JP2013195291A - Voltage change detecting circuit and voltage change detecting method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage change detecting circuit capable of simply detecting a gate leak of an insulated gate transistor irrespective of whether the device is in operation or not.SOLUTION: A voltage change detecting circuit 1 includes: a driving circuit 1a which applies a voltage Vg exceeding a gate threshold voltage of an insulated gate transistor 3 to a gate of the insulated gate transistor 3; a current source 1b which applies an amount of current for a prescribed time so that the gate voltage Vg of the insulated gate transistor 3 is less than the threshold voltage, during a cutoff period when voltage application is not being executed from the driving circuit 1a to the gate of the insulated gate transistor 3; and comparing means 1d for comparing a gate voltage change amount at the time of current application from the current source 1b to the gate of the insulated gate transistor 3 with a reference voltage change amount that is a reference value for determining whether a gate leak is generated or not, and then outputting a comparison result.

Description

本発明は、絶縁ゲート型トランジスタのゲートリークを検出することのできる回路に関する。   The present invention relates to a circuit capable of detecting gate leakage of an insulated gate transistor.

DMOS(Double-Diffused MOSFET)やLDMOS(Laterally Double-Diffused MOSFET)等のMOSトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)といったパワー半導体素子は、高電圧が印加されるとともに大電流が流れることから、素子不良や素子故障の検出を行うことが重要である。製造された素子の特性不良は、素子性能が十分に発揮できない原因となる他に、使用に際してさらなる特性劣化を招いて短絡故障や断線故障の原因となる。使用中に、直列接続された複数の上記素子の中に短絡故障を起こすものが発生すれば、残りの健全素子により大きな電圧が印加されるし、並列接続された複数の上記素子の中に断線故障を起こすものが発生すれば、残りの健全な素子に電流が集中するので、危険であるとともに、一度に多くの素子の破壊損失を伴い兼ねない。   Power semiconductor elements such as MOS transistors such as DMOS (Double-Diffused MOSFET) and LDMOS (Laterally Double-Diffused MOSFET), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and so on are subjected to high current and high current flows. For this reason, it is important to detect element failures and element failures. The defective characteristics of the manufactured element may not cause sufficient performance of the element, and may further cause deterioration of characteristics during use, causing a short circuit failure or a disconnection failure. During use, if a short circuit failure occurs among the plurality of elements connected in series, a large voltage is applied to the remaining healthy elements, and disconnection occurs in the plurality of elements connected in parallel. If something that causes a failure occurs, current concentrates on the remaining healthy elements, which is dangerous and can cause many elements to be destroyed at once.

そこで、係るパワー半導体素子、とりわけ絶縁ゲート型の半導体素子については、素子不良や素子故障の検出方法が提案されている。   Therefore, for such power semiconductor elements, especially insulated gate type semiconductor elements, element defect and element failure detection methods have been proposed.

特許文献1には、図9に示すように、モータ駆動回路に使用されるMOSFET24A・24B・26A・26Bのゲートリーク電流を測定する方法が開示されている。これは、モータ駆動回路のインバータ回路16を電源に接続する前に、インバータ回路16の正負の電源端子28・30を電流計38に接続しておき、検査用パッド42から、ゲートからの逆流を阻止する向きに接続されたダイオード22A〜22Dの順方向を通してMOSFET24A・24B・26A・26Bのゲートに検査用電圧を印加するものである。ゲート・ソース間にリークが存在すれば、リーク電流がソースから上記電源端子28・30を介して電流計38に流れ込んで測定されるようになっている。   Patent Document 1 discloses a method for measuring gate leakage currents of MOSFETs 24A, 24B, 26A, and 26B used in a motor drive circuit as shown in FIG. This is because the positive and negative power terminals 28 and 30 of the inverter circuit 16 are connected to the ammeter 38 before the inverter circuit 16 of the motor drive circuit is connected to the power source, and the reverse flow from the gate is detected from the inspection pad 42. A test voltage is applied to the gates of the MOSFETs 24A, 24B, 26A, and 26B through the forward direction of the diodes 22A to 22D connected in the blocking direction. If there is a leak between the gate and the source, the leak current flows from the source to the ammeter 38 via the power supply terminals 28 and 30 and is measured.

