JP2006349467A - 温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度検出用ダイオードのオープン故障が発生した場合でも、他のダイオードに対応する温度検出対象の温度を検出する。
【解決手段】温度検出対象であるＩＧＢＴ１０，２０の近傍に設けられたダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１０，２０の温度を検出するシステムにおいて、ダイオードＤ１またはＤ２のオープン故障が発生すると、ダイオードＤ１およびＤ２に電流を供給している定電流回路１の出力電流Ｉ１０を低減させる。これにより、ダイオードのオープン故障が発生しても、他のダイオードに供給する電流を一定に保つことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度検出対象の近傍に設けたダイオードの両端電圧に基づいて、温度検出対象の温度を検出する装置に関する。

従来、ダイオードの温度に応じて、ダイオードの両端電圧が変化する特性を利用して、温度検出対象の近傍にダイオードを設けて、温度検出対象の温度を検出する装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の温度検出装置では、複数の素子の温度を検出するために、各素子の近傍にダイオードを設けて、１つの定電流源から各ダイオードに電流を供給している。

特開平１０−３８９６４号公報

しかしながら、従来の温度検出装置では、複数設けられているダイオードのうち、１つのダイオードがオープン故障すると、他のダイオードに流れる電流が増加するため、各素子の温度を正確に検出することができないという問題があった。

本発明による温度検出装置は、複数の温度検出対象の近傍にダイオードをそれぞれ設けて、１つの電流供給源から各ダイオードに電流を供給し、ダイオードの順方向電圧に基づいて、各温度検出対象の温度を検出する装置において、複数のダイオードとそれぞれ並列に接続された複数の抵抗回路にそれぞれ流れる電流に基づいて、ダイオードのオープン故障を検出し、ダイオードのオープン故障が検出されると、オープン故障が発生する前後において、故障が発生していないダイオードに流れる電流が変わらないように、電流供給源から供給される電流を低減することを特徴とする。

本発明による温度検出装置によれば、ダイオードのオープン故障を検出すると、オープン故障が発生する前後において、故障が発生していないダイオードに流れる電流が変わらないように、電流供給源から供給される電流を低減するので、ダイオードのオープン故障発生後も、正常なダイオードに対応する温度検出対象の温度を検出することができる。

図１は、一実施の形態における温度検出装置の構成を示す図である。一実施の形態における温度検出装置では、電力用スイッチング素子の１つであるＩＧＢＴ１０およびＩＧＢＴ２０の温度を検出する。

ダイオードＤ１は、温度検出対象であるＩＧＢＴ１０の近傍に配置されており、制御基板側に設けられている温度検出回路１００と配線またはコネクタを介して接続される。ダイオードＤ１は、温度が１度上昇すると、アノード端子およびカソード端子間の電圧が数ｍＶ低下する特性を有する。ダイオードＤ１のアノード端子は、抵抗Ｒ１を介して、電源Ｖccに基づいて定電流Ｉ１０を生成する定電流回路１に接続され、カソード端子は、ＩＧＢＴ１０のエミッタ端子と同電位である基準電位Ｖeeに接地されている。

ダイオードＤ１と同じ特性を有するダイオードＤ２は、温度検出対象であるＩＧＢＴ２０の近傍に配置されており、制御基板側に設けられている温度検出回路１００と配線またはコネクタを介して接続される。ダイオードＤ２のアノード端子は、抵抗Ｒ２を介して、定電流回路１に接続され、カソード端子は、ＩＧＢＴ２０のエミッタ端子と同電位である基準電位Ｖeeに接地されている。

ダイオードＤ１のアノード−カソード端子間には、抵抗Ｒ１１およびＲ１２が直列に接続されて構成される抵抗回路が並列に接続されている。抵抗Ｒ１１およびＲ１２の接続点は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１のゲート端子と接続されている。ここでは、ダイオードＤ１に故障が発生していないときに、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１がオフの状態を保つように、抵抗Ｒ１１およびＲ１２の抵抗値を設定しておく。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１のドレイン端子は、抵抗Ｒ１３の一端およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３のゲート端子と接続されており、ソース端子は、基準電位Ｖeeに接地されている。

