CN108023583B - 半导体开关控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在判定半导体开关的故障的情况下能够抑制大型化的半导体开关控制装置。半导体开关控制装置(1)包括：将在高电压电池(HV)与高电压负载(2)之间双向流动的电流接通或者断开的双向断开电路(10)；用于检测双向断开电路(10)的电压的电阻R；对施加在电阻(R)的电压进行检测的第一电压检测部(30)；和根据由第一电压检测部(30)检测出的第一检测电压(Vd)来判定双向断开电路(10)的故障的控制部(50)。双向断开电路(10)具有：源极端子彼此串联连接的FET(10B)和FET(10A)；源极端子彼此串联连接的FET(10D)和FET(10C)。电阻(R)的一端在FET(10B)和FET(10A)的源极端子间连接，另一端在FET(10D)和FET(10C)的源极端子间连接。

Description

半导体开关控制装置
技术领域
本发明涉及半导体开关控制装置。
背景技术
以往，电动汽车、混合电动汽车等例如搭载有驱动马达等高电压负载、用于驱动该高电压负载的高电压电池，以安全为目的设置有将从高电压电池流向高电压负载的电流接通或者断开的开关。该开关主要使用机械式继电器，但近年来，使用半导体开关逐渐增加。专利文献1公开了为了使系统的可靠性提高而检测半导体开关的故障的半导体开关的故障检测电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-285969号公报
发明内容
本发明欲解决的问题
可是，半导体开关的故障检测电路存在因增加电路的构成要素而大型化的倾向。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在判定半导体开关的故障的情况下能够抑制大型化的半导体开关控制装置。
用于解决问题的方案
为解决上述问题，达到目的，本发明所涉及的半导体开关控制装置的特征在于，包括：半导体开关模块，其设置在电源与负载之间，将在所述电源与所述负载之间双向流动的电流接通或者断开；电阻，用于检测所述半导体开关模块的电压；第一电压检测部，对施加在所述电阻的电压进行检测；和控制部，根据由所述第一电压检测部检测出的第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障，其中，所述半导体开关模块具有第一半导体开关模块、与所述第一半导体开关模块并联连接的第二半导体开关模块，所述第一半导体开关模块具有：第一正向开关，体二极管配置在所述电流流动的方向即正向；和第一反向开关，与所述第一正向开关相邻配置，体二极管配置在与所述正向相反的方向即反向，所述第一正向开关和所述第一反向开关中，源极端子彼此串联连接，一个漏极端子与所述电源连接，另一个漏极端子与所述负载连接，所述第二半导体开关模块具有：第二正向开关，体二极管配置在所述正向；和第二反向开关，与所述第二正向开关相邻配置，体二极管配置在所述反向，所述第二正向开关和所述第二反向开关中，源极端子彼此串联连接，一个漏极端子与所述电源连接，另一个漏极端子与所述负载连接，所述电阻的一端连接在所述第一正向开关和所述第一反向开关之间的所述源极端子间，另一端连接在所述第二正向开关与所述第二反向开关之间的所述源极端子间，所述控制部根据由所述第一电压检测部检测出的所述第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障。
另外，本发明所涉及的半导体开关控制装置的特征在于，包括：半导体开关模块，其设置在电源与负载之间，将在所述电源与所述负载之间双向流动的电流接通或者断开；电阻，用于检测所述半导体开关模块的电压；第一电压检测部，对施加在所述电阻的电压进行检测；和控制部，根据由所述第一电压检测部检测出的第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障，其中，所述半导体开关模块具有第一半导体开关模块、与所述第一半导体开关模块并联连接的第二半导体开关模块，所述第一半导体开关模块具有：第一正向开关，体二极管配置在所述电流流动的方向即正向；和第一反向开关，与所述第一正向开关相邻配置，体二极管配置在与所述正向相反的方向即反向，所述第一正向开关和所述第一反向开关中，漏源极端子彼此串联连接，一个源极端子与所述电源连接，另一个源极端子与所述负载连接，所述第二半导体开关模块具有：第二正向开关，体二极管配置在所述正向；第二反向开关，与所述第二正向开关相邻配置，体二极管配置在所述反向，所述第二正向开关和所述第二反向开关中，漏极端子彼此串联连接，一个源极端子与所述电源连接，另一个源极端子与所述负载连接，所述电阻的一端连接在所述第一正向开关和所述第一反向开关之间的所述漏极端子间，另一端连接在所述第二正向开关与所述第二反向开关之间的所述漏极端子间，所述控制部根据由所述第一电压检测部检测出的所述第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关全部为接通指示的情况下，根据所述第一检测电压与预定的第一基准电压的偏离量，判定为所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态即断开状态故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是正电压的情况下，判定为所述第一正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态故障，在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是负电压的情况下，判定为所述第一反向开关、或者所述第二正向开关的任一个是断开状态故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是包括对施加在所述负载的电压进行检测的第二电压检测部，所述控制部根据由所述第二电压检测部检测出的第二检测电压，判定所述半导体开关模块的故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述半导体开关模块的断开状态故障下，根据由所述第二电压检测部检测出的第二检测电压以及将所