また、特許文献2には、絶縁ゲート型トランジスタの短絡故障および断線故障を検出する方法が開示されている。これは、素子のON時にゲート駆動回路からゲート容量に流れ込むオンゲート電流と、素子のOFF時にゲート容量からゲート駆動回路に流れ込むオフゲート電流とを検出し、正常時のオンゲート電流およびオフゲート電流の大きさとの比較を行うことにより、活性領域での故障が短絡故障であるか断線故障であるかを検出するものである(図示せず)。   Patent Document 2 discloses a method for detecting a short-circuit failure and a disconnection failure of an insulated gate transistor. This is to detect the on-gate current flowing from the gate drive circuit to the gate capacitance when the device is ON and the off-gate current flowing from the gate capacitance to the gate drive circuit when the device is OFF, and the magnitude of the normal on-gate current and off-gate current. By performing the comparison, it is detected whether the failure in the active region is a short-circuit failure or a disconnection failure (not shown).

なお、特許文献3には、PN接合を有する一般の半導体素子について、PN接合におけるリーク電流を測定する方法が開示されている。これにより、MOSトランジスタ中に含まれるPN接合のリーク電流も測定可能とされる(図示せず)。   Patent Document 3 discloses a method of measuring a leakage current at a PN junction for a general semiconductor element having a PN junction. As a result, the leakage current of the PN junction included in the MOS transistor can also be measured (not shown).

特開2010−75025号公報JP 2010-75025 A 特開2007−202238号公報JP 2007-202238 A 特開2008−58313号公報JP 2008-58313 A

しかしながら、特許文献1の技術では、ゲートリークを検出するのは製品の出荷検査時のみである。従って、回路動作中にゲートリークの検出を行うことができず、機能安全の要求に応えることができない。また、ゲートリークを検出するのに、検査装置を用いなければならないとともに、製品側に検査用の専用のパッドが必要になる。   However, in the technique of Patent Document 1, the gate leak is detected only at the time of product shipment inspection. Therefore, the gate leak cannot be detected during the circuit operation, and the functional safety requirement cannot be met. Further, in order to detect gate leakage, an inspection apparatus must be used, and a dedicated pad for inspection is required on the product side.

また、特許文献2の技術では、短絡故障および断線故障については素子の動作中に検出することができるが、これらの故障の検出がゲート容量の正常な特性を利用したものであることから、原理的にゲートリークを検出することができない。また、素子がON状態あるいはOFF状態で保持された場合には、故障検出を行うことができない。さらに、ゲートリークはゲート電流に比して微小であるので、特許文献2の技術に基づき、ゲート電流の測定からゲートリークを検出しようとすることは、非常に高精度な検出回路を必要とするので現実的ではない。   In the technique of Patent Document 2, short-circuit faults and disconnection faults can be detected during the operation of the element. However, since these faults are detected using normal characteristics of the gate capacitance, the principle Therefore, gate leak cannot be detected. Further, when the element is held in the ON state or the OFF state, failure detection cannot be performed. Furthermore, since the gate leak is very small compared to the gate current, to detect the gate leak from the measurement of the gate current based on the technique of Patent Document 2 requires a very high-precision detection circuit. So it's not realistic.

また、特許文献3の技術では、PN接合のリークを検出することは可能であるが、ゲートリークを検出することはできない。   In the technique of Patent Document 3, it is possible to detect a PN junction leak, but it is not possible to detect a gate leak.

本発明は、上記課題を解決するものであり、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧の変化を検出することにより、ゲートリークを当該素子が動作中であるか否かに関わらず容易に検出することのできる、電圧変化検出回路および電圧変化検出方法を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problem, and by detecting a change in the gate voltage of an insulated gate transistor, it is possible to easily detect a gate leak regardless of whether the element is operating. An object of the present invention is to provide a voltage change detection circuit and a voltage change detection method that can be performed.

