CN108575108B - 控制电路 - Google Patents

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Abstract

具有：逆变器电路，其构成为，将高电位侧MOSFET和低电位侧MOSFET进行图腾柱连接；第1栅极驱动电路，其使该低电位侧MOSFET进行通断；第2栅极驱动电路，其使该高电位侧MOSFET进行通断；自举电路，其对该第2栅极驱动电路赋予电压；以及检测部，其在大于预先设定的值的电流流过该逆变器电路时发出异常信号，如果发出了该异常信号，则使该低电位侧MOSFET截止，使该高电位侧MOSFET截止，然后，在续流电流流过该低电位侧MOSFET的状态下将该低电位侧MOSFET导通，防止使该自举电路的自举电容器过充电。

Description

控制电路
技术领域
本发明涉及用于逆变器电路的控制的控制电路。
背景技术
在逆变器控制中，主流的做法是通过自举方式从低压侧栅极驱动电路的电源供给高压侧栅极驱动电路的电源。在通过使用了MOSFET的逆变器电路对感应负载进行驱动的情况下，其续流电流逆向流过MOSFET，高压侧主电极端子电位即漏极电位低于低压侧主电极端子电位即源极电位。特别是在续流电流流过低压侧MOSFET的情况下，该漏极电位低于源极电位，由此一端与漏极端子连接的自举电容器被过充电。由于自举电容器的过充电，有可能对栅极驱动电路或MOSFET施加过电压。特别是当在流过过大的主电流时，执行保护动作，低压侧MOSFET截止而流过续流电流的情况下，续流电流也成为较大电流，因此该问题变得显著。
在专利文献1中公开了用于解决该问题的技术。在专利文献1中，在使用GaNFET作为开关元件的半桥电力电路中，与自举电容器的充电路径串联地设置自举电容器钳位电路。因此，即使在自举电容器的开关元件侧的电位过量地成为负电位的情况下，也能够控制为使充电至自举电容器的电压是恒定的。
专利文献1：日本特表2015-511112号公报
发明内容
然而，在专利文献1所公开的技术中存在下述问题。
·为了对自举电容器钳位电路进行驱动而另外需要浮置电源。
·需要使自举电容器电压恒定的模拟控制，因此控制复杂。例如，向放大器385的反馈。
·在自举充电路径存在Pch-MOSFET 380，因此充电电流受到限制。或者，需要以体积、成本为代价而确保通电能力。
因此，谋求通过简单的结构抑制自举电容器的过充电的控制电路。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供能够通过简单的结构抑制自举电路的自举电容器的过充电的控制电路。
本发明涉及的控制电路的特征在于，具有：逆变器电路，其具有将高电位侧MOSFET和低电位侧MOSFET进行图腾柱连接的图腾柱构造；第1栅极驱动电路，其使该低电位侧MOSFET进行通断；第2栅极驱动电路，其使该高电位侧MOSFET进行通断；自举电路，其对该第2栅极驱动电路赋予电压；以及检测部，其在大于预先设定的值的电流流过该逆变器电路时，发出异常信号，如果发出了该异常信号，则该第1栅极驱动电路使该低电位侧MOSFET截止，该第2栅极驱动电路使该高电位侧MOSFET截止，然后，执行保护动作，该保护动作是在续流电流流过该低电位侧MOSFET的体二极管的状态下，该第1栅极驱动电路将该低电位侧MOSFET导通，防止使该自举电路的自举电容器过充电。
本发明的其他特征在下面得以明确。
发明的效果
根据本发明，在采用自举充电方式的控制电路中，在续流电流流过低电位侧MOSFET的体二极管的状态下，将该低电位侧MOSFET导通，因此能够抑制自举电容器的过充电。
附图说明
图1是实施方式1涉及的控制电路的电路图。
图2是对自举电容器的充电方法进行说明的图。
图3是表示控制电路的动作的时序图。
图4是实施方式2涉及的控制电路的电路图。
图5是表示控制电路的动作的时序图。
图6是实施方式3涉及的控制电路的结构图。
图7是表示控制电路的动作的时序图。
