DE102020129707A1 - Ansteuerungsvorrichtung und Leistungsmodul - Google Patents

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Narumi Matsushita
Shinji Sakai
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Abstract

Bereitgestellt wird eine Ansteuerungsvorrichtung, die imstande ist, ein Überschießen eines Source-Potentials eines Schaltelements zu unterdrücken, selbst wenn ein Widerstandswert eines Nebenschlusswiderstands zum Detektieren eines Stroms des Schaltelements groß ist. Eine Ansteuerungsvorrichtung (100), die ein Schaltelement (2) der unteren Seite einer Inverterschaltung ansteuert, enthält eine Ansteuerungsschaltung (10), die ein Ansteuerungssignal erzeugt, das in ein Gate des Schaltelements (2) der unteren Seite eingespeist wird, und eine Überstrom-Detektionsschaltung (20), die einen in dem Schaltelement (2) der unteren Seite fließenden Überstrom detektiert. Die Überstrom-Detektionsschaltung (20) detektiert einen Überstrom basierend auf einer Spannung, die in einem Nebenschlusswiderstand (3) auftritt, der mit einer Source des Schaltelements (2) der unteren Seite verbunden ist. Die Ansteuerungsschaltung (10) verwendet ein Potential eines Verbindungsknotens der Source des Schaltelements (2) der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands (3) als Referenzpotential und erzeugt ein Ansteuerungssignal des Schaltelements (2) der unteren Seite.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Ansteuerungsvorrichtung, die ein Schaltelement ansteuert, und insbesondere auf eine Ansteuerungsvorrichtung, die eine Überstrom-Schutzfunktion aufweist.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • Weithin verwendet wird ein Leistungsmodul, das unter Verwendung einer Inverterschaltung, die aus einer Reihenschaltung eines Schaltelements einer oberen Seite (P-Seite) und eines Schaltelements einer unteren Seite (N-Seite) aufgebaut ist, einer Induktorlast wie etwa einem Motor Strom bereitstellt. Als ein Schaltelement ansteuernde Ansteuerungsvorrichtung ist eine Ansteuerungsvorrichtung bekannt, die eine Überstrom-Detektionsschaltung, die detektiert, dass ein Überstrom in einem Schaltelement fließt, und eine Ansteuerungsschaltung enthält, die eine Funktion zum Schützen des Schaltelements vor dem Überstrom aufweist, wenn der Überstrom detektiert wird (eine Überstrom-Schutzfunktion).
  • Als Verfahren zum Detektieren eines in einem Schaltelement fließenden Stroms, das von einer Überstrom-Detektionsschaltung durchgeführt wird, ist beispielsweise ein Verfahren zum Detektieren einer Spannung bekannt, die in einem Nebenschlusswiderstand auftritt, der zwischen ein Schaltelement der unteren Seite und einen Erdungsanschluss (einen Anschluss, der auf Erdungspotential (GND) gesetzt ist) geschaltet ist, (zum Beispiel die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2017-229119 ) und ein Verfahren, in dem ein Schaltelement übernommen wird, das einen Strommessanschluss aufweist, worin ein Strom, der einem Hauptstrom im Wesentlichen proportional ist, fließt, um eine Spannung zu detektieren, die in einem Messwiderstand auftritt, der zwischen den Strommessanschluss und einen Erdungsanschluss geschaltet ist (zum Beispiel offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-22348 ). In jedem Verfahren wird ein Komparator verwendet, der eine im Nebenschlusswiderstand oder im Messwiderstand auftretende Spannung und eine voreingestellte Vergleichs-Referenzspannung vergleicht.
  • In einem allgemeinen Leistungsmodul werden ein Referenzpotential der Vergleichs-Referenzspannung, die in den Komparator der Überstrom-Detektionsschaltung eingespeist wird, ein Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung, die das Schaltelement ansteuert, und ein Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands oder des Messwiderstands alle so eingestellt, dass sie den gleichen Wert haben. Das heißt, das Referenzpotential der Vergleichs-Referenzspannung, das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung und das Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands oder des Messwiderstands für das Schaltelement der unteren Seite sind alle ein Erdungspotential, und das Referenzpotential der Vergleichs-Referenzspannung, das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung und das Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands oder des Messwiderstands für das Schaltelement der oberen Seite sind alle ein Potential eines Source- (Emitter-) Anschlusses des Schaltelements der oberen Seite (zum Beispiel die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2019-110431 ).
