(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-13
(45)【発行日】2024-11-21
(54)【発明の名称】負荷駆動装置
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20241114BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 T
H02J7/00 302B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020162117
(22)【出願日】2020-09-28
(65)【公開番号】P2022054867
(43)【公開日】2022-04-07
【審査請求日】2023-03-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002457
【氏名又は名称】弁理士法人広和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小室 豊一
(72)【発明者】
【氏名】島田 浩史
(72)【発明者】
【氏名】北井 直樹
【審査官】山口 大
(56)【参考文献】
【文献】特開２００１－２２４１３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１４６５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０８２３７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２２９６３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５５０１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１０３０１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０３６１４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１４５７３３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１３９８６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
負荷の下流側にソースが接続されたＮチャンネル型の第１のＭＯＳＦＥＴと、ＯＮまたはＯＦＦに動作して前記負荷の駆動を制御するＮチャンネル型の第２のＭＯＳＦＥＴと、を備え、
前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレインに前記第２のＭＯＳＦＥＴのドレインが接続された負荷駆動装置において、
前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮのときにのみ閾値電圧よりも高いゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達する電気的伝達機能を有するゲート電圧制御回路と、
前記ゲート電圧制御回路に接続され、電源が正接続された場合には電源電圧よりも低く前記閾値電圧よりも高い電圧を前記ゲート電圧制御回路に出力し、電源が逆接続された場合には前記ゲート電圧制御回路への前記電圧の出力を中止する電気的スイッチ機能を有するゲート電圧供給回路と、をさらに備え、
電源が逆接続された場合には、前記ゲート電圧供給回路から前記ゲート電圧制御回路への前記電圧の出力が中止されることで前記第１のＭＯＳＦＥＴがＯＦＦとなり、前記第１のＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードにより前記負荷への逆電流が防止され、
前記ゲート電圧制御回路は、前記電気的伝達機能を実現するために、前記ゲート電圧供給回路の出力側にアノードが接続され前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートにカソードが接続されたダイオードと、前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートとソースとの間に接続された抵抗と、を備え、
前記ゲート電圧制御回路は、電源が正接続された場合であって、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮのときには、前記ダイオードは導通して、前記電源電圧よりも低く前記閾値電圧よりも高いゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達し、
電源が正接続された場合であって、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＦＦのときには、前記ダイオードは導通せず、前記第１のＭＯＳＦＥＴのソース電位とほぼ同じゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達し、
