JP2003088093A - インテリジェントパワーモジュール、およびその制御回路 - Google Patents

インテリジェントパワーモジュール、およびその制御回路

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JP2003088093A JP2001275589A JP2001275589A JP2003088093A JP 2003088093 A JP2003088093 A JP 2003088093A JP 2001275589 A JP2001275589 A JP 2001275589A JP 2001275589 A JP2001275589 A JP 2001275589A JP 2003088093 A JP2003088093 A JP 2003088093A
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circuit
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semiconductor switch
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御回路と接続するための配線の数を少なく
することのできるＩＰＭを提供する。 【解決手段】 過電流保護回路１０５および過電圧保護
回路１０７からの保護信号を集約するＯＲ回路１１、過
負荷保護回路１０９からの保護信号を集約するＯＲ回路
１３、ＯＲ回路１１からの信号により重故障を示す信号
として１ｍｓ幅のパルスを発生するパルス発生器１５、
ＯＲ回路１３からの信号により軽故障を示す信号として
２ｍｓ幅のパルスを発生するパルス発生器１７を設け、
故障の種類により故障の軽重がわかるようにそれぞれ異
なる信号を出力する。これにより１本の信号線により故
障の軽重がわかるように故障信号を制御回路１３１へ伝
達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体スイッチと
ともに、その保護回路を同一基板上に設けたインテリジ
ェントパワーモジュール、およびその制御回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】インテリジェントパワーモジュール（以
下ＩＰＭと称する）は、たとえば、半導体スイッチ、ゲ
ート回路、および保護回路などから構成されているイン
バータ回路を一つの基板上に設けてモジュール化したも
のである。
【０００３】図９は、従来のＩＰＭによるインバータ回
路の構成例を示した回路図である。
【０００４】このＩＰＭ１００によるインバータ回路
は、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチ１０１、ゲート回路
（ＧＡＴＥ）１０３、過電流保護回路（ＯＣ）１０５、
過電圧保護回路（ＯＶ）１０７、および過負荷保護回路
（ＯＬ）１０９によって一つのアームが構成され、同じ
構成によるアーム１２１、１２３、１２５、および１２
７とコンデンサ１２９を用いてフルブリッジのインバー
タ回路が構成されている。なお、インバータ回路内に
は、必要に応じて制御回路１３１からの信号によりコン
デンサ１２９に蓄えられた電荷を放電するために、コン
デンサ放電用スイッチ１３３および放電抵抗１３５が設
けられている。
【０００５】このＩＰＭ１００では、インバータ回路を
制御する制御回路１３１が、各アーム内の半導体スイッ
チ１０１を制御するゲート信号を発し、これにより半導
体スイッチ１０１がスイッチングされてコンデンサ１２
９の充放電が行われることで電力変換動作を行い、モー
タなどの負荷１３７に電力を供給している。また、制御
回路１３１は、各アーム内の過電流保護回路１０５、過
電圧保護回路１０７、過負荷保護回路１０９からの保護
信号を受信して、これらからの保護信号を受信したとき
に、半導体スイッチ１０１へのゲート信号を遮断して保
護動作を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のＩＰＭにおいては次のような問題がある。
【０００７】第１に、ＩＰＭにより構成したインバータ
回路は、同一基板上に半導体スイッチの他、各種保護回
路を設けることから、これら保護回路からの保護信号を
制御回路に送信するための配線数が多くなり、インバー
タ回路自体を一体的なモジュールとしても、それを制御
する制御回路とＩＰＭの接続に手間がかかるといった問
題がある。
【０００８】第２に、ＩＰＭは、同一基板上に複数の回
路を構成することから、各種保護回路も簡素にする傾向
があり、故障の軽重（程度）までは出力できるようにな
っていない。このため制御回路は、保護回路からの保護
信号を受信すると、安全のために必ずインバータ回路を
緊急停止してしまう。このため、緊急停止時に過電圧が
発生して、インバータ回路や負荷に過剰な電圧が加わっ
て故障の原因となったり、緊急停止により負荷に衝撃を
与えたりしてしまうといった問題がある。
【０００９】第３に、上記第２の原因と同様に、故障発
生時には故障の軽重や種類によらずインバータ回路を停
止してしまうため、インバータ回路の稼働率が極端に悪
くなるといった問題がある。
【００１０】第４に、ＩＰＭは、半導体スイッチへのゲ
ート電力が喪失した場合に、他に電源がないためその故
障を外部の制御回路へ伝えることができないといった問
題がある。
【００１１】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、ＩＰＭと制御回路間を接続するため
の信号や配線の数を少なくすることのできるＩＰＭを提
供することである。
【００１２】また、本発明の他の目的としては、ＩＰＭ
内の各種保護回路から出力される保護信号の種別から発
生した故障の軽重を制御回路側で判別できるようにした
