特開 2022-188430 スイッチ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022188430

(43)【公開日】2022-12-21

(54)【発明の名称】スイッチ装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/08 20060101AFI20221214BHJP

   H03K 17/082 20060101ALI20221214BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20221214BHJP

【ＦＩ】

H03K17/08 C

H03K17/082

H02H3/087

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021096452

(22)【出願日】2021-06-09

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大和 哲郎

【テーマコード（参考）】

5G004

5J055

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB02

5G004BA01

5G004BA04

5J055AX32

5J055AX34

5J055AX53

5J055AX64

5J055BX16

5J055CX13

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5J055CX28

5J055DX13

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5J055EZ03

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5J055EZ57

5J055FX02

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5J055FX09

5J055FX13

5J055FX18

5J055FX19

5J055FX20

5J055GX01

5J055GX02

5J055GX04

5J055GX05

(57)【要約】

【課題】スイッチ装置において天絡又は地絡等に対する耐性を高める。
【解決手段】スイッチ装置において出力トランジスタを第１モード又は第２モードにて駆動する。第１モードにて出力トランジスタを駆動しているときに測定対象温度（Ｔｊ）が所定の保護温度（Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ）に達することが検知されたとき、第２モードに移行させる。第２モードにおいて、測定対象温度に依らず出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間（Ｐ_ＯＦＦ）と、過電流保護動作により対象電流の大きさを上限電流値以下に制限しつつ出力トランジスタに対象電流が流れることを許容する第２区間（Ｐ_ＯＮ）と、を交互に設定する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力トランジスタと、
前記出力トランジスタに流れる対象電流の大きさを所定の上限電流値以下に制限する過電流保護動作を実行可能に構成された過電流保護回路と、
第１モード又は第２モードにて前記出力トランジスタを駆動可能に構成された制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第１モードにて前記出力トランジスタを駆動しているときに測定対象温度が所定の保護温度に達することが検知されたとき前記第２モードに移行させ、前記第２モードにおいて、前記測定対象温度に依らず前記出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間と、前記過電流保護動作により前記対象電流の大きさを前記上限電流値以下に制限しつつ前記出力トランジスタに前記対象電流が流れることを許容する第２区間と、を交互に設定するよう構成される
、スイッチ装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記第２モードでの各第１区間において、前記測定対象温度に依らず前記出力トランジスタを所定の第１時間分、オフ状態に維持するよう構成される
、請求項１に記載のスイッチ装置。

【請求項3】

前記制御回路は、前記第２モードにおいて、前記第１区間から前記第２区間への遷移に伴い前記出力トランジスタをターンオンさせた後、所定の第２時間が経過すると前記測定対温度に依らず前記出力トランジスタのターンオフさせるよう構成される
、請求項１又は２に記載のスイッチ装置。

【請求項4】

前記第１モードでは前記第２時間を超えて前記出力トランジスタをオン状態に保つことが許容される
、請求項３に記載のスイッチ装置。

【請求項5】

前記制御回路は、前記第１モードから前記第２モードへの移行後、所定の復帰条件が成立すると、前記第２モードから前記第１モードへ復帰させるよう構成される
、請求項１～４の何れかに記載のスイッチ装置。

【請求項6】

前記第２モードにおいて、前記第１区間から前記第２区間への遷移に伴い前記出力トランジスタをターンオンさせた後、所定の第３時間以内に前記対象電流の大きさが前記上限電流値に達することが検知されないとき、前記復帰条件が成立する
、請求項５に記載のスイッチ装置。

【請求項7】

前記制御回路は、所定の入力端子への入力電圧に応じて前記出力トランジスタをターンオンさせ、その後、前記測定対象温度が前記保護温度に到達する前には、前記第１モードにて前記出力トランジスタを駆動するよう構成される
、請求項１～６の何れかに記載のスイッチ装置。

【請求項8】

前記測定対象温度は前記出力トランジスタの温度である
、請求項１～７の何れかに記載のスイッチ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スイッチ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

出力トランジスタを有し、出力トランジスタを通じて流れる電流をオン、オフするスイッチ装置がある。この種のスイッチ装置では過電流保護機能が設けられ、過電流の検出時には出力トランジスタに流れる電流の大きさが所定値以下に制限される。また、この種のスイッチ装置では温度保護機能（過熱保護機能）が設けられ、過熱状態の検出時には出力トランジスタがオフされ、温度が低下すると出力トランジスタがオンへと戻される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０６５３９５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

天絡又は地絡等の発生時には、過大な電流が流れることによる発熱を通じ、温度保護機能（過熱保護機能）が働くことがある。このような状況において、出力トランジスタに対する熱ストレスを軽減することができれば、出力トランジスタの破損等の可能性が低減されてスイッチ装置の信頼性が向上する。

【0005】

本開示は、高い信頼性を有するスイッチ装置（例えば、天絡又は地絡等に対する耐性の高いスイッチ装置）を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係るデータ記録装置は、出力トランジスタと、前記出力トランジスタに流れる対象電流の大きさを所定の上限電流値以下に制限する過電流保護動作を実行可能に構成された過電流保護回路と、第１モード又は第２モードにて前記出力トランジスタを駆動可能に構成された制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第１モードにて前記出力トランジスタを駆動しているときに測定対象温度が所定の保護温度に達することが検知されたとき前記第２モードに移行させ、前記第２モードにおいて、前記測定対象温度に依らず前記出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間と、前記過電流保護動作により前記対象電流の大きさを前記上限電流値以下に制限しつつ前記出力トランジスタに前記対象電流が流れることを許容する第２区間と、を交互に設定するよう構成される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、高い信頼性を有するスイッチ装置（例えば、天絡又は地絡等に対する耐性の高いスイッチ装置）を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るスイッチ装置の構成ブロック図である。

【図2】図２は、図１の低電圧保護回路の機能説明図である。

【図3】図３は、図１の過電流保護回路の機能説明図である。

【図4】図４は、図１の第１温度保護回路の機能説明図である。

【図5】図５は、図１の第２温度保護回路の機能説明図である。

【図6】図６は、図１のスイッチ装置に関わる幾つかの信号等の関係を示すタイミングチャートである。

【図7】図７は、本開示の実施形態に属する第１実施例に係り、スイッチ装置のタイミングチャートである。

【図8】図８は、参考例に係るタイミングチャートである。

【図9】図９は、本開示の実施形態に属する第１実施例に係り、スイッチ装置の一部の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量、素子又は部位等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量、素子又は部位等の名称を省略又は略記することがある。例えば、後述の“１１１０”によって参照されるゲート制御回路は（図１参照）、ゲート制御回路１１１０と表記されることもあるし、制御回路１１１０又は回路１１１０と略記されることもあり得るが、それらは全て同じものを指す。

【0010】

まず本実施形態の記述にて用いられる幾つかの用語について説明を設ける。ラインとは電気信号が伝播又は印加される配線を指す。グランドとは、基準となる０Ｖ（ゼロボルト）の電位を有する基準導電部を指す又は０Ｖの電位そのものを指す。基準導電部は金属等の導体にて形成される。０Ｖの電位をグランド電位と称することもある。本実施形態において、特に基準を設けずに示される電圧はグランドから見た電位を表す。

【0011】

レベルとは電位のレベルを指し、任意の注目した信号又は電圧についてハイレベルはローレベルよりも高い電位を有する。任意の注目した信号又は電圧について、信号又は電圧がハイレベルにあるとは厳密には信号又は電圧のレベルがハイレベルにあることを意味し、信号又は電圧がローレベルにあるとは厳密には信号又は電圧のレベルがローレベルにあることを意味する。信号についてのレベルは信号レベルと表現されることがあり、電圧についてのレベルは電圧レベルと表現されることがある。任意の注目した信号又は電圧において、ローレベルからハイレベルへの切り替わりをアップエッジ（或いはライジングエッジ）と称し、ハイレベルからローレベルへの切り替わりをダウンエッジ（或いはフォーリングエッジ）と称する。

【0012】

ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）を含むＦＥＴ（電界効果トランジスタ）として構成された任意のトランジスタについて、オン状態とは、当該トランジスタのドレイン及びソース間が導通している状態を指し、オフ状態とは、当該トランジスタのドレイン及びソース間が非導通となっている状態（遮断状態）を指す。ＦＥＴに分類されないトランジスタについても同様である。ＭＩＳＦＥＴは、特に記述無き限り、エンハンスメント型のＭＩＳＦＥＴであると解される。

