DE112017002593T5

DE112017002593T5 - Ansteuerregelungsgerät für ein schaltbauelement

Info

Publication number: DE112017002593T5
Application number: DE112017002593.1T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Inoue
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2019-04-25
Also published as: US20200144998A1; JP2020036530A; CN109314510B; JP2017212870A; US11095283B2; CN109314510A

Abstract

Eine Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement steuert ein Schaltbauelement (1) mit einem Sensorbauelement an, und umfasst eine Ansteuerschaltung (4, 40, 40a), die ein Gateansteuersignal an das Schaltbauelement bereitstellt, eine Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 60, 70), der eine transiente Eigenschaft des Sensorbauelements absorbiert, falls das Schaltbauelement eingeschaltet wird, und eine Bestimmungsschaltung (6, 6a, 60, 60a, 60b, 70, 70a, 70b) umfasst, die einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements aus einer Ausgabe des Sensorbauelements bestimmt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der beim Japanischen Patentamt am 20. Mai 2016 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-101408 und der beim Japanischen Patentamt am 9. Mai 2017 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-93059 , deren gesamte Inhalte hierdurch durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen werden.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement.
Stand der Technik
Es gibt ein Leistungshalbleiterschaltbauelement, das ein Sensorbauelement zum Überwachen eines in diesem selbst fließenden Stroms umfasst. Bei einem solchen Schaltbauelement wird ein Wert eines Stroms, der in dem Schaltbauelement fließt, aus einer Spannung eines mit dem Sensorbauelement verbundenen Sensorwiderstands abgeschätzt. Dies ermöglicht einen Schutzbetrieb, falls ein Überstrom oder ein Kurzschluss des Sensorbauelements aufgetreten ist, und kann eine Bauelementgröße durch Verringern einer Stromkapazität des Schaltbauelements verringern.
Zusätzlich dazu kann zur Regelung eines als Last verbundenen Motors oder zur Verringerung eines Schaltverlustes oder eines Leitungsverlustes eine Rückkopplung für eine Gate-Ansteuerregelung des Schaltbauelements durchgeführt werden, und dadurch können Wirkungen wie etwa eine Verringerung der Anzahl der Stromsensoren und eine Effizienzverbesserung durch eine Verlustverringerung erwartet werden.
[Zitateliste]
[Patentliteratur]

[PTL 1] JP 2008-206348 A
[PTL 2] JP 2013-123329 A
[PTL 3] JP 2014-110497 A

[Erfindungszusammenfassung]
Jedoch wurde herausgefunden, dass im Stand der Technik mit der Konfiguration einer Stromerfassungsschaltung eines solchen Schaltbauelements bei Erfassung des Stroms ein Sensorverhältnis aufgrund des Sensorwiderstands, einer Kapazitätseigenschaft des Sensorbauelements oder dergleichen abweicht, so dass das Problem auftreten kann, dass ein genauer Strom nicht erfasst werden kann.
Beispielsweise ist die Lehre der Patentliteratur 1 zur genauen Erfassung eines Stroms dazu eingerichtet, eine Korrektur durch eine externe Schaltung durchzuführen. Jedoch wurde bei dieser Konfiguration ein Problem herausgefunden, dass eine externe Schaltung benötigt ist, und dass es ferner für die Regelung schwierig ist, einer transienten Änderung zu folgen.
Zusätzlich dazu ist in der Lehre der Patentliteratur 2 die Konfiguration angenommen, bei der ein normaler Betrieb oder ein abnormer Betrieb wie etwa ein Überstrom oder ein Kurzschluss aus der Differenz zwischen einem Sensorausgabeergebnis und einer Gatespannung bestimmt ist. Da sich jedoch die Gatespannung aufgrund einer Lastsituation bei dieser Konfiguration auch während eines Normalbetriebes ändern kann, und eine Gatespannungswellenform jedes Mal auch während eines abnormen Betriebes verschieden ist, wurde ebenso ein Problem herausgefunden, dass es schwierig ist, den abnormen Betrieb zu bestimmen.
Ferner ist in der Lehre der Patentliteratur 3 die Konfiguration angenommen, die einen Stromerfassungsschutz durch Auslöschen einer Kapazitätsabweichungsmenge der Sensorausgabe durchführt. Da jedoch die Einstellung des Kondensators zum Auslöschen der Kapazitätsabweichungsmenge schwierig ist, und die Anzahl der zusätzlichen Teile groß ist, wurde das Problem herausgefunden, dass die praktische Umsetzung schwierig ist.
Die vorliegende Offenbarung zielt auf eine Bereitstellung der Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement ab, das zur Unterdrückung einer Lebensdauerverringerung eines Schaltbauelements durch ein schnelles Erfassen eines Überstroms mit einer einfachen und kostengünstigen Konfiguration befähigt ist. In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung steuert die Ansteuerregelungsgerät ein Schaltbauelement an, das ein Sensorbauelement umfasst, und umfasst eine Ansteuerschaltung, die ein Gateansteuersignal an das Schaltbauelement bereitstellt, eine Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung, die eine transiente Eigenschaft des Sensorbauelements beim Einschalten des Schaltbauelements absorbiert, und eine Bestimmungsschaltung, die einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements aus einer Ausgabe des Sensorbauelements bestimmt.
Da die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung die transiente Eigenschaft absorbiert, die beim Einschalten des Schaltbauelements erzeugt wird, kann die Bestimmungsschaltung einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements aus einer Ausgabe des Sensorbauelements bestimmen, ohne den Abschluss der transienten Eigenschaft abzuwarten. Dies kann verhindern, dass der Strom weiterhin in dem Schaltbauelement bis zu der Bestimmung aufgrund des Überstroms oder des Kurzschlusses fließt, und somit kann als das Schaltbauelement eine Konfiguration verwendet werden, die eine verringerte Stromkapazität aufweist.
Figurenliste
Die Aufgabe der Erfindung und anderen Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ersichtlich.
In der Zeichnung zeigt

1 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration einer Grundkonfiguration, die ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt;
2 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration;
3 eine erklärende Darstellung einer Schwellwertspannungsumschaltung einer Sensorspannung;
4 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen;
5 eine Darstellung einer Spannungs-/Stromeigenschaft eines Hauptbauelements und eines Sensorelements eines Schaltbauelements;
6 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration, die ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt;
7 eine erklärende Darstellung einer Schwellwertspannungsumschaltung einer Sensorspannung, die ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt;
8 eine erklärende Darstellung einer Schwellwertspannungsumschaltung einer Sensorspannung, die ein viertes Ausführungsbeispiel zeigt;
9 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration;
10 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration einer Grundkonfiguration, die ein fünftes Ausführungsbeispiel zeigt;
11 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration;
12 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand;
13 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Kurzschlusszustand;
14 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein sechstes Ausführungsbeispiel zeigt;
15 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen;
16 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein siebtes Ausführungsbeispiel zeigt;
17 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand;
18 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Kurzschlusszustand;
19 eine Blockdarstellung einer Konfiguration einer Stromerfassungsschaltung, der ein achtes Ausführungsbeispiel zeigt;
20 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration einer Autogain-Schaltung;
21 eine Darstellung (Teil 1) zur Erläuterung eines Betriebs der Autogain-Schaltung;
22 eine Darstellung (Teil 2) zur Erläuterung eines Betriebs der Autogain-Schaltung;
23 eine Darstellung (Teil 1) einer Konfiguration eines Schaltbauelements, die ein neuntes Ausführungsbeispiel zeigt;
24 eine Darstellung (Teil 2) einer Konfiguration des Schaltbauelements;
25 eine Darstellung (Teil 3) einer Konfiguration des Schaltbauelements;
26 eine Darstellung (Teil 4) einer Konfiguration des Schaltbauelements;
27 eine Darstellung (Teil 5) einer Konfiguration des Schaltbauelements;
28 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration einer Grundkonfiguration, die ein zehntes Ausführungsbeispiel zeigt;
29 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration;
30 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand;
31 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Kurzschlusszustand;
32 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein elftes Ausführungsbeispiel zeigt;
33 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Kurzschlusszustand;
34 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein zwölftes Ausführungsbeispiel zeigt;
35 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand;
36 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand (Vergleichsbeispiel);
37 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein dreizehntes Ausführungsbeispiel zeigt;
38 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein vierzehntes Ausführungsbeispiel zeigt;
39 eine Darstellung einer bestimmten elektrischen Konfiguration, die ein fünfzehntes Ausführungsbeispiel zeigt;
40 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Normalzustand;
41 ein Zeitablaufdiagramm von Signalen von jeweiligen Teilen in einem Kurzschlusszustand;
42 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration (Teil 1), die ein sechzehntes Ausführungsbeispiel zeigt;
43 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration (Teil 2);
44 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration (Teil 3); und
45 eine Darstellung einer elektrischen Konfiguration (Teil 4).

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Das erste Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein erstes System beschrieben, das eine Gatespannung überwacht, um einen Zustand wie etwa einen Überstrom oder Kurzschluss eines IGBT 1, der ein Schaltbauelement ist, schnell zu erfassen, und eine Durchführung eines Schutzbetriebes ermöglicht.
In 1, die eine Grundkonfiguration des ersten Systems zeigt, umfasst der IGBT 1 ganzheitlich ein Hauptbauelement und ein Sensorbauelement, und das Hauptbauelement und das Sensorbauelement sind mit gemeinsamen Kollektoren C und Gates G verbunden. Hinsichtlich eines Emitters E des Hauptbauelements weist das Sensorbauelement einen Sensoremitter SE auf, der zur Erfassung eines Stroms bereitgestellt ist, der proportional zu einem Strom ist, der in dem Hauptbauelement fließt. Zusätzlich dazu ist bei dem IGBT 1 eine Diode 1a zwischen dem Kollektor C und dem Emitter E verbunden. Die Diode 1a kann in dem IGBT 1 enthalten sein, oder extern bereitgestellt sein.
In dem IGBT 1 ist der Kollektor C mit dem Emitter E zwischen einer nicht gezeigten Last und der Masse verbunden. Der Sensoremitter SE ist mit der Masse über eine Impedanzschaltung 2 für eine Stromerfassung verbunden. Die Impedanzschaltung 2 weist erste bis vierte Impedanzen 2a bis 2d auf. Eine Serienschaltung der ersten und zweiten Impedanzen 2a und 2b ist zwischen dem Sensoremitter SE und einem Masseanschluss verbunden, die dritte Impedanz 2c ist parallel mit der zweiten Impedanz verbunden, und die vierte Impedanz 2d ist parallel mit der ersten Impedanz 2a verbunden.
Ein Strom des Sensorbauelements des IGBT 1 wird aus einer Anschlussspannung der zweiten Impedanz 2b erfasst. Jede der ersten bis vierten Impedanzen 2a bis 2d ist durch ein Bauelement konfiguriert, das aus einem Widerstand für eine Stromerfassung, einem Kondensator zum Absorbieren einer Eigenschaft einer transienten Abweichung, einem Schalter und dergleichen ausgewählt ist. Zusätzlich dazu sind die ersten bis vierten Impedanzen 2a bis 2d jeweils als Impedanzwerte auf Za, Zb, Zc und Zd eingestellt.
Eine Regelungsschaltung 3 umfasst eine Ansteuerschaltung 4, die ein Gatesignal an das Gate G des IGBT 1 bereitstellt, eine Stromerfassungsschaltung 5, die einen Strom des IGBT 1 erfasst, eine Bestimmungsschaltung 6, die einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand bestimmt und dergleichen. Die Ansteuerschaltung 4 führt eine zum Ansteuern des IGBT 1 geeignete Gatespannung auf der Grundlage eines von außerhalb bereitgestellten Ansteuersignales zu. Die Stromerfassungsschaltung 5 nimmt eine Anschlussspannung der zweiten Impedanz 2b der Impedanzschaltung 2 zur Erfassung eines Stromwertes des Sensorbauelements auf, und erfasst dadurch den Strom des Hauptbauelements des IGBT 1.
Die Bestimmungsschaltung 6 bestimmt für den Fall, dass der durch die Stromerfassungsschaltung 4 erfasste Strom des IGBT 1 in einem Pegel eines Überstroms oder Kurzschlusses ist, diesen als einen abnormen Zustand, und stoppt den Betrieb der Ansteuerschaltung 4. In diesem Fall ist die Bestimmungsschaltung 6 dazu eingerichtet, eine Gatespannung Vg vorab aufzunehmen, und den Bestimmungspegel in Übereinstimmung mit einem Wert der Gatespannung Vg zu ändern. Die Bestimmungsschaltung 6 wirkt bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung.
Bei einem Halbleiterschaltbauelement einer Gateansteuerart existiert im Allgemeinen bei Anlegen eines Ansteuersignals zum Einschalten des Schaltbauelements an ein Gate eine Spiegelzeitdauer (Plateauphase), und während dieser Zeitdauer erhöht sich die Gatespannung nicht. Dies entspricht einer Zeit zum Laden einer Spiegelkapazität, und die Gatespannung kann bis zum Ablauf der Spiegelzeitdauer nicht auf eine vorbestimmte Spannung erhöht werden.
Falls in dem IGBT 1 ein Nennstrom zum Fließen gebracht wird, ändert sich eine Kollektor-Emitter-Spannung Vce, die an der oberen Seite von 5 mit einem A-Punkt und einem B-Punkt gezeigt ist, aufgrund einer Änderung zwischen einer während der Spiegelzeitdauer angelegten Gatespannung Vg und einer nach Ablauf der Spiegelzeitdauer angelegten Gatespannung Vg. Die an dem Sensoremitter SE zu dieser Zeit erscheinende Spannung Vse erhöht sich während der Spiegelzeitdauer, und verringert sich nach Ablauf der Spiegelzeitdauer.
Zusammen damit wird die Sensorspannung Vse gemäß der unteren Seite von 5 ungefähr 2 V, falls hinsichtlich Vce gemäß der Figur die Gatespannung Vg 10 V ist, und wird ungefähr 1,3 V, falls die Gatespannung Vg 15 Volt ist. Wie in einem Zeitablaufdiagramm gemäß 4 gezeigt ist, wird die Sensorspannung Vse ungefähr 2 Volt, falls die Gatespannung Vg während der Spiegelzeitdauer bei 10 V verbleibt, und nachfolgend verringert sich die Sensorspannung Vse nach Ablauf der Spiegelzeitdauer auf ungefähr 1,3 V.