ＩＰＭを提供することである。
【００１３】さらに、本発明の他の目的としては、ＩＰ
Ｍ内の電力が喪失した場合でも故障信号を出力できるよ
うにしたＩＰＭを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、半導体スイッチと、該半導体
スイッチの異常を検知する複数種類の保護回路とを一つ
の基板上に有するインテリジェントパワーモジュールに
おいて、前記複数種類の保護回路のいずれかから出力さ
れた保護信号を検知し、検知した保護信号の種類に応じ
て発生した故障の軽重を表すための形態の異なる処置信
号を出力する処置信号出力手段と、を有することを要旨
とする。
【００１５】この発明は、各種保護回路から出力された
保護信号を検知して、検知した保護信号の種類により発
生した故障の軽重を表す信号として異なる形態の処置信
号を出力することで、受信側において故障の軽重により
適切な処置を行うことができるようにしようとするもの
である。
【００１６】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
インテリジェントパワーモジュールにおいて、前記処置
信号とは形態が異なり、前記複数種類の保護回路のいず
れかから出力された保護信号に対応してそれぞれ形態の
異なる故障信号を出力する故障信号出力手段をさらに有
することを要旨とする。
【００１７】この発明は、処置信号の形態と異なり、保
護信号のそれぞれに対応して形態の異なる故障信号をも
出力することで、処置信号と故障信号を同一の信号線に
より出力できるようにし、かつ、受信側においてこれら
を確実に判別できるようにしようとするものである。
【００１８】請求項３記載の本発明は、請求項２記載の
インテリジェントパワーモジュールにおいて、前記処置
信号と前記故障信号は、同一の信号線により出力され、
かつ、前記処置信号が前記故障信号よりも先に出力され
ることを要旨とする。
【００１９】この発明は、処置信号と故障信号がそれぞ
れ異なる形態の信号により出力されることを利用して１
本の信号線によりこれらを出力した場合に、処置信号を
先に出力することで、外部にある制御回路などが受信し
た信号から故障の程度をいち早く判断し、直ちに適切な
処置を講ずることができるようにしようとするものであ
る。
【００２０】請求項４記載の本発明は、請求項１乃至３
のいずれか一つに記載のインテリジェントパワーモジュ
ールを制御する制御回路であって、前記処置信号を受信
し、受信した処置信号の形態に応じて前記半導体スイッ
チを緊急停止するか、または前記半導体スイッチに流れ
る電流を時間をかけて徐々に絞ることを要旨とする。
【００２１】この発明は、故障の軽重に応じて異なる形
態の処置信号を受信して、その信号から故障の軽重を判
断し、重故障の場合には半導体スイッチを緊急停止し、
軽故障の場合には半導体スイッチに流れる電流を時間を
かけて徐々に絞ることで、ゆっくりと半導体スイッチを
停止させようとするものである。
【００２２】請求項５記載の本発明は、半導体スイッチ
と、該半導体スイッチの過負荷を検知する過負荷保護回
路とを同一基板上に有するインテリジェントパワーモジ
ュールにおいて、前記過負荷保護回路から出力される保
護信号を検知した場合に、前記半導体スイッチへ供給す
るゲート信号を一定時間停止させるゲートブロック手段
と、前記過負荷保護回路から出力される保護信号を一定
期間内に、あらかじめ設定した回数検知した場合に故障
信号を出力する故障信号出力手段と、を有することを要
旨とする。
【００２３】この発明は、過負荷保護回路からの保護信
号を検知して、一定時間半導体スイッチのゲート信号を
遮断することにより、一時的に半導体スイッチを停止す
ることで一時的な過負荷状態を解消し、一定期間内にあ
らかじめ決められた回数だけ過負荷保護回路からの保護
信号があった場合には、さらに過負荷状態が継続してい
るものとして故障信号を出力することで、一時的な過負
荷状態はＩＰＭ内部で処置し、これで処置できないよう
な重大な過負荷異常が発生した場合にのみ故障信号を出
力して外部の制御回路などから保護動作が行われるよう
にしようとするものである。
【００２４】請求項６記載の本発明は、半導体スイッチ
と、該半導体スイッチの過電圧を検知する過電圧保護回
路と、前記半導体スイッチのオン、オフにより充放電さ
れるコンデンサと、該コンデンサの放電用スイッチとを
同一基板上に有するインテリジェントパワーモジュール
において、前記過電圧保護回路から出力される保護信号
を検知した場合に、前記半導体スイッチへ供給するゲー
ト信号を一定時間停止させるゲートブロック手段と、前
記過電圧保護回路から過電圧を示す信号を受信した場合
に、前記放電用スイッチをオンにして、前記コンデンサ
を放電させるコンデンサ放電制御手段と、前記過電圧保
護回路から出力される保護信号を一定期間内に、あらか
じめ設定した回数検知した場合に、故障信号を出力する
故障信号出力手段と、を有することを要旨とする。
【００２５】この発明は、過電圧保護回路からの保護信
号を検知して、一定時間半導体スイッチのゲート信号を
遮断することにより、一時的に半導体スイッチを停止す
るとともに、コンデンサに蓄えられている電荷を一時的
に放電することで、一時的な過電圧状態を解消し、一定
期間内にあらかじめ決められた回数だけ過電圧保護回路
からの保護信号があった場合には、さらに過電圧状態が
継続しているものとして故障信号を出力することで、一
時的な過電圧状態はＩＰＭ内部で処置し、これで処置で
きないような重大な過電圧異常が発生した場合にのみ故
障信号を出力して外部の制御回路などから保護動作が行
われるようにしようとするものである。
【００２６】請求項７記載の本発明は、半導体スイッチ
と、該半導体スイッチの異常を検知する保護回路と該保
護回路に電力を供給する電源回路とを一つの基板上に有
するインテリジェントパワーモジュールにおいて、前記
