JP2013162720A - スイッチング素子の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子S¥#のオフ操作に際しては、第1放電用スイッチング素子32をオン操作し、ミラー期間において、第1放電用スイッチング素子32をオフして且つ第2放電用スイッチング素子36をオン操作する。この際、ゲート電圧Vgeがオフ操作に伴って低下し始めるタイミングから、スイッチング素子S¥#のセンス端子Stに接続される抵抗体38の電圧降下量(センス電圧Vse)が極大となるまでのタイミングが許容範囲内にあるか否かに基づき、異常の有無を診断する。
【選択図】 図2
Description
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動装置を車載主機としての回転機に接続される電力変換回路の駆動装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第7の実施形態>
以下、第7の実施形態について、先の第6の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第8の実施形態>
以下、第8の実施形態について、先の第6の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第9の実施形態>
以下、第9の実施形態について、先の第6の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第10の実施形態>
以下、第10の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第11の実施形態>
以下、第11の実施形態について、先の第10の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<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。
操作信号g¥#がオン操作指令およびオフ操作指令のいずれか一方から他方に切り替わるタイミングであってもよい。
計時された時間(診断時間Tdg)と閾値(下限側閾値時間Tdgth1、上限側閾値時間Tdgth2)との大小比較を行なうものに限らない。たとえば、上記第3の実施形態(図6)において、診断時間Tdgにおけるゲート電圧Vgeの変化量を診断時間Tdgで除算することでゲート電圧Vgeの平均変化速度を算出し、これと閾値との大小比較を行なうようにしてもよい。
ハードウェア処理手段に限らず、ソフトウェア処理手段によって構成してもよい。また、高電圧システム(ドライブユニットDU)に搭載するものに限らず、低電圧システム(制御装置18)に搭載してもよい。
第1放電用スイッチング素子32をオフとするとともに第2放電用スイッチング素子36をオンするものに限らず、これら双方のオン状態から片方のオン状態に切り替えるものであってもよい。この際、第1放電用スイッチング素子32、第2放電用スイッチング素子36のそれぞれに接続される抵抗体の抵抗値は同一であってもよい。
センス端子Stとエミッタとの間に接続される抵抗体38の電圧降下量に限らない。たとえばセンス端子Stに接続されるインダクタの両端の電圧の検出値であってもよい。
センス電圧Vseがアクティブゲート用閾値電圧Vsth以上となるタイミングや、センス電圧Vseが上昇から下降に転じるタイミングに限らない。たとえば、図3(c)に示されるように、センス電圧Vseが極大に上昇するに際して変化速度が大きくなることに鑑み、変化速度が閾値以上となるタイミングとしてもよい。
オフ操作指令への切り替えタイミングにおけるゲート電圧Vge(オン操作時のゲート印加電圧)よりも規定量Δだけ低い値(診断用閾値電圧Vgth)とゲート電圧Vgeとの大小比較に基づき特定されるタイミングに限らない。たとえば、オフ操作指令に応じてゲート電圧Vgeの低下速度が規定値以上となるタイミングや規定値以上となってから所定時間経過したタイミングとしてもよい。
上記第7の実施形態(図11)や上記第8の実施形態(図12)において例示したものに限らない。たとえば、ゲート電圧Vgeが規定量低下したタイミングと、コレクタエミッタ間電圧Vceがピークとなるタイミングとの間隔を診断時間Tdgとするものであってもよい。
上記第9の実施形態(図13)に限らない。たとえば、ミラー期間となるタイミング(ゲート電圧Vgeの変化速度が低下するタイミング)と、コレクタ電流Icがゼロとなるタイミングとの間隔を診断時間Tdgとするものであってもよい。
上記第10の実施形態(図14)では、異常がある旨診断する条件とする診断時間の範囲(下限側閾値時間Tdqth1、上限側閾値時間Tdgth2)を、コレクタ電流Ic、入力電圧VHおよびスイッチング素子S¥#の温度Tswに応じて可変設定したが、これに限らない。たとえばこれら3つのパラメータのうちの1つまたは2つのみを入力として可変設定してもよい。
上記実施形態では、他方の状態をオフ状態とし、他方の状態とするための電荷を負の電荷としたがこれに限らない。換言すれば、充電速度調整手段による充電速度調整パラメータの変更がなされる期間としては、ゲートから正の電荷を放電させる期間に限らない。たとえば、ゲートに正の電荷を充電する期間であってもよい。
上記第11の実施形態(図15)では、ほかの電子機器(感温ダイオードSD)の出力信号(スイッチング素子S¥#の温度Tsw)の伝達手段と、診断時間Tdgの伝達手段とを共有したがこれに限らない。たとえば、フェール信号FLの伝達手段が、各スイッチング素子S¥#毎に各別の信号線を介して制御装置18に入力される構成であるなら、この伝達手段と共有してもよい。これは、たとえば診断時間Tdgを時比率信号とし、フェール信号FLを、論理Hまたは論理Lが継続する信号とすることで実現することができる。