  • In einer Konfiguration, in der die Überstrom-Detektionsschaltung die Spannung des Nebenschlusswiderstands detektiert, schießt, wenn ein Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands erhöht wird, das Source-Potential des Schaltelements leicht über und übersteigt eine Gatespannung, und eine Unterbrechungs- oder fehlerhafte Operation des Schaltelements tritt leicht auf. Wenn der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands reduziert wird, kann das Auftreten dieses Problems unterdrückt werden; falls der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands klein wird, nimmt jedoch eine im Nebenschlusswiderstand auftretende Spannung ab, so dass ein Problem auftaucht, dass eine Genauigkeit der Stromdetektion abnimmt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Ansteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die imstande, ein Überschießen eines Source-Potentials eines Schaltelements zu unterdrücken, selbst wenn ein Widerstandswert eines Nebenschlusswiderstands zum Detektieren eines Stroms des Schaltelements groß ist.
  • Eine Ansteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine Überstrom-Detektionsschaltung, die einen in einem Schaltelement fließenden Überstrom basierend auf einer Spannung detektiert, die in einem Nebenschlusswiderstand auftritt, der mit einer Source des Schaltelements verbunden ist; und zumindest eine Ansteuerungsschaltung, die ein Potential eines Verbindungsknotens der Source des Schaltelements und des Nebenschlusswiderstands als Referenzpotential verwendet und ein Ansteuerungssignal erzeugt, das in ein Gate des Schaltelements eingespeist wird.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung das Potential des Verbindungsknotens des Schaltelements und des Nebenschlusswiderstands, so dass sich das Gate-Potential des Schaltelements gemäß einer Fluktuation des Source-Potentials ändert. Selbst wenn das Source-Potential des Schaltelements fluktuiert, wird somit eine Änderung einer Gate-Source-Spannung des Schaltelements auf einen niedrigen Pegel gedrückt. Dementsprechend wird unterdrückt, dass das Source-Potential des Schaltelements überschießt und die Gatespannung übersteigt, selbst wenn der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands erhöht wird.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration einer Ansteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 2 ist eine Zeichnung, um einen Effekt zu beschreiben, der durch die Ansteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erhalten wird.
    • 3 ist eine Zeichnung, um einen Effekt zu beschreiben, der durch die Ansteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 erhalten wird.
    • 4 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der Ansteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 5 ist eine Zeichnung, die ein Modifikationsbeispiel der Ansteuerungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
    • 6 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Ausführungsform 1 >
  • 1 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration einer Ansteuerungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht. 1 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Ansteuerungsvorrichtung 100 eine integrierte Schaltung für niedrige Spannung (LVIC) ist, die ein Schaltelement 2 der unteren Seite einer Inverterschaltung ansteuert, die aus einer Reihenschaltung eines Schaltelements 1 der oberen Seite und des Schaltelements 2 der unteren Seite 2 aufgebaut ist. Die Inverterschaltung stellt einer Induktorlast L, wie beispielsweise etwa einem Motor, Strom bereit. Ein Nebenschlusswiderstand 3 zum Detektieren des Stroms ist zwischen eine Source des Schaltelements 2 der unteren Seite und einen Erdungsanschluss geschaltet. Das Schaltelement 1 der oberen Seite und das Schaltelement 2 der unteren Seite können ein Bipolartransistor (BPT) oder ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein.
  • Die Ansteuerungsvorrichtung 100 enthält eine Ansteuerungsschaltung 10 und eine Überstrom-Detektionsschaltung 20. Die Ansteuerungsschaltung 10 erzeugt ein einem Eingangsimpuls entsprechendes Ansteuerungssignal, das ein Steuerungssignal des Schaltelements 2 der unteren Seite ist, und speist das Steuerungssignal in ein Gate des Schaltelements 2 der unteren Seite ein. Die Überstrom-Detektionsschaltung 20 detektiert basierend auf einer im Nebenschlusswiderstand 3 auftretenden Spannung einen im Schaltelement 2 der unteren Seite fließenden Überstrom.