图8是实施方式4涉及的控制电路的电路图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式涉及的控制电路进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1涉及的控制电路的电路图。控制电路的控制对象是逆变器电路。逆变器电路具有：将高电位侧MOSFET Q2和低电位侧MOSFET Q1进行图腾柱连接的图腾柱构造；以及将高电位侧MOSFET Q4和低电位侧MOSFET Q3进行图腾柱连接的图腾柱构造。由4个MOSFET形成全桥电路。由该全桥电路对作为负载的电感L供给交流电流。
低电位侧MOSFET Q1、Q3分别通过第1栅极驱动电路10、14进行通断。高电位侧MOSFET Q2、Q4分别通过第2栅极驱动电路12、16进行通断。所有的MOSFET例如由硅形成。低电位侧MOSFET Q1、Q3导通时的体二极管的VF小于低电位侧MOSFET Q1、Q3截止时的体二极管的VF。
第1栅极驱动电路10的电源电压是从电源VD1供给的。第2栅极驱动电路12的电源电压是通过具有自举二极管D1和自举电容器C1的自举电路使电源VD1的电压升压而供给的。
第1栅极驱动电路14的电源电压是从电源VD2供给的。第2栅极驱动电路16的电源电压是通过具有自举二极管D2和自举电容器C2的自举电路使电源VD2的电压升压而供给的。
这样，将通过自举电路使电源电压升压后的电压设为第2栅极驱动电路12、16的电源电压。换言之，通过自举电路对第2栅极驱动电路12、16赋予电压。
端子20、22、24、26分别与第1栅极驱动电路10、第2栅极驱动电路12、第1栅极驱动电路14、第2栅极驱动电路16连接。从外部经由端子20、22、24、26，赋予针对各栅极驱动电路的控制信号。
图2是对自举电容器C1、C2的充电方法进行说明的图。使电流流过由虚线A1示出的路径而对自举电容器C1进行充电。具体而言，将低电位侧MOSFET Q1导通，通过从第1栅极驱动电路10的电源VD1经由自举二极管D1的电流对自举电容器C1进行充电。
自举电容器C2也同样地进行充电。即，低电位侧MOSFET Q3导通，通过从第1栅极驱动电路14的电源VD2经由自举二极管D2的电流对自举电容器C2进行充电。
在续流电流流过高电位侧MOSFET Q2和低电位侧MOSFET Q3时，以与低电位侧MOSFET Q3的体二极管的VF相应的量，VS电位相对于GND成为负电位。VS电位是指高电位侧MOSFET Q4与低电位侧MOSFET Q3的连接点、或高电位侧MOSFET Q2与低电位侧MOSFET Q1的连接点处的电位。VS电位成为自举电容器C1的基准电位，因此如果流过续流电流If，VS电位相对于GND成为负电压，则自举电容器成为充电模式。充电电流的流动由图2的单点划线A2示出。通过该充电电流，以与VS的负电位相应的量，对自举电容器C2施加过电压，使自举电容器C2过充电。
本发明的实施方式1涉及的控制电路通过实施以下的各工序而抑制自举电容器的过充电。
1.异常检测工序
异常检测是指对大于预先设定的值的电流流过逆变器电路这一情况进行检测。本发明的控制电路具有检测部，该检测部对大于预先设定的值的电流流过逆变器电路这一情况进行检测。实施方式1中的检测部是第1栅极驱动电路10。具体而言，第1栅极驱动电路10具有低电位侧MOSFET Q1的电流感测IC，通过该电流感测IC对逆变器电路的电流进行检测。如果逆变器电路的主电流大于预先设定的值，则检测部发出异常信号。例如，如果流过高电位侧MOSFET Q4、电感L以及低电位侧MOSFET Q1的主电流大于预先设定的值，则第1栅极驱动电路10向第1栅极驱动电路14发出异常信号Fo。对异常信号Fo标注有参照标号30。此外，异常信号Fo并非仅传输至第1栅极驱动电路14，而是传输至所有的栅极驱动电路。
图3是表示控制电路的动作的时序图。If是流过低电位侧MOSFET Q3的体二极管的续流电流的波形。Im是主电流的波形。VS-GND是VS电位与GND电位的差。Vin(Q4)表示向高电位侧MOSFET Q4的栅极输入的输入信号。Vin(Q1)表示向低电位侧MOSFET Q1的栅极输入的输入信号。Vin(Q3)表示向低电位侧MOSFET Q3的栅极输入的输入信号。Fo表示异常信号。在图3中示出的是，如果主电流大于预先设定的值则发出异常信号Fo。
2.停止工序
如果在异常检测工序中发出异常信号Fo，则处理进入停止工序。在停止工序中，第1栅极驱动电路10、14使低电位侧MOSFET Q1、Q3截止，第2栅极驱动电路12、16使高电位侧MOSFET Q2、Q4截止。由此，将4个MOSFET全部切断。在图3中示出的是，发出异常信号Fo之后，使高电位侧MOSFET Q4和低电位侧MOSFET Q1截止。