電源が逆接続された場合には、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮとＯＦＦのいずれのときでも、前記ダイオードは導通せず、前記第１のＭＯＳＦＥＴのソース電位とほぼ同じゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達することを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項2】
請求項１に記載の負荷駆動装置において、前記ゲート電圧供給回路は、前記電気的スイッチ機能を実現するためのトランジスタを備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項3】
請求項１に記載の負荷駆動装置において、複数の前記負荷を個別に制御するために、複数の前記負荷にそれぞれ接続された複数の前記第１のＭＯＳＦＥＴと、
複数の前記第１のＭＯＳＦＥＴにそれぞれ接続された複数の前記第２のＭＯＳＦＥＴと、
複数の前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートにそれぞれ接続された複数の前記ゲート電圧制御回路と、
全ての前記ゲート電圧制御回路に接続され、全ての前記ゲート電圧制御回路に前記電圧の供給が可能な単一の前記ゲート電圧供給回路と、を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばソレノイド等のような負荷の駆動に用いて好適な負荷駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車や建設機械などに搭載される電子制御装置には、バッテリ（以下、「電源」という）を逆接続したときの保護機能が要求される。電源に接続された負荷を、負荷の下流側で駆動する負荷駆動装置において、電源逆接続に対する保護方法として、電源のプラス端子と負荷の間にダイオードを挿入する方法が知られている。ダイオードは電圧が発生する素子であるため、電流が増えると無効な電力を消費して発熱が大きくなるという問題がある。それを解決するために、ダイオードに代わってＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用して、電源逆接続に対する保護を行う負荷駆動装置が特許文献１に開示されている。
【0003】
特許文献１に開示された負荷駆動装置では、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴおよび第２のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは、互いに直列接続された状態で、負荷の下流側に接続されている。第２のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは、制御信号に従って負荷を駆動する。第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは、電源の逆接続から回路を保護している。第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを用いて電源逆接続に対する保護を行うためには、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴのソースを負荷側に接続し、電源が逆接続されたときに内蔵ダイオードの向きが逆バイアスとなるように接続する必要がある。Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを制御する場合、ソース電位よりもゲート電位を高くする必要がある。このため、通常はＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴのソースを低電位側に接続するのが一般的であるが、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴのソースは高電位側に接続している。このような接続においても第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを制御できるようにするために、従来技術では光スイッチを用いてゲート電圧を発生させ、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの制御を可能としている。
【0004】
