DE112014004667T5

DE112014004667T5 - Halbleitersteuerungseinrichtung, Schalteinrichtung, Inverter und Steuerungssystem

Info

Publication number: DE112014004667T5
Application number: DE112014004667.1T
Authority: DE
Inventors: Yukio Onishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: CN105612682A; US9825555B2; WO2015053052A1; JP5915615B2; DE112014004667B4; US20160233789A1; CN105612682B; JP2015077010A

Abstract

Eine Halbleitersteuerungseinrichtung umfasst ein Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Erfassungselement, das parallel mit dem Hauptelement verbunden ist; und ein Steuerungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, eine Erfassungselektrode des Erfassungselements durch eine negative Spannung vorzuspannen, und einen Leckstrom eines anderen Schaltelements, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, zu detektieren. Die Steuerungsschaltung spannt die Erfassungselektrode durch die negative Spannung vor, zum Beispiel um das Erfassungselement einzuschalten, ohne das Hauptelement einzuschalten.

Description

[Technisches Gebiet]
Die nachstehenden Offenbarungen betreffen allgemein eine Halbleitersteuerungseinrichtung, die ein Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Erfassungselement umfasst, eine Schalteinrichtung, einen Inverter und ein Steuerungssystem.
[Hintergrund]
Als eine Halbleitersteuerungseinrichtung, die ein Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Erfassungselement umfasst, ist zum Beispiel ein Leistungsmodul bekannt, das in Patentdokument 1 offenbart ist. Dieses Leistungsmodul detektiert einen Überstrom, der in dem Hauptelement fließt, durch Detektieren eines Erfassungsstroms, der in dem Erfassungselement fließt.
[Dokumente des Standes der Technik]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-186899

[Kurzfassung der Erfindung]
[Problem, das durch die Erfindung zu lösen ist]
Jedoch ist das Bereichsverhältnis des Erfassungselements mit Bezug auf das Hauptelement sehr klein (zum Beispiel ist für ein bestimmtes IGBT das Emitterbereichsverhältnis des Erfassungselements mit Bezug auf das Hauptelement weniger oder gleich 1/1.000). Deshalb, auch wenn versucht wird, einen sehr schwachen Leckstrom in einem anderen Schaltelement, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, durch das Erfassungselement zu detektieren, fließt der sehr schwache Leckstrom hauptsächlich in dem Hauptelement und fließt nur ein extrem schwacher Erfassungsstrom in dem Erfassungselement. Deshalb ist für die herkömmliche Technologie, die einen vergleichsweise großen Erfassungsstrom detektiert, um einen Überstrom zu detektieren, ein Detektieren des extrem schwachen Erfassungsstroms an sich schwierig, und es ist ebenso schwierig, den sehr schwachen Leckstrom in dem anderen Schaltelement, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, zu detektieren.
Daraufhin ist eine Aufgabe, eine Halbleitersteuerungseinrichtung, eine Schalteinrichtung, einen Inverter und ein Steuerungssystem bereitzustellen, die einen Leckstrom in einem anderen Schaltelement, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, detektieren können.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Um die Aufgabe zu erreichen, sind eine Halbleitersteuerungseinrichtung, eine Schalteinrichtung, ein Inverter und ein Steuerungssystem bereitgestellt, die ein Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Erfassungselement, das parallel mit dem Hauptelement verbunden ist; und eine Steuerungsschaltung umfassen, die dazu konfiguriert ist, eine Erfassungselektrode des Erfassungselements mit einer negativen Spannung vorzuspannen und einen Leckstrom eines anderen Schaltelements, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, zu detektieren.
[Vorteil der Erfindung]
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, einen Leckstrom in dem anderen Schaltelement, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, zu detektieren.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Schalteinrichtung darstellt, das Halbleitersteuerungseinrichtungen auf einer hohen Seite und einer niedrigen Seite umfasst;
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Halbleitersteuerungseinrichtung darstellt;
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel einer Halbleitersteuerungseinrichtung darstellt;
4 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel eines Steuerungssystems darstellt, das einen Inverter mit parallelen Schalteinrichtungen umfasst;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel von Steuerungsoperationen einer Systemsteuerungseinheit darstellt; und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel von Steuerungsoperationen einer Steuerungsschaltung darstellt.
[Betriebsart zum Ausführen der Erfindung]
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
<Konfiguration des Schaltkreises 1>
1 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Schaltkreises („switching circuit“) 1 als ein Beispiel einer Schalteinrichtung mit einer Halbleitersteuerungseinrichtung 2 auf der niedrigen Seite („low side“) und einer Halbleitersteuerungseinrichtung 3 auf der hohen Seite („high side“) umfasst. Der Schaltkreis 1 kann eine Halbleitereinrichtung, die mit einer integrierten Schaltung gebildet ist, oder eine Halbleitereinrichtung, die mit diskreten Teilen gebildet ist, sein. Ebenso kann der Schaltkreis 1 eine elektronische Steuerungseinheit (eine sogenannte "ECU") sein, bei der solch eine Halbleitereinrichtung in einem Gehäuse installiert ist.
Der Schaltkreis 1 ist eine Halbleiterschaltung, die eine Einheit zum Ansteuern einer induktiven Last (zum Beispiel ein Motor oder ein Reaktor), die mit einem Zwischenknotenteil 50 verbunden ist, durch Ein- und Ausschalten bzw. Ansteuern („driving on and off“) von Schaltelementen 10 und 30 umfasst.
Der Schaltkreis 1 ist ein Beispiel einer Schalteinrichtung, die die Halbleitersteuerungseinrichtung 2 auf der niedrigen Seite, die mit Bezug auf den Zwischenknotenteil 50 näher zu einem niedrigen Leistungsquellenpotentialteil bzw. Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 ist, und die Halbleitersteuerungseinrichtung 3 auf der hohen Seite, die mit Bezug auf den Zwischenknotenteil 50 näher zu einem hohen Leistungsquellenpotentialteil bzw. Hochleistungsquellenpotentialteil 51 ist, umfasst.
Der Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 ist ein leitender Teil, der ein niedrigeres Potential als der Zwischenknotenteil 50 umfasst, zum Beispiel ein Erdungspotentialteil, der mit der negativen Elektrode einer Leistungsquelle, einem Erdungsteil einer Fahrzeugkarosserie oder Ähnlichem leitend verbunden ist. Der Hochleistungsquellenpotentialteil 51 ist ein leitender Teil, der ein höheres Potential als der Zwischenknotenteil 50 umfasst, zum Beispiel ein Leistungsquellenpotentialteil, der mit der positiven Elektrode der Leistungsquelle oder Ähnlichem leitend verbunden ist.
Die Halbleitersteuerungseinheit 2 ist eine Halbleiterschaltung, die das Schaltelement 10 und eine Steuerungsschaltung 20 umfasst und das Schaltelement 10 auf der niedrigen Seite durch eine Ansteuerschaltung 21 der Steuerungsschaltung 20 ansteuert. Die Halbleitersteuerungseinrichtung 3 ist eine Halbleiterschaltung, die das Schaltelement 30 und eine Steuerungsschaltung 40 umfasst und das Schaltelement 30 auf der hohen Seite durch eine Ansteuerschaltung 41 der Steuerungsschaltung 40 ansteuert.
Das Schaltelement 10 kann ein Halbleiterelement auf dem gleichen Substrat wie die Steuerungsschaltung 20 sein, oder kann ein Halbleiterelement auf einem Substrat sein, das von dem für die Steuerungsschaltung 20 verschieden ist. Das Schaltelement 30 kann ein Halbleiterelement auf dem gleichen Substrat wie die Steuerungsschaltung 40 sein, oder kann ein Halbleiterelement auf einem Substrat sein, das von dem für die Steuerungsschaltung 40 verschieden ist. Das Schaltelement 10 kann ein Halbleiterelement auf dem gleichen Substrat wie das Schaltelement 30 sein, oder kann ein Halbleiterelement auf einem Substrat sein, das von dem für das Schaltelement 30 verschieden ist.
Die Schaltelemente 10 und 30 sind spannungsgesteuerte Halbleiterelemente mit isoliertem Gate mit einer Stromerfassungsfunktion. Das Schaltelement 10 ist ein Zweig auf der niedrigen Seite („low side arm“), das sich gemäß einer Gatespannung, die durch die Ansteuerschaltung 21 gesteuert wird, ein- und ausschaltet, und das Schaltelement 30 ist ein Zweig auf der hohen Seite („high side arm“), das sich gemäß einer Gatespannung, die durch die Ansteuerschaltung 41 gesteuert wird, ein- und ausschaltet. Das Schaltelement 10 und das Schaltelement 30 sind in Reihe angeordnet und liegen entsprechend der hohen Seite und der niedrigen Seite gegenüber.
Als spezifische Beispiele der Schaltelemente 10 und 30 können Leistungstransistorelemente wie etwa IGBTs und MOSFETs betrachtet werden. 1 stellt IGBTs als Beispiele der Schaltelemente 10 und 30 dar. Im Folgenden werden die Schaltelemente 10 und 30 für die Beschreibung als IGBTs angenommen. Wenn diese MOSFETs sind, könnte der Wortlaut geändert werden, um einen "Kollektor" als einen "Drain" und einen "Emitter" als eine "Source" zu lesen.