【0013】

任意のトランジスタについて、オフ状態からオン状態への切り替わりをターンオンと表現し、オン状態からオフ状態への切り替わりをターンオフと表現する。アナログスイッチ等の任意のスイッチについても同様である。以下、任意のトランジスタ又はスイッチについて、オン状態、オフ状態を、単に、オン、オフと表現することもある。

【0014】

また、任意のトランジスタ又はスイッチについて、トランジスタ又はスイッチがオン状態となっている区間をオン区間と称することがあり、トランジスタ又はスイッチがオフ状態となっている区間をオフ区間と称することがある。ハイレベル又はローレベルの信号レベルをとる任意の信号について、当該信号のレベルがハイレベルとなる区間をハイレベル区間と称し、当該信号のレベルがローレベルとなる区間をローレベル区間と称する。ハイレベル又はローレベルの電圧レベルをとる任意の電圧についても同様である。任意の回路素子、配線（ライン）、ノードなど、回路を形成する複数の部位間についての接続とは、特に記述なき限り、電気的な接続を指すと解して良い。

【0015】

図１に本実施形態に係るスイッチ装置１０００の構成ブロック図を示す。ここでは、例として、スイッチ装置１０００がローサイド側のスイッチングデバイスとして構成されることを想定する。

【0016】

スイッチ装置１０００は、入力端子１００１、出力端子１００２、グランド端子１００３及び自己診断端子１００４を備えると共に、出力トランジスタ１０１０、ゲート制御回路１１１０、低電圧保護回路１１２０、過電流保護回路１１３０、第１温度保護回路１１４０、第２温度保護回路１１５０、アクティブクランプ回路１１６０及び自己診断回路１１７０を備え、更にトランジスタ１１７２、ツェナーダイオード１１７４及び１１７６を備える。

【0017】

スイッチ装置１０００は、半導体基板上に形成された半導体集積回路を有する半導体チップと、半導体チップを収容する筐体（パッケージ）と、筐体からスイッチ装置１０００の外部に対して露出する複数の外部端子と、を備えた半導体装置（電子部品）である。半導体チップを樹脂にて構成された筐体（パッケージ）内に封入することで半導体装置が形成される。出力トランジスタ１０１０、回路１１１０～１１７０、トランジスタ１１７２、ツェナーダイオード１１７４及び１１７６を含む、スイッチ装置１０００を構成する各回路素子が半導体集積回路に含まれる。図１には、スイッチ装置１０００に設けられる外部端子として端子１００１～１００４のみが示されているが、これら以外の外部端子もスイッチ装置１０００に設けられ得る。

【0018】

入力端子１００１に対し外部に設けられた上位システム（不図示）から入力電圧Ｖ_ＩＮが供給され、入力端子１００１に入力電圧Ｖ_ＩＮが加わる。入力電圧Ｖ_ＩＮは、出力トランジスタ１０１０の状態をオン状態及びオフ状態の何れかに指定するための電圧である。入力電圧Ｖ_ＩＮは、回路１１２０～１１５０の電源電圧として機能しても良く、この場合、回路１１２０～１１５０は入力電圧Ｖ_ＩＮに基づいて駆動する。回路１１１０及び１１７０も入力電圧Ｖ_ＩＮに基づいて駆動しても良い。但し、回路１１１０～１１７０の内、全部又は任意の一部は、入力電圧Ｖ_ＩＮとは別にスイッチ装置１０００に供給される電源電圧（不図示）に基づいて駆動しても良い。

【0019】

スイッチ装置１０００の外部に設けられた端子ＢＢに電圧Ｖ_ＢＢが加わる。電圧Ｖ_ＢＢは、正の直流電圧値を有する。例えば、スイッチ装置１０００が自動車等の車両に設けられる場合、車両に搭載されたバッテリの出力電圧が電圧Ｖ_ＢＢとして端子ＢＢに加わる。スイッチ装置１０００の外部において、端子ＢＢと出力端子１００２との間に負荷ＬＤが挿入される。負荷ＬＤは誘導性負荷を含み得る。誘導性負荷として、ソレノイド、モータ、トランス、リレー等の巻線（コイル）が例示される。負荷ＬＤは、誘導性負荷に加えて或いは誘導性負荷に代えて、抵抗負荷及び容量性負荷の内の少なくとも一方を含んでいても良い。

【0020】

出力端子１００２に加わる電圧を出力電圧Ｖ_ＯＵＴと称する。また、端子ＢＢから出力端子１００２に流れる電流を出力電流Ｉ_ＯＵＴと称する。いわゆる天絡が生じない限り、出力電流Ｉ_ＯＵＴは端子ＢＢから負荷ＬＤを通じて出力端子１００２へと流れる。

【0021】

グランド端子１００３はグランドに接続される。故に、本実施形態において、任意の部位がグランドに接続されるとは、当該部位がグランド端子１００３に接続されることと等価である。自己診断端子１００４は、スイッチ端子１０００の外部においてプルアップ抵抗Ｒ_ＰＵを介し所定の正の直流電圧Ｖ_ＤＤが加わる端子に接続される。自己診断端子１００４に加わる電圧を自己診断電圧Ｖ_ＳＴと称する。

【0022】

出力トランジスタ１０１０は、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）として構成される。出力トランジスタ１０１０はドレイン、ソース及びゲートを有する。出力トランジスタ１０１０において、ドレインは出力端子１００２に接続され、ソースはグランド端子１００３に接続される。故に、出力トランジスタ１０１０がオン状態であるとき、出力電流Ｉ_ＯＵＴは出力トランジスタ１０１０のチャネル（ドレイン及びソース間のチャネル）を通じ出力端子１００２からグランド端子１００３に向けて流れる。

【0023】

ゲート制御回路１１１０は出力トランジスタ１０１０のゲート電位を制御することで出力トランジスタ１０１０のオン／オフ状態を制御する（即ち出力トランジスタ１０１０を駆動する）。ゲート制御回路１１１０は、入力電圧Ｖ_ＩＮと回路１１２０～１１５０の出力信号に応じて出力トランジスタ１０１０のゲート電位を制御する。

【0024】

低電圧保護回路１１２０は入力電圧Ｖ_ＩＮに応じた信号Ｓ_ＵＶＬＯを生成及び出力する。信号Ｓ_ＵＶＬＯはゲート制御回路１１１０に入力される。低電圧保護回路１１２０は、入力電圧Ｖ_ＩＮが一定以上の電圧値を有しているときに限って出力トランジスタ１０１０がオン状態に制御されうるように、信号Ｓ_ＵＶＬＯを生成する。

【0025】

図２に、入力電圧Ｖ_ＩＮと信号Ｓ_ＵＶＬＯとの関係を示す。入力電圧Ｖ_ＩＮが０Ｖであるときを含む入力電圧Ｖ_ＩＮが十分に低い状態において、信号Ｓ_ＵＶＬＯはローレベルを有する。信号Ｓ_ＵＶＬＯがローレベルである状態を起点に、入力電圧Ｖ_ＩＮが上昇することで“Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｈ”の成立状態から“Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｈ” の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ＵＶＬＯのレベルがローレベルからハイレベルに変化し、その後、入力電圧Ｖ_ＩＮが低下することで“Ｖ_ＩＮ≧Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｌ”の成立状態から“Ｖ_ＩＮ＜Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｌ”の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ＵＶＬＯのレベルがハイレベルからローレベルに変化する。ここで、Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｈ及びＶ_ＵＶＬＯ＿Ｌは“Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｈ＞Ｖ_ＵＶＬＯ＿Ｌ＞０”を満たす正の直流電圧値を有する。

【0026】

過電流保護回路１１３０は、出力トランジスタ１０１０に流れる出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさを検出する機能を有する。過電流保護回路１１３０は、検出した出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが所定の上限電流値Ｉ_ＬＩＭに達する状況において出力トランジスタ１０１０に流れる出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさを上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下に制限する過電流保護動作を実行する。“Ｉ_ＬＩＭ＞０”が満たされる。過電流保護動作では、出力トランジスタ１０１０をオン状態に保ちつつ（即ち出力トランジスタ１０１０におけるドレイン及びソース間の電流経路を遮断することなく）、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭを超えないように出力トランジスタ１０１０のゲート電位を制御する。