  • Die Ansteuerungsschaltung 10 enthält ein NOR-Gatter 11 und eine Gate-Logikschaltung 12. Der Eingangsimpuls wird in einen Eingangsanschluss des NOR-Gatters 11 eingespeist, und ein Ausgangssignal der Überstrom-Detektionsschaltung 20 wird in dessen anderen Eingangsanschluss eingespeist. Die Gate-Logikschaltung 12 erzeugt ein einem Ausgangssignal des NOR-Gatters 11 entsprechendes Ansteuerungssignal und speist das Ansteuerungssignal in das Gate des Schaltelements 2 der unteren Seite ein. Hier wird ein Potential eines Verbindungsknotens des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3 (worauf im Folgenden als „das Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite des Nebenschlusswiderstands 3“ verwiesen wird) der Ansteuerungsschaltung 10 als Referenzpotential bereitgestellt. Folglich ist das Referenzpotential des Ansteuerungssignals, das von der Ansteuerungsschaltung 10 in das Gate des Schaltelements 2 der unteren Seite eingespeist wird, das Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3.
  • Die Überstrom-Detektionsschaltung 20 enthält einen Komparator 21, eine Stromquellenschaltung 22 (Regler) und Widerstandselemente 23 bis 26. Die Widerstandselemente 23 und 24 sind zwischen den Erdungsanschluss und einen Ausgangsanschluss der Stromquellenschaltung 22 in Reihe geschaltet, und ein Verbindungsknoten zwischen den Widerstandselementen 23 und 24 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss ((-)-Eingangsanschluss) des Komparators 21 verbunden. Die Widerstandselemente 25 und 26 sind zwischen den Verbindungsknoten des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3 und den Ausgangsanschluss der Stromquellenschaltung 22 in Reihe geschaltet, und ein Verbindungsknoten zwischen den Widerstandselementen 25 und 26 ist mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss ((+)-Eingangsanschluss) des Komparators 21 verbunden.
  • Das heißt, die Einspeisung in den invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 21 als Vergleichs-Referenzspannung ist eine Spannung V1, die erhalten wird, indem die Spannung zwischen dem Erdungspotential und dem Ausgangspotential der Stromquellenschaltung 22 durch die Widerstandselemente 23 und 24 geteilt wird. Die Einspeisung in den nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators 21 als Spannung zum Überwachen eines im Schaltelement 2 der unteren Seite fließenden Stroms ist eine Spannung V2, die erhalten wird, indem die Spannung zwischen dem Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3 und dem Ausgangspotential der Stromquellenschaltung 22 durch die Widerstandselemente 25 und 26 geteilt wird. Im Folgenden wird auf die Spannung V1 als „die Vergleichs-Referenzspannung“ verwiesen und wird auf die Spannung V2 als „die Überwachungsspannung“ verwiesen.
  • Auf diese Weise bilden die Widerstandselemente 23 und 24 eine erste spannungsteilende Schaltung zum Erzeugen der Vergleich-Referenzspannung V1, und die Widerstandselemente 25 und 26 bilden eine zweite spannungsteilende Schaltung zum Erzeugen der Überwachungsspannung V2.
  • Der Komparator 21 vergleicht die Vergleichs-Referenzspannung V1 und die Überwachungsspannung V2, wodurch bestimmt wird, ob im Schaltelement 2 der unteren Seite der Überstrom fließt. Das heißt, der Komparator 21 bestimmt, dass der Überstrom im Schaltelement 2 der unteren Seite fließt, wenn die Überwachungsspannung V2 die Vergleichs-Referenzspannung V1 übersteigt, und aktiviert ein Ausgangssignal. Im Folgenden wird auf das Ausgangssignal des Komparators 21 (das Ausgangssignal der Überstrom-Detektionsschaltung 20) als „das Überstrom-Detektionssignal“ verwiesen. Das Überstrom-Detektionssignal, das von der Überstrom-Detektionsschaltung 20 abgegeben wird, wird über ein ODER-Gatter 31 und eine Verzögerungsschaltung 32 in das NOR-Gatter 11 der Ansteuerungsschaltung 10 eingespeist. Ein Eingangsanschluss des ODER-Gatters 31 (ein Eingangsanschluss, der das Überstrom-Detektionssignal nicht empfängt) ist mit einem invertierenden Steueranschluss PR für einen Power-On-Reset verbunden, in den ein invertierendes Steuerungssignal für einen Power-On-Reset eingespeist wird. Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt kann anstelle des invertierenden Steuerungssignals für einen Power-On-Reset zum Beispiel ein Fehlersignal wie etwa ein Überhitzungs-Schutzsignal und ein Niederspannungs-Schutzsignal oder eine Vielzahl solcher Fehlersignale in den Eingangsanschluss des ODER-Gatters 31, der das Überstrom-Detektionssignal nicht empfängt, eingespeist werden.
