CN113711478A - 负载驱动装置 - Google Patents

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Abstract

存在即使在半导体元件的高温导通时有意地使大电流流过，也会检测到过电流状态从而使电流停止的问题。在本发明的负载驱动装置中，当输入电压(Vin)达到阈值电压(Vth)时，过电流检测部(4)检测到过电流，并将过电流检测信号(c)输出到栅极驱动部(3)。另一方面，当输入了温度检测信号(a)和电流控制信号(b)时，晶体管(52)导通，并且过电流检测部(4)的输入电压(Vin)变为零。而且，在这种情况下，过电流检测部(4)的输入电压(Vin)不会达到阈值电压(Vth)。因此，从栅极驱动部(3)输出的驱动信号不停止其输出。因此，漏极电流(Ids)能流过大电流。

Description

负载驱动装置
技术领域
本发明涉及负载驱动装置。
背景技术
在负载驱动装置中，将半导体元件设置在电极之间，并且通过半导体元件的开关控制向负载提供电流。而且，通过监视半导体元件的电极之间的电位差来检测过电流。另一方面，SiC(碳化硅)等半导体元件具有高温导通时电阻值上升的特性，在大电流下电极间电压大幅上升。
专利文献1公开了一种负载驱动装置，其将半导体元件的漏极-源极间电压与规定的基准电压进行比较，并检测过电流状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2016-201593号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述的专利文献1所记载的装置存在即使在半导体元件的高温导通时有意地使较大电流流过，也会检测到过电流状态而导致电流停止的问题。
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装置包括：半导体元件，该半导体元件设置在有电流流过的电极之间，在进行导通动作时提供电流，在进行关断动作时切断电流；过电流检测部，该过电流检测部对基于所述电极之间的电压的输入电压为阈值电压以下的情况进行检测；以及电压变更电路部，该电压变更电路部对基于所述电极之间的电压的所述输入电压进行变更，所述电压变更电路基于允许所述半导体元件中流过规定值以上的电流的电流控制信号以及表示所述半导体元件的温度在规定值以上的温度检测信号，将所述输入电压变更为所述阈值电压以下。
发明效果
根据本发明，在半导体元件高温导通时，能有意地使大电流流过。
附图说明
图1是负载驱动装置的电路结构图。
图2是表示半导体元件的电阻值特性的图表。
图3是表示由于温度引起的电极间电压上升的例子的图表。
图4(A)～图4(D)是示出在不允许大电流的情况下的负载驱动装置的动作的时序图。
图5(A)～图5(D)是示出在允许大电流的情况下的负载驱动装置的动作的时序图。
具体实施方式
图1是负载驱动装置100的电路结构图。
半导体元件1例如配置在正极P和负极N的电极之间。而且，半导体元件1在导通动作时提供电流，在关断动作时切断断电流。半导体元件1例如是构成三相感应电动机(MOTOR)的UVW相的各相上下臂串联电路的半导体元件之一，相当于各相的上臂或各相的下臂。UVW相中的上下臂串联电路构成逆变器。
将用于检测半导体元件1的温度的温度检测元件2配置在半导体元件1的附近。来自温度检测元件2的温度检测信号被输入到控制部10。当来自温度检测元件2的检测信号达到规定值时，控制部10输出温度检测信号a。
栅极驱动部3由电源Vcc供电，并响应于来自控制部10的PWM信号等，向半导体元件1的栅极电极输出驱动信号。当从栅极驱动部3输入驱动信号时，半导体元件1进行导通动作。此外，当从后述的过电流检测部4输入表示检测到过电流的过电流检测信号c时，栅极驱动部3停止向半导体元件1输出驱动信号。
电压变更电路部5包括由电源Vcc进行供电的电阻R1、R2、R3的串联电路。电阻R1和电阻R2之间的连接点经由用于防止逆流的二极管D1连接到半导体元件1的正极P侧。电阻R3的终端连接到半导体元件1的负极N侧。此外，电容器C1与电阻R3并联连接，将由电阻R3和电容器C1的并联电路构成的电路的电压作为输入电压Vin输入到过电流检测部4。