3.保护动作
如果结束了停止工序，则续流电流流过高电位侧MOSFET Q2和低电位侧MOSFETQ3。在图2中示出的是，流过低电位侧MOSFET Q3的续流电流If。如果续流电流If流过低电位侧MOSFET Q3，则电流流过由图2的单点划线A2示出的路径。在续流电流流过低电位侧MOSFET Q3的体二极管的状态下，以与体二极管的VF相应的量，VS电位相对于GND成为负电位。因此，有可能使自举电容器C2过充电。因此，如果发出异常信号，经过了预先设定的时间t dead，则执行保护动作。
具体而言，在续流电流流过低电位侧MOSFET Q3的体二极管的状态下，第1栅极驱动电路14将低电位侧MOSFET Q3导通。由此，该体二极管的VF降低。在图3中示出的是，低电位侧MOSFET Q3在时刻t1导通，由此VS-GND变小。将该动作称为保护动作。通过保护动作，能够防止自举电路的自举电容器过充电。
通过使t dead充分长，从而在停止工序中，在所有的MOSFET截止之后开始保护动作，将低电位侧MOSFET导通。通过在高电位侧MOSFET Q2、Q4截止之后将低电位侧MOSFET Q3导通，由此呈图腾柱构造的高电位侧MOSFET和低电位侧MOSFET同时导通，防止作为主电流的L电流流动。
这样，本发明的实施方式1的控制电路在续流电流流过低电位侧MOSFET的体二极管，自举电容器的一端的电位降低，有可能使自举电容器过充电的情况下，通过将低电位侧MOSFET导通而防止该过充电。该保护动作是非常简单的动作，并且不需要追加部件。因此，能够通过简单的结构抑制自举电路的自举电容器的过充电。
逆变器电路不限定于全桥电路。只要是具有图腾柱构造的逆变器电路即可，也可以采用除全桥电路以外的电路。例如，作为逆变器电路也可以采用3相逆变器电路。检测部只要在大于预先设定的值的电流流过逆变器电路时发出异常信号即可，没有特别的限定。例如，也可以使第1栅极驱动电路14具有作为检测部的功能，通过第1栅极驱动电路14对主电流进行监视，在该主电流大于预先设定的值时发出异常信号。
在实施方式1中，由硅形成4个MOSFET。但是，也可以由带隙比硅大的宽带隙半导体形成MOSFET。作为宽带隙半导体，例如有碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。如果续流电流流过将硅作为材料的MOSFET时的VS-GND为－0.6V左右，则续流电流流过将宽带隙半导体作为材料的MOSFET时的VS-GND例如甚至会成为－2.6V左右。因此，在采用宽带隙半导体的情况下，自举电容器被过充电的问题严重。因此，在由宽带隙半导体构成MOSFET时，本发明的控制电路是特别有效的。
除此以外，能够在不脱离本发明的特征的范围进行各种变形。并且，这些变形也能够适当地应用于以下的实施方式涉及的控制电路。此外，对于以下的实施方式的控制电路，由于与实施方式1的共通点多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。
实施方式2.
由实施方式2的控制电路进行的保护动作与实施方式1的保护动作不同。在实施方式2中，第1栅极驱动电路在保护动作时向低电位侧MOSFET赋予PWM信号。
图4是实施方式2涉及的控制电路的电路图。产生PWM信号的微型计算机40与第1栅极驱动电路10、14、第2栅极驱动电路12、16连接。第1栅极驱动电路10、14和第2栅极驱动电路12、16基于从微型计算机40发出的PWM信号，使MOSFET进行导通/截止。从第1栅极驱动电路10将异常信号Fo输入至该微型计算机40。
在进行保护动作的工序中，通过将PWM信号从微型计算机40供给至第1栅极驱动电路14，从而向低电位侧MOSFET Q3施加PWM信号。由此，低电位侧MOSFET Q3反复进行导通/截止。在图5中示出的是，从时刻t1起通过PWM信号将低电位侧MOSFET Q3导通。通过以上述方式将低电位侧MOSFET Q3导通，由此能够使低电位侧MOSFET Q3的VF降低，抑制自举电容器C2的过充电。而且，能够使用已有的PWM信号，而无需准备用于保护动作的新的信号式样(pattern)，因此处理变得简单。
实施方式3.