Ein Gateanschluss G des Schaltelements 10 ist ein Steuerungsanschluss, der zum Beispiel mit der Ansteuerschaltung 21 der Steuerungsschaltung 20, über einen Gatewiderstand 22 verbunden ist, der in Reihe mit dem Gateanschluss G verbunden ist. Ein Kollektoranschluss C des Schaltelements 10 ist ein erster Hauptanschluss, der zum Beispiel mit dem Hochleistungsquellenpotentialteil 51 über den Zwischenknotenteil 50 und das Schaltelement 30 verbunden ist. Ein Emitteranschluss E des Schaltelements 10 ist ein zweiter Hauptanschluss, der zum Beispiel mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 verbunden ist. Ein Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 10 ist ein Erfassungsanschluss, der zum Beispiel zusammen mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements 10 über einen Erfassungswiderstand 24 oder einen Erfassungswiderstand 25 zur Stromerfassung mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 verbunden ist.
Ein Gateanschluss G des Schaltelements 30 ist ein Steuerungsanschluss, der zum Beispiel mit der Ansteuerschaltung 41 der Steuerungsschaltung 40 über einen Gatewiderstand 42 verbunden ist, der in Reihe mit dem Gateanschluss G verbunden ist. Ein Kollektoranschluss C des Schaltelements 30 ist ein erster Hauptanschluss, der zum Beispiel mit dem Hochleistungsquellenpotentialteil 51 verbunden ist. Ein Emitteranschluss E des Schaltelements 30 ist ein zweiter Hauptanschluss, der zum Beispiel mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 über den Zwischenknotenteil 50 und das Schaltelement 10 verbunden ist. Ein Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 30 ist ein Erfassungsanschluss, der zum Beispiel zusammen mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements 30 über einen Erfassungswiderstand 44 oder einen Erfassungswiderstand 45 zur Stromerfassung mit dem Zwischenknotenteil 50 verbunden ist.
Das Schaltelement 10 ist dazu konfiguriert, ein Hauptelement 11 und ein Erfassungselement 12 zu umfassen. Das Hauptelement 11 und das Erfassungselement 12 sind Schaltelemente, die mit IGBTs gebildet sind. Das Erfassungselement 12 ist parallel mit dem Hauptelement 11 verbunden. Das Hauptelement 11 und das Erfassungselement 12 können entsprechend mit mehreren Zelltransistoren („multiple cell transistors“) gebildet sein.
Die Gateelektroden g des Hauptelements 11 und des Erfassungselements 12 sind entsprechend Steuerungselektroden, die gemeinsam mit dem Gateanschluss G des Schaltelements 10 verbunden sind. Die Emitterelektrode e des Hauptelements 11 ist eine zweite Hauptelektrode, die mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements 10 verbunden ist. Die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 ist eine Erfassungselektrode, die mit dem Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 10 verbunden ist.
Die Kollektorelektroden c des Hauptelements 11 und des Erfassungselements 12 sind mit dem Zwischenknotenteil 50 verbunden und sind in Reihe mit der Emitterelektrode e des Hauptelements 31 des Schaltelements 30 über den Zwischenknotenteil 50 und den Emitteranschluss E des Schaltelements 30 verbunden.
Ein Kollektorstrom, der in das Schaltelement 10 von dem Kollektoranschluss C fließt, wird in einen Hauptstrom Ie, der in das Hauptelement 11 fließt, und einen Erfassungsstrom Ise, der in das Erfassungselement 12 fließt, durch ein Erfassungsverhältnis n aufgeteilt. Der Erfassungsstrom Ise ist ein Strom, der in Abhängigkeit des Hauptstroms Ie durch das Erfassungsverhältnis n fließt, und sein Stromwert wird um das Erfassungsverhältnis n kleiner gemacht als der Hauptstrom Ie. Das Erfassungsverhältnis n wird zum Beispiel in Abhängigkeit eines Verhältnisses des Bereichs der Emitterelektrode e des Hauptelements 11 und des Bereichs der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 bestimmt.
Der Hauptstrom Ie fließt durch die Kollektorelektrode c und die Emitterelektrode e in dem Hauptelement 11 und wird von dem Emitteranschluss E ausgegeben. Der Hauptstrom Ie, der von dem Emitteranschluss E ausgegeben wird, fließt in den Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52. Der Erfassungsstrom Ise fließt durch die Kollektorelektrode c und die Erfassungsemitterelektrode se in dem Erfassungselement 12 und wird von dem Erfassungsemitteranschluss SE ausgegeben. Der Erfassungsstrom Ise, der von dem Erfassungsemitteranschluss SE ausgegeben wird, fließt in den Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 über einen des Erfassungswiderstandes 24 und des Erfassungswiderstandes 25.
Das Schaltelement 30 ist dazu konfiguriert, das Hauptelement 31 und ein Erfassungselement 32 zu umfassen. Das Hauptelement 31 und das Erfassungselement 32 sind Schaltelemente, die durch IGBTs gebildet sind. Das Erfassungselement 32 ist parallel mit dem Hauptelement 31 verbunden. Das Hauptelement 31 und das Erfassungselement 32 können entsprechend mit mehreren Zelltransistoren („multiple cell transistors“) gebildet sein.
Die Gateelektroden g des Hauptelements 31 und des Erfassungselements 32 sind entsprechend Steuerungselektroden, die gemeinsam mit dem Gateanschluss G des Schaltelements 30 verbunden sind. Die Kollektorelektroden c des Hauptelements 31 und des Erfassungselements 32 sind entsprechend erste Hauptelektroden, die gemeinsam mit dem Kollektoranschluss C des Schaltelements 30 verbunden sind. Die Emitterelektrode e des Hauptelements 31 ist eine zweite Hauptelektrode, die mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements 30 verbunden ist. Die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 ist eine Erfassungselektrode, die mit dem Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 30 verbunden ist.
Die Emitterelektrode e des Hauptelements 31 ist mit dem Zwischenknotenteil 50 verbunden und ist in Reihe mit den Kollektorelektroden c des Hauptelements 11 und des Erfassungselements 12 des Schaltelements 10 über den Zwischenknotenteil 50 und den Kollektoranschluss C des Schaltelements 10 verbunden.
Ein Kollektorstrom, der in das Schaltelement 30 von dem Kollektoranschluss C fließt, wird in einen Hauptstrom Ie, der in das Hauptelement 31 fließt, und einen Erfassungsstrom Ise, der in das Erfassungselement 32 fließt, durch ein Erfassungsverhältnis n aufgeteilt. Der Erfassungsstrom Ise ist ein Strom, der in Abhängigkeit des Hauptstroms Ie durch das Erfassungsverhältnis n fließt und dessen Stromwert um das Erfassungsverhältnis n kleiner gemacht wird als der Hauptstrom Ie. Das Erfassungsverhältnis n wird zum Beispiel in Abhängigkeit eines Verhältnisses des Bereichs der Emitterelektrode e des Hauptelements 31 und des Bereichs der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 bestimmt.
Der Hauptstrom Ie fließt durch die Kollektorelektrode c und die Emitterelektrode e in das Hauptelement 31 und wird von dem Emitteranschluss E ausgegeben. Der Hauptstrom Ie, der von dem Emitteranschluss E ausgegeben wird, fließt in den Zwischenknotenteil 50. Der Erfassungsstrom Ise fließt durch die Kollektorelektrode c und die Erfassungsemitterelektrode se in dem Erfassungselement 32 und wird von dem Erfassungsemitteranschluss SE ausgegeben. Der Erfassungsstrom Ise, der von dem Erfassungsemitteranschluss SE ausgegeben wird, fließt in den Zwischenknotenteil 50 über einen des Erfassungswiderstandes 44 und des Erfassungswiderstandes 45.
Die Steuerungsschaltung 20 umfasst die Ansteuerschaltung 21, die mit dem Gateanschluss G des Schaltelements 10 über den Gatewiderstand 22 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass ein Gatewiderstand zwischen dem Gateanschluss G und der Gateelektrode g des Hauptelements 11 oder zwischen dem Gateanschluss G und der Gateelektrode g des Erfassungselements 12 eingesetzt werden kann.
Die Ansteuerschaltung 21 ist eine Ansteuereinheit zum Steuern eines Gatepotentials Vg an dem Gateanschluss G des Schaltelements 10 über den Gatewiderstand 22, um gemäß einem Gatesteuerungssignal, das von außerhalb zugeführt wird, ein Potential anzunehmen, um das Schaltelement 10 ein- und auszuschalten. Durch Steuern des Gatepotentials Vg steuert die Ansteuerschaltung 21 eine Gatespannung Vge des Hauptelements 11, um einen Spannungswert anzunehmen, um das Hauptelement 11 ein- und auszuschalten, und steuert eine Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12, um einen Spannungswert anzunehmen, um das Erfassungselement 11 ein- und auszuschalten. Die Gatespannung Vge ist eine Steuerungsspannung, die an das Hauptelement 11 zwischen der Gateelektrode g und der Emitterelektrode e angelegt wird, und die Gatespannung Vgse ist eine Steuerungsspannung, die an das Erfassungselement 12 zwischen der Gateelektrode g und der Erfassungsemitterelektrode se angelegt wird.