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关接通断开的指令值，确定所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是所述断开状态故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关全部为断开指示的情况下，在所述第二检测电压超过基准电压的情况下，判定为所述第一反向开关、或者所述第二反向开关的至少一方是接通状态即接通状态故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述第一反向开关和所述第二反向开关全部为接通指示，且所述第一正向开关和所述第二正向开关全部为断开指示的情况下，在所述第二检测电压与所述电源的电压等同的情况下，判定为所述第一正向开关、或者所述第二正向开关的至少一方是所述接通状态故障。
另外，在所述半导体开关控制装置中，优选的是所述控制部在所述半导体开关模块的接通状态故障下，根据由所述第一电压检测部检测出的第一检测电压以及将所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关接通断开的指令值，确定所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是所述接通状态故障。
发明的效果
本发明所涉及的半导体开关控制装置包括：半导体开关模块，其设置在电源与负载之间，将在电源与负载之间双向流动的电流接通或者断开；电阻，用于检测半导体开关模块的电压；第一电压检测部，检测施加在电阻的电压；以及控制部，根据由第一电压检测部检测出的第一检测电压，判定半导体开关模块的故障。半导体开关模块具有：第一正向开关和第一反向开关，源极端子彼此串联连接；以及第二正向开关和第二反向开关，源极端子彼此串联连接。电阻的一端被连接在第一正向开关和第一反向开关的源极端子间，另一端被连接在第二正向开关和第二反向开关的源极端子间。由此，半导体开关控制装置由于能够使用1个电阻来判定半导体开关模块的故障，因此，能够抑制装置的大型化。
附图说明
图1是示出实施方式1所涉及的半导体开关控制装置的构成例的框图。
图2是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的动作例的电路图。
图3是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的FET10B的断开状态故障例的电路图。
图4是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的FET10C的断开状态故障例的电路图。
图5是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的FET10D的断开状态故障例的电路图。
图6是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的FET10A的断开状态故障例的电路图。
图7是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的接通状态故障的判定例的电路图。
图8是示出实施方式1所涉及的半导体开关模块的接通状态故障的判定例的电路图。
图9是示出实施方式1所涉及的半导体开关控制装置的动作例的流程图。
图10是示出实施方式1所涉及的半导体开关控制装置的动作例(第一故障判定模式)的流程图。
图11是示出实施方式1所涉及的半导体开关控制装置的动作例(第二故障判定模式)的流程图。
图12是示出实施方式1所涉及的半导体开关控制装置的动作例(第三故障判定模式)的流程图。
图13是示出实施方式2所涉及的半导体开关控制装置的构成例的框图。
图14是示出实施方式3所涉及的半导体开关控制装置的构成例的框图。
附图标记的说明
1、1A、1B：半导体开关控制装置
2：高电压负载(负载)
4：负载
10、70：双向断开电路(半导体开关模块)
11、71：第一双向断开电路(第一半导体开关模块)
12、72：第二双向断开电路(第二半导体开关模块)
10A、10B：FET(第一正向开关、第一反向开关)
10C、10D：FET(第二正向开关、第二反向开关)
30：第一电压检测部
40：第二电压检测部
50：控制部
DA、DB、DC、DD：体二极管
E：高电压电池(电源)
E1、E2：电池(电源)
R：电阻
Vd：第一检测电压
Vout：第二检测电压
具体实施方式
参照附图来详细说明本具体实施方式(实施方式)。本发明不限于下面的实施方式所记载的内容。另外，以下所记载的构成要素包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实际上相同的要素。并且，能够将以下所记载的构成适当组合。另外，在不脱离本发明的要点的范围内可以省略、替换或者变更各种构成。
[实施方式1]
电动汽车、混合电动汽车等的车辆电源系统100如图1所示，搭载有将直流转换为交流并将电力供给至驱动马达的逆变器21等高电压负载2；和用于驱动该高电压负载2的电源即高电压电池HV，并且，以安全为目的而设置有将在高电压电池HV与高电压负载2之间双向流动的电流接通或者断开的半导体开关控制装置1。
半导体开关控制装置1包括双向断开电路10、驱动部20A～20D、电阻R、第一电压检测部30、第二电压检测部40、控制部50。
双向断开电路10将在高电压电池HV与高电压负载2之间双向流动的电流接通或者断开。双向断开电路10设置在高电压电池HV的正电极与高电压负载2之间，将从高电压电池HV的正电极流向高电压负载2的电流接通或者断开。另外，双向断开电路10在是对高电压电池HV充电的充电路径的情况下，将从高电压负载2流向高电压电池HV的正电极的电流接通或者断开。
双向断开电路10包括：作为第一半导体开关模块的第一双向断开电路11；作为第二半导体开关模块的第二双向断开电路12。第一双向断开电路11与第二双向断开电路12并联连接。这样，半导体开关控制装置1由于双向断开电路10是冗余配置，因此能够提高可靠性。第一双向断开电路11包括FET(Field-effect transistor；场效应晶体管)10A、FET10B。