高電圧システムと低電圧システムとを絶縁しつつ、それらの一方から他方へと信号を伝達する手段としては、フォトカプラ等の光絶縁素子に限らず、たとえばトランス等の磁気絶縁素子であってもよい。
低電圧システムと高電圧システムとの基準電位を同一としてもよい。
IGBTに限らず、たとえばNチャネルMOS電界効果トランジスタであってもよい。もっともこれに限らず、たとえばPチャネルMOS電界効果トランジスタであってもよい。ただし、この場合、オフ操作に際して、ゲートに正の電荷を充電することとなる。
直流交流変換回路(インバータINV)の各レッグや、コンバータCNVのスイッチング素子Scp,Scnの直列接続体に限らない。たとえば、コンバータCNVのうちのスイッチング素子Scpを削除することで、昇圧チョッパ回路を構成し、ダイオードDcpと、スイッチング素子ScnおよびダイオードDcnとの直列接続体としてもよい。この場合、ダイオードDcpは、電流の流通方向を一方向に制限する整流機能を有する第1流通規制要素となり、スイッチング素子ScnおよびダイオードDcnは、電流の流通経路を開閉する開閉機能を有する第2流通規制要素となる。
コンデンサCに限らない。たとえば先の図1に示すシステムにおいてコンバータCNVを削除するなら、直流電圧源は、高電圧バッテリ12となる。
集積回路として1チップ化する部材としては、先の図2に示したものに限らない。たとえば、第1放電用スイッチング素子32や第2放電用スイッチング素子36についてもドライブIC内に備えるようにしてもよい。
Claims (19)
- 電圧制御形のスイッチング素子である駆動対象スイッチング素子のオン状態およびオフ状態のいずれか一方から他方への切り替えを行なうべく、該他方の状態にするための電荷を前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に充電するに際し、前記充電のために前記開閉制御端子に接続される電気経路について、前記充電の速度を調整するための充電速度調整パラメータを変更する充電速度調整手段を備えるスイッチング素子の駆動装置において、
前記いずれか一方および他方を指令する操作信号に応じて変化する物理量の検出値を入力とし、一対のタイミングである第1タイミングと第2タイミングとの間の時間間隔を計時する計時手段と、
前記計時手段によって計時された時間に基づき、前記充電速度調整手段の異常の有無を診断する診断手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置。 - 前記第1タイミングおよび前記第2タイミングは、いずれも前記物理量の検出値に基づき規定されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記駆動対象スイッチング素子は、該スイッチング素子が開閉する流通経路の一方の端部と前記開閉制御端子との間の電位差の操作によって開閉操作され、
前記第1タイミングおよび前記第2タイミングを定めるための前記物理量は、前記駆動対象スイッチング素子が前記流通経路を流れる電流と相関を有する微小電流を出力するセンス端子を備えるとした場合の該センス端子の出力検出値、前記電位差、前記流通経路の両端の電位差、および前記流通経路を流れる電流のうちの1つ、または2つであることを特徴とする請求項1または2記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記他方の状態がオフ状態であり、
前記駆動対象スイッチング素子は、該スイッチング素子が開閉する流通経路の一方の端部と前記開閉制御端子との間の電位差の操作によって開閉操作されるものであり、
前記第1タイミングを、前記電位差の検出値が前記駆動対象スイッチング素子をオン状態としているときと比較して規定量低下したタイミングとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記駆動対象スイッチング素子は、前記流通経路を流れる電流と相関を有する微小電流を出力するセンス端子を備え、
前記第2タイミングを、前記駆動対象スイッチング素子のオフ操作に伴って前記センス端子の出力検出値が極大に上昇するタイミングとすることを特徴とする請求項4記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記第2タイミングは、前記電位差の検出値に基づきミラー期間にあると判断されるタイミングであることを特徴とする請求項4記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記第2タイミングは、前記電位差の検出値がゼロとなるタイミングであることを特徴とする請求項4記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記他方の状態がオフ状態であり、
前記駆動対象スイッチング素子は、該スイッチング素子が開閉する流通経路を流れる電流と相関を有する微小電流を出力するセンス端子を備え、
前記第1タイミングおよび前記第2タイミングのいずれか一方を、前記駆動対象スイッチング素子のオフ操作に伴って前記センス端子の出力検出値が前記オフ操作前と比較して上昇するタイミングとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記第1タイミングは、前記駆動対象スイッチング素子のオフ操作に伴って前記センス端子の出力検出値が極大に上昇するタイミングであり、
前記第2タイミングは、前記センス端子の出力検出値がゼロとなるまでのタイミング、または前記流通経路の一方の端子および前記開閉制御端子間の電位差がゼロとなるタイミングであることを特徴とする請求項8記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記第1タイミングは、前記駆動対象スイッチング素子のオフ操作に伴って該オフ操作前と比較して前記センス端子の出力検出値が上昇するタイミングであり、