由实施方式3涉及的控制电路进行的动作的特征在于异常检测工序。在实施方式3中，检测部在逆变器电路的温度大于预先设定的值时发出异常信号。如果过电流流过逆变器电路，则逆变器电路的温度变高，因此，对逆变器电路变成高温这一情况进行检测，由此对该过电流进行检测。
图6是实施方式3涉及的控制电路的结构图。在逆变器电路设置有对逆变器电路的温度进行测定的温度计50。该温度计50的测定结果被传输至对MOSFET进行驱动的驱动电路52。驱动电路52具有作为检测部的功能，对逆变器电路的温度是否大于预先设定的值进行判定。驱动电路52在逆变器电路的温度大于预先设定的值时发出异常信号。
图7是表示实施方式3涉及的控制电路的动作的时序图。在图7中，“温度”是指由温度计50测定到的温度。如果温度变高，大于预先设定的值Tx，则发出异常信号Fo，实施停止工序。然后，实施将低电位侧MOSFET Q3导通的保护动作。
取代对主电流进行监视而是对温度进行监视，由此能够提高设计自由度。另外，也可以同时使用对温度进行监视的异常检测和对感测电流进行监视的异常检测。
实施方式4.
实施方式4的控制电路构成为，只要通过自举电路而升压后的电压不大于预先设定的值，第1栅极驱动电路就不执行保护动作。
图8是实施方式4涉及的控制电路的电路图。使高电位侧MOSFET Q4进行导通/截止的第2栅极驱动电路16和微型计算机40通过连接线60进行连接。通过该连接，微型计算机40能够对第2栅极驱动电路16的电源电压进行监视。第2栅极驱动电路16的电源电压与通过自举电路而升压后的电压相等。
在实施方式1中，在执行保护动作的工序中，将低电位侧MOSFET Q3导通。与此相对，在实施方式4中，在执行保护动作的工序中，微型计算机40对通过自举电路而升压后的电压进行监视。并且，只要该电压不大于预先设定的值，就不执行由第1栅极驱动电路14进行的保护动作。在通过自举电路而升压后的电压大于预先设定的值的情况下，执行保护动作。
这样，在实施方式4中，在发出异常信号Fo且通过自举电路而升压后的电压大于预先设定的值的情况下，执行保护动作。由此，在电流未流过电感L，不会发生短路而使自举电容器过充电的情况下，能够使低电位侧MOSFET Q3保持截止。通过使低电位侧MOSFET Q3保持截止，由此能够避免由于将其导通而产生的桥臂短路的风险。
有时在逆变器电路设有过电流保护电路、短路保护电路、加热保护电路以及控制电源电压降低保护电路等各种保护电路。即，除了过电流流过逆变器电路的情况以外，有时也会发出异常信号Fo。在该情况下，不优选根据异常信号Fo的报告而自动执行保护动作。因此，以上述方式对“通过自举电路而升压后的电压”进行监视是有效的。
实施方式5.
实施方式5涉及的控制电路的检测部在低电位侧MOSFET Q3的导通电压(VDS)大于预先设定的值时发出异常信号。由此，能够获得与实施方式1的控制电路相同的效果。上述检测部有助于设计自由度的提高。
此外，也可以将上述的各实施方式涉及的控制电路的特征适当地组合而提高本发明的效果。
标号的说明
10、14第1栅极驱动电路，12、16第2栅极驱动电路，C1、C2自举电容器，Q1、Q3低电位侧MOSFET，Q2、Q4高电位侧MOSFET

Claims (8)

1.一种控制电路，其特征在于，具有：
逆变器电路，其具有将高电位侧MOSFET和低电位侧MOSFET进行图腾柱连接的图腾柱构造；
第1栅极驱动电路，其使所述低电位侧MOSFET进行通断；
第2栅极驱动电路，其使所述高电位侧MOSFET进行通断；
自举电路，其对所述第2栅极驱动电路赋予电压；以及
检测部，其在大于预先设定的值的电流流过所述逆变器电路时，发出异常信号，
如果发出了所述异常信号，则所述第1栅极驱动电路使所述低电位侧MOSFET截止，所述第2栅极驱动电路使所述高电位侧MOSFET截止，
然后，执行保护动作，该保护动作是在续流电流流过所述低电位侧MOSFET的体二极管的状态下，所述第1栅极驱动电路将所述低电位侧MOSFET导通，防止使所述自举电路的自举电容器过充电。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
如果所述逆变器电路的主电流大于预先设定的值，则所述检测部发出所述异常信号。
3.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，
所述第1栅极驱动电路在所述保护动作时向所述低电位侧MOSFET赋予PWM信号。
4.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，
所述检测部在所述逆变器电路的温度大于预先设定的值时发出所述异常信号。
5.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，
所述第1栅极驱动电路只要通过所述自举电路而升压后的电压不大于预先设定的值，就不执行所述保护动作。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，
所述检测部在所述低电位侧MOSFET的导通电压大于预先设定的值时发出所述异常信号。
7.根据权利要求1、2、6中任一项所述的控制电路，其特征在于，
所述高电位侧MOSFET和所述低电位侧MOSFET由宽带隙半导体形成。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。
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