Die Steuerungsschaltung 40 umfasst die Ansteuerschaltung 41, die mit dem Gateanschluss G des Schaltelements 30 über den Gatewiderstand 42 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass ein Gatewiderstand zwischen dem Gateanschluss G und der Gateelektrode g des Hauptelements 31 oder zwischen dem Gateanschluss G und der Gateelektrode g des Erfassungselements 32 eingesetzt werden kann.
Die Ansteuerschaltung 41 ist eine Ansteuereinheit zum Steuern eines Gatepotentials Vg an dem Gateanschluss G des Schaltelements 30 über den Gatewiderstand 42, um gemäß einem Gatesteuerungssignal, das von außerhalb zugeführt wird, ein Potential anzunehmen, um das Schaltelement 30 ein- oder auszuschalten. Durch Steuern des Gatepotentials Vg steuert die Ansteuerschaltung 41 eine Gatespannung Vge des Hauptelements 31, um einen Spannungswert anzunehmen, um das Hauptelement 31 ein- oder auszuschalten, und steuert eine Gatespannung Vgse des Erfassungselements 32, um einen Spannungswert anzunehmen, um das Erfassungselement 32 ein- oder auszuschalten. Die Gatespannung Vge ist eine Steuerungsspannung, die an das Hauptelement 31 zwischen der Gateelektrode g und der Emitterelektrode e angelegt wird, und die Gatespannung Vgse ist eine Steuerungsspannung, die an das Erfassungselement 32 zwischen der Gateelektrode g und der Erfassungsemitterelektrode se angelegt wird.
Jede der Ansteuerschaltungen 21 und 41 ist eine integrierte Schaltung, um das Gatepotential Vg gemäß dem Gatesteuerungssignal zu steuern, das von einer vorbestimmten Steuerungseinheit (zum Beispiel eine Systemsteuerungseinheit 126 in 4, die später beschrieben wird), die zum Beispiel einen Mikrocomputer umfasst, der eine CPU und Ähnliches aufweist, zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Ansteuerschaltungen 21 und 41 selbst ein Mikrocomputer sein können.
Die Steuerungsschaltung 20 umfasst eine Erfassungsstromdetektorschaltung 28, die mit dem Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 10 verbunden ist.
Die Erfassungsstromdetektorschaltung 28 ist ein Erfassungsstromdetektorteil, der den Erfassungsstrom Ise des Erfassungselements 12 detektiert und ein Erfassungsstromdetektorsignal in Abhängigkeit der Größe des Erfassungsstroms Ise des Erfassungselements 12 ausgibt. Die Erfassungsstromdetektorschaltung 28 umfasst zum Beispiel den Erfassungswiderstand 24, den Erfassungswiderstand 25, eine Vorspannungsleistungsquelle 26, einen Schalter 27 und einen Erfassungsspannungsdetektorteil 23.
Der Erfassungswiderstand 24 ist ein Shunt-Widerstand zum Detektieren eines Überstroms, der zwischen der Kollektorelektrode c und der Emitterelektrode e in dem Hauptelement 11 fließt. Der Erfassungswiderstand 24 besitzt zum Beispiel einen Anschluss, der mit dem Erfassungsemitteranschluss SE über den Schalter 27 verbunden ist, und den anderen Anschluss, der mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 verbunden ist.
Der Erfassungswiderstand 25 ist ein Shunt-Widerstand zum Erfassen eines Leckstroms IL, der in dem anderen Schaltelement 30 (speziell in dem Hauptelement 31), das in Reihe mit dem Hauptelement 11 des Schaltelements 10 verbunden ist, fließt. Der Erfassungswiderstand 25 besitzt zum Beispiel einen Anschluss, der mit dem Erfassungsemitteranschluss SE über den Schalter 27 verbunden ist, und den anderen Anschuss, der mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 über die Vorspannungsleistungsquelle 26 verbunden ist.
Die Vorspannungsleistungsquelle 26 ist eine Schaltung, die die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch eine negative Spannung V1 über den Erfassungswiderstand 25 und den Schalter 27 vorspannen kann. Die negative Spannung V1 ist eine Vorspannung, um das Potential der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 niedriger zu machen als das Potential der Emitterelektrode e des Hauptelements 11, wenn die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 vorzuspannen ist.
Der Schalter 27 ist ein Beispiel eines Schaltkreises zum Umschalten des Verbindungsziels der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu dem Erfassungswiderstand 24 oder dem Erfassungswiderstand 25 in Abhängigkeit davon, ob der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, zu messen ist. Der Schalter 27 schaltet zwischen einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se über den Erfassungsemitteranschluss SE zu dem Erfassungswiderstand 24 geschaltet ist, und einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se über den Erfassungsemitteranschluss SE zu dem Erfassungswiderstand 25 geschaltet ist, um.
In einem normalen Verwendungszustand, in dem das Schaltelement 10 gemäß der Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird (in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, nicht gemessen wird), schaltet der Schalter 27 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu dem Erfassungswiderstand 24. Dadurch wird ermöglicht, einen Überstrom, der in dem Hauptelement 11 fließt, zu detektieren. Andererseits, in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, zu messen ist, basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 12 fließt, schaltet der Schalter 27 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu dem Erfassungswiderstand 25 um. Dadurch wird es möglich, den Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, zu detektieren.
Der Schalter 27 schaltet das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu einem des Erfassungswiderstandes 24 und des Erfassungswiderstandes 25 zum Beispiel gemäß einem Schaltsteuerungssignal um, das bestimmt, ob der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, zu messen ist. Solch ein Schaltsteuerungssignal kann zum Beispiel durch die vorbestimmte Steuerungseinheit (zum Beispiel die Systemsteuerungseinheit 126 in 4, die später beschrieben wird) oder die Ansteuerschaltung 21 angewiesen werden.
Der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 ist eine Schaltung, um zu detektieren, ob eine Erfassungsspannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Erfassungsstrom Ise in einem des Erfassungswiderstandes 24 und des Erfassungswiderstandes 25 von dem Erfassungsemitteranschluss SE fließt, größer oder gleich einem vorbestimmten Spannungswert ist. Wenn erfasst wird, dass die Erfassungsspannung Vse größer oder gleich dem vorbestimmten Spannungswert ist, gibt der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 ein Erfassungsstromdetektorsignal (zum Beispiel ein High-Level-Signal) aus. Der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 kann zum Beispiel mit einem Komparator gebildet sein oder kann mit einem Operationsverstärker gebildet sein.
In einem Fall, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu dem Erfassungswiderstand 24 durch den Schalter 27 umgeschaltet wird, wenn ein Erfassungsstromdetektorsignal erfasst wird, bestimmt die Ansteuerschaltung 21, dass der Strom, der in dem Hauptelement 11 fließt, ein Überstrom ist. Wenn bestimmt ist, dass der Strom, der in dem Hauptelement 11 fließt, ein Überstrom ist, steuert die Ansteuerschaltung 21 die Gatespannung Vge des Hauptelements 11 und die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 zum Beispiel auf einen Spannungswert, um das Hauptelement 11 und das Erfassungselement 12 abzuschalten. Dies kann verhindern, dass der Überstrom kontinuierlich in dem Hauptelement 11 und dem Erfassungselement 12 fließt.
Andererseits, in einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu dem Erfassungswiderstand 25 durch den Schalter 27 umgeschaltet ist, wenn ein Erfassungsstromdetektorsignal erfasst wird, bestimmt die Ansteuerschaltung 21, dass ein Leckstrom IL, der größer oder gleich einem vorbestimmten Stromwert ist, in dem Hauptelement 31 des Schaltelements 30 fließt. Wenn bestimmt wird, dass ein Leckstrom IL, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, in dem Hauptelement 31 fließt, gibt die Ansteuerschaltung 21 ein Leckerfassungssignal aus, um der vorbestimmten Steuerungseinheit (zum Beispiel der Systemsteuerungseinheit 126 in 4, wie später beschrieben wird) anzugeben, dass der Leckstrom IL, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, detektiert wurde. Wenn zum Beispiel ein Leckerfassungssignal über das Schaltelement 30 detektiert wurde, speichert die vorbestimmte Steuerungseinheit Informationen über eine Erzeugung des Leckstroms des Schaltelements 30 in einem Speicher und gibt die Informationen einem Benutzer an. Dadurch wird es möglich, ein Schaltelement, in dem ein Leckstrom detektiert wird, unter den mehreren Schaltelementen einfach zu identifizieren.