【0027】

図３に過電流保護動作が行われるときの出力電流Ｉ_ＯＵＴの波形を示す。負荷ＬＤの天絡等が生じることで出力電流Ｉ_ＯＵＴが過大となったとき、過電流保護動作が行われることで出力トランジスタ１０１０及びスイッチ装置１０００の保護が図られる。負荷ＬＤの天絡とは端子ＢＢが出力端子１００２に短絡されて電圧Ｖ_ＢＢが出力端子１００２に直接加わる状態を指す。

【0028】

第１温度保護回路１１４０は測定対象温度を検出する。以下、測定対象温度を温度Ｔｊと称する。温度Ｔｊは出力トランジスタ１０１０の温度である。より具体的には、温度Ｔｊは出力トランジスタ１０１０を構成する半導体の所定箇所の温度であって、出力トランジスタ１０１０のジャンクション温度に相当する。但し、温度Ｔｊは、出力トランジスタ１０１０の温度とは異なる、スイッチ装置１０００内の任意の所定箇所の温度でありえても良い。第１温度保護回路１１４０は、検出した温度Ｔｊに応じた信号Ｓ_ＴＳＤを生成及び出力する。信号Ｓ_ＴＳＤは第１温度保護信号に相当し、ゲート制御回路１１１０に入力される。信号Ｓ_ＴＳＤはハイレベル又はローレベルの信号レベルをとる二値化信号である。ここでは、ローレベルの信号Ｓ_ＴＳＤに対して第１論理値（例えば“０”）が対応付けられ、ハイレベルの信号Ｓ_ＴＳＤに対して第２論理値（例えば“１”）が対応付けられているものとする。

【0029】

図４に、温度Ｔｊと信号Ｓ_ＴＳＤとの関係を示す。温度Ｔｊが十分に低い状態において、信号Ｓ_ＴＳＤはローレベルを有する。信号Ｓ_ＴＳＤがローレベルである状態を起点に、温度Ｔｊが上昇することで“Ｔｊ＜Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ”の成立状態から“Ｔｊ≧Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ” の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ＴＳＤのレベルがローレベルからハイレベルに変化し、その後、温度Ｔｊが低下することで“Ｔｊ≧Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌ”の成立状態から“Ｔｊ＜Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌ”の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ＴＳＤのレベルがハイレベルからローレベルに変化する。ここで、Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ及びＴ_ＴＳＤ＿Ｌは、夫々、所定の保護温度及び低下判定温度を表す。保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈは低下判定温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌよりも高い。例えば、保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ、低下判定温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌは、夫々、１７５℃、１５５℃である。尚、信号Ｓ_ＴＳＤのレベルがローレベルからハイレベルに変化した後は、温度Ｔｊに依らず信号Ｓ_ＴＳＤのレベルをハイレベルに固定（ラッチ）するようにしても良い。この場合、温度Ｔｊと低下判定温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌとの比較は不要である。

【0030】

第２温度保護回路１１５０は、温度Ｔｊとは異なる温度Ｔｃｎｔを検出する機能を有し、温度Ｔｊ及びＴｃｎｔ間の温度差に応じた信号Ｓ_ΔＴを生成及び出力する。信号Ｓ_ΔＴは第２温度保護信号に相当し、ゲート制御回路１１１０に入力される。温度Ｔｃｎｔはスイッチ装置１０００内の所定の温度測定箇所の温度である。温度測定箇所は出力トランジスタ１０１０から離れた箇所である。例えば、温度Ｔｃｎｔはゲート制御回路１１１０の温度であって良い。温度Ｔｊ及びＴｃｎｔ間の温度差を、以下、温度差ΔＴと称する。但し、温度差ΔＴは温度Ｔｃｎｔから見た温度Ｔｊの高さを表し、故に温度差ΔＴは“ΔＴ＝Ｔｊ－Ｔｃｎｔ”にて表される。信号Ｓ_ΔＴはハイレベル又はローレベルの信号レベルをとる二値化信号である。ここでは、ローレベルの信号Ｓ_ΔＴに対して第１論理値（例えば“０”）が対応付けられ、ハイレベルの信号Ｓ_ΔＴに対して第２論理値（例えば“１”）が対応付けられているものとする。

【0031】

図５に、温度差ΔＴと信号Ｓ_ΔＴとの関係を示す。温度差ΔＴが十分に小さい状態において、信号Ｓ_ΔＴはローレベルを有する。信号Ｓ_ΔＴがローレベルである状態を起点に、温度差ΔＴが増大することで“ΔＴ＜ΔＴ＿Ｈ”の成立状態から“ΔＴ≧ΔＴ＿Ｈ” の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ΔＴのレベルがローレベルからハイレベルに変化し、その後、温度差ΔＴが減少することで“ΔＴ≧ΔＴ＿Ｌ”の成立状態から“ΔＴ＜ΔＴ＿Ｌ”の成立状態に切り替わると、信号Ｓ_ΔＴのレベルがハイレベルからローレベルに変化する。ここで、ΔＴ＿Ｈ及びΔＴ＿Ｌは、夫々、所定の保護温度差及び保護解除温度差を表す。保護温度差ΔＴ＿Ｈは保護解除温度差ΔＴ＿Ｌよりも大きい。例えば、保護温度差ΔＴ＿Ｈ、保護解除温度差ΔＴ＿Ｌは、夫々、８０℃、４５℃である。

【0032】

アクティブクランプ回路１１６０は、負荷ＬＤが誘導性負荷を含む場合に当該誘導性負荷にて発生する逆起電力から出力トランジスタ１０１０を保護する。アクティブクランプ回路１１６０は、例えば複数のダイオードを含んで構成され、出力トランジスタ１０１０のドレイン及びソース間電圧を所定のクランプ電圧以下に制限することで当該保護を実現する。

【0033】

自己診断回路１１７０は、スイッチ装置１０００が正常に動作しているか否かを自己診断し、トランジスタ１１７２を用いて自己診断の結果を自己診断端子１００４から出力する。図１の構成例ではトランジスタ１１７２がＮチャネル型のＭＩＳＦＥＴにて形成され、トランジスタ１１７２のドレイン、ソースが、夫々、自己診断端子１００４、グランドに接続される。そして、自己診断回路１１７０が信号Ｓ_ＴＳＤに応じてトランジスタ１１７２のオン／オフ状態を制御することで自己診断の結果を自己診断端子１００４から出力する。自己診断端子１００４における電圧Ｖ_ＳＴは、トランジスタ１１７２がオン状態であるときにローレベルとなり、トランジスタ１１７２がオフ状態であるときにハイレベルとなる。

【0034】

ツェナーダイオード１１７４、１１７６は、端子１００４、１００１に加わり得る高電圧（静電気等）からスイッチ装置１０００の内部回路を保護するための素子である。ツェナーダイオード１１７４、１１７６のカソードは、夫々、端子１００４、１００１に接続される。ツェナーダイオード１１７４及び１１７６の各アノードはグランド端子１００３に接続される。

【0035】

図６にスイッチ装置１０００における幾つかの電圧及び信号の関係を示す。図６では、入力電圧Ｖ_ＩＮの波形、信号Ｓ_ＵＶＬＯの波形、出力トランジスタ１０１０の状態、信号Ｓ_ΔＴの波形、信号Ｓ_ＴＳＤの波形、電圧Ｖ_ＳＴの波形が、この順番で上から下に向けて示される。任意の自然数ｉについて、時刻ｔ_ｉ＋１は時刻ｔ_ｉよりも後の時刻であるとする。

【0036】

時刻ｔ_１において入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が０Ｖから所定の正の電圧値に上昇し、これによって信号Ｓ_ＵＶＬＯにアップエッジが生じた後、時刻ｔ_６において入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が０Ｖに戻ることで信号Ｓ_ＵＶＬＯにダウンエッジが生じる。図６の例において、信号Ｓ_ΔＴは原則としてローレベルであるが、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの区間においてのみ信号Ｓ_ΔＴがハイレベルとなる。図６の例において、信号Ｓ_ＴＳＤは原則としてローレベルであるが、時刻ｔ_４から時刻ｔ_５までの区間においてのみ信号Ｓ_ＴＳＤがハイレベルとなる。