電源回路の故障時に、少なくとも故障信号を出力するた
めに必要な電力容量を蓄えた補助電源回路を有すること
を要旨とする。
【００２７】この発明は、ＩＰＭ内にある内蔵の電源回
路に故障が発生した場合でも、その故障を知らせるため
の信号を外部へ出力できるようにしようとするものであ
る。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下添付した図面を参照して本発
明の一実施の形態を説明する。
【００２９】（第１の実施の形態）図１は、第１の実施
の形態におけるＩＰＭの構成を示す回路図であり、この
ＩＰＭによりインバータ回路を構成した場合には一つの
アーム内の構成となる。なお、図において、従来のＩＰ
Ｍにおける部材と同一の部材については同一の符号を付
しそれらの説明は省略する（以下、他の実施の形態につ
いても同様）。
【００３０】このＩＰＭ１は、半導体スイッチ１０１、
過電流保護回路１０５、過電圧保護回路１０７、過負荷
保護回路１０９に加え、過電流保護回路１０５および過
電圧保護回路１０７からの保護信号を集約するためのＯ
Ｒ回路１１、過負荷保護回路１０９からの保護信号を集
約するためのＯＲ回路１３、ＯＲ回路１１からの信号に
より１ｍｓ幅のパルスを発生するパルス発生器（ＰＧ）
１５、ＯＲ回路１３からの信号により２ｍｓ幅のパルス
を発生するパルス発生器１７、過電流保護回路１０５か
らの保護信号により３ｍｓ幅のパルスを発生するパルス
発生器１９、過電圧保護回路１０７からの信号により４
ｍｓ幅のパルスを発生するパルス発生器２１、過負荷保
護回路１０９からの信号により５ｍｓ幅のパルスを発生
するパルス発生器２３、パルス発生器１９、２１、２３
からの信号を集約するためのＯＲ回路２５、ＯＲ回路２
５から出力された信号を１秒間遅延させて出力する遅延
回路２７、パルス発生器１５からの信号とパルス発生器
１７からの信号と遅延回路２７からの信号を集約するた
めのＯＲ回路２９により構成される。
【００３１】パルス発生器１５および１７から出力され
るそれぞれのパルス信号は、そのパルス幅を違えること
で発生した故障の軽重を表す。
【００３２】ここでは、過電流保護回路１０５および／
または過電圧保護回路１０７から保護信号が出力された
場合を重大な故障として、パルス発生器１５からパルス
幅１ｍｓの信号を出力している。したがって、このパル
ス幅１ｍｓの信号が重故障を意味することになる。
【００３３】一方、過負荷保護回路１０９から保護信号
が出力された場合は、過電流や過電圧が発生した場合よ
りも軽い故障としてパルス発生器１７によりパルス幅２
ｍｓの信号を出力している。したがって、このパルス幅
２ｍｓの信号が軽故障を意味することになる。
【００３４】ここで、過電流保護回路１０５および／ま
たは過電圧保護回路１０７から保護信号が出力された場
合を重故障とし、一方、過負荷保護回路１０９から保護
信号が出力された場合を軽故障としたのは、一般的に過
電流や過電圧が発生した場合、実際にはその程度にもよ
るが、半導体スイッチそのものを破壊してしまうことが
あり、これらに対しては即刻回路を停止するなどの処置
を取ることが必要となるのでこれを重故障とし、一方、
過負荷については、これが継続した場合には重大なもの
となるが、その初期段階では半導体スイッチの過熱とな
る程度であり、できればそのまま動作を継続させ、徐々
に動作を停止するなどの処置を取る時間的余裕があるの
でこれを軽故障としたものである。
【００３５】パルス発生器１９、２１、および２３から
出力されるそれぞれのパルス信号は、そのパルス幅を違
えることで発生した故障の種類を表す。各パルス発生器
１９、２１、および２３には、上記のとおり、それぞれ
過電流保護回路１０５、過電圧保護回路１０７、および
過負荷保護回路１０９からの保護信号が入力されること
で、それぞれパルス幅３ｍｓ、４ｍｓ、５ｍｓのパルス
信号が出力される。したがって、パルス幅３ｍｓの信号
は過電流故障を表し、パルス幅４ｍｓの信号は過電圧故
障を表し、パルス幅５ｍｓの信号は過負荷故障を表す。
【００３６】以下、このように構成された本第１の実施
の形態におけるＩＰＭ１の作用を説明する。
【００３７】たとえば過電流故障が発生した場合、ま
ず、過電流保護回路１０５からの保護信号がＯＲ回路１
１に入力されて集約され、パルス発生器１５に伝えられ
る。これによりパルス発生器１５では、重故障を表す処
置信号としてパルス幅１ｍｓの信号が発生し、ＯＲ回路
２９を通して制御回路１３１に出力される。
【００３８】制御回路１３１側では、パルス幅１ｍｓの
信号を受信したことから重故障であることが判明する。
【００３９】一方、過電流保護回路１０５からの信号
は、パルス発生器１９へも入力されており、ここでパル
ス幅３ｍｓのパルスが発生してＯＲ回路２５に送られ
て、遅延回路２７により１秒間時間遅れ後にＯＲ回路２
９を通過して制御回路１３１に出力される。これにより
制御回路１３１側ではパルス幅３ｍｓの信号により故障
が過電流であることが判別できる。
【００４０】故障信号は、１秒間の時間遅れがあるので
処置信号と重複されず同じ信号線で出力できる。
【００４１】他の故障のときも同様であり、過電圧故障
が発生した場合には、過電圧保護回路１０７からの保護
信号がＯＲ回路１１を通してパルス発生器１５に伝えら
れてパルス幅１ｍｓの重故障を表す処置信号が発生し、
この信号がＯＲ回路２９を介して制御回路１３１に伝え
られる。
【００４２】これにより制御回路１３１側では、このパ
ルス幅１ｍｓの信号により重故障であることが判明す
る。
【００４３】また、過電圧保護回路１０７からの信号は
パルス発生器２１にも伝達され、ここでパルス幅４ｍｓ
のパルスが発生してＯＲ回路２５に送られて、遅延回路
２７で１秒間遅らされた後にＯＲ回路２９を通過して制
御回路１３１に出力される。これにより制御回路１３１
側ではパルス幅４ｍｓの信号により故障が過電圧である
ことが判別される。
