JP2013074677A - スイッチング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング回路全体の導通損失を低減しつつ、スイッチング回路を構成するスイッチング素子の損傷を防止する。
【解決手段】スイッチング制御装置１０は、ハイ側スイッチング回路２１又はロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、ユニポーラ型半導体素子をオフからオンに切り替えた後にバイポーラ型半導体素子をオフからオンに切り替え、導通状態から非導通状態に遷移させる際には、バイポーラ型半導体素子をオンからオフに切り替えた後にユニポーラ型半導体素子をオンからオフに切り替える。ハイ側スイッチング回路２１又はロー側スイッチング回路２２の導通状態において、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが高温判定閾値Ｔｈ以上である場合には、バイポーラ型半導体素子をオンに維持しつつユニポーラ型半導体素子をオンからオフに切り替える。
【選択図】図１

Description

この発明は、スイッチング制御装置に関する。

従来、例えば、バイポーラトランジスタとＭＯＳトランジスタとを並列に接続してなるスイッチング回路において、オン／オフの切り替え速度がより高速であるＭＯＳトランジスタと、導通抵抗がより低いバイポーラトランジスタとのオン／オフを制御することによって、スイッチング損失を低減する制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この制御方法においてスイッチング回路を導通状態にする場合には、先ずＭＯＳトランジスタをオンに切り替えた後にバイポーラトランジスタをオンに切り替え、更にＭＯＳトランジスタをオフに切り替える。
一方、スイッチング回路を非導通状態にする場合には、先ずＭＯＳトランジスタをオンに切り替えた後にバイポーラトランジスタをオフに切り替え、更にＭＯＳトランジスタをオフに切り替える。

しかしながら、上記従来技術に係る制御方法によれば、スイッチング回路の導通状態においては、常に、バイポーラトランジスタのみに導通電流が流れることから、例えば並列に接続されたバイポーラトランジスタおよびＭＯＳトランジスタに導通電流が流れる場合に比べて、スイッチング回路全体としての導通抵抗が大きくなっており、スイッチング回路全体としての導通損失が増大するという問題が生じる。

このような問題が生じることに対して、従来、例えば、バイポーラトランジスタとＭＯＳトランジスタとを並列に接続してなるスイッチング回路において、スイッチング回路を導通状態にする場合に、ＭＯＳトランジスタをオンに切り替えた後にバイポーラトランジスタをオンに切り替え、スイッチング回路の導通状態においてバイポーラトランジスタおよびＭＯＳトランジスタのオンを維持するスイッチング電源回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。
このスイッチング電源回路において、スイッチング回路を非導通状態にする場合には、バイポーラトランジスタをオフに切り替えた後にＭＯＳトランジスタをオフに切り替える。

特公平３−５１５４号公報 特開平６−１４１５４２号公報

ところで、上記従来技術に係るスイッチング電源回路によれば、スイッチング回路の導通状態と非導通状態とを切り替える際に、ＭＯＳトランジスタにスイッチング損失と導通損失との両方の損失が発生することに伴い、ＭＯＳトランジスタが過熱状態になり、熱損傷が生じる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング回路全体の導通損失を低減しつつ、スイッチング回路を構成するスイッチング素子の損傷を防止することが可能なスイッチング制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスイッチング制御装置は、ユニポーラ型半導体素子により構成される第１のスイッチング素子（例えば、実施の形態での第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａ、第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａ）と、バイポーラ型半導体素子により構成される第２のスイッチング素子（例えば、実施の形態での第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂ、第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂ）とが、並列に接続されてなるスイッチング部（例えば、実施の形態でのハイ側スイッチング回路２１、ロー側スイッチング回路２２）と、前記第１および前記第２のスイッチング素子の各々のスイッチング動作を制御可能な制御手段（例えば、実施の形態での昇圧制御器１２と、ハイ側信号制御器１３と、ロー側信号制御器１４）と、を備えるスイッチング制御装置であって、前記第１のスイッチング素子の発熱度合いに相関するパラメータの値（例えば、実施の形態でのユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣ）を取得する取得手段（例えば、実施の形態での第１温度センサ３３，第３温度センサ３５）を備え、前記制御手段は、前記スイッチング部を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、前記第１のスイッチング素子をオフからオンに切り替えた後に前記第２のスイッチング素子をオフからオンに切り替え、前記スイッチング部を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、前記第２のスイッチング素子をオンからオフに切り替えた後に前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り替え、前記スイッチング部の導通状態において前記取得手段により取得された前記パラメータの値が所定値（例えば、実施の形態での高温判定閾値Ｔｈ）以上である場合には、前記第２のスイッチング素子をオンに維持しつつ前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り替え、前記スイッチング部の導通状態において前記取得手段により取得された前記パラメータの値が所定値未満である場合には、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子をオンに維持する。

