JP2008141841A - Overcurrent protection circuit - Google Patents

Overcurrent protection circuit Download PDF

Info

Publication number
JP2008141841A
JP2008141841A JP2006324413A JP2006324413A JP2008141841A JP 2008141841 A JP2008141841 A JP 2008141841A JP 2006324413 A JP2006324413 A JP 2006324413A JP 2006324413 A JP2006324413 A JP 2006324413A JP 2008141841 A JP2008141841 A JP 2008141841A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
current
voltage
threshold
protection circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006324413A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4420012B2 (en
Inventor
Ryosuke Inoshita
龍介 井ノ下
Kenichi Ohama
健一 大濱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2006324413A priority Critical patent/JP4420012B2/en
Publication of JP2008141841A publication Critical patent/JP2008141841A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4420012B2 publication Critical patent/JP4420012B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that it is difficult to properly detect an overcurrent immediately after the on-operation of a switching element SW when detecting the overcurrent by detecting a current flowing in the switching element SW by using a sense voltage. <P>SOLUTION: The sense voltage is applied to each non-inverting input terminal of an overcurrent comparator 43 and a penetration current comparator 44 via an RC filter circuit 42. Threshold voltages Vref1, Vref2 are applied to inverting input terminals of the overcurrent comparator 43 and the penetration current comparator 44. When a duration in which the sense voltage becomes the threshold voltage Vref1 or higher reaches a specified time Delay1 or longer, and when a duration in which the sense voltage becomes the threshold voltage Vref2 or higher reaches a specified time Delay2 or longer, the switching element SW is shut off. The specified time Delay2 and the threshold voltage Vref2 are set for a penetration current. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧駆動形のスイッチング素子を流れる電流を制限する過電流保護回路に関する。   The present invention relates to an overcurrent protection circuit that limits a current flowing through a voltage-driven switching element.

この種の保護回路としては、例えば下記特許文献1に見られるように、スイッチング素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のセンス端子から出力される微少電流(センス電流)がIGBTのコレクタ電流と相関を有することを利用して、IGBTに流れる電流を検出する保護回路も提案されている。同保護回路では、センス端子及びエミッタ間に接続される抵抗体における電圧降下量に基づき、IGBTを流れる電流を間接的に検出する。そして、電圧降下量を閾値電圧と比較することで、IGBTを流れる電流が閾値以上であるか否かを判断する。   As this type of protection circuit, for example, as shown in Patent Document 1 below, a minute current (sense current) output from the sense terminal of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) as a switching element is correlated with the collector current of the IGBT. A protection circuit that detects the current flowing through the IGBT by utilizing the above has also been proposed. In the protection circuit, the current flowing through the IGBT is indirectly detected based on the voltage drop amount in the resistor connected between the sense terminal and the emitter. And it is judged whether the electric current which flows through IGBT is more than a threshold value by comparing the amount of voltage drops with a threshold voltage.

更に、上記保護回路では、IGBTを流れる電流が閾値以上となる継続期間が規定時間となることでIGBTを遮断するに際し、複数の閾値を設定し、閾値が大きいほど規定時間を短く設定している。これは、IGBTに流れる電流が大きいほど同電流が流れる許容時間が短くなることに鑑みてなされる設定である。この設定により、IGBTの遮断を適切なタイミングで行なうことができる。
特開平5−292656号公報
Further, in the above protection circuit, when the IGBT is shut off because the duration in which the current flowing through the IGBT is equal to or greater than the threshold is a specified time, a plurality of thresholds are set, and the specified time is set shorter as the threshold is larger. . This is a setting made in view of the fact that the allowable time for the current to flow becomes shorter as the current flowing to the IGBT becomes larger. With this setting, the IGBT can be shut off at an appropriate timing.
JP-A-5-292656

ところで、例えばインバータ等にあっては、スイッチング素子が直列に接続された構成を有する。この場合、一対のスイッチング素子が同時にオン状態となるときには、これらを貫通する電流が流れることに起因して、スイッチング素子を流れる電流が特に大きくなる傾向にある。また、この際には、単一のスイッチング素子がオン状態であるときと比較して、スイッチング素子を流れる電流の増加速度が大きくなる傾向にある。このため、単一のスイッチング素子に基づき許容時間や閾値電圧を設定したのでは貫通電流が流れる際に適切に対処することができない。   By the way, for example, an inverter or the like has a configuration in which switching elements are connected in series. In this case, when the pair of switching elements are simultaneously turned on, the current flowing through the switching elements tends to be particularly large due to the current flowing therethrough. At this time, the rate of increase in the current flowing through the switching element tends to increase compared to when the single switching element is in the ON state. For this reason, if the allowable time and the threshold voltage are set based on a single switching element, it is not possible to appropriately deal with when a through current flows.

また、上記センス電流とコレクタ電流との関係は一義的な関係(略比例関係)となるとはいうものの、IGBTがオン操作された直後における関係は、ゲート電圧の安定状態における関係とは相違することが発明者らによって見出されている。このため、ゲート電圧の安定状態における上記関係に基づき短い規定時間に対応する閾値電圧を設定したのでは、IGBTがオン操作された直後において、同閾値電圧は適切なものとならないおそれがある。   Further, although the relationship between the sense current and the collector current is a unique relationship (substantially proportional relationship), the relationship immediately after the IGBT is turned on is different from the relationship in the stable state of the gate voltage. Has been found by the inventors. For this reason, if a threshold voltage corresponding to a short specified time is set based on the above relationship in the stable state of the gate voltage, the threshold voltage may not be appropriate immediately after the IGBT is turned on.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧駆動形のスイッチング素子を流れる電流をスイッチング素子と接続される抵抗体の電圧降下量に基づき検出するものにあって、スイッチング素子に流れる電流をより適切に制限することのできる過電流保護回路を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect a current flowing through a voltage-driven switching element based on a voltage drop amount of a resistor connected to the switching element. An object of the present invention is to provide an overcurrent protection circuit that can more appropriately limit the current flowing through the switching element.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量が第1の閾値電圧以上となる継続時間が第1の規定時間以上となるとき、前記スイッチング素子に過度の電流が流れると判断する過電流判断手段と、前記電圧降下量が第2の閾値電圧以上となる継続時間が第2の規定時間以上となるとき、前記スイッチング素子及びこれに隣接するスイッチング素子を貫通する電流が流れると判断する貫通電流判断手段と、前記貫通する電流又は前記過度の電流が流れると判断されるとき、前記スイッチング素子を遮断する遮断手段とを備え、前記第2の規定時間が前記第1の規定時間よりも短く設定されてなることを特徴とする。   In the first aspect of the present invention, the voltage drop amount of the resistor connected between the sense terminal and the output terminal that outputs a minute current correlated with the current between the input terminal and the output terminal of the switching element is the first. Overcurrent determination means for determining that an excessive current flows through the switching element when a continuation time that is equal to or greater than a threshold voltage is equal to or greater than a first specified time; and continuation that the voltage drop amount is equal to or greater than a second threshold voltage When the time is equal to or longer than the second specified time, the through current determining means for determining that a current passing through the switching element and the adjacent switching element flows, and determining that the penetrating current or the excessive current flows. And a blocking means for blocking the switching element, wherein the second specified time is set shorter than the first specified time. .

上記発明では、電圧降下量が第2の閾値電圧以上となる継続時間が第2の規定時間以上となることで、貫通電流が流れたと判断される。この第2の規定時間を第1の規定時間よりも短くすることで、貫通電流に適切に対処することができる。そして、貫通電流が流れたと判断されるときにスイッチング素子を遮断することで、単にスイッチング素子の電流を制限する場合と比較してスイッチング素子を流れる電流量を低減することができ、ひいてはスイッチング素子の発熱量を低減することができる。   In the said invention, it is judged that the through-current flowed because the duration for which the voltage drop amount is equal to or higher than the second threshold voltage is equal to or longer than the second specified time. By making the second specified time shorter than the first specified time, it is possible to appropriately cope with the through current. Then, by cutting off the switching element when it is determined that the through current has flowed, the amount of current flowing through the switching element can be reduced compared to the case of simply limiting the current of the switching element. The calorific value can be reduced.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第2の閾値電圧は、前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧の安定時に対する前記スイッチング素子のオン操作直後の前記電圧降下量の変化分を補償しつつ設定されてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the second threshold voltage is a voltage drop amount immediately after the switching element is turned on with respect to a stable voltage of the conduction control terminal of the switching element. It is characterized by being set while compensating for the change.

スイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流と電圧降下量との関係は、スイッチング素子のオン操作直後におけるものと導通制御端子の電圧の安定時におけるものとで相違することがある。このため、導通制御端子の電圧の安定時におけるスイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流とセンス端子から出力される電流との関係に基づき、貫通電流用の閾値電流に応じた第2の閾値電圧を設定したのでは、第2の閾値電圧となったと判断されるときの実際の電流が貫通電流用の閾値電流と一致しないおそれがある。この点、上記発明は、導通制御端子の電圧の安定時に対するオン操作直後の電圧降下量の変化分を補償しつつ閾値電圧を設定することで、こうした問題を回避することができる。   The relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the voltage drop amount may be different between immediately after the switching element is turned on and when the voltage of the conduction control terminal is stable. Therefore, based on the relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the current output from the sense terminal when the voltage of the conduction control terminal is stable, the second current corresponding to the threshold current for through current is determined. If the threshold voltage is set, the actual current when it is determined that the second threshold voltage is reached may not match the threshold current for the through current. In this respect, the above-described invention can avoid such a problem by setting the threshold voltage while compensating for the change in the amount of voltage drop immediately after the ON operation with respect to the stable voltage of the conduction control terminal.

請求項3記載の発明は、前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量と閾値電圧との比較に基づき、前記スイッチング素子を閾値以上の電流が流れるか否かを判断する判断手段を備え、前記閾値電圧は、前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧の安定時に対する前記スイッチング素子のオン操作直後の前記電圧降下量の変化分を補償しつつ設定されてなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a voltage drop amount and a threshold voltage of a sense terminal that outputs a minute current having a correlation with a current between an input terminal and an output terminal of the switching element and a resistor connected between the output terminals. And determining means for determining whether or not a current greater than or equal to a threshold value flows through the switching element, the threshold voltage being an ON operation of the switching element when the voltage of the conduction control terminal of the switching element is stable It is set while compensating for the change in the voltage drop immediately thereafter.

スイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流と電圧降下量との関係は、スイッチング素子のオン操作直後におけるものと導通制御端子の電圧の安定時におけるものとで相違することがある。このため、導通制御端子の電圧の安定時におけるスイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流とセンス端子から出力される電流との関係に基づき、電流の閾値に応じた閾値電圧を設定したのでは、閾値電圧となったと判断されるときの実際の電流が閾値電流と一致しないおそれがある。この点、上記発明は、導通制御端子の電圧の安定時に対するオン操作直後の電圧降下量の変化分を補償しつつ閾値電圧を設定することで、こうした問題を回避することができる。   The relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the voltage drop amount may be different between immediately after the switching element is turned on and when the voltage of the conduction control terminal is stable. Therefore, based on the relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the current output from the sense terminal when the voltage of the conduction control terminal is stable, the threshold voltage corresponding to the current threshold is set. Then, the actual current when it is determined that the threshold voltage is reached may not match the threshold current. In this respect, the above-described invention can avoid such a problem by setting the threshold voltage while compensating for the change in the amount of voltage drop immediately after the ON operation with respect to the stable voltage of the conduction control terminal.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記スイッチング素子は、直列接続された複数のスイッチング素子のうちの1つであり、前記設定のなされた閾値電圧が、前記スイッチング素子を流れる電流についての互いに異なる値を有する複数の閾値のうちの最大値と対応する閾値電圧であり、前記判断手段は、前記スイッチング素子に前記複数の閾値のいずれか以上の電流が当該閾値に応じた規定時間以上流れるか否かを判断するものであり、前記規定時間は、前記閾値が大きいほど短く設定されてなることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the switching element is one of a plurality of switching elements connected in series, and the set threshold voltage is determined by the switching element. A threshold voltage corresponding to a maximum value among a plurality of thresholds having different values for the flowing current, and the determination means determines whether a current equal to or greater than one of the plurality of thresholds corresponds to the threshold. It is determined whether or not it flows for a specified time or more, and the specified time is set shorter as the threshold value is larger.

スイッチング素子が直列接続される場合には、隣接する2つのスイッチング素子が同時にオンするときにこれらスイッチング素子を貫通電流が流れる。この貫通電流は、隣接するスイッチング素子が同時にオンしないときに流れる電流よりも大きくなる傾向にある。しかも、貫通電流が流れるときには、単一のスイッチング素子がオン状態であるときよりも電流の増加速度が大きい。このため、貫通電流が流れるときにはスイッチング素子を流れる電流の制限を迅速に行なわないと、スイッチング素子に過度の電流が流れるおそれがある。   When the switching elements are connected in series, a through current flows through these switching elements when two adjacent switching elements are simultaneously turned on. This through current tends to be larger than the current that flows when adjacent switching elements do not turn on at the same time. Moreover, when the through current flows, the rate of increase in current is greater than when the single switching element is in the on state. For this reason, excessive current may flow through the switching element unless the current flowing through the switching element is quickly limited when a through current flows.

この点、上記発明では、閾値が大きいほど規定時間を短く設定することで、貫通電流を判断する閾値、すなわち大きい閾値に対しては短い規定時間を設定することができ、ひいては貫通電流が流れた際、これを適切に制限することができる。   In this regard, in the above-described invention, by setting the specified time shorter as the threshold value is larger, it is possible to set a shorter specified time for the threshold value for determining the through current, that is, the larger threshold value, and thus the through current flows. This can be appropriately limited.

請求項5記載の発明は、前記閾値が互いに異なる値を有する複数からなり、前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量と前記各閾値に応じた閾値電圧との比較に基づき、前記スイッチング素子に前記複数の閾値のいずれか以上の電流が当該閾値に応じた規定時間以上流れるか否かを判断する判断手段を備え、前記各閾値電圧は、前記スイッチング素子の許容電流に応じた値にマージンを付与することで設定され、前記閾値が大きいほど、前記マージンが大きく設定されてなることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, the threshold value includes a plurality of values having different values from each other, and is connected between the sense terminal and the output terminal that output a minute current having a correlation with the current between the input terminal and the output terminal of the switching element. Whether or not current more than one of the plurality of threshold values flows through the switching element for a specified time or more based on a comparison between a voltage drop amount of the resistor to be applied and a threshold voltage corresponding to each threshold value The threshold voltage is set by adding a margin to a value corresponding to the allowable current of the switching element, and the larger the threshold, the larger the margin is set. Features.

スイッチング素子が直列接続される場合には、隣接する2つのスイッチング素子が同時にオンするときにこれらスイッチング素子を貫通電流が流れる。この貫通電流は、隣接するスイッチング素子が同時にオンしないときに流れる電流よりも大きくなる傾向にある。しかも、貫通電流が流れるときには、単一のスイッチング素子がオン状態であるときよりも電流の増加速度が大きい。このため、貫通電流が流れるときにはスイッチング素子を流れる電流の制限を迅速に行なわないと、スイッチング素子に過度の電流が流れるおそれがある。したがって、スイッチング素子を貫通電流を流れるか否かは、大きい閾値及び短い規定時間によって判断することが望ましい。   When the switching elements are connected in series, a through current flows through these switching elements when two adjacent switching elements are simultaneously turned on. This through current tends to be larger than the current that flows when adjacent switching elements do not turn on at the same time. Moreover, when the through current flows, the rate of increase in current is greater than when the single switching element is in the on state. For this reason, excessive current may flow through the switching element unless the current flowing through the switching element is quickly limited when a through current flows. Therefore, it is desirable to determine whether or not a through current flows through the switching element based on a large threshold and a short specified time.