【００４４】さらに、過負荷が生じた場合には、過負荷
保護回路１０９からの保護信号がＯＲ回路１３を通して
パルス発生器１７へ伝えられ、ここで、パルス幅２ｍｓ
の軽故障を表す処置信号が発せられて、ＯＲ回路２９を
通して制御回路１３１へ伝えられる。
【００４５】これにより制御回路１３１側では、このパ
ルス幅２ｍｓの信号により軽故障であることが判明す
る。
【００４６】また、過負荷保護回路１０９からの信号か
らの信号はパルス発生器２３にも伝達され、ここでパル
ス幅５ｍｓのパルスが発生してＯＲ回路２５に送られ
て、遅延回路２７で１秒間遅らされた後にＯＲ回路２９
を通して制御回路１３１に出力される。これにより制御
回路１３１側ではパルス幅５ｍｓの信号により故障が過
負荷であることが判別される。
【００４７】このように本第１実施の形態では、処置信
号および故障信号をそれぞれパルス幅の異なる信号とし
て出力することとしたので、ＩＰＭ内の一つのアームか
ら処置信号や故障信号を送るための信号線は一つで済む
ようになる。
【００４８】また、処置信号と故障信号は、一方の時間
を遅らせて出力しているため、制御回路側で、多種類の
信号を瞬時に判別する必要がなくなり、制御回路などの
受信側における信号処理の負担を軽減することもでき
る。
【００４９】さらに、先に重故障か軽故障かを知らせる
ための処置信号を出力にしているので、重故障の場合に
は緊急停止などの処置を速やかに行うことができ、一
方、軽故障の場合には、それに対応したゆっくりとした
停止処置などを実行することが可能になる。
【００５０】なお、処置信号の後に故障信号を出力する
ための遅延回路２７による遅延時間は、１秒でなくて
も、たとえば１００ｍｓでも１０秒でもよく、制御回路
側システムの処理速度に応じて適宜決定すれば良い。な
おまた、信号線に余裕のある場合は、ＯＲ回路２９を通
過させずに処置信号と故障信号を別々の信号線で出力し
てもよい。
【００５１】（第２の実施の形態）図２は、第２の実施
の形態におけるＩＰＭの構成を示す回路図である。
【００５２】前述した第１の実施の形態では、一つのア
ーム内において故障判別と信号集約のための回路を設け
たものであるが、本第２実施の形態は、一つのＩＰＭで
インバータ回路を構成し、複数のアームに対して故障判
別と信号集約のための回路を設けたものである。
【００５３】このＩＰＭ２は、複数のアーム１２１、１
２３、１２５、および１２７におけるそれぞれの過電流
保護回路１０５からの信号を集約するためのＯＲ回路３
１と、同様に各アーム内の過電圧保護回路１０７からの
信号を集約するためのＯＲ回路３３と、同様に各アーム
内の過負荷保護回路１０９からの信号を集約するための
ＯＲ回路３５とを備える。
【００５４】ＯＲ回路１１は、ＯＲ回路３１とＯＲ回路
３３によって集約された各アームの過電流保護回路１０
５と過電圧保護回路１０７からの保護信号により重故障
を集約する。ＯＲ回路１１からの信号は、前述した第１
の実施の形態と同様に、パルス発生器１５に伝達され、
重故障を意味するパルス幅１ｍｓの信号が発生し、ＯＲ
回路２９を通して制御回路１３１へ処置信号として出力
される。一方、ＯＲ回路３５からの信号は、軽故障を集
約するＯＲ回路１３に伝達され、さらにパルス発生器１
７へ伝達されて、軽故障を意味するパルス幅２ｍｓの処
置信号が出力され、ＯＲ回路２９を通して制御回路１３
へ処置信号として出力される。
【００５５】また、ＯＲ回路３１からの信号は、過電流
を意味するパルス幅３ｍｓのパルスを発生するパルス発
生器１９に伝達され、ＯＲ回路３３からの信号は、過電
圧を意味するパルス幅４ｍｓのパルスを発生するパルス
発生器２１に伝達され、ＯＲ回路３５からの信号は、過
負荷を意味するパルス幅５ｍｓのパルスを発生するパル
ス発生器２３に伝達され、それぞれのパルス発生器から
の信号は、前述した第１の実施の形態と同様に、ＯＲ回
路２５を介して、遅延回路２７に入り、ここで処置信号
より１秒間遅れてＯＲ回路２９を通し、制御回路１３へ
故障信号として出力される。
【００５６】これにより本第２の実施の形態では、複数
のアームから出力される保護信号をＩＰＭ基板内で集約
して制御回路へ送ることができる。したがって、本第２
の実施の形態においても、前述の第１の実施の形態と同
様に、処置信号と故障信号を一本の信号線により送信す
ることができ、しかも、これら処置信号と故障信号は同
時に出力されないので制御回路などの受信側の負担を軽
くすることができる。
【００５７】また、本第２の実施の形態では、複数のア
ームに対して保護信号を集約するためのＯＲ回路を設け
たため、アームごとに信号を集約する場合よりも回路構
成を簡略化することができる。
【００５８】（第３の実施の形態）図３は、第３の実施
の形態における制御回路と、ＩＰＭの構成を示す回路図
である。
【００５９】本第３実施の形態は、前述した第１の実施
の形態または第２の実施の形態によるＩＰＭから得られ
た処置信号と故障信号から適切な故障処置を行うための
制御回路である。なお、図３においては、ＩＰＭとして
第２の実施の形態におけるＩＰＭ２を示した。
【００６０】この制御回路４１は、ＩＰＭ２から出力さ
れた処置信号および故障信号が入力されるパルス幅判別
回路４３と、パルス幅判別回路４０の判断により時間を
かけて電流を絞ることによりゆっくりとインバータ回路
を停止させるソフト停止回路４５と、各アームの動作位
相を制御する位相制御回路４７と、ゲート信号を遮断す
るためのゲートブロック回路４９と、から構成される。
なお、ゲートブロック回路４９は信号反転用のＮＯＴ回
路５３と、位相制御回路４７からの信号を一方の入力と
し、ＮＯＴ回路５３からの信号を他方の入力とする複数
のＡＮＤ回路５４とからなる。
【００６１】以下、このように構成された本第３の実施
の形態における制御回路の作用を説明する。
【００６２】まず、ＩＰＭ２によって構成されたインバ
ータ回路に故障が発生した場合、過電流や過電圧などの