电阻R1、R2、R3的值被设定为：在半导体元件1导通时，若半导体元件1的电压Vds上升并达到没有电流沿二极管D1的正向流动的电压，则过电流检测部4的输入电压Vin达到阈值电压Vth。当输入电压Vin达到阈值电压Vth时，过电流检测部4检测到过电流，并将过电流检测信号c输出到栅极驱动部3。
此外，电压变更电路部5包括电压下降控制部50。电压下降控制部50包括发光二极管D2、光接收二极管D3、运算放大器51和晶体管52。当由控制部10输入温度检测信号a和后述的电流控制信号b并存在来自与门电路6的输出信号时，发光二极管D2发光。
由光接收二极管D3接收发光二极管D2的发光，并且将驱动信号经由运算放大器51输入到晶体管52的栅极电极。晶体管52的集电极和发射极之间连接到过电流检测部4的输入侧。即，当输入温度检测信号a和电流控制信号b时，晶体管52导通，并且过电流检测部4的输入电压Vin变为零。于是，在这种情况下，过电流检测部4的输入电压Vin没有达到阈值电压Vth。虽然示出了电压变更电路部5将过电流检测部4的输入电压Vin改变为零的示例，但是可以将过电流检测部4的输入电压Vin变更为阈值电压Vth以下。
对电流控制信号b进行说明。逆变器的过电压保护有三相短路的方式。所谓三相短路，是指尽管逆变器停止工作但电动机在外力的作用下转动时，为了防止逆变器的滤波电容器由于电动机的感应电压而超过耐压，而使各相上臂的半导体元件或各相下臂的半导体元件全部处于导通状态，从而使电动机的绕组短路。为了维持三相短路，需要使半导体元件1的漏极和源极之间的电极间电压上升，但是在不应用本实施方式时，过电流检测部4使过电流保护进行动作，从而无法提高电极间电压。在三相短路时，从省略了图示的上位的控制部向控制部10输入用于指示三相短路的指令s，控制部10接收该指令并输出电流控制信号b。
图2是表示半导体元件1的电阻值特性的图表。图2的X轴表示温度，Y轴表示电阻值，Z轴表示电流值。如图2所示，半导体元件1的电阻值具有随着温度变高和电流值变大而变高的趋势。
图3是表示由于温度引起的电极间电压上升的例子的图表。图3的横轴表示温度，纵轴表示电极间电压。如图3所示，SiC等半导体元件1具有在高温导通时电阻值上升的特性，在大电流下电极间电压大幅上升。例如，当电极间电压为检测电压V0时，如果过电流检测部4的输入电压Vin变为阈值电压Vth，则当半导体元件1的温度上升到约107℃时，不应用本实施方式的情况下，过电流检测部4将使过电流保护进行动作。
本实施方式中，像三相短路时等那样想要在高温下使大电流流过的情况下，通过输出温度检测信号a和电流控制信号b，使过电流检测部4导致的不期望的过电流保护停止。
在下文中，对负载驱动装置100的动作进行说明。
图4(A)～图4(D)是示出在不允许大电流的情况下，即，在没有输出温度检测信号a和电流控制信号b的情况下的负载驱动装置100的动作的时序图。
图4(A)示出栅极-源极间电压Vgs(参照图1)，图4(B)示出漏极电流Ids(参照图1)，图4(C)示出漏极-源极间电压Vds(参照图1)，图4(D)示出过电流检测部4的输入电压Vin(参照图1)。
栅极驱动部3响应于来自控制部10的PWM信号等向半导体元件1的栅极电极输出驱动信号。如图4(A)所示，该驱动信号在时刻t1作为栅极-源极间电压Vgs被施加到半导体元件1，半导体元件1导通。如图4(B)所示，漏极电流Ids从时刻t1开始增大。如图4(C)所示，漏极-源极间电压Vds在时刻t1下降，然后逐渐上升。如图4(D)所示，过电流检测部4的输入电压Vin随着漏极-源极间电压Vds上升而增大。在时刻t2，过电流检测部4的输入电压Vin达到阈值电压Vth的情况下，过电流检测部4检测到这一情况，并将表示发生过电流的过电流检测信号c发送到栅极驱动部3。当漏极-源极间电压Vds变得等于电阻R3、R4上的电压Vdet，二极管D1中没有正向电流流过时，过电流检测部4的输入电压Vin变为阈值电压Vth。如图4(A)所示，栅极驱动部3响应于过电流检测信号c在时刻t3停止输出驱动信号。