【0037】

ゲート制御回路１１１０は、基本的に、入力電圧Ｖ_ＩＮに基づいて出力トランジスタ１０１０をオン状態又はオフ状態に制御する。即ち、ゲート制御回路１１１０は、信号Ｓ_ＵＶＬＯのハイレベル区間（即ち信号Ｓ_ＵＶＬＯがハイレベルとなる程度に入力電圧Ｖ_ＩＮが高い区間）において出力トランジスタ１０１０を原則としてオン状態に制御する一方、信号Ｓ_ＵＶＬＯのローレベル区間（即ち信号Ｓ_ＵＶＬＯがローレベルとなる程度に入力電圧Ｖ_ＩＮが低い区間）において出力トランジスタ１０１０をオフ状態に制御する。以下、信号Ｓ_ＵＶＬＯのハイレベル区間をオン指定区間と称し、信号Ｓ_ＵＶＬＯのローレベル区間をオフ指定区間と称する。図６の例において、時刻ｔ_１から時刻ｔ_６までの区間はオン指定区間であり、時刻ｔ_１より前の区間と時刻ｔ_６より後の区間はオフ指定区間である。

【0038】

オフ指定区間は入力電圧Ｖ_ＩＮに基づき出力トランジスタ１０１０の状態がオフ状態に指定される区間である。ゲート制御回路１１１０は、オフ指定区間では信号Ｓ_ΔＴ及びＳ_ＴＳＤに依らず出力トランジスタ１０１０をオフ状態に制御する。

【0039】

これに対し、オン指定区間は入力電圧Ｖ_ＩＮに基づき出力トランジスタ１０１０の状態がオン状態に指定される区間である。但し、ゲート制御回路１１１０は、オン指定区間においては、出力トランジスタ１０１０を原則としてオン状態に制御しつつも、信号Ｓ_ΔＴ又はＳ_ＴＳＤに応じて出力トランジスタ１０１０をオフ状態に制御することがある。

【0040】

オン指定区間において、ゲート制御回路１１１０は第１モード又は第２モードにて出力トランジスタ１０１０を駆動する。ゲート制御回路１１１０は、出力トランジスタ１０１０の駆動モードを第１又は第２モードに設定する駆動モード設定部（不図示）を有していると考えて良く、第ｉモードにて出力トランジスタ１０１０を駆動するとは、駆動モードを第ｉモードに設定した状態で出力トランジスタ１０１０を駆動することを意味する（ｉは整数）。

【0041】

オン指定区間における初期モードは第１モードである。即ち、オン指定区間の開始時点（ｔ_１）における駆動モードは第１モードである。オン指定区間の開始後、信号Ｓ_ＴＳＤにアップエッジが生じることを契機に（即ち温度Ｔｊが保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈに達することを契機に）、ゲート制御回路１１１０は駆動モードを第１モードから第２モードに移行させる。このため、図６の例では、時刻ｔ_４にて駆動モードが第１モードから第２モードに切り替わる。

【0042】

第１モードにおいて、ゲート制御回路１１１０は、信号Ｓ_ΔＴがローレベルであれば出力トランジスタ１０１０をオン状態に制御し、信号Ｓ_ΔＴがハイレベルであれば出力トランジスタ１０１０をオフ状態に制御する。

【0043】

第２モードにおいて、ゲート制御回路１１１０は、出力トランジスタ１０１０をオフ状態に維持するオフ区間（以下特にオフ区間Ｐ_ＯＦＦと称する）と、出力トランジスタ１０１０をオン状態に維持するオン区間（以下特にオン区間Ｐ_ＯＮと称する）と、を交互に設定する。即ち、第２モードにおいて、ゲート制御回路１１１０は、オフ区間Ｐ_ＯＦＦとオン区間Ｐ_ＯＮとが交互に訪れるように出力トランジスタ１０１０のゲート電位を制御する。但し、第２モードはオフ区間Ｐ_ＯＦＦから始まるものとする。従って図６の例では、時刻ｔ_４から第１番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦが開始され、第１番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦの終了後に第１番目のオン区間Ｐ_ＯＮが開始される。以後、オフ区間Ｐ_ＯＦＦとオン区間Ｐ_ＯＮとが交互に訪れる。第ｉ番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦの終了時刻と第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮの開始時刻は一致すると考えて良い（ｉは整数）。

【0044】

各オフ区間Ｐ_ＯＦＦは所定の指定オフ時間ｔ_ＯＦＦ分の長さを有する（即ち各オフ区間Ｐ_ＯＦＦの長さはｔ_ＯＦＦで表される）。指定オフ時間ｔ_ＯＦＦは固定時間である。故に、各オフ区間Ｐ_ＯＦＦでは、温度Ｔｊに依らず出力トランジスタ１０１０が指定オフ時間ｔ_ＯＦＦだけオフ状態に維持される。図６の例では、時刻ｔ_４から指定オフ時間ｔ_ＯＦＦが経過する以前の時刻ｔ_５において信号Ｓ_ＴＳＤにダウンエッジが生じているが（温度Ｔｊが低下判定温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌを下回るまで低下しているが）、温度Ｔｊに依らず時刻ｔ_４から指定オフ時間ｔ_ＯＦＦが経過するまで出力トランジスタ１０１０がオフ状態に維持される。

【0045】

各オン区間Ｐ_ＯＮは所定の指定オン時間ｔ_ＯＮ分の長さを有する（即ち各オン区間Ｐ_ＯＮの長さはｔ_ＯＮで表される）。指定オン時間ｔ_ＯＮは固定時間である。故に、ゲート制御回路１１１０は、第ｉ番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦから第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮへの遷移に伴い出力トランジスタ１０１０をターンオンさせた後、指定オン時間ｔ_ＯＮが経過すると温度Ｔｊに依らず出力トランジスタ１０１０をターンオフさせる。各オン区間Ｐ_ＯＮにおいて過電流保護動作は有効である。このため、オン区間Ｐ_ＯＮでは、過電流保護動作により出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさを上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下に制限しつつ出力トランジスタ１０１０に出力電流Ｉ_ＯＵＴが流れることを許容する。

【0046】

このように第２モードでは、指定オン時間ｔ_ＯＮより長い時間に亘り出力トランジスタ１０１０が継続してオン状態に制御されることがないよう制約が課されるが、当該制約は第１モードでは課されない。即ち、第１モードでは、所定の指定オン時間ｔ_ＯＮより長い時間に亘り出力トランジスタ１０１０を継続してオン状態に制御することが許容される。第１モードにおいて、ゲート制御回路１１１０は、信号Ｓ_ΔＴがハイレベルとならない限り、指定オン時間ｔ_ＯＮより長い時間、出力トランジスタ１０１０を継続してオン状態に制御できる。

【0047】

１つのオン指定区間において、駆動モードが第１モードから第２モードに移行した後は、第１モードに戻ることが無いようにしても良い。この場合、時刻ｔ_１から始まるオン指定区間において時刻ｔ_４にて駆動モードが第１モードから第２モードに切り替わった後は、いかなる条件下でも常に時刻ｔ_６まで第２モードが維持される。但し、時刻ｔ_６での信号Ｓ_ＵＶＬＯのダウンエッジを経た後、信号Ｓ_ＵＶＬＯに新たにアップエッジが生じたときには駆動モードは第１モードにリセットされる。即ち、時刻ｔ_６の後、信号Ｓ_ＵＶＬＯに新たなアップエッジが生じることで新たなオン指定区間が開始された場合には、当該新たなオン指定区間の開始時点における駆動モードは第１モードとなる。

【0048】

ゲート制御回路１１１０は、１つのオン指定区間において、駆動モードを第１モードから第２モードに移行させた後、所定の復帰条件の成否を監視し、所定の復帰条件が成立したならば駆動モードを第１モードに復帰させるようにしても良い。

【0049】

例えば、第２モードにおいて、第ｉ番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦから第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮへの遷移に伴い出力トランジスタ１０１０をターンオンさせた後、所定の復帰判定時間ｔ_ＲＣＶ以内に出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭに達することが検知されないとき、復帰条件が成立したと判断して、ゲート制御回路１１１０は駆動モードを第２モードから第１モードに戻しても良い（図６では、第１モードに戻る様子を図示せず）。尚、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭに達したか否かは過電流保護回路１１３０にて検知され、その検知結果がゲート制御回路１１１０に伝達される。復帰判定時間ｔ_ＲＣＶは、指定オン時間ｔ_ＯＮと一致するか、或いは、指定オン時間ｔ_ＯＮよりも短い。