重故障のときは、ＩＰＭ２から処置信号としてパルス幅
１ｍｓの信号がパルス幅判別回路４３に入力される。一
方、過負荷のような軽故障のときは、ＩＰＭ２から処置
信号としてパルス幅２ｍｓの信号がパルス幅判別回路４
３に入力される。
【００６３】これらの信号が入力されたパルス幅判別回
路４３は、これらの信号のパルス幅により重故障である
か軽故障であるかを判別する。すなわち、パルス幅判別
回路４３はパルス幅１ｍｓの信号が入力されれば重故障
が発生したものと判断し、パルス幅２ｍｓの信号が入力
されれば軽故障が発生したものと判断する。
【００６４】そして、重故障であれば、パルス幅判別回
路４３は、ゲートブロック回路４９に信号を出力し、直
ちにゲートブロック回路４９によって半導体スイッチ１
０１へ供給されているゲート信号を遮断して、インバー
タ回路の動作を緊急停止する。一方、軽故障であれば、
パルス幅判別回路４３は、ソフト停止回路４５へ信号を
出力して、ソフト停止回路４５と位相制御回路４７によ
って半導体スイッチ１０１を流れる電流が時間をかけて
絞られながら停止するように制御する。
【００６５】これにより本第３の実施の形態では、ＩＰ
Ｍによって構成されたインバータ回路が瞬時に破壊され
そうな重故障の場合には直ちにゲートブロックし、時間
的に少し余裕のある軽故障の場合には電流をゆっくりと
絞りながらインバータ回路を停止できる。このため、軽
故障の場合には、インバータ回路自信や負荷に対して衝
撃を与えることなく、かつ回路保護も適切に行うことが
できる。
【００６６】（第４の実施の形態）図４は、第４の実施
の形態におけるＩＰＭの構成を示す回路図である。
【００６７】本第４実施の形態は、過負荷状態のような
軽故障をＩＰＭ内において処置できるようにしたもので
ある。なお、このＩＰＭによりインバータ回路を構成し
た場合には一つのアーム内の構成となる。
【００６８】まず、過負荷について説明する。ここで過
負荷とは、図９に示した従来のインバータ回路を参照す
れば、一つのアーム１２１内の半導体スイッチ１０１と
他のアーム１２３内の半導体スイッチ１０１が同時にオ
ンする上下アーム短絡のような定格電流の数倍もの電流
が流れる過電流ではなく、定格電流の５％や１０％オー
バーで少なくとも定格電流の２倍以下の過電流が流れる
場合をいい、これにより、たとえば半導体スイッチや周
辺回路の温度が上昇して、不具合を起こすような場合で
ある。
【００６９】このような過負荷状態では、半導体スイッ
チ１０１は瞬時に破壊してしまうことはなく、破壊に至
までに時間的余裕がある。したがって、この余裕のある
時間に過負荷状態をなくすことで、半導体スイッチを保
護することができる。
【００７０】本第４の実施の形態におけるＩＰＭ４は、
このような過負荷状態の保護動作を行うために、過負荷
保護回路１０９からの過負荷状態を示す保護信号が入力
されて一定時間のパルス、たとえば１秒間のパルスを発
生するパルス発生器５１と、信号反転のためのＮＯＴ回
路５３と、ＡＮＤ回路５５ａおよび５５ｂと、一定期間
のパルス、たとえば１０秒間のパルスを発生するパルス
発生器５７と、過負荷状態が発生した回数をカウントす
るカウンター５９と、過負荷状態としてカウントされた
値と比較するためのしきい値、ここでは３回を設定する
設定回路６１と、設定回路６１によって設定された値
と、カウンター５９でカウントされた値を比較する比較
器６３と、から構成される。
【００７１】以下、このように構成された本第４の実施
の形態におけるＩＰＭの作用を説明する。
【００７２】たとえば半導体スイッチ１０１に定格電流
の１０％オーバーの過負荷が発生した場合、過負荷保護
回路１０９がこれを検出してパルス発生器５１および５
７に過負荷であるという信号を送る。パルス発生器５１
は一定時間に相当するパルス幅１秒のパルス信号を発生
し、パルス発生器５７も一定期間に相当するパルス幅１
０秒のパルス信号を発生する。
【００７３】パルス発生器５１のパルス信号は、Ｎ０Ｔ
回路５３により信号が反転されてＡＮＤ回路５５ａの一
端に供給される。これにより、ＡＮＤ回路５５ａの入力
側他端に供給される制御回路１３１からのゲート信号が
１秒間ブロックされる。その結果、半導体スイッチ１０
１には、その間電流が流れなくなり温度が下がる。
【００７４】半導体スイッチ１０１は、過負荷状態が瞬
間的なものであれば、これにより過負荷状態がなくな
り、過熱している状態を脱して正常状態にもどる。
【００７５】しかし、過負荷状態がさらに継続した場合
には、パルス発生器５１からのパルスが終了した後も過
負荷状態なのでパルス発生器５１は再び１秒間のパルス
を発生してゲートブロックし、この動作が継続する。
【００７６】一方、パルス発生器５７では、過負荷保護
回路１０９からの信号により１０秒間のパルスを発生し
ているので、この１０秒間にＡＮＤ回路５５ｂは過負荷
保護回路１０９が動作するたびにカウンター５９に信号
を送って過負荷の発生回数がカウントされる。カウンタ
ー５９からの出力は比較器６３に供給されて、設定回路
６１により設定された回数と比較される。ここでは、設
定回路６１に３回が設定されているので、比較器６３は
１０秒間の間にカウンター５９によってカウントされた
値が３回になると、制御回路１３１に故障信号を出力す
る。
【００７７】制御回路１３１は、従来の制御回路である
ので、故障信号を受信すると回路保護のために半導体ス
イッチ１０１に供給しているゲート信号を遮断してすべ
ての動作が停止される。
【００７８】このように本第４実施の形態では、過負荷
状態が極軽度の場合には、ＩＰＭ内部だけで処置され、
制御回路に過負荷状態を知らせる故障信号の送出が行わ
れない。このため、このＩＰＭによりインバータ回路を
構成した場合には、軽度の過負荷はその場で処置されて
インバータ回路が停止されることがなく、極軽度の過負
荷によるインバータ回路の稼働率低下を防止することが
できる。一方、過負荷があらかじめ設定された状態より
