実は自動車に多く使われている、IPDとは？ - 半導体事業

条件を指定して絞り込む

現在2004件がヒットしています。check

基礎アナログディスクリートパワーデバイス Infineon

IPDとは？

IPDとはIntelligent Power Deviceの略で、直訳すると ”インテリジェントな機能を持ったパワーデバイス” となります。メーカーによって呼び方が異なり、Smart Switch、High-side（ハイサイド） / Low-side（ローサイド） Switchなどと呼ばれることもあります。では、何が”インテリジェント”なのでしょうか？

MOSFETとIPDの違い

まず初めに、一般的に半導体スイッチといえばMOSFETを想像されると思います。IPDも基本的な機能はスイッチとなり、内部構造（チップ）の大部分を占めるのはMOSFETそのものですが、そこに様々な付加機能（ここで言う”インテリジェントな機能”）が入ったロジック部分が加わったものがIPDとなります。例えば、下記の製品のブロック図で見ると、赤色の部分がPower DeviceにあたるMOSFET、黄色の部分がすべてIntelligentにあたる付加機能となります。

では、ひとまとめに付加機能といっても実際はどのような機能があり、どのようなメリットがあるのでしょうか？

IPDの付加機能とメリット

製品によって備わっている付加機能は異なりますが、一般的に以下のような機能があげられます。

過熱保護
過電圧保護
過負荷保護
逆極性保護
ロードダンプ保護
バッテリー、負荷、グランド遮断時の保護
電流検知
診断機能

なぜ、このような付加機能が備わっており、実際にどのようなメリットがあるのかについて少し紹介します。例えばMOSFETのみをスイッチとして使用し、仮に回路上で負荷がショートした場合、そのMOSFET自体が故障してしまいますが、IPDに備わっている過電流や過熱に対する保護回路により、ショートなどの異常状態でも破壊せずスイッチとしての機能を保ち続けることができます。

また、電流が過剰に流れないよう制御するためにメカヒューズが使われることが多いと思いますが、IPDはメカヒューズに代わり採用されることも多くあります。メカヒューズは溶断により過電流が流れ込むのを止めるため、復帰させるには物理的な交換が必要になりますが、半導体ヒューズとしてIPDを使用した場合、過電流などの異常を検知して遮断、その異常をマイコンに通知し、決まったタイミングで復帰することもできるため、物理的な部品交換の必要がありません。

他にも、IPDと並行して検討されるケースが多いのがメカリレーです。リレーは外部からの信号によりオン/オフの切り替えを行う部品となり、オン/オフには機械的な接点があるため機械音も発生します。また、機械的な接点があるために、耐久性や信頼性の不安もあります。ただ、IPDは半導体のため機械的な耐久性の心配もなく、静音、サイズ的にもコンパクトに抑えることができます。また、メカリレーにはない保護機能も付いているため、コストはその分少々高くなりますが、高い信頼性も担保できます。

以下の通り、メカヒューズ、メカリレー、IPDを比較した場合、IPDは半導体のためコストや設計工数はメカ部品に比べると多くなりますが、その分、限られたECUの面積において省スペースに貢献し、様々な付加機能により高い信頼性を担保することができます。

	メカヒューズ	メカリレー	IPD（半導体）
耐久性	×	△	〇
静音性	-	×	〇
コスト	〇	〇	△
サイズ	△	×	〇
設計工数	〇	〇	△

IPDの用途とメインアプリケーション

IPDは様々なアプリケーション向けにお使いいただけますが、特に以下のような車載アプリケーションにて多く採用されています。

スマートパワーディストリビューション
サイドミラー、リアウィンドウのデフォッガー
PTCヒーター
フロントウィンドウの除氷装置
シートヒーター
ブレーキ用電動バキュームポンプ
スターター用リレー
ファン

上記の通り、パワーディストリビューションやヒーティング関連のアプリケーションにて大電流のリレーやヒューズの代わりに使用されることが多いですが、電流量によってはIPDとMOSFETの組み合わせにより、小型ポンプ向けのDCブラシモーターの駆動にも使用できます。また、ライティング系のアプリケーションにも強く、LEDやバルブの駆動にも多く採用されているため、ボディー系のアプリケーションにおいてはマルチチャンネル品を含め非常に多くのIPDが使用されています。

