本发明涉及对负载驱动用的集成电路装置的改良，其具有半导体开关元件的集成电路，高频度地对电负载的通电电流进行通断控制，或者控制该通电电流的闭路时间与开关周期之比即通电占空比来调整控制负载电流，本发明尤其涉及能够应对与半导体开关元件有关的局部的异常产生、并能进行持续运转的负载驱动用的集成电路装置。
背景技术：
通过调整预先分割配置的多个开关元件的并联个数来匹配所需要的电流容量的负载驱动用的集成电路装置已被公众所知。例如，根据下述专利文献1的图2，公开了以下技术：当控制信号b的逻辑电平从“l”变为“h”时，负载驱动用的晶体管10上并联连接有晶体管7，串联晶体管11、12的选择也随之相应地进行，通过选择性地连接切换多个晶体管来增加或减少晶体管的并联连接数，从而使晶体管尺寸在外观上发生变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平07-263632号公报(摘要、图1、图2、第0027、0028段)
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
(1)现有技术的问题的说明
上述专利文献1所涉及的半导体集成电路的特征在于，例如当并联晶体管10发生断路异常时，只要使并联晶体管7变有效来作为取代其的代替元件，就能使异常发生状态看起来像恢复了一样。然而，当并联晶体管10发生短路异常时，无法用并联晶体管7来代替，因此在以异常恢复为目的的情况下，该专利文献1为不完美的结构。另外，当串联晶体管11、12的其中之一发生断路时，该电路将变无效，并成为无法恢复的结构。另外，这里所说的异常发生的原因之一例如是半导体集成电路的制造过程中在半导体芯片上附着了微粉尘，而在性能检查阶段未能检测出这一问题从而导致发生的初始故障或偶发性故障。异常发生的其它原因还有在组装了半导体集成电路装置的产品的实际使用阶段，因外部因素引起的过电压、过电流噪声等外部干扰应力而导致产生的劣化故障。
(2)本发明的目的的说明
本发明的目的在于，在将电负载驱动用的半导体开关元件分割成多个开关元件来进行设置的装置中，当某一个开关元件发生断路异常或短路异常时，切断该开关元件并保持继续运行，或者在有备用开关元件的情况下，能够替换成该备用元件。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的负载驱动用的集成电路装置包括：生成向电负载施加电源电压的指令信号即负载驱动指令son的运算控制电路部；与所述电负载的负侧负载布线或正侧负载布线串联连接并具有多个半导体开关元件的开关元件部；以及根据所述负载驱动指令son使所述多个半导体开关元件进行开关动作的监视控制电路部，且具有将所述开关元件部和所述监视控制电路部一体形成在半导体芯片上的开关元件集成电路，其中，所述开关元件部包括相互并联连接的至少第一开关电路部、第二开关电路部和第三开关电路部这3个以上的多个开关电路部，所述多个开关电路部分别具备相互串联连接的一对上侧开关元件和下侧开关元件即上下开关元件，并且具备连接点电位检测电路，该连接点电位检测电路生成与所述上侧开关元件和所述下侧开关元件的连接点电位相对应的输出电压，所述运算控制电路部具有适用电路选择单元，该适用电路选择单元从所述多个开关电路部中选择进行与所述负载驱动指令son相对应的负载电流通断动作的开关电路部即适用电路，在根据所述连接点电位检测电路的输出电压判定为所述上侧开关元件和所述下侧开关元件发生了元件断路异常或元件短路异常的情况下，将发生了异常的开关电路部从所述适用电路排除，并且在具有未被选择为所述适用电路的正常的开关电路部即备用电路的情况下，将该备用电路包含在所述适用电路中，所述监视控制电路部具备开关信号选择电路，该开关信号选择电路向所述适用电路选择单元所选择的所述适用电路的所述上下开关元件分配与所述负载驱动指令son相对应的开关指令信号。
发明效果
如上所述，本发明所涉及的负载驱动用的集成电路装置中，将负载驱动用的开关元件分割成多个开关元件来进行设置，并具备多个开关电路部，其由多对开关电路部相互并联连接而构成，其中，一对开关电路部由相互串联连接的上侧开关元件和下侧开关元件而构成，未被适用电路选择单元选择为适用电路的上下开关元件的开关指令信号被切断。因此，当一部分开关元件因集成电路制造过程中的微粉尘出现初始故障或偶发性故障时，若为断路异常，则将该开关元件从适用电路排除并替换为备用电路，若为短路异常，则将成对的串联开关元件开路并替换为备用电路，利用简单的控制单元就能自动地将发生故障的部位排除在适用电路以外并替换为备用电路，因此具有能够显著地提高集成电路装置的可靠度的效果。另外，在没有备用电路但使用的是预先留有几个作为余量的开关电路部的情况下，不需要进行替换为备用电路的处理。另外，还有以下辅助效果：与简单地将多个开关元件并联连接的情况相比，通过设置成对的串联开关元件，无需使用电流检测单元就能简单地判定是哪一个开关元件出现了短路异常或断路异常。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的负载驱动用的集成电路装置的整体电路框图。
图2是图1中的第一开关电路部的详细电路图。
图3是图1中的外部监视电路部的详细电路图和第一至第三开关电路部的构成配置图。
图4是图1中的监视控制电路部的整体电路框图和与运算控制电路部的连接构成图。
图5a是图4中的监视控制电路部到运算控制电路部的上行串行信号即串联监视信号的构成一览图。
图5b是图4中的运算控制电路部到监视控制电路部的下行串行信号即串联指令信号的构成一览图。
图5c是图4中的监视控制电路部到运算控制电路部的上行并行信号即并联监视信号的构成一览图。
图6是表示图1中的正常动作中的与开关电路部和外部监视电路部相关的监视输出的状态的一览图。
图7是表示与图4中的外部监视电路部相关的外部异常的类别和监视输出的状态的一览图。
图8a是与图7对应的外部监视电路部的异常判定结果的一览图。
图8b是与图6的第一开关电路部对应的异常判定结果的一览图。
图8c是与图6的第二开关电路部对应的异常判定结果的一览图。
图8d是与图6的第三开关电路部对应的异常判定结果的一览图。
图9a是图1中的运算控制电路部的动作说明用流程图的前段部。
图9b是图1中的运算控制电路部的动作说明用流程图的中段部。
图9c是图1中的运算控制电路部的动作说明用流程图的后段部。
图10是图4中的监视控制电路部的动作说明用的流程图。
图11是图4中的监视控制电路部的动作说明用的时序图。
图12是本发明的实施方式2所涉及的负载驱动用的集成电路装置的整体电路框图。
图13是表示图12中的监视、控制信号的系统的详细框图。
图14a是图12中的运算控制电路部的动作说明用流程图的前段部。
图14b是图12中的运算控制电路部的动作说明用流程图的中段部。
图14c是图12中的运算控制电路部的动作说明用流程图的后段部。
图15是图12中的监视控制电路部的动作说明用流程图。
具体实施方式
<实施方式1的详细说明>
(1)结构的详细说明
下面，对于本发明的实施方式1所涉及的负载驱动用的集成电路装置110a的整体电路框图即图1、图1中的第一开关电路部的详细电路图即图2、图1中的外部监视电路部的详细电路图以及第一至第三开关电路部的构成配置图即图3，详细说明其结构。图1中，开关元件集成电路200a在半导体芯片上一体地形成有具有多个半导体开关元件的开关元件部、监视控制电路部130a以及外部监视电路部190a，开关元件集成电路200a配置为与运算控制电路部120a协同工作，以在电负载100的下游位置对其负载电流进行通断控制。开关元件部具备相互并联连接的多个开关电路部uan(n＝40、50、60……)，图1中示出了第一开关电路部140a、第二开关电路部150a以及第三开关电路部160a这三个开关电路部。电负载100例如由未图示的车载电池经由设置在未图示的供电单元内的电源熔断器101、电源布线102p施加dc12v系统的电源电压vbb。电负载100的负侧负载布线102d经由后述的多个开关电路部uan可通断地连接在其与接地电路gnd之间。
另外，在电负载100为感应性负载的情况下，该电负载100与浪涌吸收电路104并联连接，作为该浪涌吸收电路104，在开关电路部uan切断负载电流时想要使负载电流缓慢衰减的情况下使用续流二极管，在想要使负载电流迅速衰减的情况下使用例如在施加了数十伏特的两端电压时导通的压敏电阻。因此，在使用续流二极管的情况下，开关电路部uan上产生的切断电压大致等于电源电压vbb，在使用压敏电阻的情况下，其切断电压成为与其工作电压相对应的数十伏特的值，开关电路部uan的开关损耗将变大。运算控制电路部120a与开关元件集成电路200a搭载在同一基板上，从未图示的恒压电源接受例如dc5v的稳压电压vcc进行动作。该运算控制电路部120a以与程序存储器pmem及ram存储器rmem协同工作的微处理器cpu为主体而构成。
构成开关元件集成电路200a一部分的监视控制电路部130a与运算控制电路部120a之间进行后述的监视、控制信号的交互，与相互并联连接的多个开关电路部uan(n＝40、50、60……)即第一开关电路部140a、第二开关电路部150a、第三开关电路部160a相连接。多个开关电路部uan分别如图2中所详述，包含相互串联连接的上侧开关元件tnu和下侧开关元件tnd即上下开关元件，在实施方式1中，各开关元件采用n沟道型场效应晶体管，并连接在电负载100的下游位置。外部监视电路部190a如图3中所详述，监视负侧负载布线102d的接地电位即负载布线电压vdd，判定负侧负载布线102d是否与接地电路gnd混合接触即有无接地短路异常、负侧负载布线102d是否与电源布线102p混合接触即有无电源短路异常、或者电负载100本身有无短路异常、以及负侧负载布线102d有无断路或电负载100本身内部有无断路即有无负载断路异常。另外，在负侧负载布线102d与电源布线102p及接地电路gnd之间，连接有上拉电路103u和下拉电路103d。
监视控制电路部130a和运算控制电路部120a包含串并联变换器spc，通过之后在图5a和图5c中进行阐述的上行通信和下行通信，对包含发送给微处理器cpu的串联监视信号和来自微处理器cpu的串联指令信号的串联指令监视信号ser进行信号的交互，并且监视控制电路部130a根据图5b中后述的4比特的并联监视信号par向微处理器cpu直接进行报告。此外，微处理器cpu还产生负载驱动指令son，并经由监视控制电路部130a对多个开关电路部uan内的上下开关元件进行开关控制，向哪一个开关元件发出开关信号预先由微处理器cpu根据串联指令信号ser指定。外部监视电路部190a生成过电流检测信号err并使监视控制电路部130a将所有开关元件开路，还向微处理器cpu发送过电流检测信号err，使微处理器cpu停止负载驱动指令son。另外，图1中示出了3个开关电路部，但实际上也可以构成为例如在3个或4个开关电路部的基础上再增加1个备用的开关电路部。
图2中，第一开关电路部140a包括：与上述负侧负载布线102d相连的负侧内部布线191、在负侧内部布线191与接地电路gnd之间串联连接的上侧开关元件t40u、下侧开关元件t40d、以及具有微小电阻值的分配电阻147a，上侧开关元件t40u与下侧开关元件t40d的连接点电位由连接点电位检测电路146进行检测。上侧闭路指令电路141u在上侧逻辑或电路142u的输出逻辑电平为“h”时，对上侧开关元件t40u进行闭路驱动，作为n沟道型场效应晶体管的上侧开关元件t40u的栅极端子与源极端子之间连接有上侧栅极电阻143u，漏极端子与源极端子之间连接有上侧并联电阻144u。下侧闭路指令电路141d在下侧逻辑或电路142d的输出逻辑电平为“h”时，对下侧开关元件t40d进行闭路驱动，作为n沟道型场效应晶体管的下侧开关元件t40d的栅极端子与源极端子之间连接有下侧栅极电阻143d，漏极端子与源极端子之间连接有下侧并联电阻144d。