Auch falls die während der Spiegelzeitdauer erfasste Sensorspannung Vse bei diesem Ausführungsbeispiel nach Ablauf der Spiegelzeitdauer höher als die Sensorspannung Vse ist, ist in Übereinstimmung mit der Bedingung bestimmt, ob der Zustand ein abnormer Zustand wie etwa ein Überstromzustand oder ein Kurzschlusszustand ist. Daher ist beispielsweise für den Fall, dass die Gatespannung Vg während der Spiegelzeitdauer 10 V und die Gatespannung Vg nach der Spiegelzeitdauer 15 V ist, eine Schaltspannung Vg1 auf 12 V oder dergleichen eingestellt.
Gemäß 3 ist bei der Bestimmungsschaltung 6 für den Fall, dass der Betriebszustand des IGBT 1 sich in der Spiegelzeitdauer befindet und die Gatespannung Vg kleiner als Vg1 ist (= 12 V), eine Schwellwertspannung für eine Bestimmung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands aus der Sensorspannung Vse auf Vth2 eingestellt. Zusätzlich dazu ist für den Fall, dass der Betriebszustand des IGBT 1 nach dem Ablauf der Spiegelzeitdauer in einem Normalzustand und die Gatespannung Vg nicht größer als die Schaltspannung Vg1 (= 12 V) ist, die Schwellwertspannung für eine Bestimmung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands aus der Sensorspannung Vse auf Vth1 eingestellt, die eine geringere Spannung als die Schwellwertspannung Vth2 ist.
Gemäß 3 ist für den Fall, dass die Sensorspannung Vse einen Wert in einem schattierten Gebiet in der Figur in Übereinstimmung mit einem Wert der Gatespannung Vg annimmt, der Zustand darauf bestimmt, ein abnormer Zustand eines Überstroms oder eines Kurzschlusses zu sein. Auch für den Fall, dass der Betriebszustand des IGBT 1 ein transienter Zustand ist, der die Spiegelzeitdauer des Gates ist, ermöglicht damit die Schwellwertspannung Vth2, dass die Bestimmung aus der Sensorspannung Vse durchgeführt wird.
2 zeigt eine Schaltungsdarstellung, die ein Beispiel eines Falles zeigt, bei dem die vorstehend beschriebene Schaltung gemäß 1 mit einer bestimmten Schaltung realisiert ist, deren Konfiguration nachstehend beschrieben ist. In einer Impedanzschaltung 20 ist ein Stromerfassungswiderstand 21, der zwischen dem Sensoremitter SE und der Masse verbunden ist, als ein Sensorwiderstand bereitgestellt. Falls die Impedanzschaltung 20 mit der Impedanzschaltung 2 gemäß 1 in Verbindung gebracht wird, entspricht der Stromerfassungswiderstand 21 der zweiten Impedanz 2b, und die Impedanz Zb ist ein Widerstandswert. Zusätzlich dazu ist die erste Impedanz 2a in dem Impedanzteil 2 gemäß 1 auf einen Zustand eingestellt, bei dem die Impedanz Za einem Nullwiderstandswert entspricht, das heißt, in einem kurzgeschlossenen Zustand ist. Die dritte Impedanz 2c ist in einen Zustand gesetzt, in dem die Impedanz Zc einem unendlichen Widerstandswert, das heißt, einem offenen Zustand entspricht. Da die erste Impedanz 2a in dem Kurzschlusszustand ist, ist die vierte Impedanz 2d zusätzlich dazu deaktiviert, und somit kann die Impedanz Zd irgendeinen Wert annehmen.
Eine Regelungsschaltung 30 umfasst eine Ansteuerschaltung 40 und umfasst ebenso eine Stromerfassungsschaltung 50 und eine Bestimmungsschaltung 60. Die Ansteuerschaltung 40 umfasst eine Treiberschaltung 41, die ein von außerhalb empfangenes Regelungssignal an das Gate des IGBT 1 als eine Gatespannung Vg anlegt, und eine AND-Schaltung 42 (Und-Schaltung) zum Stoppen der Anregelung bei Empfang eines Stopp-Signals von der Bestimmungsschaltung 60. Das Steuersignal wird an die Treiberschaltung 41 mittels eines Eingabe-/Ausgabeanschlusses der AND-Schaltung 42 eingegeben. Die AND-Schaltung 42 umfasst drei Eingabeanschlüsse und das Stopp-Signal wird von der Bestimmungsschaltung 60 an die verbleibenden zwei Eingabeanschlüsse eingegeben. Die Gatespannung Vg, die von der Treiberschaltung 41 ausgegeben ist, ist ebenso an die Bestimmungsschaltung 60 eingegeben.
Die Stromerfassungsschaltung 50 umfasst einen ersten Komparator 51 und einen zweiten Komparator 52, die einen Pegel einer Sensorspannung Vse erfassen, die zwischen den Anschlüssen des Stromerfassungswiderstands 21 auftritt. Der erste Komparator 51 gibt ein Hochpegelerfassungssignal aus, falls ein Pegel der Sensorspannung Vse im Vergleich zu einer Schwellwertspannung Vth1 größer ist, die durch ein Referenznetzteil 53 eingestellt ist. Nach Ablauf der Spiegelzeitdauer ist unter Verwendung der Schwellwertspannung Vth1 bestimmt, dass ein aus der Sensorspannung Vse erfasster Kollektorstrom Ic in einem Überstromzustand oder einem Kurzschlusszustand ist.
Der zweite Komparator 52 gibt ein Hochpegelerfassungssignal aus, falls ein Pegel der Sensorspannung Vse im Vergleich zu einer Schwellwertspannung Vth2 größer ist, die durch ein Referenznetzteil 54 eingestellt ist. Die Schwellwertspannung Vth2 ist auf eine größere Spannung als die Schwellwertspannung Vth1 eingestellt, und erfasst, dass ein durch die Sensorspannung Vse während der Spiegelzeitdauer erfasster Kollektorstrom Ic in einem Überstromzustand oder einem Kurzschlusszustand ist. Die Schwellwertspannungen Vth1, Vth2 sind entsprechend der Beziehung gemäß 3 eingestellt.
In der Bestimmungsschaltung 60 bestimmt ein dritter Komparator 61 einen Pegel einer Gatespannung Vg, und eine von einem Referenznetzteil 62 zugeführte Schaltspannung Vg1 dient als ein Bestimmungspegel. Der dritte Komparator 61 gibt ein Hochpegelsignal in einem Zustand aus, in dem die Gatespannung Vg die Schaltspannung Vg1 überschreitet. Eine NAND-Schaltung 63 (Nicht-UND-Schaltung) weist zwei Eingabeanschlüsse, die jeweils mit Ausgabeanschlüssen des ersten Komparators 51 und des dritten Komparators 61 verbunden sind, und einen Ausgabeanschluss auf, der mit dem Eingabeanschluss der AND-Schaltung 42 verbunden ist. Eine NAND-Schaltung 64 weist einen Eingabeanschluss auf, der mit einem Ausgabeanschluss des zweiten Komparators 51 verbunden ist, und der andere Eingabeanschluss ist mit dem Ausgabeanschluss des dritten Komparators 61 über eine Inverterschaltung 65 verbunden. Ein Ausgabeanschluss der NAND-Schaltung 64 ist mit dem Eingabeanschluss der AND-Schaltung 42 verbunden.
Falls ein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist, und die Gatespannung Vg von der Ansteuerschaltung 40 an das Gate G des IGBT 1 angelegt ist, ist mit der vorstehend genannten Konfiguration der IGBT 1 eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt steigt in dem IGBT 1 die Gatespannung Vg an, und wird während der Spiegelzeitdauer auf einer Spannung gehalten, die niedriger als ein vorbestimmter Pegel ist. Nach Ablauf der Spiegelzeitdauer erhöht sich die Gatespannung Vg auf den vorbestimmten Pegel.
Der erste Komparator 51 bestimmt, ob die Sensorspannung Vse begleitet von dem Betrieb des IGBT 1 die Schwellwertspannung Vth1 überschreitet. Der zweite Komparator 52 bestimmt, ob die Sensorspannung Vse die Schwellwertspannung Vth2 überschreitet. Da bei niedrigerer Gatespannung Vg, das heißt, während der Spiegelzeitdauer bei dem Betrieb des IGBT 1, in der Bestimmungsschaltung 60 der dritte Komparator 61 ein Niederpegelsignal ausgibt, ist über die Inverterschaltung 65 ein Hochpegelsignal an die NAND-Schaltung 64 eingegeben.
Falls die Sensorspannung Vse die hoch eingestellte Schwellwertspannung Vth2 überschreitet, ist somit während der Spiegelzeitdauer ein Überstrom- oder Kurzschlusszustand erzeugt, und nachfolgend gibt die NAND-Schaltung 64 ein Niederpegelsignal an die AND-Schaltung 42 ein. Somit stoppt die Ansteuerschaltung 40 die Anwendung der Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1.
Falls andererseits der IGBT 1 aus der Spiegelzeitdauer herauskommt und die Gatespannung Vg die Schaltspannung Vg1 überschreitet, gibt in der Bestimmungsschaltung 60 der dritte Komparator 61 ein Hochpegelsignal aus, und somit ist ein Hochpegelsignal an die NAND-Schaltung 63 eingegeben. Nach Ablauf der Spiegelzeitdauer ist daher ein Überstrom- oder Kurzschlusszustand erzeugt, falls die Sensorspannung Vse eine normale Schwellwertspannung Vth1 überschreitet, und nachfolgend gibt die NAND-Schaltung 63 ein Niederpegelsignal in die AND-Schaltung 42 ein. Somit stoppt die Ansteuerschaltung 40 die Anwendung der Gatespannung Vg auf das Gate G des IGBT 1.
Zusätzlich dazu ist in anderen als den vorstehend genannten Fällen eine der Eingaben der zwei NAND-Schaltungen 63, 64 ein niedriger Pegel, oder beide der Eingaben sind niedrige Pegel, und somit geben beide Schaltungen Hochpegelsignale aus, und die AND-Schaltung 42 der Ansteuerschaltung 40 erzeugt die Gatespannung Vg in Übereinstimmung mit dem Pegel des Regelungssignals.
Folglich kann während eines EIN-Betriebes des IGBT 1 auch für den Fall, dass eine Gatespannung Vg in der Spiegelzeitdauer vorliegt und bei einem Niedrigspannungssignal verbleibt, eine Erzeugung eines abnormen Zustands eines Überstroms oder Kurzschlusses schnell erfasst werden, und dies ermöglicht es, den Schutzbetrieb des Stoppens der Ansteuerschaltung 40 durchzuführen. Infolgedessen kann die Zeit während der der Überstrom weiter fließt, falls der IGBT 1 abnorm ist, auf die kürzest mögliche Zeit begrenzt werden, und somit ist es möglich, den Schutzbetrieb zuverlässig durchzuführen, ohne die Stromkapazität zu erhöhen.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
6 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel und nachstehend sind Teile beschrieben, die von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als eine Konfiguration zur Erfassung der Gatespannung Vg des IGBT 1 gemäß 6 eine Bestimmungsschaltung 60a zur Verwendung einer Spannungsteilerschaltung der Widerstände 66 und 67 bereitgestellt. Bei der Konfiguration ist eine Serienschaltung der Widerstände 66, 67 zwischen dem Gate G und der Masse verbunden, und deren gemeinsamer Verbindungspunkt ist an den dritten Komparator 61 der Bestimmungsschaltung 60a eingegeben.
Die Gatespannung Vg wird durch die Widerstände 66, 67 geteilt, und an den dritten Komparator 61 als eine Spannung Vga eingegeben, die zu der Gatespannung Vg proportional ist. In Übereinstimmung mit dieser Konfiguration stellt das Referenznetzteil 62 Vg2 anstelle der Schaltspannung Vg1 ein.
Somit können ebenso mit dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel zu denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erlangt werden. Da zusätzlich die Gatespannung Vg durch die Widerstände 66, 67 geteilt wird, kann auch für den Fall, dass die den IGBT 1 ansteuernde Gatespannung Vg hoch ist, der dritte Komparator 61 für die in der Bestimmungsschaltung 60a verwendete niedrige Spannung eingerichtet sein.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
7 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel, das von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend verschieden ist, dass ein Gebiet der Gatespannung Vg durch Vg1 und Vg2 in drei Gebiete unterteilt ist, und in den jeweiligen drei Gebieten sind drei Schwellwertspannungen Vth1, Vth2 und Vth3 der Sensorspannung Vse eingestellt.
Gemäß 7 ist eine Genauigkeit bei einer Bestimmung einer Anomalität durch eine genauere Einstellung der Schwellwertspannung hinsichtlich der Beziehung zwischen der Gatespannung Vg und einer Standardsensorspannung Vse verbessert. In diesem Fall sind die Bedingungen dafür, dass der Wert der Sensorspannung Vse eine Überstrom- oder Kurzschlussanomalität anzeigt, die von dem Wert der Gatespannung Vg abhängenden folgenden Ausdrücke (a) bis (c). Dies sind Bedingungen für den Gebieten entsprechende Fälle, die durch Schraffurlinien gemäß 7 angegeben sind. Die Bestimmungsschaltung 60 kann derart eingerichtet sein, dass drei Komparatoren bereitgestellt sind, und abhängig von der Gatespannung Vg geschaltet werden. $Falls Vg \geq Vg1, Vse > Vth3$
$falls Vg1 \geq Vg \geq Vg2, Vse > Vth2$
und $falls Vg2 \geq Vg, Vse > Vth1$
Ferner können mit dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel zu denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erlangt werden, und eine Überstrom- oder Kurzschlussanomalität kann durch die Sensorspannung Vse genauer erfasst werden. Insbesondere kann ebenso eine Konfiguration angenommen werden, die das Gebiet in weitere feinere Gebiete abhängig von der Gatespannung Vg unterteilt und Schwellwertspannungen für die jeweiligen Gebiete einstellt.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
8 und 9 zeigen das vierte Ausführungsbeispiel, das von dem dritten Ausführungsbeispiel dahingehend verschieden ist, dass die Schwellwertspannung der Sensorspannung Vse derart eingestellt ist, dass sie sich kontinuierlich abhängig von der Gatespannung Vg ändert.