一方、スイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流と電圧降下量との関係は、スイッチング素子のオン操作直後におけるものと導通制御端子の電圧の安定時におけるものとで相違することがある。このため、導通制御端子の電圧の安定時におけるスイッチング素子の入力端子及び出力端子間を流れる電流とセンス端子から出力される電流との関係に基づき、電流の閾値に応じた閾値電圧を設定したのでは、スイッチング素子のオン操作直後に閾値電圧となったと判断されるときの実際の電流が閾値電流よりも小さくなるおそれがある。この点、上記発明は、閾値電圧を定めるに際してのマージンを閾値が大きいほど大きくすることで、規定時間が短いほどマージンを大きく設定する。このため、スイッチング素子のオン操作直後にあって問題となる短い規定時間に対応した大きい閾値を適切に設定することができる。   On the other hand, the relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the amount of voltage drop may be different between that immediately after the switching element is turned on and when the voltage of the conduction control terminal is stable. Therefore, based on the relationship between the current flowing between the input terminal and the output terminal of the switching element and the current output from the sense terminal when the voltage of the conduction control terminal is stable, the threshold voltage corresponding to the current threshold is set. Then, the actual current when it is determined that the threshold voltage has been reached immediately after the switching element is turned on may be smaller than the threshold current. In this respect, the above-described invention increases the margin for determining the threshold voltage as the threshold value increases, and sets the margin larger as the specified time is shorter. For this reason, it is possible to appropriately set a large threshold value corresponding to a short specified time which is a problem immediately after the switching element is turned on.

請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の発明において、前記複数の閾値が、2つの閾値であることを特徴とする。   The invention described in claim 6 is the invention described in claim 4 or 5, characterized in that the plurality of threshold values are two threshold values.

上記発明では、2つの閾値を設けることで、当該スイッチング素子がオン状態であるが隣接するものはオフ状態である時において過度の電流が流れるときと、隣接するスイッチング素子を貫通電流が流れるときとの双方に適切に対処することができる。   In the above invention, by providing two threshold values, when the switching element is in the on state but the adjacent element is in the off state, when an excessive current flows, and when a through current flows through the adjacent switching element, Both can be dealt with appropriately.

請求項7記載の発明は、請求項3〜6のいずれかに記載の発明において、前記スイッチング素子を流れる電流の制限は、前記スイッチング素子を遮断することで行なわれることを特徴とする。   A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the invention according to any one of the third to sixth aspects, the current flowing through the switching element is limited by shutting off the switching element.

上記構成では、スイッチング素子を流れる電流が閾値以上となるとき、スイッチング素子を遮断することで、スイッチング素子に過度の電流が流れる状況において、その消費電力を極力低減することができる。   In the above configuration, when the current flowing through the switching element is equal to or higher than the threshold value, the power consumption can be reduced as much as possible in the situation where excessive current flows through the switching element by cutting off the switching element.

請求項8記載の発明は、請求項2〜7のいずれかに記載の発明において、前記抵抗体の電圧降下量をフィルタ処理するフィルタ手段を更に備え、前記判断手段は、フィルタ手段の出力を前記電圧降下量として取り込むことを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 2 to 7, further comprising filter means for filtering a voltage drop amount of the resistor, wherein the judging means outputs the output of the filter means to the It is characterized in that it is taken in as a voltage drop amount.

スイッチング素子のオン操作直後には、電圧降下量にノイズが重畳しやすいため、正確な電流を検出することが困難となる。この点、上記発明では、フィルタ手段を備えることで、オン操作直後においてもスイッチング素子を流れる電流を精度良く検出することができる。   Immediately after the switching element is turned on, noise is likely to be superimposed on the voltage drop, making it difficult to detect an accurate current. In this regard, in the above invention, by providing the filter means, the current flowing through the switching element can be accurately detected even immediately after the ON operation.

以下、本発明にかかる過電流保護回路をハイブリッド車の高圧システムに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment in which an overcurrent protection circuit according to the present invention is applied to a high-voltage system of a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す。   FIG. 1 shows the overall configuration of a motor generator control system according to this embodiment.

図示されるように、モータジェネレータ10の3つの相(U相、V相、W相)には、インバータ12が接続されている。このインバータ12は、3相インバータであり、高圧バッテリ14の電圧をモータジェネレータ10の3つの相に適宜印加する。詳しくは、インバータ12は、3つの相のそれぞれと高圧バッテリ14の正極側又は負極側とを導通させるべく、スイッチング素子SW1、SW2(U相アーム)とスイッチング素子SW3,SW4(V相アーム)とスイッチング素子SW5,SW6(W相アーム)との並列接続体を備えて構成されている。そして、スイッチング素子SW1及びスイッチング素子SW2を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のU相と接続されている。また、スイッチング素子SW3及びスイッチング素子SW4を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のV相と接続されている。更に、スイッチング素子SW5及びスイッチング素子SW6を直列接続する接続点がモータジェネレータ10のW相と接続されている。ちなみに、これらスイッチング素子SW1〜SW6は、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)によって構成されている。また、インバータ12は、各スイッチング素子SW1〜SW6に逆並列に接続されたフライホイールダイオードD1〜D6を備えている。   As shown in the figure, an inverter 12 is connected to three phases (U phase, V phase, and W phase) of the motor generator 10. The inverter 12 is a three-phase inverter, and appropriately applies the voltage of the high voltage battery 14 to the three phases of the motor generator 10. Specifically, the inverter 12 switches the switching elements SW1 and SW2 (U-phase arm) and the switching elements SW3 and SW4 (V-phase arm) so that each of the three phases is electrically connected to the positive electrode side or the negative electrode side of the high-voltage battery 14. It comprises a parallel connection body with switching elements SW5 and SW6 (W-phase arm). A connection point for connecting switching element SW <b> 1 and switching element SW <b> 2 in series is connected to the U phase of motor generator 10. Further, a connection point for connecting switching element SW3 and switching element SW4 in series is connected to the V phase of motor generator 10. Furthermore, a connection point for connecting switching element SW5 and switching element SW6 in series is connected to the W phase of motor generator 10. Incidentally, these switching elements SW1 to SW6 are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT) in this embodiment. The inverter 12 includes flywheel diodes D1 to D6 connected in antiparallel to the switching elements SW1 to SW6.

上記スイッチング素子SW1〜SW6は、ドライバユニット16を介して、低圧バッテリ18を電力源とするマイクロコンピュータ(マイコン20)により操作される。図2に、ドライバユニット16のうち、スイッチング素子SW1〜SW6のいずれか1つ(以下、スイッチング素子SW)の駆動に関する構成部分を示す。   The switching elements SW <b> 1 to SW <b> 6 are operated by a microcomputer (microcomputer 20) using the low voltage battery 18 as a power source via the driver unit 16. FIG. 2 shows a component related to driving of one of the switching elements SW1 to SW6 (hereinafter referred to as switching element SW) in the driver unit 16.

図示されるように、ドライバユニット16は、スイッチング素子SWの駆動に関して、駆動回路30及び保護回路40を備えている。   As illustrated, the driver unit 16 includes a drive circuit 30 and a protection circuit 40 for driving the switching element SW.

駆動回路30は、スイッチング素子SWの導通制御端子(ゲート)に電圧を印加するドライバ31を備えている。ドライバ31は、Pチャネルトランジスタ31p及びNチャネルトランジスタ31nの直列接続体である。ドライバ31の両端には、コンデンサ32が接続されている。そして、コンデンサ32の両電極間には、駆動電圧生成回路33が接続されている。駆動電圧生成回路33は、ドライバ31に印加する電圧を生成するものである。   The drive circuit 30 includes a driver 31 that applies a voltage to the conduction control terminal (gate) of the switching element SW. The driver 31 is a serial connection body of a P-channel transistor 31p and an N-channel transistor 31n. Capacitors 32 are connected to both ends of the driver 31. A drive voltage generation circuit 33 is connected between both electrodes of the capacitor 32. The drive voltage generation circuit 33 generates a voltage to be applied to the driver 31.

駆動電圧生成回路33は、トランス33aの1次側に、電源33b及びコンデンサ33cが並列接続されるとともに、これらトランス33aと電源33b及びコンデンサ33cとの間を導通及び遮断するスイッチング素子33dが設けられている。また、トランス33aの2次側の出力電圧は、ダイオード33eを介してコンデンサ32に印加される。   In the drive voltage generation circuit 33, a power source 33b and a capacitor 33c are connected in parallel to the primary side of the transformer 33a, and a switching element 33d that connects and disconnects the transformer 33a, the power source 33b, and the capacitor 33c is provided. ing. The output voltage on the secondary side of the transformer 33a is applied to the capacitor 32 via the diode 33e.