连接至上侧逻辑或电路142u和下侧逻辑或电路142d各自的一个输入端子的上侧开关定时信号s40u和下侧开关定时信号s40d在负载驱动指令son的逻辑电平为“h”时，如之后图11中所述那样，在其整个期间或一部分期间或延长期间内，对被选择为适用的上侧开关元件t40u和下侧开关元件t40d进行闭路驱动。连接至上侧逻辑或电路142u和下侧逻辑或电路142d各自的另一个输入端子的上侧闭路指定信号d40u和下侧闭路指定信号d40d是构成为在负载驱动指令son的逻辑电平为“l”且没有进行电负载100的驱动时变为有效的异常检查用的开关信号，该异常检查分三种模式依次执行，该三种模式分别对应上侧闭路指定信号d40u和下侧闭路指定信号d40d均为开路指定的情况、其中一方进行闭路指定的情况、以及其中另一方进行闭路指定的情况。
施加电源电压vbb的上侧分压电阻145a、中间分压电阻145b、下侧分压电阻145c相互串联连接，上侧分压电阻145a与中间分压电阻145b的连接点电位例如是达到电源电压vbb的80％电平的上侧基准电位，中间分压电阻145b与下侧分压电阻145c的连接点电位例如是达到电源电压vbb的30％电平的下侧基准电位。上侧比较输出电路146u将上侧开关元件t40u与下侧开关元件t40d的连接点电位(以下称为监视电位)同上侧基准电位进行比较，当监视电位在上侧基准电位以上时生成逻辑电平为“h”的高电压的电位电平判定信号h40u。下侧比较输出电路146d对上述的监视电位与下侧基准电位进行比较，当监视电位在下侧基准电位以下时生成逻辑电平为“h”的低电压的电位电平判定信号h40d。中间电压判定电路146m在高电压侧和低电压侧的电位电平判定信号h40u、h40d的逻辑电平均为逻辑“l”时生成中间电压的电位电平判定信号h40m，由上侧比较输出电路146u、下侧比较输出电路146d和中间电压判定电路146m构成连接点电位检测电路146。
电流检测电路148a对分配电阻147a的两端电压和电流基准电压148b进行比较，当分配电阻147a中流过规定基准电流以上的电流时生成逻辑电平为“h”的电流检测信号h40e。另外，分配电阻147a与上侧或下侧开关元件t40u、t40d的内部电阻相同或在其以下，是电阻值会随着温度的增加而增加的具有正温度系数的布线电阻或引线接合的连接电阻，该分配电阻147a起到使多个开关电路部uan之间的负载电流的分担均等化的作用。另外，规定的基准电流设定为电负载100通电时的额定电流分配给所有开关电路部uan时的一个开关电路部的分担电流的50％电流，若上下的开关元件处于正常闭路状态，则流过分配电阻147a的分担电流为该基准电流以上的值。因此，当上下的开关元件都接收到开路指令时，若电流检测信号h40e的逻辑电平为“h”，则可检测出上下开关元件发生了短路异常。
另一方面，分配电阻147a还起到当电负载100的额定电流连续通电时过热熔断的熔断器的作用，若上下的开关元件发生短路，则分配电阻147a将熔断从而导致其两端电压增大，经由基极电阻149b使得熔断异常检测元件149a闭路，使连接至下侧比较输出电路146d的负侧输入端子的输入电阻149c的一端降低至接地电位，其结果是高电压和低电压的电位电平判定信号h40u、h40d均变为逻辑电平“h”，从而能够检测出该异常状态。因此，在分配电阻147a具有过热熔断功能的情况下，无需设置电流检测电路148a。分配电阻147a的上游端子经由前级加法电阻147b和后级加法电阻147c连接至过电流信号布线ocr，并输入至之后在图3中进行阐述的外部监视电路部190a。然而，当分配电阻147a过热熔断时，经由基极电阻149bb使得熔断异常检测元件149aa闭路，使前级加法电阻147b和后级加法电阻147c的连接点降低至接地电位，从而停止针对外部监视电路部190a的加法信号。
图3中，第一开关电路部140a、第二开关电路部150a和第三开关电路部160a连接至与图1所述的负侧负载布线102d相连的负侧内部布线191，各开关电路部采用与图2中所说明的第一开关电路部140a相同的结构。外部监视电路部190a主要由监视负侧内部布线191的电位电平的布线电位检测电路196、过电流检测电路198a构成。首先，施加电源电压vbb的上侧分压电阻195a、中间分压电阻195b、下侧分压电阻195c相互串联连接，上侧分压电阻195a与中间分压电阻195b的连接点电位例如是达到电源电压vbb的80％电平的上侧基准电位，中间分压电阻195b与下侧分压电阻195c的连接点电位例如是达到电源电压vbb的30％电平的下侧基准电位。上侧比较输出电路196u对负侧内部布线191的电位电平即监视电位与上侧基准电位进行比较，当监视电位在上侧基准电位以上时生成逻辑电平为“h”的高电压的电位电平判定信号h90u。下侧比较输出电路196d对上述的监视电位与下侧基准电位进行比较，当监视电位在下侧基准电位以下时生成逻辑电平为“h”的低电压的电位电平判定信号h90d。
中间电压判定电路196m在高电压侧和低电压侧的电位电平判定信号h90u、h90d的逻辑电平均为逻辑“l”时生成中间电压的电位电平判定信号h90m，由上侧比较输出电路196u、下侧比较输出电路196d和中间电压判定电路196m构成布线电位检测电路196。过电流检测电路198a将经由过电流信号布线ocr连接至多个开关电路部uan内的后级加法电阻147c、157c、167c(157c、167c未图示)的加法电阻197的两端电压同过电流检测单元198b进行比较，在分配电阻147a、157a、167a中流过的负载电流的总值达到规定的过大电流以上时，逻辑电平变为“h”，对触发器电路即过电流产生存储电路198c进行置位。另外，该过电流检测电路198a用于在多个开关电路部uan的闭路驱动过程中检测负侧负载布线102d与电源布线102p混合接触即发生了电源短路异常或电负载100发生了内部短路，作为比较判定基准的规定的过大电流高于电负载100的额定电流，并且是小于电源熔断器101的熔断容量的电流。
另外，过电流产生存储电路198c的置位输出成为过电流检测信号err并发送至微处理器cpu，微处理器cpu停止负载驱动指令son并且生成复位指令rst，从而将过电流产生存储电路198c复位。另外，当产生了过电流检测信号err时，经由基极电阻199b使得过电流异常检测元件199a闭路，连接至下侧比较输出电路196d的负侧输入端子的输入电阻199c的一端降至接地电位，其结果是，高电压和低电压的电位电平判定信号h90u、h90d的逻辑电平均变为“h”，从而能够检测出上述异常状态。
接下来，针对图1中的监视控制电路部的整体电路框图和运算控制电路部的连接构成图即图4，详细说明其结构。图4中示出了以下情况：当微处理器cpu生成的负载驱动指令son的逻辑电平为“h”时，根据缓冲元件131a的输出进行工作的电路模块133a～133d、132a进行动作，当负载驱动指令son的逻辑电平为“l”时，根据反相元件131b的输出进行工作的电路模块132b、134进行动作。非选择开路指令133a生成针对非选择电路(备用电路部或异常发生电路部)所适用的上下开关元件的开路指令信号。如图11所示，无效通断指令电路133b生成无效开关信号s10，其在负载驱动指令son变为闭路指令时立即变为闭路指令，在负载驱动指令son变为开路指令时等待对方侧开关元件切断负载电流所需要的时间过后，延迟地变成开路指令。有效通断指令电路133c生成有效开关信号s01，其在负载驱动指令son变为闭路指令时，等待对方侧开关元件的闭路动作完成之后，延迟地成为闭路指令，从而使负载电流开始流动，在负载驱动指令son变为开路指令时立即变为开路指令以切断负载电流。由此，有效开关信号s01使负载电流的通断动作得以进行，无效开关信号s10不使负载电流的通断动作得以进行。
公共开关指令133d生成公共开关信号s00，其在负载驱动指令son变为闭路指令时立即变为闭路指令，在负载驱动指令son变为开路指令时立即变为开路指令，从而使上下开关元件与负载驱动指令son的动作联动地进行开关。开关信号选择电路132a根据之后在图5b中进行阐述的来自微处理器cpu的下行串联指令信号ser，决定分配给上侧开关定时信号snu和下侧开关定时信号snd的指令信号的类别。此外，当上下串联开关元件的其中一个开关元件即时闭路且延迟开路，另一个开关元件延迟闭路且即时开路时，负载电流的通断动作由该另一个开关元件专门执行，而上述其中一个开关元件对通断动作并无贡献。因此，被分配了有效开关信号s01的开关元件会产生开关损耗，被分配了无效开关信号s10的开关元件不产生开关损耗而被保留。与此相对，在使用公共开关信号s00的情况下，上下开关元件同时进行负载电流的通断动作，开关损耗被两者分担，但分担的比例并不均等，多少会产生偏差。
检查信号发生电路132b在针对上侧开关元件tnu的上侧闭路指定信号dnu、针对下侧开关元件tnd的下侧闭路指定信号dnd的逻辑电平的组合为(dnu＝“l”、dnd＝“l”)的第一模式、上述组合为(dnu＝“l”、dnd＝“h”)的第二模式、上述组合为(dnu＝“h”、dnd＝“l”)的第三模式下依次产生开关指令信号。异常判定处理部134根据提供给上下开关元件的闭路指定信号dnu、dnd的逻辑电平与包含三种电位电平判定信号hnu、hnm、hnd或电流检测信号hne的监视信号的逻辑电平的组合，基于图8a～图8d所示的真值表来判定各部有无异常，并将该判定结果利用图5a所示的上行串联监视信号ser和图5c所示的上行并联监视信号par发送给微处理器cpu。
接下来，对图4中的监视控制电路部到运算控制电路部的上行串行信号即串联监视信号ser的构成一览图即图5a、运算控制电路部到监视控制电路部的下行串行信号即串联指令信号ser的构成一览图即图5b、监视控制电路部到运算控制电路部的上行并行信号即并联监视信号par的构成一览图即图5c进行说明。图5a中，上行串行信号的比特b0～b11指定了第一、第二、第三开关电路部140a、150a、160a的上下开关元件是正常还是异常的区分，还指定了如果异常则是短路异常还是断路异常的区分。此外，比特b12～b15示出了各开关电路部被选择为适用还是停止了工作。例如，若b0＝0，b1＝1，b2＝0，b3＝0，则示出了上侧开关元件t40u断路，但下侧开关元件t40d正常，若b12＝0，则示出了第一开关电路部140a处于非适用休止状态。另外，串行信号的比特数会随着开关电路部的总数增加而相应增多，然而此处对总数为3个的情况进行了说明。
图5b中示出分别对应于第一、第二、第三开关电路部140a、150a、160a而下行发送的2比特选择指令信号。比特b0、b1是对应于第一开关电路部140a的选择指令信号，比特b2、b3是对应于第二开关电路部150a的选择指令信号，比特b4、b5是对应于第三开关电路部160a的选择指令信号。比特b0和b1、b2和b3、b4和b5表示以对应于第一、第二、第三开关电路部的下侧开关定时信号snd或上侧开关定时信号snu为对象，例如在适用分类a即比特b0(或b2、b4)的逻辑为0且比特b1(或b3、b5)的逻辑为0的情况下，下侧开关定时信号s40d(或s50d、s60d)和上侧开关定时信号s40u(或s50u、s60u)均为开路指令信号，在适用分类b即比特b0(或b2、b4)的逻辑为1且比特b1(或b3、b5)的逻辑为0的情况下，下侧开关定时信号s40d(或s50d、s60d)成为选择有效开关信号s01的指令，上侧开关定时信号s40u(或s50u、s60u)成为选择无效开关信号s10的指令，在适用分类c即比特b0(或b2、b4)的逻辑为0且比特b1(或b3、b5)的逻辑为1的情况下，下侧开关定时信号s40d(或s50d、s60d)成为选择无效开关信号s10的指令，上侧开关定时信号s40u(或s50u、s60u)成为选择有效开关信号s01的指令。在适用分类d即比特b0(或b2、b4)的逻辑为1且比特b1(或b3、b5)的逻辑为1的情况下，下侧开关定时信号s40d(或s50d、s60d)和上侧开关定时信号s40u(或s50u、s60u)成为选择公共开关信号s00的指令。