電源が正接続された状態では、光スイッチによりゲート電圧が発生し、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴは常時ＯＮとなる。このとき、第２のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴを用いて負荷をＯＮとＯＦＦを制御することができる。一方で、電源が逆接続された状態では、光スイッチは発光せずにゲート電圧が発生しないため、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴはＯＦＦとなる。このとき、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードにより負荷へ流れる電流を防止することができるため、電源逆接続に対する保護が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平１１－１４６５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、従来技術では、第１のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴの駆動に光スイッチを使用している。このような光スイッチは、一次側の発光素子と二次側の受光素子とを備えている。一方、例えば建設機械に使用される負荷駆動装置は、装置内部が１００℃を超えるような高温環境条件で使用されることが多いのに加え、長期間の稼働が求められる。これに対し、光スイッチは、温度サイクルの厳しい過酷な環境下で使用すると、光半導体の性質や構造に基づいて、一次側の発光素子と二次側の受光素子との間で結合度が低下する傾向がある。このため、高温環境下での長期間の稼働が必要な用途に対しては、従来技術による装置は、光スイッチの寿命が大幅に短くなるために適さない。
【0007】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の一実施形態の目的は、高温環境下においても長期的な稼働が可能となる負荷駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した課題を解決するため、本発明の一実施形態は、負荷の下流側にソースが接続されたＮチャンネル型の第１のＭＯＳＦＥＴと、ＯＮまたはＯＦＦに動作して前記負荷の駆動を制御するＮチャンネル型の第２のＭＯＳＦＥＴと、を備え、前記第１のＭＯＳＦＥＴのドレインに前記第２のＭＯＳＦＥＴのドレインが接続された負荷駆動装置において、前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮのときにのみ閾値電圧よりも高いゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達する電気的伝達機能を有するゲート電圧制御回路と、前記ゲート電圧制御回路に接続され、電源が正接続された場合には電源電圧よりも低く前記閾値電圧よりも高い電圧を前記ゲート電圧制御回路に出力し、電源が逆接続された場合には前記ゲート電圧制御回路への電圧の出力を中止する電気的スイッチ機能を有するゲート電圧供給回路と、をさらに備え、電源が逆接続された場合には、前記ゲート電圧供給回路から前記ゲート電圧制御回路への電圧の出力が中止されることで前記第１のＭＯＳＦＥＴがＯＦＦとなり、前記第１のＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードにより前記負荷への逆電流が防止され、前記ゲート電圧制御回路は、前記電気的伝達機能を実現するために、前記ゲート電圧供給回路の出力側にアノードが接続され前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートにカソードが接続されたダイオードと、前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートとソースとの間に接続された抵抗と、を備え、前記ゲート電圧制御回路は、電源が正接続された場合であって、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮのときには、前記ダイオードは導通して、前記電源電圧よりも低く前記閾値電圧よりも高いゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達し、電源が正接続された場合であって、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＦＦのときには、前記ダイオードは導通せず、前記第１のＭＯＳＦＥＴのソース電位とほぼ同じゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達し、電源が逆接続された場合には、前記第２のＭＯＳＦＥＴがＯＮとＯＦＦのいずれのときでも、前記ダイオードは導通せず、前記第１のＭＯＳＦＥＴのソース電位とほぼ同じゲート電圧を前記第１のＭＯＳＦＥＴのゲートに電気的に伝達することを特徴としている。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一実施形態による負荷駆動装置は、高温環境下においても長期的な稼働が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態による負荷駆動装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0012】
【0013】
電源２０は、例えばバッテリのような直流電源である。電源２０には、例えば１２Ｖか２４Ｖのバッテリが一般的に多く使用される。電源２０は、どちらの電圧のバッテリでもよく、それ以外の電圧のバッテリでもよい。
【0014】