さらに、本発明の請求項２に係るスイッチング制御装置では、前記制御手段は、前記取得手段により取得された前記パラメータの値が前記所定値よりも大きい第２の所定値（例えば、実施の形態での過温判定閾値Ｔｏ）以上である場合には、前記第１のスイッチング素子をオフに維持しつつ前記第２のスイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることによって前記スイッチング部の導通状態と非導通状態とを切り替える。

さらに、本発明の請求項３に係るスイッチング制御装置では、前記第２のスイッチング素子の発熱度合いに相関する第２のパラメータの値（例えば、実施の形態でのバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉ）を取得する第２取得手段（例えば、実施の形態での第２温度センサ３４，第４温度センサ３６）を備え、前記制御手段は、前記第２の取得手段により取得された前記第２のパラメータの値が所定閾値（例えば、実施の形態での過温判定閾値Ｔｔ）以上である場合には、前記第２のスイッチング素子をオフに維持しつつ前記第１のスイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることによって前記スイッチング部の導通状態と非導通状態とを切り替える。

本発明の請求項１に係るスイッチング制御装置によれば、スイッチング部が導通状態と非導通状態との間を遷移する際には、ユニポーラ型半導体素子により構成される第１のスイッチング素子においてターンオン損失（オフからオンへの遷移状態であるターンオンでの損失）およびターンオフ損失（オンからオフへの遷移状態であるターンオフでの損失）が発生するように制御することで、スイッチング部全体でのスイッチング損失を低減することができる。

つまり、バイポーラ型半導体素子に比べてオン／オフの切り替え速度がより高速であるユニポーラ型半導体素子のオン／オフの切り替えによってスイッチング部の導通状態と非導通状態とを切り替えることによりスイッチング損失を低減することができる。
そして、バイポーラ型半導体素子のオン／オフの切り替えは、ユニポーラ型半導体素子のオンつまりスイッチング部の導通状態において実行されることで、所謂ソフトスイッチングになり、オン／オフの切り替え時の電圧降下が低減されることで、ターンオン損失およびターンオフ損失の発生が抑制される。

さらに、スイッチング部の導通状態においては、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の両方に導通電流が流れるように制御することで、スイッチング全体での導通抵抗を低減して、導通損失を低減することができる。
しかも、ターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生する第１のスイッチング素子においては、発熱度合いに相関するパラメータ（例えば、温度や導通電流など）の値が所定値以上である場合には、第２のスイッチング素子をオンに維持しつつ第１のスイッチング素子をオンからオフに切り替えることで、導通損失を低減することができ、第１のスイッチング素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを抑制することができる。

本発明の請求項２に係るスイッチング制御装置によれば、第１のスイッチング素子においてターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生する防止し、第１のスイッチング素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを防止することができる。

本発明の請求項３に係るスイッチング制御装置によれば、第２のスイッチング素子においてターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生する防止し、第２のスイッチング素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを防止することができる。

本発明の実施の形態に係るスイッチング制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係るスイッチング制御装置の各動作モードでの第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）のオン／オフの切り替えの例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るスイッチング制御装置の動作、特に、各ハイ側スイッチング回路およびロー側スイッチング回路毎に動作モードを設定する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係るスイッチング制御装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施の形態によるスイッチング制御装置１０は、例えば昇圧回路やＤＣ−ＤＣコンバータやインバータなどの電力変換回路などに備えられたスイッチング回路を制御するものであって、スイッチング回路は、ユニポーラ型半導体素子により構成される第１スイッチング素子と、バイポーラ型半導体素子により構成される第２スイッチング素子とが並列に接続されて構成されている。