图5c中，并联监视信号par的比特b0、b1、b2表示负侧负载布线102d有无接地短路异常、有无电源短路异常、有无断路异常，以作为外部监视电路部190a的外部诊断结果，并且在比特b3的逻辑为0时，表示多个开关电路部uan全部正常，若b3＝1，则表示多个开关电路部uan中某一个异常。另外，监视控制电路部130a将b0～b3的逻辑预先设为“1”，直至检查信号发生电路132b和异常判定处理部134所进行的所有开关电路部的初始检查完成为止。此外，串行下行信号可随时通过微处理器cpu来发送，但上述串行信号根据来自微处理器cpu的发送请求进行回复。然而并行上行信号可随时发送而无需来自微处理器cpu的发送请求，可由微处理器cpu随时进行监控，在微处理器cpu根据并行上行信号掌握到发生了异常的情况下，发出上行串行信号的发送请求，从而能够识别是哪一个开关电路部发生了异常。
(2)作用、动作的详细说明
下面，在如图1那样构成的本发明的实施方式1所涉及的负载驱动用的集成电路装置110a中，对于表示与正常动作中的开关电路部和外部监视电路部相关的监视输出的状态的图6、表示与外部监视电路部相关的外部异常的类别和监视输出的状态的图7、外部监视电路部的异常判定结果的一览图即图8a、第一～第三开关电路部的异常判定结果的一览图即图8b～图8d进行详细说明。首先，图1中，当未图示的电源开关闭合时，未图示的主电源继电器的输出触点闭合，未图示的恒压电源电路产生稳定电压vcc，从而作为运算控制电路部120a内的主体要素的微处理器cpu开始控制动作。其结果是，未图示的负载电源继电器通电，从而向电负载100提供电源电压vbb。此外，微处理器cpu还根据未图示的传感器组的动作状态、和存储在非易失性程序存储器pmem内的控制程序的内容，生成负载驱动指令son，对电负载100进行负载电流的通断控制。
后文中将进行详细说明的开关元件集成电路200a的监视控制动作的大概情况如下所述。构成开关元件集成电路200a的监视控制电路部130a和多个开关电路部uan判定设置在各开关电路部内的上侧开关元件tnu和下侧开关元件tnd有无断路或短路异常，并将该判定结果报告给运算控制电路部120a(元件异常判定)。运算控制电路部120a具备适用电路选择单元，其将发生了异常的开关电路部排除在适用电路以外，并替换成备用电路等(适用电路选择)。监视控制电路部130a具备开关信号选择电路，对被选择为适用电路的开关电路部分配开关信号(开关信号分配)。开关信号的种类有与负载驱动指令son的逻辑动作联动地使上下开关元件同时开关的公共开关信号s00、或者延迟闭路且即时开路的有效开关信号s01、即时闭路且延迟开路的无效开关信号s10等。外部监视电路部190a监视负载布线有无电源短路异常、接地短路异常、短路异常、断路异常，并将异常发生信息报告给运算控制电路部120a(外部异常诊断)。
图6中的一览图示出了当第一开关电路部140a是要进行驱动的适用电路1、第二开关电路部150a是要进行驱动的适用电路2、第三开关电路部150a作为备用电路不进行驱动时的、与下侧闭路指定信号dnd(n＝40、50、60，以下相同)的逻辑电平和上侧闭路指定信号dnu的逻辑电平相对应的上侧开关元件tnu和下侧开关元件tnd的开关状态，例如d40u＝h时，t40u闭路，d40u＝l时，t40u开路。其它开关元件也一样，dnu＝h时，tnu闭路，dnu＝l时，tnu开路。此外，如图6的上段部所示，上下开关元件tnu、tnd都闭路时，其连接点电位为接地电平，低电压的电位电平判定信号hnd的逻辑电平为“h”，其它判定信号hnm、hnu的逻辑电平为“l”，并且电流检测信号hne的逻辑电平为“h”。然而，如图6的下段部所示，上下开关元件tnu、tnd都开路时，其连接点电位为中间电平，中间电压的电位电平判定信号hnm的逻辑电平为“h”，其它判定信号hnd、hnu的逻辑电平为“l”，并且电流检测信号hne的逻辑电平为“l”。
另一方面，在上下开关元件tnu、tnd都闭路从而对电负载100进行正常驱动时，由于负侧负载布线102d的电位为接地电平，因此外部监视电路部190a的电位电平判定信号h90d、h90m、h90u中只有低电压的电位电平判定信号h90d的逻辑电平为“h”，其它判定信号h90u、h90m的逻辑电平为“l”。同样地，在上下开关元件tnu、tnd都开路从而电负载100处于非驱动状态时，由于负侧负载布线102d的电位为电源电压电平，因此外部监视电路部190a的电位电平判定信号h90d、h90m、h90u中只有高电压的电位电平判定信号h90u的逻辑电平为“h”，其它判定信号h90m、h90d的逻辑电平为“l”。
图7中，外部监视电路部190a的高电压的电位电平判定信号h90u的逻辑电平本来在上下开关元件tnu、tnd开路从而电负载100处于正常非驱动状态时为“h”，但若负侧负载布线102d发生电源短路异常，则无论电负载100处于非驱动状态还是处于驱动状态，其逻辑电平均为“h”，从而能够检测出异常。另外，外部监视电路部190a的中间电压的电位电平判定信号h90m的逻辑电平通常都不为“h”，若在上下开关元件tnu、tnd开路从而电负载100处于非驱动状态时发生负载断路异常，则其逻辑电平变为“h”，从而能够检测出异常。另外，外部监视电路部190a的低电压的电位电平判定信号h90d在电负载100处于非驱动状态时其逻辑电平通常为“l”，但当负侧负载布线102d发生接地短路异常时，其逻辑电平变为“h”，从而能够检测出异常。其中，上下开关元件的短路异常和负侧负载布线102d的接地短路异常的识别根据电流检测信号hne的逻辑状态来进行识别，若开关元件上下短路，则电流检测信号hne的逻辑电平变为“h”。
图8a中，负侧负载布线102d或电负载100的异常如下地发生。首先，在电负载100处于非驱动状态、且上下开关元件tnu、tnd中的至少一方开路时，若是负载断路，则中间电压的电位电平判定信号h90m的逻辑电平变为“h”，若是负侧负载布线102d的接地短路异常，则低电压的电位电平判定信号h90d的逻辑电平变为“h”。另外，在电负载100处于驱动状态、且上下开关元件tnu、tnd双方都闭路时，若负侧负载布线102d发生电源短路异常，则会产生过电流检测信号err，从而检测出该异常。
图8b～图8d中，上侧开关元件tnu、下侧开关元件tnd有无短路异常或断路异常按照下述来进行判定。首先，当上下开关元件tnu、tnd均为开路指令时，若高电压的电位电平判定信号hnu的逻辑电平为“h”，则上侧开关元件tnu发生短路异常，若低电压的电位电平判定信号hnd的逻辑电平为“h”，则下侧开关元件tnd发生短路异常。而当仅下侧开关元件tnd为闭路指令时，若中间电压的电位电平判定信号hnm的逻辑电平为“h”，则下侧开关元件tnd发生断路异常，当仅上侧开关元件tnu为闭路指令时，若中间电压的电位电平判定信号hnm的逻辑电平为“h”，则上侧开关元件tnu发生断路异常。
另外，在上下开关元件tnu、tnd均为闭路指令时，若高电压的电位电平判定信号hnu的逻辑电平为“h”，则下侧开关元件tnd发生断路异常，若中间电压的电位电平判定信号hnm的逻辑电平为“h”，则上下两个开关元件发生断路异常，若低电压的电位电平判定信号hnd的逻辑电平为“h”，则上下两个开关元件正常。另外，若设置有电流检测信号hne，则当上下开关元件tnu、tnd均发生短路异常时电流检测信号hne的逻辑电平将变为“h”，从而能够检测出这一异常。另外，当分配电阻147a、157a、167a中的任一个熔断时，发生了熔断的开关电路部的高电压及低电压的电位电平判定信号hnu、hnd的逻辑电平均变为“h”，从而能够检测出熔断。
接下来，对于图1中的运算控制电路部的动作说明用流程图的前段部、中段部和后段部即图9a、图9b、图9c进行详细说明。图9a中，工序900是微处理器cpu的动作开始工序。接下来的工序901a是如下判定步骤：即，判定是否是运转开始后的初次通过工序，若是初次，则判定为“是”并转移至工序901b，若不是初次，则判定为“否”并转移至工序902。工序901b是停止负载驱动指令son(使其逻辑电平变为“l”)，根据并联监视信号par和串联监视信号ser读取出监视控制电路部130a的同时检查的结果，然后根据串联指令信号ser发送选择指令信号的步骤。工序902是读取图5c所示的并联监视信号par并根据需要读取图5a的详细信息的步骤，是在工序901b或工序902之后经由中继端子b转移至图9b的工序911的步骤。
图9b中，工序911是根据工序902中读取出的开关元件集成电路200a的状态进行工作，在进行适用电路的变更时判定为“是”并转移至工序912，在不进行变更时判定为“否”并转移至工序916的判定步骤。工序912是在有备用电路的情况下判定为“是”并转移至工序913，在没有备用电路的情况下判定为“否”并转移至工序914的判定步骤。工序913中，根据图5b所示的串联指令信号ser，指定针对下侧开关定时信号snd和上侧开关定时信号snu的开关信号的类别，然后转移至工序916。工序914是判定是否将上下开关元件中一方处于短路状态而另一方为正常状态的半损开关电路部恢复利用为适用电路，在恢复利用时判定为“是”并转移至工序915，在不进行恢复利用时判定为“否”并转移至工序916的判定步骤。工序915中，根据图5b所示的串联指令信号ser，指定针对要恢复利用的半损开关电路部的下侧开关定时信号snd和上侧开关定时信号snu的开关信号的类别，然后转移至工序916。工序916是计算当前适用的有效的开关电路部的个数并转移至工序917的步骤。
工序917是在适用个数小于恰当个数时抑制负载驱动指令son的通电占空比、或者抑制负载驱动指令son的通断频度并经由中继端子c转移至图9c的工序903a的步骤。另外，工序911至工序917的工序模块919为适用电路选择单元，工序913为备用电路选择单元，工序915为恢复电路选择单元，工序917为通电抑制单元，恢复电路选择单元915、通电抑制单元917用作为异常情况下的应急运转单元。
图9c中，工序903a是判定外部监视电路部190a生成的中断信号即过电流检测信号err有没有产生，当接收到过电流检测信号err时判定为“是”并转移至工序903b，在没有接收到时判定为“否”并转移到工序904a的判定步骤。工序903b中，停止负载驱动指令son并且在之后的工序903bb中生成复位指令rst，对外部监视电路部190a内的过电流发生存储电路198c进行复位，然后转移至动作结束工序910。包含工序903b和工序903bb的工序模块903c为异常发生处理单元。工序904a中，根据未图示的外部传感器的动作状态等判定是否是生成负载驱动指令son的时期，在不是生成时期的情况下判定为“否”并转移至工序904b，使负载驱动指令son的逻辑电平为“l”，在是生成时期的情况下判定为“是”并转移至工序904c，使负载驱动指令son的逻辑电平为“h”，之后转移至动作结束工序910。动作结束工序910中，在执行了其它控制程序之后，于规定时间内回到动作开始工序900，并反复执行之后的控制程序。