電源２０の両端は、第１端子２１と第２端子２２に接続される。電源２０は、第１端子２１と第２端子２２との間に、電源電圧Ｖbを供給する。ここで、電源正接続状態とは、電源２０のプラス側が第１端子２１に接続され、電源２０のマイナス側が第２端子２２に接続された状態をいう。電源逆接続状態とは、電源２０のプラス側が第２端子２２に接続され、マイナス側が第１端子２１に接続された状態をいう。また、電源２０のマイナス側の電位をゼロボルト（０Ｖ）とする。負荷３０は、例えば建設機械の電磁弁を駆動するソレノイドである。負荷３０の上流側となる第１端子３１は、第１端子２１に接続されている。負荷３０と第２端子２２との間には、負荷駆動装置１が接続されている。このとき、負荷駆動装置１は、負荷３０のローサイド（マイナス側）で負荷３０の駆動を制御する。
【0015】
負荷駆動装置１は、第１のＭＯＳＦＥＴ２および第２のＭＯＳＦＥＴ３を備えている。負荷駆動装置１は、ゲート電圧供給回路４およびゲート電圧制御回路５をさらに備えている。
【0016】
第１のＭＯＳＦＥＴ２は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴによって構成されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２のソースＳは、負荷３０の下流側となる第２端子３２に接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤは、第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレインＤに接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧは、ゲート電圧制御回路５に接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２は、ゲート電圧制御回路５から供給されるゲート電圧に応じて、ＯＮとＯＦＦが制御される。
【0017】
第１のＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤとソースＳとの間には、内蔵ダイオード２Ａが形成されている。内蔵ダイオード２Ａは、ソースＳからドレインＤに向かう方向が順方向となり、ドレインＤからソースＳに向かう方向が逆方向となっている。
【0018】
第２のＭＯＳＦＥＴ３は、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴによって構成されている。第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレインＤは、第１のＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤに接続されている。第２のＭＯＳＦＥＴ３のソースＳは、電源２０のマイナス側となる第２端子２２に接続されている。第２のＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧは、制御回路７に接続されている。第２のＭＯＳＦＥＴ３は、制御回路７から供給されるゲート電圧に応じて、ＯＮとＯＦＦが制御される。第２のＭＯＳＦＥＴ３は、ＯＮまたはＯＦＦに動作して負荷３０の駆動を制御する。
【0019】
第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレインＤとソースＳとの間には、内蔵ダイオード３Ａが形成されている。内蔵ダイオード３Ａは、ソースＳからドレインＤに向かう方向が順方向となり、ドレインＤからソースＳに向かう方向が逆方向となっている。
【0020】
負荷駆動装置１には、レギュレータ６が接続されると共に、負荷３０のＯＮとＯＦＦを制御するための制御回路７が接続されている。制御回路７は、負荷駆動装置１の第２のＭＯＳＦＥＴ３に制御信号となるゲート電圧を供給する。
【0021】
レギュレータ６は、ダイオード８を介して第１端子２１に接続されている。レギュレータ６は、直流安定化電源であり、所定の直流電圧を出力する２つの出力端子を有している。レギュレータ６の第１出力端子は、制御回路７に接続されている。レギュレータ６の第２出力端子は、ゲート電圧供給回路４に接続されている。レギュレータ６は、ゲート電圧供給回路４に電圧Ｖrを供給する。電圧Ｖrは、第１のＭＯＳＦＥＴ２の閾値電圧よりも高く、電源２０の電源電圧Ｖbよりも低い電圧に設定されている。電圧Ｖrは、制御回路７の電源電圧や他の回路用の電源電圧と共通化してもよく、負荷駆動装置１に専用でなくてもよい。
【0022】
レギュレータ６の電圧Ｖrは、例えば５Ｖ～１０Ｖ程度が適切な値である。図１では、制御回路７は、その電源となるレギュレータ６と分離された構成とした。本発明はこれに限らず、例えば制御回路７の内蔵電源を、制御回路７と、負荷駆動装置１のゲート電圧供給回路４とで共用してもよい。即ち、制御回路７の内蔵電源からの電圧Ｖrを負荷駆動装置１のゲート電圧供給回路４に供給してもよい。
【0023】
