CN111082643A - 逆变器驱动装置 - Google Patents

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Abstract

得到能够维持过电流的检测精度并且降低制造成本的逆变器驱动装置。驱动电路(7)对开关元件(2)进行驱动。电流检测部(Rshunt)产生与在开关元件(2)中流过的电流相对应的电压信号。噪声滤波器(5)将叠加于电压信号的噪声除去。如果经由噪声滤波器(5)输入进来的电压信号超过第1阈值，则过电流检测电路(6)输出过电流检测信号。如果输入了过电流检测信号，或者并未经由噪声滤波器(5)地输入进来的电压信号超过第2阈值，则短路检测电路(13)输出错误信号。

Description

逆变器驱动装置
技术领域
本发明涉及对开关元件进行驱动的逆变器驱动装置。
背景技术
在逆变器驱动装置中，将与在开关元件中流过的电流相应的电压信号向电流检测电路输入。电流检测电路具备对过电流进行检测的比较器和对短路进行检测的比较器(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2017-212870号公报
在对开关元件进行高速驱动的情况下，有时噪声叠加于电压信号而对短路或者过电流进行误检测。越是高速地驱动，由噪声造成的误检测的风险越高。因此，需要经由噪声滤波器将电压信号向电流检测电路输入。但是，由于使用滤波器而在检测中产生一定的延迟时间，因此，短路耐量低的开关元件在检测出短路而实施保护之前会被热破坏。因此，需要将开关元件的短路耐量设计得高，因此，制造成本升高。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于得到能够维持过电流的检测精度并且降低制造成本的逆变器驱动装置。
本发明涉及的逆变器驱动装置的特征在于，具备：开关元件；驱动电路，其对所述开关元件进行驱动；电流检测部，其产生与在所述开关元件流过的电流相对应的电压信号；噪声滤波器，其将叠加于所述电压信号的噪声除去；过电流检测电路，如果经由所述噪声滤波器输入进来的所述电压信号超过第1阈值，则该过电流检测电路输出过电流检测信号；以及短路检测电路，如果输入了所述过电流检测信号，或者并未经由所述噪声滤波器地输入进来的所述电压信号超过第2阈值，则该短路检测电路输出错误信号。
发明的效果
在本发明中，过电流检测电路基于经由噪声滤波器输入进来的电压信号来检测过电流，因此能够维持过电流的检测精度。因此，即使在高速通断规格的逆变器驱动装置中，也能够防止由在通断时产生的噪声造成的误动作。另外，短路检测电路基于并未经由噪声滤波器地输入进来的电压信号来检测短路而实施保护。因此，在短路时能够快速地停止开关元件的驱动。由此，能够将开关元件的短路耐量设计得低，因此能够降低制造成本。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的图。
图2是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的通常动作时的时序的图。
图3是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的短路动作时的时序的图。
图4是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的变形例的图。
图5是表示实施方式2涉及的逆变器驱动装置的图。
图6是表示实施方式3涉及的逆变器驱动装置的图。
标号的说明
1半导体模块，2开关元件，5噪声滤波器，6过电流检测电路，7驱动电路，13短路检测电路，16设定电路，Rscref电阻，Rshunt分流电阻(电流检测部)
具体实施方式
参照附图说明实施方式涉及的逆变器驱动装置。对相同或者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是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的图。在半导体模块1的内部设置有开关元件2、续流二极管3、控制电路4。在半导体模块1的外部设置有分流电阻Rshunt、噪声滤波器5、过电流检测电路6、二极管D1。控制电路4具有驱动电路7、比较器8、滤波电路9、SR锁存电路10。
驱动电路7与从外部经由端子11向半导体模块1输入的输入电压Vin相应地对开关元件2进行驱动。使用IGBT作为开关元件2。续流二极管3在开关元件2断开时进行电流的续流。
在开关元件2的发射极E和GND之间连接有分流电阻Rshunt，分流电阻Rshunt是产生与在开关元件2中流过的电流相应的电压信号Ve的电流检测部。此外，作为电流检测部，也可以取代分流电阻Rshunt而使用霍尔元件或者电流互感器等其他电流检测单元。另外，在具备电流传感元件的开关元件2的情况下，也可以使感测电流流过电流检测用电阻来检测电流。
噪声滤波器5是具有电阻R1和电容器C1的RC滤波器。噪声滤波器5将叠加于电压信号Ve的噪声除去。
过电流检测电路6具有比较器12和二极管D2。向比较器12的+端子输入噪声滤波器5的输出电压Voc。向比较器12的－端子输入第1阈值Vref1。从比较器12经由二极管D2输出的电压是过电流检测信号。即，如果从噪声滤波器5输入进来的电压信号Voc超过第1阈值Vref1，则过电流检测电路6判定为产生了过电流而输出过电流检测信号。