【0050】

尚、自己診断回路１１７０は、時刻ｔ_１での信号Ｓ_ＵＶＬＯのアップエッジに同期して電圧Ｖ_ＳＴにアップエッジが生じるようにトランジスタ１１７２を制御する。その後、自己診断回路１１７０は、信号Ｓ_ＴＳＤにアップエッジが生じるとトランジスタ１１７２をターンオンすることで電圧Ｖ_ＳＴにダウンエッジを生じさせ、以後は、所定のラッチ解除条件が成立するまでトランジスタ１１７２のオン状態を維持する（即ち電圧Ｖ_ＳＴをローレベルに維持する）。故に、図６の例では、時刻ｔ_４にて電圧Ｖ_ＳＴにダウンエッジが生じる。スイッチ装置１０００には出力電圧Ｖ_ＯＵＴを監視する機能が設けられる。そして例えば、電圧Ｖ_ＳＴにダウンエッジが生じた後、電圧Ｖ_ＢＢの発生源（不図示）が端子ＢＢから取り外されることで出力電圧Ｖ_ＯＵＴが所定電圧以下になるとラッチ解除条件が成立する。或いは例えば、電圧Ｖ_ＳＴにダウンエッジが生じた後、信号Ｓ_ＵＶＬＯがローレベルであって且つ出力電圧Ｖ_ＯＵＴが所定電圧以下になるとラッチ解除条件が成立する。但し、ラッチ解除条件の内容は様々に変更可能である。

【0051】

以下、複数の実施例の中で、幾つかの具体的な動作例、応用技術、変形技術等を説明する。本実施形態にて上述した事項は、特に記述無き限り且つ矛盾無き限り、以下の各実施例に適用される。各実施例において、上述の事項と矛盾する事項がある場合には、各実施例での記載が優先されて良い。また矛盾無き限り、以下に示す複数の実施例の内、任意の実施例に記載した事項を、他の任意の実施例に適用することもできる（即ち複数の実施例の内の任意の２以上の実施例を組み合わせることも可能である）。

【0052】

＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。図７に、第１実施例におけるタイミングチャートを示す。図７において、波形２２１１～２２１８は、夫々、第１実施例に係る入力電圧Ｖ_ＩＮ、信号Ｓ_ＵＶＬＯ、出力電流Ｉ_ＯＵＴ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ、温度Ｔｊ、温度Ｔｃｎｔ、信号Ｓ_ΔＴ、信号Ｓ_ＴＳＤの波形である。尚、図７では、破線の波形２２１６によって表される温度Ｔｃｎｔが実線の波形２２１５によって表される温度Ｔｊに達した後は温度Ｔｊと温度Ｔｃｎｔが一致するものと仮定されており、温度Ｔｃｎｔが温度Ｔｊに達した後の波形２２１６の明示が省略されている。任意の自然数ｉについて、時刻ｔ_Ａｉ＋１は時刻ｔ_Ａｉよりも後の時刻であるとする。

【0053】

時刻ｔ_Ａ１において入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が０Ｖから所定の正の電圧値に上昇し、これによって信号Ｓ_ＵＶＬＯにアップエッジが生じた後、時刻ｔ_Ａ１４において入力電圧Ｖ_ＩＮの電圧値が０Ｖに戻ることで信号Ｓ_ＵＶＬＯにダウンエッジが生じる。このため、時刻ｔ_Ａ１及びｔ_Ａ１４間がオン指定区間に相当する。時刻ｔ_Ａ１及び時刻ｔ_Ａ１の直後では天絡が生じていないが、時刻ｔ_Ａ２にて天絡が生じたものとする。そうすると、時刻ｔ_Ａ２を境に出力電流Ｉ_ＯＵＴが急峻に上昇するが、過電流保護動作により出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下に制限される。尚、過電流保護動作の開始直後では、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが過渡的に上限電流値Ｉ_ＬＩＭを上回ることもあり、図７では、その過渡応答の様子が模式的に表されている。

【0054】

時刻ｔ_Ａ２以降、大きな出力電流Ｉ_ＯＵＴが流れることにより温度Ｔｊが急激に上昇してゆく過程で、温度差ΔＴが上昇して保護温度差ΔＴ＿Ｈ（図５参照）に達すると信号Ｓ_ΔＴにアップエッジが生じて出力トランジスタ１０１０がターンオフされ、その後、信号Ｓ_ΔＴにダウンエッジが生じると出力トランジスタ１０１０がターンオンされる。図７の例では、時刻ｔ_Ａ３、ｔ_Ａ４、ｔ_Ａ５、ｔ_Ａ６にて、信号Ｓ_ΔＴに、夫々、アップエッジ、ダウンエッジ、アップエッジ、ダウンエッジが生じる。故に、時刻ｔ_Ａ２から時刻ｔ_Ａ７までにおいて、上限電流値Ｉ_ＬＩＭ近辺の出力電流Ｉ_ＯＵＴが出力トランジスタ１０１０に流れることによる温度Ｔｊの上昇と、ハイレベルの信号Ｓ_ΔＴに基づき出力トランジスタ１０１０がオフ状態に維持されることによる温度Ｔｊの低下とが交互に発生する。

【0055】

時刻ｔ_Ａ６及びｔ_Ａ７間で出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭに到達して過電流保護動作が行われる過程で温度Ｔｊが上昇してゆき、時刻ｔ_Ａ７において温度Ｔｊが保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈに達する。図７の例において、時刻ｔ_Ａ７に至るまでは信号Ｓ_ＴＳＤはローレベルに維持され、時刻ｔ_Ａ７において信号Ｓ_ＴＳＤにアップエッジが生じる。このため、出力トランジスタ１０１０の駆動モードは、時刻ｔ_Ａ７までは第１モードであり、時刻ｔ_Ａ７を境に第１モードから第２モードに移行する。

【0056】

時刻ｔ_Ａ７及びｔ_Ａ８間の区間、時刻ｔ_Ａ８及びｔ_Ａ９間の区間、時刻ｔ_Ａ９及びｔ_Ａ１０間の区間、時刻ｔ_Ａ１０及びｔ_Ａ１１間の区間、時刻ｔ_Ａ１１及びｔ_Ａ１２間の区間は、夫々、第２モードにおける第１番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦ、第１番目のオン区間Ｐ_ＯＮ、第２番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦ、第２番目のオン区間Ｐ_ＯＮ、第３番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦである。各オフ区間Ｐ_ＯＦＦの長さは指定オフ時間ｔ_ＯＦＦと一致し（換言すれば指定オフ時間ｔ_ＯＦＦの長さと一致し）、各オン区間Ｐ_ＯＮの長さは指定オン時間ｔ_ＯＮと一致する（換言すれば指定オン時間ｔ_ＯＮの長さと一致する）。時刻ｔ_Ａ７から指定オフ時間ｔ_ＯＦＦが経過する前に温度Ｔｊが低下判定温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｌを下回っているが、温度Ｔｊに依らず時刻ｔ_Ａ７から指定オフ時間ｔ_ＯＦＦが経過するまで出力トランジスタ１０１０がオフ状態に維持される。

【0057】

図７の例において、天絡は時刻ｔ_Ａ１１の後まで継続し、時刻ｔ_Ａ１１の後であって且つ時刻ｔ_Ａ１２の前で解消する。そうすると、時刻ｔ_Ａ７から時刻ｔ_Ａ１２までにおいて、オフ区間Ｐ_ＯＦＦにて出力トランジスタ１０１０がオフ状態に維持されることによる温度Ｔｊの低下と、オン区間Ｐ_ＯＮにて上限電流値Ｉ_ＬＩＭ近辺の出力電流Ｉ_ＯＵＴが出力トランジスタ１０１０に流れることによる温度Ｔｊの上昇と、が交互に発生する。但し、スイッチ装置１０００の外気温にも依るが、想定されるスイッチ装置１０００の使用環境下では、天絡が継続していたとしても区間Ｐ_ＯＦＦ及びＰ_ＯＮの交互繰り返し過程において保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈよりも低い温度範囲で温度Ｔｊが変動する（そうなるように、指定オフ時間ｔ_ＯＦＦ及び指定オン時間ｔ_ＯＮが設定されている）。