例えば図１に示すスイッチング制御装置１０は昇圧回路の制御装置であって、昇圧回路１１と、昇圧制御器１２と、ハイ側信号制御器１３と、ロー側信号制御器１４とを備えて構成されている。

昇圧回路１１は、ハイ側アームをなすハイ側スイッチング回路２１と、ロー側アームをなすロー側スイッチング回路２２と、ハイ側ダイオード２３と、ロー側ダイオード２４と、チョークコイル（リアクトル）２５と、入力側コンデンサ２６と、出力側コンデンサ２７と、を備えて構成されている。

ハイ側スイッチング回路２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）などのユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）により構成される第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａと、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）により構成される第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂとが並列に接続されて構成されている。

ロー側スイッチング回路２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）などのユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）により構成される第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａと、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）により構成される第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂとが並列に接続されて構成されている。

そして、ハイ側アームをなすハイ側スイッチング回路２１と、ロー側アームをなすロー側スイッチング回路２２とは、出力側の正極側端子ＰＯおよび負極側端子ＮＯ間において直列に接続されている。

より詳細には、第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａのドレインおよび第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂのコレクタは出力側の正極側端子ＰＯに接続されている。
また、第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａのソースおよび第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂのエミッタは出力側の負極側端子ＰＮに接続されている。
そして、第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａのソースおよび第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂのエミッタは、第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａのドレインおよび第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂのコレクタに接続されている。

ハイ側ダイオード２３は、ハイ側スイッチング回路２１の順方向導通に対して逆導通するように逆並列に接続されている。
また、ロー側ダイオード２４は、ロー側スイッチング回路２２の順方向導通に対して逆導通するように逆並列に接続されている。

チョークコイル２５は、一端がハイ側スイッチング回路２１とロー側スイッチング回路２２との接続点Ａに接続され、他端が入力側の正極側端子ＰＩに接続されている。
なお、入力側の負極側端子ＮＩと出力側の負極側端子ＮＯとは互いに接続された共通端子である。

入力側コンデンサ２６は、入力側の正極側端子ＰＩおよび負極側端子ＮＩ間に接続されている。
また、出力側コンデンサ２７は、出力側の正極側端子ＰＯおよび負極側端子ＮＯ間に接続されている。

そして、昇圧回路１１は、入力側の正極側端子ＰＩおよび負極側端子ＮＩ間の入力電圧Ｖ１を検出して検出結果の信号を出力する入力電圧センサ３１と、出力側の正極側端子ＰＯおよび負極側端子ＮＯ間の出力電圧Ｖ２を検出して検出結果の信号を出力する出力電圧センサ３２と、各第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）の温度を検出して検出結果の信号を出力する第１〜第４温度センサ３３〜３６とを備え、各センサから出力される信号は、昇圧制御器１２に入力されている。

この昇圧回路１１は、ハイ側スイッチング回路２１が導通状態（オン）かつロー側スイッチング回路２２が非導通状態（オフ）になる状態と、ハイ側スイッチング回路２１が非導通状態（オフ）かつロー側スイッチング回路２２が導通状態（オン）になる状態とを、交互に切り替えることで、低電圧側である入力側から高電圧側である出力側への昇圧動作を行なう。

例えば昇圧動作時には、先ず、ハイ側スイッチング回路２１がオフかつロー側スイッチング回路２２がオンとされ、入力側の正極側端子ＰＩから入力される電流によってチョークコイル２５が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
次に、ハイ側スイッチング回路２１がオンかつロー側スイッチング回路２２がオフとされ、チョークコイル２５に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてチョークコイル２５の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。
これに伴い、チョークコイル２５に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧が低電圧側の入力電圧に上積みされて低電圧側の入力電圧よりも高い昇圧電圧が出力電圧として高電圧側に印加される。
なお、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２のオン／オフの切替動作に伴って発生する電圧変動は、入力側コンデンサ２６および出力側コンデンサ２７により平滑化される。