本発明の第1の局面は、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧の変化を検出する電圧変化検出回路であって、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート閾値電圧を超える電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに印加する駆動回路と、前記駆動回路から前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへの電圧印加が行われていない遮断期間中に前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になる量の電流を所定時間で印加する電流源と、前記電流源から前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへ電流を印加した際のゲート電圧変化量とゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量とを比較して比較結果を出力する比較手段とを備える。   A first aspect of the present invention is a voltage change detection circuit for detecting a change in gate voltage of an insulated gate transistor, and a voltage exceeding a gate threshold voltage of the insulated gate transistor is applied to a gate of the insulated gate transistor. A drive circuit to be applied, and a current of an amount that causes the gate voltage of the insulated gate transistor to be less than a threshold voltage during a cut-off period in which no voltage is applied from the drive circuit to the gate of the insulated gate transistor for a predetermined time. And a reference voltage change amount serving as a reference value for determining whether or not a gate leak occurs when a current is applied from the current source to the gate of the insulated gate transistor. And a comparison means for comparing and outputting a comparison result.

本発明の第2の局面は、上記第1の局面において、前記遮断期間が前記所定時間以上あるか否かを判定する遮断期間判定回路を備えており、前記比較手段は、前記遮断期間判定回路が前記遮断期間が前記所定時間以上あると判定した場合、前記比較結果を出力する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a blocking period determination circuit that determines whether or not the blocking period is equal to or longer than the predetermined time in the first aspect, wherein the comparison unit includes the blocking period determination circuit. When it is determined that the cutoff period is equal to or longer than the predetermined time, the comparison result is output.

本発明の第3の局面は、上記第2の局面において、前記ゲート電圧は、先行する導通期間と後続の前記遮断期間との和の期間が一定の長さを有する波形であり、前記遮断期間判定回路は、前記導通期間の長さを検出することにより、長さを検出した前記導通期間の直後の前記遮断期間が前記所定時間以上あるか否かを判定するデューティ判定回路である。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the gate voltage is a waveform in which a sum of a preceding conduction period and a subsequent cutoff period has a certain length, and the cutoff period is The determination circuit is a duty determination circuit that determines whether the interruption period immediately after the conduction period in which the length is detected is equal to or longer than the predetermined time by detecting the length of the conduction period.

本発明の第4の局面は、上記第3の局面において、各前記遮断期間に前記駆動回路から前記ゲートへの電源出力を遮断して前記電流源を前記ゲートに接続する電源切換回路を備えている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the power supply switching circuit according to the third aspect, wherein the power source output from the drive circuit to the gate is shut off and the current source is connected to the gate in each of the shut-off periods. Yes.

本発明の第5の局面は、上記第1の局面において、前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを判定する電圧判定回路を備え、前記電圧判定回路が前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であると判定した場合、前記電流源を前記ゲートに接続する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the device includes a voltage determination circuit that determines whether the gate voltage is a voltage for the cutoff period, and the voltage determination circuit includes the gate voltage When it is determined that the voltage is for the cutoff period, the current source is connected to the gate.

本発明の第6の局面は、上記第5の局面において、前記電圧判定回路は、前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを周期的に判定する。   In a sixth aspect of the present invention based on the fifth aspect, the voltage determination circuit periodically determines whether or not the gate voltage is a voltage for the cutoff period.

本発明の第7の局面は、上記第5の局面または上記第6の局面において、前記電圧判定回路が前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧でないと判定した場合には、前記比較手段による前記比較結果の出力を行わずに、前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧になるまで待機してから、再度、前記電圧判定回路によって前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを判定する。   According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth aspect or the sixth aspect, when the voltage determination circuit determines that the gate voltage is not the voltage for the cutoff period, Without outputting the comparison result, after waiting until the gate voltage becomes the voltage for the cutoff period, it is determined again whether the gate voltage is the voltage for the cutoff period by the voltage determination circuit. judge.