接下来，对图4中的监视控制电路部的动作说明用的流程图即图10进行详细说明。另外，监视控制电路部130a由不包含微处理器的逻辑电路构成，在以下说明的流程图中，以等效的形式表现该逻辑电路的作用动作。图10中，工序1000a是监视控制电路部130a根据开关元件集成电路200a上施加了电源电压vbb这一情况而开始动作的步骤，动作开始时刻的并联监视信号par处于所有比特b0～b3的逻辑值全为1的初始状态。之后的工序1000b是当并联监视信号par处于初始状态时判定为“是”并转移至工序1003a，当不处于初始状态时判定为“否”并转移至工序1001a的判定步骤。
工序1003a中，在确认了负载驱动指令son为开路指令之后，转移至工序1003b，在工序1003b中，图4的检查信号发生电路132b首先在(l，l)、(l，h)、(h，l)三种模式下依次生成与第一开关电路部140a相关的上侧闭路指定信号d40u和下侧闭路指定信号d40d，然后依次生成与第二开关电路部150a相关的(d50u，d50d)的三种模式信号，进一步在依次生成与第三开关电路部160a相关的(d60u，d60d)的三种模式信号，并如图8b～图8d所示，将生成的各模式与图4中的异常判定处理部134的电位电平判定信号hnu、hnm、hnd进行对比，判定上侧及下侧开关元件tnu、tnd有无断路异常或短路异常，并依次转移至工序1004a，在工序1004a中如图8a所示，将各模式下的各开关元件的指令状态和外部监视电路部190a的电位电平判定信号h90u、h90m、h90d进行对比，判定有无外部异常。之后的工序1004b中，更新并联监视信号par的内容并转移至工序1005a。
工序1001a是判定有无基于图9a的工序901b或图9b的工序913、915的选择指令生成的串联指令信号ser，在有选择指令的情况下判定为“是”并转移至工序1001b，在没有选择指令的情况下判定为“否”并转移至工序1002a的判定步骤。工序1001b中，根据图5b的串联指令信号ser的内容，使图4中的开关信号选择电路132a的选择门电路动作并转移至工序1002a。工序1002a是负载驱动指令son为闭路指令(逻辑“h”)时判定为“是”并转移至工序1002b，为开路指令(逻辑“l”)时转移至工序1003a的判定步骤。另外，在从工序1002a转移至工序1003a的情况下，通过未图示的判定流程来对第一开关电路部140a和外部监视电路部190a进行异常检查，当负载驱动指令son暂时变为闭路指令然后再次变为开路指令时，对第二开关电路部150a和外部监视电路部190a进行异常检查，此外当负载驱动指令son变为再开路指令时，对第三开关电路部160a和外部监视电路部190a进行异常检查，之后重复上述交替动作。
工序1002b是根据图4中的非选择开路指令133a、无效通断指令电路133b、有效通断指令电路133c、公共开关指令133d，来生成开路指令信号、无效开关信号s10、有效开关信号s01和公共开关信号s00，并通过开关信号选择电路132a将这些信号分配给上侧及下侧开关定时信号snu、snd的步骤，这里的分配内容基于图5b的串联指令信号ser。之后的工序1002c中，在工序1002b中生成的开关指令信号被提供给该工序1002b中所分配的上下开关元件，相关开关元件进行闭路驱动，然后转移至工序1005a。工序1005a是根据工序1004b中并联监视信号par有没有包含异常发生信息、或者外部监视电路部190a有没有生成过电流检测信号err，从而判定有没有发生异常，在发生异常的情况下判定为“是”并转移至工序1005b，在没有发生异常的情况下判定为“否”并转移至工序1006的判定步骤。
工序1005b中，更新并存储图5a所示的串联监视信号ser的内容，并且在外部监视电路部190a产生了过电流检测信号err的情况下立即将所有的开关指令信号变更为开路指令，然后回到工序1001a。工序1006中，若有来自微处理器cpu的发送请求，则判定为“是”并转移至工序1007，若没有发送请求，则判定为“否”并回到工序1001a。工序1007中，发送串联监视信号ser后回到工序1001a。另外，工序1003b是开路指令时的异常检测单元(异常判定处理部)，工序1004a是外部监视异常判定单元，工序1005b是异常发生应对单元。
接下来，对图4中的监视控制电路部的动作说明用的时序图即图11进行详细说明。图11中，示出了第1行的负载驱动指令son为闭路指令时逻辑电平变成“h”、为开路指令时逻辑电平变成“l”的时序图。第2行的上侧开关定时信号s40u提供无效开关信号s10，该无效开关信号s10是与负载驱动指令son同时变为闭路信号又比负载驱动指令son延迟变为开路信号的即时闭路且延迟开路的开关信号，该开路延迟时间是相当于即时开路的对方侧开关元件的电流切断所需时间的时间。第3行的下侧开关定时信号s40d提供有效开关信号s01，该有效开关信号s01是比负载驱动指令son延迟变为闭路信号又与负载驱动指令son同时变为开路信号的延迟闭路且即时开路的开关信号，该闭路延迟时间是相当于即时闭路的对方侧开关元件的闭路所需时间的时间。
另外，串联连接的上下开关元件中的负载电流通过后闭路的开关元件开始通电，通过先开路的开关元件切断电流，因此，被施加了作为无效开关信号s10的上侧开关定时信号s40u的上侧开关元件t40u是不参与负载电流的通断动作从而不发生开关损耗的开关元件。与此相对，被施加了作为有效开关信号s01的下侧开关定时信号s40d的下侧开关元件t40d成为进行负载电流的有效通断动作从而随之产生开关损耗的开关元件。第4行的上侧开关定时信号s50u在前半时间段中提供无效开关信号s10，在对方侧的下侧开关元件t50d发生了短路异常的后半时间段内提供开路指令。倒数第3行的下侧开关定时信号s50d在前半时间段内提供有效开关信号s01，在作为对象的下侧开关元件t50d发生了短路异常的后半时间段内尽管提供了开路指令但仍然保持闭路状态。
倒数第2行的上侧开关定时信号s60u在前半时间段内提供开路指令信号(或后述的特别闭路信号s11)，在下侧开关元件t50d发生了短路异常的后半时间段内提供无效开关信号s10。最后1行的下侧开关定时信号s60d在前半时间段内提供开路指令信号(或后述的特别闭路信号s11)，在下侧开关元件t50d发生了短路异常的后半时间段内提供有效开关信号s01。因此，最开始第一开关电路部140a和第二开关电路部150a被选择适用为适用电路，第三开关电路部160a作为备用电路，而随着第二开关电路部150a的下侧开关元件t50d发生短路异常，将与之成对的上侧开关元件t50u开路而作为异常电路被排除在适用电路之外并被切断连接，之后作为备用电路保留的第三开关电路部160a被选为适用电路。
另外，特别闭路信号s11随着负载驱动指令son的闭路比有效开关信号s01更延迟地闭路，随着负载驱动指令son的开路(图中虚线位置)立即开路，但有效开关信号s01比特别闭路信号s11延迟地开路，无效开关信号s10更加延迟地开路。通过设置这样的特别闭路信号s11，在其它上下开关元件中的某一对闭路后，被施加了特别闭路信号s11的上下开关元件闭路，并且在其它上下开关元件开路之前，被施加了特别闭路信号s11的上下开关元件开路，因此，被施加了特别闭路信号s11的上下开关元件不会因负载电流的通断动作产生开关损耗而被保留。但在闭路后，会与其它开关元件协同动作来分担负载电流的通电。
此外，在以上的说明中，当上下开关元件中的一方发生短路时，将另一方的开关元件开路并切断异常电路部，向异常电路部的上下开关元件提供开路指令信号，但在想要恢复利用上述半损开关电路部的情况下，只要向正常侧开关元件施加有效开关信号s01，向短路异常侧的开关元件施加无效开关信号s10(或可以是开路指令信号、闭路指令信号)即可。另外，监视控制电路部130a、多个开关电路部uan以及外部监视电路部190a一体形成为一个集成电路，图中所示的分界是为了方便说明，彼此间并不存在特殊的边界线。另外，关于彼此的信号交互可以考虑各种实施方式，这里所示的是以能够简单地进行说明为宗旨的方式。
(3)实施方式1的要点及特征
通过以上说明可知，本发明的实施方式1所涉及的负载驱动用的集成电路装置110a包括：生成向电负载100施加电源电压vbb的指令信号即负载驱动指令son的运算控制电路部120a；与所述电负载的负侧负载布线102d串联连接并且具有多个半导体开关元件的开关元件部；以及根据所述负载驱动指令son使所述多个半导体开关元件进行开关动作的监视控制电路部130a，且具有将所述开关元件部及所述监视控制电路部130a一体形成在半导体芯片上的开关元件集成电路200a，其中，所述开关元件部具备相互并联连接的至少第一开关电路部140a、第二开关电路部150a及第三开关电路部160a这三个以上的多个开关电路部uan(n＝40、50、60……)。
而且，所述多个开关电路部uan分别具备由相互串联连接的一对上侧开关元件t40u、t50u、t60u(以下记为tnu)和下侧开关元件t40d、t50d、t60d(以下记为tnd)构成的上下开关元件，并且具备生成与所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd的连接点电位相对应的输出电压的连接点电位检测电路146、156、166，所述运算控制电路部120a具有适用电路选择单元919，其从所述多个开关电路部uan中选择进行与所述负载驱动指令son相对应的负载电流的通断动作的开关电路部即适用电路，当根据所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压判定为所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd发生了元件断路异常或元件短路异常时，将发生了异常的开关电路部从所述适用电路排除，并且在具有未被选择为所述适用电路的正常的开关电路部即备用电路的情况下，将该备用电路包含在所述适用电路内，所述监视控制电路部130a具备开关信号选择电路132a，其向所述适用电路选择单元919所选择的所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd分配与所述负载驱动指令son相对应的开关指令信号。
所述开关信号选择电路132a向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd施加根据所述负载驱动指令son在同一定时产生的公共开关信号s00即上侧开关定时信号snu和下侧开关定时信号snd，或者所述开关信号选择电路132a具备有效通断指令电路133c和无效通断指令电路133b，其中，所述有效通断指令电路133c向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方生成有效开关信号s01，该有效开关信号s01根据所述负载驱动指令son的逻辑电平延迟闭路且即时开路、或者在至少所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的另一方进行开关动作时变为开路状态，所述无效通断指令电路133b向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的另一方生成无效开关信号s10，该无效开关信号s10根据所述负载驱动指令son的逻辑电平即时闭路且延迟开路、或者在至少所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方开路的期间内进行开关动作，所述无效开关信号s10是对所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方生成的上侧开关定时信号snu或下侧开关定时信号snd，所述有效开关信号s01是对所述适用电路的所述上下开关元件中的另一方生成的上侧开关定时信号snu或下侧开关定时信号snd。