  • Wenn die Überstrom-Detektionsschaltung 20 das Überstrom-Detektionssignal aktiviert, blockiert in der Ansteuerungsschaltung 10 das NOR-Gatter 11 den Eingangsimpuls, und ein Ansteuerungssignal zum Ausschalten des Schaltelements 2 der unteren Seite wird von der Gate-Logikschaltung 12 abgegeben. Dementsprechend wird das Schaltelement 2 der unteren Seite vor dem Überstrom geschützt.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden im herkömmlichen Leistungsmodul das Referenzpotential der Vergleichs-Referenzspannung, die in den Komparator der Überstrom-Detektionsschaltung eingespeist wird, das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung, die das Schaltelement ansteuert, und das Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands alle so eingestellt, dass sie den gleichen Wert haben. Im Gegensatz dazu sind in der Ansteuerungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform 1 das Referenzpotential der Vergleichs-Referenzspannung V1, die in den Komparator 21 der Überstrom-Detektionsschaltung 20 eingespeist wird, und das Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands 3 das Erdungspotential, und das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung 10, die das Schaltelement 2 der unteren Seite ansteuert, ist das Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3.
  • Das Referenzpotential der Ansteuerungsschaltung 10 ist das Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3, so dass sich, wie in 2 veranschaulicht ist, das Gate-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite (das Potential des Ansteuerungssignals, das von der Ansteuerungsschaltung 10 abgegeben wird) entsprechend einer Fluktuation eines Source-Potentials des Schaltelements 2 der unteren Seite ändert. Selbst wenn das Source-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite fluktuiert, wird somit eine Änderung einer Gate-Source-Spannung des Schaltelements 2 der unteren Seite auf einen niedrigen Pegel gedrückt. Dementsprechend wird unterdrückt, dass das Source-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite überschießt und die Gatespannung übersteigt, so dass der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 3 erhöht werden kann.
  • Im herkömmlichen Leistungsmodul muss der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands entsprechend einer Begrenzung eines Arbeitspunktes oder einer Genauigkeit eines Komparators so eingestellt werden, dass eine zum Zeitpunkt des Auftretens eines Überstroms im Nebenschlusswiderstand erscheinende Spannung annähernd 0,5 V ist. Im Gegensatz dazu wird in der Ansteuerungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform die Vergleichs-Referenzspannung V1 erzeugt, indem ein Pegel des Referenzpotentials (Erdungspotentials) des Nebenschlusswiderstands 3 durch die Stromquellenschaltung 22 und die Widerstandselemente 23 und 24 verschoben wird, und wird die Überwachungsspannung V2 erzeugt, indem ein Pegel des Mittelpunkt-Potentials des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3 durch die Stromquellenschaltung 22 und die Widerstandselemente 25 und 26 verschoben wird. Die Pegel der Vergleichs-Referenzspannung V1 und der Überwachungsspannung V2 können durch die Widerstandswerte (Teilungsverhältnisse) der Widerstandselemente 23 bis 26 eingestellt werden, so dass auch ein Effekt erhalten wird, dass der Widerstandswert des Nebenschlusswiderstands 3 auf einen optionalen Wert eingestellt werden kann. Die Pegelverschiebung zum Erzeugen der Vergleichs-Referenzspannung V1 und der Überwachungsspannung V2 kann durch andere Mittel wie beispielsweise einen Source-Folger vollbracht werden.
