JP2011133420A - Temperature detection method for switching element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、多相モータを通電制御するスイッチ素子の温度検出方法に係り、特に、複数の発熱箇所を有するブリッジ回路を構成する半導体スイッチ素子の温度検出方法に関するものである。 The present invention relates to a temperature detection method for a switch element that controls energization of a multiphase motor, and more particularly to a temperature detection method for a semiconductor switch element that forms a bridge circuit having a plurality of heat generation points.
一般に、車輌に搭載され、多相モータを通電制御するブリッジ回路を構成するスイッチ素子では、個別のスイッチ素子を多数個組み合わせて構成される場合が多く、この場合、構成される多数個のスイッチ素子の全てを安価かつ確実に温度検出することで、スイッチ素子の過熱保護を実現することが要求されている。 In general, a switch element that is mounted on a vehicle and forms a bridge circuit that controls energization of a multiphase motor is often configured by combining a large number of individual switch elements. In this case, a large number of switch elements are configured. It is required to realize overheat protection of the switch element by reliably detecting the temperature of all of these at low cost.
ところで、半導体スイッチの温度検出方法としては、パワーMOS(電界効果トランジスタ)と同一チップ上に温度検出用のダイオード素子を構成し、このダイオード素子の負の温度電圧特性を用いて検出する方法、さらには外来ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを同一チップ上に構成する手法が知られている。(例えば、特許文献1参照) By the way, as a temperature detection method of a semiconductor switch, a diode element for temperature detection is configured on the same chip as a power MOS (field effect transistor), and detection is performed using the negative temperature-voltage characteristic of the diode element. There is known a technique in which a low-pass filter for removing external noise is configured on the same chip. (For example, see Patent Document 1)
また、複数の発熱箇所を有する装置での温度検出としては、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタを用いて各サーミスタを並列接続することにより温度検出する技術が知られている。(例えば、特許文献2参照) In addition, as temperature detection in a device having a plurality of heat generation points, a technique is known in which temperature detection is performed by connecting each thermistor in parallel using a thermistor whose resistance value changes according to temperature. (For example, see Patent Document 2)
しかしながら、前記特許文献1には、スイッチ素子であるパワーMOSと同一チップ上に温度検出用ダイオード素子を構成し、そのダイオード素子のアノードとカソード間順方向電圧の温度特性を利用してスイッチ素子の温度検出を行う手法について開示されているが、複数の発熱箇所を有する被検出対象物の温度検出方法について開示されていない。 However, in Patent Document 1, a temperature detecting diode element is configured on the same chip as the power MOS that is a switching element, and the temperature characteristics of the forward voltage between the anode and the cathode of the diode element are used to determine the switching element. Although a technique for performing temperature detection is disclosed, a temperature detection method for an object to be detected having a plurality of heat generation points is not disclosed.
また、前記特許文献2には、複数の発熱箇所を有する被検出対象物の温度検出方法が開示されているが、この特許文献2に開示された技術は、サーミスタによる温度検出であり、さらに複数個所の発熱検出のために設置したサーミスタを並列接続して、合成抵抗で検出する方法であるため、半導体のチップ温度を検出する方法としては検出精度が低い課題を有している。
In addition,
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、複数の発熱箇所を有するブリッジ回路を構成するスイッチ素子の温度検出において、簡素で安価かつ確実にスイッチ素子温度を検出するスイッチ素子の温度検出方法を提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem. In the temperature detection of the switch element constituting the bridge circuit having a plurality of heat generation points, the temperature of the switch element for detecting the switch element temperature simply, inexpensively and reliably. A detection method is provided.
この発明に係るスイッチ素子の温度検出方法は、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチ素子の温度を、前記複数のスイッチ素子のそれぞれと同一チップ上に構成される温度検出用ダイオード素子により検出するスイッチ素子の温度検出方法であって、前記複数のスイッチ素子を同一放熱体上に配置すると共に、前記複数のスイッチ素子から選択したスイ
ッチ素子の温度検出用ダイオード素子を直列接続し、前記スイッチ素子の温度を検出するものである。
The switch element temperature detection method according to the present invention is a switch element for detecting temperatures of a plurality of switch elements constituting a bridge circuit by a temperature detection diode element configured on the same chip as each of the plurality of switch elements. The plurality of switch elements are arranged on the same heat radiator, and the temperature detecting diode elements of the switch elements selected from the plurality of switch elements are connected in series, and the temperature of the switch elements is set. it is intended to be detected.