【0058】

時刻ｔ_Ａ１２において出力トランジスタ１０１０がターンオンされる。時刻ｔ_Ａ１２の前に天絡が解消されているので、時刻ｔ_Ａ１２以降において出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさは上限電流値Ｉ_ＬＩＭに達さない。時刻ｔ_Ａ１３は時刻ｔ_Ａ１２から上記復帰判定時間ｔ_ＲＣＶだけ後の時刻である。図７の例では、時刻ｔ_Ａ１２から時刻ｔ_Ａ１３まで出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭに達していないことが検知され、その検知結果に基づき、ゲート制御回路１１１０は時刻ｔ_Ａ１３を境に駆動モードを第２モードから第１モードに戻す。時刻ｔ_１３にて駆動モードが第１モードに戻されるが故に、時刻ｔ_Ａ１３から指定オン時間ｔ_ＯＮを超える時間が経過したとしても、オン指定区間中は出力トランジスタ１０１０がオン状態に維持される（但し信号Ｓ_ΔＴはローレベルであると仮定）。その後、時刻ｔ_Ａ１４にて入力電圧Ｖ_ＩＮが０Ｖとされることで出力トランジスタ１０１０がターンオフされ、出力電流Ｉ_ＯＵＴがゼロとなる。

【0059】

ここで、参考例に係るタイミングチャートを図８に示す。図８において、波形２４１１～２４１８は、夫々、参考例に係る入力電圧Ｖ_ＩＮ、信号Ｓ_ＵＶＬＯ、出力電流Ｉ_ＯＵＴ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ、温度Ｔｊ、温度Ｔｃｎｔ、信号Ｓ_ΔＴ、信号Ｓ_ＴＳＤの波形である。参考例では、信号Ｓ_ＴＳＤにアップエッジが生じたとしても上述のような駆動モードの変更を行わず、単に、信号Ｓ_ΔＴ及びＳ_ＴＳＤの双方がローレベルとなる区間にて出力トランジスタ１０１０をオンとし、且つ、信号Ｓ_ΔＴ及びＳ_ＴＳＤの何れかがハイレベルとなる区間にて出力トランジスタ１０１０をオフとする。図８に対応する参考例では、温度Ｔｊが保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈに達して以後、温度Ｔｊが保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈに近い温度範囲に保たれた状態で出力トランジスタ１０１０のオン、オフが繰り返され、出力トランジスタ１０１０に大きな熱ストレスがかかる。

【0060】

これに対し、図７に対応する第１実施例の方法によれば、温度Ｔｊが保護温度Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈに達した後は、出力トランジスタ１０１０のターンオフ及びターンオンの繰り返しの中で、指定オフ時間ｔ_ＯＦＦ分のオフ状態を確保することができる。このため、出力トランジスタ１０１０への熱ストレスを軽減することが可能となり、出力トランジスタ１０１０の破損等の可能性が低減する。以って、スイッチ装置１０００の信頼性が高まる（過電流への耐性が高まる）。

【0061】

図９に第１実施例に係るスイッチ装置１０００の一部の回路図を示す。第１実施例に係るスイッチ装置１０００は、出力トランジスタ１０１０に加えて、過電流保護回路１６００、アクティブクランプ回路１７００及び制御信号生成回路１８００を備え、更に、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴであるトランジスタ１８０１及び１８０３と、抵抗１８０２及び１８１２～１８１４と、アナログスイッチであるスイッチ１８１１と、を備える。過電流保護回路１６００、アクティブクランプ回路１７００は、夫々、図１に示される過電流保護回路１１３０、アクティブクランプ回路１１６０の例である。制御信号生成回路１８００と符号１８０１～１８０３によって参照される各回路素子は、図１のゲート制御回路１１１０の構成要素に含まれる。符号１８１１～１８１４によって参照される各回路素子もゲート制御回路１１１０の構成要素に含まれると解しても良い。

【0062】

図９の回路構成について説明する。出力トランジスタ１０１０のドレインは出力端子１００２に接続され、出力トランジスタ１０１０のソースはグランドに接続される。出力トランジスタ１０１０のゲートはゲートラインＧＬに接続される。出力トランジスタ１０１０のゲートに供給されるゲート信号を符号“ＧＳ”にて参照する。ゲートラインＧＬにゲート信号ＧＳが加わる。

【0063】

過電流保護回路１６００は、センストランジスタ１６０１と、定電流回路１６０２及び１６０３と、トランジスタ１６０４、１６０５及び１６０８と、抵抗１６０６、１６０７及び１６０９と、コンデンサ１６１０と、を備える。トランジスタ１６０１、１６０４、１６０５及び１６０８は、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴである。抵抗１６０９及びコンデンサ１６１０により位相補償回路が形成される。

【0064】

センストランジスタ１６０１のゲートはゲートラインＧＬに接続される。センストランジスタ１６０１のドレインは出力トランジスタ１０１０のドレインに接続される。センストランジスタ１６０１のソースは抵抗１６０６の一端に接続される。抵抗１６０６の他端はグランドに接続される。センストランジスタ１６０１のドレイン及びソース間に流れる電流をセンス電流Ｉ_ＳＮＳと称する。センス電流Ｉ_ＳＮＳは、出力トランジスタ１０１０のドレイン及びソース間に流れる出力電流Ｉ_ＯＵＴに比例する。センストランジスタ１６０１のソース面積は出力トランジスタ１０１０のソース面積よりも小さく、“Ｉ_ＳＮＳ：Ｉ_ＯＵＴ＝１：α”が成立する（但し、αは１よりも相当に大きな値を持つ）。

【0065】

定電流回路１６０２は、内部電源電圧Ｖｒｅｇが加わる内部電源端とノード１６２１との間に設けられ、内部電源端からノード１６２１に向けて所定の定電流を供給する。定電流回路１６０３は、内部電源電圧Ｖｒｅｇが加わる内部電源端とノード１６２２との間に設けられ、内部電源端からノード１６２２に向けて所定の定電流を供給する。内部電源電圧Ｖｒｅｇは正の直流電圧値を有する。スイッチ装置１０００は外部から供給される電圧に基づいて内部電源電圧Ｖｒｅｇを生成することができる。

【0066】

トランジスタ１６０４のドレインはノード１６２１に接続される。トランジスタ１６０４のソースは、センストランジスタ１６０１のソースと抵抗１６０６との接続ノードに接続される。ノード１６２２に対し、トランジスタ１６０５のドレイン及びゲートとトランジスタ１６０４のゲートが共通接続される。トランジスタ１６０５のソースは抵抗１６０７を介してグランドに接続される。

【0067】

ノード１６２１は、トランジスタ１６０８及び１８０１の各ゲートに接続されると共に抵抗１６０９の一端に接続される。抵抗１６０９の他端はコンデンサ１６１０を介してゲートラインＧＬに接続される。トランジスタ１６０８のドレインはゲートラインＧＬに接続され、トランジスタ１６０８のソースはグランドに接続される。

【0068】

アクティブクランプ回路１７００は、Ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴであるトランジスタ１７０１及び１７０２と、ダイオード１７０３及び１７０４と、抵抗１７０５と、備える。トランジスタ１７０２はデプレッション型のＭＩＳＦＥＴである。

【0069】

トランジスタ１７０１のドレイン及びダイオード１７０３のカソードは、出力トランジスタ１０１０のドレインに接続される。トランジスタ１７０１のソースはゲートラインＧＬに接続される。ダイオード１７０３及び１７０４のアノード同士は互いに接続され、ダイオード１７０４のカソードはトランジスタ１７０１のゲートと抵抗１７０５の一端に接続される。抵抗１７０５の他端はトランジスタ１７０２のドレインに接続される。トランジスタ１７０２においてゲート及びソースはグランドに接続される。

【0070】

トランジスタ１８０１のドレインは、抵抗１８０２を介し、内部電源電圧Ｖｒｅｇが加わる内部電源端に接続される。トランジスタ１８０１のソースはグランドに接続される。制御信号生成回路１８００に対し、トランジスタ１８０１のドレイン電圧を有する信号Ｓ_ＯＣＰと、信号Ｓ_ΔＴ及びＳ_ＴＳＤと、所定のクロック周波数を有した矩形波信号であるクロック信号ＣＬＫと、が入力される。制御信号生成回路１８００は、これらの入力信号に基づいて制御信号ＣＮＴ１を生成及び出力する。当該制御信号ＣＮＴ１はトランジスタ１８０３のゲートに入力される。トランジスタ１８０３のドレインはゲートラインＧＬに接続される。トランジスタ１８０３のソースはグランドに接続される。

