリセット完了後(時刻t3後)、保護回路制御信号Sg1および半導体スイッチ素子12への駆動信号(PWM信号)を出力するタイミングを所定時間、遅延させることで対処できる。
In order to reliably recirculate inductive energy via the recirculation path when the ground is off, the time constant CR of the
すなわち、時定数CRの関係で制御回路11のリセット完了以降(時刻t3以降)においてトランジスタQ3がオン状態を継続する場合であっても、PWM信号が出力されず、また、保護回路制御信号Sg1が出力されずトランジスタQ2が再度オンされなければ、遅延回路15のコンデンサC1が充電されることはなく、トランジスタQ3のゲート−ソース間電圧Vgs(ΔV3)は下降を継続する。そして、ΔV3がトランジスタQ3のオン閾値電圧Vthを下回った時点でトランジスタQ1がオフされ、それ以降において半導体スイッチ素子12が再びオンされることはない。
That is, even when the transistor Q3 continues to be on after the reset of the
(2)上記実施形態では、遅延回路15を設ける例を示したが、遅延回路15は設けられなくてもよい。遅延回路15を設けない場合であってもグランド外れ時にトランジスタQ1がオフされるため、半導体スイッチ素子12が再オンされることが防止され、発振状態となることを回避できる。
(2) Although the example in which the
(3)上記実施形態では、電源ラインLsとグランドラインLgとの間に、ツェナーダイオードZD1を設ける例を示したが、これに限られず、ツェナーダイオードZD1は省略されてもよい。 (3) In the above embodiment, an example in which the Zener diode ZD1 is provided between the power supply line Ls and the ground line Lg has been described. However, the present invention is not limited to this, and the Zener diode ZD1 may be omitted.
(4)上記実施形態では、遅延回路15をコンデンサC1と抵抗R6との並列回路によって構成する例を示したが、これに限られない。遅延回路15を、例えば、グランド外れを検知して作動を開始するデジタルタイマによって構成し、デジタルタイマによってトランジスタQ3のオフタイミングを遅延させるようにしてもよい。
(4) In the above embodiment, an example in which the
(5)上記実施形態では、報知回路16を発光ダイオードLED1とNチャネルMOSFET(Q4)によって構成する例を示したが、これに限られない。例えば、発光ダイオードLED1を、警告音を発するブザーとしてもよい。さらには、報知回路16は省略されてもよい。
(5) In the above embodiment, the
(6)上記実施形態において、半導体スイッチ素子12および各スイッチを構成するトランジスタは、図1に示されるものに限られない。例えば、半導体スイッチ素子12はバイポーラトランジスタによって構成されてもよい。また、トランジスタQ1(保護スイッチ)等は、トランジスタスイッチにも限られない。
(6) In the above embodiment, the
(7)上記実施形態において、グランド外れ時に遮断回路14によってトランジスタQ1をオフする構成を示したが、これに限られない。例えば、遮断回路14を省略して、トランジスタQ1のゲートGを、抵抗R2を介して整流ダイオードD2のカソードに接続する。そして、図1に示すように、電源ラインLsとグランドラインLgとの間に、ツェナーダイオードZD1を設けるようにしてもよい。この場合、グランド外れ時に誘導性負荷駆動回路10の発振状態が発生する可能性はあるものの、発振状態において、上記したようにツェナーダイオードZD1によって半導体スイッチ素子12の耐圧超過を防止できるため、この構成によっても、グランド外れ時に半導体スイッチ素子12を保護することができる。
(7) In the above embodiment, the configuration in which the transistor Q1 is turned off by the
(8)上記各実施形態では、誘導性負荷駆動回路10は、自動車に搭載され、誘導性負荷50としてエンジン冷却用FAN駆動用モータを駆動する例を示したが、本発明による誘導性負荷駆動回路は、バッテリBaと誘導性負荷50との間に配置されるあらゆる場合に適応できる。
(8) In each of the above embodiments, the inductive
10…誘導性負荷駆動回路
11…制御回路
12…NチャネルMOSFET(半導体スイッチ素子)
13…保護回路
14…遮断回路
15…遅延回路
16…報知回路
50…モータ(誘導性負荷)
Ba…バッテリ
C1…コンデンサ(遅延回路)
D1…還流ダイオード
ZD1…ツェナーダイオード
LED1…発光ダイオード(報知回路)
R6…抵抗(遅延回路)
Q1…NチャネルMOSFET(保護スイッチ)
Q2…NPNバイポーラトランジスタ
Q3…PチャネルMOSFET(スイッチ回路)
Q4…NチャネルMOSFET(報知回路)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Ba ... battery C1 ... capacitor (delay circuit)
D1 ... Freewheeling diode ZD1 ... Zener diode LED1 ... Light emitting diode (notification circuit)
R6: Resistance (delay circuit)
Q1 ... N-channel MOSFET (protection switch)
Q2 ... NPN bipolar transistor Q3 ... P-channel MOSFET (switch circuit)
Q4 ... N-channel MOSFET (notification circuit)
Claims (6)
前記半導体スイッチ素子の前記誘導性負荷への通電と非通電との切替えを制御する制御回路と、
接地に接続されるグランドラインと、
前記半導体スイッチ素子の出力端と前記グランドラインとの間に接続され、前記半導体スイッチ素子を保護する保護回路であって、
還流ダイオードと、
前記還流ダイオードに直列接続され、前記バッテリの逆接時においてオフしてバッテリから前記還流ダイオードを介した前記半導体スイッチ素子への電流の流れを阻止する保護スイッチと、を含む保護回路と、を備え、