ダイオード８は、レギュレータ６の入力側に接続されている。ダイオード８のアノードＡは第１端子２１に接続され、ダイオード８のカソードＫはレギュレータ６に接続されている。ダイオード８は、電源逆接続状態ではレギュレータ６へ電流が流れないようにして、レギュレータ６を保護する役割を果たす。ダイオード８には負荷３０へ流れる電流は流れない。このため、負荷３０の電流が増えても、消費する電力が増加することはない。なお、ダイオード８の代わりに、電源逆接続からレギュレータ６を保護する回路を備えてもよい。
【0024】
ゲート電圧供給回路４は、３つの端子Ｔ41，Ｔ42，Ｔ43を備えている。端子Ｔ41は、レギュレータ６に接続されている。端子Ｔ42は、電源２０のマイナス側となる第２端子２２に接続されている。端子Ｔ43は、ゲート電圧制御回路５の端子Ｔ51に接続されている。
【0025】
図２に示すように、ゲート電圧供給回路４は、例えばトランジスタ４Ａと、２つの抵抗４Ｂ，４Ｃと、ダイオード４Ｄとを備えている。トランジスタ４Ａは、例えばＰＮＰ型のバイポーラトランジスタによって構成されている。トランジスタ４ＡのエミッタＥは、端子Ｔ41に接続されている。トランジスタ４ＡのエミッタＥとベースＢとの間には、抵抗４Ｂが接続されている。トランジスタ４ＡのコレクタＣは、端子Ｔ43に接続されている。抵抗４Ｂの第１端子は、端子Ｔ41とトランジスタ４ＡのエミッタＥに接続されている。抵抗４Ｂの第２端子は、抵抗４Ｃの第１端子に接続されると共に、トランジスタ４ＡのベースＢに接続されている。抵抗４Ｃの第２端子は、ダイオード４ＤのアノードＡに接続されている。ダイオード４ＤのカソードＫは、端子Ｔ42に接続されている。
【0026】
図１に示すように、ゲート電圧供給回路４は、ゲート電圧制御回路５に接続されている。ゲート電圧供給回路４は、電源２０が正接続された状態（電源正接続状態）では、閾値電圧よりも高い電圧Ｖoをゲート電圧制御回路５に出力する。ゲート電圧供給回路４は、電源２０が逆接続された状態（電源逆接続状態）では、ゲート電圧制御回路５への電圧Ｖoの出力を中止する。
【0027】
ゲート電圧制御回路５は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ３がＯＮのときにのみ閾値電圧よりも高いゲート電圧を第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに電気的に伝達する電気的伝達機能を有する。ゲート電圧制御回路５は、３つの端子Ｔ51，Ｔ52，Ｔ53を備えている。端子Ｔ51は、ゲート電圧供給回路４の端子Ｔ43に接続されている。端子Ｔ52は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに接続されている。端子Ｔ53は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソースＳに接続されている。
【0028】
図３に示すように、ゲート電圧制御回路５は、例えばダイオード５Ａと、抵抗５Ｂとを備えている。ダイオード５ＡのアノードＡは、端子Ｔ51に接続されている。ダイオード５ＡのカソードＫは、端子Ｔ52に接続されている。即ち、ダイオード５ＡのカソードＫは、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに接続されている。抵抗５Ｂの第１端子は、端子Ｔ53に接続されている。即ち、抵抗５Ｂの第１端子は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソースＳに接続されている。抵抗５Ｂの第２端子は、端子Ｔ52に接続されている。即ち、抵抗５Ｂの第２端子は、ダイオード５ＡのカソードＫに接続されると共に、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに接続されている。
【0029】
【0030】
電源正接続状態では、レギュレータ６は、電圧Ｖrを出力する。この電圧Ｖrにより、ゲート電圧供給回路４の抵抗４Ｂ、抵抗４Ｃおよびダイオード４Ｄに電流が流れ、トランジスタ４Ａのベース・エミッタ間に電圧が発生する。これにより、トランジスタ４ＡがＯＮとなり、ゲート電圧供給回路４は、ゲート電圧制御回路５に電圧Ｖoを出力する。このように、電源正接続状態では、ゲート電圧供給回路４の端子Ｔ43には、第１のＭＯＳＦＥＴ２の閾値電圧よりも高く、電源電圧Ｖbよりも低い電圧Ｖoが常時供給されている。
【0031】
この状態で、制御回路７から第２のＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに対してＯＦＦの制御信号が伝達された場合（以下、「負荷駆動ＯＦＦ」という）、第２のＭＯＳＦＥＴ３はＯＦＦとなる。第２のＭＯＳＦＥＴ３がＯＦＦのときは、負荷３０は駆動されず、負荷３０には電流が流れない。このとき、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位は、ほぼ電源電圧Ｖbに等しくなり、ゲート電圧供給回路４からの電圧Ｖoよりも高くなる。ゲート電圧制御回路５は、ソース電位が電圧Ｖoよりも高い場合、電圧Ｖoを第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに伝達せず、ソース電位を第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに伝達する。