  • Die Pegel der Vergleichs-Referenzspannung V1 und der Überwachungsspannung V2 können einstellbar sein. Beispielsweise kann jede einer Reihenschaltung der Widerstandselemente 23 und 24 (der ersten spannungsteilenden Schaltung) und einer Reihenschaltung der Widerstandselemente 25 und 26 (der zweiten spannungsteilenden Schaltung) durch einen Leiter-Widerstand (engl.: ladder resistance) ersetzt werden, der aus drei oder mehr Widerstandselementen aufgebaut ist, so dass der Knoten, von dem die Vergleichs-Referenzspannung V1 oder die Überwachungsspannung V2 genommen wird, geändert werden kann. Ein Trimm-Mechanismus zum Einstellen des Ausgangspotentials kann innerhalb der Stromquellenschaltung 22 vorgesehen werden. Wenn die Pegel der Vergleichs-Referenzspannung V1 und der Überwachungsspannung V2 eingestellt werden können, muss ein Einspeisungsbereich des Komparators 21 nicht zu einer Niederspannungsseite erweitert werden, so dass der Arbeitspunkt des Komparators 21 beispielsweise einfach ausgelegt werden kann.
  • Der Nebenschlusswiderstand hat einen parasitären Induktor mit einem Wert, der proportional einer Fläche des Nebenschlusswiderstands ist, und im herkömmlichen Leistungsmodul ist der Nebenschlusswiderstand in einer Schleife eines Gate-Ladestroms des Schaltelements der unteren Seite enthalten, so dass eine LCR-Resonanz durch den Gate-Ladestrom oder eine inverse elektromotorische Kraft des Schaltelements der unteren Seite auftritt und in einigen Fällen einen fehlerhaften Betrieb der Überstrom-Detektionsschaltung verursacht. In der Ansteuerungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist der Nebenschlusswiderstand 3 von der Schleife des Gate-Ladestroms des Schaltelements 2 der unteren Seite getrennt, und die Schleife enthält den parasitären Induktor des Nebenschlusswiderstands 3 (L31 und L32, veranschaulicht in 3) nicht, so dass man einen Effekt erwarten kann, dass das Auftreten einer LCR-Resonanz verhindert werden kann.
  • Wenn es einen parasitären Induktor (L21, L22 und L23, veranschaulicht in 3) in jedem Anschluss des Schaltelements 2 der unteren Seite gibt und die Resonanz aufgrund des großen Einflusses des parasitären Induktors (L21) der Source des Schaltelements 2 der unteren Seite auftritt, kann, wie in 4 veranschaulicht, ein kapazitives Element 4 mit dem Nebenschlusswiderstand 3 parallel verbunden werden, um einen Resonanzpunkt zu verschieben, wodurch eine Verstärkung in einem Rauschband reduziert wird. Wie in 5 veranschaulicht ist, kann überdies eine Filterschaltung 5 zum Entfernen von Rauschen in einem Pfad, um der Ansteuerungsschaltung 10 das Mittelpunkt-Potential des Schaltelements 2 der unteren Seite und des Nebenschlusswiderstands 3 bereitzustellen, eingesetzt werden. Die Filterschaltung 5 entfernt neben der Resonanz das Rauschen.
  • Das Problem der Resonanz tritt tendenziell auf, wenn di/dt groß ist, so dass es wirkungsvoll ist, das kapazitive Element 4 und die Filterschaltung 5 zu verwenden, wenn das Schaltelement 1 der oberen Seite und das Schaltelement 2 der unteren Seite die Schaltelemente für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb sind. Das Schaltelement für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb ist ein Schaltelement, das beispielsweise aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke aus SiC aufgebaut ist. Eine Kombination des Schaltelements 1 der oberen Seite und des Schaltelements 2 der unteren Seite für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb und des Kapazitätselements 4 und der Filterschaltung 5 ermöglicht eine Herstellung einer Vorrichtung, die bei einer Frequenz angesteuert wird, die aufgrund der Resonanz herkömmlicherweise schwer zu erzielen war.
  • Das Schaltelement 1 der oberen Seite, das Schaltelement 2 der unteren Seite, der Nebenschlusswiderstand 3 und die Ansteuerungsschaltung 10, die in 1 veranschaulicht sind, können in einem Gehäuse untergebracht sein, um ein Leistungsmodul zu bilden. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass das Schaltelement 1 der oberen Seite, das Schaltelement 2 der unteren Seite und die Ansteuerungsschaltung 10 ein Leistungsmodul bilden und der Nebenschlusswiderstand 3 extern montiert ist. Im Fall des Beispiels in 4 oder 5 kann das mit dem Nebenschlusswiderstand 3 parallel verbundene kapazitive Element 4 in ein Leistungsmodul integriert oder darin extern montiert werden.