短路检测电路13具有比较器8、滤波电路9以及SR锁存电路10。电压信号Ve经由二极管D1以及端子14向比较器8的+端子输入。过电流检测信号也经由端子14向比较器8的+端子输入。向比较器8的－端子输入第2阈值Vref2。将第2阈值Vref2设定为比第1阈值Vref1高的值。另外，在检测出过电流的情况下，从过电流检测电路6输出的过电流检测信号的电压值比第2阈值Vref2大。比较器8的输出电压A向滤波电路9输入。滤波电路9的输出电压B向SR锁存电路10的S端子输入，从Q端子输出错误信号Fo。因此，如果从过电流检测电路6输入了过电流检测信号或者并未经由噪声滤波器5地输入进来的电压信号Ve超过第2阈值Vref2，则短路检测电路13将错误信号Fo输出。此外，也能够将过电流检测信号不经由比较器8而直接向滤波电路9或者SR锁存电路10输入。在该情况下，需要追加用于将过电流检测信号从半导体模块1的外部向内部输入的端子。
错误信号Fo向SR锁存电路10的R端子以及驱动电路7输入，经由端子15向半导体模块1的外部输出。因此，逆变器驱动装置如果判定为过电流或者短路，则将错误信号Fo向半导体模块1的外部输出。另外，如果被输入错误信号Fo，则驱动电路7将开关元件2的栅极信号Vg切断，停止开关元件2的驱动。
图2是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的通常动作时的时序的图。如果被输入了控制信号Vin，开关元件2导通，则在分流电阻Rshunt流过电流而产生电压信号Ve。驱动电路7越是高速地进行通断，电流刚刚上升之后产生的叠加于电压信号Ve的噪声越大，对短路或者过电流进行误检测的风险越高。将噪声滤波器5的输出电压Voc向比较器12输入。通过与产生的噪声相应地对噪声滤波器5的时间常数进行设定，由此能够避免过电流的误检测。
将第2阈值Vref2设定为比噪声的峰值高的值。由此，能够避免由噪声造成的短路的误检测。另外，在高速通断时，有时产生峰值高且周期短的噪声。因此，设定将比较器8的输出电压A向下一级的滤波电路9输入而将短路判定设为无效的期间。由此，能够避免由峰值高且周期短的噪声造成的短路的误检测。
图3是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的短路动作时的时序的图。即使在由于逆变器驱动装置的异常动作等而在开关元件2流过大电流的情况下，也与通常动作时同样地在电流刚刚流过之后在电压信号Ve产生噪声。之后，电压信号Ve以追随电流波形的方式增加。由于噪声滤波器5的响应性低，所以电压信号Voc到达第1阈值Vref1的时间延迟。另一方面，短路检测电路13基于并未经由噪声滤波器5地输入进来的电压信号Ve来检测短路，因此，与过电流检测电路6相比响应性优越，能够迅速地检测出短路。此外，图中的短路切断时间是从短路产生起至检测出短路而将开关元件2的栅极信号Vg切断为止的时间。
在本实施方式中，过电流检测电路6基于经由噪声滤波器5输入进来的电压信号来检测过电流，因此，能够维持过电流的检测精度。因此，即使在高速通断规格的逆变器驱动装置中，也能够防止由在通断时产生的噪声造成的误动作。另外，短路检测电路13基于并未经由噪声滤波器5地输入进来的电压信号Ve来检测短路而实施保护。因此，能够在短路时快速地停止开关元件2的驱动。由此，能够将开关元件2的短路耐量设计得低，因此，能够降低制造成本。另外，能够降低开关元件2的导通电阻，也能够缩小芯片尺寸。另外，通常，短路电流与过电流相比存在流过更大的电流的倾向，因此，需要将用于检测短路电流的第2阈值Vref2设定为比用于检测过电流的第1阈值Vref1高的值。
图4是表示实施方式1涉及的逆变器驱动装置的变形例的图。取代IGBT而使用MOSFET作为开关元件2。MOSFET具备寄生二极管，也能够将其用作续流二极管。因此，能够省略续流二极管3。
实施方式2
图5是表示实施方式2涉及的逆变器驱动装置的图。设置有端子17，该端子17将在半导体模块1的内部设置的比较器8的－端子和在半导体模块1的外部设置的设定电路16连接。通过设定电路16而在半导体模块1的外部与通断时产生的噪声的峰值匹配地设定第2阈值Vref2。由此，能够进一步降低短路的误检测。
实施方式3
图6是表示实施方式3涉及的逆变器驱动装置的图。在半导体模块1的内部，恒流电路18连接至比较器8的－端子和端子17。恒流电路18输出恒定电流Iscref。在半导体模块1的外部，电阻Rscref连接于端子17和GND之间。仅通过该半导体模块1的外部的电阻Rscref的电阻值来设定第2阈值Vref2。由此，在实施方式2的效果的基础上，能够使逆变器驱动装置小型化。
此外，开关元件2不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。由宽带隙半导体形成的开关元件2能够进行高速通断动作，由噪声造成的误检测的风险高，因此，实施方式1-3的结构特别有效。另外，由宽带隙半导体形成的开关元件2的耐电压性、容许电流密度高，因此能够小型化。通过使用该小型化的开关元件2，也能够将组装有该开关元件2的逆变器驱动装置小型化、高集成化。另外，开关元件2的耐热性高，因此，能够将散热器的散热鳍片小型化，能够将水冷部空冷化，因此，能够将逆变器驱动装置进一步小型化。另外，开关元件2的电力损耗低且高效率，因此，能够将逆变器驱动装置高效率化。