FET 10A、10B例如是N沟道型的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属氧化物半导体)FET。FET10A根据电流流动的方向，作为第一正向开关或者第一反向开关而发挥功能。此处，第一正向开关是体二极管(寄生二极管)配置在电流流动的方向即正向的开关。另外，第一反向开关是体二极管配置在与电流的正向相反的方向即反向的开关。FET 10A在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一正向开关发挥功能。在实施方式1中，说明从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的例子，并以FET 10A作为体二极管DA配置在从高电压电池HV流向高电压负载2的电流方向的反向的第一反向开关来进行说明。FET 10A的体二极管DA的阳极端子与高电压负载2侧连接，阴极端子与高电压电池HV的正电极连接。FET 10A由后述驱动部20A驱动，将从高电压电池HV流向高电压负载2的电流接通或者断开。
FET 10B与FET 10A相邻配置，根据电流流动的方向，作为第一正向开关或者第一反向开关而发挥功能。FET 10B在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一正向开关发而挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能。在实施方式1中，由于说明了从高电压电池HV流向高电压负载2的例子，因此，以FET 10B作为体二极管DB配置在从高电压电池HV流向高电压负载2的电流的方向即正向的第一正向开关来进行说明。FET 10B的体二极管DB的阳极端子与高电压电池HV的正电极侧连接，阴极端子与高电压负载2连接。FET 10B由后述的驱动部20B驱动。FET10B与FET 10A的源极端子彼此串联连接，FET 10A的漏极端子与高电压电池HV连接，FET10B的漏极端子与高电压负载2连接。
第二双向断开电路12包括FET 10C、FET 10D。FET 10C、10D例如是N沟道型的MOSFET。FET 10C根据电流流动的方向，作为第二正向开关或者第二反向开关而发挥功能。FET 10C在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第二反向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第二正向开关而发挥功能。在实施方式1中，由于说明了从高电压电池HV流向高电压负载2的例子，因此，以FET 10C作为体二极管DC配置在从高电压电池HV流向高电压负载2的电流方向的反向的第二反向开关来进行说明。FET 10C的体二极管DC的阳极端子与高电压负载2侧连接，阴极端子与高电压电池HV的正电极连接。FET 10C由后述驱动部20C驱动，将从高电压电池HV流向高电压负载2的电流接通或者断开。
FET 10D与FET 10C相邻配置，根据电流流动的方向，作为第二正向开关或者第二反向开关而发挥功能。FET 10D在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第二正向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第二反向开关而发挥功能。在实施方式1中，由于说明了从高电压电池HV流向高电压负载2的例子，因此，以FET 10D作为体二极管DD配置在从高电压电池HV流向高电压负载2的电流方向即正向的第二正向开关来进行说明。FET 10D的体二极管DD的阳极端子与高电压电池HV的正电极侧连接，阴极端子与高电压负载2连接。FET 10D由后述的驱动部20D驱动。FET10D与FET 10C的源极端子彼此串联连接，FET 10C的漏极端子与高电压电池HV连接，FET10D的漏极端子与高电压负载2连接。FET 10A～10D优选的是为了抑制热量的集中而全部使用相同的场效应晶体管，但不限于此。
驱动部20A与FET 10A的栅极端子连接，根据来自后述控制部50的接通(ON)/断开(OFF)指令，驱动FET 10A。驱动部20A在从控制部50输出了将FET 10A的开关接通的接通指令的情况下，在FET 10A的栅极端子施加接通电压，并且从漏极端子向源极端子流过电流。另外，驱动部20A在从控制部50输出了将FET 10A的开关断开的断开指令的情况下，在FET10A的栅极端子施加断开电压，将从漏极端子流向源极端子的电流断开。
驱动部20B与FET 10B的栅极端子连接，根据来自控制部50的接通/断开指令，驱动FET 10B。驱动部20B在从控制部50输出了将FET 10B的开关接通的接通指令的情况下，在FET 10B的栅极端子施加接通电压，并且从源极端子向漏极端子流过电流。另外，驱动部20B在从控制部50输出了将FET 10B的开关断开的断开指令的情况下，在FET 10B的栅极端子施加断开电压，将从源极端子流向漏极端子的电流断开。
驱动部20C与FET 10C的栅极端子连接，根据来自控制部50的接通/断开指令，驱动FET 10C。驱动部20C在从控制部50输出了将FET 10C的开关接通的接通指令的情况下，在FET 10C的栅极端子施加接通电压，从漏极端子向源极端子流过电流。另外，驱动部20C在从控制部50输出了将FET 10C的开关断开的断开指令的情况下，在FET 10C的栅极端子施加断开电压，将从漏极端子流向源极端子的电流断开。
驱动部20D与FET 10D的栅极端子连接，根据来自控制部50的接通/断开指令，驱动FET 10D。驱动部20D在从控制部50输出了将FET 10D的开关接通的接通指令的情况下，在FET 10D的栅极端子施加接通电压，从源极端子向漏极端子流过电流。另外，驱动部20D在从控制部50输出了将FET 10D的开关断开的断开指令的情况下，在FET 10D的栅极端子施加断开电压，将从源极端子流向漏极端子的电流断开。
电阻R用于检测半导体开关模块的电压。电阻R的一端在FET 10B与FET 10A之间的源极端子间的第一连接点X连接，另一端在FET 10D与FET 10C之间的源极端子间的第二连接点Y连接。
第一电压检测部30对施加在电阻R的电压进行检测。第一电压检测部30将对施加在电阻R的电压进行检测而得到的第一检测电压Vd输出至控制部50。