Die Vorspannungsleistungsquelle 26 ist eine Schaltung, die die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12, die mit dem Erfassungswiderstand 25 über den Schalter 27 verbunden ist, durch die negative Spannung V1 vorspannt, um das Erfassungselement 12 einzuschalten, wenn der Leckstrom IL des Schaltelements 30 gemessen wird. Durch Vorspannen der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch die negative Spannung V1 wird die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 größer. Deshalb erhöht sich ein Teil des Leckstroms IL, der in dem Erfassungselement 12 fließt, und folglich kann der Stromwert des Erfassungsstroms Ise, der in dem Erfassungselement 12 fließt, erhöht werden. Dadurch, dass der Stromwert des Erfassungsstroms Ise erhöht wird, erhöht sich ebenso die Erfassungsspannung Vse, die durch den Erfassungswiderstand 25 erzeugt wird. Deshalb kann der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 die Erfassungsspannung Vse einfach detektieren, auch wenn der Stromwert des Leckstroms IL extrem klein ist, und kann den sehr schwachen Leckstrom IL einfach detektieren.
Die Vorspannungsleistungsquelle 26 spannt die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch die negative Spannung V1 vor, um zum Beispiel das Erfassungselement 12 einzuschalten, so dass die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 höher wird als die Gatespannung Vge des Hauptelements 11. Dies führt dazu, dass ein größerer Strom in dem Erfassungselement 12 als in dem Hauptelement 11 fließt, und folglich kann der Stromwert des Erfassungsstroms Ise erhöht werden. Deshalb kann der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 die Erfassungsspannung Vse einfach detektieren, auch wenn der Stromwert des Leckstroms IL extrem klein ist, und kann den sehr schwachen Leckstrom IL einfach detektieren.
Ebenso spannt die Vorspannungsleistungsquelle 26 die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch die negative Spannung V1 vor, um zum Beispiel das Erfassungselement 12 einzuschalten, so dass nur das Erfassungselement 12 eingeschaltet wird, ohne das Hauptelement 11 einzuschalten. Dies führt dazu, dass der gesamte Leckstrom IL des Schaltelements 30 in dem Erfassungselement 12 fließt, ohne in dem Hauptelement 11 zu fließen, und folglich kann der Stromwert des Erfassungsstroms Ise erhöht werden, so dass dieser nahezu äquivalent zu dem Stromwert des Leckstroms IL wird. Deshalb kann der Erfassungsspannungsdetektorteil 23 die Erfassungsspannung Vse einfach detektieren, auch wenn der Stromwert des Leckstroms IL extrem klein ist, und kann den sehr schwachen Leckstrom IL einfach detektieren.
Wenn die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch die negative Spannung V1 vorgespannt wird, um zum Beispiel das Erfassungselement 12 einzuschalten, verringert die Ansteuerschaltung 21 eine Spannung, um sowohl die Gateelektroden g des Hauptelements 11 als auch des Erfassungselements 12 vorzuspannen, von einer Leistungsversorgungsspannung V2 zu einer Leistungsversorgungsspannung V3. Zum Beispiel ist die Leistungsversorgungsspannung V2 eine Ausgabespannung der Gateansteuerleistungsquelle 53, die ausgewählt wird, wenn der Leckstrom IL nicht gemessen wird, und ist die Leistungsversorgungsspannung V3 eine Ausgangsspannung der Gateansteuerleistungsquelle 54, die ausgewählt wird, wenn der Leckstrom IL gemessen wird.
Wenn die Ansteuerschaltung 21 die Spannung verringert, um die Gateelektroden g vorzuspannen, können der Spannungswert der negativen Spannung V1 und die Leistungsversorgungsspannungen V2 und V3 eingestellt werden, so dass die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 höher wird als die Gatespannung Vge des Hauptelements 11. Alternativ, wenn die Ansteuerschaltung 21 die Spannung verringert, um die Gateelektroden g vorzuspannen, können der Spannungswert der negativen Spannung V1 und die Leistungsversorgungsspannungen V2 und V3 eingestellt werden, so dass ein größerer Strom in dem Erfassungselement 12 als in dem Hauptelement 11 fließt. Alternativ, wenn die Ansteuerschaltung 21 die Spannung verringert, um die Gateelektroden g vorzuspannen, können der Spannungswert der negativen Spannung V1 und die Leistungsversorgungsspannungen V2 und V3 eingestellt werden, so dass nur das Erfassungselement 12 eingeschaltet wird, ohne das Hauptelement 11 einzuschalten.
Wenn zum Beispiel der Schwellenwert Vth des Hauptelements 11 und des Erfassungselements 12 in dem Schaltelement 10 gleich 10 V ist, wird die negative Spannung V1 auf –3 V eingestellt, wird die Leistungsversorgungsspannung V2 auf 15 V eingestellt und wird die Leistungsversorgungsspannung V3 auf 7 V eingestellt. Durch Einstellen auf diese Weise zum Beispiel, wenn der Leckstrom IL nicht gemessen wird, wobei die Leistungsversorgungsspannung V2 ausgewählt ist, ohne ein Vorspannen durch die negative Spannung V1, ist es möglich, das Hauptelement 11 und das Erfassungselement 12 gemäß einem An und Aus der Leistungsversorgungsspannung V2 ein- und auszuschalten. Andererseits, wenn der Leckstrom IL gemessen wird, wobei die Leistungsversorgungsspannung V3 ausgewählt ist, mit einem Vorspannen durch die negative Spannung V1, ist die Gatespannung Vge des Hauptelements 11 niedriger als die Schwellenwertspannung Vth und ist die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 größer als oder gleich der Schwellenwertspannung Vth. Deshalb kann nur das Erfassungselement 12 eingeschaltet werden, ohne das Hauptelement 11 einzuschalten.
Es sei zum Beispiel angemerkt, wenn ein Leckstrom IL von 1 mA in dem Erfassungselement 12 fließt, ohne in dem Hauptelement 11 zu fließen, wenn der Widerstandswert des Erfassungswiderstandes 25 auf 1 kΩ eingestellt ist, dass der Spannungsabfall an dem Erfassungswiderstand 25 ungefähr 1 V ist (= 1 mA × 1 kΩ). Auf diese Weise führt ein Strom, der in dem Erfassungswiderstand 25 fließt, dazu, dass die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 um den Spannungsabfall fällt. Deshalb können die Spannungswerte der negativen Spannung V1 und der Leistungsversorgungsspannungen V2 und V3 eingestellt werden, so dass die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 12 über der Schwellenwertspannung Vth des Erfassungselements 12 liegt, auch wenn ein Spannungsabfall wie vorstehend erzeugt wird.
Ebenso, da ein Leckstrom extrem kleiner als ein Überstrom ist, wenn der Erfassungswiderstand 25, der zum Detektieren eines Leckstroms verwendet wird, einen Widerstandswert aufweist, der größer ist als der des Erfassungswiderstandes 24, der zum Detektieren eines Überstroms verwendet wird, kann ein Leckstrom einfach als ein Überstrom detektiert werden. Wenn zum Beispiel ein Überstrom von 500 A aufgeteilt wird, um in dem Hauptelement 11 und dem Erfassungselement 12 zu fließen, durch ein Verhältnis von 1000 zu 1, wenn der Widerstandswert des Erfassungswiderstands 24 auf 2 Ω eingestellt ist, ist der Spannungsabfall an dem Erfassungswiderstand 24 ungefähr 1 V (= 0,5 A × 2 Ω), was der gleiche ist wie in dem vorstehenden Fall des Erfassungswiderstandes 25.
Andererseits umfasst die Steuerungsschaltung 40 eine Erfassungsstromdetektorschaltung 48, die mit dem Erfassungsemitteranschluss SE des Schaltelements 30 verbunden ist. Die Erfassungsstromdetektorschaltung 48 und die Ansteuerschaltung 41 auf der hohen Seite besitzen die gleichen Konfigurationen und Funktionen wie die Erfassungsstromdetektorschaltung 28 und die Ansteuerschaltung 21 auf der niedrigen Seite und folglich ist die Beschreibung nachstehend vereinfacht.
Die Erfassungsstromdetektorschaltung 48 ist ein Erfassungsstromdetektorteil, der den Erfassungsstrom Ise des Erfassungselements 32 detektiert und ein Erfassungsstromdetektorsignal in Abhängigkeit der Größe des Erfassungsstroms Ise des Erfassungselements 32 ausgibt. Die Erfassungsstromdetektorschaltung 48 umfasst zum Beispiel den Erfassungswiderstand 44, den Erfassungswiderstand 45, eine Vorspannungsleistungsquelle 46, einen Schalter 47 und einen Erfassungsspannungsdetektorteil 43.
Der Erfassungswiderstand 44 ist ein Shunt-Widerstand zum Erfassen eines Überstroms, der zwischen der Kollektorelektrode c und der Emitterelektrode e in dem Hauptelement 31 fließt. Der Erfassungswiderstand 44 besitzt zum Beispiel einen Anschluss, der mit dem Erfassungsemitteranschluss SE über den Schalter 47 verbunden ist, und den anderen Anschluss, der mit dem Zwischenknotenteil 50 verbunden ist.
Der Erfassungswiderstand 45 ist ein Shunt-Widerstand zum Erfassen eines Leckstroms IL, der in dem anderen Schaltelement 10 (speziell in dem Hauptelement 11), das in Reihe mit dem Hauptelement 31 des Schaltelements 30 verbunden ist, fließt. Der Erfassungswiderstand 45 besitzt zum Beispiel einen Anschluss, der mit dem Erfassungsemitteranschluss SE über den Schalter 47 verbunden ist, und den anderen Anschluss, der mit dem Zwischenknotenteil 50 über die Vorspannungsleistungsquelle 46 verbunden ist.