上記ドライバ31は、上記マイコン20からのスイッチング指令信号に応じて駆動される。詳しくは、フォトカプラ34及び駆動IC35により電力変換されたスイッチング指令信号によって駆動される。駆動IC35では、スイッチング指令がオン指令であるときには、Pチャネルトランジスタ31pをオンして且つNチャネルトランジスタ31nをオフする。一方、スイッチング指令がオフ指令であるときには、Pチャネルトランジスタ31pをオフして且つNチャネルトランジスタ31nをオンする。これにより、スイッチング素子SWのオン指令時には、コンデンサ32の電圧がスイッチング素子SWのゲートGに印加され、スイッチング素子SWのオフ指令時には、スイッチング素子SWのゲートGはエミッタEと同電位とされる。   The driver 31 is driven in response to a switching command signal from the microcomputer 20. Specifically, it is driven by a switching command signal whose power is converted by the photocoupler 34 and the driving IC 35. In the driving IC 35, when the switching command is an on command, the P channel transistor 31p is turned on and the N channel transistor 31n is turned off. On the other hand, when the switching command is an off command, the P-channel transistor 31p is turned off and the N-channel transistor 31n is turned on. Thus, when the switching element SW is commanded to be turned on, the voltage of the capacitor 32 is applied to the gate G of the switching element SW, and when the switching element SW is commanded to be off, the gate G of the switching element SW is set to the same potential as the emitter E.

スイッチング素子SWは、そのコレクタC及びエミッタE間を流れる電流(コレクタ電流)と相関を有する微少な電流(センス電流)を出力するセンス端子STを備えている。そして、センス端子STは、上記保護回路40と接続されている。   The switching element SW includes a sense terminal ST that outputs a minute current (sense current) having a correlation with a current (collector current) flowing between the collector C and the emitter E. The sense terminal ST is connected to the protection circuit 40.

保護回路40は、抵抗体(センス抵抗41)を備え、センス抵抗41を介してセンス端子STをエミッタEと接続する。センス抵抗41による電圧降下量(センス電圧)は、センス電流に応じて定まる。このため、図3に実線にて示すように、センス電圧は、スイッチング素子SWを流れる電流(コレクタ電流Ic)によって定まることとなる。   The protection circuit 40 includes a resistor (sense resistor 41), and connects the sense terminal ST to the emitter E via the sense resistor 41. The amount of voltage drop (sense voltage) due to the sense resistor 41 is determined according to the sense current. Therefore, as shown by a solid line in FIG. 3, the sense voltage is determined by the current (collector current Ic) flowing through the switching element SW.

センス抵抗41には、抵抗体42a及びコンデンサ42bからなるRCフィルタ回路42が並列接続されている。RCフィルタ回路42は、スイッチング素子SWのオン操作直後にセンス電圧に重畳するノイズを除去する手段である。センス抵抗41の両端の電圧、すなわちセンス電圧は、RCフィルタ回路42を介して過電流用比較器43及び貫通電流用比較器44のそれぞれの非反転入力端子に印加される。これら過電流用比較器43及び貫通電流用比較器44の反転入力端子には、互いに異なる2つの閾値電圧Vref1及びVref2がそれぞれ印加されている。これにより、過電流用比較器43の出力信号は、センス電圧が閾値電圧Vref1以上となることで論理「H」となり、貫通電流用比較器44の出力信号は、センス電圧が閾値電圧Vref2以上となることで論理「H」となる。   An RC filter circuit 42 including a resistor 42a and a capacitor 42b is connected to the sense resistor 41 in parallel. The RC filter circuit 42 is means for removing noise superimposed on the sense voltage immediately after the switching element SW is turned on. The voltage across the sense resistor 41, that is, the sense voltage is applied to the non-inverting input terminals of the overcurrent comparator 43 and the through current comparator 44 via the RC filter circuit 42. Two different threshold voltages Vref1 and Vref2 are applied to the inverting input terminals of the overcurrent comparator 43 and the through current comparator 44, respectively. Thereby, the output signal of the overcurrent comparator 43 becomes logic “H” when the sense voltage becomes equal to or higher than the threshold voltage Vref1, and the output signal of the through current comparator 44 indicates that the sense voltage becomes equal to or higher than the threshold voltage Vref2. As a result, the logic becomes “H”.

過電流用比較器43の出力信号は、タイマラッチ45に取り込まれる。タイマラッチ45は、過電流用比較器43の出力信号が論理「H」となる継続時間が規定時間Delay1(例えば「4〜5μs」)となることで論理「H」の信号を出力する。一方、貫通電流用比較器44の出力信号は、タイマラッチ46に取り込まれる。タイマラッチ46は、貫通電流用比較器44の出力信号が論理「H」となる継続時間が規定時間Delay2(<Delay、例えば「0〜4μs」)となることで論理「H」の信号を出力する。   The output signal of the overcurrent comparator 43 is taken into the timer latch 45. The timer latch 45 outputs a signal of logic “H” when the duration time during which the output signal of the overcurrent comparator 43 becomes logic “H” reaches a specified time Delay 1 (for example, “4 to 5 μs”). On the other hand, the output signal of the through current comparator 44 is taken into the timer latch 46. The timer latch 46 outputs a signal of logic “H” when the duration time during which the output signal of the through current comparator 44 becomes logic “H” reaches a specified time Delay2 (<Delay, for example, “0 to 4 μs”). .

OR回路47は、タイマラッチ45,46の出力信号の論理和信号を、遮断指令回路48に出力する。遮断指令回路48は、OR回路47の出力信号が論理「H」であるときに、駆動IC35及びソフト遮断回路49を操作する。ソフト遮断回路49は、抵抗体50を介してスイッチング素子SWのゲートG及びエミッタE間を導通及び遮断するNチャネルトランジスタを備えて構成されている。そして、遮断指令回路48では、OR回路47の出力信号が論理「H」であるとき、駆動回路ICを操作することでドライバ31のPチャネルトランジスタ31p及びNチャネルトランジスタ31nの双方を強制的にオフ状態とするとともに、ソフト遮断回路49のNチャネルトランジスタをオン状態とする。これにより、抵抗体50の抵抗値を調節することで、マイコン20からのスイッチングのオフ指令に伴うスイッチング素子SWのオン状態からオフ状態への切り替えよりも緩やかな切り替えを行なう。これは、通常時よりも大きな電流が流れる際にスイッチング素子を通常時と同一の速度でオフ状態に切り替えると、サージ電圧が過度に大きくなるおそれがあることに鑑みてなされる設定である。   The OR circuit 47 outputs a logical sum signal of the output signals of the timer latches 45 and 46 to the cutoff command circuit 48. The shutoff command circuit 48 operates the drive IC 35 and the soft shutoff circuit 49 when the output signal of the OR circuit 47 is logic “H”. The soft shut-off circuit 49 includes an N-channel transistor that conducts and shuts off between the gate G and the emitter E of the switching element SW via the resistor 50. In the shutoff command circuit 48, when the output signal of the OR circuit 47 is logic “H”, both the P channel transistor 31p and the N channel transistor 31n of the driver 31 are forcibly turned off by operating the drive circuit IC. At the same time, the N-channel transistor of the soft cutoff circuit 49 is turned on. As a result, by adjusting the resistance value of the resistor 50, the switching is performed more gently than when the switching element SW is switched from the on state to the off state in accordance with the switching off command from the microcomputer 20. This is a setting made in view of the possibility that the surge voltage may become excessively high if the switching element is switched to the OFF state at the same speed as that in the normal state when a larger current flows than in the normal state.

こうした構成によれば、センス電圧が閾値電圧Vref1となる継続時間が規定時間Delay1以上となるときや、センス電圧が閾値電圧Vref2となる継続時間が規定時間Delay2以上となるときに、スイッチング素子SWを強制的にオフ状態(遮断状態)とすることができる。   According to such a configuration, when the duration when the sense voltage becomes the threshold voltage Vref1 is equal to or longer than the specified time Delay1, or when the duration when the sense voltage becomes the threshold voltage Vref2 is equal to or longer than the specified time Delay2, the switching element SW is turned on. It can be forcibly set to an off state (blocking state).