も長く続く場合には、制御回路に過負荷状態を知らせる
故障信号が送出されるので、重大な過負荷が発生した場
合も回路の保護も十分に行うことができる。
【００７９】（第５の実施の形態）図５は、第５の実施
の形態におけるＩＰＭを示す回路図であり、一つのＩＰ
Ｍでインバータ回路を構成している。
【００８０】本第５の実施の形態は、インバータ回路を
構成する複数のアームに対して過負荷処置のための回路
を設けたものである。
【００８１】本第５の実施の形態におけるＩＰＭ５は、
各アーム１２１、１２３、１２５、および１２７内のそ
れぞれの過負荷保護回路１０９からの信号を集約するた
めのＯＲ回路６５を設けて、このＯＲ回路６５からの信
号を処理するために、前述した第４の実施の形態と同様
に、パルス発生器５１、ＡＮＤ回路５５、パルス発生器
５７、カウンター５９、設定回路６１、比較器６３、お
よびゲートブロック回路４９を備える。なお、ゲートブ
ロック回路４９はＮＯＴ回路５３と複数のＡＮＤ回路５
４よりなる。
【００８２】このように構成された本第５の実施の形態
におけるＩＰＭ５では、いずれかのアームの半導体スイ
ッチ１０１に過負荷状態が発生した場合、過負荷保護回
路１０９からの保護信号がＯＲ回路６５により集約され
て、前述した第４の実施の形態と同様に、パルス発生器
５１および５７に供給される。そしてパルス発生器５１
はパルス幅１秒のパルス信号を発生し、パルス発生器５
７はパルス幅１０秒のパルス信号を発生する。
【００８３】パルス発生器５１のパルス信号は、ゲート
ブロック回路４９に供給されて、１秒間ゲート信号がブ
ロックされ、その間すべてのアーム内の半導体スイッチ
１０１の電流が流れなくなり温度が下降する。過負荷状
態が瞬間的なものであれば、これにより過負荷状態がな
くなり過熱している状態を脱して正常状態にもどる。
【００８４】過負荷状態がさらに継続した場合には、パ
ルス発生器５７が１０秒間のパルスを発生しているの
で、この１０秒間にＡＮＤ回路５５がカウンター５９に
信号を送って過負荷の発生回数がカウントされる。カウ
ンター５９からの出力は比較器６３に供給されて設定回
路６１により設定された回数と比較される。その結果、
１０秒間の間にカウンター５９によってカウントされた
値が設定回路６１による設定値である３回になると、制
御回路１３１に故障信号を出力する。そして、故障信号
を受けた制御回路１３１では、ＩＰＭ５の動作を緊急停
止させる。
【００８５】このように本第５の実施の形態を用いれ
ば、過負荷が発生しても直ちにＩＰＭやインバータ回路
を停止することなく稼働率を高め、かつＩＰＭやインバ
ータ回路を安全に保護することができる。
【００８６】（第６の実施の形態）図６は、第６の実施
の形態におけるＩＰＭを示す回路図であり、このＩＰＭ
でインバータ回路を構成する場合、一つのアーム内の構
成となる。
【００８７】本第６の実施の形態は、ＩＰＭ内において
一時的な過電圧を処置できるようにしたものである。
【００８８】ここで、過電圧が発生する原因は、図９を
参照すれば、主に負荷１３７がモータの場合、エネルギ
ーの回生によってコンデンサ１２９にエネルギーが充電
され、過電圧になるものである。したがって、このコン
デンサ１２９に蓄えられたエネルギーを適宜放電するこ
とで、過電圧異常は解消することができる。
【００８９】本第６の実施の形態におけるＩＰＭ６は、
このような過電圧状態の保護動作を行うために、過電圧
保護回路１０７からの過電圧信号が入力されて一定時間
のパルス、たとえばパルス幅１秒のパルス信号を発生す
るパルス発生器５１と、信号反転のためのＮＯＴ回路５
３と、ＡＮＤ回路５５ａおよび５５ｂと、一定期間のパ
ルス、たとえばパルス幅１０秒のパルス信号を発生する
パルス発生器５７と、過電圧状態が発生した回数をカウ
ントするカウンター５９と、過電圧状態としてカウント
された値と比較するためのしきい値、ここでは３回を設
定する設定回路６１と、設定回路６１によって設定され
た値とカウンター５９でカウントされた値を比較する比
較器６３と、から構成される。
【００９０】以下、このように構成された本第６の実施
の形態におけるＩＰＭ６の作用を説明する。
【００９１】まず、本第６の実施の形態における回路構
成は、前述した第４の実施の形態における過負荷の場合
と基本的には同様であるが、異なるところは、半導体ス
イッチ１０１に対してゲートブロックをかけているとき
にコンデンサ１２９を放電させるようにしたことであ
る。
【００９２】たとえば半導体スイッチ１０１に過電圧が
発生した場合、過電圧保護回路１０７がこれを検知して
パルス発生器５１および５７に過電圧であるという保護
信号を送る。パルス発生器５１は一定時間に相当するパ
ルス幅１秒のパルス信号を発生し、パルス発生器５７も
一定期間に相当するパルス幅１０秒のパルス信号を発生
する。
【００９３】そして、パルス発生器５１のパルス幅１秒
のパルス信号は、ＮＯＴ回路５３を介してＡＮＤ回路５
５ａへ送られてゲートブロックが行われるとともに、コ
ンデンサ放電用スイッチ１３３にも送られて、このコン
デンサ放電用スイッチ１３３がオンになり、コンデンサ
１２９が放電抵抗１３５を通して１秒間放電する。
【００９４】コンデンサ電圧が過電圧になっている場合
は、半導体スイッチ１０１のスイッチング時に発生する
サージ電圧が過電圧になっているのであるが、この放電
によってコンデンサ１２９が過電圧状態から正常電圧に
復帰できれば半導体スイッチ１０１のスイッチング時の
サージ過電圧も正常電圧に改善される。
【００９５】しかし、コンデンサ１２９の過電圧が１秒
間の放電で放電しきれない場合は、さらに過電圧状態が
残る。その結果、過電圧保護回路１０７は再び動作し
て、同じ動作を繰り返す。この動作が一定期間のパルス
発生器５７によって出力された１０秒間に設定回路６１
の示す設定回数３回になると、比較器６３から故障信号
が制御回路１３１に出力される。