Gemäß 8 ist unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Gatespannung Vg und der Standardsensorspannung Vse eine schräge Linie Lg in Übereinstimmung mit der Neigung eines Teils eingestellt, bei dem die Sensorspannung Vse sich zusammen mit der Änderung der Gatespannung Vg ändert, und die Schwellwertspannung Vth ist derart eingestellt, dass sie sich zusammen mit der schrägen Linie Lg abhängig von der Gatespannung Vg kontinuierlich ändert.
Beispielsweise ist in einem Teil bei Vg < Vg1 und Vg 2 ≥ Vg2, in dem die Sensorspannung Vse hinsichtlich der Gatespannung Vg flach ist, die Schwellwertspannung mit Vth2 und Vth1 jeweils konstant gestaltet. Falls die Gatespannung Vg zwischen Vg1 und Vg2 ist, kann daher die Schwellwertspannung Vth zusammen mit der schrägen Linie Lg geändert werden. Der Fall, der dem durch die Schraffurlinien gemäß 8 angegebenen Gebiet entspricht, zeigt ein Gebiet der Sensorspannung Vse an, bei dem der Zustand in einem abnormen Zustand eines Überstroms oder eines Kurzschlusses ist.
Mit dem vierten Ausführungsbeispiel können ferner zu denen des dritten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erlangt werden, und eine Überstrom- oder Kurzschlussanomalität kann aus die Sensorspannung Vse genauer erfasst werden.
Insbesondere zeigt 9 wie bei der Konfiguration des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels eine Konfiguration, die die Schwellwertspannung Vth in Übereinstimmung mit der Neigung des Teils, in dem die Sensorspannung Vse sich zusammen mit der Änderung der Gatespannung Vg ändert, sich kontinuierlich ändert.
Eine Regelungsschaltung 30a umfasst die Ansteuerschaltung 40 und umfasst ebenso eine Überstromerfassungsschaltung 70, die sowohl eine Stromerfassungsschaltung und eine Bestimmungsschaltung umfasst. In der Überstromerfassungsschaltung 70 empfängt ein vierter Komparator 71 die Sensorspannung Vse an einem nicht invertierenden Eingabeanschluss, und empfängt eine Spannung Vgx, die durch Teilen der Gatespannung Vg an einem invertierenden Eingabeanschluss erlangt ist. Die Überstromerfassungsschaltung 70 ist dazu eingerichtet, die Gatespannung Vg zwischen Anschlüssen einer Serienschaltung von Widerständen 72 und 73 anzulegen, und die geteilte Spannung Vgx, die an dem gemeinsamen Verbindungspunkt erscheint, ist eine Spannung, die proportional zu der Gatespannung Vg ist.
Der Ausgabeanschluss des Komparators 71 ist mit dem Eingabeanschluss der AND-Schaltung 42 der Ansteuerschaltung 40 über eine Inverterschaltung 74 verbunden. Falls die Sensorspannung Vse die geteilte Spannung Vgx überschreitet, gibt der vierte Komparator 71 ein Hochpegelerfassungssignal aus. Dies ist ein Fall, in dem der IGBT 1 in einem Überstrom- oder einem Kurzschlusszustand ist, und einem Abschnitt entspricht, der durch das schraffierte Gebiet gemäß 8 angegeben ist. Die Ansteuerschaltung 40 empfängt das Niederpegelsignal an der AND-Schaltung 42 mittels der Inverterschaltung 74, und führt somit den Schutzbetrieb eines Stoppens der Gatespannung Vg des IGBT 1 durch, und schaltet diese in den AUS-Zustand.
Obwohl es nicht in 9 gezeigt ist, wird es insbesondere durch Hinzufügen einer Schaltung möglich, die, falls die Gatespannung Vg1 oder weniger ist, die Schwellwertspannung auf Vth1 und bei Überschreiten der Gatespannung Vg2 die Schwellwertspannung auf Vth1 einstellt, den Überstrom- oder Kurzschlusszustand des IGBT 1 unter der Bedingung gemäß 8 schnell und genau zu bestimmen.
Zusätzlich dazu ist das Einstellen der Schwellwertspannung in Übereinstimmung mit der Gatespannung Vg nicht auf das Verfahren einer linearen Einstellung begrenzt, sondern kann ebenso geeignet geändert werden, um der Änderung der Gatespannung Vg zu folgen.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Die 10 bis 13 zeigen das fünfte Ausführungsbeispiel, und von dem ersten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel ist als ein zweites System, das einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des IGBT 1 schnell erfassen und den Schutzvorgang durchführen kann, ein System beschrieben, das nicht die Gatespannung überwacht. 10 zeigt eine Grundkonfiguration des zweiten Systems. Insbesondere ist die Grundkonfiguration von 10 ebenso für die Grundkonfigurationen eines dritten Systems und eines vierten Systems, die nachstehend beschrieben sind, eingerichtet.
In 10 umfasst die Steuerschaltung 3 eine Bestimmungsschaltung 6a anstelle der Bestimmungsschaltung 6. Die Bestimmungsschaltung 6a weist eine Konfiguration auf, an die die Gatespannung Vg nicht eingegeben ist. Zusätzlich dazu ist die Impedanzschaltung 2 ebenso dazu eingerichtet, als eine Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung zu wirken. Die Wirkung der Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung wird beispielsweise durch die Verwendung eines Kondensators als einer dritten Impedanz 2c erzielt. Zusätzlich wird eine Konfiguration verwendet, bei der die erste Impedanz 2a in einem Kurzschlusszustand ist, und die zweite Impedanz 2b einen Widerstand für eine Stromerfassung verwendet oder einen unendlichen Widerstand oder dergleichen aufweist. Da die erste Impedanz 2a in dem Kurzschlusszustand ist, ist zusätzlich dazu die vierte Impedanz 2d deaktiviert, und somit kann die Impedanz Zd irgendeinen Wert annehmen.
11 zeigt ein Beispiel einer bestimmten Schaltungskonfiguration des zweiten Systems. Eine Impedanzschaltung 20a ist als ein Stromerfassungswiderstand 21, der ein zwischen dem Sensoremitter SE und der Masse verbundener Sensorwiderstand ist, und ein Kondensator 22 bereitgestellt. Falls die Impedanzschaltung 20a mit der Impedanzschaltung 2 gemäß 10 in Verbindung gebracht wird, entspricht der Stromerfassungswiderstand 21 der zweiten Impedanz 2b, und die Impedanz Zb ist ein Widerstandswert. Der Kondensator 22 entspricht der dritten Impedanz 2c, und die Impedanz Zc ist ein Kapazitätswert. Zusätzlich dazu ist die erste Impedanz 2a in dem Impedanzteil 2 gemäß 10 in einen Zustand gebracht, in dem die Impedanz Za einem Nullwiderstand entspricht, das heißt, in einem Kurzschlusszustand ist.
Eine Regelungsschaltung 30b umfasst die Ansteuerschaltung 40 und umfasst ebenso eine Überstromerfassungsschaltung 70a, die sowohl eine Stromerfassungsschaltung und eine Bestimmungsschaltung umfasst. Bei der Überstromerfassungsschaltung 70a empfängt der vierte Komparator 71 die Sensorspannung Vse an einem nicht invertierenden Eingabeanschluss und empfängt die Schwellwertspannung Vth, die durch ein Referenznetzteil 75 eingestellt ist, an einem invertierenden Eingabeanschluss, und gibt ein Hochpegelerfassungssignal für den Fall aus, dass der Pegel der Sensorspannung Vse im Vergleich zu der Schwellwertspannung Vth größer ist. Die Schwellwertspannung Vth ist derart eingestellt, dass erfasst wird, dass der aus der Sensorspannung Vse erfasste Kollektorstrom Ic in einem Überstromzustand oder einem Kurzschlusszustand ist.
Der Ausgabeanschluss des Komparators 71 ist mit dem Eingabeanschluss der AND-Schaltung 42 der Ansteuerschaltung 40 über die Inverterschaltung 74 verbunden. Falls die Sensorspannung Vse die Schwellwertspannung Vth überschreitet, gibt der vierte Komparator 71 ein Hochpegelerfassungssignal aus. Dies ist ein Fall, in dem der IGBT 1 in einem Überstrom- oder Kurzschlusszustand ist. Da die Ansteuerschaltung 40 das Niederpegelsignal an der AND-Schaltung 42 über die Inverterschaltung 74 empfängt, führt somit die Ansteuerschaltung 40 den Schutzvorgang eines Stoppens der Gatespannung Vg des IGBT 1 und des Schaltens in den AUS-Zustand durch.
Nachstehend ist ferner ein Betrieb der vorstehend beschriebenen Konfiguration unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben. 12 und 13 zeigen jeweils Simulationsergebnisse einer zeitlichen Änderung eines Bauelementstroms Ic und einer Sensorspannung Vse nach einem Anlegen einer Gatespannung Vg an den IGBT 1 in einem Normalzustand, das heißt, einem gewöhnlichen Zustand, und einem Kurzschlusszustand. Zusätzlich dazu sind zum Vergleich für die Sensorspannung Vse die Signalformen der zu der herkömmlichen äquivalenten Konfiguration und ebenso jene der vorstehen beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispiele gezeigt.
In der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist der IGBT 1 eingeschaltet, falls ein Regelungssignal von außerhalb zugeführt wird, und die Gatespannung Vg von der Ansteuerschaltung 40 an das Gate G des IGBT 1 angelegt wird. Zu dieser Zeit erhöht sich in dem IGBT 1 gemäß 12 die Gatespannung Vg und wird auf einer Spannung gehalten, die niedriger als ein vorbestimmter Pegel ist, und erhöht sich nach Ablauf der Spiegelzeitdauer auf den vorbestimmten Pegel.
Zusätzlich dazu überschwingt bei Erhöhung der Gatespannung Vg der Bauelementstrom Ic transient und senkt sich nachfolgend auf einen festgelegten Pegel ab. Die Sensorspannung Vse weist in der herkömmlichen Konfiguration gemäß 12 eine schmale Spitze bei dem Anstieg der Gatespannung Vg auf, wird nachfolgend während der Spiegelzeitdauer eine hohe Spannung, und verringert sich nach Ablauf der Spiegelzeitdauer etwas, um ein festgelegter Pegel zu werden.
Im Gegensatz dazu erhöht sich bei diesem Ausführungsbeispiel die Sensorspannung Vse gemäß der Figur in einem Zustand, in dem die transiente Abweichung absorbiert ist, ohne einen Spitzenwert zu zeigen oder während der Spiegelzeitdauer eine hohe Spannung zu werden. Dies beruht darauf, dass die Menge der transienten Abweichung durch den Kondensator 22 der Impedanzschaltung 20a und die Sensorspannung Vse als die Anschlussspannung zusammen mit dem Laden des Kondensators 22 erlangt ist.
Andererseits erhöht sich in einem Zustand, in dem der IGBT 1 kurzgeschlossen ist, der Bauelementstrom Ic gemäß 13 deutlich jenseits eines vorbestimmten Pegels. Ferner erhöht sich ebenso die Gatespannung Vg ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen. Auch mit dem herkömmlichen System und dem System des vorliegenden Ausführungsbeispiels erhöhen sich die Sensorspannungen Vse ohne die Spiegelzeitdauern zu durchlaufen, und stellen daher ähnliche Signalformen bereit.
Somit ändert sich die Sensorspannung Vse, jedoch wird bei dem herkömmlichen System der Erfassungsvorgang nach der Spiegelzeitdauer durchgeführt, die von dem Anlegen der Gatespannung Vg bis zu dem Ablauf der Ausführung der transienten Abweichung reicht, und somit benötigt der Erfassungsvorgang gemäß der Figur beispielsweise einige Mikrosekunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann im Gegensatz dazu der Erfassungsvorgang in einer kurzen Zeitdauer durchgeführt werden, da die Komponente der transienten Abweichung auch in dem Normalzustand oder dem Kurzschlusszustand nicht vorliegt. Die für den Erfassungsvorgang benötigte Zeit gemäß der Figur kann beispielsweise auf ein Zehntel der des herkömmlichen Systems verkürzt werden.
Dementsprechend kann während des Normalbetriebes und während des EIN-Betriebes des IGBT 1 auch für den Fall, dass die Gatespannung Vg während der Spiegelzeitdauer anliegt und auf einem Niederspannungspegel verbleibt, schnell bestimmt werden, ob der abnorme Zustand des Überstroms oder Kurzschlusses erzeugt wurde, und dies ermöglicht es, den Schutzvorgang des Stoppens der Ansteuerschaltung 40 durchzuführen. Die Zeit, während der der Überstrom in dem Fall weiterhin fließt, dass der IGBT 1 abnorm ist, kann auf eine kürzest mögliche Zeit begrenzt werden, und somit ist es möglich, den Schutzvorgang verlässlich durchzuführen, ohne die Stromkapazität zu erhöhen.
Obwohl der Kondensator 22 geladen wird, falls der IGBT 1 in einem AN-Zustand ist, falls das Anlegen der Gatespannung Vg zum Abschalten des IGBT 1 gestoppt wird, wird das Laden gestoppt, und die gespeicherte elektrische Ladung wird durch den Stromerfassungswiderstand 21 entladen, und somit wird insbesondere die Anschlussspannung im Laufe der Zeit null.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
14 und 15 zeigen das sechste Ausführungsbeispiel, und von dem fünften Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf eine bestimmte Konfiguration des dritten Systems mit der Grundkonfiguration gemäß 10 eingerichtet. Gemäß 14 ist eine Impedanzschaltung 20b durch die erste Impedanz, die ein Widerstand 23 als ein Sensorwiderstand ist, die zweite Impedanz, die ein zweiter Kondensator 22 ist, und die dritte Impedanz konfiguriert, die ein Schalter 24 als einem Entladeschalter ist, und die vierte Impedanz ist auf einen geöffneten Zustand eingestellt.