上記貫通電流用比較器44は、インバータ12のアームの双方のスイッチング素子SWがオンとなることで、これら直列接続された一対のスイッチング素子を貫通電流が流れる際、これを検出して対処するためのものである。これに対し、上記過電流用比較器43は、インバータ12のアームの一方のスイッチング素子SWがオン状態であるときであって、このスイッチング素子SWに過度の電流が流れる際、これを検出して対処するためのものである。ここで、スイッチング素子SWに貫通電流が流れるときには、そうでないときと比較して、電流の増加速度が大きくなる。このため、貫通電流が流れる際には、これを迅速に検出し、スイッチング素子SWを遮断することが望まれる。   The through current comparator 44 detects and copes with when a through current flows through the pair of switching elements connected in series when both switching elements SW of the arm of the inverter 12 are turned on. belongs to. On the other hand, the overcurrent comparator 43 detects when an excessive current flows through the switching element SW when one switching element SW of the arm of the inverter 12 is on. It is for coping. Here, when the through current flows through the switching element SW, the rate of increase in current is greater than when the through current does not flow. For this reason, when a through current flows, it is desired to detect this quickly and shut off the switching element SW.

このため、貫通電流用の規定時間Delay2は、過電流用の規定時間Delay1よりも短く設定する。また、貫通電流が流れる際には、スイッチング素子SWを流れる電流が通常時よりも特に大きくなることから、貫通電流を判断するための電流の閾値Ith2(閾値電圧Vref2と対応)は、一対のスイッチング素子SWの一方がオン状態のときの電流の閾値Ith1(閾値電圧Vref1と対応)と比較して大きく設定する。これら閾値Ith1,Ith2は、スイッチング素子SWの許容電流にマージンを付与することで設定される。   For this reason, the specified time Delay2 for through current is set shorter than the specified time Delay1 for overcurrent. In addition, when a through current flows, the current flowing through the switching element SW is particularly larger than normal, so the current threshold Ith2 (corresponding to the threshold voltage Vref2) for determining the through current is a pair of switching It is set larger than the current threshold value Ith1 (corresponding to the threshold voltage Vref1) when one of the elements SW is in the ON state. These threshold values Ith1 and Ith2 are set by adding a margin to the allowable current of the switching element SW.

図4に、直列接続された一対のスイッチング素子SWの双方がオン状態であるとき、及び一方がオン状態であるときのそれぞれにおける本実施形態にかかる過電流保護の態様を示す。   FIG. 4 shows an aspect of overcurrent protection according to the present embodiment when both of the pair of switching elements SW connected in series are in the on state and when one of them is in the on state.

図中、ケース1は、直列接続された一対のスイッチング素子SWの一方がオン状態であるときに保護回路40によってスイッチング素子SWがオフ状態とされる際の電流の挙動を示す。図示されるように、コレクタ電流が閾値Ith1以上となる継続時間が規定時間Delay1となることでスイッチング素子SWが遮断される。これにより、コレクタ電流が減少していく。   In the figure, Case 1 shows the behavior of current when the switching element SW is turned off by the protection circuit 40 when one of the pair of switching elements SW connected in series is in the on state. As shown in the drawing, the switching element SW is cut off when the duration time during which the collector current is equal to or greater than the threshold value Ith1 reaches the specified time Delay1. As a result, the collector current decreases.

一方、ケース2は、直列接続された一対のスイッチング素子SWを貫通電流が流れるときに保護回路40によってスイッチング素子SWがオフ状態とされる際の電流の挙動を示す。図示されるように、この場合、コレクタ電流が急激に増加していく。そして、コレクタ電流が閾値Ith2以上となる継続時間が規定時間Delay2となることでスイッチング素子SWが遮断される。これにより、コレクタ電流が減少していく。   On the other hand, Case 2 shows the behavior of current when the switching element SW is turned off by the protection circuit 40 when a through current flows through a pair of switching elements SW connected in series. As shown in the figure, in this case, the collector current increases rapidly. And switching element SW is interrupted | blocked because the continuation time when collector current becomes more than threshold value Ith2 becomes the regulation time Delay2. As a result, the collector current decreases.

このように、貫通電流用の規定時間Delay2を短くすることで、貫通電流に適切に対処することが可能となる。   Thus, by shortening the specified time Delay2 for through current, it is possible to appropriately cope with the through current.

ところで、貫通電流用の閾値電圧Vref2を、先の図3に実線にて示した関係においてコレクタ電流が閾値Ith2となるときのセンス電圧(Vs1)としたのでは、コレクタ電流Icが閾値Ith2となるときを適切に判断することができない。これは、図3に実線にて示した関係は、スイッチング素子SWのゲートの電圧が安定しているときの関係であり、センス抵抗41が大きい場合についてのスイッチング素子SWのオン操作直後における関係(図3、一点鎖線)とは相違するからである。すなわち、スイッチング素子SWのオン操作直後においては、コレクタ電流Icが閾値Ith2となるときのセンス電圧は電圧Vs2となる。   By the way, if the threshold voltage Vref2 for through current is the sense voltage (Vs1) when the collector current becomes the threshold value Ith2 in the relationship shown by the solid line in FIG. 3, the collector current Ic becomes the threshold value Ith2. The time cannot be judged properly. This is the relationship indicated by the solid line in FIG. 3 when the gate voltage of the switching element SW is stable, and the relationship immediately after the ON operation of the switching element SW when the sense resistor 41 is large ( This is because it is different from FIG. That is, immediately after the switching element SW is turned on, the sense voltage when the collector current Ic becomes the threshold value Ith2 is the voltage Vs2.

図5に、スイッチング素子SWのオン操作に伴うセンス電圧の挙動を示す。詳しくは、図5(a)に、ゲート電圧(正確には、エミッタ及びゲート間の電圧Vge)の推移を示し、図5(b)に、センス電圧の推移を示し、図5(c)に、RCフィルタ回路42によるフィルタ処理後のセンス電圧の推移を示し、図5(d)に、コレクタ及びエミッタ間の電圧Vceとコレクタ電流Icとの推移を示す。また、図5(e)は、スイッチング素子SWのエミッタ及びゲート間の電圧Vgeとエミッタ及びコレクタ間の電圧Vceとコレクタ電流Icとの静特性を示す。   FIG. 5 shows the behavior of the sense voltage associated with the ON operation of the switching element SW. Specifically, FIG. 5A shows the transition of the gate voltage (more precisely, the voltage Vge between the emitter and the gate), FIG. 5B shows the transition of the sense voltage, and FIG. The transition of the sense voltage after the filtering process by the RC filter circuit 42 is shown, and FIG. 5D shows the transition of the collector-emitter voltage Vce and the collector current Ic. FIG. 5E shows the static characteristics of the voltage Vge between the emitter and the gate of the switching element SW, the voltage Vce between the emitter and the collector, and the collector current Ic.

図示されるように、時刻t1にスイッチング素子SWがオン操作されると、ゲート電圧が上昇する。そして、時刻t2にゲート電圧が閾値電圧Vthを超えることで、スイッチング素子SWがオン状態となり、コレクタ電流Icが増加していく。これにより、センス電圧も上昇する。ただし、ゲート電圧は、スイッチング素子SWのゲートに印加された電圧Vg_onとなる前に、一旦中間の電圧状態で停滞する(時刻t3〜t4)。この停滞期間が周知のミラー期間である。その後、ゲート電圧が上昇し、時刻t5に、ゲートに印加された電圧Vg_onとなる。   As shown in the figure, when the switching element SW is turned on at time t1, the gate voltage rises. Then, when the gate voltage exceeds the threshold voltage Vth at time t2, the switching element SW is turned on, and the collector current Ic increases. As a result, the sense voltage also increases. However, the gate voltage once stagnates in an intermediate voltage state before the voltage Vg_on applied to the gate of the switching element SW (time t3 to t4). This stagnation period is a known mirror period. Thereafter, the gate voltage rises and becomes the voltage Vg_on applied to the gate at time t5.

ゲート電圧が閾値電圧Vthを超えることで、コレクタ電流Icは、ゲート電圧が電圧Vg_onとなるときの最終的な電流値まで増加する。ただし、図示されるように、スイッチング素子SWのオン操作直後においては、コレクタ電流Icが一定となっているにもかかわらず、センス電圧は変化している。これは以下の理由による。   When the gate voltage exceeds the threshold voltage Vth, the collector current Ic increases to the final current value when the gate voltage becomes the voltage Vg_on. However, as shown in the figure, immediately after the ON operation of the switching element SW, the sense voltage changes despite the collector current Ic being constant. This is due to the following reason.