如上所述，根据本发明的第二方面，具备无效通断指令电路和有效通断指令电路，并施加公共开关信号，使得在串联连接的上侧开关元件和下侧开关元件中的一方进行负载电流的通断动作时，另一方处于闭路状态，或者上下开关元件同时进行负载电流的通断动作。因此，具有如下特征：在电负载是感应性负载而没有并联连接续流二极管但并联连接了高电压的浪涌吸收二极管的情况下，进行有效通断动作的多个开关元件的两端电压使成对地进行无效通断动作的串联开关元件预先闭路，因此，电流切断时产生的高电压都是同一电压，由此，能够抑制各开关元件的开关损耗的偏差变动，并且进行无效通断动作的开关元件不会产生开关损耗，因而能够消除其伴随通断动作产生的应力而被保留。
另外，具有以下特征：闭路动作时也同样能够抑制进行有效通断动作的多个开关元件的开关损耗的偏差变动，并且进行无效通断动作的开关元件也不产生开关损耗，闭路状态下的并联电路的电流分配相比于分立电路方式，通过在集成电路元件内部进行均匀配置和均匀布线，也能抑制偏差变动，并能进行分散，以使得对于特定的开关元件不会分担过度的负载电流、开关损耗不会集中。而且，具有如下特征：在无效开关信号是即时闭路且延迟开路的情况下，当上下开关元件的闭路驱动过程中有效开关元件发生了短路异常时，在经过了负载驱动指令刚解除后的延迟时间之后，由无效开关元件来进行负载电流的切断，因此与检测出有效开关元件的短路异常后使无效开关元件开路的情况相比，具有能够迅速地切断负载电流、并且能够缩短全部负载电流集中流过发生了异常的开关电路部的时间。另外，在低电压下工作的电负载并联连接了续流二极管的情况下，即使利用公共开关信号使上下开关元件双方即时闭路且即时开路，由于各开关元件的开路电压较低，因此开关损耗本身较小，损耗分担不均匀也不成问题。这在实施方式2中也相同。
所述开关信号选择电路132a使针对未被选择为所述适用电路的所述备用电路的所述上下开关元件tnu、tnd的上侧开关定时信号snu及下侧开关定时信号snd成为均处于开路指令状态、或者比所述有效开关信号s01的闭路和开路延迟闭路且提前开路的特别闭路信号s11，在所述备用电路被选择为所述适用电路之后，将针对所述上下开关元件tnu、tnd中的一方的开关定时信号切换为所述无效开关信号s10，将针对另一方的开关定时信号切换为所述有效开关信号s01。
如上所述，根据本发明的第三方面，针对未被选择为适用电路的备用电路的开关指令信号设为使上下开关元件均为开路指令、或者提供不使负载电流的通断动作变有效的特别闭路信号。因此，具有如下特征：在提供了特别闭路信号的情况下，非选择备用电路不参与负载电流的通断动作，但闭路状态下的负载电流却与其它适用电路同样地进行分担，从而能够抑制各开关元件的分担电流。另外，具有如下特征：在上下开关元件均为开路指令的情况下，非选择预备电路中就不会产生因负载短路异常导致的闭路动作过程中的临时性过大电流应力，能够将其作为合格电路部而保留。这在实施方式2中也相同。
所述适用电路选择单元919将所述上下开关元件均正常的开关电路部选择为所述适用电路，并且具备恢复电路选择单元915，其将所述上下开关元件中的至少一方发生所述元件断路异常的断路开关电路部从所述适用电路选出并排除，将所述上下开关元件中的一方发生所述元件短路异常且另一方正常的半损开关电路部恢复选择为所述适用电路，所述开关信号选择电路132a向所述适用电路选择单元919所选择的所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方施加所述无效开关信号s10，向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的另一方施加所述有效开关信号s01，并且根据所述恢复电路选择单元915进行工作，在恢复选择前使所述上侧及下侧开关定时信号snu、snd均为开路指令状态，而在恢复选择后向所述上下开关元件tnu、tnd中任一正常侧的一方施加所述有效开关信号s01，向所述上下开关元件tnu、tnd中发生了短路异常的一侧的另一方施加开路指令信号、闭路指令信号或所述无效开关信号s10。
如上所述，根据本发明的第四方面，向正常的开关电路部的下侧或上侧开关元件(例如下侧)施加无效开关信号，向上侧或下侧开关元件(例如上侧)施加有效开关信号，将半损开关电路部恢复选择为适用电路之前的开关信号设为开路指令，在进行了恢复选择之后向非短路正常侧的开关元件(例如下侧)施加有效开关信号。因此，具有如下特征：恢复选择后的开关电路部的上侧或下侧的正常侧开关元件(例如下侧)能够与其它开关电路部的正常的上侧或下侧开关元件(例如上侧)协同工作，以同一定时分担执行负载电流的通断动作。这在实施方式2中也相同。
所述运算控制电路部120a具备有效电路数量计算单元916和通电抑制单元917，所述有效电路数量计算单元916计算被所述适用电路选择单元919选择为所述适用电路且进行正常动作的开关电路部的有效个数，所述通电抑制单元917在由所述有效电路数量计算单元916计算出的所述有效个数小于恰当个数时，根据所述有效个数与恰当个数之比对所述有效开关信号的闭路时间与开关周期之比即通电占空比或开关频度进行减法修正，所述恰当个数被预先设定为在没有因异常判定而被选择排除的情况下被选择为所述适用电路的开关电路部的个数。
如上所述，根据本发明的第五方面，有效开关信号的通电占空比或开关频度根据被选择适用的开关电路部的有效个数进行减法修正。因而，具有如下特征：在因外部布线、电负载的异常等导致多个开关电路部有部分损坏，即使使用备用电路也无法得到所需的电流容量或耐热容量时，能够进行抑制负载电流或抑制开关频度的限制运转。这在实施方式2中也相同。
所述多个开关电路部uan分别包括：针对所述上侧开关元件tnu的上侧并联电阻144u、154u、164u、针对所述下侧开关元件tnd的下侧并联电阻144d、154d、164d、以及检测所述上侧开关元件tnu与所述下侧开关元件tnd的所述连接点电位的所述连接点电位检测电路146、156、166，所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压根据所述上下开关元件tnu、tnd仅其中一方闭路的闭路状态、仅另一方闭路的闭路状态、以及双方开路的开路状态而分别成为不同的预先设定的值，所述监视控制电路部130a具备异常判定处理部134，所述异常判定处理部134将针对所述上下开关元件tnu、tnd的开关指令的状态与所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压的状态进行对比，对所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd有没有发生所述元件断路异常或所述元件短路异常分别进行判定。
如上所述，根据本发明的第六方面，多个开关电路部分别具有上侧并联电阻、下侧并联电阻和连接点电位检测电路，并且监视控制电路部具备开路指令时的异常检测单元，其将针对多个开关电路部的指令信号的状态和从对应的开关电路部的连接点电位检测电路获得的状态信号进行对比，对各开关电路部内的各开关元件有没有发生元件短路异常或元件断路异常分别进行检测。因而，具有如下特征：在针对电负载的供电驱动过程中，不进行各开关元件的开路动作的确认，因此无需特意停止供电，而在停止供电的状态下，各开关元件不会同时闭路，可分别进行开关动作的确认，因此，无需特意进行电负载的供电驱动，如果一方开关元件处于短路异常的状态，那么能够不对另一方开关元件进行闭路驱动。另外，即使在一方开关元件处于短路异常的状态下，为了进行异常检测而将另一方开关元件在一瞬间进行闭路驱动，也能够限制闭路驱动时间，由此使得电负载也不会被实质性地驱动。
所述多个开关电路部uan分别具备与所述上下开关元件tnu、tnd进一步串联连接的分配电阻147a、157a、167a，所述分配电阻147a、157a、167a是设置在所述半导体芯片上的布线电阻，或者是将设置在所述半导体芯片上的电极焊盘与设置在所述半导体芯片外部的外部连接端子之间连接起来的接合线，所述分配电阻147a、157a、167a和所述接合线的电阻具有电阻值随着温度的增加而增加的正温度系数，所述分配电阻147a、157a、167a为细线电阻，其在所述电负载100的负载电流对于上述多个分配电阻147a、157a、167a中的某一个全部连续通电时，会因该负载电流而过热熔断。
如上所述，根据本发明的第七方面，多个开关电路部分别与具有正温度系数的细线的分配电阻串联连接。因此，当相互并联连接的多个开关电路部中所设置的上下开关元件的内部电阻存在个体偏差变动从而导致负载电流的分担不均等的情况下，低电阻侧将流过大电流而变得高温，但具有正温度系数的分配电阻的电阻值也随之增大，从而具有能够抑制负载电流的分担偏差的特征。另外，在对多个开关电路部提供开路指令时，若其中一个开关电路部中发生了上下开关元件均变为短路状态的异常，则电负载的负载电流会集中流过这一对开关元件，由此，分配电阻将熔断，从而能够切断异常元件的连接，并且在正常状态下负载电流由多个开关电路部分流，因此该分流电流不会造成分配电阻熔断，具有能够容易地设定熔断电流值的特征。这在实施方式2中也相同。
还具备外部监视电路部190a，其对通过上拉电路103u连接至所述电源电压vbb且通过下拉电路103d连接至接地电路gnd的所述负侧负载布线102d的接地电位进行监视，所述外部监视电路部190a具备布线电位检测电路196，其在具有所述上拉电路103u、所述下拉电路103d、以及与所述下拉电路103d并联连接且由所述多个开关电路部uan各自的所述上侧并联电阻144u、154u、164u和所述下侧并联电阻144d、154d、164d构成的串联电路的电阻电路中，生成与所述负侧负载布线102d的接地电位相对应的输出电压，所述监视控制电路部130a具备外部监视异常判定单元1004a，其将针对所述电负载100的所述负载驱动指令son的状态与所述布线电位检测电路196的输出电压进行对比，对所述负侧负载布线102d有没有和所述电源布线102p混合接触即有没有电源短路异常或负载短路异常、所述负侧负载布线102d有没有和所述接地电路gnd混合接触即有没有接地短路异常、有没有发生包含所述电负载100的内部断路或所述负侧负载布线102d的断路在内的负载断路异常进行分别判定或综合判定。
所述外部监视电路部190a还具备过电流检测电路198a和过电流发生存储电路198c，该过电流检测电路198a在所述多个开关电路部uan各自所设的所述分配电阻147a、157a、167a的两端电压相加得到的合成检测电压超过对应于所述电负载100中流过的最大负载电流而预先设定的过电流检测电压198b的情况下，将所述过电流发生存储电路198c置位，使所述过电流发生存储电路198c产生过电流检测信号err，所述监视控制电路部130a还具备异常发生应对单元1005b，所述运算控制电路部120a具备异常发生处理单元903c，所述异常发生应对单元1005b随着所述过电流检测信号err的产生，停止针对所述多个开关电路部内的所有所述上侧开关元件tnu及所述下侧开关元件tnd的闭路指令信号，所述异常发生处理单元903c随着所述过电流检测信号err的产生，停止针对所有所述多个开关电路部的所述负载驱动指令son，然后向所述过电流发生存储电路198c产生复位指令rst。
如上所述，根据本发明的第八方面，设置于外部监视电路部的过电流检测电路和过电流发生存储电路根据多个开关电路部各自所设的分配电阻所得到的电流检测电压的合成电压，检测因电负载的短路异常等发生的过电流异常并存储，并经由运算控制部和监视控制电路部停止对所有开关元件的闭路指令。因此，具有以下特征：与直接检测针对电负载的所有负载电流的情况相比，能够使电流检测用中使用的分配电阻所产生的热量分散，并且能够增大各个电流检测电压，从而提高电流检测精度。另外，具有以下特征：在每个开关电路部中，通过监视各个电流检测电压，能够确认上侧开关元件和下侧开关元件均根据所提供的闭路指令进行闭路驱动。