第二电压检测部40对施加在高电压负载2的电压进行检测。第二电压检测部40将对施加在高电压负载2的电压进行检测而得到的第二检测电压Vout输出至控制部50。
控制部50经由驱动部20A～20D而控制双向断开电路10。控制部50包含以已知的微型计算机作为主体的电子电路而构成，微型计算机包含CPU、构成储存部的ROM、RAM和接口。控制部50例如根据从外部设备输出的半导体驱动信号，向驱动部20A～20D输出接通/断开指令，控制驱动部20A～20D。另外，控制部50根据由第一电压检测部30检测出的第一检测电压Vd，控制双向断开电路10。例如，控制部50根据由第一电压检测部30检测出的第一检测电压Vd，判定双向断开电路10的故障。另外，控制部50根据由第二电压检测部40检测出的第二检测电压Vout，判定双向断开电路10的故障。控制部50例如在判定为双向断开电路10故障的情况下，将异常检测信号发送至未图示的电源管理单元等，并且利用该电源管理单元等进行停止从高电压电池HV供给的电力等故障安全处理。此外，控制部50的构成也可以是分别包括判定双向断开电路10的故障的故障判定部和驱动控制双向断开电路10的驱动控制部。
接下来，说明半导体开关控制装置1所进行的故障判定例。半导体开关控制装置1如图2所示，相对于FET 10A～10D输出接通指令，使FET 10A～10D全部为接通。此时，半导体开关控制装置1在FET10A～10D全部正常设定为接通时，由于电阻R的第一连接点X与第二连接点Y成为同电位，因此施加在电阻R的电压V为0V。在该情况下，半导体开关控制装置1的从高电压电池HV流向高电压负载2的电流I的1/2流向第一双向断开电路11，该电流I的1/2流向第二双向断开电路12。
接下来，如图3所示，对FET 10B未设定为接通而维持断开状态的断开状态故障的例子进行说明。半导体开关控制装置1相对于FET10A～10D输出接通指令，在FET 10A、10C、10D正常设定为接通但FET 10B未设定为接通而维持断开状态的断开状态故障的情况下，由于电阻R的第一连接点X与第二连接点Y为不同的电位，因此，在电阻R施加第一检测电压Vd。即，对于半导体开关控制装置1的将电阻R的电压降与FET 10D的电压降相加而得到的电压降，小于FET 10B的体二极管DB的电压降。因此，半导体开关控制装置1的电阻R的第一连接点X比电阻R的第二连接点Y的电位高，电流I”从电阻R的第一连接点X向电阻R的第二连接点Y流动。此时，半导体开关控制装置1在检测到施加在电阻R的第一检测电压Vd的情况下，判定为发生断开状态故障。例如，半导体开关控制装置1在第一检测电压Vd与预定的第一基准电压的偏离量是正电压的情况下，判定为FET 10B是断开状态故障。此外，电流I”作为“(Ron/(Ron+R+Ron))×I”而被求出。此处，R是电阻，Ron是FET 10A～10D接通时的电阻，I是从高电压电池HV供给的电流。
接下来，如图4所示，说明FET 10C未设定为接通而维持断开状态的断开状态故障的例子。半导体开关控制装置1相对于FET 10A～10D输出接通指令，在FET 10A、10B、10D正常设定为接通但FET 10C是断开状态故障的情况下，由于电阻R的第一连接点X与第二连接点Y为不同的电位，因此，在电阻R施加第一检测电压Vd。即，半导体开关控制装置1由于在FET 10C没有电流流动，因此，电阻R的第一连接点X比电阻R的第二连接点Y的电位高，电流I”从电阻R的第一连接点X向电阻R的第二连接点Y流动。在该情况下，半导体开关控制装置1在检测到施加在电阻R的第一检测电压Vd的情况下，判定为发生断开状态故障。例如，半导体开关控制装置1在第一检测电压Vd与第一基准电压的偏离量是正电压的情况下，判定为FET 10C是断开状态故障。此外，半导体开关控制装置1如图3和图4所示，作为正电压而检测正的第一检测电压Vd，从而能够判定FET 10B或者FET10C的任一个为断开状态故障，但不能确定FET 10B或者FET 10C的哪个是断开状态故障。半导体开关控制装置1将后述的接通状态故障的判定方法组合，以确定FET 10B或者FET 10C的哪个是断开状态故障。
接下来，如图5所示，以FET 10D未设定为接通而维持断开状态的断开状态故障的例子进行说明。半导体开关控制装置1相对于FET10A～10D输出接通指令，在FET 10A、10B、10C正常设定为接通但FET 10D是断开状态故障的情况下，由于电阻R的第一连接点X与第二连接点Y为不同的电位，因此，在电阻R施加第一检测电压Vd。即，半导体开关控制装置1由于将电阻R的电压降与FET 10B的电压降相加而得到的电压降小于FET 10D的体二极管DD的电压降，因此，电阻R的第二连接点Y比电阻R的第一连接点X的电位高，电流I”从电阻R的第二连接点Y向电阻R的第一连接点X流动。在该情况下，半导体开关控制装置1在检测到施加在电阻R的第一检测电压Vd的情况下，判定为产生断开状态故障。例如，半导体开关控制装置1在第一检测电压Vd与第一基准电压的偏离量是负电压的情况下，判定为FET 10D是断开状态故障。
接下来，如图6所示，以FET 10A未设定为接通而维持断开状态的断开状态故障的例子进行说明。半导体开关控制装置1相对于FET10A～10D输出接通指令，在FET 10B、10C、10D正常设定为接通但FET 10A是断开状态故障的情况下，由于电阻R的第一连接点X与第二连接点Y为不同的电位，因此，在电阻R施加第一检测电压Vd。即，半导体开关控制装置1由于在FET 10A没有电流流动，因此，电阻R的第二连接点Y比电阻R的第一连接点X的电位高，电流I”从电阻R的第二连接点Y向电阻R的第一连接点X流动。在该情况下，半导体开关控制装置1在检测到施加在电阻R的第一检测电压Vd的情况下，判定为发生断开状态故障。例如，半导体开关控制装置1在第一检测电压Vd与第一基准电压的偏离量是负电压的情况下，判定为FET 10A是断开状态故障。此外，半导体开关控制装置1如图5和图6所示，作为负电压而检测负的第一检测电压Vd，从而能够判定FET 10A或者FET 10D的任一个是断开状态故障，但不能确定FET 10A或者FET 10D的哪个是断开状态故障。半导体开关控制装置1将后述的接通状态故障的判定方法组合，以确定FET 10A或者FET 10D的哪个是断开状态故障。