【0071】

入力端子１００１は抵抗１８１２の一端に接続され、抵抗１８１２の他端はスイッチ１８１１の一端に接続される。スイッチ１８１１の他端は抵抗１８１３を介してラインＧＬ’に接続される。ラインＧＬ’は抵抗１８１４を介してゲートラインＧＬに接続される。ラインＧＬ２’は抵抗１４１１を介してゲートラインＧＬ２に接続される。

【0072】

図９に示す回路の機能及び動作について説明する。スイッチ１８１１の制御端には信号Ｓ_ＵＶＬＯが入力される。信号Ｓ_ＵＶＬＯのハイレベル区間においてスイッチ１８１１はオン状態となり、信号Ｓ_ＵＶＬＯのローレベル区間においてスイッチ１８１１はオフ状態となる。故に、入力電圧Ｖ_ＩＮに基づくオン指定区間において、入力電圧Ｖ_ＩＮがラインＧＬ’に加わり、トランジスタ１６０８又は１８０３等によるゲートラインＧＬからの電荷の引き抜きが無いならば、入力電圧Ｖ_ＩＮそのものがゲートラインＧＬに加わる。

【0073】

アクティブクランプ回路１７００は、負荷ＬＤ（図１６参照）が誘導性負荷を含む場合に当該誘導性負荷にて発生する逆起電力から出力トランジスタ１０１０を保護する。アクティブクランプ動作自体の詳細な説明は省略するが、アクティブクランプ回路１７００は、出力トランジスタ１０１０のドレイン及びソース間電圧を所定のクランプ電圧以下に制限し、これによって上記逆起電力から出力トランジスタ１０１０を保護する。

【0074】

制御信号生成回路１８００は、ローレベル又はハイレベルの制御信号ＣＮＴ１を出力する。制御信号ＣＮＴ１のローレベル区間においてトランジスタ１８０３はオフ状態となり、制御信号ＣＮＴ１のハイレベル区間においてトランジスタ１８０３はオン状態となる。オン指定区間において、トランジスタ１８０３がオフ状態であればゲートラインＧＬに入力電圧Ｖ_ＩＮに基づくハイレベルのゲート信号ＧＳが加わることで出力トランジスタ１０１０がオン状態となる。オン指定区間においても、トランジスタ１８０３がオン状態であればゲートラインＧＬにローレベルのゲート信号ＧＳが加わることで、出力トランジスタ１０１０がオフ状態となる。

【0075】

第１モードにおいて、制御信号生成回路１８００は、信号Ｓ_ΔＴのローレベル区間にて制御信号ＣＮＴ１をローレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオン状態とし、信号Ｓ_ΔＴのハイレベル区間にて制御信号ＣＮＴ１をハイレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオフ状態とする。

【0076】

オン指定区間において信号Ｓ_ＴＳＤにアップエッジが生じたことを契機に、制御信号生成回路１８００は、出力トランジスタ１０１０の駆動モードを第１モードから第２モードに切り替える。制御信号生成回路１８００は、第２モードにおけるオフ区間Ｐ_ＯＦＦにおいて制御信号ＣＮＴ１をハイレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオフ状態とし、第２モードにおけるオン区間Ｐ_ＯＮにおいて制御信号ＣＮＴ１をローレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオン状態とする。制御信号生成回路１８００は、クロック信号ＣＬＫを用いて任意の２つの時刻間の時間差を計測することができ、これによって第２モードにおけるオン区間Ｐ_ＯＮ及びオフ区間Ｐ_ＯＦＦの開始タイミング及び終了タイミングを設定する。

【0077】

トランジスタ１８０３がオフ状態に維持されていると仮定して、過電流保護回路１６００の過電流保護動作を説明する。出力電流Ｉ_ＯＵＴ及びセンス電流Ｉ_ＳＮＳが十分に低い区間ではノード１６２１の電圧は十分に低く、トランジスタ１６０８及び１８０１はオフ状態に保たれる。出力電流Ｉ_ＯＵＴがゼロから増大するにつれてセンス電流Ｉ_ＳＮＳもゼロから増大してゆく。そして、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭにまで増大したとき、抵抗１６０６の電圧降下の増大及びノード１６２１の電位上昇を通じてトランジスタ１６０８及び１８０１がオフ状態からオン状態に切り替わる。

【0078】

トランジスタ１６０８のオン区間ではゲートラインＧＬからトランジスタ１６０８を通じてグランドへと電荷が引き抜かれるため、トランジスタ１６０８のオフ区間と比べてゲート信号ＧＳの電位が低下し、結果、出力電流Ｉ_ＯＵＴが低下する。出力電流Ｉ_ＯＵＴの低下に連動してセンス電流Ｉ_ＳＮＳが低下するとノード１６２１の電位が低下するため、トランジスタ１６０８のドレイン電流も低下してゲート信号ＧＳの電位が上昇する。ゲート信号ＧＳの電位上昇は出力電流Ｉ_ＯＵＴの増大をもたらし、センス電流Ｉ_ＳＮＳの増大を通じてノード１６２１の電位を上昇させる。このような動作の繰り返しにより、天絡継続中のトランジスタ１８０３のオフ区間では、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下であって、上限電流値Ｉ_ＬＩＭ近辺に保たれる。

【0079】

出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭにまで上昇したとき、トランジスタ１８０１がオフ状態からオン状態に切り替わることで信号Ｓ_ＯＣＰがハイレベルからローレベルに切り替わる。信号Ｓ_ＯＣＰがローレベルとなったことを示す情報は過電流保護動作が実行されたことを示す過電流検知情報として制御信号生成回路１８００に入力される。

【0080】

図７のタイミングチャートとの関係において、過電流保護回路１６００及び制御信号生成回路１８００等の動作を説明する。オン指定区間における制御信号ＣＮＴ１の初期レベルはローレベルである。従って、制御信号生成回路１８００は、入力電圧Ｖ_ＩＮがローレベルからハイレベルに切り替わる時刻ｔ_Ａ１（即ち信号Ｓ_ＵＶＬＯにアップエッジが生じる時刻ｔ_Ａ１）において制御信号ＣＮＴ１をローレベルとする。

【0081】

時刻ｔ_Ａ２にて天絡が発生し、以後は、時刻ｔ_Ａ１１より後であって且つ時刻ｔ_Ａ１２の前まで天絡が継続する。時刻ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ７間では駆動モードが第１モードである。故に、時刻ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ７間中における信号Ｓ_ΔＴのローレベル区間では制御信号ＣＮＴ１がローレベルとされる。そうすると、時刻ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ７間中における信号Ｓ_ΔＴのローレベル区間では、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭにまで上昇して過電流保護動作が機能し、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下に制限されるようゲート信号ＧＳの電位が調整される。時刻ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ７間中における信号Ｓ_ΔＴのハイレベル区間ではトランジスタ１８０３のオンにより出力トランジスタ１０１０はオフ状態に保たれる。

【0082】

時刻ｔ_Ａ７における信号Ｓ_ＴＳＤのアップエッジを契機に駆動モードが第１モードから第２モードに切り替わる。第２モードでは、上述したように、オフ区間Ｐ_ＯＦＦにおいて制御信号ＣＮＴ１をハイレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオフ状態とし、オン区間Ｐ_ＯＮにおいて制御信号ＣＮＴ１をローレベルとすることで出力トランジスタ１０１０をオン状態とする。天絡の継続中におけるオン区間Ｐ_ＯＮでは、時刻ｔ_Ａ２及びｔ_Ａ７間中の信号Ｓ_ΔＴのローレベル区間と同様に、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭにまで上昇して過電流保護動作が機能し、出力電流Ｉ_ＯＵＴの大きさが上限電流値Ｉ_ＬＩＭ以下に制限されるようゲート信号ＧＳの電位が調整される。

【0083】

制御信号生成回路１８００は、時刻ｔ_Ａ１２において制御信号ＣＮＴ１にダウンエッジを生じさせることで出力トランジスタ１０１０をターンオンさせる。回路１８００は、時刻ｔ_Ａ１２及びｔ_Ａ１３間において信号Ｓ_ＳＣＰがローレベルになったか否かを判定する。時刻ｔ_Ａ１２及びｔ_Ａ１３間において信号Ｓ_ＳＣＰがハイレベルに維持されておれば、回路１８００は上記復帰条件が満たされると判断して、出力トランジスタ１０１０の駆動モードを第２モードから第１モードに戻す。図７では復帰条件が成立する例が示されている。図７に示す例とは異なるが、仮に、時刻ｔ_Ａ１２の後、時刻ｔ_Ａ１３に至る前に信号Ｓ_ＳＣＰがローレベルになったことが検知されたならば時刻ｔ_Ａ１３以降も第２モードが維持されて、時刻ｔ_Ａ１２から指定オン時間ｔ_ＯＮが経過した時点でオフ区間Ｐ_ＯＦＦへの移行が発生する。