Eine Regelungsschaltung 30c umfasst eine Schalterregelungsschaltung 80, die den Schalter 24 regelt. Die Schalterregelungsschaltung 80 regelt An/Aus-Zustände des Schalters 24 durch ein Regelungssignal, das von außerhalb eingegeben ist. Falls ein den IGBT 1 einschaltende Regelungssignal eingegeben ist, regelt in diesem Fall die Schalterregelungsschaltung 80 den Schalter 24 in den AUS-Zustand, und, falls ein den IGBT 1 abschaltendes Regelungssignal eingegeben ist, regelt sie den Schalter 24 in den EIN-Zustand. Insbesondere ist in der Impedanzschaltung 20b während der Zeitdauer bis zur Bereitstellung des Regelungssignals der Schalter 24 in einem AN-Zustand, und somit ist die elektrische Ladung des Kondensators 22 entladen, und die Spannung zwischen den Anschlüssen ist null.
Falls mit der vorstehend genannten Konfiguration ähnlich wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel ein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist, und die Gatespannung Vg von der Ansteuerschaltung 40 an das Gate G des IGBT 1 angelegt ist, ist der IGBT 1 eingeschaltet. Zusätzlich dazu wird durch das Regelungssignal der Schalter 24 mit einem Signal eines Abschalt-Betriebes von der Schalterregelungsschaltung 80 bereitgestellt, und wird somit ein offener Zustand. Gemäß 15 erhöht sich in dem IGBT 1 die Gatespannung Vg, und wird während der Spiegelzeitdauer auf einer Spannung gehalten, die niedriger als ein vorbestimmter Pegel ist. Nach Ablauf der Spiegelzeitdauer erhöht sich die Gatespannung Vg auf den vorbestimmten Pegel.
Der Bauelementstrom Ic überschwingt bei Ansteigen der Gatespannung Vg transient, und senkt sich nachfolgend auf einen festgelegten Pegel ab. Hierbei entsteht an dem Sensoranschluss SE eine Spannung, die der Sensorspannung Vse äquivalent ist, die der herkömmlichen Spannung gemäß 12 und 13 äquivalent ist. Nachfolgend erhöht sich die Sensorspannung Vse bei diesem Ausführungsbeispiel ähnlich zu dem fünften Ausführungsbeispiel allmählich in einem Zustand, bei dem die transiente Abweichung absorbiert ist, ohne einen Spitzenwert zu zeigen, und während der Spiegelzeitdauer eine hohe Spannung zu werden. Dies beruht darauf, dass die Menge der transienten Abweichung durch den Kondensator 22 der Impedanzschaltung 20b absorbiert ist, und die Sensorspannung Vse wird als die Anschlussspannung zusammen mit dem Laden des Kondensators 22 erlangt.
Andererseits erhöht sich in einem Zustand, in dem der IGBT 1 kurzgeschlossen ist, gemäß der vorstehend beschriebenen 13 der Bauelementstrom Ic deutlich jenseits eines vorbestimmten Pegels. Ferner erhöht sich ebenso die Gatespannung Vg ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen. Mit sowohl dem herkömmlichen System als auch dem System des vorliegenden Ausführungsbeispiels erhöhen sich die Sensorspannungen Vse in diesem Fall ohne die Spiegelzeitdauern zu durchlaufen, und stellen somit ähnliche Signalformen bereit.
Ähnlich zu dem fünften Ausführungsbeispiel kann daher ebenso bei dem System des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Komponente der transienten Abweichung sowohl in dem Normalzustand als auch in dem Kurzschlusszustand verringert werden, und der Erfassungsvorgang kann in einer kurzen Zeitdauer durchgeführt werden. Folglich können zu denen des fünften Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erlangt werden.
Falls der IGBT 1 abgeschaltet ist, ist es insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, die elektrische Ladung des Kondensators 22 durch Einschalten des Schalters 24 durch die Schalterregelungsschaltung 80 unmittelbar zu entladen, und somit kann ein Reaktionsvermögen verbessert werden.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
16 bis 18 zeigen das siebte Ausführungsbeispiel und von dem fünften Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist auf eine bestimmte Konfiguration des vierten Systems mit der Grundkonfiguration gemäß 10 eingerichtet. Gemäß 16 ist in der Konfiguration des fünften Ausführungsbeispiels in einer Impedanzschaltung 20c der Kondensator 22 unabhängig bereitgestellt, und die Stromerfassungsschaltung 21 ist nicht bereitgestellt.
Da bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Impedanzschaltung 20c eine Konfiguration aufweist, bei der der Kondensator 22 mit dem Sensoranschluss SE verbunden ist, ist die Sensorspannung Vse dazu eingerichtet, einen Sensorstrom des Sensorbauelements nicht zu erfassen, sondern eine Anschlussspannung des Kondensators 22.
Da mit einer solchen Konfiguration die Sensorspannung Vse als eine Spannung erscheint, die auf einen Sensorstrom, das heißt, einen Kollektorstrom des IGBT 1 und zwar einer EIN-Spannung, reagiert, kann ein Strompegel aus einer Größe der Sensorspannung Vse erfasst werden. Da eine EIN-Spannung Von ein Wert ist, der durch das Produkt eines EIN-Widerstands Ron und eines Stroms Ic bestimmt ist, kann der Pegel, der dem Strom Ic entspricht, durch eine vorläufige Messung des EIN-Widerstands Ron erfasst werden.
Gemäß 17 kann daher bestimmt werden, dass der IGBT 1 sich in einem Zustand eines Normalbetriebes befindet, falls von dem Zeitpunkt, ab dem das Regelungssignal bereitgestellt ist und die Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1 durch die Ansteuerschaltung 40 angelegt ist, die Sensorspannung Vse sich auf einen Wert ändert, der dem Strompegel in dem Normalzustand entspricht.
Zusätzlich dazu ist gemäß 18 für den Fall, dass die Sensorspannung Vse den Schwellwert Vth überschreitet, mit dem der Strompegel in dem Normalzustand bestimmt ist, der Zustand in einem Überstrom- oder Kurzschlusszustand, und somit kann bestimmt werden, dass der übermäßige Strom fließt. Der Komparator 71 gibt ein Hochpegelerfassungssignal aus, falls aus dem Pegel der Sensorspannung Vse erfasst ist, dass ein übermäßiger Strom fließt. Dadurch empfängt die AND-Schaltung 42a der Ansteuerschaltung 40 das Niederpegelsignal über eine Nicht-Schaltung 74, und stoppt somit ein Anlegen der Gatespannung Vg an den IGBT 1 zum Abschalten des IGBT 1, und kann den Schutzvorgang durchführen.
Mit dem vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsbeispiel ist es während des EIN-Betriebes des IGBT 1 auch bei Vorliegen der Spiegelzeitdauer, während der die Gatespannung Vg auf dem festgelegten Pegel verbleibt, möglich, durch ein Überprüfen des Pegels der der EIN-Spannung Von entsprechenden Sensorspannung Vse schnell zu erfassen, dass der abnorme Zustand eines Überstroms oder eines Kurzschlusses erzeugt wurde, wodurch ermöglicht wird, dass der Schutzvorgang des Stoppens der Ansteuerschaltung 40 durchgeführt wird.
Insbesondere falls der IGBT 1 in einem Normalzustand ist, kann auf dem vorstehend genannten Prinzip der Bestimmung des Strompegels bei diesem Ausführungsbeispiel der Strom Ic des IGBT 1 ebenso durch die Sensorspannung Vse während der EIN-Zeitdauer erfasst werden.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
19 bis 22 zeigen das achte Ausführungsbeispiel, und dieses Ausführungsbeispiel ist eine Schaltungskonfiguration zur Verbesserung der Genauigkeit der Stromerfassungsfunktion bei dem sechsten Ausführungsbeispiel oder dem siebten Ausführungsbeispiel. Da eine Erfassung des Stroms Ic des IGBT 1 ebenso eine Erfassung eines Stroms in dem Normalzustand zusätzlich zu dem Erfassungsvorgang eines Überstroms oder Kurzschlusses ermöglicht, ermöglicht die Schaltungskonfiguration, dass die Erfassung genau durchgeführt wird.
Gemäß 19 ist die Regelungsschaltung 30b mit einer Stromerfassungsschaltung 90 bereitgestellt. Die Stromerfassungsschaltung 90 ist zum Empfangen der Sensorspannung Vse bereitgestellt. Die Stromerfassungsschaltung 90 umfasst eine Autogain-Schaltung 91, eine A/D-Umwandlungsschaltung 92 und ein Filter 93. Die Autogain-Schaltung 91 stellt automatisch einen Gain (Verstärkung) gemäß dem Pegel der Sensorspannung Vse ein, um bei Umschalten von einem großen Strombereich auf einen kleinen Strombereich die Auflösung in einem weiten Erfassungsbereich zu verbessern.
20 ist ein Beispiel einer bestimmten Schaltungskonfiguration der Autogain-Schaltung 91 (Schaltung mit automatischer Verstärkung). Sie umfasst einen Gainverstärker 91a und einen Bestimmungsverstärker 91b. Der Gainverstärker 91a ist aus einer geschalteten Kondensatorschaltung zusammengestellt, und führt für den Fall, dass das Verstärkungsergebnis von zweimal einer Eingabespannung Vin1 durch einen Verstärker 94 innerhalb eines Bereiches -Vref bis +Vref ist, einen Verstärkungsvorgang nochmals durch. Dies verstärkt die Eingabespannung Vin, so dass deren Amplitude innerhalb eines geeigneten Bereiches in der A/D-Umwandlung ist.
Der Bestimmungsverstärker 91b umfasst einen positivseitigen Bestimmungsverstärker 95 und einen negativseitigen Bestimmungsverstärker 96. Der positivseitige Bestimmungsverstärker 95 und der negativseitige Bestimmungsverstärker 96 berechnen jeweils und geben eine Differenz zwischen einer Eingabespannung Vin2 und einer Referenzspannung Vref aus. Ein mittels der A/D-Umwandlungsschaltung 92 in ein Digitalsignal umgewandeltes Signal wird mittels eines Filters 93 ausgegeben. Dadurch können digitalisierte Sensordaten, die dem Stromwert entsprechen, erlangt werden.
Die somit erlangten Digitaldaten können gemäß 21 als lineare Sensordaten von jeder der positiven und negativen Seite hinsichtlich des Wertes des Bauelementstroms Ic erlangt werden. Insbesondere zeigt 22 eine Fehlerrate, die als Digitaldaten erzeugt ist, falls das Signal durch die Autogain-Schaltung 91 verstärkt ist. Die Fehlerraten werden in dem Fall erlangt, dass das Signal in einem Gebiet achtfach verstärkt ist, in dem der Bauelementstrom Ic klein ist, in dem Fall, dass eine vierfache Verstärkung in einem Zwischengebiet, und in dem Fall einer zweifachen Verstärkung in einem großen Gebiet. Über einen weiten Bereich können die Eigenschaften erzielt werden, bei denen die Fehlerraten abgeflacht sind.
Dies ermöglicht es, den Bauelementstrom Ic als die digitalen Daten in einem weiten Strombereich aufzunehmen. Insbesondere kann diese Konfiguration des Ausführungsbeispiels zusätzlich in den Konfigurationen der ersten bis fünften Ausführungsbeispiele und ebenso in denen des nachstehend beschriebenen zehnten und elften Ausführungsbeispiels bereitgestellt werden, und falls sie beispielsweise in der Steuerschaltung 3, 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e oder dergleichen bereitgestellt ist, kann sie den Strom des IGBT 1 in einem EIN-Zustand erfassen, und kann ebenso auf eine Lastregelung eines Motors oder dergleichen angewandt werden.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
23 bis 27 zeigen das neunte Ausführungsbeispiel, und zeigen ein Anwendungsbeispiel des IGBT 1, der als Einschaltbauelement angewendet ist. Bei den vorstehend beschriebenen ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen ist der IGBT 1 als ein Schaltbauelement durch ein Symbol angegeben, bei dem der Sensoremitter SE als ein Sensorbauelement abgezweigt ist, das ein Hauptbauelement begleitet. Dieser IGBT 1 kann beispielsweise gemäß 23 oder 26 angegeben werden.
Beispielsweise ist bei einer Konfiguration gemäß 23 eine Diode 1a mit einem Hauptbauelement 1 verbunden, und keine Diode ist mit einem Sensorbauelement 10 verbunden ist. Zusätzlich dazu ist bei eine Konfiguration gemäß 26 eine Diode 1a mit einem Hauptbauelement 1 verbunden, und ebenso ist eine Diode 10a mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist.
Bei den Konfigurationen gemäß 23 und 26 sind bei dem Hauptbauelement 1 und dem Sensorbauelement 10 die Kollektoren C und die Gates G jeweils gemeinsam verbunden, und für den Emitter E des Hauptbauelements 1 ist der Emitter des Sensorelements 10 als der Sensoremitter SE eingestellt.
Im Gegensatz dazu ist bei der Konfiguration gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel gemäß 16 gezeigt der Sensorstrom nicht überprüft, sondern die EIN-Spannung Von des Sensorbauelements wird erfasst, und somit ist eine Konfiguration, bei der ein Strom wie bei dem Sensorbauelement 10 fließt, nicht nötig. Daher kann eine Konfiguration angenommen werden, bei der ein Kapazitätsbauelement, das eine entgegengesetzte Eigenschaft eines pn-Überganges wie etwa einer Diode verwendet, an einem Abschnitt des Sensorbauelements 10 bereitgestellt ist.
Beispielsweise ist für die Konfiguration gemäß 23, bei der keine Diode mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist, die Konfiguration angenommen, bei der gemäß 24 eine Diode 11 anstelle des Sensorbauelements 10 bereitgestellt ist. Dies kann beispielsweise durch ein Hinzufügen einer Struktur, die innerhalb des Sensorbauelements 10 das Gate mit dem Emitter oder dem Kollektor kurzschließt, oder durch ein Ändern des Sensorbauelements 10 in eine Diodenstruktur verwirklicht werden.