接下来，说明使用由第二电压检测部40检测的第二检测电压Vout，判定是否FET10A～10D未设定为断开而维持接通状态的接通状态故障的例子。半导体开关控制装置1如图7所示，相对于FET 10A～10D输出断开指令，在第二检测电压Vout超过基准电压(例如0V)的情况下，判定为FET 10A或者FET 10B的至少一方未设定为断开而维持接通状态的接通状态故障。另外，半导体开关控制装置1相对于FET 10A～10D输出断开指令，在第二检测电压Vout是基准电压(例如0V)的情况下，由于FET 10A和FET 10B设定为断开，因此判定为该FET10A、10B正常。此外，图7图示出与判定接通状态故障的处理相关的部分，其他图示省略。
另外，半导体开关控制装置1如图8所示，相对于FET 10A和FET 10C输出接通指令，且相对于FET 10B和FET 10D输出断开指令，在第二检测电压Vout与基准电压(高电压电池HV的电压)等同的情况下，判定为FET 10B或者FET 10D的至少一方未设定为断开而维持接通状态的接通状态故障。另外，半导体开关控制装置1相对于FET 10A和FET 10C输出接通指令，且相对于FET 10B和FET 10D输出断开指令，在第二检测电压Vout不与基准电压(例如高电压电池HV的电压)等同而是产生FET 10B、10D的体二极管DB、DD的电压降的情况下，判定为FET 10B、10D正常设定为断开。此外，图8图示出与判定接通状态故障的处理相关的部分，其他图示省略。
接下来，参照图9至图12，说明半导体开关控制装置1的动作例。半导体开关控制装置1的控制部50将FET 10A～FET 10D设定为断开(步骤S1)。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout是否为0V。控制部50在第二检测电压Vout为0V的情况下(步骤S2；是)，判定为没有发生FET 10A、10C未设定为断开而是维持接通状态的接通状态故障。控制部50将FET 10A、10C设定为接通(步骤S3)。此处，在步骤S3中，FET 10A、10C设定为接通，FET 10B、10D设定为断开。接下来，控制部50在步骤S4，判定第二检测电压Vout与从高电压电池HV的电压即电源电压E减去FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF而得到的电压是否相等(判定“Vout＝E-VF”是否成立)。控制部50在“Vout＝E-VF”成立的情况下(步骤S4；是)，判定为FET 10B、10D没有发生接通状态故障。接下来，控制部50将FET 10B、10D设定为接通(步骤S5)。此处，在步骤S5中，FET 10A～10D设定为接通。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout与电源电压E是否相等(步骤S6)。控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E相等的情况下(步骤S6；是)，判定第一检测电压Vd是否为0V(步骤S7)。控制部50在第一检测电压Vd为0V的情况下(步骤S7；是)，将FET 10D设定为断开(步骤S8)。此处，在步骤S8中，FET 10A～10C设定为接通，FET 10D设定为断开。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout与电源电压E是否相等(步骤S9)。控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E相等的情况下(步骤S9；是)，将FET10D设定为接通将FET 10B设定为断开(步骤S10)。此处，在步骤S10中，FET 10A、10C、10D设定为接通，FET 10B设定为断开。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout与电源电压E是否相等(步骤S11)。控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E相等的情况下(步骤S11；是)，判定为FET 10A～10D全部正常，将FET 10B设定为接通(步骤S12)，结束故障判定处理。
此外，在上述步骤S6，控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E不相等的情况下(步骤S6；否)，判定为FET 10B且FET 10D是断开状态故障(步骤S15)。在步骤S15中，由于FET10B、10D为断开状态故障，产生FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF，因此，第二检测电压Vout与电源电压E不相等。接下来，控制部50由于FET 10B、10D故障，因此，进行故障安全处理(步骤S19)。例如，控制部50将异常检测信号发送至电源管理单元等，利用该电源管理单元等停止从高电压电池HV供给的电力。
另外，在上述步骤S9，控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E不相等的情况下(步骤S9；否)，确定为FET 10A和FET 10B是断开状态故障(步骤S17)。在步骤S17中，由于FET10A、10B为断开状态故障，产生FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF，因此，第二检测电压Vout与电源电压E不相等。
另外，在上述步骤S11，控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E不相等的情况下(步骤S11；否)，确定为FET 10C和FET 10D是断开状态故障(步骤S18)。在步骤S18中，由于FET 10C、10D为断开状态故障，产生FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF，因此，第二检测电压Vout与电源电压E不相等。
[第一故障判定模式]