なお、昇圧回路１１は、高電圧側である出力側から低電圧側である入力側への降圧動作の実行も可能であって、例えば降圧動作時には、先ず、ハイ側スイッチング回路２１がオフかつロー側スイッチング回路２２がオンとされ、高電圧側から入力される電流によってチョークコイル２５が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。

次に、ハイ側スイッチング回路２１がオンかつロー側スイッチング回路２２がオフとされ、チョークコイル２５に流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてチョークコイル２５の両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。
このチョークコイル２５に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は、ハイ側スイッチング回路２１とロー側スイッチング回路２２とのオン／オフの比率に応じて高電圧側の電圧が降圧された降圧電圧となり、この降圧電圧が低電圧側（つまり、正極側端子ＰＩおよび負極側端子ＮＩ間）に印加される。

昇圧制御器１２は、例えば、入力電圧センサ３１および出力電圧センサ３２から出力される検出結果の信号に基づき、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号などのスイッチング信号を出力して、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２の導通状態と非導通状態とを制御する。

例えば、昇圧制御器１２は、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号の１周期におけるハイ側スイッチング回路２１のオン時間ＴＨｏｎとロー側スイッチング回路２２のオン時間ＴＬｏｎとなどにより定義されるスイッチングデューティー（＝ＴＨｏｎ／（ＴＨｏｎ＋ＴＬｏｎ）など）に応じて、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２のオン／オフを切り替える。
なお、昇圧制御器１２は、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２のオン／オフの切り替え時に、同時にオンにすることを禁止し、同時にオフにする適宜のデッドタイムを設けている。

さらに、昇圧制御器１２は、例えば、各第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）の発熱度合いに相関するパラメータの値として、各第１〜第４温度センサ３３〜３６から出力される検出結果の信号に基づき、各第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）の動作モードを設定し、この動作モードを指示する信号を出力する。

例えば、昇圧制御器１２は、各第１〜第４温度センサ３３〜３６から出力される検出結果の信号に基づき、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２毎にユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣとバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉとを取得する。
そして、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２毎に、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣと所定の高温判定閾値Ｔｈおよび過温判定閾値Ｔｏとの高低の比較結果、およびバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉと所定の過温判定閾値Ｔｔとの高低の比較結果に基づき、下記表１に示すように記述される予め設定された所定マップなどを参照して、動作モードを設定する。

なお、例えば上記表１においては、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の高温判定閾値Ｔｈよりも低く、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔよりも低い場合には、動作モードは通常モードである。
また、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の高温判定閾値Ｔｈ以上かつ所定の過温判定閾値Ｔｏよりも低く、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔよりも低い場合には、動作モードはＳｉＣ高温モードである。
また、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の過温判定閾値Ｔｏ以上、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔよりも低い場合には、動作モードはＳｉＣ過温モードである。

また、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の高温判定閾値Ｔｈ以上、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔよりも低い場合には、動作モードはＳｉ過温モードである。
また、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の高温判定閾値Ｔｈ以上かつ所定の過温判定閾値Ｔｏよりも低く、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔ以上の場合には、動作モードはＳｉ過温モードである。
また、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣが所定の過温判定閾値Ｔｏ以上、かつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉが所定の過温判定閾値Ｔｔ以上の場合には、動作モードは停止モードである。

ハイ側信号制御器１３は、昇圧制御器１２から出力されるスイッチング信号、つまりハイ側スイッチング回路２１のオン／オフの切り替えを指示する信号と、このハイ側スイッチング回路２１の各第１，第２スイッチング素子（Ｓ１，Ｓ２）の動作モードを指示する信号とに基づき、ハイ側スイッチング回路２１の第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａおよび第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂのオン／オフを指示する信号を、各第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａおよび第２スイッチング素子（Ｓ２）のゲートに出力する。