Für die Konfiguration gemäß 23, bei der keine Diode mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist, kann zusätzlich dazu eine ähnliche Konfiguration durch ein Annehmen einer Konfiguration erlangt werden, bei der gemäß 25 das Gate G des Sensorbauelements 10 mit dem Emitter E kurzgeschlossen ist. Bei der Konfiguration gemäß 23, bei der keine Diode mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist, kann in diesem Fall dieselbe Wirkung erlangt werden, wie auch durch Annehmen einer Konfiguration, bei der das Gate G mit dem Kollektor C kurzgeschlossen ist.
Nachfolgend kann für die Konfiguration gemäß 26, bei der die Diode 10a mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist, gemäß 27 die Konfiguration erlangt werden, die durch eine Durchführung einer Verdrahtung zum Kurzschließen des Gates G mit dem Sensoremitter SE des Sensorbauelements 10 bewirkt, dass sowohl das Sensorbauelement als auch die Diode 10 als Dioden fungieren. In diesem Fall kann für die Konfiguration gemäß 26, bei der die Diode mit dem Sensorbauelement 10 verbunden ist, durch Annehmen einer Konfiguration, bei der das Gate mit dem Kollektor kurzgeschlossen ist, eine ähnliche Wirkung erzielt werden.
Daher können als dem IGBT 1 der Konfiguration gemäß 16 jene gemäß 24, 25 und 27 verwendet werden. Da das Sensorbauelement 10 somit als die Diode bereitgestellt ist, kann die der EIN-Spannung entsprechende Spannung durch ein Erfassen der Sensorspannung Vse in einem Zustand, in dem der IGBT 1 eingeschaltet ist, erfasst werden. Dies ermöglicht zusätzlich, den Bauelementstrom Ic zu erfassen.
(Zehntes Ausführungsbeispiel)
28 bis 31 zeigen das zehnte Ausführungsbeispiel, und von dem sechsten Ausführungsbespiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist gemäß 28 eine Konfiguration, die eine Erfassung mit der Sensorspannung Vse als einer Sensorspannung Vse 2, und der Spannung des Sensoremitters SE des IGBT 1 als einer Sensorspannung Vse1 für das dritte System durch die Grundkonfiguration gemäß 10 durchführt. Das heißt, die Anschlussspannung des Widerstands 23 ist auf die Sensorspannung Vse1 eingestellt, und die Anschlussspannung des Kondensators 22 ist auf die Sensorspannung Vse2 eingestellt.
Insbesondere umfasst gemäß 29 die Regelungsschaltung 30d eine Ansteuerschaltung 40a, eine Stromerfassungsschaltung 50a, eine Bestimmungsschaltung 60b und die Schalterregelungsschaltung 80. Die Ansteuerschaltung 40a weist eine Normalansteuerschaltung 43, eine Festhalteschaltung 44 und eine Weichunterbrechungsschaltung 45 auf, die parallel bereitgestellt sind, und ist dazu eingerichtet, die Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1 zuzuführen oder zu unterbrechen. Die Ansteuerschaltung 40a ist zwischen einer Spannungsquelle VB für ein Anlegen einer Spannung und der IC-Masse verbunden.
Die Normalansteuerschaltung 43 ist ähnlich zu der Ansteuerschaltung 41 in dem sechsten Ausführungsbeispiel, und legt bei Empfang des Regelungssignals von außerhalb die Gatespannung Vg an das Gate des IGBT 1 an. Die Festhalteschaltung 44 ist eine Schaltung, die die Gatespannung Vg auf eine vorbestimmte Spannung festhält, falls ein Festhaltesignal zugeführt wird. Zusätzlich dazu unterbricht die Weichunterbrechungsschaltung 45 den Kollektorstrom Ic weich, falls ein Weichunterbrechungssignal zugeführt wird, während eine Erzeugung einer Stoßspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 1 durch Verringern der Gatespannung Vg des IGBT 1 mit einer geringeren Geschwindigkeit als der der Normalansteuerschaltung 43 unterdrückt wird.
Die Ansteuerschaltung 40a ist gemäß der nachstehenden Beschreibung derart eingerichtet, dass die Normalansteuerschaltung 43 in einem Normalzustand angesteuert wird, und falls ein Überstrom in dem IGBT 1 fließt, und das Festhaltesignal bereitgestellt ist, die Normalansteuerschaltung 43 abgeschaltet wird und anstelle dessen die Festhalteschaltung 44 betrieben wird. Falls ein Weichunterbrechungssignal in einem Zustand eingegeben wird, bei dem der Überstrom weiterhin fließt, und das Festhaltesignal nicht aufgehoben ist, ist die Festhalteschaltung 44 abgeschaltet, und anstelle dessen wird die Weichunterbrechungsschaltung 45 betrieben. Falls das Festhaltesignal aufgehoben wird, bevor das Weichunterbrechungssignal in einem Zustand eingegeben ist, in dem die Festhalteschaltung 44 betrieben wird, wird insbesondere der Betrieb der Festhalteschaltung 44 gestoppt, und der Zustand, in dem die Normalansteuerschaltung 43 wieder betrieben wird, kann wiederaufgenommen werden.
Die Stromerfassungsschaltung 50a umfasst einen fünften Komparator 55 und einen sechsten Komparator 56, und umfasst ebenso Referenznetzteile 57 und 58. In der Stromerfassungsschaltung 50a empfängt der fünfte Komparator 55 die Sensorspannung Vse1 an dem nicht invertierenden Eingabeanschluss, und empfängt die Schwellwertspannung VthA an dem invertierenden Eingabeanschluss von dem Referenznetzteil 57. Der fünfte Komparator 55 gibt ein Festhaltesignal aus, falls die Sensorspannung Vse1 die Schwellwertspannung VthA überschreitet.
Der sechste Komparator 56 empfängt die Sensorspannung Vse2 an dem nicht invertierenden Eingabeanschluss, und empfängt die Schwellwertspannung VthB an dem invertierenden Eingabeanschluss von dem Referenznetzteil 58. Der sechste Komparator 56 bestimmt, dass der Überstrom erfasst ist, falls die Sensorspannung Vse2 den Schwellwert VthB überschreitet, und stellt das Weichunterbrechungssignal an den Eingabeanschluss der Weichunterbrechungsschaltung 45 bereit.
Die Bestimmungsschaltung 60b umfasst AND-Schaltungen 68, 69 und Inverterschaltungen 65a, 65b. Die AND-Schaltung 68 umfasst drei Eingabeanschlüsse, und empfängt ein Regelungssignal an einem von diesen von außerhalb. Die anderen Eingabeanschlüsse der AND-Schaltung 68 empfangen ein Festhaltesignal von dem fünften Komparator 55 mittels der Inverterschaltung 65a, und empfangen ein Weichunterbrechungssignal von dem sechsten Komparator 56 über die Inverterschaltung 65b. Der Ausgabeanschluss der AND-Schaltung 68 ist mit dem Eingabeanschluss der Normalansteuerschaltung 43 der Ansteuerschaltung 40a verbunden.
Die AND-Schaltung 69 umfasst drei Eingabeanschlüsse, und empfängt ein Regelungssignal an einem von diesen von außerhalb. Die anderen Eingabeanschlüsse der AND-Schaltung 69 empfangen ein Festhaltesignal von dem fünften Komparator 55 und empfangen ein auf einen niedrigen Pegel invertierte Signal von dem sechsten Komparator 56 über die Inverterschaltung 65b. Der Ausgabeanschluss der AND-Schaltung 69 ist mit dem Eingabeanschluss der Festhalteschaltung 44 verbunden.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Schwellwertspannung VthA des Referenznetzteiles 57, die die Sensorspannung Vse1 bei dem normalen Kollektorstrom Ic des IGBT 1 nicht erreicht, ein derart eingestellter Pegel, dass er die Sensorspannung Vse1 überschreitet, falls der Kollektorstrom Ic ein Überstrom wird. Zusätzlich dazu ist die Schwellwertspannung VthB des Referenznetzteiles 58, die die Sensorspannung Vse2 bei dem normalen Kollektorstrom Ic des IGBT 1 nicht erreicht, ein derart eingestellter Pegel, dass er die Sensorspannung Vse2 überschreitet, falls der Kollektorstrom Ic ein Überstrom wird.
Nachstehend ist ein Betrieb der vorstehend beschriebenen Konfiguration ferner unter Bezugnahme auf 30 und 31 beschrieben. 30 und 31 zeigen jeweils Simulationsergebnisse einer zeitlichen Änderung eines Bauelementstroms Ic und der Sensorspannungen Vse1 und Vse2 nach Anlegen der Gatespannung Vg an den IGBT 1 in einem Normalzustand, das heißt, einem gewöhnlichen Zustand, und einem Kurzschlusszustand.
Falls bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration ein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist, und ein Hochpegelansteuersignal von der AND-Schaltung 68 der Bestimmungsschaltung 60b zu der Normalansteuerschaltung 43 über die Ansteuerschaltung 40a zugeführt ist, ist die Gatespannung Vg von der Normalansteuerschaltung 43 an das Gate G des IGBT 1 angelegt. Dadurch ist der IGBT 1 eingeschaltet. Bevor der Strom nach dem Beginn des EIN-Betriebes des IGBT 1 ansteigt, wird insbesondere der Schalter 24 in einen AUS-Zustand geregelt. Bevor der Schalter 24 in den AUS-Zustand geregelt wird, wird insbesondere der Schalter 24 in einen EIN-Zustand durch die Schalterregelungsschaltung 80 eingestellt, und die elektrische Ladung des Kondensators 22 wird entladen.
Damit erhöht sich gemäß 30 bei dem IGBT 1 die Gatespannung Vg, und wird während der der Spiegelzeitdauer auf einer Spannung gehalten, die niedriger als ein vorbestimmter Pegel ist. Nach Ablauf der Spiegelzeitdauer erhöht sich die Gatespannung Vg sich auf den vorbestimmten Pegel. Zusätzlich dazu erzeugt der Bauelementstrom Ic transient einen Erholungsstrom bei dem Anstieg der Gatespannung Vg, und senkt sich nachfolgend auf einen festgelegten Pegel ab.
Die Sensorspannung Vse1 weist bei dem Anstieg der Gatespannung Vg eine kleine Spitze auf, wird während der Spiegelzeitdauer eine hohe Spannung, und verringert sich nach Ablauf der Spiegelzeitdauer nachfolgend etwas, um einen festgelegten Pegel anzunehmen, der geringer als die Schwellwertspannung VthA ist. Die Sensorspannung Vse2 erhöht sich allmählich in einem Zustand, in dem die transiente Abweichung absorbiert ist. Dies beruht darauf, dass die Menge der transienten Abweichung durch den Kondensator 22 der Impedanzschaltung 20b absorbiert wird, und die Sensorspannung Vse2 wird als eine Anschlussspannung zusammen mit einem Laden des Kondensators 22 erlangt. Zu dieser Zeit ist die Sensorspannung Vse2 ebenso eine geringe Spannung, die niedriger als die Schwellwertspannung VthB ist.
In einem Zustand, in dem der IGBT 1 kurzgeschlossen ist, erhöht sich im Gegensatz dazu der Bauelementstrom Ic deutlich jenseits eines vorbestimmten Pegels. Die Gatespannung Vg erhöht sich zusätzlich dazu ebenso ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen. In diesem Fall erhöht sich die Sensorspannung Vse1, die eine Sensoremitterspannung ist, ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen. Zusätzlich dazu erhöht sich die Sensorspannung Vse2 zusammen mit dem Laden des Kondensators 22 allmählich.
Wie durch die dünne Strichpunktlinie in 31 angegeben ist, erreicht die Sensorspannung Vse1 zunächst die Schwellwertspannung VthA zu einer Zeit tx. Dadurch wird in der Stromerfassungsschaltung 50a die Ausgabe des fünften Komparators 55 ein hoher Pegel, und das Festhaltesignal wird an die Festhalteschaltung 44 über die AND-Schaltung 69 ausgegeben. Zusätzlich dazu wird ein zu einem niedrigen Pegel invertiertes Signal über die Inverterschaltung 65b an die Normalansteuerschaltung 43 mittels der AND-Schaltung 68 ausgegeben. Dadurch stoppt die Normalansteuerschaltung 43 die Gatespannung Vg an den IGBT 1, und die Festhalteschaltung 44 stellt einen Festhaltezustand derart ein, dass die Gatespannung Vg des IGBT 1 eine vorbestimmte Spannung wird.
Wie durch die dicke Strich-Zweipunktlinie gemäß 31 angegeben ist, wird ein flacher Zustand der Gatespannung Vg nach der Zeit tx aufrechterhalten. Für den Fall, dass sie nicht festgehalten ist, erhöht sich die Gatespannung Vg ferner ebenso nach der Zeit tx, wie durch eine dünne Strich-Zweipunktlinie gemäß 31 angegeben ist. Falls die Gatespannung Vg festgehalten ist, wird, wie durch die dicke unterbrochene Linie gemäß 31 angegeben ist, der Kollektorstrom Ic des IGBT 1 ebenso nachfolgend ein festgehaltener Zustand, der der Gatespannung Vg folgt. Insbesondere erhöht sich für den Fall, dass die Gatespannung Vg nicht festgehalten ist, der Kollektorstrom Ic des IGBT 1 ferner wie durch eine dünne unterbrochene Linie gemäß 31 angegeben ist, und somit kann die Gatespannung Vg in einem Zustand aufrechterhalten werden, in dem verhindert wird, dass dieser Strom mit erhöhter Menge fließt.
Falls der Überstrom des IGBT 1 fortdauert, erreicht danach wie durch die durchgezogene Linie gemäß 31 angegeben ist, die Sensorspannung Vse2 die Schwellwertspannung VthB zu einer Zeit ty. Damit gibt bei der Stromerfassungsschaltung 50a der sechste Komparator 56 einen hohen Pegel aus, der eine Überstromerfassung angibt, und gibt ein Hochpegelweichunterbrechungssignal an die Weichunterbrechungsschaltung 45 ein. Zusätzlich dazu gibt der sechste Komparator 56 ein zu einem niedrigen Pegel invertierte Signal an die AND-Schaltungen 68 und 69 über die Inverterschaltung 65b ein.