另外，在上述步骤S2，控制部50在第二检测电压Vout不是0V的情况下(步骤S2；否)，判定为FET 10A或者FET 10C是接通状态故障，实施第一故障判定模式(步骤S13)。第一故障判定模式根据图10所示的流程图执行。控制部50在步骤S13a中判定第二检测电压Vout与从电源电压E减去FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF而得到的电压是否相等(判定“Vout＝E-VF”是否成立)。控制部50在“Vout＝E-VF”成立的情况下(步骤S13a；是)，将FET10B设定为接通(步骤S13b)。此处，在步骤S13b中，FET 10A、10C、10D设定为断开，FET10B设定为接通。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout与电源电压E是否相等(步骤S13c)。控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E相等的情况下(步骤S13c；是)，推定为FET 10A是接通状态故障(步骤S13d)。另外，控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E不相等的情况下(步骤S13c；否)，判定第一检测电压Vd是否是负电压(步骤S13e)。控制部50在第一检测电压Vd是负电压的情况下(步骤S13e；是)，推定为FET 10C是接通状态故障(步骤S13f)。控制部50在第一检测电压Vd不是负电压而是0V的情况下(步骤S13e；否)，确定FET 10B是断开状态故障(步骤S13g)。接下来，控制部50将FET 10B设定为断开，将FET 10D设定为接通(步骤S13h)。此处，在步骤S13h中，FET 10A、10B、10C设定为断开，FET 10D设定为接通。接下来，控制部50判定第二检测电压Vout与电源电压E是否相等(步骤S13i)。控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E相等的情况下(步骤S13i；是)，确定FET 10C是接通状态故障(步骤S13j)。另外，控制部50在第二检测电压Vout与电源电压E不相等的情况下(步骤S13i；否)，判定第一检测电压Vd是否是正电压(步骤S13k)。控制部50在第一检测电压Vd是正电压的情况下(步骤S13k；是)，确定FET 10A是接通状态故障(步骤S13l)。另外，控制部50在第一检测电压Vd不是正电压的情况下(步骤S13k；否)，推定为FET 10A、10C是接通状态故障，FET10B、10D是断开状态故障(步骤S13m)。另外，在上述步骤S13a，控制部50在“Vout＝E-VF”不成立的情况下(步骤S13a；否)，推定为FET 10A、10C是接通状态故障，或者FET 10B、10D是接通状态故障(步骤S13n)。
[第二故障判定模式]
另外，在上述步骤S4，控制部50在“Vout＝E-VF”不成立的情况下(步骤S4；否)，推定为FET 10A和FET 10C是断开状态故障，或者FET 10B或者FET 10D是接通状态故障，实施第二故障判定模式(步骤S14)。第二故障判定模式根据图11所示的流程图执行。控制部50判定第二检测电压Vout是否为0V(步骤S14a)。控制部50在第二检测电压Vout为0V的情况下(步骤S14a；是)，确定为FET 10A、10C是断开状态故障(步骤S14b)。另外，控制部50在第二检测电压Vout不是0V的情况下(步骤S14a；否)，判定第一检测电压Vd是否是正电压(步骤S14c)。控制部50在第一检测电压Vd是正电压的情况下(步骤S14c；是)，确定为FET 10D是接通状态故障(步骤S14d)。另外，控制部50在第一检测电压Vd不是正电压的情况下(步骤S14c；否)，判定第一检测电压Vd是否是负电压(步骤S14e)。控制部50在第一检测电压Vd是负电压的情况下(步骤S14e；是)，确定为FET 10B是接通状态故障(步骤S14f)。另外，控制部50在第一检测电压Vd不是负电压的情况下(步骤S14e；否)，确定为FET 10B、10D是接通状态故障(步骤S；14g)。控制部50在用第二故障判定模式对FET 10A～10D确定故障时，执行图9所示的故障安全处理(步骤S19)。
[第三故障判定模式]
另外，在上述步骤S7，控制部50在第一检测电压Vd不是0V的情况下(步骤S7；否)，推定为FET 10A、10B、10C、或者10D是断开状态故障，实施第三故障判定模式(步骤S16)。第三故障判定模式根据图12所示的流程图执行。控制部50判定第一检测电压Vd是否是正电压(步骤S16a)。控制部50在第一检测电压Vd是正电压的情况下(步骤S16a；是)，将FET 10D设定为断开(步骤S16b)。此处，在步骤S16b中，FET 10A～10C设定为接通，FET 10D设定为断开。接下来，控制部50在步骤S16c，判定第二检测电压Vout与从电源电压E减去FET10B、10D的体二极管的正向电压VF而得到的电压是否相等(判定“Vout＝E-VF”是否成立)。控制部50在“Vout＝E-VF”成立的情况下(步骤S16c；是)，确定为FET 10B是断开状态故障(步骤S16d)。另外，控制部50在“Vout＝E-VF”不成立的情况下(步骤S16c；否)，确定为FET10C是断开状态故障(步骤S16e)。
此外，在上述步骤S16a，控制部50在第一检测电压Vd不是正电压的情况下(步骤S16a；否)，将FET 10b设定为断开(步骤S16f)。此处，在步骤S16f中，FET 10A、10C、10D设定为接通，FET 10B设定为断开。接下来，控制部50在步骤S16g，判定第二检测电压Vout与从电源电压E减去FET 10B、10D的体二极管的正向电压VF而得到的电压是否相等(判定“Vout＝E-VF”是否成立)。控制部50在“Vout＝E-VF”成立的情况下(步骤S16g；是)，确定为FET 10D是断开状态故障(步骤S16h)。另外，控制部50在“Vout＝E-VF”不成立的情况下(步骤S16g；否)，确定为FET 10A是断开状态故障(步骤S16i)。控制部50在用第三故障判定模式确定FET10A～10D的故障时，执行图9所示的故障安全处理(步骤S19)。