スイッチング素子SWが静特性に沿って動作する際には、エミッタ下流の抵抗値によって定まる負荷線と、図5(e)に示す静特性曲線との交点によって、スイッチング素子SWを流れるコレクタ電流Icとコレクタ及びエミッタ間の電圧Vceとが定まる。ただし、スイッチング素子SWのオン操作直後においては、コレクタ電流Icの増加に対してコレクタ及びエミッタ間の電圧Vceの低下が遅れ、スイッチング素子SWは飽和領域で動作することとなる。すなわち、ゲート電圧が閾値電圧Vthとなると、コレクタ電流Icが急激に増加し、例えば時刻t3頃に所定の値に落ち着く。この際、コレクタ及びエミッタ間の電圧Vceはほとんど減少しない。なお、ゲート電圧が定常となるときのスイッチング素子SWの動作点は、非飽和領域に設定されている。   When the switching element SW operates along the static characteristic, the collector current Ic flowing through the switching element SW is determined by the intersection of the load line determined by the resistance value downstream of the emitter and the static characteristic curve shown in FIG. The voltage Vce between the collector and the emitter is determined. However, immediately after the switching element SW is turned on, the decrease in the voltage Vce between the collector and the emitter is delayed with respect to the increase in the collector current Ic, and the switching element SW operates in the saturation region. That is, when the gate voltage reaches the threshold voltage Vth, the collector current Ic increases rapidly, and settles to a predetermined value, for example, at about time t3. At this time, the voltage Vce between the collector and the emitter hardly decreases. Note that the operating point of the switching element SW when the gate voltage becomes steady is set in the non-saturation region.

一方、センス端子については、スイッチング素子のゲート及びセンス端子間の電圧やスイッチング素子のコレクタ及びセンス端子間の電圧と、センス端子から出力されるセンス電流との間に、図5(e)に示したものと同様の静特性が成立する。ただし、本実施形態では、センス抵抗41として抵抗値の大きいものを用いているため、コレクタ及びセンス端子間の電圧とセンス電流とは、センス抵抗41による負荷線に略沿ったかたちで変化する。このため、コレクタ電流Icの増加に伴い、センス電流も増加し、コレクタ及びセンス端子間の電圧が減少する。   On the other hand, the sense terminal is shown in FIG. 5E between the voltage between the gate of the switching element and the sense terminal, the voltage between the collector of the switching element and the sense terminal, and the sense current output from the sense terminal. Static characteristics similar to those of the above are established. However, in this embodiment, since the sense resistor 41 having a large resistance value is used, the voltage between the collector and the sense terminal and the sense current change substantially along the load line by the sense resistor 41. For this reason, as the collector current Ic increases, the sense current also increases, and the voltage between the collector and the sense terminal decreases.

しかし、上述したように、コレクタ電流Icが定常状態となる時刻t3まで、コレクタ及びエミッタ間の電圧Vceはほとんど変化しない。一方、時刻t3まで、ゲート電圧は増加し、エミッタの電位に対してセンス端子の電位が上昇していくこととなる。このときのセンス電圧は、コレクタ電流と先の図3に実線にて示したゲート電圧安定時の関係から定まるセンス電圧よりも高くなる。これがセンス電圧の一時的な盛り上がりのメカニズムである。   However, as described above, the voltage Vce between the collector and the emitter hardly changes until the time t3 when the collector current Ic becomes a steady state. On the other hand, until time t3, the gate voltage increases, and the potential of the sense terminal rises with respect to the potential of the emitter. The sense voltage at this time is higher than the sense voltage determined from the relationship between the collector current and the stable gate voltage shown by the solid line in FIG. This is a mechanism for a temporary rise in the sense voltage.

このようにセンス電圧が一時的に盛り上がるため、先の図3に実線にて示したゲート電圧安定時の関係と、貫通電流用の閾値Ith2とによっては、閾値電圧Vref2を定めることができない。もっとも、この盛り上がりは、センス抵抗41の抵抗値を小さくすることで抑制することはできるが、そうした場合には、センス電圧が低下する。このため、ノイズに対する耐性が低下したり、過電流用比較器43や貫通電流用比較器44にセンス電圧を入力する前に増幅する必要が生じたりする等、不都合が生じる懸念がある。そこで本実施形態では、センス抵抗41の抵抗値を高く(例えば数kΩ)設定する一方、センス電圧の盛り上がりによって貫通電流が流れたと誤判断されることがないように、閾値電圧Vref2を、先の図2に示した関係と貫通電流用の閾値Ith2とによって定まる値よりも大きい値に設定する(図5(c))。これにより、貫通電流が流れたか否かを適切に判断することができる。   Since the sense voltage temporarily rises in this way, the threshold voltage Vref2 cannot be determined based on the relationship when the gate voltage is stabilized as shown by the solid line in FIG. 3 and the threshold Ith2 for through current. However, this rise can be suppressed by reducing the resistance value of the sense resistor 41, but in such a case, the sense voltage decreases. For this reason, there is a concern that inconveniences such as a reduction in resistance to noise and a need to amplify before inputting a sense voltage to the overcurrent comparator 43 and the through current comparator 44 may occur. Therefore, in the present embodiment, the threshold voltage Vref2 is set to the previous value so that a through-current does not erroneously flow due to the rise of the sense voltage while the resistance value of the sense resistor 41 is set high (for example, several kΩ). A value larger than the value determined by the relationship shown in FIG. 2 and the through current threshold Ith2 is set (FIG. 5C). Thereby, it is possible to appropriately determine whether or not a through current has flowed.

なお、貫通電流を適切に判断するためには、貫通電流の判断を、ゲートの電圧が安定するまでに行うことが望ましい。より望ましくは、貫通電流の判断を、ミラー期間の終了までに行うことが望ましい。こうした観点から、規定時間Delay2を設定する。ここでは例えば、規定時間Delay2を、ミラー期間以下の長さとすればよい。   In order to appropriately determine the through current, it is desirable to determine the through current until the gate voltage is stabilized. More desirably, the through current is determined by the end of the mirror period. From such a viewpoint, the specified time Delay2 is set. Here, for example, the specified time Delay2 may be set to a length equal to or shorter than the mirror period.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)センス電圧が閾値電圧Vref2以上となる継続時間が規定時間Delay2以上となるとき、一対のスイッチング素子SWを貫通する電流が流れると判断し、センス電圧が閾値電圧Vref1以上となる継続時間が規定時間Delay1以上となるとき、アームの単一のスイッチング素子SWがオン状態であるときにおいて過度の電流が流れると判断した。そして、上記いずれの判断がなされるときにも、スイッチング素子SWを遮断した。これにより、貫通電流に適切に対処することができる。   (1) When the duration when the sense voltage is equal to or higher than the threshold voltage Vref2 is equal to or longer than the specified time Delay2, it is determined that a current passing through the pair of switching elements SW flows, and the duration when the sense voltage becomes equal to or higher than the threshold voltage Vref1 When the specified time Delay1 or longer, it was determined that an excessive current flows when the single switching element SW of the arm is in the ON state. When any of the above determinations was made, the switching element SW was shut off. Thereby, it is possible to appropriately cope with the through current.

(2)閾値電圧Vref2を、スイッチング素子SWのゲートの電圧の安定時に対するスイッチング素子SWのオン操作直後のセンス電圧の変化分を補償しつつ設定した。これにより、閾値電圧Vref2を適切に設定することができる。   (2) The threshold voltage Vref2 is set while compensating for the change in the sense voltage immediately after the ON operation of the switching element SW with respect to the stable voltage of the gate of the switching element SW. Thereby, the threshold voltage Vref2 can be set appropriately.

(3)スイッチング素子SWを流れる電流の制限を、スイッチング素子SWを遮断することで行った。これにより、スイッチング素子SWに過度の電流が流れる状況において、その消費電力を極力低減することができる。   (3) The current flowing through the switching element SW is limited by blocking the switching element SW. Thereby, the power consumption can be reduced as much as possible in a situation where an excessive current flows through the switching element SW.