【００９６】制御回路１３１は従来のものでよく、故障
信号を受けた場合は半導体スイッチ１０１を緊急停止す
る。
【００９７】このように、本第６の実施の形態によれ
ば、過電圧異常が発生した場合でも、一時的な過電圧状
態でコンデンサの放電により回復することができるもの
であれば、インバータ回路全体を停止することなく過電
圧異常を処置することができ、一方、一時的な過電圧で
はなく、半導体スイッチの破壊を招くような場合には、
確実に半導体スイッチを緊急停止することができる。
【００９８】（第７の実施の形態）図７は、第７の実施
の形態におけるＩＰＭを示す回路図であり、一つのＩＰ
Ｍでインバータ回路を構成している。
【００９９】本第７の実施の形態は、インバータ回路を
構成する複数のアームに対して過電圧処置のための回路
を設けたものである。
【０１００】このＩＰＭ７は、各アーム１２１、１２
３、１２５、および１２７内のそれぞれの過電圧保護回
路１０７からの信号を集約するためのＯＲ回路６５を設
けて、このＯＲ回路６５からの信号を処理するために、
前述した第５の実施の形態と同様に、パルス発生器５
１、ＡＮＤ回路５５、パルス発生器５７、カウンター５
９、設定回路６１、比較器６３、およびゲートブロック
回路４９を備える。
【０１０１】これにより、過電圧がいずれかのアーム内
のどの半導体スイッチ１０１で発生してもＯＲ回路６５
で過電圧信号を集約して、１秒間ゲートブロック回路４
９で半導体スイッチ１０１に対するゲート信号がブロッ
クされ、一時的に半導体スイッチ１０１を流れる電流が
停止しするとともに、コンデンサ放電用スイッチ１３３
にも送られてコンデンサ１２９が放電抵抗１３５を通し
て１秒間放電する。
【０１０２】さらに、１０秒間に３回過電圧状態が繰り
返されると、一時的な過電圧ではないとして制御回路１
３１へ故障信号が送られて、制御回路１３１により半導
体スイッチ１０１が緊急停止される。
【０１０３】このように本第７の実施の形態によれば、
過電圧が発生しても直ちにＩＰＭやインバータ回路を停
止することなく稼働率を高め、かつ一時的な過電圧では
ない場合には、ＩＰＭやインバータ回路を確実に停止し
て安全に保護することができる。
【０１０４】（第８の実施の形態）図８は、第８の実施
の形態におけるＩＰＭの構成を示す回路図である。
【０１０５】本第８の実施の形態におけるＩＰＭ８は、
ＩＰＭ８内にゲート回路を駆動するための絶縁電源７１
を持つものである。
【０１０６】このようなＩＰＭ８では、この絶縁電源７
１からの電力により保護動作を行っている。このため、
絶縁電源７１に故障が発生した場合その故障を伝えるた
めの故障信号そのものが送信できなくなる問題がある。
【０１０７】そこで本第８の実施の形態では、補助電源
となるコンデンサ７３と、絶縁電源７１が故障して電圧
が低下したことを検出するための不足電圧検出回路（Ｕ
Ｖ）７５と、電源故障を表すパルス、たとえば６ｍｓ幅
のパルス信号を発生するパルス発生器７７とを有する。
【０１０８】以下、このように構成された本第８の実施
の形態におけるＩＰＭ８の作用を説明する。
【０１０９】まず、正常時においては、絶縁電源７１か
らの電圧によりコンデンサ７３には十分な電荷が蓄えら
れている。
【０１１０】そして、絶縁電源７１が故障した場合は、
電圧が低下するのでこれが不足電圧検出回路７５によっ
て検出される一方、絶縁電源７１からの電圧が不足する
と、コンデンサ７３が放電される。
【０１１１】このとき電圧不足の検出信号を受けたパル
ス発生器７７は、コンデンサ７３からの放電が続く限
り、パルス幅６ｍｓのパルス信号を発生して、電源故障
であることを制御回路１３１に伝達する。
【０１１２】このように、本第８の実施の形態では、補
助電源に相当するコンデンサによってＩＰＭ内部の電源
が強化されているので絶縁電源の電圧が低下していて
も、すぐに不足電圧検出回路７５やパルス発生器７７は
その機能を喪失することなく制御回路にゲート電源の電
圧不足を伝達することができ、安全にシステムを停止す
ることができる。
【０１１３】以上本発明を適用した実施の形態として、
一つのＩＰＭでインバータ回路の一つのアーム単位を構
成するもの、また、一つのＩＰＭとしてインバータ回路
全部を構成するものを説明した。一般的には、一つのＩ
ＰＭでインバータ回路の一つのアーム単位を構成する場
合、使用されている半導体スイッチが高圧大電流のもの
が多く、一方、一つのＩＰＭとしてインバータ回路全部
を構成する場合は、使用されている半導体スイッチが比
較的低圧小電流の場合が多い。
【０１１４】もちろん本発明は、このような実施の形態
に限定されるものではなく、たとえば処置信号や故障信
号としては、上述したようなパルス信号以外に、異なる
周波数の信号を用いるなど、故障の軽重や種類を判別す
ることができる信号であればよい。
【０１１５】また、本発明は、当業者によりさまざまに
改変できることは言うまでもない。
【０１１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＩＰＭから制御回路への信号線の数を減らすことがで
き、しかも制御回路における保護処理の負担を軽減させ
ながらＩＰＭの保護を実現することができる。
【０１１７】また、ＩＰＭの緊急重大な故障でない場合
は、これを区別してゆっくりとその動作を停止すること
によりＩＰＭや負荷に衝撃を与えず、かつＩＰＭの破壊
も防止することができる。
【０１１８】さらに、一過性の過負荷や過電圧の場合
は、ＩＰＭを停止させて稼働率を落とすことなくＩＰＭ
を破壊から防止することができる。
【０１１９】さらにまた、ＩＰＭの内部電源に異常が発
生した場合でも電源の異常を確実に出力することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態におけるＩ
ＰＭの構成を示す回路図である。
【図２】本発明を適用した第２の実施の形態におけるＩ
ＰＭの構成を示す回路図である。