  • <Ausführungsform 2>
  • 6 ist eine Zeichnung, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls 200 gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht. Das Leistungsmodul 200 ist ein Leistungsmodul vom „6 in 1“-Typ, das ein Schaltelement 1u der oberen Seite und ein Schaltelement 2u der unteren Seite, die eine U-Phase-Inverterschaltung bilden, ein Schaltelement 1v der oberen Seite und ein Schaltelement 2v der unteren Seite, die eine V-Phase-Inverterschaltung bilden, ein Schaltelement 1w der oberen Seite und ein Schaltelement 2w der unteren Seite, die eine W-Phase-Inverterschaltung bilden, und eine hochspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 110 und eine niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 120, die jene Elemente ansteuern, enthält. Die Schaltelemente 1u, 1v und 1w der oberen Seite werden durch die hochspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 110 angesteuert, die eine integrierte Schaltung für hohe Spannung (HVIC) ist, und die Schaltelemente 2u, 2v und 2w der unteren Seite werden durch die niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 120 angesteuert, die eine integrierte Schaltung für niedrige Spannung (LVIC) ist. Sources der Schaltelemente 2u, 2v und 2w der unteren Seite sind miteinander verbunden, und der Nebenschlusswiderstand 3 ist zwischen die Sources der Schaltelemente 2u, 2v und 2w der unteren Seite und den Erdungsanschluss geschaltet.
  • Obgleich in den Zeichnungen nicht dargestellt kann das Leistungsmodul 200 eine eingebaute Reflux-Diode enthalten, die zu jedem der Schaltelemente 1u, 1v und 1w der oberen Seite und der Schaltelemente 2u, 2v und 2w der unteren Seite antiparallel geschaltet ist, und eine eingebaute Bootstrap-Diode, die der hochspannungsseitigen Ansteuerungsvorrichtung 110 eine Stromquelle bereitstellt. Die Reflux-Diode und die Bootstrap-Diode können an dem Leistungsmodul 200 extern montiert sein. Wenn jedes der Schaltelemente 1u, 1v und 1w der oberen Seite und der Schaltelemente 2u, 2v und 2w der unteren Seite ein MOSFET ist, kann die Reflux-Diode weggelassen werden, da der MOSFET eine Bodydiode enthält.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ansteuerungsvorrichtung 100 der Ausführungsform 1 für die niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 120 verwendet. Das heißt, die niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung 120 enthält ähnlich derjenigen in der Ausführungsform 1 eine Ansteuerungsschaltung 10u, die das Schaltelement 2u der unteren Seite ansteuert, eine Ansteuerungsschaltung 10v, die das Schaltelement 2v der unteren Seite ansteuert, eine Ansteuerungsschaltung 10w, die das Schaltelement 2w der unteren Seite ansteuert, und die Überstrom-Detektionsschaltung 20. Jede der Ansteuerungsschaltungen 10u, 10v und 10w hat die gleiche Konfiguration wie die Ansteuerungsschaltung 10 der Ausführungsform 1, und das Überstrom-Detektionssignal, das von der Überstrom-Detektionsschaltung 20 abgegeben wird, wird über das ODER-Gatter 31 und die Verzögerungsschaltung 32 in das NOR-Gatter 11 jeder der Ansteuerungsschaltungen 10u, 10v und 10w eingespeist.
  • Der Effekt ähnlich demjenigen in der Ausführungsform 1 kann im Leistungsmodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 ebenfalls erhalten werden. Das Leistungsmodul hat die 6-in-1-Konfiguration, so dass auch ein Effekt, dass eine gemeinsame Impedanz eines U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Erdungspotentials unterdrückt werden kann, erhalten werden kann.
  • Jede Ausführungsform kann beliebig kombiniert werden, oder jede Ausführungsform kann geeignet variiert oder weggelassen werden.