【0032】
具体的に説明すると、ゲート電圧制御回路５の抵抗５Ｂによって、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲート電位はほぼソース電位と同じ電源電圧Ｖbとなる。これにより、ゲート電圧制御回路５のダイオード５Ａは、逆バイアスとなって導通しない。従って、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲート電位は閾値電圧よりも低くなり、第１のＭＯＳＦＥＴ２はＯＦＦとなる。
【0033】
一方、制御回路７から第２のＭＯＳＦＥＴ３のゲートＧに対してＯＮの制御信号が伝達された場合（以下、「負荷駆動ＯＮ」という）、第２のＭＯＳＦＥＴ３がＯＮになる。第２のＭＯＳＦＥＴ３がＯＮになると、第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレイン電位がほぼ０Ｖになる。このとき、第１のＭＯＳＦＥＴ２の内蔵ダイオード２Ａを通して負荷３０が電源２０のマイナス側に導通し、負荷３０に電流が流れる。これにより、負荷３０は駆動される。
【0034】
負荷駆動ＯＮになった直後は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位は、第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレイン電位よりも内蔵ダイオード２Ａの順方向電圧分だけ高くなる。しかしながら、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位は、電源２０のマイナス側となる第２端子２２の電位（０Ｖ）に近い値まで低下する。即ち、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位は、内蔵ダイオード２Ａの順方向電圧分だけ０Ｖよりも高い電位になるが、１Ｖ以下の低い電位となる。
【0035】
ゲート電圧制御回路５は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位がゲート電圧供給回路４からの電圧Ｖoよりも低い場合、電圧Ｖoを第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに伝達し、第１のＭＯＳＦＥＴ２をＯＮさせる。このとき、ゲート電圧制御回路５のダイオード５Ａは順方向バイアスとなり、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧには、ゲート電圧供給回路４からの電圧Ｖoよりダイオード５Ａの順方向電圧だけ低い電圧が印加される。例えば、電圧Ｖrを７Ｖに設定した場合、トランジスタ４Ａのコレクタ・エミッタ間の飽和電圧を０．１Ｖとし、ダイオード５Ａの順方向電圧降下を０．７Ｖとすると、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧには約６．２Ｖが印加される。一般的なＭＯＳＦＥＴのゲート閾値電圧は２～３Ｖ程度であるので、この状態で第１のＭＯＳＦＥＴ２を十分にＯＮさせることができる。このように第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに印加される電圧が第１のＭＯＳＦＥＴ２の閾値電圧よりも高くなるように、レギュレータ６から出力される電圧Ｖrを設定することで、第１のＭＯＳＦＥＴ２をＯＮさせることが可能となる。
【0036】
第１のＭＯＳＦＥＴ２がＯＮした後には、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソースＳはほぼ０Ｖ近くまで下がる。負荷駆動ＯＮになってから第１のＭＯＳＦＥＴ２がＯＮされるまでの時間は短く、内蔵ダイオード２Ａへはごく短い時間しか負荷３０の電流が流れない。このため、内蔵ダイオード２Ａの発熱が大きくなることはない。
【0037】
このようにして、ゲート電圧制御回路５は、負荷駆動ＯＦＦのときには、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位をゲートＧに伝達するように制御を行う。ゲート電圧制御回路５は、負荷駆動ＯＮのときには、ゲート電圧供給回路４から出力される電圧Ｖoを第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧへ伝達する。これにより、負荷３０の駆動が可能となる。
【0038】
【0039】
電源逆接続状態では、ゲート電圧供給回路４のダイオード４Ｄが逆バイアスとなるため、ダイオード４Ｄは導通せず、トランジスタ４ＡはＯＦＦとなる。このため、ゲート電圧供給回路４は、電圧Ｖoを出力しない。ダイオード８およびダイオード４Ｄは必ずしも両方が必要なわけではない。電源逆接続のときにトランジスタ４ＡがＯＦＦとなるような回路構成であればよく、例えばダイオード８およびダイオード４Ｄのうちいずれか一方を装備すればよい。
【0040】