Die Vorspannungsleistungsquelle 46 ist eine Schaltung, die die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 durch die negative Spannung V1 über den Erfassungswiderstand 45 und den Schalter 47 vorspannen kann. Die negative Spannung V1 ist eine Vorspannung, um das Potential der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 niedriger zu machen als das Potential der Emitterelektrode e des Hauptelements 31, wenn die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 vorgespannt wird.
Der Schalter 47 ist ein Beispiel eines Schaltkreises zum Umschalten des Verbindungsziels der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu dem Erfassungswiderstand 24 oder dem Erfassungswiderstand 25 in Abhängigkeit davon, ob der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 30 fließt, zu messen ist. Der Schalter 47 schaltet zwischen einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se über den Erfassungsemitteranschluss SE zu dem Erfassungswiderstand 44 geschaltet ist, und einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se über den Erfassungsemitteranschluss SE zu dem Erfassungswiderstand 45 geschaltet ist, um.
In einem normalen Verwendungszustand, in dem das Schaltelement 30 gemäß der Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird (in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 10 fließt, nicht gemessen wird), schaltet der Schalter 47 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu dem Erfassungswiderstand 44 um. Dadurch wird es möglich, einen Überstrom, der in dem Hauptelement 31 fließt, zu detektieren. Andererseits, in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 10 fließt, zu messen ist, basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 32 fließt, schaltet der Schalter 47 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu dem Erfassungswiderstand 45 um. Dadurch wird es möglich, einen Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 10 fließt, zu detektieren.
Der Schalter 47 schaltet das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu einem des Erfassungswiderstands 44 und des Erfassungswiderstands 45 zum Beispiel gemäß einem Schaltsteuerungssignal, das bestimmt, ob der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 10 fließt, zu messen ist, um. Solch ein Schaltsteuerungssignal kann zum Beispiel durch die vorbestimmte Steuerungseinheit (zum Beispiel die Systemsteuerungseinheit 126 in 4, die später beschrieben wird) oder die Ansteuerschaltung 41 angewiesen werden.
Der Erfassungsspannungsdetektorteil 43 ist eine Schaltung zum Detektieren, ob eine Erfassungsspannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Erfassungsstrom Ise von dem Erfassungsemitteranschluss SE in einem des Erfassungswiderstandes 44 und des Erfassungswiderstandes 45 fließt, größer oder gleich einem vorbestimmten Spannungswert ist. Wenn erfasst wird, dass die Erfassungsspannung Vse größer oder gleich dem vorbestimmten Spannungswert ist, gibt der Erfassungsspannungsdetektorteil 43 ein Erfassungsstromdetektorsignal (zum Beispiel ein High-Level-Signal) aus. Der Erfassungsspannungsdetektorteil 43 kann zum Beispiel mit einem Komparator gebildet sein oder kann mit einem Operationsverstärker gebildet sein.
In einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu dem Erfassungswiderstand 44 durch den Schalter 47 geschaltet ist, wenn ein Erfassungsstromdetektorsignal erfasst wird, bestimmt die Ansteuerschaltung 41, dass der Strom, der in dem Hauptelement 31 fließt, ein Überstrom ist. Wenn bestimmt ist, dass der Strom, der in dem Hauptelement 31 fließt, ein Überstrom ist, steuert die Ansteuerschaltung 41 die Gatespannung Vge des Hauptelements 31 und die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 32 zum Beispiel auf einen Spannungswert, um das Hauptelement 31 und das Erfassungselement 32 abzuschalten. Dies kann verhindern, dass der Überstrom in dem Hauptelement 31 und dem Erfassungselement 32 kontinuierlich fließt.
Andererseits, in einem Zustand, in dem das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu dem Erfassungswiderstand 45 durch den Schalter 47 umgeschaltet ist, wenn ein Erfassungsstromdetektorsignal erfasst wird, bestimmt die Ansteuerschaltung 41, dass ein Leckstrom IL, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, in dem Hauptelement 11 des Schaltelements 10 fließt. Wenn bestimmt ist, dass ein Leckstrom IL, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, in dem Hauptelement 11 fließt, gibt die Ansteuerschaltung 41 ein Leckerfassungssignal aus, um der vorbestimmten Steuerungseinheit (zum Beispiel der Systemsteuerungseinheit 126 in 4, die nachstehend beschrieben wird) anzugeben, dass der Leckstrom IL, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, detektiert wurde. Wenn ein Leckerfassungssignal über das Schaltelement 10 detektiert wird, speichert die vorbestimmte Steuerungseinheit zum Beispiel Informationen über eine Erzeugung des Leckstroms des Schaltelements 10 in einem Speicher und gibt die Informationen dem Benutzer an. Dadurch wird es möglich, ein Schaltelement, in dem ein Leckstrom detektiert wird, unter den mehreren Schaltelementen einfach zu identifizieren.
Die Vorspannungsleistungsquelle 46 ist eine Schaltung, die die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32, das mit dem Erfassungswiderstand 45 über den Schalter 47 verbunden ist, durch die negative Spannung V1 vorspannt, um das Erfassungselement 32 einzuschalten, wenn der Leckstrom IL des Schaltelements 10 gemessen wird. Durch Vorspannen der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 durch die negative Spannung V1 wird die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 32 größer. Deshalb erhöht sich ein Teil des Leckstroms IL, der in dem Erfassungselement 32 fließt, und folglich kann der Stromwert des Erfassungsstroms Ise, der in dem Erfassungselement 32 fließt, erhöht werden. Dadurch, dass der Stromwert des Erfassungsstroms Ise erhöht wird, erhöht sich ebenso die Erfassungsspannung Vse, die durch den Erfassungswiderstand 45 erzeugt wird. Deshalb kann der Erfassungsspannungsdetektorteil 43 die Erfassungsspannung Vse einfach detektieren, auch wenn der Stromwert des Leckstroms IL extrem klein ist, und kann den sehr schwachen Leckstrom IL einfach detektieren.
<Konfiguration des Schaltkreises 4>
2 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Halbleitersteuerungseinrichtung 4 darstellt, die von dem Schaltkreis in 1 verschieden ist. Eine Beschreibung für die gleichen Elemente und Funktionen wie in dem Schaltkreis 1 in 1 wird weggelassen oder vereinfacht. Der Schaltkreis 4 umfasst ein Schaltelement 80 auf der hohen Seite, ein Schaltelement 60 auf der niedrigen Seite und eine Steuerungsschaltung 70 auf der niedrigen Seite. Eine Beschreibung und Darstellung der Steuerungsschaltung auf der hohen Seite wird weggelassen, weil diese die gleichen Elemente und Funktionen wie die Steuerungsschaltung 70 auf der niedrigen Seite umfasst.
In 1 umfasst die Erfassungsstromdetektorschaltung 28 auf der niedrigen Seite den Erfassungsspannungsdetektorteil 23, der für die Überstromdetektion und die Leckstromdetektion gemeinsam verwendet wird, und umfasst die Erfassungsstromdetektorschaltung 48 auf der hohen Seite den Erfassungsspannungsdetektorteil 43, der für die Überstromdetektion und die Leckstromdetektion gemeinsam verwendet wird. Dadurch, dass der Erfassungsspannungsdetektorteil gemeinsam verwendet wird, kann ein Bereich des Erfassungsspannungsdetektorteils reduziert werden. Andererseits, in 2, umfasst eine Erfassungsstromdetektorschaltung 78 separate Erfassungsspannungsdetektorteile für eine Überstromdetektion und für eine Leckstromdetektion, und zwar umfasst sie einen Erfassungsspannungsdetektorteil 73 für eine Überstromdetektion und einen Erfassungsspannungsdetektorteil 79 für eine Leckstromdetektion. Durch Trennen der Erfassungsspannungsdetektorteile können Schwellenwerte zur Detektion von Erfassungsspannungen für die Überstromdetektion und die Leckstromdetektion separat eingestellt werden.
Die Ansteuerschaltung 71 in 2 kann einen Temperatursensor 83 zum Detektieren der Temperatur des Schaltelements 60 umfassen. Wenn eine Temperatur eines vorbestimmten Werts oder größer durch den Temperatursensor 83 detektiert wird, steuert die Ansteuerschaltung 71 zum Beispiel die Gatespannung Vge des Hauptelements 61 und die Gatespannung Vgse des Erfassungselements 62 auf einen Spannungswert, der das Hauptelement 61 und das Erfassungselement 62 abschaltet. Dadurch wird es möglich, zu verhindern, dass sich das Hauptelement 61 und das Erfassungselement 62 überhitzen. Die Ansteuerschaltung in 1 kann solch eine Funktion umfassen.