Damit erhält die Normalansteuerschaltung 43 den Zustand aufrecht, bei dem die Gatespannung Vg an den IGBT 1 gestoppt ist, und die Festhalteschaltung 44 stoppt die Anwendung der festgehaltenen Gatespannung Vg an den IGBT 1. Nachfolgend verringert die Weichunterbrechungsschaltung 45 allmählich die Gatespannung Vg des IGBT 1 in Übereinstimmung mit einem Weichansteuersignal, um den IGBT 1 in einen AUS-Zustand zu schalten. Dadurch ist der IGBT 1 abgeschaltet, und der Zustand, in dem der Überstrom fließt, ist aufgehoben.
Insbesondere ist in dem vorstehend beschriebenen Fall die Sensorspannung Vse1 einmal auf der Grundlage der Schwellwertspannung VthA bestimmt, und die Gatespannung Vg ist festgehalten, da der Fall angenommen ist, bei dem der in dem IGBT 1 fließende Kollektorstrom Ic sich zwischenzeitlich in einem Überstromzustand befindet. Das heißt, für den Fall, dass der Überstrom des IGBT 1 nur transient ist, und zu dem Normalzustand zurückkehrt, bevor die Sensorspannung Vse2 die Schwellwertspannung VthB erreicht, wird der Überstromerfassungszustand durch den fünften Komparator 71a aufgehoben, und der IGBT 1 kann zu der Ansteuerregelung in dem Normalzustand zurückkehren.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen zehnten Ausführungsbeispiel ist für den Fall, dass der Überstrom in dem IGBT 1 anfängt zu fließen und die Sensorspannung Vse1 den Schwellwert VthA überschreitet, die Gatespannung Vg des IGBT 1 zur Unterbindung einer Erhöhung des Überstroms festgehalten. Dies kann unterbinden, dass der Überstrom in dem IGBT 1 weiterhin fließt.
Da die Weichunterbrechungsschaltung 45 die Gatespannung Vg allmählich verringert, kann, falls der Überstrom in dem IGBT 1 weiterhin fließt, der IGBT 1 nachfolgend in den AUS-Zustand geschaltet werden, in einen Zustand, in dem bei dem abgeschalteten IGBT 1 eine Erzeugung einer Stoßspannung unterbunden ist.
Zusätzlich ist der IGBT 1 abgeschaltet, falls der Überstrom in dem IGBT 1 weiterhin fließt, und die Sensorspannung Vse2 den Schwellwert VthB überschreitet. Dies kann unterbinden, dass der Überstrom weiterhin in dem IGBT 1 fließt, und der IGBT 1 zusammenbricht. Für den Fall, dass der Überstrom des IGBT 1 transient ist, ist es ferner möglich, einen eingeschalteten Zustand fortzusetzen, ohne den IGBT 1 abzuschalten. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt insbesondere einen Fall der Konfiguration, bei dem die Weichunterbrechungsschaltung 45 in der Ansteuerschaltung 40a bereitgestellt ist, jedoch kann ebenso eine Konfiguration ohne die Weichunterbrechungsschaltung angenommen werden.
(Elftes Ausführungsbeispiel)
32 und 33 zeigen das elfte Ausführungsbeispiel, und von dem zehnten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel wird die Gateansteuerung des IGBT 1 durch eine Erfassung der Sensorspannungen Vse1 und Vse2 geregelt, während bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gateansteuerung des IGBT 1 nur durch die Sensorspannung Vse1 geregelt wird.
In 32 umfasst eine Regelungsschaltung 30e die Ansteuerschaltung 40, eine Überstromerfassungsschaltung 70b und die Schalterregelungsschaltung 80. Die Überstromerfassungsschaltung 70b wirkt sowohl als die Stromerfassungsschaltung 5 und die Bestimmungsschaltung 6a gemäß 28. Die Ansteuerschaltung 40 umfasst die Treiberschaltung 41 und die AND-Schaltung 42a, und umfasst keine Festhalteschaltung.
In der Überstromerfassungsschaltung 70b empfängt der fünfte Komparator 71a die Sensorspannung Vse1 an dem nicht invertierenden Eingangsanschluss, und empfängt die Schwellwertspannung VthA an dem invertierenden Eingangsanschluss von einem Referenznetzteil 75a. Der fünfte Komparator 71a gibt ein Überstromerfassungssignal an die AND-Schaltung 42a der Ansteuerschaltung 40 mittels einer Inverterschaltung 74c aus, falls die Sensorspannung Vse1 die Schwellwertspannung VthA überschreitet.
Nachstehend ist ein Betrieb der vorstehend beschriebenen Konfiguration ferner unter Bezugnahme auf 33 beschrieben. 33 zeigt ein Simulationsergebnis einer zeitlichen Änderung des Bauelementstroms Ic, und die Sensorspannungen Vse1 und Vse2 nach einem Anlegen der Gatespannung Vg an den IGBT 1 in einem Kurzschlusszustand.
Der IGBT 1 führt einen EIN-Betrieb durch, falls ein Regelungssignal von außerhalb ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen bereitgestellt ist, und die Gatespannung Vg von der Ansteuerschaltung 40a an das Gate G des IGBT 1 angelegt ist. In einem Normalzustand ändern sich der Bauelementstrom Ic, die Gatespannung Vg, und die Sensorspannungen Vse1, Vse2 wie in 30 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
In einem Zustand, bei dem der IGBT 1 kurzgeschlossen ist, erhöht sich gemäß 33 nachfolgend der Bauelementstrom Ic deutlich jenseits eines vorbestimmten Pegels, und die Gatespannung Vg erhöht sich ebenso ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen. Zusätzlich dazu erhöht sich die Sensorspannung Vse1 ohne die Spiegelzeitdauer zu durchlaufen, und die Sensorspannung Vse2 erhöht sich allmählich zusammen mit einem Laden des Kondensators 22.
Wie durch eine dünne Strichpunktlinie in 33 angegeben ist, gibt in der Überstromerfassungsschaltung 70b der fünfte Komparator 71a ein Hochpegel-Überstromerfassungssignal aus, falls die Sensorspannung Vse1 die Schwellwertspannung VthA zu einer Zeit tx zum ersten Mal erreicht. Damit empfängt die AND-Schaltung 42a der Ansteuerschaltung 40 ein Niederpegelsignal mittels der Inverterschaltung 74c, und die Ansteuerschaltung 40 schaltet den IGBT 1 ab. Dies versetzt den IGBT 1 in einen AUS-Zustand, um den Zustand aufzuheben, in dem der Überstrom fließt.
Das heißt, während bei dem zehnten Ausführungsbeispiel die Gatespannung Vg einmal festgehalten wird, falls die Sensorspannung Vse1 die Schwellwertspannung VthA erreicht, führt das vorliegende Ausführungsbeispiel zu diesem Zeitpunkt eine Steuerung zur Abschaltung des IGBT 1 durch.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen elften Ausführungsbeispiel ist daher der IGBT 1 in einem Fall abgeschaltet, dass der Überstromzustand in dem IGBT 1 zu fließen anfängt, und die Sensorspannung Vse1 die Schwellwertspannung VthA überschreitet. Dies kann unterbinden, dass der Überstrom weiterhin in dem IGBT 1 fließt, und der IGBT 1 zusammenbricht.
Insbesondere kann dasjenige nützliche des zehnten und elften Ausführungsbeispiels geeignet ausgewählt werden, und gemäß Bedingungen wie etwa einer Toleranz des IGBT 1, einer Erfassungsgenauigkeit der Steuerschaltungen 30d, 30e oder einer Rauschumgebung verwendet werden.
(Zwölftes Ausführungsbeispiel)
34 bis 36 zeigen das zwölfte Ausführungsbeispiel, und von dem sechsten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel wirkt in einem Fall effektiv, bei dem bei der Konfiguration eines Impedanzteils 20d ein Widerstandswert der Impedanz Za des Widerstands 23 als dem Sensorwiderstand relativ groß festgelegt ist. Der große Widerstandswert des Widerstands 23 ermöglicht, dass ein elektrisches Potential des Sensoremitters leicht fluktuiert, falls der IGBT 1 abgeschaltet ist.
Das heißt, gemäß 34 ist das Impedanzteil 20d mit einem Schalter 25, der zwischen beiden Anschlüssen einer Serienschaltung des Widerstands 23 und des Kondensators 22 verbunden ist, als einem Entladeschalter anstelle des Schalters 24 bereitgestellt, der zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators 22 bereitgestellt ist. Der Schalter 25 bildet einen Entladepfad des Kondensators 22, wobei der Widerstand 23 dazwischen eingebracht ist. Zusätzlich dazu wirkt der Schalter 25 ferner bei dem Entladen der elektrischen Ladung aufgrund der Kapazitätskomponente des Sensoremitters. In einem Zustand, in dem kein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt wird, wird der Schalter 25 in dem EIN-Zustand durch die Schalterregelungsschaltung 80 gehalten. Damit ist der Kondensator 22 in einem Zustand, in dem die elektrische Ladung durch den Widerstand 23 entladen wird.
Hierbei wird die Sensorspannung Vse2 als die Anschlussspannung des Kondensators 22 an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 71 der Überstromerfassungsschaltung 70a eingegeben. Zusätzlich dazu ist die Sensorspannung Vse1 die Anschlussspannung des Sensoremitters SE und wird nicht an die Regelungsschaltung 30c eingegeben, sondern wird für einen Vergleich bei dem nachstehend beschriebenen Betrieb verwendet.
Mit der vorstehend genannten Konfiguration legt die Ansteuerschaltung 40 die Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1 an, um den IGBT 1 einzuschalten, falls das Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist. Zu dieser Zeit geht der Schalter 25 in einen geöffneten Zustand über, da ein Signal eines Abschaltbetriebes von der Schalterregelungsschaltung 80 zugeführt wird. In dem IGBT 1 erhöht sich in einem Normalzustand gemäß 35 die Gatespannung Vg, und erhöht sich nachfolgend nach Durchlaufen der Spiegelzeitdauer auf einen vorbestimmten Pegel.
Bei Ansteigen der Gatespannung Vg überschwingt der Bauelementstrom Ic des IGBT 1 transient (vorübergehend) ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen, und senkt sich nachfolgend auf einen festgelegten Pegel ab. Hierbei wird bei dem Sensoranschluss SE die Sensorspannung Vse1 auf einer hohen Spannung während der Spiegelzeitdauer gehalten, und nachfolgend auf einen vorbestimmten Pegel verringert und abgesenkt. Zusätzlich dazu wird die Sensorspannung Vse2 während der Spiegelzeitdauer keine hohe Spannung, und erhöht sich allmählich in einem Zustand, in dem die transiente Abweichung absorbiert wird. Dies beruht darauf, dass die Menge der transienten Abweichung durch den Kondensator 22 der Impedanzschaltung 20d absorbiert wird, und die Sensorspannung Vse2 als die Anschlussspannung zusammen mit dem Laden des Kondensators 22 erlangt wird.
Nachfolgend stellt die Ansteuerschaltung 40 gemäß 35 die Gatespannung Vg, die an das Gate des IGBT 1 bereitgestellt ist, auf einen niedrigen Pegel ein, falls sich das Regelungssignal von außerhalb zu einer Zeit tz auf einen dem Abschaltbetrieb entsprechenden Zustand ändert. Damit ist der IGBT 1 abgeschaltet, und der Bauelementstrom Ic und die Gatespannung Vg verringern sich. Da zu der Zeit tz der Schalter 25 durch die Schalterregelungsschaltung 80 eingeschaltet ist, ist zusätzlich die Serienschaltung des Kondensators 22 und des Widerstands 23 kurzgeschlossen. Falls der Schalter 25 eingeschaltet ist, ändert sich die Sensorschaltung Vse1 auf den Massepegel. Ferner entlädt das Einschalten des Schalters 25 allmählich die elektrische Ladung des Kondensators 22 durch den Widerstand 23, und somit verringert sich die Sensorspannung Vse2 allmählich.
36 ist zu Vergleichszwecken mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, und zeigt Signalformen in einem Fall einer Konfiguration, bei der der Schalter 24 bereitgestellt ist, um zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators 22 wie bei der Konfiguration des sechsten Ausführungsbeispiels einen Kurzschluss zu verursachen. Falls bei dieser Konfiguration der Kondensator 22 durch den Schalter 24 kurzgeschlossen wird, kann die Sensorspannung Vse1 des Sensoremitters SE, wie in der Figur gezeigt, plötzlich erhöhen, wenn sich das Regelungssignal von außerhalb zu der Zeit tz auf einen dem Abschaltbetrieb entsprechenden Zustand ändert. Dies beruht darauf, dass sich vorübergehend die Sensorspannung Vse1 durch das Entladen der elektrischen Ladung aufgrund der Kapazitätskomponente des Sensoremitters durch den Widerstand 23 plötzlich erhöht. Falls der Widerstandswert des Widerstands 23 groß ist, ist diese Tendenz nachfolgend bemerkbar, und damit kann für den Fall, dass die ansteigende Spannung groß wird, der IGBT 1 ausfallen, zu einem Zusammenbruch des Bauelements führen oder dergleichen.
Da die elektrische Ladung des Kondensators 22 durch den Widerstand 23 entladen wird, kann in dieser Hinsicht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ausfall oder der Bauelementzusammenbruch des IGBT 1 ohne eine plötzliche Änderung der Sensorspannung Vse1 vermieden werden. Indes ist insbesondere der Betrieb für den Fall, dass der IGBT 1 kurzgeschlossen ist, derselbe wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel.
Daher können gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel zu denen des sechsten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erzielt werden. Ferner können gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die nachstehenden Wirkungen erlangt werden. Wie bei diesem Ausführungsbeispiel kann für den Fall, dass die Kapazität des Kondensators 22 in einem Zustand klein eingestellt ist, in dem ein Pegel (Größe) einer durch den Kondensator 22 und den Widerstand 23 erhaltenen Zeitkonstante aufrechterhalten ist, kann der Widerstandswert des Widerstands 23 groß eingestellt sein. Auch für den Fall einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Ausfall und den Bauelementzusammenbruch des IGBT 1 zu vermeiden, falls er durch Annehmen einer Konfiguration eines Entladens der elektrischen Ladung durch den Kondensator 22 mittels des Schalters 25 durch den Widerstand 23 abgeschaltet ist.