この発明に係るスイッチ素子の温度検出方法によれば、複数のスイッチ素子を同一放熱体上に配置すると共に、前記複数のスイッチ素子から選択したスイッチ素子の温度検出用ダイオード素子を直列接続し、前記スイッチ素子の温度を検出するので、複数の発熱箇所を有するブリッジ回路を構成するスイッチ素子の温度検出において、簡素で安価かつ確実にスイッチ素子の温度を検出することが可能となる。 According to the temperature detection method of the switch element according to the present invention, the plurality of switch elements are arranged on the same heat radiator, the temperature detection diode elements of the switch elements selected from the plurality of switch elements are connected in series, Since the temperature of the switch element is detected, it is possible to detect the temperature of the switch element simply, inexpensively and reliably in the temperature detection of the switch element constituting the bridge circuit having a plurality of heat generation points.
以下、添付の図面を参照して、この発明に係るスイッチ素子の温度検出方法について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。 Preferred embodiments of a temperature detection method for a switch element according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and includes various design changes.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るスイッチ素子の温度検出方法を説明する回路ブロック図である。図1において、モータ(ここでは3相モータ)1は、モータ1を制御する電子制御装置2を介してバッテリー等の電源3に接続されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a temperature detection method for a switch element according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a motor (here, a three-phase motor) 1 is connected to a
電子制御装置2は、モータ1の各相に通電するブリッジ回路を構成する半導体スイッチ素子41a、41b、42a、42b、43aおよび43bと、後述する放熱体とからなるパワーブロック4と、スイッチ素子41a〜43bの通電タイミングを制御する制御ブロック5を備えている。
The
制御ブロック5は、後述する温度検出用ダイオードに一定電流を通電する定電流回路51と、定電流回路51により通電した電圧を検出する検温ダイオード電圧検出回路52と、検温ダイオード電圧検出回路52の電圧情報や、その他各種情報(図示せず)によりモータ1の通電を制御するマイコンからなる制御装置53と、スイッチ素子41a〜43bを駆動するプリドライバ回路54と、サーミスタからなる温度センサ55を備えている。
The
図2は、スイッチ素子41aの構成を示す回路ブロック図であり、その他のスイッチ素子41b、42a、42b、43a、43bも同様に構成されている。スイッチ素子41aは、スイッチ素子部401と、スイッチ素子部401と同一チップ上に構成された温度検出用ダイオード402を備えている。なお、図2においては、温度検出用ダイオード402を3段のダイオード構成として図示しているが、検出性等の用途により段数は適宜変更しても良い。
FIG. 2 is a circuit block diagram showing the configuration of the
次に、温度検出用ダイオード402の出力特性について説明する。図3は、図2で説明した温度検出用ダイオード402の出力特性を示すチャートで、横軸は温度、縦軸は電圧を示している。チャートにはA群およびB群の2系統に各3本の特性線を記載しているが、温度検出用ダイオード402については図3の下側に位置するB線、B1線、B2線で示している。なお、温度検出用ダイオード402はダイオード3段で構成しているために、図2のBで示す端子間におけるダイオード3個分の電圧特性が出力される。B線は中央値、B1線は上限値、B2線は下限値を示している。
Next, output characteristics of the
また、図3の上側に位置するA線、A1線、A2線は温度検出用ダイオード402を3個直列接続した総和の電圧特性で、図1のAで示す1つの検出端子におけるB線、B1線、B2線のそれぞれ3倍出力であり、A線は中央値、A1線は上限値、A2線は下限値をそれぞれ示している。なお、温度検出は温度検出用ダイオード402を3個直列接続した総和の電圧、即ち、A群の電圧を制御ブロック5内の検温ダイオード電圧検出回路52を経てマイコンからなる制御装置53にて検出する。
Further, the A, A1, and A2 lines located on the upper side of FIG. 3 are the total voltage characteristics of three
スイッチ素子41a〜43bの温度検出としては、150℃以上の異常温度を確実に検出して過熱から保護する必要があるが、温度検出用ダイオード402のばらつきを考慮した場合、図3では過熱判定<3.45VとすることでA1線からA2線の間で検出電圧がばらついても、150℃から200℃の間で確実に検出できることがわかる。
In order to detect the temperature of the
図4は、図1で説明したスイッチ素子41a〜43bのレイアウト状態を示す図で、放熱体40の表面に、スイッチ素子41a、41b、42a、42b、43aおよび43bが順次配置されている。ここで、スイッチ素子41a〜43bのうち、隔置位置に配置されているスイッチ素子41a、42a、43aのみ温度検出するように、図2における温度検出用ダイオード402を直列接続する。この接続状態を図1に示している。