同様に、ダイオードＤ２のアノード−カソード端子間には、抵抗Ｒ２１およびＲ２２が直列に接続されて構成される抵抗回路が並列に接続されている。抵抗Ｒ２１およびＲ２２の接続点は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２のゲート端子と接続されている。ここでは、ダイオードＤ２に故障が発生していないときに、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２がオフの状態を保つように、抵抗Ｒ２１およびＲ２２の抵抗値を設定しておく。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２のドレイン端子は、抵抗Ｒ２３の一端およびＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のゲート端子と接続されており、ソース端子は、基準電位Ｖeeに接地されている。

ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３のドレイン端子は、抵抗Ｒ１４の一端と接続されており、ソース端子は、電源Ｖccと接続されている。抵抗Ｒ１４の他端は、抵抗Ｒ３２およびＲ３３の接続点と接続されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１がオフしている間は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３のゲート電圧とソース電圧とが等しくなるので、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３はオフしている。

また、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン端子は、抵抗Ｒ２４の一端と接続されており、ソース端子は、電源Ｖccと接続されている。抵抗Ｒ２４の他端は、抵抗Ｒ３２およびＲ３３の接続点と接続されている。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２がオフしている間は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のゲート電圧とソース電圧とが等しくなるので、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２４はオフしている。

定電流回路１は、抵抗Ｒ３１、Ｒ３２、および、Ｒ３３と、電流制御素子であるＰＮＰトランジスタＱ１とを備える。ＰＮＰトランジスタＱ１のベース端子は、抵抗Ｒ３２とＲ３３との分岐点に接続され、エミッタ端子は抵抗Ｒ３１を介して、電源Ｖccに接続されている。また、コレクタ端子は、抵抗Ｒ１の一端および抵抗Ｒ２の一端と接続されている。

コントローラ５０には、ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタ端子と抵抗Ｒ１またはＲ２との接続点の電圧Ｖ２００が入力される。コントローラ５０は、入力された電圧Ｖ２００に基づいて、ＩＧＢＴ１０またはＩＧＢＴ２０の温度を検出する。電圧Ｖ２００に基づいて、ＩＧＢＴ１０またはＩＧＢＴ２０の温度を検出する原理について、以下で説明する。

図２は、ダイオードＤ１に流れる電流Ｉ１と、電圧Ｖ２００との関係を示す図である。定電流回路１とダイオードＤ１との間に抵抗Ｒ１を設けることにより、抵抗Ｒ１の両端電圧の分だけ、コントローラ５０に入力される電圧Ｖ２００が高くなる。すなわち、電流Ｉ１と電圧Ｖ２００との関係を示す波形が右方向にシフトする。原理説明のため、抵抗Ｒ２側の回路は無いものと仮定すると、抵抗Ｒ１の両端に加わるオフセット電圧ΔＶosは、次式（１）により表される。ただし、Ｉ１は、ダイオードＤ１に流れる電流であり、Ｉ１１は、抵抗Ｒ１１およびＲ１２により構成される抵抗回路に流れる電流である。
ΔＶos＝Ｒ１×（Ｉ１＋Ｉ１１） （１）

図３は、ダイオードＤ１の温度によって、ダイオードＤ１に流れる電流Ｉ１と、電圧Ｖ２００との関係が変化することを示す図である。ダイオードＤ１の温度が上昇すると、ダイオードＤ１のアノード−カソード端子間電圧が低下するので、電圧Ｖ２００も低下する。ダイオードＤ２の温度が上昇した場合も同様に、電圧Ｖ２００が低下する。すなわち、コントローラ５０は、電圧Ｖ２００に基づいて、ＩＧＢＴ１０または２０の温度を検出することができる。