Ebenso kann in 2 das Gatesteuerungssignal, das von außerhalb zugeführt wird, in die Ansteuerschaltung 71 über einen Isolator 81 eingegeben werden, und kann ein Ausgabesignal wie etwa ein Leckdetektorsignal von der Ansteuerschaltung 71 über einen Isolator 82 ausgegeben werden. Als spezifische Beispiele der Isolatoren 81 und 82 können Fotokoppler betrachtet werden. Signale, die in oder von der Ansteuerschaltung in 1 ein- bzw. ausgegeben werden, können über Isolatoren auf diese Weise übertragen werden.
<Konfiguration des Schaltkreises 5>
3 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration einer Halbleitersteuerungseinrichtung 5 darstellt, die von den Schaltkreisen in 1 und 2 verschieden ist. Eine Beschreibung der gleichen Elemente und Funktionen wie in den Schaltkreisen 1 und 4 in 1 und 2 wird weggelassen oder vereinfacht. Der Schaltkreis 5 umfasst ein Schaltelement 110 auf der hohen Seite, ein Schaltelement 90 auf der niedrigen Seite und eine Steuerungsschaltung 100 auf der niedrigen Seite. Eine Beschreibung und Darstellung der Steuerungsschaltung auf der hohen Seite wird weggelassen, weil diese die gleichen Elemente und Funktionen wie die Steuerungsschaltung 100 auf der niedrigen Seite umfasst.
Verglichen mit der Konfiguration des Schaltkreises 4 in 2 ist der Schaltkreis 5 dazu konfiguriert, einen Schalter 107 und einen Widerstand 109 aufzuweisen, die zwischen einem Verbindungspunkt des Gateanschlusses G und des Gatewiderstandes 102 und dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52, der mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements 90 verbunden ist, eingesetzt sind. Ebenso ist die Gateansteuerleistungsquelle 54 weggelassen.
In einem normalen Verwendungszustand, in dem das Schaltelement 90 gemäß der Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird (in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 110 fließt, nicht gemessen wird), trennt der Schalter 107 den Gateanschluss G von dem Widerstand 109. Andererseits, in einem Fall, in dem der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 110 fließt, zu messen ist, basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in einem Erfassungselement 92 fließt, verbindet der Schalter 107 den Gateanschluss G mit dem Widerstand 109. Somit kann eine durch den Gatewiderstand 102 und den Widerstand 109 aufgeteilte Spannung der Leistungsversorgungsspannung V2 an den Gateanschluss G angelegt werden. Deshalb, auch ohne die Gateansteuerleistungsquelle 54, wenn die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 92 durch die negative Spannung V1 vorgespannt wird, kann die Spannung, die die Gateelektroden des Hauptelements 91 und des Erfassungselements 42 vorspannt, verringert werden.
Der Schalter 107 schaltet um, ob der Gateanschluss G mit dem Widerstand 109 zu verbinden ist, zum Beispiel gemäß einem Schaltsteuerungssignal, das bestimmt, ob der Leckstrom IL, der in dem Schaltelement 110 fließt, zu messen ist. Solch ein Schaltsteuerungssignal kann zum Beispiel durch die vorbestimmte Steuerungseinheit (zum Beispiel die Systemsteuerungseinheit 126 in 4, die später beschrieben wird) oder die Ansteuerschaltung 101 angewiesen werden.
<Konfiguration des Steuerungssystems 120>
4 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Steuerungssystems 120 darstellt, das einen Inverter mit parallelen Schaltkreisen 131, 132 und 133 umfasst. Jeder der Schaltkreise 131, 132 und 133 besitzt die gleiche Konfiguration wie ein vorstehend beschriebener Schaltkreis (zum Beispiel der Schaltkreis 1).
4 stellt eine Diode dar, die zwischen dem Kollektoranschluss C und dem Emitteranschluss E von jedem Schaltelement bereitgestellt ist. Der Leckstrom des Schaltelements kann den Leckstrom der Diode umfassen.
Es sei angemerkt, dass diese Diode eine Diode sein kann, die zusätzlich parallel mit dem Schaltelement verbunden ist, oder eine Body-Diode sein kann, die ein parasitäres Element ist, das zwischen der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode des Hauptelements gebildet ist. Es ist ebenso möglich, den Diodenteil eines rückwärts leitenden IGBT als die Diode zu verwenden.
Das Steuerungssystem 120 ist ein System für ein Fahrzeug, das den Inverter 121, einen Kondensator 122, eine Batterie 123, einen Generator 124, ein Abschaltrelais 125 und die Systemsteuerungseinheit 126 umfasst.
Der Kondensator 122 ist ein Kondensator mit einem Hochspannungswiderstand, der parallel mit dem Inverter 121 verbunden ist, wobei ein Anschluss mit dem Hochleistungsquellenpotentialteil 51 verbunden ist und der andere Anschluss mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 verbunden ist. Der Kondensator 122 glättet die Leistungsversorgungsspannung VH, die die Potentialdifferenz zwischen dem Hochleistungsquellenpotentialteil 51 und dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 ist. Der Kondensator 122 ist parallel mit der Batterie 123 über das Abschaltrelais 125 verbunden.
Die Batterie 123 ist eine Hochspannungsspeicherbatterie mit einer größeren Kapazität als der Kondensator 122 und erzeugt eine DC- bzw. Gleichstromleistungsversorgungsspannung VH.
Der Generator 124 erzeugt eine Dreiphasen-AC-Leistung bzw. Dreiphasen-Wechselstromleistung durch die Bewegungsleistung der Maschine 127 oder Ähnliches und lädt die Batterie 123 oder den Kondensator 122 über den Inverter 121.
Das Abschaltrelais bzw. Absperrrelais 125 ist ein Beispiel einer Absperrschaltung, die eine Zufuhr der erzeugten Leistung von dem Generator 124 zu der Batterie 123 über den Inverter 121 trennt bzw. absperrt. Durch Trennen des Pfades zum Laden der Batterie 123 durch das Abschaltrelais 125 wird die erzeugte Leistung von dem Generator 124 nicht an die Batterie 123 zugeführt, sondern wird an den Kondensator 122 über den Inverter 121 zugeführt.
Die Systemsteuerungseinheit 126 ist ein Beispiel einer Steuerungseinheit, die das Abschaltrelais 125 steuert, um die Spannung des Kondensators 122 (die Leistungsversorgungsspannung VH) größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert zu machen, um den Ladepfad der Batterie 123 abzusperren.
<Testoperationsablauf der Systemsteuerungseinheit, wenn ein Leckstrom gemessen wird>
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel von Steuerungsoperationen der Systemsteuerungseinheit 126 darstellt. Gemäß 5 kann die Systemsteuerungseinheit 126 die Erfassungselemente auf der hohen Seite und der niedrigen Seite sequentiell einschalten, und kann folglich die Erfassungselektroden von beiden Erfassungselementen sequentiell durch die negative Spannung V1 vorspannen. Es sei angemerkt, dass eine Messung des Leckstroms auf der hohen Seite nach der Messung des Leckstroms auf der niedrigen Seite oder umgekehrt vorgenommen werden kann. Im Folgenden werden Schritte in 5 mit Bezug auf die Konfigurationen in 1 und 4 beschrieben.
Wenn eine Aus-Operation des Zündschalters erfasst wird (Schritt S1), um die Leistungsversorgungsspannung VH zu erhöhen, trennt die Systemsteuerungseinheit 126 das Abschaltrelais 125 (schaltet dieses aus), um den Pfad zum Laden der Batterie 123 zu trennen (Schritt S2). Dann, durch Starten oder Beibehalten des Betriebs der Maschine 127, veranlasst die Systemsteuerungseinheit 126 den Generator 124 dazu, Leistung zu erzeugen (Schritt S3).
Die durch den Generator 124 erzeugte Leistung wird nicht an die Batterie 123 zugeführt, weil der Pfad zum Laden der Batterie 123 getrennt ist, sondern wird dem Kondensator 122 über den Inverter 121 zugeführt. Da der Ladepfad zu der Batterie 123 mit einer größeren Kapazität als der Kondensator 122 getrennt ist, tendiert die Leistungsversorgungsspannung VH dazu, leichter zu steigen, im Vergleich mit einem Fall, in dem der Ladepfad zu der Batterie 123 nicht getrennt ist.
Dadurch, dass die Leistungsversorgungsspannung VH steigt, steigen ebenso die Spannungen Vce zwischen beiden Anschlüssen der Schaltelemente. Die Spannung Vce zwischen beiden Anschlüssen ist eine Spannung zwischen dem Kollektoranschluss C und dem Emitteranschluss E. Durch Erhöhen der Spannung Vce zwischen beiden Anschlüssen ist es möglich, den Leckstrom, der in dem Schaltelement fließt, einfach zu erzeugen.
Die Systemsteuerungseinheit 126 startet ein Messen des Leckstroms nicht, bis detektiert ist, dass die Leistungsversorgungsspannung VH größer oder gleich einer vorbestimmten Lecktestspannung ist, aber startet ein Messen des Leckstroms, wenn detektiert ist, dass die Leistungsversorgungsspannung VH größer oder gleich der vorbestimmten Lecktestspannung ist (Schritt S4). Die Lecktestspannung ist ein Spannungsschwellenwert, der zum Bestimmen eingestellt ist, ob ein Messen des Leckstroms zu starten ist.