如上所述，实施方式1所涉及的半导体开关控制装置1包括：双向断开电路10，设置在高电压电池HV与高电压负载2之间，将在高电压电池HV与高电压负载2之间双向流动的电流接通或者断开；电阻R，用于检测双向断开电路10的电压；第一电压检测部30，检测施加在电阻R的电压；以及控制部50，根据由第一电压检测部30检测出的第一检测电压Vd，来判定双向断开电路10的故障。双向断开电路10具有：源极端子彼此串联连接的FET 10B和FET10A；以及源极端子彼此串联连接的FET 10D和FET 10C。电阻R的一端在FET 10B和FET 10A的源极端子间连接，另一端在FET 10D和FET 10C的源极端子间连接。由此，半导体开关控制装置1通过对施加在电阻R的电压进行检测，从而能够判定FET 10A～10D的哪个是断开状态故障。所以，半导体开关控制装置1由于能够使用1个电阻R来判定双向断开电路10的故障，因此，能够抑制装置的大型化。另外，半导体开关控制装置1由于在电流流动的主电流路径未配置电阻R，因此，能够抑制接通所导致的损耗。另外，半导体开关控制装置1能够利用FET10A～10D的故障判定，提高车辆电源系统100的可靠性。
另外，在半导体开关控制装置1中，控制部50在指示将FET 10A～10D全部接通的情况下，根据第一检测电压Vd与预定的第一基准电压的偏离量，判定为FET 10A～10D的哪个是断开状态即断开状态故障。由此，半导体开关控制装置1由于能够判定为FET 10A～10D的哪个是断开状态故障，因此，与对FET 10A～10D分别故障判定的情况比较，能够缩短判定故障的时间。
另外，在半导体开关控制装置1中，控制部50在第一检测电压Vd与第一基准电压的偏离量是正电压的情况下，判定为FET 10B或者FET 10C的任一个是断开状态故障，在第一检测电压Vd与第一基准电压的偏离量是负电压的情况下，判定为FET 10A或者FET 10D的任一个是断开状态故障。由此，半导体开关控制装置1由于能够对处于断开状态故障的FET10A～10D进行锁定，因此，能够容易确定处于断开状态故障的FET 10A～10D。
另外，在半导体开关控制装置1中，控制部50根据由第二电压检测部40检测出的第二检测电压Vout，判定双向断开电路10的故障。半导体开关控制装置1例如根据第二检测电压Vout，判定FET 10A～10D的哪个是接通状态即接通状态故障。由此，半导体开关控制装置1由于能够判定接通状态故障，因此，能够更详细判定FET 10A～10D的故障。
另外，在半导体开关控制装置1中，控制部50在双向断开电路10的断开状态故障中，根据由第二电压检测部40检测出的第二检测电压Vout和将FET 10A～10D接通断开的指令值，确定FET 10A～10D的哪个是断开状态故障。由此，半导体开关控制装置1由于能够确定断开状态故障的FET 10A～10D，因此，能够使复原作业变得容易。
此外，在半导体开关控制装置1中，也可以包括多个双向断开电路10使其冗余化，提高车辆电源系统100的可靠性。
[实施方式2]
接下来，说明实施方式2所涉及的半导体开关控制装置1A。实施方式2所涉及的半导体开关控制装置1A与实施方式1的半导体开关控制装置1在漏极端子彼此连接这一点上存在差异。此外，实施方式2中，对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。半导体开关控制装置1A包括具有第一双向断开电路71、第二双向断开电路72的双向断开电路70。第一双向断开电路71与第二双向断开电路72并联连接。第一双向断开电路71包括FET 11A、FET 11B，第二双向断开电路72包括FET 11C、FET 11D。
FET 11A在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一正向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能。FET 11A的体二极管Da的阳极端子与高电压电池HV的正电极连接，阴极端子与高电压负载2侧连接。
FET 11B在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一正向开关而发挥功能。FET 11B的体二极管Db阳极端子与高电压负载2连接，阴极端子与高电压电池HV的正电极侧连接。FET 11B与FET 11A的漏极端子彼此串联连接，FET 11A的源极端子与高电压电池HV连接，FET 11B的源极端子与高电压负载2连接。
FET 11C在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一正向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能。FET 11C的体二极管Dc的阳极端子与高电压电池HV的正电极连接，阴极端子与高电压负载2侧连接。
FET 11D在从高电压电池HV向高电压负载2有电流流动的情况下，作为第一反向开关而发挥功能；在从高电压负载2向高电压电池HV有电流流动的情况下，作为第一正向开关而发挥功能。FET 11D的体二极管Dd的阳极端子与高电压负载2连接，阴极端子与高电压电池HV的正电极侧连接。FET 11C与FET 11D的漏极端子彼此串联连接，FET 11C的源极端子与高电压电池HV连接，FET 11D的源极端子与高电压负载2连接。
电阻R的一端在FET 11B与FET 11A之间的漏极端子间的第一连接点X连接，另一端在FET 11D与FET 11C之间的漏极端子间的第二连接点Y连接。第一电压检测部30将对施加在电阻R的电压进行检测而得到的第一检测电压Vd输出至控制部50。
如上所述，实施方式2所涉及的半导体开关控制装置1A包括：双向断开电路70，设置在高电压电池HV与高电压负载2之间，将在高电压电池HV与高电压负载2之间双向流动的电流接通或者断开；电阻R，用于检测双向断开电路70的电压；第一电压检测部30，对施加在电阻R的电压进行检测；以及控制部50，根据由第一电压检测部30检测出的第一检测电压Vd，来判定双向断开电路70的故障。双向断开电路70具有：漏极端子彼此串联连接的FET11B和FET 11A；漏极端子彼此串联连接的FET 11D和FET 11C。电阻R的一端在FET 11B和FET11A的漏极端子间连接，另一端在FET 11D和FET 11C的漏极端子间连接。这样，半导体开关控制装置1A即使构成是将漏极端子彼此串联连接，也具有与实施方式1的半导体开关控制装置1等同的效果。
[实施方式3]