【0084】

＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。第２実施例では、本実施形態にて上述した事項に対する補足事項、変形技術及び応用技術等を説明する。

【0085】

第２モードにおいて、第ｉ番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦを開始してから指定オフ時間ｔ_ＯＦＦが経過した時点で、仮に信号Ｓ_ＴＳＤがハイレベルであったならば、信号Ｓ_ＴＳＤがローレベルになるまで第ｉ番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦを延長し、信号Ｓ_ＴＳＤがハイレベルからローレベルに切り替わってから第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮに移行させても良い（ｉは任意の整数）。

【0086】

第２モードにおいて、第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮを開始してから指定オン時間ｔ_ＯＮが経過する前に、仮に信号Ｓ_ＴＳＤがハイレベルであることが検知されならば、指定オン時間ｔ_ＯＮの経過を待たず、即時に、第ｉ番目のオン区間Ｐ_ＯＮから第（ｉ＋１）番目のオフ区間Ｐ_ＯＦＦに移行しても良い（ｉは任意の整数）。

【0087】

スイッチ装置１０００から第２温度保護回路１１５０が削除されても良い。この場合、上述の実施形態において信号Ｓ_ΔＴが常時ローレベルであると解釈すれば良く、図７の例では時刻ｔ_Ａ１から時刻ｔ_Ａ７に至るまで出力トランジスタ１０１０がオン状態に維持される。

【0088】

スイッチ装置１０００がローサイド側のスイッチングデバイスとして構成されることを想定してスイッチ装置１０００の構成及び動作を上述したが、スイッチ装置１０００をハイサイド側のスイッチングデバイスとして構成しても良い。この場合、端子ＢＢ（図１６参照）が端子１００２に直接接続されることで電圧Ｖ_ＢＢが出力トランジスタ１０１０のドレインに印加され、且つ、出力トランジスタ１０１０のソースが負荷ＬＤを介してグランドに接続されることになる。

【0089】

任意の信号又は電圧に関して、上述の主旨を損なわない形で、それらのハイレベルとローレベルの関係は上述したものの逆とされ得る。

【0090】

各実施形態に示されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）のチャネルの種類は例示であり、Ｎチャネル型のＦＥＴがＰチャネル型のＦＥＴに変更されるように、或いは、Ｐチャネル型のＦＥＴがＮチャネル型のＦＥＴに変更されるように、ＦＥＴを含む回路の構成は変形され得る。

【0091】

スイッチ装置１０００を自動車等の車両に設置し、当該車両における任意の負荷ＬＤに対してスイッチ装置１０００を適用して良い。但し、スイッチ装置１０００の用途は車載用途に限定されず、任意である。

【0092】

本開示の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本開示の実施形態の例であって、本開示ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。

【0093】

＜＜付記＞＞
上述の実施形態にて具体的構成例が示された本開示について付記を設ける。

【0094】

本開示の一側面に係るスイッチ装置（１０００）は、出力トランジスタ（１０１０）と、前記出力トランジスタに流れる対象電流（Ｉ_ＯＵＴ）の大きさを所定の上限電流値（Ｉ_ＬＩＭ）以下に制限する過電流保護動作を実行可能に構成された過電流保護回路（１１３０、１６００）と、第１モード又は第２モードにて前記出力トランジスタを駆動可能に構成された制御回路（１１１０）と、を備え、前記制御回路は、前記第１モードにて前記出力トランジスタを駆動しているときに測定対象温度（Ｔｊ）が所定の保護温度（Ｔ_ＴＳＤ＿Ｈ）に達することが検知されたとき前記第２モードに移行させ、前記第２モードにおいて、前記測定対象温度に依らず前記出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間（Ｐ_ＯＦＦ）と、前記過電流保護動作により前記対象電流の大きさを前記上限電流値以下に制限しつつ前記出力トランジスタに前記対象電流が流れることを許容する第２区間（Ｐ_ＯＮ）と、を交互に設定するよう構成される構成（第１の構成）である。

【0095】

過電流保護動作が機能する状況など、出力トランジスタに過大な電流が流れる状況において、測定対象温度が保護温度に達する。上記第１の構成では、測定対象温度が保護温度に達した後は、測定対象温度に依らず出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間が設けられる。このため、出力トランジスタへの熱ストレスを軽減することが可能となり、出力トランジスタの破損等の可能性が低減する。以って、スイッチ装置の信頼性が高まる（天絡又は地絡等によって発生し得る過電流への耐性が高まる）。

【0096】

上記第１の構成に係るスイッチ装置において、前記制御回路は、前記第２モードでの各第１区間において、前記測定対象温度に依らず前記出力トランジスタを所定の第１時間（ｔ_ＯＦＦ）分、オフ状態に維持するよう構成される構成（第２の構成）であっても良い。

【0097】

上記第２の構成では、測定対象温度が保護温度に達した後は、測定対象温度に依らず出力トランジスタをオフ状態に維持する第１区間が設けられ、各第１区間では第１時間分のオフ状態が確保される。このため、必要な冷却時間を確保することが可能となり、出力トランジスタの破損等の可能性が低減する。

【0098】

上記第１又は第２の構成に係るスイッチ装置において、前記制御回路は、前記第２モードにおいて、前記第１区間から前記第２区間への遷移に伴い前記出力トランジスタをターンオンさせた後、所定の第２時間（ｔ_ＯＮ）が経過すると前記測定対温度に依らず前記出力トランジスタのターンオフさせるよう構成される構成（第３の構成）であっても良い。

【0099】

これにより、各第２区間中における出力トランジスタの温度上昇量に制限が加わるため、出力トランジスタの破損等の可能性が低減する。

【0100】

上記第３の構成に係るスイッチ装置において、前記第１モードでは前記第２時間を超えて前記出力トランジスタをオン状態に保つことが許容される構成（第４の構成）であっても良い。

【0101】

これにより、測定対象温度が保護温度に達することが無い状況において、長時間にわたり出力トランジスタをオンさせることができる。

【0102】

上記第１～第４の構成の何れかに係るスイッチ装置において、前記制御回路は、前記第１モードから前記第２モードへの移行後、所定の復帰条件が成立すると、前記第２モードから前記第１モードへ復帰させるよう構成される構成（第５の構成）であっても良い。

【0103】

これにより、第１モードへの復帰が適切な状況において第１モードへの復帰を実現することができる。

【0104】

上記第５の構成に係るスイッチ装置に関し、前記第２モードにおいて、前記第１区間から前記第２区間への遷移に伴い前記出力トランジスタをターンオンさせた後、所定の第３時間（ｔ_ＲＣＶ）以内に前記対象電流の大きさが前記上限電流値に達することが検知されないとき、前記復帰条件が成立する構成（第６の構成）であっても良い。

【0105】

これにより、出力トランジスタに過大な電流が流れる状況が解消されたときに、第１モードに復帰させることが可能となる。

【0106】

上記第１～第６の構成の何れかに係るスイッチ装置において、前記制御回路は、所定の入力端子への入力電圧に応じて前記出力トランジスタをターンオンさせ、その後、前記測定対象温度が前記保護温度に到達する前には、前記第１モードにて前記出力トランジスタを駆動するよう構成される構成（第７の構成）であっても良い。

【0107】

上記第１～第７の構成の何れかに係るスイッチ装置において、前記測定対象温度は前記出力トランジスタの温度である構成（第８の構成）であっても良い。

【符号の説明】

【0108】

１０００ スイッチ装置
１００１ 入力端子
１００２ 出力端子
１００３ グランド端子
１００４ 自己診断端子
１０１０ 出力トランジスタ
１１１０ ゲート制御回路
１１２０ 低電圧保護回路
１１３０ 過電流保護回路
１１４０ 第１温度保護回路
１１５０ 第２温度保護回路
１１６０ アクティブクランプ回路
１１７０ 自己診断回路
１６００ 過電流保護回路
１７００ アクティブクランプ回路
１８００ 制御信号生成回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】