Schritte S5 und S6 sind Schritte zum Detektieren des Leckstroms des Schaltelements auf der niedrigen Seite basierend auf einem Erfassungsstrom, der in dem Erfassungselement des Schaltelements auf der hohen Seite fließt.
In dem Fall von 1 zum Beispiel, um das Erfassungselement 32 auf der hohen Seite einzuschalten, gibt die Systemsteuerungseinheit 126 bei Schritt S5 ein Gatesteuerungssignal zum Anweisen des Einschaltens des Schaltelements 30 auf der hohen Seite an die Ansteuerschaltung 41 aus. Andererseits gibt die Systemsteuerungseinheit 126 bei Schritt S5 ein Gatesteuerungssignal zum Anweisen des Ausschaltens des Schaltelements 10 auf der niedrigen Seite an die Ansteuerschaltung 21 aus. Diese Aus-Anweisung schaltet das Hauptelement 11 und das Erfassungselement 12 aus.
Nachdem eine vorbestimmte Lecktestzeit seit einem Ausgeben des Gatesteuerungssignals zum Anweisen des Einschaltens des Schaltelements 30 und Ausschaltens des Schaltelements 10 abgelaufen ist, führt die Systemsteuerungseinheit 126 Operationen von Schritten S7 und S8 aus. Die Lecktestzeit ist eine Schwellenwertzeit, die zum Sicherstellen einer Zeit zum Detektieren des Leckstroms eingestellt ist.
Schritte S7 und S8 sind Schritte zum Detektieren des Leckstroms des Schaltelements auf der hohen Seite basierend auf einem Erfassungsstrom, der in dem Erfassungselement des Schaltelements auf der niedrigen Seite fließt.
In dem Fall von 1 zum Beispiel, um das Erfassungselement 12 auf der niedrigen Seite einzuschalten, gibt die Systemsteuerungseinheit 126 bei Schritt S7 ein Gatesteuerungssignal zum Anweisen des Einschaltens des Schaltelements 10 auf der niedrigen Seite an die Ansteuerschaltung 21 aus. Andererseits gibt die Systemsteuerungseinheit 126 bei Schritt S5 ein Gatesteuerungssignal zum Anweisen des Ausschaltens des Schaltelements 30 auf der hohen Seite an die Ansteuerschaltung 41 aus. Diese Aus-Anweisung schaltet das Hauptelement 31 und das Erfassungselement 32 aus.
Nachdem eine vorbestimmte Lecktestzeit seit einem Ausgeben des Gatesteuerungssignals zum Anweisen des Einschaltens des Schaltelements 10 und Ausschaltens des Schaltelements 30 abgelaufen ist, führt die Systemsteuerungseinheit 126 Operationen von Schritten S9 und S10 aus. Die Lecktestzeit ist eine Schwellenwertzeit, die zum Sicherstellen einer Zeit zum Detektieren des Leckstroms eingestellt ist.
Bei Schritt S9, um die Leistungsversorgungsspannung VH, die vorübergehend erhöht wurde, zu verringern, veranlasst die Systemsteuerungseinheit 126 den Betrieb des Inverters 121, um den Kondensator 122 zu entladen. Dann, bei Schritt S10, wenn detektiert ist, dass sich die Leistungsversorgungsspannung VH auf einen vorbestimmten Wert oder weniger verringert hat, startet die Systemsteuerungseinheit 126 einen Halteprozess zum Halten des Betriebs des Inverters 122.
<Testoperationsablauf der Steuerungsschaltung, wenn ein Leckstrom gemessen wird>
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel von Steuerungsoperationen einer Steuerungsschaltung, die in jedem der Schaltelemente bereitgestellt ist, darstellt. Die Steuerungslogik einer Steuerungsschaltung in 6 ist für die Steuerungsschaltung, die auf der niedrigen Seite bereitgestellt ist, um den Leckstrom des Schaltelements auf der hohen Seite zu detektieren, und für die Steuerungsschaltung, die auf der hohen Seite bereitgestellt ist, um den Leckstrom des Schaltelements auf der niedrigen Seite zu detektieren, die Gleiche.
Das Gatesteuerungssignal zum Anweisen des Einschaltens des Schaltelements, das durch sich selbst angesteuert wird, wird an die Ansteuerschaltungen von der Systemsteuerungseinheit 126 bei Schritten S5 oder S7 in 5 wie vorstehend beschrieben zugeführt. Ebenso ist eine Lecktestspannung ein Spannungsschwellenwert, der zum Bestimmen eingestellt ist, ob ein Detektieren des Leckstroms zu starten ist, und ist eine erlaubte Detektionszeit eine Schwellenwertzeit, die zum Bestimmen eingestellt ist, ob ein Detektieren des Leckstroms zu starten ist.
Wenn der Leckstrom gemessen wird, wird die Leistungsversorgungsspannung VH durch die Steuerung der Systemsteuerungseinheit 126 erhöht, und folglich werden die Spannungen Vce zwischen beiden Anschlüssen der Hauptelemente erhöht. Deshalb kann jede der Ansteuerschaltungen damit beginnen, den Leckstrom zu detektieren, wenn zumindest detektiert wird, dass eine Spannung der Spannung Vce zwischen beiden Anschlüssen des Hauptelements, das durch sich selbst angesteuert wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Schwellenwertspannung ist, sogar ohne durch die Systemsteuerungseinheit 126 angewiesen zu werden, den Leckstrom zu detektieren.
In dem Fall von 1 zum Beispiel, nachdem ein Detektieren des Leckstroms begonnen wurde, verringert die Ansteuerschaltung 21 auf der niedrigen Seite die Spannung, um beide Gateelektroden g des Hauptelements 11 und des Erfassungselements 12 vorzuspannen, von der Leistungsversorgungsspannung V2 auf die Leistungsversorgungsspannung V3. Zusätzlich, nachdem mit einem Detektieren des Leckstroms gestartet wurde, steuert die Ansteuerschaltung 21 den Schalter 27, um die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 durch die negative Spannung V1 vorzuspannen, um das Erfassungselement 12 einzuschalten. Gemäß einer Steuerung durch die Ansteuerschaltung 21 schaltet der Schalter 27 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 12 zu der Vorspannungsleistungsquelle 26 um. Deshalb kann die Ansteuerschaltung 21 den Leckstrom des Schaltelements 30 basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 12 fließt, detektieren.
Ähnlich, nachdem ein Detektieren des Leckstroms begonnen wurde, verringert die Ansteuerschaltung 41 auf der hohen Seite die Spannung, um beide Gateelektroden g des Hauptelements 31 und des Erfassungselements 32 vorzuspannen, von der Leistungsversorgungsspannung V2 auf die Leistungsversorgungsspannung V3. Zusätzlich, nachdem ein Detektieren des Leckstroms begonnen wurde, steuert die Ansteuerschaltung 41 den Schalter 47, um die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 durch die negative Spannung V1 vorzuspannen, um das Erfassungselement 32 einzuschalten. Gemäß einer Steuerung durch die Ansteuerschaltung 41 schaltet der Schalter 47 ein Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 32 zu der Vorspannungsleistungsquelle 46 um. Deshalb kann die Ansteuerschaltung 41 den Leckstrom des Schaltelements 10 basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 32 fließt, detektieren.
Wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, beginnt die Ansteuerschaltung von jeder der Steuerungsschaltungen damit, den Leckstrom des anderen Schaltelements, das in Reihe mit dem Schaltelement, das durch sich selbst angesteuert wird, verbunden ist, zu detektieren (Schritt S11). Wenn zum Beispiel die Steuerungsschaltung ein Gatesteuerungssignal empfängt, um ein Einschalten des Schaltelements, das durch sich selbst angesteuert wird, anzuweisen, und ein Zustand über eine vorbestimmte erlaubte Erfassungszeit andauert, während der die Spannung Vce zwischen beiden Anschlüssen des Hauptelements, das durch sich selbst angesteuert wird, größer als eine vorbestimmte Lecktestspannung ist, beginnt die Steuerungsschaltung eine Detektion des Leckstroms.
Ebenso, zum Beispiel in dem Fall von 2, nachdem ein Detektieren des Leckstroms gestartet wurde, verringert die Ansteuerschaltung 71 die Spannung, um beide Gateelektroden g des Hauptelements 61 und des Erfassungselements 62 vorzuspannen, von der Leistungsversorgungsspannung V2 auf die Leistungsversorgungsspannung V3. Zusätzlich, nachdem ein Detektieren des Leckstroms gestartet wurde, steuert die Ansteuerschaltung 41 den Schalter 77, um die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 72 durch die negative Spannung V1 vorzuspannen, um das Erfassungselement 62 einzuschalten. Gemäß einer Steuerung durch die Ansteuerschaltung 71 schaltet der Schalter 77 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 62 zu der Vorspannungsleistungsquelle 76 um. Deshalb kann die Ansteuerschaltung 71 den Leckstrom des Schaltelements 80 basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 62 fließt, detektieren.