(4)RCフィルタ回路42を備えることで、スイッチング素子SWのオン操作直後においてもスイッチング素子SWを流れる電流を精度良く検出することができる。   (4) By providing the RC filter circuit 42, the current flowing through the switching element SW can be accurately detected even immediately after the switching element SW is turned on.

(5)スイッチング素子SWを、その動作点が非飽和領域内となるように設定した。これにより、スイッチング素子のゲートの電圧が安定した後には、非飽和領域にて動作させることができる。   (5) The switching element SW is set so that its operating point is in the non-saturated region. Thereby, after the voltage of the gate of the switching element is stabilized, the operation can be performed in the non-saturation region.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・センス電圧とコレクタ電流Icとの関係は、実際にはスイッチング素子SWの温度に応じて変化する。このため、閾値電圧Vref1,Vref2を、スイッチング素子SWの温度に応じて可変設定してもよい。   The relationship between the sense voltage and the collector current Ic actually changes according to the temperature of the switching element SW. For this reason, the threshold voltages Vref1 and Vref2 may be variably set according to the temperature of the switching element SW.

・上記実施形態では、直列接続された一対のスイッチング素子SWの双方がオンとなることによる貫通電流と、いずれか一方のスイッチング素子SWのみがオンとなるときの過度の電流とを制限すべく、閾値電圧Vref1,Vref2や規定時間Delay1,Delay2を設定したが、これに限らない。例えば上記特許文献1に見られるように、スイッチング素子SWに許容される電流とその電流が流れる許容時間との関係が、許容電流が増大するほど許容時間が短くなるというものであることに鑑みて、図6(a)に示すように、3つ以上の閾値及び規定時間を設定してもよい。この場合であれ、スイッチング素子のオン操作直後、ゲート電圧が最終的な印加電圧となって安定しない間は、センス電圧が、先の図2に示した関係によって定まる値よりも高い値となる。このため、図6(b)に示すように、短い規定時間に対しては、先の図2に示した関係によって定まる電圧と実際のセンス電圧との差を補償するように、閾値電圧を高く設定することが望ましい。   In the above embodiment, in order to limit the through current caused by turning on both of the pair of switching elements SW connected in series and the excessive current when only one of the switching elements SW is turned on, Although the threshold voltages Vref1 and Vref2 and the specified times Delay1 and Delay2 are set, the present invention is not limited to this. For example, as can be seen in Patent Document 1 above, in view of the relationship between the current allowed for the switching element SW and the allowable time during which the current flows, the allowable time decreases as the allowable current increases. As shown in FIG. 6A, three or more threshold values and a prescribed time may be set. Even in this case, immediately after the switching element is turned on, while the gate voltage becomes the final applied voltage and is not stable, the sense voltage becomes higher than the value determined by the relationship shown in FIG. Therefore, as shown in FIG. 6B, for a short specified time, the threshold voltage is increased so as to compensate for the difference between the voltage determined by the relationship shown in FIG. 2 and the actual sense voltage. It is desirable to set.

・遮断指令回路48やソフト遮断回路49を用いなくても、貫通電流や過度の電流が流れるときにスイッチング指令をオフ指令に変更することで、スイッチング素子SWを遮断することはできる。   Even without using the shutoff command circuit 48 and the soft shutoff circuit 49, the switching element SW can be shut off by changing the switching command to an off command when a through current or excessive current flows.

・直列接続されたスイッチング素子を備える回路としては、インバータに限らない。例えば同期整流式のDC―DCコンバータであってもよい。   -A circuit including switching elements connected in series is not limited to an inverter. For example, a synchronous rectification type DC-DC converter may be used.

・直列接続された一対のスイッチング素子に限らず、センス電圧を用いてスイッチング素子のオン操作直後に流れる電流を検出し、これに基づき過電流からスイッチング素子を保護するものにあっては、センス電圧と比較対象となる閾値電圧の設定に際して、本発明を適用することは有効である。   -In addition to a pair of switching elements connected in series, a sense voltage is used to detect a current that flows immediately after the switching element is turned on, and to protect the switching element from an overcurrent based on this, the sense voltage It is effective to apply the present invention when setting the threshold voltage to be compared.

一実施形態にかかるモータジェネレータの制御システムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the control system of the motor generator concerning one Embodiment. 同実施形態のドライバユニットの内部構成を示す図。The figure which shows the internal structure of the driver unit of the embodiment. センス電圧及びコレクタ電流の関係を示す図。The figure which shows the relationship between a sense voltage and collector current. 上記実施形態にかかる過電流からの保護の態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the aspect of protection from the overcurrent concerning the said embodiment. 同実施形態にかかるセンス電圧の挙動を示すタイムチャート。4 is a time chart showing the behavior of the sense voltage according to the embodiment. 上記実施形態の変形例における閾値電圧の設定態様を示す図。The figure which shows the setting aspect of the threshold voltage in the modification of the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

41…センス抵抗、42…RCフィルタ回路、43…過電流用比較器、44…貫通電流用比較器、45,46…タイマラッチ、SW…スイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 41 ... Sense resistor, 42 ... RC filter circuit, 43 ... Overcurrent comparator, 44 ... Through current comparator, 45, 46 ... Timer latch, SW ... Switching element.

Claims (8)