負荷３０の第１端子３１は、電源２０のマイナス側の第１端子２１に接続されており、０Ｖとなる。ゲート電圧供給回路４からの電圧Ｖoが発生しないため、ダイオード５Ａは導通せず、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲート電位はほぼソース電位と等しくなる。このため、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲート電位は閾値電圧よりも低くなり、第１のＭＯＳＦＥＴ２はＯＦＦとなる。
【0041】
即ち、電源逆接続状態では、ゲート電圧供給回路４は、端子Ｔ43へ電圧Ｖoを出力しない。これにより、ゲート電圧制御回路５は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソース電位をゲートＧに伝達するように制御し、第１のＭＯＳＦＥＴ２をＯＦＦさせる。
【0042】
第２のＭＯＳＦＥＴ３のソースＳは、電源２０のプラス側の第２端子２２に接続されている。このため、第１のＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤには、電源２０の第２端子２２から第２のＭＯＳＦＥＴ３の内蔵ダイオード３Ａを通して電源電圧Ｖbが伝達される。このとき、内蔵ダイオード３Ａは順方向バイアスでＯＮとなり、第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレイン電位は、電源電圧Ｖbから内蔵ダイオード３Ａの順方向電圧分だけ低い電位になる。
【0043】
一方、第１のＭＯＳＦＥＴ２の内蔵ダイオード２Ａは、逆バイアスとなる。このため、内蔵ダイオード２Ａは導通せず、負荷３０に電流は流れない。従って、電源逆接続状態では、負荷３０へ電流が流れず、回路が保護される。
【0044】
以上のように構成することで、電源逆接続状態から回路を保護するために、Ｎチャンネル型の第１のＭＯＳＦＥＴ２を使用することができると共に、第１のＭＯＳＦＥＴ２を使用して電源正接続状態での消費電力を軽減させることができる。さらに、ゲート電圧供給回路４とゲート電圧制御回路５を、光スイッチよりも高温環境下で劣化の少ない半導体素子で構成することにより、高温環境条件下でも長期稼働が可能な負荷駆動装置１を実現することが可能となる。
【0045】
また、ゲート電圧供給回路４およびゲート電圧制御回路５は、簡易な回路で構成できる。これに加え、光スイッチのような高温特性に弱い部品を使わずに、負荷３０を駆動することができると共に、電源逆接続状態に対する回路の保護が可能となる。
【0046】
なお、ゲート電圧供給回路４のトランジスタ４Ａはスイッチ制御できる素子であればよく、トランジスタに限らず他の素子で構成しても構わない。
【0047】
かくして、第１の実施形態によれば、負荷駆動装置１は、第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ３がＯＮのときにのみ閾値電圧よりも高いゲート電圧を第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧに電気的に伝達する電気的伝達機能を有するゲート電圧制御回路５と、ゲート電圧制御回路５に接続され、電源２０が正接続された場合には閾値電圧よりも高い電圧をゲート電圧制御回路５に出力し、電源２０が逆接続された場合にはゲート電圧制御回路５への電圧Ｖoの出力を中止する電気的スイッチ機能を有するゲート電圧供給回路４と、を備えている。電源２０が逆接続された場合には、ゲート電圧供給回路４からゲート電圧制御回路５への電圧Ｖoの出力が中止されることで、第１のＭＯＳＦＥＴ２がＯＦＦとなり、第１のＭＯＳＦＥＴ２の内蔵ダイオード２Ａにより負荷３０への逆電流が防止される。
【0048】
このように、負荷駆動装置１では、電気的な伝達によって第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲート電圧が制御される。即ち、負荷駆動装置１の回路は、光スイッチよりも劣化の少ない半導体素子を用いて構成されている。この結果、高温度環境下でも長期的に負荷駆動装置１および負荷３０を稼働することができる。
【0049】
また、ゲート電圧制御回路５は、電気的伝達機能を実現するためのダイオード５Ａを備えている。これにより、ゲート電圧制御回路５の回路構成を簡素化することができ、負荷駆動装置１の低コスト化が可能になる。
【0050】
さらに、ゲート電圧供給回路４は、電気的スイッチ機能を実現するためのトランジスタ４Ａを備えている。これにより、簡易な回路構成でスイッチ制御が可能になるから、負荷駆動装置１の低コスト化が可能になる。
【0051】
次に、図４は本発明の第２の実施形態を示している。第２の実施形態による負荷駆動装置の特徴は、複数の負荷に対応して複数の第１のＭＯＳＦＥＴと、複数の第２のＭＯＳＦＥＴと、複数のゲート電圧制御回路とを備えると共に、全てのゲート電圧制御回路に電圧が供給可能な単一のゲート電圧供給回路を備えることにある。なお、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0052】