ロー側信号制御器１４は、昇圧制御器１２から出力されるスイッチング信号、つまりロー側スイッチング回路２２のオン／オフの切り替えを指示する信号と、このロー側スイッチング回路２２の各第３，第４スイッチング素子（Ｓ３，Ｓ４）の動作モードを指示する信号とに基づき、ロー側スイッチング回路２２の第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａおよび第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂのオン／オフを指示する信号を、各第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａおよび第４スイッチング素子（Ｓ４）のゲートに出力する。

例えば図２（Ａ）に示すように、動作モードが通常モードである場合において、各制御器１３，１４は、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフ（０）からオン（１）に切り替えた後にバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフからオンに切り替えることを指示する信号を出力する。
一方、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオンからオフに切り替えた後にユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオンからオフに切り替えることを指示する信号を出力する。

これにより、先ず、ハイ側スイッチング回路２１を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ０において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフからオンに切り替えられ、次に、時刻ｔ１において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ハイ側スイッチング回路２１を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ２において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオンからオフに切り替えられ、次に、時刻ｔ３において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオンからオフに切り替えられる。

そして、所定のデッドタイムが設けられた後に、ロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ４において第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフからオンに切り替えられ、次に、時刻ｔ５において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ６において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオンからオフに切り替えられ、次に、時刻ｔ７において第１スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオンからオフに切り替えられる。

また、例えば図２（Ｂ）に示すように、動作モードがＳｉＣ高温モードである場合において、各制御器１３，１４は、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、先ず、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフからオンに切り替えた後にバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフからオンに切り替えることを指示する信号を出力する。

そして、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態に維持する際には、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオンに維持しつつ、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオンからオフに切り替え、このオフ状態を所定期間に亘って維持した後に、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフからオンに切り替えることを指示する信号を出力する。なお、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフ状態に維持する所定期間は、予め設定された固定値であってもよいし、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の発熱度合いに相関するパラメータに応じて可変とされてもよい。
一方、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオンからオフに切り替えた後にユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオンからオフに切り替えることを指示する信号を出力する。

これにより、先ず、ハイ側スイッチング回路２１を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ０において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフからオンに切り替えられ、次に、時刻ｔ１において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ハイ側スイッチング回路２１を導通状態に維持する際には、第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオンに維持されつつ、所定のタイミングで第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオンからオフに切り替えられ、このオフ状態が所定期間に亘って維持された後に、第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフからオンに切り替えられる。
そして、ハイ側スイッチング回路２１を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ２において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオンからオフに切り替えられ、次に、時刻ｔ３において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオンからオフに切り替えられる。

そして、所定のデッドタイムが設けられた後に、ロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ４において第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフからオンに切り替えられ、次に、時刻ｔ５において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ロー側スイッチング回路２２を導通状態に維持する際には、第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオンに維持されつつ、所定のタイミングで第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオンからオフに切り替えられ、このオフ状態が所定期間に亘って維持された後に、第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフからオンに切り替えられる。
そして、ロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ６において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオンからオフに切り替えられ、次に、時刻ｔ７において第１スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオンからオフに切り替えられる。

また、例えば図２（Ｃ）に示すように、動作モードがＳｉＣ過温モードである場合において、各制御器１３，１４は、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフに維持しつつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフからオンに切り替えることを指示する信号を出力する。
一方、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフに維持しつつバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオンからオフに切り替えることを指示する信号を出力する。

これにより、先ず、ハイ側スイッチング回路２１を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ０において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフに維持された状態で第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ハイ側スイッチング回路２１を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ３において第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフに維持された状態で第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオンからオフに切り替えられる。

そして、所定のデッドタイムが設けられた後に、ロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ４において第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフに維持された状態で第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオフからオンに切り替えられる。
そして、ロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ７において第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフに維持された状態で第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオンからオフに切り替えられる。

また、例えば図２（Ｄ）に示すように、動作モードがＳｉ過温モードである場合において、各制御器１３，１４は、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフに維持しつつユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオフからオンに切り替えることを指示する信号を出力する。
一方、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフに維持しつつユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）をオンからオフに切り替えることを指示する信号を出力する。