図４は、温度検出回路１００とダイオードＤ１との間が断線した場合の各部の電気特性を示す図である。上から順に、抵抗Ｒ１１およびＲ１２の間の電圧Ｖ２０１、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１の動作、抵抗Ｒ２１およびＲ２２の間の電圧Ｖ２０２、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２の動作、定電流回路１から供給される電流Ｉ１０、ダイオードＤ１に流れる電流Ｉ１、ダイオードＤ２に流れる電流Ｉ２、および、電圧Ｖ２００をそれぞれ示している。

任意の時刻ｔ１において、温度検出回路１００とダイオードＤ１との間が断線した場合、抵抗Ｒ１１およびＲ１２に流れる電流Ｉ１１が増加するため、抵抗Ｒ１１およびＲ１２の間の電圧Ｖ２０１（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１のゲート電圧）が上昇する。これにより、オフしていたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１がオンする。

ここで、断線が生じていない場合の定電流回路１の出力電流Ｉ１０は、抵抗Ｒ３２の両端電圧をＶ＿Ｒ３２、ＰＮＰトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧をＶbeとすると、次式（２）により表される。
Ｉ１０＝（Ｖ＿Ｒ３２−Ｖbe）／Ｒ３１ （２）
また、抵抗Ｒ３２の両端電圧Ｖ＿Ｒ３２は、次式（３）により表される。
Ｖ＿Ｒ３２＝Ｖcc×Ｒ３２／（Ｒ３２＋Ｒ３３） （３）

上述したように、温度検出回路１００とダイオードＤ１との間が断線すると、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１がオンする。これにより、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３のゲート電圧が低下するので、オフしていたＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３がオンする。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３がオンすると、抵抗Ｒ３２に抵抗Ｒ１４が並列接続される。この場合、抵抗Ｒ３２の両端電圧Ｖ＿Ｒ３２は、次式（４）になる。
Ｖ＿Ｒ３２＝Ｖcc×Ｒ３００／（Ｒ３３＋Ｒ３００） （４）
ただし、Ｒ３００は、並列に接続された抵抗Ｒ３２とＲ１４との合成抵抗であり、Ｒ３００＜Ｒ３２の関係が成り立つ。

抵抗Ｒ３２に抵抗Ｒ１４が並列に接続されることにより、抵抗Ｒ３２の両端電圧Ｖ＿Ｒ３２は低下する。従って、式（２）で表される定電流回路１の出力電流Ｉ１０も低下する。ここで、断線が生じる前後において、抵抗Ｒ２側に供給される電流が一定になるように定電流回路１の出力電流Ｉ１０を低下させれば、ダイオードＤ１の断線が生じた後も、断線が生じる前と同じ電流をダイオードＤ２に供給し続けることができる。定電流回路１の出力電流Ｉ１０の低減度合は、抵抗Ｒ３２と並列に接続される抵抗Ｒ１４の値によって決まるため、断線が生じる前後において、抵抗Ｒ２側に供給される電流が一定になるように、抵抗Ｒ１４の抵抗値を予め実験等によって求めておけばよい。

なお、図４では、定電流回路１の出力電流Ｉ１０が変わらない場合の電流Ｉ２、および、電圧Ｖ２００を一点鎖線でそれぞれ示している。定電流回路１の出力電流Ｉ１０が変化しない場合には、ダイオードＤ１のオープン故障が生じると、ダイオードＤ２に流れる電流Ｉ２が増加する。これにより、コントローラ５０に入力される電圧Ｖ２００は増加する。すなわち、定電流回路１の出力電流Ｉ１０が変化しない場合には、ダイオードＤ１のオープン故障が発生すると、ダイオードＤ２の温度が変化していないにも関わらず、電圧Ｖ２００が上昇してしまう。

ここで、断線が生じる前の電圧Ｖ２００、および、断線が生じた後の電圧Ｖ２００ｋをそれぞれ式で表しておく。まず、定電流回路１の出力電流Ｉ１０は、次式（５）にて表される。ただし、ダイオードＤ１のアノード−カソード端子間電圧をＶ２０３、ダイオードＤ２のアノード−カソード端子間電圧をＶ２０４とする。
Ｉ１０＝（Ｖ２００−Ｖ２０４）／Ｒ２＋（Ｖ２００−Ｖ２０３）／Ｒ１ （５）
式（５）をＶ２００について整理すると、次式（６）となる。
Ｖ２００＝（Ｒ２×Ｒ１×Ｉ１０＋Ｒ２×Ｖ２０３＋Ｒ１×Ｖ２０４）／（Ｒ１＋Ｒ２）
（６）