Insbesondere kann die Konfiguration des Impedanzteils 20d, das in der vorstehend beschriebenen Konfiguration verwendet wird, auf das zehnte Ausführungsbeispiel oder das elfte Ausführungsbeispiel angewendet werden, sodass die Sensorspannungen Vse1, Vse2 verwendet werden.
(Dreizehntes Ausführungsbeispiel)
37 zeigt das dreizehnte Ausführungsbeispiel, und von dem zwölften Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Konfiguration eines Impedanzteils 20e zwei Schalter 24, 25 auf, die als Entladeschalter bereitgestellt sind.
Das heißt, gemäß 37 ist in dem Impedanzteil 20e der Schalter 24 zwischen den beiden Anschlüssen des Kondensators 22 verbunden, und der Schalter 25 ist zwischen beiden Anschlüssen der Serienschaltung des Widerstands 23 und des Kondensators 22 verbunden. Die Schalter 24 und 25 weisen beide eine Konfiguration auf, bei der dasselbe Ansteuersignal von der Ansteuerregelungsschaltung 80 bereitgestellt ist, und in einem Zustand, bei dem kein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt wird, werden beide durch die Schalterregelungsschaltung 80 in einem EIN-Zustand gehalten, und falls ein Regelungssignal zugeführt wird, gehen beide in einen AUS-Zustand über. Damit ist der Kondensator 22 in einem Zustand, in dem durch den Widerstand 23 eine elektrische Ladung entladen wird.
Falls ein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist, legt ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen die Ansteuerschaltung 40 die Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1 an, um den IGBT 1 einzuschalten. Zu dieser Zeit gehen die Schalter 24 und 25 beide in einen geöffneten Zustand über, da ein Signal eines AUS-Betriebes von der Schalterregelungsschaltung 80 bereitgestellt ist. Gemäß 35 erhöht sich in dem IGBT 1 in dem Normalzustand die Gatespannung Vg, durchläuft die Spiegelzeitdauer, und vergrößert sich auf einen vorbestimmten Pegel.
Falls das Regelungssignal von außerhalb sich nachfolgend zu einer Zeit tz auf einen einem Abschaltbetrieb entsprechenden Zustand ändert, stellt die Ansteuerschaltung 40 die Gatespannung Vg, die an das Gate des IGBT 1 bereitgestellt ist, auf einen niedrigen Pegel ein. Damit ist der IGBT 1 abgeschaltet, und der Bauelementstrom Ic und die Gatespannung Vg verringern sich. Da zusätzlich dazu beide der Schalter 24, 25 durch die Schalterregelungsschaltung 80 zu der Zeit tz eingeschaltet sind, ist die Serienschaltung des Kondensators 22 und des Widerstands 23 kurzgeschlossen. Damit ändert sich bei Einschalten der Schalter 24, 25 die Sensorspannung Vse1 auf den Massepegel, aufgrund eines instantanen Entladens der elektrischen Ladung des Kondensators 22, und die Sensorspannung Vse2 ändert sich ebenso auf den Massepegel.
Für den Fall beispielsweise, dass der Widerstandswert des Widerstands 23 groß ist, kann folglich mit der Konfiguration, bei der wie bei dem zwölften Ausführungsbeispiel die elektrische Ladung des Kondensators 22 mit dem Schalter 25 durch den Widerstand 23 entladen wird, und falls das Abnehmen der Sensorspannung Vse2 eine Zeit lang dauert, ein Bereitstellen des Schalters 24 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sensorspannung Vse2 schnell vermindern. Dies ermöglicht die Ansteuerungssteuerung ohne die Begrenzung der Ausschaltzeitdauer des IGBT 1 zu verringern.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen dreizehnten Ausführungsbeispiel ist es zusätzlich zu den Wirkungen des zwölften Ausführungsbeispiels möglich, bei Abschalten des IGBT 1 durch ein schnelles Verringern beider Sensorspannungen Vse1 und Vse2 auf den Massepegel die Sensorspannung Vse2 schnell zu verringern. Insbesondere kann die Konfiguration des Impedanzteils 20e, die in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, auf das zehnte Ausführungsbeispiel oder das elfte Ausführungsbeispiel derart angewendet werden, dass die Sensorspannungen Vse1 und Vse2 verwendet werden.
(Vierzehntes Ausführungsbeispiel)
38 zeigt das vierzehnte Ausführungsbeispiel, und von dem sechsten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Konfiguration des Impedanzteils 20b gleichwertig zu der des sechsten Ausführungsbeispiels, jedoch ist der Widerstandswert eines Widerstands 23a gering eingestellt, und die Kapazität des Kondensators 22 ist groß eingestellt. In diesem Fall ist vorzugsweise die Kapazität des Kondensators 22 vorzugsweise auf einen derartigen Grad eingestellt, dass der transiente Strom absorbiert werden kann. Der Widerstand 23a kann ebenso einen Widerstandswert von null aufweisen. In diesem Fall ist die Konfiguration ähnlich zu der gemäß 16, die bei dem siebten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, jedoch ist sie dadurch verschieden, dass sie den Schalter 24 umfasst.
Da der Widerstand 23a bei dieser Konfiguration einen geringen Widerstandswert aufweist, ist, falls der Strom durch den Widerstand 23a fließt, eine elektrische Potentialdifferenz zwischen den Sensorspannungen Vse1 und Vse2 gering, und sie sind fast auf demselben Pegel. Daher nimmt dieses Ausführungsbeispiel eine Konfiguration an, die die Sensorspannung Vse2 in der Regelungsschaltung 30c anstelle der Verwendung der Sensorspannung Vse1 als ein Signal für eine Überstrombestimmung nimmt. Falls der IGBT 1 abgeschaltet ist, ist der Kondensator 22 in einem Zustand, bei dem die elektrische Ladung mit dem eingeschalteten Schalter 24 entladen ist, und die Sensorspannung Vse2 ist auf einem Nullpegel.
Falls der IGBT 1 eingeschaltet wird, wird gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration der Schalter 24 abgeschaltet, und die Sensorspannung Vse2 erhöht sich allmählich in einem Zustand, in dem die transiente Abweichung absorbiert wird, ohne einen Spitzenwert zu zeigen oder während der Spiegelzeitdauer eine hohe Spannung zu werden. Dies beruht darauf, dass die Menge der transienten Abweichung durch den Kondensator 22 absorbiert wird, und die Sensorspannung Vse2 kann als eine Anschlussspannung zusammen mit dem Laden des Kondensators 22 erlangt werden.
Ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen ist die Schwellwertspannung Vth auf eine Spannung eines Überstrompegels festgelegt, und somit überschreitet die Sensorspannung Vse2 in dem Normalbetrieb nicht die Schwellwertspannung Vth. In einem Zustand, in dem in dem IGBT 1 ein Überstrom fließt, erhöht sich nachfolgend die Sensorspannung Vse2 ebenso jenseits der Schwellwertspannung Vth, und somit ist es möglich, den Überstromzustand zu erfassen.
Daher können auch bei dem vorstehend beschriebenen vierzehnten Ausführungsbeispiel zu denen des sechsten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erzielt werden. Insbesondere verbleibt bei diesem Ausführungsbeispiel der Schalter 24 in einem AUS-Zustand, und somit kann derselbe Betrieb wie der des siebten Ausführungsbeispiels durchgeführt werden.
(Fünfzehntes Ausführungsbeispiel)
39 bis 41 zeigen das fünfzehnte Ausführungsbeispiel, und von dem vierzehnten Ausführungsbeispiel verschiedene Teile sind nachstehend beschrieben. Während bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel der Widerstand 23a bereitgestellt ist, ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Konfiguration angenommen, bei der der Widerstand 23 einen Nullwiderstandswert aufweist, das heißt, sich in einem Kurzschlusszustand befindet. Zusätzlich dazu sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel anstelle des Kondensators 22 zwei in Serie verbundene Kondensatoren 22a, 22b bereitgestellt, sodass eine kombinierte Kapazität mit derselben Kapazität bereitgestellt ist. Der Schalter 24 ist derart bereitgestellt, dass er die elektrische Ladung der zwei Kondensatoren 22a, 22b entlädt.
Mit dieser Konfiguration können zu denen des vierzehnten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erzielt werden, und ferner unterteilt die Konfiguration der Serienschaltung der Kondensatoren 22a, 22b eine Spannung, und nimmt die geteilte Spannung in die Regelungsschaltung 30c. Damit kann die Überstromerfassungsschaltung 70a die niedrige Spannung empfangen, und die Bestimmungsverarbeitung durchführen.
40 und 41 zeigen Simulationsergebnisse einer zeitlichen Änderung des Bauelementstroms Ic, und der Sensorspannungen Vse1 und Vse2 nach einem Anlegen der Gatespannung Vg an den IGBT 1, jeweils in einem gewöhnlichen Zustand als einem Normalzustand und einem Kurzschlusszustand.
Falls bei der vorstehend genannten Konfiguration ein Regelungssignal von außerhalb bereitgestellt ist, und die Gatespannung Vg von der Ansteuerschaltung 40a an das Gate des IGBT 1 angelegt ist, ist der IGBT 1 eingeschaltet. Gemäß 40 verschieben sich zu dieser Zeit bei dem IGBT 1 die Gatespannung Vg und der Bauelementstrom Ic ähnlich zu dem vorstehend Beschriebenen, und senken sich nachfolgend auf einen vorbestimmten Pegel ab.
Da die Menge der transienten Abweichung zu dieser Zeit durch die Kondensatoren 22a, 22b absorbiert ist, erhöhen sich die Sensorspannungen Vse1 und Vse2 allmählich in einem Zustand, in dem die transiente Abweichung absorbiert ist. In diesem Fall ist die Sensorspannung Vse1 eine kombinierte Spannung der Anschlussspannungen der Kondensatoren 22a und 22b, und die Sensorspannung Vse2 wird als die Anschlussspannung des Kondensators 22b erlangt. Da jede Anschlussspannung der Kondensatoren 22a und 22b eine gemeinsam genutzte Spannung ist, die indirekt proportional zu der Kapazität ist, kann zusätzlich dazu die Sensorspannung Vse2 als die Niederspannung an die Überstromerfassungsschaltung 70a zugeführt werden.
Für den Fall, dass der Überstrom in dem IGBT 1 fließt, kann wie durch die durchgezogene Linie in 41 angezeigt, die Sensorspannung Vse2 nachfolgend bei einem solchen Spannungspegel erlangt werden, dass der Überstrom als eine relativ niedrige Spannung erfasst werden kann. Falls die Sensorspannung Vse2 die Schwellwertspannung Vth überschreitet, erfasst der Komparator 71 einen Überstrom, um den IGBT 1 abzuschalten.
Daher können gemäß dem vorstehend beschriebenen fünfzehnten Ausführungsbeispiel zu denen des vierzehnten Ausführungsbeispiels ähnliche Wirkungen erzielt werden, und die Sensorspannung Vse2 kann als die niedrige Spannung durch die Kondensatoren 22a, 22b aufgenommen werden, die in Serie verbunden sind, und somit kann die Konfiguration der Überstromerfassungsschaltung 70a als eine Schaltungskonfiguration ausgestaltet werden, die auf die niedrige Spannung eingerichtet ist.
(Sechzehntes Ausführungsbeispiel)
42 bis 45 zeigen das sechzehnte Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein bestimmtes Beispiel der Treiberschaltung 41 der Ansteuerschaltung 40 gezeigt, die in jedem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, oder bestimmte Beispiele der Normalansteuerschaltung 43, der Festhalteschaltung 44 und der Weichunterbrechungsschaltung 45 der Ansteuerschaltung 40a sind gezeigt.
42 zeigt ein Beispiel einer bestimmten Schaltung der Treiberschaltung 41 der Ansteuerschaltung 40 bei dem ersten bis fünfzehnten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme des zehnten Ausführungsbeispiels. Die Treiberschaltung 41 umfasst einen p-Kanal MOSFET 41a und einen n-Kanal MOSFET 41b, die in Serie verbunden sind, und zwischen einem Netzteil VB für eine Gatesteuerung und der IC-Masse verbunden sind. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt der MOSFETs 41a und 41b ist mit dem Gate G des IGBT 1 verbunden. Insbesondere liegen in den MOSFETs 41a und 41b jeweils parasitäre Dioden 41c, 41d vor.
Falls der IGBT 1 angesteuert werden soll, ist bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration der MOSFET 41a eingeschaltet, und der MOSFET 41b ist abgeschaltet, und dadurch ist die Gatespannung Vg von dem Netzteil VB an das Gate G des IGBT 1 angelegt.
Falls der IGBT 1 abgeschaltet werden soll, ist der MOSFET 41a abgeschaltet, und der MOSFET 41b ist eingeschaltet, und dadurch ist das elektrische Potential der Gatespannung G des IGBT 1 auf den Massepegel verringert. Nachstehend zeigt 43 eine Ansteuerschaltung 40b, die durch ein Hinzufügen der Weichunterbrechungsschaltung 45 zu der Treiberschaltung 41 gemäß 42 eingerichtet ist. Für den Fall, dass in dem IGBT 1 der Überstrom fließt und der IGBT 1 zwangsweise unterbrochen wird, werden beide MOSFETS 41a und 41b der Ansteuerschaltung 41 in den AUS-Zustand versetzt, und nachfolgend wird die Weichunterbrechungsschaltung 45 in Betrieb genommen.
Die Weichunterbrechungsschaltung 45 wird durch Verbinden eines n-Kanal MOSFETs 45a zwischen dem Gate G des IGBT 1 und der Masse über einen Widerstand 45b ausgebildet. Insbesondere liegt in dem MOSFET 45a eine parasitäre Diode 45c vor.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Beschreibung wird für den Fall, dass der Überstromzustand des IGBT 1 fortdauert und der IGBT 1 zum zwangsweise abgeschaltet wird, die Weichunterbrechungsschaltung 45 angesteuert. In diesem Fall werden beide MOSFETs 41a und 41b der Treiberschaltung 41 abgeschaltet, und nachfolgend wird der MOSFET 45a der Weichunterbrechungsschaltung 45 eingeschaltet. Da das Gate G des IGBT 1 über den Widerstand 45b mit der Masse verbunden ist, verringert sich damit allmählich die elektrische Ladung, die von dem Gate G entladen wird, und dadurch verringert sich allmählich die Gatespannung Vg, und der IGBT 1 wird abgeschaltet. Dies kann den IGBT 1 weich unterbrechen.