接下来，说明实施方式3所涉及的半导体开关控制装置1B。实施方式3所涉及的半导体开关控制装置1B与实施方式1的半导体开关控制装置1在包括2个电池E1、E2这一点上存在差异。电池E1、E2例如是车用的12V类的电池。此外，实施方式3对与实施方式1相同的构成标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。半导体开关控制装置1B的双向断开电路10配置在电池E1的正电极与电池E2的正电极之间。半导体开关控制装置1B将从电池E1或者电池E2流向负载4的电流接通或者断开。这样，半导体开关控制装置1B也可以适用于包括2个电池E1、E2的车辆电源系统100。此外，交流发电机(ALT)5对电池E1、E2充电。

Claims (8)

1.一种半导体开关控制装置，其特征在于，包括：
半导体开关模块，其设置在电源与负载之间，将在所述电源与所述负载之间双向流动的电流接通或者断开；
电阻，用于检测所述半导体开关模块的电压；
第一电压检测部，对施加在所述电阻的电压进行检测；和
控制部，根据由所述第一电压检测部检测出的第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障，其中，
所述半导体开关模块具有第一半导体开关模块、与所述第一半导体开关模块并联连接的第二半导体开关模块，
所述第一半导体开关模块具有：
第一正向开关，体二极管配置在所述电流流动的方向即正向；和
第一反向开关，与所述第一正向开关相邻配置，体二极管配置在与所述正向相反的方向即反向，
所述第一正向开关和所述第一反向开关中，源极端子彼此串联连接，一个漏极端子与所述电源连接，另一个漏极端子与所述负载连接，
所述第二半导体开关模块具有：
第二正向开关，体二极管配置在所述正向；和
第二反向开关，与所述第二正向开关相邻配置，体二极管配置在所述反向，
所述第二正向开关和所述第二反向开关中，源极端子彼此串联连接，一个漏极端子与所述电源连接，另一个漏极端子与所述负载连接，
所述电阻的一端连接在所述第一正向开关和所述第一反向开关之间的所述源极端子间，另一端连接在所述第二正向开关与所述第二反向开关之间的所述源极端子间。
2.如权利要求1所述的半导体开关控制装置，其中，
所述控制部在指示将所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关全部接通的情况下，根据所述第一检测电压与预定的第一基准电压的偏离量，判定为所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态即断开状态故障。
3.如权利要求2所述的半导体开关控制装置，其中，
所述控制部在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是正电压的情况下，判定为所述第一正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态故障，
在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是负电压的情况下，判定为所述第一反向开关、或者所述第二正向开关的任一个是断开状态故障。
4.一种半导体开关控制装置，其特征在于，包括：
半导体开关模块，其设置在电源与负载之间，将在所述电源与所述负载之间双向流动的电流接通或者断开；
电阻，用于检测所述半导体开关模块的电压；
第一电压检测部，对施加在所述电阻的电压进行检测；和
控制部，根据由所述第一电压检测部检测出的第一检测电压，判定所述半导体开关模块的故障，其中，
所述半导体开关模块具有第一半导体开关模块、与所述第一半导体开关模块并联连接的第二半导体开关模块，
所述第一半导体开关模块具有：
第一正向开关，体二极管配置在所述电流流动的方向即正向；和
第一反向开关，与所述第一正向开关相邻配置，体二极管配置在与所述正向相反的方向即反向，
所述第一正向开关和所述第一反向开关中，漏极端子彼此串联连接，一个源极端子与所述电源连接，另一个源极端子与所述负载连接，
所述第二半导体开关模块具有：
第二正向开关，体二极管配置在所述正向；
第二反向开关，与所述第二正向开关相邻配置，体二极管配置在所述反向，
所述第二正向开关和所述第二反向开关中，漏极端子彼此串联连接，一个源极端子与所述电源连接，另一个源极端子与所述负载连接，
所述电阻的一端连接在所述第一正向开关和所述第一反向开关之间的所述漏极端子间，另一端连接在所述第二正向开关与所述第二反向开关之间的所述漏极端子间。
5.如权利要求4所述的半导体开关控制装置，其中，
所述控制部在指示将所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关全部接通的情况下，根据所述第一检测电压与预定的第一基准电压的偏离量，判定为所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态即断开状态故障。
6.如权利要求5所述的半导体开关控制装置，其中，
所述控制部在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是正电压的情况下，判定为所述第一正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是断开状态故障，
在所述第一检测电压与所述第一基准电压的所述偏离量是负电压的情况下，判定为所述第一反向开关、或者所述第二正向开关的任一个是断开状态故障。
7.如权利要求1～6的任一项所述的半导体开关控制装置，其中，
包括对施加在所述负载的电压进行检测的第二电压检测部，
所述控制部根据由所述第二电压检测部检测出的第二检测电压，判定所述半导体开关模块的故障。
8.如权利要求7所述的半导体开关控制装置，其中，
所述控制部在所述半导体开关模块的断开状态故障下，根据由所述第二电压检测部检测出的第二检测电压以及将所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关和所述第二反向开关接通断开的指令值，确定所述第一正向开关、所述第一反向开关、所述第二正向开关、或者所述第二反向开关的任一个是所述断开状态故障。
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