  • Obgleich die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017229119 [0003]
    • JP 2019022348 [0003]
    • JP 2019110431 [0004]

Claims (10)

  1. Ansteuerungsvorrichtung (100), aufweisend: eine Überstrom-Detektionsschaltung (20), die einen in einem Schaltelement (2) fließenden Überstrom basierend auf einer Spannung detektiert, die in einem Nebenschlusswiderstand (3) auftritt, der mit einer Source des Schaltelements (2) verbunden ist; und zumindest eine Ansteuerungsschaltung (10), die ein Potential eines Verbindungsknotens der Source des Schaltelements (2) und des Nebenschlusswiderstands (3) als Referenzpotential verwendet und ein Ansteuerungssignal erzeugt, das in ein Gate des Schaltelements (2) eingespeist wird.
  2. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerungsschaltung (10) das Ansteuerungssignal zum Ausschalten des Schaltelements (2) erzeugt, wodurch das Schaltelement (2) geschützt wird, wenn die Überstrom-Detektionsschaltung (20) den Überstrom detektiert.
  3. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überstrom-Detektionsschaltung (20) eine Vergleichs-Referenzspannung (V1), die erhalten wird, indem ein Pegel eines Referenzpotentials des Nebenschlusswiderstands (3) verschoben wird, und eine Überwachungsspannung (V2) vergleicht, die erhalten wird, indem ein Pegel des Potentials des Verbindungsknotens des Schaltelements (2) und des Nebenschlusswiderstands (3) verschoben wird, und bestimmt, dass der Überstrom auftritt, wenn die Überwachungsspannung (V2) die Vergleichs-Referenzspannung (V1) übersteigt.
  4. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Überstrom-Detektionsschaltung (20) eine Stromquellenschaltung (22) enthält, die Vergleichs-Referenzspannung (V1) durch eine erste spannungsteilende Schaltung (23, 24) erzeugt wird, die eine Spannung zwischen dem Referenzpotential des Nebenschlusswiderstands (3) und einem Ausgangspotential der Stromquellenschaltung (22) teilt, und die Überwachungsspannung (V2) durch eine zweite spannungsteilende Schaltung (25, 26) erzeugt wird, die ein Potential des Verbindungsknotens des Schaltelements (2) und des Nebenschlusswiderstands (3) und das Ausgangspotential der Stromquellenschaltung (22) teilt.
  5. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die erste spannungsteilende Schaltung (23, 24) ein Leiter-Widerstand ist, der so konfiguriert ist, das er einen Knoten, von dem eine Vergleichs-Referenzspannung (V1) entnommen wird, ändern kann.
  6. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite spannungsteilende Schaltung (25, 26) ein Leiter-Widerstand ist, der so konfiguriert ist, das er einen Knoten, von dem eine Überwachungsspannung (V2) entnommen wird, ändern kann.
  7. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Stromquellenschaltung (22) einen Trimm-Mechanismus zum Einstellen des Ausgangspotentials enthält.
  8. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein kapazitives Element (4) mit dem Nebenschlusswiderstand (3) parallel verbunden ist.
  9. Ansteuerungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Filterschaltung (5) zum Entfernen von Rauschen in einen Pfad, um der Ansteuerungsschaltung (10) das Potential des Verbindungsknotens des Schaltelements (2) und des Nebenschlusswiderstands (3) als Referenzpotential bereitzustellen, eingefügt ist.
  10. Leistungsmodul, aufweisend: drei Inverterschaltungen, die jeweils eine Reihenschaltung eines Schaltelements (1u, 1v, 1w) der oberen Seite und eines Schaltelements (2u, 2v, 2w) der unteren Seite enthalten; eine hochspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung (110), die das Schaltelement (1u, 1v, 1w) der oberen Seite jeder der drei Inverterschaltungen ansteuert; und eine niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung (120), die das Schaltelement (2u, 2v, 2w) der unteren Seite jeder der drei Inverterschaltungen ansteuert, wobei die niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung (120) die Ansteuerungsvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ist und die niederspannungsseitige Ansteuerungsvorrichtung (120) die drei Ansteuerungsschaltungen (10u, 10v, 10w) enthält, die ein Ansteuerungssignal des Schaltelements (2u, 2v, 2w) der unteren Seite jeder der drei Inverterschaltungen erzeugen.
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