所述运算控制电路部120a包含程序存储器pmem、及与所述程序存储器pmem协同工作的微处理器cpu，并且具备与所述监视控制电路部130a之间以所述微处理器cpu为主站进行串行信号的上行交互和下行交互的串并联变换器spc、以及接收从所述监视控制电路部130a发送来的并联监视信号par的直接线路，所述微处理器cpu将表示所述适用电路选择单元919所选择的所述适用电路的选择决定信息，通过所述串并联变换器spc的下行交互发送给所述监视控制电路部130a，所述连接点电位检测电路146、156、166生成表示所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd的所述连接点电位与基准电位的比较结果的电位电平判定信号h40u、h40m、h40d；h50u、h50m、h50d；h60u、h60m、h60d(以下记为hnu、hnm、hnd)，所述监视控制电路部130a具备所述开关信号选择电路132a，其根据从所述微处理器cpu发送来的所述选择决定信息和所述负载驱动指令son的逻辑电平，生成针对未被选择为所述适用电路的开关电路部即非选择电路部的所述上下开关元件tnu、tnd的开路指令信号、以及针对所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd的所述有效开关信号s01、所述无效开关信号s10或所述公共开关信号s00，以作为所述上侧和下侧开关定时信号snu、snd，并且具备所述异常判定处理部134，其在所述负载驱动指令son为开路指令时，依次执行使所述上下开关元件tnu、tnd均开路的开路指令、生成仅使所述上侧开关元件tnu闭路的上侧闭路指定信号d40u、d50u、d60u(以下记为dnu)的闭路指令、以及生成仅使所述下侧开关元件tnd闭路的下侧闭路指定信号d40d、d50d、d60d(以下记为dnd)的闭路指令，将执行各开关指令时的所述连接点电位检测电路146、156、166的所述电位电平判定信号hnu、hnm、hnd和针对所述上下开关元件tnu、tnd的开关指令的状态进行对比，分别判定是否发生了与所有所述开关元件各自相关的短路异常及断路异常，所述监视控制电路部130a还将表示由所述异常判定处理部134判定出的、发生了异常的开关电路和异常类别的异常发生信息，通过所述串并联变换器spc的上行通信发送给所述微处理器cpu，并且利用所述并联监视信号par发送异常发生的有无。
如上所述，根据本发明的第九方面，监视控制电路部具备异常判定处理部，其在电负载的非驱动状态下，出于监视的目的进行各开关元件的开关动作，依次对各开关元件有没有发生短路异常或断路异常分别进行判定，并串行发送给运算控制电路部，并且直接经由线路立即发送异常发生的有无，运算控制电路部基于接收到的异常发生信息，决定将多个开关电路部中的哪一个选择为适用电路，并串行发送给监视控制电路部。此外，监视控制电路部还具备开关信号选择电路，基于发送来的选择决定信息，根据负载驱动指令生成上侧及下侧开关定时信号。因此，具有以下特征：能够减轻为了进行选择决定及驱动控制的运算控制电路部的控制负担，并且通过较少的信号线路就能进行高速应答处理。
<实施方式2的详细说明>
(1)结构的详细说明
下面，对本发明的实施方式2所涉及的负载驱动用的集成电路装置110b的整体电路框图即图12、表示图12中的监视、控制信号的系统的详细框图即图13进行详细说明。另外，实施方式1与实施方式2的主要区别点在于：多个开关电路部的连接位置从电负载100的下游位置变更到上游位置、以及针对开关元件的异常判定功能从监视控制电路部移至运算控制电路部，集成电路装置与运算控制电路部之间的通信方式也随之变更，各部的同一标号表示相同或相当的部分，大写字母的标号a对应实施方式1，标号b对应实施方式2。图12中，开关元件集成电路200b配置为与运算控制电路部120b协同工作，从而在电负载100的上游位置对其负载电流进行通断控制。从例如未图示的车载电池经由设置在未图示的供电单元内的电源熔断器101和电源布线102p向多个开关电路部ubn施加dc12v系统的电源电压vbb。电负载100的正侧负载布线102u经由多个开关电路部ubn在与电源布线102p之间间断连接，电负载100的负侧端子连接至接地电路gnd。
另外，在电负载100为感应性负载的情况下，该电负载100与浪涌吸收电路104并联连接，该浪涌吸收电路104在开关电路部ubn切断负载电流时想要使负载电流缓慢衰减的情况下使用续流二极管，在想要使负载电流迅速衰减的情况下使用例如在施加了数十伏特的两端电压时导通的压敏电阻。因此，在使用续流二极管的情况下，开关电路部ubn上产生的切断电压大致等于电源电压vbb，在使用压敏电阻的情况下，其切断电压成为与其工作电压对应的数十伏特的值，开关电路部ubn的开关损耗将变大，这一情况与实施方式1的情况相同。运算控制电路部120b与开关元件集成电路200b搭载在同一基板上，从未图示的恒压电源接受例如dc5v的稳压电压vcc进行动作。该运算控制电路部120b以与程序存储器pmem及运算处理用的ram存储器rmem协同工作的微处理器cpu为主体来构成，这一点与实施方式1相同。
构成开关元件集成电路200b一部分的监视控制电路部130b与运算控制电路部120b之间进行后述的监视、控制信号的交互，与相互并联连接的多个开关电路部ubn(n＝40、50、60……)即第一开关电路部140b、第二开关电路部150b、第三开关电路部160b相连接。多个开关电路部ubn分别如图2中所述，包含相互串联连接的上侧开关元件tnu和下侧开关元件tnd即上下开关元件，在实施方式2中，各开关元件采用p沟道型场效应晶体管，并连接在电负载100的上游位置。外部监视电路部190b监视正侧负载布线102u的接地电位即负载布线电压vdd，判定正侧负载布线102u是否与接地电路gnd混合接触即有无接地短路异常或电负载100本身有无短路异常、正侧负载布线102u是否与电源布线102p混合接触即有无电源短路异常、以及正侧负载布线102u有无断路或电负载100本身内部有无断路即有无负载断路异常。另外，在正侧负载布线102u与电源布线102p及接地电路gnd之间，连接有上拉电路103u和下拉电路103d。
相当于图2所示的第一开关电路部140a的第一开关电路部140b的详细电路图被省略，但如果用图2来进行简单说明，则第一开关电路部140b中，上侧开关元件t40u和下侧开关元件t40d均是p沟道型场效应晶体管，因此通过将图2中的负载布线电压vdd替换成电源电压vbb，并在上侧闭路指令电路141u与下侧闭路指令电路141d的输出电路中设置逻辑反相元件，就可构成第一开关电路部140b。此外，分配电阻147a如图12所示地连接在电源布线102p侧，因此其两端电压被差动放大电路暂时放大，然后将该差动放大器的输出电压施加于图2中的电流检测电路148a或熔断异常检测元件149b、149bb的基极电路即可。同样地，相当于图3所示的外部监视电路部190a的外部监视电路部190b的详细电路图也被省略，但如果使用图3和图12来进行简单说明，则针对图3中的布线电位检测电路196的监视输入信号变成图12中的正侧负载布线102u，将针对图3中的过电流检测电路198a的输入信号替换为连接至电源布线102p侧的分配电阻147a的两端电压经差动放大器放大后得到的信号电压即可。
图13中，与运算控制电路部120b进行监视、控制信号的交互的监视控制电路部130b具备与设定了固有地址编号的第一～第三开关电路部140b、150b、160b相对应的输出目标选择电路se1w、se2w、se3w和输入输出目标选择电路se1、se2、se3。
具有与运算控制电路部120b发送的例如3比特的地址指定数据adr一致的地址编号的各开关电路部得到与运算控制电路部120b的交互权，从而能够进行监视、控制信号的交互。例如，当地址指定是第一开关电路部140b时，运算控制电路部120b产生的上侧闭路指定信号dnu和下侧闭路指定信号dnd成为第一开关电路部140b的上侧闭路指定信号d40u和下侧闭路指定信号d40d，若运算控制电路部120b将(d40u，d40d)的逻辑电平依次变更为(l,l)、(l,h)、(h,l)，则经由输出目标选择电路se1w其成为针对上侧开关元件t40u和下侧开关元件t40d的开关指令信号。与该三种模式的异常检测用开关信号对应工作的电位电平判定信号h40u、h40m、h40d和电流检测信号h40e以4比特的上行信号的形式经由输入输出目标选择电路se1发送至运算控制电路部120b。其中，在读取监视信号时，针对输入输出目标选择电路se1的检测指令信号rd的逻辑电平为“h”。
运算控制电路部120b向所有开关电路部发送异常检测用的开关信号并接收与之对应的监视信号，判定各开关元件有无断路异常和有无短路异常，然后发送选择指令信号。选择指令信号的内容如图5b的适用分类a～d所示，以2比特的下行信号的形式经由输入输出目标选择电路se1、se2、se3发送，在进行该发送时，设定指令信号wr被预先设为逻辑电平“h”。开关元件集成电路200b的运转过程中，监视控制电路部130b根据运算控制电路部120b产生的负载驱动指令son进行工作，其具备生成图4所述的开路指令信号的非选择开路指令133aa(未图示)、生成公共开关信号s00的公共开关指令133dd(未图示)、生成有效开关信号s01的有效通断指令电路133cc、以及生成无效开关信号s10的无效通断指令电路133bb。此外，各开关电路部(或监视控制电路部130b)还具备开关信号选择电路132aa，其决定从运算控制电路部120b发送来的针对各开关元件的开关信号的组合。
另一方面，外部监视电路部190b产生的电位电平判定信号h90u、h90m、h90d和过电流检测信号err直接发送至运算控制电路部120b，从而判定正侧负载布线120u有无电源短路异常、接地短路异常、断路异常。另外，连接在正侧负载布线102u与电源布线102p之间的上拉电路103u、连接在正侧负载布线102u与接地电路gnd之间的下拉电路103d用于使所有的开关元件开路并决定电负载100在非连接状态下的正侧负载布线102u的对地电位，其并联连接有电阻比电负载100的负载电阻大很多的分压电阻和用于抑制该分压电阻中流过的电流的恒流电路。另外，与各开关元件并联连接的上侧并联电阻144u和下侧并联电阻144d(参照图2)所构成的串联合成电阻同多个开关电路部中的整个串联合成电阻并联连接后得到的电阻值是比上拉电路103u或下拉电路103d的等效电阻大很多的值，这与实施方式1的情况也相同。
(2)作用和动作的详细说明
下面，在采用图12的结构的本发明实施方式2所涉及的电负载驱动用的集成电路装置中，对与图12中的运算控制电路部的动作说明用流程图的前段部、中段部、后段部相关的图14a～图14c、以及图12中的监视控制电路部的动作说明用流程图即图15进行详细说明。另外，图14b和图14c是与图9b和图9c相同的流程图，使用相同的标号。首先，图12中，当未图示的电源开关闭合时，未图示的主电源继电器的输出触点闭合，未图示的恒压电源电路产生稳定电压vcc，从而作为运算控制电路部120b内的主体要素的微处理器cpu开始控制动作。其结果是，未图示的负载电源继电器通电，从而经由开关元件集成电路200b向电负载100提供电源电压vbb。此外，微处理器cpu还根据未图示的传感器组的动作状态、存储在非易失性程序存储器pmem内的控制程序的内容生成负载驱动指令son，对电负载100进行负载电流的通断控制。