FIG. 4 is a diagram showing a layout state of the
この接続方法によれば、スイッチ素子41b、42bおよび43bについては直接温度検出しないことになるが、放熱体40の表面での熱伝導により直近の温度検出を行うスイッチ素子41a、42aおよび43aに温度が反映されて、間接的に検出を行うものである。
According to this connection method, the temperature is not directly detected for the
温度検出する対象のスイッチ素子は、故障確立が高い素子、または検知感度が優先される素子を選択する。本実施の形態では3相モータ1に通電するブリッジ回路を構成する6個のスイッチ素子41a〜43bのうち、各相の上アームに相当する41a、42aおよび43aを直接監視の対象として選択しているが、これは出力端子の地絡故障の検出、保護を優先しているものである。
As a switch element to be temperature-detected, an element having a high probability of failure or an element having priority on detection sensitivity is selected. In the present embodiment, among the six
図5は、スイッチ素子の温度状態と検出端子の電圧状態を示す表で、温度検出を行うスイッチ素子41a、42aおよび43aの間で、素子温度が異なる場合の検出性を示したものである。各素子41a、42aおよび43aの温度が125℃から200℃の間で、50℃以内の温度差でばらついた場合を検証したものであるが、前述の図4における過熱判定電圧<3.45Vであれば、図5のNo.4以下の条件(全素子が150℃、またはい
ずれかの素子が200℃)では確実に検出可能であることを示している。
FIG. 5 is a table showing the temperature state of the switch element and the voltage state of the detection terminal, and shows the detectability when the element temperature is different between the
なお、本実施の形態では図3にて説明したように、温度検出用ダイオード402の特性を、0℃時=2.1V(0.7V×3段)、温度係数=−6mV/℃(−2mV×3段)とした代表的な特性として説明したが、温度検出ダイオード402の構成方法や製造条件によって、初期ばらつき、および温度係数が理想値から若干ずれる場合があるので、温度検出用ダイオード402の特性に合わせて、過熱判定電圧を設定する必要がある。
In this embodiment, as described with reference to FIG. 3, the characteristics of the
また、温度検出用ダイオード402の特性が理想値からずれている場合の校正方法として、図1に示すように別置の温度センサ55により、補正する手段も有効である。
In addition, as a calibration method when the characteristics of the
以上説明した様に、実施の形態1に係るスイッチ素子の温度検出方法によれば、温度検
出用ダイオード402を同一チップ上に構成した複数個のスイッチ素子41a〜43bを有するブリッジ回路により3相モータ1を駆動する装置において、複数のスイッチ素子41a〜43bを同一放熱体40上に配置すると共に、複数のスイッチ素子41a〜43bから選択したスイッチ素子41a、42a、43aの温度検出用ダイオード素子402を直列接続し、定電流回路51により通電したダイオード402の総和の電圧を検出する方法を採用することにより、簡素かつ安価で確実にスイッチ素子41a〜43bの異常温度を検出することができる。
As described above, according to the temperature detection method of the switch element according to the first embodiment, the three-phase motor is provided by the bridge circuit having the plurality of
1 モータ
2 電子制御装置
3 電源
4 パワーブロック
40 放熱体
41a、41b、42a、42b、43a、43b スイッチ素子
401 スイッチ素子部
402 温度検知用ダイオード
5 制御ブロック
51 定電流回路
52 検温ダイオード電圧検出回路
53 制御装置
54 プリドライバ回路
55 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記複数のスイッチ素子を同一放熱板上に配置すると共に、前記複数のスイッチ素子から選択したスイッチ素子の温度検出用ダイオード素子を直列接続し、前記スイッチ素子の温度を検出するスイッチ素子の温度検出方法。 A temperature detection method for a switch element, wherein the temperature of the switch element of a bridge circuit configured by a plurality of switch elements is detected by a temperature detection diode element configured on the same chip as each of the plurality of switch elements. ,
A temperature detection method for a switch element, wherein the plurality of switch elements are arranged on the same heat radiation plate, and the temperature detection diode elements of the switch elements selected from the plurality of switch elements are connected in series to detect the temperature of the switch elements. .
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