互いに直列接続された複数のスイッチング素子のうちの任意の1つである電圧駆動形のスイッチング素子について、該スイッチング素子を流れる電流を制限する過電流保護回路において、
前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量が第1の閾値電圧以上となる継続時間が第1の規定時間以上となるとき、前記スイッチング素子に過度の電流が流れると判断する過電流判断手段と、
前記電圧降下量が第2の閾値電圧以上となる継続時間が第2の規定時間以上となるとき、前記スイッチング素子及びこれに隣接するスイッチング素子を貫通する電流が流れると判断する貫通電流判断手段と、
前記貫通する電流又は前記過度の電流が流れると判断されるとき、前記スイッチング素子を遮断する遮断手段とを備え、
前記第2の規定時間が前記第1の規定時間よりも短く設定されてなることを特徴とする過電流保護回路。
In an overcurrent protection circuit for limiting a current flowing through a switching element of a voltage drive type that is any one of a plurality of switching elements connected in series with each other,
Sense terminal for outputting a minute current having a correlation with the current between the input terminal and the output terminal of the switching element, and a duration for which the voltage drop amount of the resistor connected between the output terminals is equal to or higher than the first threshold voltage. Overcurrent determination means for determining that an excessive current flows through the switching element when the first specified time or longer is reached;
A through current judging means for judging that a current passing through the switching element and a switching element adjacent to the switching element flows when a duration time in which the voltage drop amount becomes a second threshold voltage or more is a second specified time or more; ,
When it is determined that the current passing through or the excessive current flows, a blocking means for blocking the switching element,
The overcurrent protection circuit, wherein the second specified time is set shorter than the first specified time.
前記第2の閾値電圧は、前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧の安定時に対する前記スイッチング素子のオン操作直後の前記電圧降下量の変化分を補償しつつ設定されてなることを特徴とする請求項1記載の過電流保護回路。   The second threshold voltage is set while compensating for a change in the amount of voltage drop immediately after an ON operation of the switching element with respect to a stable voltage of a conduction control terminal of the switching element. The overcurrent protection circuit according to Item 1. 電圧駆動形のスイッチング素子を流れる電流が閾値以上となるとき、前記流れる電流を制限する過電流保護回路において、
前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量と閾値電圧との比較に基づき、前記スイッチング素子を閾値以上の電流が流れるか否かを判断する判断手段を備え、
前記閾値電圧は、前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧の安定時に対する前記スイッチング素子のオン操作直後の前記電圧降下量の変化分を補償しつつ設定されてなることを特徴とする過電流保護回路。
In the overcurrent protection circuit that limits the flowing current when the current flowing through the voltage-driven switching element is equal to or greater than the threshold
Based on a comparison between a sense terminal that outputs a minute current having a correlation with a current between an input terminal and an output terminal of the switching element and a voltage drop amount of a resistor connected between the output terminals and a threshold voltage, the switching element A determination means for determining whether or not a current of a threshold value or more flows,
The overcurrent protection circuit, wherein the threshold voltage is set while compensating for a change in the voltage drop immediately after the switching element is turned on with respect to a stable voltage of the conduction control terminal of the switching element. .
前記スイッチング素子は、直列接続された複数のスイッチング素子のうちの1つであり、
前記設定のなされた閾値電圧が、前記スイッチング素子を流れる電流についての互いに異なる値を有する複数の閾値のうちの最大値と対応する閾値電圧であり、
前記判断手段は、前記スイッチング素子に前記複数の閾値のいずれか以上の電流が当該閾値に応じた規定時間以上流れるか否かを判断するものであり、
前記規定時間は、前記閾値が大きいほど短く設定されてなることを特徴とする請求項3記載の過電流保護回路。
The switching element is one of a plurality of switching elements connected in series,
The set threshold voltage is a threshold voltage corresponding to a maximum value of a plurality of thresholds having different values for the current flowing through the switching element;
The determination means determines whether or not a current greater than or equal to the plurality of threshold values flows through the switching element for a specified time or more according to the threshold value,
4. The overcurrent protection circuit according to claim 3, wherein the specified time is set shorter as the threshold value is larger.
互いに直列接続された複数のスイッチング素子のうちの任意の1つである電圧駆動形のスイッチング素子について、該スイッチング素子を流れる電流が閾値以上となるとき、前記流れる電流を制限する過電流保護回路において、
前記閾値が互いに異なる値を有する複数からなり、
前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子間の電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子及び前記出力端子間に接続される抵抗体の電圧降下量と前記各閾値に応じた閾値電圧との比較に基づき、前記スイッチング素子に前記複数の閾値のいずれか以上の電流が当該閾値に応じた規定時間以上流れるか否かを判断する判断手段を備え、
前記各閾値電圧は、前記スイッチング素子の許容電流に応じた値にマージンを付与することで設定され、
前記閾値が大きいほど、前記マージンが大きく設定されてなることを特徴とする過電流保護回路。
In an overcurrent protection circuit that limits a current that flows when a current flowing through the switching element is equal to or greater than a threshold for a voltage-driven switching element that is any one of a plurality of switching elements connected in series with each other ,
The threshold comprises a plurality having different values,
Comparison between a sense terminal that outputs a minute current having a correlation with a current between an input terminal and an output terminal of the switching element, and a voltage drop amount of a resistor connected between the output terminals and a threshold voltage corresponding to each threshold value And a determination means for determining whether or not a current greater than or equal to the plurality of threshold values flows through the switching element for a specified time or more according to the threshold value,
Each threshold voltage is set by adding a margin to a value corresponding to the allowable current of the switching element,
The overcurrent protection circuit, wherein the margin is set larger as the threshold value is larger.
前記複数の閾値が、2つの閾値であることを特徴とする請求項4又は5記載の過電流保護回路。   6. The overcurrent protection circuit according to claim 4, wherein the plurality of threshold values are two threshold values. 前記スイッチング素子を流れる電流の制限は、前記スイッチング素子を遮断することで行なわれることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の過電流保護回路。   The overcurrent protection circuit according to claim 3, wherein the current flowing through the switching element is limited by cutting off the switching element. 前記抵抗体の電圧降下量をフィルタ処理するフィルタ手段を更に備え、
前記判断手段は、フィルタ手段の出力を前記電圧降下量として取り込むことを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載の過電流保護回路。
A filter means for filtering a voltage drop amount of the resistor;
The overcurrent protection circuit according to claim 2, wherein the determination unit takes in an output of a filter unit as the voltage drop amount.
JP2006324413A 2006-11-30 2006-11-30 Overcurrent protection circuit Active JP4420012B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006324413A JP4420012B2 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Overcurrent protection circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006324413A JP4420012B2 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Overcurrent protection circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008141841A true JP2008141841A (en) 2008-06-19
JP4420012B2 JP4420012B2 (en) 2010-02-24

Family

ID=39602745

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006324413A Active JP4420012B2 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Overcurrent protection circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4420012B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010011131A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 New Japan Radio Co Ltd Switching drive circuit
JP2010104079A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Tokai Rika Co Ltd Load driver
JP2011055333A (en) * 2009-09-03 2011-03-17 Rohm Co Ltd Load drive device
EP2584701A2 (en) 2011-10-18 2013-04-24 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
WO2013073333A1 (en) 2011-11-15 2013-05-23 住友電気工業株式会社 Transistor protection circuit
KR20150087356A (en) * 2012-12-21 2015-07-29 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Drive protection circuit, semiconductor module, and automobile
JP2017092789A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 株式会社日立製作所 Power conversion device
JP2019022348A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 トヨタ自動車株式会社 Switching circuit
JP2019165347A (en) * 2018-03-20 2019-09-26 三菱電機株式会社 Drive device and power module
CN111033990A (en) * 2018-03-30 2020-04-17 欧姆龙株式会社 Power conversion device and inverter circuit

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010011131A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 New Japan Radio Co Ltd Switching drive circuit
JP2010104079A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Tokai Rika Co Ltd Load driver
JP2011055333A (en) * 2009-09-03 2011-03-17 Rohm Co Ltd Load drive device
US9184743B2 (en) 2011-10-18 2015-11-10 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
EP2584701A2 (en) 2011-10-18 2013-04-24 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
EP2584702A2 (en) 2011-10-18 2013-04-24 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
EP2584701A3 (en) * 2011-10-18 2014-10-15 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
EP2584702A3 (en) * 2011-10-18 2014-10-15 Fuji Electric Co., Ltd. Control apparatus for switching device
WO2013073333A1 (en) 2011-11-15 2013-05-23 住友電気工業株式会社 Transistor protection circuit
JP2013106446A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Transistor protection circuit
US9007738B2 (en) 2011-11-15 2015-04-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Transistor protection circuit
KR20150087356A (en) * 2012-12-21 2015-07-29 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Drive protection circuit, semiconductor module, and automobile
KR101662471B1 (en) 2012-12-21 2016-10-04 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Drive protection circuit, semiconductor module, and automobile
JP2017092789A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 株式会社日立製作所 Power conversion device
JP2019022348A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 トヨタ自動車株式会社 Switching circuit
JP2019165347A (en) * 2018-03-20 2019-09-26 三菱電機株式会社 Drive device and power module
CN110311664A (en) * 2018-03-20 2019-10-08 三菱电机株式会社 Driving device and power module
JP7305303B2 (en) 2018-03-20 2023-07-10 三菱電機株式会社 drive and power module
CN110311664B (en) * 2018-03-20 2023-08-18 三菱电机株式会社 Driving device and power module
CN111033990A (en) * 2018-03-30 2020-04-17 欧姆龙株式会社 Power conversion device and inverter circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP4420012B2 (en) 2010-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4420012B2 (en) Overcurrent protection circuit
JP4961977B2 (en) Overcurrent protection circuit
US8981689B2 (en) Driver for switching element and control system for rotary machine using the same
JP5477407B2 (en) Gate drive circuit
JP4752811B2 (en) Drive circuit for voltage-driven element
US9059709B2 (en) Gate drive circuit for transistor
JP4740320B2 (en) Semiconductor device drive circuit
JP6197685B2 (en) Gate drive circuit
JP5430608B2 (en) Semiconductor switching element drive circuit
JP6498473B2 (en) Switch drive circuit
JP5776216B2 (en) Semiconductor device with current control function and self-cutoff function
JP5846152B2 (en) Drive circuit for switching element to be driven
JP5454412B2 (en) Semiconductor device with current control function
US10224713B2 (en) Load driving device
JP6011442B2 (en) Drive circuit for switching element to be driven
JP6520102B2 (en) Semiconductor device and current limiting method
US7183835B2 (en) Semiconductor device which realizes a short-circuit protection function without shunt resistor, and semiconductor device module
JP2020127267A (en) Over-current protection circuit and switching circuit
JP2007306166A (en) Driving device of insulating gate type semiconductor element and method thereof
JP2010062860A (en) Switching element drive circuit
JP7205091B2 (en) semiconductor equipment
JP2005027380A (en) Intelligent power device and method for protecting its load against short circuit
JP7205636B2 (en) Overcurrent protection circuit and switching circuit
EP3041120B1 (en) Driver and three-phase bldc motor including the same
JP2013074679A (en) Overvoltage protection circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090209

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091106

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091123

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121211

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4420012

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121211

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131211

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250