后文中将进行详细说明的开关元件集成电路200b的监视控制动作的大概情况如下所述。构成开关元件集成电路200b的监视控制电路部130b和多个开关电路部ubn生成用于判定设置在各开关电路部内的上侧开关元件tnu和下侧开关元件tnd有无断路或短路异常的监视信号(电位电平判定信号)，并将该监视信息报告给运算控制电路部120b(元件开关状态监视)。运算控制电路部120b具备异常判定处理部(异常决定单元)和适用电路选择单元，其中，异常判定处理部生成用于进行异常监视的开关指令信号，并且与从监视控制电路部130b获得的监视信息进行对比，判定有没有发生异常，适用电路选择单元将发生了异常的开关电路部从适用电路排除，将其替换成备用电路等(异常判定和适用电路选择)。监视控制电路部130b具备开关信号选择电路，对被指定为适用的开关电路部分配正在运行的开关信号(开关信号分配)。开关信号的种类有与负载驱动指令son的逻辑动作联动地使上下开关元件同时开关的公共开关信号s00、或者延迟闭路且即时开路的有效开关信号s01、即时闭路且延迟开路的无效开关信号s10等。外部监视电路部190b将用于判定负载布线有无电源短路异常、接地短路异常、电负载有无短路异常、断路异常的监视信号(电位电平判定信号)和过电流异常判定信号提供给运算控制电路部120b(外部监视)。
图14a中，工序1400是微处理器cpu的动作开始工序。接下来的工序1441a是如下判定步骤：即，判定是否是运转开始后的初次通过工序，若是初次，则判定为“是”并转移至工序1441b，若不是初次，则判定为“否”并转移至工序1442。工序1441b是停止负载驱动指令son(使其逻辑电平为“l”)并经由监视控制电路部130b开始对开关元件集成电路200b的同时检查的步骤，设定要检查的开关电路部的地址指定数据adr并转移至工序1443a。工序1443a是判定工序1441b是否完成了地址编号n＝40、50、60……的更新设定，若完成则判定为“是”并转移至工序1448，若未完成则判定为“否”并转移至工序1444a的判定步骤。工序1444a中，将图13的上侧及下侧闭路指定信号dnu、dnd设定为第一模式(l,l)，并经由输出目标选择电路senw发送至开关电路部。之后的工序1445a中，检测指令信号rd从l变为h，在之后的工序1446a中读取出根据检测指令信号rd从输入输出目标选择电路sen上行发送来的电位电平判定信号hnu、hnm、hnd及电流检测信号hne，然后转移至工序1447a，在该工序1447a中，判定当上下的闭路指定信号(dnu，dnd)＝(l,l)时有无异常并存储。
工序1444a～工序1447a中，变更上下闭路指定信号(dnu，dnd)的组合，判定第二模式、第三模式下有无异常并存储，然后回到工序1441b，变更地址指定数据adr，依次判定各开关电路部ubn内的上下开关元件tnu、tnd有无短路异常或断路异常，在所有的开关电路部的异常判定完成后，工序1443a判定为“是”，并转移至工序1448。该异常有无的判定逻辑如图8b～图8d所示。另外，工序1448中，根据对图13中的输入输出目标选择电路sen(n＝1，2，3……)进行指定的地址指定数据adr、设定指令信号wr、2比特的选择指令信号，发送针对各开关电路部内的上侧及下侧开关元件tnu、tnd的上侧及下侧开关定时信号snu、snd并转移至工序1449。根据选择指令信号发送的针对各开关元件的开关定时信号的内容如图5b所示。以上涉及的是运转开始时的同时检查，但在运转过程中，每当通过工序1442～工序1447b而使负载驱动指令son停止时，就对多个开关电路部ubn中的某一个依次进行检查。
工序1442是判定负载驱动指令son是否已停止(逻辑电平“h”→“l”)，在已停止时判定为“是”并转移至工序1443b，在工作中或持续停止时判定为“否”并转移至工序1449的判定步骤。工序1443b中，每当负载驱动指令son的逻辑电平从“h”变为“l”，就对地址指定数据adr进行更新设定。之后的工序1444b～工序1447b与同时检查的工序1444a～1447a相同，对于预先指定的地址的开关电路部进行三种模式的异常检查，检测有无异常发生并存储。工序1447b之后的工序1449是将外部监视电路部190b产生的电位电平判定信号h90u、h90m、h90d的逻辑状态与针对各开关电路部的开关信号的发生状态进行对比，根据图8a所示的判定逻辑来判定正侧负载布线102u有无发生电源短路异常、接地短路异常、负载有无发生断路、短路异常的步骤，在工序1449之后，经由中继端子b转移至图14b的工序911。
图14b中，工序911是根据工序1444b～工序1447b中读取出的开关元件集成电路200b的状态进行工作，在进行适用电路的变更时判定为“是”并转移至工序912，在不进行变更时判定为“否”并转移至工序916的判定步骤。工序912是在有备用电路的情况下判定为“是”并转移至工序913，在没有备用电路的情况下判定为“否”并转移至工序914的判定步骤。工序913中，根据图13所示的输入输出目标选择电路sen，指定针对下侧开关定时信号snd和上侧开关定时信号snu的开关信号的类别，然后转移至工序916。工序914是判定是否将上下开关元件中一方处于短路状态而另一方为正常状态的半损开关电路部恢复利用，在恢复利用时判定为“是”并转移至工序915，在不进行恢复利用时判定为“否”并转移至工序916的判定步骤。工序915中，根据图13所示的输入输出目标选择电路sen，指定针对下侧开关定时信号snd和上侧开关定时信号snu的开关信号的类别，然后转移至工序916。工序916是计算当前被选择为适用电路的有效的开关电路部的个数并转移至工序917的步骤。
工序917是在适用个数小于恰当个数时抑制负载驱动指令son的通电占空比、或者抑制负载驱动指令son的通断频度并经由中继端子c转移至图14c的工序903a的步骤。另外，工序911至工序917的工序模块919为适用电路选择单元，工序913为备用电路选择单元，工序915为恢复电路选择单元，工序917为通电抑制单元，恢复电路选择单元915、通电抑制单元917用作为异常情况下的应急运转单元。
图14c中，工序903a是判定外部监视电路部190b生成的中断信号即过电流检测信号err有没有产生，当接收到过电流检测信号err时判定为“是”并转移至工序903b，在没有接收到时判定为“否”并转移到工序904a的判定步骤。工序903b中，停止负载驱动指令son并且在之后的工序903bb中生成复位指令rst，对外部监视电路部190b内的过电流发生存储电路198c进行复位，然后转移至动作结束工序1410。包含工序903b和工序903bb的工序模块903c为异常发生处理单元。工序904a中，根据未图示的外部传感器的动作状态等判定是否是生成负载驱动指令son的时期，在不是生成时期的情况下判定为“否”并转移至工序904b，使负载驱动指令son的逻辑电平为“l”，在是生成时期的情况下判定为“是”并转移至工序904c，使负载驱动指令son的逻辑电平为“h”，之后转移至动作结束工序1410。动作结束工序1410中，在执行了其它控制程序之后，于规定时间内回到图14a的动作开始工序1400，并反复执行之后的控制程序。
图15中，工序1500是根据向开关元件集成电路200b施加了电源电压vbb这一情况而使监视控制电路部130b开始工作的步骤，监视控制电路部130b由不包含微处理器的逻辑电路构成，以下说明的流程图中以等效的方式呈现出该逻辑电路的作用动作。之后的工序1501a是判定有无基于图14a的工序1448或图14b的工序913、915的选择指令信号生成的选择指令，在有选择指令的情况下判定为“是”并转移至工序1501b，在没有选择指令的情况下判定为“否”并转移至工序1502a的判定步骤。工序1501b中，使用图13的输入输出目标选择电路sen，使图13中的开关信号选择电路132aa的选择门电路动作并转移至工序1502a。工序1502a是负载驱动指令son为闭路指令(逻辑“h”)时判定为“是”并转移至工序1502b，为开路指令(逻辑“l”)时转移至工序1503a的判定步骤。
工序1502b是根据图13中的非选择开路指令、无效通断指令电路133bb、有效通断指令电路133cc、公共开关指令，来生成开路指令信号、无效开关信号s10、有效开关信号s01和公共开关信号s00，并利用开关信号选择电路132aa将这些信号分配给上侧及下侧开关定时信号snu、snd的步骤。之后的工序1502c中，在工序1502b中生成的开关指令信号被提供给该工序1502b中所分配的上下开关元件，相关开关元件进行闭路驱动，然后转移至工序1502d。工序1502d中，利用外部监视电路部190b将电位电平判定信号h90u、h90m、h90d和过电流检测信号err直接发送给运算控制电路部120b。工序1505a是如下的判定步骤：判定外部监视电路部190b是否产生了过电流检测信号err，若发生了异常则判定为“是”并转移至工序1505b，若没有发生异常则判定为“否”并回转到工序1502a。工序1505b中，在所有的开关指令信号变更为开路指令后回转至工序1502a，该工序15005b成为异常发生应对单元。
工序1503a中，使相关开关元件即时或延迟地断电开路，并转移至工序1503b，在工序1503b中，对应于图14a的同时检查工序1444a～1447a和个别工序1444b～1447b，进行开路指定信号dnu、dnd的接收、电位电平判定信号hnu、hnm、hnd和电流检测信号hne的发送，然后回转至工序1502a。在以上的说明中，运算控制电路部与集成电路装置之间的信号交互及其内容仅仅示出了一个优选的示例，也可以替换成各种变形方式。另外，图5b、图13所示的适用分类a～d中并未包含图11所示的特别闭路信号s11，也未包含处于短路异常状态的开关元件固定为开路指令或闭路指令的信号，但在实施方式1的情况下，可以增加图5b中串联指令信号ser的比特数，或者在实施方式2的情况下，可以根据成为下行线路的a～d的信号逻辑的组合逻辑来扩大适用分类。
(3)实施方式2的要点及特征
通过以上说明可知，本发明的实施方式2所涉及的负载驱动用的集成电路装置110b包括：生成向电负载100施加电源电压vbb的指令信号即负载驱动指令son的运算控制电路部120b；与所述电负载100的正侧负载布线102u串联连接并且具有多个半导体开关元件的开关元件部；以及根据所述负载驱动指令son使所述多个半导体开关元件进行开关动作的监视控制电路部130b，且具有将所述开关元件部及所述监视控制电路部一体形成在半导体芯片上的开关元件集成电路200b，其中，所述开关元件部具备相互并联连接的至少第一开关电路部140b、第二开关电路部150b及第三开关电路部160b这三个以上的多个开关电路部ubn(n＝40、50、60……)。
而且，所述多个开关电路部ubn分别具备由相互串联连接的一对上侧开关元件t40u、t50u、t60u(以下记为tnu)和下侧开关元件t40d、t50d、t60d(以下记为tnd)构成的上下开关元件，并且具备生成与所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd的连接点电位相对应的输出电压的连接点电位检测电路146、156、166，所述运算控制电路部120b具有适用电路选择单元919，其从所述多个开关电路部ubn中选择进行与所述负载驱动指令son相对应的负载电流的通断动作的开关电路部即适用电路，当根据所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压判定为所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd发生了元件断路异常或元件短路异常时，将发生了异常的开关电路部从所述适用电路排除，并且在具有未被选择为所述适用电路的正常的开关电路部即备用电路的情况下，将该备用电路包含在所述适用电路内，所述监视控制电路部130b具备开关信号选择电路132aa，其向所述适用电路选择单元919所选择的所述适用电路的所述上下开关元件分配与所述负载驱动指令son相对应的开关指令信号。