第２の実施形態では、第１の実施形態に比べて負荷４０を増設している。第２の実施形態による負荷駆動装置１１は、２つの負荷３０，４０を個別に駆動させる。このとき、負荷４０の上流側となる第１端子４１は、電源２０のプラス側となる第１端子２１に接続されている。負荷３０，４０と第２端子２２との間には、負荷駆動装置１１が接続されている。このとき、負荷駆動装置１１は、負荷３０，４０のローサイド（マイナス側）で負荷３０，４０の駆動を制御する。
【0053】
負荷駆動装置１１は、負荷３０に対応した第１のＭＯＳＦＥＴ２、第２のＭＯＳＦＥＴ３およびゲート電圧制御回路５を備えるのに加え、負荷４０に対応した第１のＭＯＳＦＥＴ２、第２のＭＯＳＦＥＴ３およびゲート電圧制御回路５を備えている。このため、負荷駆動装置１１は、２つの負荷３０，４０に対応して、第１のＭＯＳＦＥＴ２、第２のＭＯＳＦＥＴ３およびゲート電圧制御回路５を２つずつ備えている。
【0054】
負荷４０に対応した第１のＭＯＳＦＥＴ２、第２のＭＯＳＦＥＴ３およびゲート電圧制御回路５は、負荷３０に対応した第１のＭＯＳＦＥＴ２、第２のＭＯＳＦＥＴ３およびゲート電圧制御回路５と同様に接続されている。このため、第１のＭＯＳＦＥＴ２のソースＳは、負荷４０の下流側となる第２端子４２に接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２のドレインＤは、第２のＭＯＳＦＥＴ３のドレインＤに接続されている。第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧは、ゲート電圧制御回路５に接続されている。
【0055】
２つのゲート電圧制御回路５は、単一のゲート電圧供給回路４に接続されている。２つのゲート電圧制御回路５には、単一のゲート電圧供給回路４からそれぞれ電圧Ｖoが供給される。第２の実施形態による制御回路１２は、第１の実施形態による制御回路７と同様に構成されている。但し、制御回路１２は、負荷３０に対応した第２のＭＯＳＦＥＴ３に制御信号となるゲート電圧を供給すると共に、負荷４０に対応した第２のＭＯＳＦＥＴ３に制御信号となるゲート電圧を供給する。これにより、負荷３０，４０は、制御回路１２によって個別に制御される。
【0056】
かくして、このように構成される第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第２の実施形態による負荷駆動装置１１は、複数の負荷３０，４０を個別に制御するために、複数の負荷３０，４０にそれぞれ接続された複数の第１のＭＯＳＦＥＴ２と、複数の第１のＭＯＳＦＥＴ２にそれぞれ接続された複数の第２のＭＯＳＦＥＴ３と、複数の第１のＭＯＳＦＥＴ２のゲートＧにそれぞれ接続された複数のゲート電圧制御回路５と、全てのゲート電圧制御回路５に接続され、全てのゲート電圧制御回路５に電圧Ｖoの供給が可能な単一のゲート電圧供給回路４と、を備えている。
【0057】
このとき、第１のＭＯＳＦＥＴ２および第２のＭＯＳＦＥＴ３は、いずれも電圧駆動素子である。このため、ゲート電圧制御回路５には微小電流しか流れない。従って、負荷３０に対して負荷４０を増設しても、ゲート電圧供給回路４は、１つの回路ブロックのみを装備すればよく、２つのゲート電圧制御回路５に対して電圧Ｖoを供給することができる。このような構成により、負荷４０を増設しても負荷駆動装置１１を小型化でき、さらにコストを低減することができる。
【0058】
なお、前記第２の実施形態では、２つの負荷を駆動する負荷駆動装置１１を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、３つ以上の負荷を駆動する負荷駆動装置に適用してもよい。
【0059】
前記各実施形態では、ゲート電圧供給回路４は、電気的スイッチ機能を実現するために、トランジスタ４Ａを用いて構成されるものとした。本発明はこれに限らず、ゲート電圧供給回路は、ＭＯＳＦＥＴを用いて構成されるものでもよく、マルチプレクサを用いて構成されるものでもよい。
【0060】
前記各実施形態では、負荷３０，４０が電磁弁のソレノイドである場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らない。負荷は、例えば油圧ポンプのレギュレータを駆動する電磁比例弁のソレノイドでもよい。また、本発明の負荷駆動装置は、建設機械の電磁弁に限らず、例えば自動車の電磁弁に適用してもよく、各種の電気的な負荷を備えた機器に適用可能である。
【符号の説明】
【0061】
１，１１ 負荷駆動装置
２ 第１のＭＯＳＦＥＴ
２Ａ，３Ａ 内蔵ダイオード
３ 第２のＭＯＳＦＥＴ
４ ゲート電圧供給回路
４Ａ トランジスタ
５ ゲート電圧制御回路
５Ａ ダイオード
６ レギュレータ
７，１２ 制御回路
２０ 電源
２１ 第１端子
２２ 第２端子
３０，４０ 負荷
２ 第１のＭＯＳＦＥＴ
２Ａ，３Ａ 内蔵ダイオード
３ 第２のＭＯＳＦＥＴ
４ ゲート電圧供給回路
４Ａ トランジスタ
５ ゲート電圧制御回路
５Ａ ダイオード
６ レギュレータ
７，１２ 制御回路
２０ 電源
２１ 第１端子
２２ 第２端子
３０，４０ 負荷
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】