IPDを使用したブロック図の例

IPDは主にボディー系のアプリケーションに多く採用されていると説明しましたが、一部抜粋して、こういった使い方もできるという例を紹介します。

上記のように電流の少ない逆転制御の不要なモーターの駆動にもIPDを検討いただけます。また、モーターが複数ある場合は2チャンネル品、4チャンネル品のラインナップで1パッケージで駆動することも可能です。
※上記は4チャンネル品での例になります

インフィニオン社製　車載IPDの特徴

約30年にわたるIPDの販売実績とテクノロジーの開発
低電流駆動品から非常に低いオン抵抗品までの広いラインナップ
Tj＝175℃対応のGrade 0のラインナップ
1チャンネル品と2チャンネル品のピン互換性
EMCに影響を与えずに高速スイッチング／スルーレートを実現
診断機能による負荷の駆動状況のフィードバックが可能
非常に低い不具合率を誇る高品質

Grade 0を含めた幅広いラインナップ

インフィニオンの最新のテクノロジーを用いたPROFET™＋2シリーズは12Vバッテリー向けに1チャンネル、2チャンネル、4チャンネル品を取りそろえ、加えてTj＝175℃に対応した

Grade 0製品もリリースしております。

1チャンネル品と2チャンネル品のピン互換性

1チャンネル品と2チャンネル品を同じ小型パッケージに収めることにより、設計途中でチャンネル数が増えてもピンコンパチで置き換えが可能となります。

診断機能について

PROFET™と呼ばれるInfineonのIPDのラインナップの中で、最新のハイサイドスイッチには保護機能の他に診断機能を搭載しております。この診断機能は、負荷に対する出力における異常状態のフィードバックだけでなく、Current Senseによって負荷に流れる電流量をフィードバックできます。

下図は、ハイサイドスイッチのデータシートより抜粋した参考回路になりますが、IS端子という端子からマイコンのADC(Analog Digital Converter)に信号を送ることでフィードバックとしております。IS端子からは負荷の状況に合わせた「電流」出力がされます。図中のR_SENSEとIS端子からの出力電流(=Is[A]と表記)によって、ADCにかかる電圧が決まります。

➀通常動作時（異常なし）
　Is＝I_L/k_ILIS・・・I_L=負荷に流れる電流[A]
　　　　　　　　　 k_ILIS=Is決定用定数(製品により異なる)　
　保護機能等でどの異常も検出していない場合、Isの出力電流は、負荷電流I_Lに比例した出力となります。

②過熱保護、過負荷保護作動時
　Is＝I_IS(FAULT)　過熱保護や過負荷保護などの、そのまま動作を続けると、IC破壊につながるような異常を検出すると、出力をOFFさせるとともに➀よりも高いIs＝I_IS(FAULT)を出力します。

他にも、出力がON/OFFされているときのオープンロードのケースでも、それに応じたフィードバック電流がIs端子より出力されます。

新たな付加機能 - Load Guard と Wire Guard

一般的な過熱保護、過電圧保護、過負荷保護などといった診断機能を保有しているIPDに加え、インフィニオン社では以下の製品群のラインナップも拡充しております。

PROFET™ Load Guard 12V
負荷と要求仕様に合わせて調整可能な過電流保護機能を備え、高い柔軟性とシステム保護を実現します。負荷駆動要件の変化に対する電流制限の適応性、製品ファミリー内でのピンや機能の互換性、またPROFET™+2 12Vデバイスとの互換性により、設計の工数を最小限に抑えることができます。特にADASシステムのカメラ、レーダー、センサーフュージョンなどのセンサー向けに最適な製品です。

PROFET™ Wire Guard 12V
ハードウェアベースのI²tワイヤー保護と調整可能な過電流検出を内蔵しております。統合されたI²tワイヤー保護により、PROFET™ Wire Guardは測定された電流を考慮してワイヤーへのストレスを正確に計算できます。また、ワイヤー保護のステータスをマイコンへフィードバックすることにより、システム動作を正確に監視することができます。