所述开关信号选择电路132aa向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd施加根据所述负载驱动指令son在同一定时产生的公共开关信号s00即上侧开关定时信号snu和下侧开关定时信号snd，或者所述开关信号选择电路132aa具备有效通断指令电路133cc和无效通断指令电路133bb，其中，所述有效通断指令电路133cc向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方生成有效开关信号s01，该有效开关信号s01根据所述负载驱动指令son的逻辑电平延迟闭路且即时开路、或者在至少所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的另一方进行开关动作时变为开路状态，所述无效通断指令电路133bb向所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的另一方生成无效开关信号s10，该无效开关信号s10根据所述负载驱动指令son的逻辑电平即时闭路且延迟开路、或者在至少所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方开路的期间内进行开关动作，所述无效开关信号s10是对所述适用电路的所述上下开关元件tnu、tnd中的一方生成的上侧开关定时信号snu或下侧开关定时信号snd，所述有效开关信号s01是对所述适用电路的所述上下开关元件中的另一方生成的上侧开关定时信号snu或下侧开关定时信号snd。
如上所述，根据本发明的第二方面，具备无效通断指令电路和有效通断指令电路，并施加公共开关信号，使得在串联连接的上侧开关元件和下侧开关元件中的一方进行负载电流的通断动作时，另一方处于闭路状态，或者上下开关元件同时进行负载电流的通断动作。因此，其特征与实施方式1相同。
所述多个开关电路部ubn分别包括：针对所述上侧开关元件tnu的上侧并联电阻144u、154u、164u、针对所述下侧开关元件tnd的下侧并联电阻144d、154d、164d、以及检测所述上侧开关元件tnu与所述下侧开关元件tnd的所述连接点电位的所述连接点电位检测电路146、156、166，所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压根据所述上下开关元件tnu、tnd仅其中一方闭路的闭路状态、仅另一方闭路的闭路状态、以及双方开路的开路状态而分别成为不同的预先设定的值，所述运算控制电路部120b具备异常检测单元1447a、1447b，所述异常检测单元1447a、1447b将针对所述上下开关元件tnu、tnd的开关指令的状态与所述连接点电位检测电路146、156、166的输出电压的状态进行对比，对所述上侧开关元件tnu和所述下侧开关元件tnd有没有发生所述元件断路异常或所述元件短路异常分别进行判定。
如上所述，根据本发明的第六方面，多个开关电路部分别具有上侧并联电阻、下侧并联电阻和连接点电位检测电路，并且运算控制电路部具备开路指令时的异常检测单元，其将针对多个开关电路部的指令信号的状态和从对应的开关电路部的连接点电位检测电路获得的状态信号进行对比，对各开关电路部内的各开关元件有没有发生元件短路异常或元件断路异常分别进行检测。因此，其特征与实施方式1的情况相同。
还具备外部监视电路部190b，其对通过上拉电路103u连接至所述电源电压vbb且通过下拉电路103d连接至接地电路gnd的所述正侧负载布线102u的接地电位进行监视，所述外部监视电路部190b具备布线电位检测电路196，其在具有所述上拉电路103u、所述下拉电路103d、以及与所述上拉电路103u或所述下拉电路103d并联连接且由所述多个开关电路部ubn各自的所述上侧并联电阻144u、154u、164u和所述下侧并联电阻144d、154d、164d构成的串联电路的电阻电路中，生成与所述正侧负载布线102u的接地电位相对应的输出电压，所述运算控制电路部120b具备外部监视异常判定单元1449，其将针对所述电负载100的所述负载驱动指令son的状态与所述布线电位检测电路196的输出电压进行对比，对所述正侧负载布线102u有没有和所述接地电路gnd混合接触即有没有接地短路异常或负载短路异常、所述正侧负载布线102u有没有和所述电源布线102p混合接触即有没有电源短路异常、有没有发生包含所述电负载100的内部断路或所述正侧负载布线102u的断路在内的负载断路异常进行分别判定或综合判定。
所述外部监视电路部190b还具备过电流检测电路198a和过电流发生存储电路198c，该过电流检测电路198a在所述多个开关电路部ubn各自所设的所述分配电阻147a、157a、167a的两端电压相加得到的合成检测电压超过对应于所述电负载100中流过的最大负载电流而预先设定的过电流检测电压198b的情况下，将所述过电流发生存储电路198c置位，使所述过电流发生存储电路198c产生过电流检测信号err，所述监视控制电路部130b还具备异常发生应对单元1505b，所述运算控制电路部120b具备异常发生处理单元903c，所述异常发生应对单元1505b随着所述过电流检测信号err的产生，停止针对所述多个开关电路部内的所有所述上侧开关元件tnu及所述下侧开关元件tnd的闭路指令信号，所述异常发生处理单元903c随着所述过电流检测信号err的产生，停止针对所有所述多个开关电路部ubn的负载驱动指令son，然后向所述过电流发生存储电路198c产生复位指令rst。
如上所述，根据本发明的第八方面，设置于外部监视电路部的过电流检测电路和过电流发生存储电路根据多个开关电路部各自所设的分配电阻所得到的电流检测电压的合成电压，检测因电负载的短路异常等发生的过电流异常并存储，并经由运算控制部和监视控制电路部停止对所有开关元件的闭路指令。因此，其特征与实施方式1的情况相同。
所述运算控制电路部120b包含程序存储器pmem、及与所述程序存储器pmem协同工作的微处理器cpu，并且具备与所述监视控制电路部130b之间以所述微处理器cpu为主站进行多比特的串行数据sed的上行交互和下行交互的串行数据线路，所述运算控制电路部120b还具备所述异常判定处理部，并且具备异常判定用的闭路指定信号发生单元1444a、1444b，其在所述负载驱动指令son为开路指令时，依次执行使所述上下开关元件tnu、tnd均开路的开路指令、生成仅使所述上侧开关元件tnu闭路的上侧闭路指定信号d40u、d50u、d60u(以下记为dnu)的闭路指令、以及生成仅使所述下侧开关元件tnd闭路的下侧闭路指定信号d40d、d50d、d60d(以下记为dnd)的闭路指令，所述串行数据sed包括：用于确定向所述多个开关电路部140b、150b、160b内的哪个开关电路部赋予交互权的地址指定数据adr、根据所述微处理器cpu设定的设定指令信号wr下行发送的2比特的选择指令信号、根据所述微处理器cpu设定的检测指令信号rd上行发送的4比特的监视报告信号、以及通过2比特的专用线路下行发送的所述上侧闭路指定信号dnu及所述下侧闭路指定信号dnd。
而且，所述选择指令信号是指定向所述上下开关元件tnu、tnd中的哪个开关元件提供开路指令、向哪个开关元件提供所述有效开关信号s01或所述公共开关信号s00、向哪个开关元件提供所述无效开关信号s10或所述公共开关信号s00的指令信号，所述选择指令信号被输入至所述开关信号选择电路132aa，所述监视报告信号包含所述连接点电位检测电路146、156、166产生的电位电平判定信号h40u、h40m、h40d、h50u、h50m、h50d、h60u、h60m、h60d(以下记为hnu、hnm、hnd)，所述程序存储器pmem包含成为所述异常检测单元1447a、1447b的控制程序，其将所述负载驱动指令son为开路指令的情况下依次执行使所述上下开关元件tnu、tnd均开路的开路指令、仅使所述上侧开关元件tnu闭路的闭路指令、以及仅使所述下侧开关元件tnd闭路的闭路指令时的所述电位电平判定信号hnu、hnm、hnd的逻辑状态与针对所述上下开关元件tnu、tnd的开关指令的状态进行对比，对所有所述开关元件各自是否有短路异常或断路异常分别进行判定，并且所述程序存储器pmem还包含成为所述适用电路选择单元的控制程序，其基于上述异常判定信息，从所述多个开关电路部140b、150b、160b中选择决定所述适用电路。
如上所述，根据本发明的第十方面，监视控制电路部发送在电负载的非驱动状态下依次执行使成对的上侧开关元件和下侧开关元件均开路的开路指令、仅使上侧开关元件闭路的闭路指令、以及仅使下侧开关元件闭路的闭路指令时的电位电平判定信号，运算控制电路部将发送到监视控制电路部的开关指令信号与从监视控制电路部返回的电位电平判定信号进行对比，依次对各开关元件是否有短路异常或断路异常分别进行判定，从而决定将多个开关电路部中的哪一个选择为适用电路。因此，能够简化监视控制电路部的硬件结构，并且在运算控制电路部每次解除驱动指令信号时，依次对多个开关电路部中的某一个进行异常判定，从而能够减轻高速控制的负担。
另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
标号说明
100电负载，102d负侧负载布线，102p电源布线，102u正侧负载布线，103d下拉电路，103u上拉电路，110a、110b负载驱动用的集成电路装置，120a、120b运算控制电路部，130a、130b监视控制电路部，132a、132aa开关信号选择电路，133b、133bb无效通断指令电路，133c、133cc有效通断指令电路，134异常判定处理部，140a、140b第一开关电路部，144u上侧并联电阻，144d下侧并联电阻，146、156、166连接点电位检测电路，147a、157a、167a分配电阻，150a、150b第二开关电路部，160a、160b第三开关电路部，190a、190b外部监视电路部，196布线电位检测电路，198a过电流检测电路，198b过电流检测电压，198c过电流发生存储电路，200a、200b开关元件集成电路，903c异常发生处理单元，913备用电路选择单元，915恢复电路选择单元，916有效电路数量计算单元，917通电抑制单元，919适用电路选择单元，1003b开路指令时的异常检测单元，1004a外部监视异常判定单元，1444a、1444b闭路指定信号发生单元，1005b、1505b异常发生应对单元，1447a、1447b开路指令时的异常检测单元，1449外部监视异常判定单元，adr地址指定数据，cpu微处理器，d40u～d60u(dnu)上侧闭路指定信号，d40d～d60d(dnd)下侧闭路指定信号，err过电流检测信号，gnd接地电路，h40u～h60u、h90u(hnu)电位电平判定信号(高电压)，h40m～h60m、h90m(hnm)电位电平判定信号(中间电压)，h40d～h60d、h90d(hnd)电位电平判定信号(低电压)，h40e～h60e(hne)电流检测信号，par并联监视信号，pmem程序存储器，rst复位指令，rd检测指令信号，s00公共开关信号，s01有效开关信号，s10无效开关信号，s11特别闭路信号，sed串行数据，snd下侧开关定时信号，snu上侧开关定时信号，son负载驱动指令，spc串并联变换器，t40u～t60u上侧开关元件，t40d～t60d下侧开关元件，tnu上侧开关元件，tnd下侧开关元件，uan、ubn多个开关电路部，vbb电源电压，wr设定指令信号。