これにより、先ず、ハイ側スイッチング回路２１を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ０において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオフに維持された状態で第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオフからオンに切り替えられる。
そして、ハイ側スイッチング回路２１を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ３において第２スイッチング素子（Ｓ２）２１ｂがオフに維持された状態で第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａがオンからオフに切り替えられる。

そして、所定のデッドタイムが設けられた後に、ロー側スイッチング回路２２を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ４において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオフに維持された状態で第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオフからオンに切り替えられる。
そして、ロー側スイッチング回路２２を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、時刻ｔ７において第４スイッチング素子（Ｓ４）２２ｂがオフに維持された状態で第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａがオンからオフに切り替えられる。

また、例えば図２（Ｅ）に示すように、動作モードが停止モードである場合において、各制御器１３，１４は、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）およびバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）をオフに維持することを指示する信号を出力する。

本実施の形態によるスイッチング制御装置１０は上記構成を備えており、次に、スイッチング制御装置１０の動作、特に、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２毎に動作モードを設定する処理について説明する。

先ず、例えば図３に示すステップＳ１１においては、昇圧回路１１による昇圧動作の開始を指示する指令などに応じて、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２のオン／オフを切り替えるスイッチング動作を通常モードにて開始する。

次に、ステップＳ１２においては、各第１〜第４温度センサ３３〜３６から出力される検出結果の信号に基づき、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２毎に、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣとバイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉとを取得する。

次に、ステップＳ１３においては、バイポーラ型半導体素子（Ｓｉ）の温度検出値ＴＳｉは所定の過温判定閾値Ｔｔ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１９に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進む。

そして、ステップＳ１４においては、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣは所定の高温判定閾値Ｔｈ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１６に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１５に進む。

そして、ステップＳ１５においては、動作モードに通常モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。
そして、ステップＳ１６においては、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣは所定の過温判定閾値Ｔｏ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１７に進み、このステップＳ１７においては、動作モードにＳｉＣ高温モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１８に進み、このステップＳ１８においては、動作モードにＳｉＣ過温モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。

また、ステップＳ１９においては、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣは所定の高温判定閾値Ｔｈ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ２１に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２０に進む。

そして、ステップＳ２０においては、動作モードにＳｉ過温モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。
そして、ステップＳ２１においては、ユニポーラ型半導体素子（ＳｉＣ）の温度検出値ＴＳｉＣは所定の過温判定閾値Ｔｏ未満であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２２に進み、このステップＳ２２においては、動作モードにＳｉ過温モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２３に進み、このステップＳ２３においては、動作モードに停止モードを設定して、後述するステップＳ２４に進む。

そして、ステップＳ２４においては、昇圧回路１１による昇圧動作の終了を指示する指令などに応じて、ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２のオン／オフを切り替えるスイッチング動作の終了が指示されているか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１２に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、エンドに進む。

上述したように、本実施の形態によるスイッチング制御装置１０によれば、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２を導通状態と非導通状態との間で遷移させる際には、ユニポーラ型半導体素子により構成される各第１スイッチング素子（Ｓ１）２１ａおよび第３スイッチング素子（Ｓ３）２２ａにおいてターンオン損失およびターンオフ損失が発生するように制御することで、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２全体でのスイッチング損失を低減することができる。

つまり、バイポーラ型半導体素子に比べてオン／オフの切り替え速度がより高速であるユニポーラ型半導体素子のオン／オフの切り替えによって各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２の導通状態と非導通状態とを切り替えることによりスイッチング損失を低減することができる。
そして、バイポーラ型半導体素子のオン／オフの切り替えは、ユニポーラ型半導体素子のオンつまり各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２の導通状態において実行されることで、所謂ソフトスイッチングになり、オン／オフの切り替え時の電圧降下が低減されることで、ターンオン損失およびターンオフ損失の発生が抑制される。

さらに、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２の導通状態においては、ユニポーラ型半導体素子およびバイポーラ型半導体素子の両方に導通電流が流れるように制御することで、各ハイ側スイッチング回路２１およびロー側スイッチング回路２２全体での導通抵抗を低減して、導通損失を低減することができる。
しかも、ターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生するユニポーラ型半導体素子においては、発熱度合いに相関するパラメータである温度検出値ＴＳｉＣが高温判定閾値Ｔｈ以上である場合には、バイポーラ型半導体素子をオンに維持しつつユニポーラ型半導体素子をオンからオフに切り替えることで、導通損失を低減することができ、ユニポーラ型半導体素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを抑制することができる。