なお、抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値は同一であり、式（６）中の（Ｒ２×Ｒ１×Ｉ１０）／（Ｒ１＋Ｒ２）は、図２で説明したオフセット電圧に相当する。

次に、温度検出回路１００とダイオードＤ１との間で断線が生じた後の電圧Ｖ２００ｋを求める。断線が生じた後のダイオードＤ２の両端電圧をＶ２０４ｋとすると、定電流回路１の出力電流Ｉ１０ｋは、次式（７）にて表される。
Ｉ１０ｋ＝（Ｖ２００ｋ−Ｖ２０４ｋ）／Ｒ２＋Ｖ２００ｋ／（Ｒ１＋Ｒ１１＋Ｒ１２）
（７）
式（７）をＶ２００ｋについて整理すると、次式（８）となる。
Ｖ２００ｋ＝｛Ｒ２×Ｒ１×Ｉ１０ｋ＋Ｉ１０ｋ×Ｒ２×（Ｒ１１＋Ｒ１２）＋Ｒ１×Ｖ２０４ｋ＋Ｖ２０４ｋ×（Ｒ１１＋Ｒ１２）｝／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ１１＋Ｒ１２） （８）

式（６）により表される、断線が生じる前の電圧Ｖ２００と、式（８）により表される、断線が生じた後の電圧Ｖ２００ｋとが一致するように、定電流回路１の出力電流Ｉ１０ｋを調整すれば、断線が生じる前後において、ＩＧＢＴ１０およびＩＧＢＴ２０の温度異常を検出するための電圧Ｖ２００を一定の値に保つことができる。すなわち、温度検出回路１００と、ダイオードＤ１との間で断線故障が生じても、電圧Ｖ２００に基づいて、ＩＧＢＴ２０の温度異常を検出することができる。

温度検出回路１００とダイオードＤ２との間で断線が生じた場合についても同様である。すなわち、断線が生じる前後において、電圧Ｖ２００が一定に保たれるように、定電流回路１の出力電流Ｉ１０を低減させる。温度検出回路１００とダイオードＤ２との間で断線が生じると、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２２がオンして、抵抗Ｒ３３に抵抗Ｒ２３が並列接続される。断線が発生した後の定電流回路１の出力電流は、抵抗Ｒ２３の抵抗値によって決まるので、断線が生じる前後において、電圧Ｖ２００が一定に保たれるように、抵抗Ｒ２３の抵抗値を予め実験等によって求めておけばよい。

一実施の形態における温度検出装置は、複数の温度検出対象（ＩＧＢＴ１０，ＩＧＢＴ２０）の近傍にダイオード（Ｄ１，Ｄ２）をそれぞれ設けて、１つの電流供給源（１）から各ダイオードに電流を供給し、ダイオードの順方向電圧に基づいて、各温度検出対象の温度を検出する温度検出装置に適用される。この温度検出装置において、複数のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）とそれぞれ並列に抵抗回路（Ｒ１１およびＲ１２によって構成される抵抗回路、Ｒ２１およびＲ２２によって構成される抵抗回路）を接続し、抵抗回路にそれぞれ流れる電流に基づいて、ダイオード（Ｄ１，Ｄ２）のオープン故障を検出し、ダイオードのオープン故障が検出されると、オープン故障が発生する前後において、正常なダイオードに流れる電流が変わらないように、電流供給源（１）から供給される電流を低減する。これにより、いずれか１つのダイオードのオープン故障が発生した場合でも、他のダイオードに流す電流を一定に保つことができるので、故障が発生していないダイオードに対応する温度検出対象の温度を検出することができる。