本発明の第8の局面は、上記第5の局面から上記第7の局面までのいずれか1つにおいて、前記比較手段が前記比較結果を出力した後に、前記電流源を前記ゲートから切り離して前記ゲートに前記駆動回路の電源出力を接続する   According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the fifth to seventh aspects, the current source is separated from the gate after the comparison unit outputs the comparison result. Connect the power supply output of the drive circuit to the gate

本発明の第9の局面は、絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧の変化を検出する電圧変化検出方法であって、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへの電圧印加が行われていない遮断期間中に前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になる量の電流を所定時間で印加し、前記ゲートに前記電流を前記所定時間で印加したときのゲート電圧変化量とゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量とを比較して比較結果を出力する。   A ninth aspect of the present invention is a voltage change detection method for detecting a change in the gate voltage of an insulated gate transistor, wherein the voltage is not applied to the gate of the insulated gate transistor during the cutoff period. Whether or not a gate voltage change amount and a gate leak occur when an amount of current that causes the gate voltage of the insulated gate transistor to be less than the threshold voltage is applied for a predetermined time and the current is applied to the gate for the predetermined time. A comparison result is output by comparing a reference voltage change amount as a reference value for determining whether or not.

上記第1の局面および上記第9の局面によれば、駆動回路から絶縁ゲート型トランジスタのゲートへの電圧印加が行われていない遮断期間中に、駆動電源出力を遮断した状態で電流源からゲートに電流を流す。そして、このゲート容量への充電により変化したゲート電圧の変化と基準電圧変化量とを比較する。ゲート電圧の変化が基準電圧変化量よりも小さければ、ゲートリークが発生していると判定することができる。   According to the first aspect and the ninth aspect, the gate from the current source in a state where the drive power supply output is cut off during a cut-off period in which voltage application from the drive circuit to the gate of the insulated gate transistor is not performed. Current is passed through. Then, the change in the gate voltage changed by charging the gate capacitance is compared with the reference voltage change amount. If the change in the gate voltage is smaller than the reference voltage change amount, it can be determined that a gate leak has occurred.

このように、当該電圧変化検出回路または方法によれば、絶縁ゲート型トランジスタのゲートリークを、素子動作に与える影響の少ない遮断期間に行うので、回路が動作中であるか否かに関わらず、測定装置を用いずに容易に検出することができる。また、ゲート電圧の変化と基準電圧変化量との比較を遮断期間に行うので、絶縁ゲート型トランジスタが遮断状態で保持されていても、ゲートリークを検出することができる。   As described above, according to the voltage change detection circuit or method, the gate leakage of the insulated gate transistor is performed in the cutoff period with little influence on the element operation, so whether the circuit is operating or not, It can be easily detected without using a measuring device. In addition, since the comparison between the change in the gate voltage and the reference voltage change amount is performed in the cutoff period, the gate leak can be detected even if the insulated gate transistor is held in the cutoff state.

上記第2の局面によれば、遮断期間が所定時間以上あると判定した場合、ゲート電圧の変化と基準電圧変化量との比較結果を出力するので、正確なリーク判定が行えるとともに、比較処理が絶縁ゲート型トランジスタの導通および遮断の動作に影響を与えることを回避することができる。   According to the second aspect, when it is determined that the cutoff period is equal to or longer than the predetermined time, a comparison result between the change in the gate voltage and the reference voltage change amount is output, so that an accurate leak determination can be performed and the comparison process is performed. It is possible to avoid affecting the conduction and cutoff operations of the insulated gate transistor.

上記第3の局面によれば、電流源からゲートに電流を流す前の導通期間に遮断期間の長さを判定するので、ゲートリークが影響を与えにくい導通期間のゲート電圧により遮断期間の長さを正確に検出することができる。また、導通期間に遮断期間の長さを検出し、遮断期間に比較処理を行うので、信号の処理タイミングに余裕が生じる。   According to the third aspect, since the length of the cutoff period is determined in the conduction period before the current flows from the current source to the gate, the length of the cutoff period is determined by the gate voltage of the conduction period in which gate leakage is less likely to affect. Can be accurately detected. Further, since the length of the cutoff period is detected during the conduction period and the comparison process is performed during the cutoff period, there is a margin in the signal processing timing.

上記第4の局面によれば、各遮断期間に電流源からゲートに電流を流し、リーク判定に適した長さを有する遮断期間にリーク判定を行うので、電流源の接続制御が単純化される。   According to the fourth aspect, current is supplied from the current source to the gate in each cutoff period, and the leak determination is performed in the cutoff period having a length suitable for leak determination, so that the connection control of the current source is simplified. .