Ebenso zum Beispiel in dem Fall von 3, steuert die Ansteuerschaltung 101 den Schalter 107, so dass Gateelektroden g von sowohl dem Hauptelement 91 als auch dem Erfassungselement 92 mit dem Niedrigleistungsquellenpotentialteil 52 über den Widerstand 109 verbunden sind. Gemäß der Steuerung durch die Ansteuerschaltung 101 kann der Schalter 107 eine Spannung, die durch Teilen der Leistungsversorgungsspannung V2 durch den Gatewiderstand 102 und den Widerstand 109 erhalten wird, an die Gateelektroden g von sowohl dem Hauptelement 91 als auch dem Erfassungselement 92 zuführen. Zusätzlich, nachdem ein Detektieren des Leckstroms gestartet wurde, steuert die Ansteuerschaltung 101 den Schalter 77, um die Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 92 durch die negative Spannung V1 vorzuspannen, um das Erfassungselement 92 einzuschalten. Gemäß einer Steuerung durch die Ansteuerschaltung 101 schaltet der Schalter 77 das Verbindungsziel der Erfassungsemitterelektrode se des Erfassungselements 92 zu der Vorspannungsleistungsquelle 76 um. Deshalb kann die Ansteuerschaltung 101 den Leckstrom des Schaltelements 110 basierend auf dem Erfassungsstrom Ise, der in dem Erfassungselement 92 fließt, detektieren.
Als Nächstes, in Schritt S12, wenn sich ein Zustand für eine vorbestimmte Erfassungszeit fortsetzt, während der der erfasste Wert des Leckstroms größer als ein vorbestimmter Schwellenwertstrom ist, bestimmt die Ansteuerschaltung von jeder der Steuerungsschaltungen, dass ein Leckstrom, der größer oder gleich einem vorbestimmten Stromwert ist, detektiert ist. Wenn zum Beispiel eine Ausgabezeit des Erfassungsstromdetektorsignals, das von dem Erfassungsspannungsdetektorteil ausgegeben wird, über eine vorbestimmte Detektionszeit andauert, bestimmt die Ansteuerschaltung, dass ein Leckstrom, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, detektiert wird. In dem Fall von 1 zu Beispiel, wenn eine Ausgabezeit des Erfassungsstromdetektorsignals, das von dem Erfassungsspannungsdetektorteil 23 ausgegeben wird, über die vorbestimmte Detektorzeit andauert, bestimmt die Ansteuerschaltung 21, dass ein Leckstrom, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, in dem Schaltelement 30 detektiert ist.
Wenn bestimmt ist, dass ein Leckstrom, der größer oder gleich dem vorbestimmten Stromwert ist, detektiert ist, gibt die Ansteuerschaltung ein Leckdetektionssignal an die Systemsteuerungseinheit 126 aus, um anzugeben, dass eine Charakteristikverschlechterung für das andere Schaltelement, das in Reihe mit dem Schaltelement, das durch sich selbst angesteuert wird, verbunden ist, bestätigt wurde.
Die Halbleitersteuerungseinrichtung, der Schaltkreis, der Inverter und das Steuerungssystem wurden mit den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Viele Modifikationen und Verbesserungen können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung durch Kombinieren und/oder Ersetzen eines Teils oder aller Teile der Ausführungsbeispiele mit anderen vorgenommen werden.
Zum Beispiel kann die Systemsteuerungseinheit 126 einen Schalter (zum Beispiel den Schalter 27 oder den Schalter 47 in dem Fall von 1) steuern, so dass die negative Spannung zum Einschalten des Erfassungselements die Erfassungsemitterelektrode des Erfassungselements vorspannt.
Ebenso zum Beispiel ist die Halbleitersteuerungseinrichtung nicht darauf beschränkt, in dem Inverter verwendet zu werden, sondern kann in einem DC-DC-Wandler, einer Leistungsquellenschaltung, einer Verstärkerschaltung, einer Stepdown-Schaltung oder Ähnlichem verwendet werden.
Ebenso zum Beispiel ist ein Schaltelement nicht auf ein IGBT beschränkt, sondern kann ein N-Kanal-MOSFET sein oder kann ein P-Kanal-MOSFET sein.
Die vorliegende internationale Anmeldung basiert auf der japanischen Prioritätsanmeldung Nr. 2013-212167 , eingereicht am 9. Oktober 2013, deren gesamten Inhalte hierin durch Bezugnahme miteinbezogen sind.
Bezugszeichenliste

1, 4, 5, 131, 132, 133: Schaltkreis
2, 3: Halbleitersteuerungseinrichtung
10, 30, 60, 80, 90, 110: Schaltelement
11, 31, 61, 91: Hauptelement
12, 32, 62, 92: Erfassungselement
20, 40, 70, 100: Steuerungsschaltung
21, 41, 71, 101: Ansteuerschaltung
22, 42, 72, 102: Gatewiderstand
23, 43, 73, 79: Erfassungsspannungsdetektorteil
24, 44, 74: Erfassungswiderstand (Widerstand zur Überstromdetektion)
25, 45, 75: Erfassungswiderstand (Widerstand zur Leckstromdetektion)
26, 46, 76: Vorspannungsleistungsquelle
27, 47, 77, 107: Schalter
28, 48, 78: Erfassungsstromdetektorschaltung
50: Zwischenknotenteil
51, 52: Leistungsquellenpotentialteil
53, 54, 55, 56: Leistungsquelle zum Ansteuern des Gates
81, 82: Isolator
83: Temperatursensor
109: Widerstand
120: Steuerungssystem
121: Inverter
122: Kondensator
123: Batterie
124: Generator
125: Abschaltrelais
126: Systemsteuerungseinheit
127: Maschine

Claims

Halbleitersteuerungseinrichtung, mit: einem Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Erfassungselement, das parallel mit dem Hauptelement verbunden ist; und einer Steuerungsschaltung, die dazu konfiguriert ist, eine Erfassungselektrode des Erfassungselements durch eine negative Spannung vorzuspannen, und einen Leckstrom eines anderen Schaltelements, das in Reihe mit dem Hauptelement verbunden ist, zu detektieren.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung die Erfassungselektrode durch die negative Spannung vorspannt, so dass eine Spannung zwischen einer Gateelektrode und der Erfassungselektrode des Erfassungselements höher wird als eine Spannung zwischen einer Gateelektrode des Hauptelements und einer Hauptelektrode des Hauptelements.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsschaltung die Erfassungselektrode durch die negative Spannung vorspannt, so dass ein größerer Strom in dem Erfassungselement als in dem Hauptelement fließt.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungsschaltung die Erfassungselektrode durch die negative Spannung vorspannt, um das Erfassungselement einzuschalten, ohne das Hauptelement einzuschalten.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungsschaltung eine Spannung verringert, um die Gateelektroden des Hauptelements und des Erfassungselements vorzuspannen, wenn die Erfassungselektrode durch die negative Spannung vorgespannt wird.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungsschaltung den Leckstrom detektiert, wenn detektiert ist, dass die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Hauptelements größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerungsschaltung einen Widerstand umfasst, der zur Detektion des Leckstroms zu verwenden ist, und die Erfassungselektrode durch die negative Spannung über den Widerstand vorspannt.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Steuerungsschaltung einen ersten Widerstand umfasst, der dazu konfiguriert ist, zur Detektion des Leckstroms verwendet zu werden, einen zweiten Widerstand, der dazu konfiguriert ist, zur Detektion eines Überstroms des Hauptelements verwendet zu werden, und einen Schaltkreis, der dazu konfiguriert ist, ein Verbindungsziel der Erfassungselektrode zu dem ersten Widerstand oder dem zweiten Widerstand umzuschalten.
Halbleitersteuerungseinrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der erste Widerstand einen größeren Widerstandswert aufweist als der des zweiten Widerstands.
Schalteinrichtung, mit: den Halbleitersteuerungseinrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die entsprechend auf einer hohen Seite und einer niedrigen Seite bereitgestellt sind.
Schalteinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die entsprechenden Erfassungselektroden der Erfassungselemente auf der hohen Seite und der niedrigen Seite sequentiell durch die negative Spannung vorgespannt werden.
Inverter, mit: einer Vielzahl der Schalteinrichtungen gemäß Anspruch 10 oder 11, die parallel bereitgestellt sind.
Steuerungssystem, mit: dem Inverter gemäß Anspruch 12; einem Kondensator, der dazu konfiguriert ist, parallel mit dem Inverter verbunden zu werden; einer Batterie, die dazu konfiguriert ist, eine größere Kapazität als der Kondensator aufzuweisen; einem Generator, der dazu konfiguriert ist, den Kondensator über den Inverter zu laden; und einer Abschaltschaltung, die dazu konfiguriert ist, eine Versorgung von Leistung von dem Generator zu der Batterie über den Inverter abzuschalten.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 13, weiterhin mit: einer Steuerungseinheit, die dazu konfiguriert ist, die Abschaltschaltung zu steuern, so dass eine Spannung des Kondensators größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert wird.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 14, wobei die Steuerungseinheit die Erfassungselemente auf der hohen Seite und der niedrigen Seiten sequentiell einschaltet, wenn detektiert ist, dass die Spannung des Kondensators gleich oder größer als der Schwellenwert ist.