前記保護回路は、前記グランドラインと前記接地との接続の切断が発生した際に、前記切断に応じて前記保護スイッチをオフさせる遮断回路を含む、誘導性負荷駆動回路。 A semiconductor switch element provided between the battery and the inductive load;
A control circuit for controlling switching between energization and non-energization of the inductive load of the semiconductor switch element;
A ground line connected to ground,
A protection circuit connected between the output terminal of the semiconductor switch element and the ground line, and protecting the semiconductor switch element;
A reflux diode;
A protection circuit including a protection switch connected in series to the freewheeling diode and turned off when the battery is reversely connected to prevent a current flow from the battery to the semiconductor switch element via the freewheeling diode,
The inductive load drive circuit, wherein the protection circuit includes a cutoff circuit that turns off the protection switch according to the disconnection when the connection between the ground line and the ground is disconnected.
前記制御回路は、前記切断に応じて前記半導体スイッチ素子をオフさせる機能を有し、
前記遮断回路は、前記保護スイッチをオフさせるオフタイミングを前記切断のタイミングから遅延させる遅延回路を含み、
当該誘導性負荷駆動回路は、
電源ラインと前記グランドラインとの間に接続されたツェナーダイオードを備える、誘導性負荷駆動回路。 The inductive load drive circuit according to claim 1,
The control circuit has a function of turning off the semiconductor switch element in response to the disconnection,
The cutoff circuit includes a delay circuit that delays an off timing for turning off the protection switch from the timing of the disconnection,
The inductive load driving circuit is
An inductive load driving circuit comprising a Zener diode connected between a power supply line and the ground line.
前記制御回路は、前記切断に応じてリセット動作を行う機能、を有し、
前記遅延回路による前記オフタイミングの遅延期間は、前記切断のタイミングから前記リセット動作の完了タイミングまでの期間より短く設定されている、誘導性負荷駆動回路。 The inductive load driving circuit according to claim 2,
The control circuit has a function of performing a reset operation in response to the disconnection,
The inductive load drive circuit, wherein a delay period of the off timing by the delay circuit is set shorter than a period from the disconnection timing to the reset operation completion timing.
前記遮断回路は、前記切断に応じて前記保護スイッチをオフさせるとともに、前記バッテリの逆接時において前記保護スイッチをオフさせるスイッチ回路を含み、
前記遅延回路は、前記スイッチ回路による、前記保護スイッチをオフさせるタイミングを遅延させる、誘導性負荷駆動回路。 In the inductive load driving circuit according to claim 2 or 3,
The cutoff circuit includes a switch circuit that turns off the protection switch in response to the disconnection and turns off the protection switch when the battery is reversely connected,
The inductive load drive circuit, wherein the delay circuit delays a timing at which the protection switch is turned off by the switch circuit.
前記遅延回路は、コンデンサと抵抗との並列回路によって構成される、誘導性負荷駆動回路。 In the inductive load driving circuit according to claim 3 or 4,
The delay circuit is an inductive load driving circuit configured by a parallel circuit of a capacitor and a resistor.
前記グランドラインと前記接地との接続の前記切断を検出し、前記切断を報知する報知回路を備える、誘導性負荷駆動回路。 In the inductive load driving circuit according to any one of claims 1 to 5,
An inductive load drive circuit comprising a notification circuit that detects the disconnection of the connection between the ground line and the ground and notifies the disconnection.
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