Nachstehend ist gemäß 44 eine bestimmte Schaltung der Ansteuerschaltung 40a gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Normalansteuerschaltung 43 weist ähnlich zu der Treiberschaltung 41 eine Konfiguration auf, bei der ein p-Kanal MOSFET 43a und ein n-Kanal MOSFET 43b in Serie verbunden sind, und zwischen dem Netzteil VB und der IC-Masse verbunden sind. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt der MOSFETs 43a und 43b ist zu dem Gate G des IGBT 1 verbunden. Insbesondere liegen in den MOSFETs 43a, 43b jeweils parasitäre Dioden 43c, 43d vor.
Die Festhalteschaltung 44 weist eine Konfiguration auf, bei der ein p-Kanal MOSFET 44a und ein n-Kanal MOSFET 44b in Serie mit jeweils dazwischen eingebrachten Widerständen 44c, 44d verbunden sind, und ist zwischen dem Netzteil VB und der IC-Masse verbunden. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt des Widerstands 44c und des Widerstands 44d ist mit dem Gate G des IGBT 1 verbunden. Insbesondere liegen in den MOSFETs 44a, 44b jeweils parasitäre Dioden 44e, 44f vor. Zusätzlich dazu ist der MOSFET 44a über einen Inverter 44g angesteuert, und der MOSFET 44b ist durch ein Ansteuersignal auf der Grundlage eines Festhaltesignales über einen Puffer 44h angesteuert.
Die Weichunterbrechungsschaltung 45 ist durch Verbinden eines n-Kanal MOSFETs 45a zwischen dem Gate G des IGBT 1 und der Masse über einen Widerstand 45b ausgebildet. Insbesondere liegt in dem MOSFET 45a eine parasitäre Diode 45c vor.
Für den Fall, dass die Normalansteuerschaltung 43 betrieben wird, ist diese Konfiguration dieselbe wie die gemäß 42. Für den Fall, dass der Überstrom fließt und das Festhaltesignal in einem Zustand eingegeben wird, in dem die Gatespannung Vg an das Gate G des IGBT 1 zum Einschalten des IGBT 1 angelegt ist, werden nachfolgend beide MOSFETs 43a, 43b der Normalansteuerschaltung 43 in AUS-Zustände versetzt, und die Festhalteschaltung 44 wird angesteuert.
In der Festhalteschaltung 44 wird ein Signal auf der Grundlage des Festhaltesignales an die Inverterschaltung 44g und die Pufferschaltung 44h eingegeben. Dies bringt beide MOSFETs 44a und 44b in EIN-Zustände. Damit wird eine Festhaltespannung, die durch Teilen der Spannung VB erlangt ist, die an die Serienschaltung der Widerstände 44c und 44d angelegt ist, an das Gate G des IGBT 1 angelegt. Für die Festhaltespannung ist das Widerstandsverhältnis zwischen den Widerständen 44c und 44d derart eingestellt, dass die Gatespannung Vg angelegt wird, die den Überstrom davon abhalten kann, in dem IGBT 1 zu fließen, und der Widerstandswert ist abhängig von einer Geschwindigkeit zur Verschiebung der Festhaltespannung und eines zulässigen Verbraucherstroms eines Ansteuer-ICs geeignet eingestellt.
In einem Zustand, in dem der Überstromzustand des IGBT 1 fortdauert, und der IGBT 1 zwangsweise abgeschaltet wird, wird nachfolgend die Weichunterbrechungsschaltung 45 angesteuert. In diesem Fall wird die Normalansteuerschaltung 43 in dem AUS-Zustand aufrechterhalten, und beide MOSFETs 44a, 44b der Festhalteschaltung 44 werden in den AUS-Zustand gebracht, und der MOSFET 45a der Weichunterbrechungsschaltung 45 wird eingeschaltet. Da das Gate G des IGBT 1 mit der Masse über den Widerstand 45b verbunden ist, wird dadurch die elektrische Ladung allmählich von dem Gate G entladen, und somit verringert sich die Gatespannung Vg allmählich, und der IGBT 1 geht in den AUS-Zustand über. Dies kann den IGBT 1 weich unterbrechen.
Zusätzlich dazu zeigt 45 eine Ansteuerschaltung 40c mit einer Konfiguration, bei der die Weichunterbrechungsschaltung 45 in der Konfiguration der Ansteuerschaltung 40a gemäß 43 nicht bereitgestellt ist. Mit dieser Konfiguration wirkt die Festhalteschaltung 44 ebenso als die Weichunterbrechungsschaltung 45.
Mit dieser Konfiguration wird in einem Zustand, in dem der Überstromzustand des IGBT 1 fortdauert, und der IGBT 1 zwangsweise abgeschaltet wird, der MOSFET 44a der Festhalteschaltung 44 abgeschaltet, und der MOSFET 44b wird eingeschaltet. Da dieses das Gate G des IGBT 1 mit der Masse über den Widerstand 44d verbindet, entlädt sich die elektrische Ladung allmählich von dem Gate G, und somit verringert sich die Gatespannung Vg allmählich, und der IGBT 1 geht in den AUS-Zustand über. Dies kann den IGBT 1 weich unterbrechen.
Gemäß dem vorstehen beschriebenen sechzehnten Ausführungsbeispiel ist es durch das Hinzufügen der Weichunterbrechungsschaltung 45 zu der Treiberschaltung 41 möglich, den IGBT 1 zu schützen, während eine Erzeugung der Stoßspannung durch ein allmähliches Verringern der Gatespannung in dem AUS-Betrieb des IGBT 1 unterdrückt wird, der in einem Zustand ist, in dem der Überstrom fließt.
Zusätzlich dazu kann die Festhalteschaltung 44 mit einer einfachen Konfiguration umgesetzt werden, da sie die Konfiguration aufweist, die eine vorbestimmte Spannung an das Gate G des IGBT 1 durch Ausbildung einer Spannungsteilerschaltung aus den Widerständen 44c und 44d mit beiden eingeschalteten MOSFETs 44a und 44b anlegt.
Da die Festhalteschaltung 44 ferner zur Durchführung des Vorgangs mit der Konfiguration der Weichunterbrechungsschaltung 45 gestaltet ist, kann die Wirkung der Weichunterbrechungsschaltung 45 mit einer einfachen Konfiguration umgesetzt werden. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel legt die Festhalteschaltung 44 eine vorbestimmte Spannung an das Gate G des IGBT 1 durch die Spannungsteilerschaltung der Widerstände 44c und 44d an, jedoch ist diese nicht hierauf begrenzt, sondern kann ebenso durch eine Konstantstromschaltung umgesetzt werden.
(Weitere Ausführungsbeispiele)
Insbesondere ist die vorliegende Offenbarung nicht nur auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann ebenso auf verschiedene Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs angewendet werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise kann die vorliegende Offenbarung wie folgt abgewandelt oder erweitert werden.
Als ein anderer IGBT 1 als die Konfiguration, die ein Sensorbauelement in einem Hauptbauelement beinhaltet, kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der ein einzelnes Hauptbauelement verwendet wird, und ein extern mit dem Hauptbauelement verbundenes Sensorbauelement kann verwendet werden. Das Schaltbauelement ist für den Fall einer Verwendung des IGBT 1 gezeigt, kann jedoch ein anderes Bauelement sein. Beispielsweise kann für den Fall eines MOSFETs, ein RC-IGBTs oder dergleichen, die beinhaltete Diode ebenso als die Dioden 1a, 10a, 11 gemäß 21 verwendet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist gemäß den Ausführungsbeispielen beschrieben, jedoch muss die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und deren Strukturen begrenzt erachtet werden. Die vorliegende Erfindung umfasst ebenso verschiedene Modifikationen und Abwandlungen innerhalb eines Äquivalenzbereiches. Zusätzlich dazu sind verschiedene Kombinationen und Formen, sowie andere Kombinationen und Formen, die nur ein, mehrere, oder weniger Bauelemente der verschiedenen Kombinationen und Formen umfassen, ebenso innerhalb des Umfangs oder des Geistes der vorliegenden Erfindung umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016101408 [0001]
JP 2017093059 [0001]
JP 2008206348 A [0004]
JP 2013123329 A [0004]
JP 2014110497 A [0004]

Claims

Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement (1), wobei das Ansteuerregelungsgerät das Schaltbauelement ansteuert, das ein Sensorbauelement umfasst, und umfasst: eine Ansteuerschaltung (4, 40, 40a), die ein Gateansteuersignal an das Schaltbauelement bereitstellt; eine Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 60, 70), die eine transiente Eigenschaft des Sensorbauelements absorbiert, falls das Schaltbauelement eingeschaltet wird; und eine Bestimmungsschaltung (6, 6a, 60, 60a, 60b, 70, 70a, 70b), die einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements aus einer Ausgabe des Sensorbauelements bestimmt.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungsschaltung (6, 6a, 60) zur Erfassung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands des Schaltbauelements auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses einer Spannung eines mit dem Sensorbauelement verbundenen Sensorwiderstands (21) mit einer Schwellwertspannung bereitgestellt ist, und die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (60) dazu eingerichtet ist, die Schwellwertspannung in der Bestimmungsschaltung in Übereinstimmung mit einem Pegel einer Gatespannung des Schaltbauelements zu schalten und einzustellen.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 1, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20a) einen Sensorwiderstand (21), der einen Strom des Sensorbauelements als eine Sensorspannung erfasst, und einen Kondensator (22) umfasst, der mit dem Sensorwiderstand parallel verbunden ist und eine transiente Abweichung der Sensorspannung absorbiert, und die Bestimmungsschaltung (70) zur Erfassung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands des Schaltbauelements durch einen Vergleich einer Sensorspannung des Sensorbauelements mit einer Schwellwertspannung bereitgestellt ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 1, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20b, 20c, 20f) ein Kondensator (24) ist, der mit dem Sensorbauelement verbunden ist und eine transiente Abweichung der Sensorspannung absorbiert, und die Bestimmungsschaltung (70a) zur Erfassung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands des Schaltbauelements auf der Grundlage einer Anschlussspannung des Kondensators bereitgestellt ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 1, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20b, 20d, 20e) einen Kondensator (22), der in Serie mit dem Sensorwiderstand (23) verbunden ist und eine transiente Abweichung einer Sensorspannung absorbiert, und einen Entladeschalter (24, 25) zum Entladen einer in den Kondensator geladenen elektrischen Ladung umfasst, und die Bestimmungsschaltung (60b, 70a, 70b) zur Erfassung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands des Schaltbauelements durch Vergleichen der Sensorspannung des Sensorbauelements mit einer Schwellwertspannung bereitgestellt ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 5, wobei die Bestimmungsschaltung (70a) zur Erfassung einer EIN-Spannung aus einer Sensorspannung des Sensorbauelements und zur Erfassung eines Überstrom- oder Kurzschlusszustands des Schaltbauelements durch Berechnen eines Bauelementstroms aus der EIN-Spannung und eines Bauelementstroms aus der EIN-Spannung und einem EIN-Widerstand bereitgestellt ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer Stromerfassungsschaltung (5, 50), die eine EIN-Spannung des Schaltbauelements aus einer Sensorspannung erfasst, die in einem EIN-Zustand des Schaltbauelements erlangt ist, und einen Bauelementstrom aus der EIN-Spannung und einem EIN-Widerstand erfasst.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 4 oder 6, wobei das Schaltbauelement (1) als eine Diode (10a, 11) bereitgestellt ist, bei der ein Sensorbauelement mit dem Hauptbauelement parallel oder in einer Rückwärtsrichtung verbunden ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 5, ferner mit einer Stromerfassungsschaltung (50a), die als die Sensorspannung des Sensorbauelements eine Anschlussspannung des Widerstands (23) als einer ersten Sensorspannung (Vse1) sowie eine Anschlussspannung des Kondensators (22) als einer zweiten Sensorspannung (Vse2) erfasst, und einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements durch Vergleichen der ersten Sensorspannung mit einer ersten Schwellwertspannung (VthA) erfasst, wobei die Bestimmungsschaltung (60b) bereitgestellt ist, um eine Gatespannung des Schaltbauelements auf der Grundlage eines Erfassungssignals der Stromerfassungsschaltung (50a) festzuhalten, und einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements durch Vergleichen der zweiten Sensorspannung mit einer zweiten Schwellwertspannung (VthB) zu erfassen.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 5, wobei eine Überstromerfassungsschaltung (70b) eine Anschlussspannung (Vse1) des Widerstands (23) als eine Sensorspannung des Sensorbauelements erfasst, und einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements durch Vergleichen der Sensorspannung mit einer Schwellwertspannung (VthA) erfasst.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 5, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20d) dazu bereitgestellt ist, den Entladeschalter (25), der eine in den Kondensator geladene elektrische Ladung entlädt, dazu zu veranlassen, die elektrische Ladung durch den Sensorwiderstand (23) zu entladen.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 5, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20d) einen Entladeschalter (24) umfasst, der zwischen Anschlüssen des Kondensators und einem Entladeschalter (25) verbunden ist, der zwischen Anschlüssen einer Serienschaltung des Kondensators und des Sensorwiderstands verbunden ist.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 4, wobei die Transienteneigenschafts-Absorptionsschaltung (20b) einen Entladeschalter (24) umfasst, der eine elektrische Ladung des Kondensators (22) entlädt.
Ansteuerregelungsgerät für ein Schaltbauelement nach Anspruch 13, wobei der Kondensator eine Vielzahl von in Serie verbundenen Kondensatoren (22a, 22b) und eine Überstromerfassungsschaltung (70a) umfasst, die einen Überstrom- oder Kurzschlusszustand des Schaltbauelements auf der Grundlage einer Anschlussspannung geteilt durch die Vielzahl der Kondensatoren erfasst.