さらに、ユニポーラ型半導体素子の温度検出値ＴＳｉＣが過温判定閾値Ｔｏ以上である場合には、ユニポーラ型半導体素子をオフに維持しつつバイポーラ型半導体素子のオンおよびオフを切り替えることから、ユニポーラ型半導体素子においてターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生する防止し、ユニポーラ型半導体素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを防止することができる。

また、バイポーラ型半導体素子の温度検出値ＴＳｉが過温判定閾値Ｔｔ以上である場合には、バイポーラ型半導体素子においてターンオン損失およびターンオフ損失と、導通損失との両方が発生する防止し、バイポーラ型半導体素子が過熱状態になって熱損傷が生じることを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）の発熱度合いに相関するパラメータを温度としたが、これに限定されず、例えば各第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）に流れる導通電流を検出する電流センサを備えて、第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）の発熱度合いに相関するパラメータを各第１〜第４スイッチング素子（Ｓ１〜Ｓ４）に流れる導通電流の検出値としてもよい。

以上、説明した本実施形態は、本発明を実施するうえでの一例を示すものであり、本発明が前記した実施形態に限定して解釈されるものではないことは言うまでもない。

１０ スイッチング制御装置
１２ 昇圧制御器（制御手段）
１３ ハイ側信号制御器（制御手段）
１４ ロー側信号制御器（制御手段）
２１ ハイ側スイッチング回路（スイッチング部）
２１ａ 第１スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
２１ｂ 第２スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
２２ ロー側スイッチング回路（スイッチング部）
２２ａ 第３スイッチング素子（第１のスイッチング素子）
２２ｂ 第４スイッチング素子（第２のスイッチング素子）
３３ 第１温度センサ（取得手段）
３４ 第２温度センサ（第２取得手段）
３５ 第３温度センサ（取得手段）
３６ 第４温度センサ（第２取得手段）

Claims (3)

1. ユニポーラ型半導体素子により構成される第１のスイッチング素子と、バイポーラ型半導体素子により構成される第２のスイッチング素子とが、並列に接続されてなるスイッチング部と、
   前記第１および前記第２のスイッチング素子の各々のスイッチング動作を制御可能な制御手段と、を備えるスイッチング制御装置であって、
   前記第１のスイッチング素子の発熱度合いに相関するパラメータの値を取得する取得手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記スイッチング部を非導通状態から導通状態に遷移させる際には、前記第１のスイッチング素子をオフからオンに切り替えた後に前記第２のスイッチング素子をオフからオンに切り替え、
   前記スイッチング部を導通状態から非導通状態に遷移させる際には、前記第２のスイッチング素子をオンからオフに切り替えた後に前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り替え、
   前記スイッチング部の導通状態において前記取得手段により取得された前記パラメータの値が所定値以上である場合には、前記第２のスイッチング素子をオンに維持しつつ前記第１のスイッチング素子をオンからオフに切り替え、
   前記スイッチング部の導通状態において前記取得手段により取得された前記パラメータの値が所定値未満である場合には、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子をオンに維持することを特徴とするスイッチング制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記取得手段により取得された前記パラメータの値が前記所定値よりも大きい第２の所定値以上である場合には、前記第１のスイッチング素子をオフに維持しつつ前記第２のスイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることによって前記スイッチング部の導通状態と非導通状態とを切り替えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング制御装置。
3. 前記第２のスイッチング素子の発熱度合いに相関する第２のパラメータの値を取得する第２取得手段を備え、
   前記制御手段は、前記第２の取得手段により取得された前記第２のパラメータの値が所定閾値以上である場合には、前記第２のスイッチング素子をオフに維持しつつ前記第１のスイッチング素子のオンおよびオフを切り替えることによって前記スイッチング部の導通状態と非導通状態とを切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチング制御装置。

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