【図３】本発明を適用した第３の実施の形態における制
御回路と、ＩＰＭの構成を示す回路図である。
【図４】本発明を適用した第４の実施の形態におけるＩ
ＰＭの構成を示す回路図である。
【図５】本発明を適用した第５の実施の形態におけるＩ
ＰＭを示す回路図である。
【図６】本発明を適用した第６の実施の形態におけるＩ
ＰＭを示す回路図である。
【図７】本発明を適用した第７の実施の形態におけるＩ
ＰＭを示す回路図である。
【図８】本発明を適用した第８の実施の形態におけるＩ
ＰＭを示す回路図である。
【図９】従来のＩＰＭによるインバータ回路の構成例を
示した回路図である。
【符号の説明】
１、２、４、５、６、７、８ ＩＰＭ １１、１３、２５、２９、３１、３３、３５ ＯＲ回路 １５、１７、１９、２１、２３、５１、５７、７７ パ
ルス発生器 ２７ 遅延回路 ４３ パルス幅判別回路 ４５ ソフト停止回路 ４７ 位相制御回路 ４９ ゲートブロック回路 ５３ ＮＯＴ回路 ５４、５５、５５ａ、５５ｂ ＡＮＤ回路 ７１ 絶縁電池 ７１ コンデンサ ７５ 不足電圧検出回路（ＵＶ） １０１ 半導体スイッチ １０３ ゲート回路（ＧＡＴＥ） １０５ 過電流保護回路（ＯＣ） １０７ 過電圧保護回路（ＯＶ） １０９ 過負荷保護回路（ＯＬ） １２１、１２３、１２５、１２７ アーム １２９ コンデンサ １３１ 制御回路 １３３ コンデンサ放電用スイッチ１３３ １３５ 放電抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０３Ｋ 17/687 Ｈ０３Ｋ 17/687 Ａ Ｆターム(参考） 5G042 DD03 DD15 5H007 AA17 CA01 CB05 DA05 DB07 DC02 DC05 FA01 FA03 GA08 HA04 5H740 BA11 MM01 MM11 5J055 AX34 AX55 AX64 BX16 CX07 CX19 DX09 DX56 DX72 DX83 EX01 EX11 EY10 EY17 EZ00 EZ07 EZ25 FX07 FX17 GX01

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体スイッチと、該半導体スイッチの
    異常を検知する複数種類の保護回路とを一つの基板上に
    有するインテリジェントパワーモジュールにおいて、 前記複数種類の保護回路のいずれかから出力された保護
    信号を検知し、検知した保護信号の種類に応じて発生し
    た故障の軽重を表すための形態の異なる処置信号を出力
    する処置信号出力手段と、 を有することを特徴とするインテリジェントパワーモジ
    ュール。
  2. 【請求項２】 前記処置信号とは形態が異なり、前記複
    数種類の保護回路のいずれかから出力された保護信号に
    対応してそれぞれ形態の異なる故障信号を出力する故障
    信号出力手段をさらに有することを特徴とする請求項１
    記載のインテリジェントパワーモジュール。
  3. 【請求項３】 前記処置信号と前記故障信号は、同一の
    信号線により出力され、かつ、前記処置信号が前記故障
    信号よりも先に出力されることを特徴とする請求項２記
    載のインテリジェントパワーモジュール。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の
    インテリジェントパワーモジュールを制御する制御回路
    であって、 前記処置信号を受信し、受信した処置信号の形態に応じ
    て前記半導体スイッチを緊急停止するか、または前記半
    導体スイッチに流れる電流を時間をかけて徐々に絞るこ
    とを特徴とするインテリジェントパワーモジュールの制
    御回路。
  5. 【請求項５】 半導体スイッチと、該半導体スイッチの
    過負荷を検知する過負荷保護回路とを同一基板上に有す
    るインテリジェントパワーモジュールにおいて、 前記過負荷保護回路から出力される保護信号を検知した
    場合に、前記半導体スイッチへ供給するゲート信号を一
    定時間停止させるゲートブロック手段と、 前記過負荷保護回路から出力される保護信号を一定期間
    内に、あらかじめ設定した回数検知した場合に故障信号
    を出力する故障信号出力手段と、 を有することを特徴とするインテリジェントパワーモジ
    ュール。
  6. 【請求項６】 半導体スイッチと、該半導体スイッチの
    過電圧を検知する過電圧保護回路と、前記半導体スイッ
    チのオン、オフにより充放電されるコンデンサと、該コ
    ンデンサの放電用スイッチとを同一基板上に有するイン
    テリジェントパワーモジュールにおいて、 前記過電圧保護回路から出力される保護信号を検知した
    場合に、前記半導体スイッチへ供給するゲート信号を一
    定時間停止させるゲートブロック手段と、 前記過電圧保護回路から過電圧を示す信号を受信した場
    合に、前記放電用スイッチをオンにして、前記コンデン
    サを放電させるコンデンサ放電制御手段と、 前記過電圧保護回路から出力される保護信号を一定期間
    内に、あらかじめ設定した回数検知した場合に、故障信
    号を出力する故障信号出力手段と、 を有することを特徴とするインテリジェントパワーモジ
    ュール。
  7. 【請求項７】 半導体スイッチと、該半導体スイッチの
    異常を検知する保護回路と該保護回路に電力を供給する
    電源回路とを一つの基板上に有するインテリジェントパ
    ワーモジュールにおいて、 前記電源回路の故障時に、少なくとも故障信号を出力す
    るために必要な電力容量を蓄えた補助電源回路を有する
    ことを特徴とするインテリジェントパワーモジュール。
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