一実施の形態における温度検出装置によれば、いずれか１つのダイオード（Ｄ１，Ｄ２）のオープン故障が発生すると、電流供給源（１）を構成するＰＮＰトランジスタＱ１の制御端子に印加する電圧を低減することによって、電流供給源（１）の出力電流Ｉ１０を低減する。これにより、ダイオードのオープン故障発生時に、電流供給源（１）の出力電流Ｉ１０を確実に低減させることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、温度検出対象の近傍に設けられるダイオードのオープン故障が発生した時に、定電流回路１の出力電流Ｉ１０を低減する回路の構成として、図１に示す回路を挙げて説明したが、ダイオードのオープン故障発生時に、定電流回路１の出力電流Ｉ１０を低減できる回路であれば、図１に示す回路に限定されることはない。

上述した一実施の形態では、温度検出対象であるＩＧＢＴが２つ設けられている例について説明したが、温度検出対象は３つ以上あってもよい。例えば、温度検出対象が３つの場合には、温度検出対象と並列に接続するダイオード、ダイオードと定電流回路１との間に設ける抵抗（抵抗Ｒ１，Ｒ２に相当）、ダイオードと並列に接続する抵抗回路（抵抗Ｒ１１，Ｒ１２によって構成される抵抗回路、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２によって構成される抵抗回路に相当）、断線が生じるとオンするＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１，２２に相当）、断線が生じた後に抵抗Ｒ３３と並列に接続される抵抗（抵抗Ｒ１３，Ｒ２３に相当）を設ければよい。

なお、温度検出対象の一例としてＩＧＢＴを挙げたが、温度検出対象は、ＩＧＢＴに限られない。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２、および、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２が抵抗回路を、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１，２２が故障検出手段を、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２１，２２、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ２３，２４、および、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２３，Ｒ２４が電流制御手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態における温度検出装置の構成を示す図 ダイオードに流れる電流と、ＩＧＢＴの温度を検出するための電圧Ｖ２００との関係を示す図 ダイオードの温度によって、ダイオードに流れる電流と、電圧Ｖ２００との関係が変化することを示す図 温度検出回路とダイオードとの間が断線した場合の各部の電気特性を示す図

符号の説明

１…定電流回路、１０，２０…ＩＧＢＴ、２１，２２…ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ、２３，２４…ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ、５０…コントローラ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｑ１…ＰＮＰトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３…抵抗

Claims (3)

1. 複数の温度検出対象の近傍にダイオードをそれぞれ設けて、１つの電流供給源から各ダイオードに電流を供給し、ダイオードの順方向電圧に基づいて、各温度検出対象の温度を検出する温度検出装置において、
   前記複数の温度検出対象に対応して設けられている複数のダイオードとそれぞれ並列に接続された複数の抵抗回路と、
   前記複数の抵抗回路にそれぞれ流れる電流に基づいて、ダイオードのオープン故障を検出する故障検出手段と、
   前記故障検出手段によってダイオードのオープン故障が検出されると、オープン故障が発生する前後において、故障が発生していないダイオードに流れる電流が変わらないように、前記電流供給源から供給される電流を低減する電流制御手段とを備えることを特徴とする温度検出装置。
2. 請求項１に記載の温度検出装置において、
   前記電流供給源は、制御端子に印加される電圧に応じて出力電流を制御する電流制御素子を備えており、
   前記電流制御手段は、前記故障検出手段によってダイオードのオープン故障が検出されると、前記電流制御素子の制御端子に印加する電圧を変化させることによって、前記電流供給源から供給される電流を低減することを特徴とする温度検出装置。
3. 請求項２に記載の温度検出装置において、
   前記故障検出手段は、ダイオードのオープン故障発生時に、故障が発生したダイオードと並列に接続されている抵抗回路に流れる電流が増加することに起因してオンするスイッチング素子を備えており、
   前記電流制御手段は、前記スイッチング素子がオンすると、前記電流制御素子の制御端子に印加する電圧を変化させることを特徴とする温度検出装置。

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