前記第2タイミングは、前記センス端子の出力検出値が極大に上昇するタイミングであることを特徴とする請求項8記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記他方の状態がオフ状態であり、
前記第1タイミングおよび前記第2タイミングのいずれか一方が、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路の両端の電圧がオフ操作に伴って極大となるタイミングであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記第1タイミングは、前記駆動対象スイッチング素子のオフ操作がなされる以前における前記流通経路の両端の電圧に対して、前記オフ操作に伴って前記両端の電圧が規定量上昇するタイミングであり、
前記第2タイミングは、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路の両端の電圧がオフ操作に伴って極大となるタイミングであることを特徴とする請求項11記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記駆動対象スイッチング素子は、電流の流通方向を一方向に制限する整流機能を有する第1流通規制要素、および電流の流通経路を開閉する開閉機能を有する第2流通規制要素の直列接続体のうち、前記第2流通規制要素を構成するものであり、
前記直列接続体は、直流電圧源に接続されており、
前記第1タイミングは、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路の両端の電圧がオフ操作に伴って極大となるタイミングであり、
前記第2タイミングは、前記流通経路の両端の電圧が前記直流電圧源の電圧となるタイミングであることを特徴とする請求項11記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記他方の状態がオフ状態であり、
前記第1タイミングおよび前記第2タイミングのいずれか一方は、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路を流れる電流量の検出値によって定まるタイミングであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記診断手段は、前記充電速度調整手段に異常がある旨診断する条件とする前記計時手段によって計時された時間の範囲を、前記駆動対象スイッチング素子の温度に応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記診断手段は、前記充電速度調整手段に異常がある旨診断する条件とする前記計時手段によって計時された時間の範囲を、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路を流れる電流量に応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記診断手段は、前記充電速度調整手段に異常がある旨診断する条件とする前記計時手段によって計時された時間の範囲を、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路の両端の電圧についての該スイッチング素子のオフ状態における値に応じて可変設定する可変手段を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
- 前記駆動対象スイッチング素子は、低電圧バッテリの基準電位とは相違する電位を基準電位とする高電圧バッテリに接続されるものであり、
前記計時手段は、前記駆動対象スイッチング素子が開閉する流通経路の一方の端部の電位を基準電位とするものであり、
前記診断手段は、前記低電圧バッテリを電源とするソフトウェア処理手段によって構成されるものであり、
前記計時手段によって計時された時間に関する情報は、絶縁通信手段を介して前記診断手段に入力されることを特徴とする請求項15〜17のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。 - 前記絶縁通信手段は、前記一方の端部の電位を基準電位とするほかの電子機器の出力信号の伝達手段が前記計時された時間に関する情報の伝達手段によって共有されたものであることを特徴とする請求項18記載のスイッチング素子の駆動装置。
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JP2021101549A (ja) * | 2015-10-21 | 2021-07-08 | マイクロチップ テクノロジー インコーポレイテッドMicrochip Technology Incorporated | 非飽和又は短絡障害を制御するためのSiC及びIGBTパワーデバイス用のゲート駆動制御システム |
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US11764772B2 (en) | 2015-10-21 | 2023-09-19 | Microchip Technology Incorporated | Gate drive control method for SiC and IGBT power devices to control desaturation or short circuit faults |
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