当在时刻t3停止输出驱动信号时，半导体元件1被切断。如图4(B)所示，漏极电流Ids从时刻t3开始减小。如图4(C)所示，漏极-源极间电压Vds上升。由于半导体元件1被切断，所以如图4(D)所示，过电流检测部4的输入电压Vin减小。
图5(A)～图5(D)是示出在允许大电流的情况下，即，在输出温度检测信号a和电流控制信号b的情况下的负载驱动装置100的动作的时序图。
图5(A)示出栅极-源极间电压Vgs(参照图1)，图5(B)示出漏极电流Ids(参照图1)，图5(C)示出漏极-源极间电压Vds(参照图1)，图5(D)示出过电流检测部4的输入电压Vin(参照图1)。
栅极驱动部3响应于来自控制部10的PWM信号等向半导体元件1的栅极电极输出驱动信号。如图5(A)所示，该驱动信号在时刻t1作为栅极-源极间电压Vgs被施加到半导体元件1，半导体元件1导通。如图5(B)所示，漏极电流Ids从时刻t1开始增大。如图5(C)所示，漏极-源极间电压Vds在时刻t1下降，然后逐渐上升。这里，由于从控制部10输出温度检测信号a和电流控制信号b，所以通过来自与门电路6的输出信号使发光二极管D2发光。由光接收二极管D3接收该发光，通过运算放大器51使晶体管52导通，如图5(D)所示，过电流检测部4的输入电压Vin变为零。
因此，如图5(C)所示，即使漏极-源极间电压Vds在时刻t2上升到高于电压Vdet，过电流检测部4也不会检测出过电流。因此，从栅极驱动部3输出的驱动信号在时间t3之后也不会停止其输出。
因此，如图5(B)所示，漏极电流Ids可以流过大电流。此外，在三相短路等结束时，与来自控制部10的PWM信号等的输出停止相对应地，来自栅极驱动部3的驱动信号也停止。
根据以上说明的实施方式，能够得到以下的作用效果。
(1)负载驱动装置100包括：半导体元件1，该半导体元件1设置在有电流流过的电极之间，在进行导通动作时提供电流，在进行关断动作时切断电流；过电流检测部4，该过电流检测部4对基于电极之间的电压的输入电压Vin为阈值电压Vth以下的情况进行检测；以及电压变更电路部5，该电压变更电路部5对基于电极之间的电压的输入电压Vin进行变更，电压变更电路部5基于允许半导体元件1中流过规定值以上的电流的电流控制信号b和表示半导体元件1的温度在规定值以上的温度检测信号a，将输入电压Vin变更为阈值电压Vth以下。由此，在半导体元件高温导通时，能有意地使大电流流过。
本发明不限于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，在本发明的技术思想范围内可以考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。
标号说明
1半导体元件
2温度检测元件
3栅极驱动部
4过电流检测部
5电压变更电路部
6与门电路
10控制部
50电压下降控制部
51运算放大器
52晶体管
100负载驱动装置
a温度检测信号
b电流控制信号
c过电流检测信号
s三相短路指令
C1电容器
D1二极管
D2发光二极管
D3光接收二极管
R1、R2、R3电阻。

Claims (4)

1.一种负载驱动装置，其特征在于，包括：
半导体元件，该半导体元件设置在有电流流过的电极之间，在进行导通动作时提供电流，在进行关断动作时切断电流；
过电流检测部，该过电流检测部对基于所述电极之间的电压的输入电压为阈值电压以下的情况进行检测；以及
电压变更电路部，该电压变更电路部对基于所述电极之间的电压的所述输入电压进行变更，
所述电压变更电路基于允许所述半导体元件中流过规定值以上的电流的电流控制信号以及表示所述半导体元件的温度在规定值以上的温度检测信号，将所述输入电压变更为所述阈值电压以下。
2.如权利要求1所述的负载驱动装置，其特征在于，
所述电压变更电路部基于所述电流控制信号和所述温度检测信号将所述输入电压变更为零。
3.如权利要求1或2所述的负载驱动装置，其特征在于，
包括控制部，该控制部在电动机三相短路时输出所述电流控制信号。
4.如权利要求3所述的负载驱动装置，其特征在于，
包括设置在所述半导体元件附近的温度检测元件，
若由所述温度检测元件检测到的温度在规定值以上，则所述控制部输出所述温度检测信号。
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