上記第5の局面によれば、ゲート電圧が遮断期間にあることを検出して比較処理を行うので、周期を有しない、あるいは、周期が一定でないゲート電圧に対してゲートリークを検出することができる。   According to the fifth aspect, since the comparison process is performed by detecting that the gate voltage is in the cutoff period, it is possible to detect a gate leak with respect to a gate voltage that has no period or a period that is not constant. it can.

上記第6の局面によれば、ゲート電圧が遮断期間用の電圧であるか否かを周期的に判定するので、遮断期間を容易に探すことができるとともに、比較処理を任意回数行うことができる。   According to the sixth aspect, since it is periodically determined whether or not the gate voltage is a voltage for the cut-off period, the cut-off period can be easily found and the comparison process can be performed any number of times. .

上記第7の局面によれば、ゲート電圧が遮断期間用の電圧でないと判定した場合には比較処理を行わずに遮断期間になるまで待機するので、比較結果を効率的に得ることができる。   According to the seventh aspect, when it is determined that the gate voltage is not the voltage for the cutoff period, the comparison process can be efficiently obtained because the process waits until the cutoff period without performing the comparison process.

上記第8の局面によれば、比較処理後に電流源をゲートから切り離すことにより、遮断期間中にゲート電圧が閾値電圧に対応する値に達してしまうことを防ぐことができる。   According to the eighth aspect, by disconnecting the current source from the gate after the comparison process, it is possible to prevent the gate voltage from reaching a value corresponding to the threshold voltage during the cutoff period.

本発明の実施形態を示すものであり、故障検出回路の構成を示す回路ブロック図The circuit block diagram which shows embodiment of this invention and shows the structure of a failure detection circuit 図1の故障検出回路が備えるデューティ判定回路およびリーク判定回路の構成を説明する回路ブロック図1 is a circuit block diagram illustrating configurations of a duty determination circuit and a leak determination circuit included in the failure detection circuit of FIG. 図1の故障検出回路によりNチャネル型トランジスタに対してリーク判定を行うときのゲート電圧の変化を示す波形図であり、(a)はゲートリークがないとみなせる場合の波形図、(b)はゲートリークがあるとみなせる場合の波形図FIG. 2 is a waveform diagram showing a change in gate voltage when leak detection is performed on an N-channel transistor by the failure detection circuit of FIG. 1, (a) is a waveform diagram when it can be considered that there is no gate leak, (b) Waveform diagram when it can be considered that there is a gate leak ゲート電圧の遮断期間の長さに応じたリーク判定の実施および不実施を示す波形図であり、(a)はリーク判定を行える遮断期間を示す波形図、(b)はリーク判定を行えない遮断期間を示す波形図It is a wave form diagram which shows execution and non-execution of leak judgment according to the length of the cut-off period of gate voltage, (a) is a wave form chart showing a cut-off period which can perform leak judgment, and (b) is a cut-off which cannot perform leak judgment Waveform diagram showing period 図1の故障検出回路によりPチャネル型トランジスタに対してリーク判定を行うときのゲート電圧の変化を示す波形図であり、(a)はゲートリークがないとみなせる場合の波形図、(b)はゲートリークがあるとみなせる場合の波形図FIG. 2 is a waveform diagram showing a change in gate voltage when leak detection is performed on a P-channel transistor by the failure detection circuit of FIG. 1, (a) is a waveform diagram when it can be considered that there is no gate leak, (b) Waveform diagram when it can be considered that there is a gate leak 本発明の他の実施形態を示すものであり、故障検出回路の構成を示す回路ブロック図The circuit block diagram which shows other embodiment of this invention and shows the structure of a failure detection circuit 図6の故障検出回路が備えるオン/オフ判定回路およびリーク判定回路の構成を説明する回路ブロック図6 is a circuit block diagram illustrating configurations of an on / off determination circuit and a leak determination circuit included in the failure detection circuit of FIG. 図6の故障検出回路によりリーク判定を行うときのゲート電圧の変化を示す波形図であり、(a)はNチャネル型トランジスタに対する波形図、(b)はPチャネル型トランジスタに対する波形図FIG. 7 is a waveform diagram showing a change in gate voltage when leak detection is performed by the failure detection circuit of FIG. 従来技術を示すものであり、半導体装置の故障検出回路の構成を示す回路ブロック図The circuit block diagram which shows a prior art and shows the structure of the failure detection circuit of a semiconductor device

〔第1の実施形態〕
本発明の実施形態について図1ないし図5を用いて説明すれば以下の通りである。
[First Embodiment]
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as follows.