Claims (7)

1.一种逆变器驱动装置，其特征在于，具备：
开关元件；
驱动电路，其对所述开关元件进行驱动；
电流检测部，其产生与在所述开关元件流过的电流相对应的电压信号；
噪声滤波器，其将叠加于所述电压信号的噪声除去；
过电流检测电路，如果经由所述噪声滤波器输入进来的所述电压信号超过第1阈值，则该过电流检测电路输出过电流检测信号；以及
短路检测电路，如果输入了所述过电流检测信号，或者并未经由所述噪声滤波器地输入进来的所述电压信号超过第2阈值，则该短路检测电路输出错误信号。
2.根据权利要求1所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
将所述第2阈值设定为比所述第1阈值高的值。
3.根据权利要求2所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
将所述第2阈值设定为比所述噪声的峰值高的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
如果输入了所述错误信号，则所述驱动电路停止所述开关元件的驱动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
还具备设定电路，该设定电路设定所述第2阈值，
所述开关元件、所述驱动电路、所述短路检测电路设置于半导体模块的内部，
所述设定电路设置于所述半导体模块的外部。
6.根据权利要求5所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
所述设定电路仅通过所述半导体模块的外部的电阻的电阻值来设定所述第2阈值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的逆变器驱动装置，其特征在于，
所述开关元件由宽带隙半导体形成。
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