(故障検出回路の構成)
図1に、本実施形態に係る故障検出回路(電圧変化検出回路)1の構成を示す。
故障検出回路1は、駆動回路2によってトランジスタ3を駆動するシステムにおいて、トランジスタ3のゲートリークを検出する回路である。故障検出回路1は、電源切換回路1a、電流源1b、デューティ判定回路1c、および、リーク判定回路(比較手段)1dを備えている。トランジスタ3はDMOS、LDMOS、IGBTなどの絶縁ゲート型トランジスタである。駆動回路2、電源切換回路1a、および、電流源1bは、ゲート駆動回路11を構成している。
(Failure detection circuit configuration)
FIG. 1 shows a configuration of a failure detection circuit (voltage change detection circuit) 1 according to the present embodiment.
The failure detection circuit 1 is a circuit that detects a gate leak of the transistor 3 in a system in which the transistor 3 is driven by the drive circuit 2. The failure detection circuit 1 includes a power supply switching circuit 1a, a current source 1b, a duty determination circuit 1c, and a leak determination circuit (comparison means) 1d. The transistor 3 is an insulated gate transistor such as DMOS, LDMOS, or IGBT. The drive circuit 2, the power supply switching circuit 1a, and the current source 1b constitute a gate drive circuit 11.

例えば、トランジスタ3はインバータの各アームトランジスタとして設けられている。ここでは、まずトランジスタ3がNチャネル型である場合について説明を行う。駆動回路2は、図示しない制御部から供給されるPWM制御信号などの制御信号sp1に従って、ある周期を有し、高電位期間および低電位期間の各パルス幅が変化する駆動電圧をトランジスタ3のゲートに出力する機能を有する。ゲートに出力された状態の電圧をゲート電圧Vgと呼び、ゲート電圧Vgは、先行する導通期間Tonと後続の遮断期間Toffとの和の期間Tが一定の長さを有する波形を有する。本明細書でいうゲート電圧はゲート電位と同義である。   For example, the transistor 3 is provided as each arm transistor of the inverter. Here, a case where the transistor 3 is an N-channel type will be described first. The drive circuit 2 applies a drive voltage having a certain period and a change in each pulse width in the high potential period and the low potential period in accordance with a control signal sp1 such as a PWM control signal supplied from a control unit (not shown). It has the function to output to. The voltage in the state output to the gate is called a gate voltage Vg, and the gate voltage Vg has a waveform in which the sum period T of the preceding conduction period Ton and the subsequent cutoff period Toff has a certain length. In this specification, the gate voltage is synonymous with the gate potential.

制御信号sp1は、電源切換回路1aに入力される。電源切換回路1aは、制御信号sp1が高電位のゲート電圧Vghを出力するように指示する期間には、内部のスイッチSW1によって、入力される制御信号sp1を駆動回路2に出力する。また、電源切換回路1aは、制御信号sp1が低電位のゲート電圧Vglを出力するように指示する期間には、スイッチSW1によって、入力される制御信号sp1を電流源1bに出力する。   The control signal sp1 is input to the power supply switching circuit 1a. The power supply switching circuit 1a outputs the input control signal sp1 to the drive circuit 2 by the internal switch SW1 during a period in which the control signal sp1 instructs to output the high potential gate voltage Vgh. Further, the power supply switching circuit 1a outputs the input control signal sp1 to the current source 1b by the switch SW1 during a period in which the control signal sp1 instructs to output the low-potential gate voltage Vgl.

駆動回路2は、電源切換回路1aからスイッチSW1を介して高電位のゲート電圧Vghを出力するように指示する制御信号sp1が入力されると、高電位側の駆動電源を用いてゲート電圧Vghを生成し、ゲート電圧Vgh用の出力トランジスタから出力する。ゲート電圧Vghはゲート閾値電圧Vthを超える電圧、すなわちトランジスタ3の導通期間Ton用の電圧である。これにより、トランジスタ3が導通する。そして、駆動回路2は、ゲート電圧Vgの高電位期間が終了すると、低電位側の駆動電源を用いて、一旦、ゲート電圧Vgl用の出力トランジスタからゲート電圧Vglを出力してトランジスタ3を遮断させる。ゲート電圧Vglはトランジスタ3の遮断期間Toff用の電圧である。このとき、電源切換回路1aに入力される制御信号sp1は、スイッチSW1によって電流源1bに出力され、駆動回路2への制御信号sp1の入力が絶たれる。駆動回路2は、制御信号sp1の入力がなくなると、ゲート電圧Vgh用の出力トランジスタおよびゲート電圧Vgl用の両方の出力トランジスタの出力をハイインピーダンスとして、高電位側および低電位側の各駆動電源出力を遮断する。これにより、電流源1bが接続された後のトランジスタ3の遮断期間Toffにはゲートへの電圧印加が行われない状態となる。   When the control signal sp1 instructing to output the high potential gate voltage Vgh is input from the power supply switching circuit 1a via the switch SW1, the drive circuit 2 uses the high potential side drive power supply to generate the gate voltage Vgh. And output from the output transistor for the gate voltage Vgh. The gate voltage Vgh is a voltage exceeding the gate threshold voltage Vth, that is, a voltage for the conduction period Ton of the transistor 3. Thereby, the transistor 3 becomes conductive. Then, when the high potential period of the gate voltage Vg ends, the drive circuit 2 once outputs the gate voltage Vgl from the output transistor for the gate voltage Vgl using the low-potential side drive power supply to shut off the transistor 3. . The gate voltage Vgl is a voltage for the cutoff period Toff of the transistor 3. At this time, the control signal sp1 input to the power supply switching circuit 1a is output to the current source 1b by the switch SW1, and the input of the control signal sp1 to the drive circuit 2 is cut off. When the control signal sp1 is no longer input, the drive circuit 2 sets the outputs of both the output transistor for the gate voltage Vgh and the output transistor for the gate voltage Vgl as high impedance, and outputs the respective drive power supplies on the high potential side and the low potential side. Shut off. As a result, no voltage is applied to the gate during the cutoff period Toff of the transistor 3 after the current source 1b is connected.

電流源1bは、低電位のゲート電圧Vglを出力するように指示する制御信号sp1の期間に、電源切換回路1aからスイッチSW1を介して制御信号sp1が入力されると、トランジスタ3のゲートに接続されて、ゲート電圧Vgをトランジスタ3の閾値電圧Vthに対応する値に近付ける向きに変化させるように電流を流す。そして、電源切換回路1aは、ゲート電圧Vgの低電位期間が終了すると、電流源1bをゲートから切り離す。ここで、閾値電圧Vtは、トランジスタ3がユニポーラトランジスタとしてのMOSトランジスタである場合にはゲート・ソース間電圧について定義される値であり、トランジスタ3がIGBTである場合にはゲート・エミッタ間電圧について定義される値である。   The current source 1b is connected to the gate of the transistor 3 when the control signal sp1 is input from the power supply switching circuit 1a via the switch SW1 during the period of the control signal sp1 instructing to output the low potential gate voltage Vgl. Then, a current is passed so as to change the gate voltage Vg so as to approach the value corresponding to the threshold voltage Vth of the transistor 3. The power supply switching circuit 1a disconnects the current source 1b from the gate when the low potential period of the gate voltage Vg ends. Here, the threshold voltage Vt is a value defined for the gate-source voltage when the transistor 3 is a MOS transistor as a unipolar transistor, and the gate-emitter voltage when the transistor 3 is an IGBT. It is a defined value.

図2に、デューティ判定回路1cおよびリーク判定回路1dの構成概念を示す。   FIG. 2 shows the configuration concept of the duty determination circuit 1c and the leak determination circuit 1d.

デューティ判定回路(遮断期間判定回路)1cは、抵抗R1・R2、カウンタ21、セットリセット・フリップフロップ22、および、ANDゲート23を備えている。   The duty determination circuit (cut-off period determination circuit) 1 c includes resistors R 1 and R 2, a counter 21, a set reset flip-flop 22, and an AND gate 23.

抵抗R1と抵抗R2とは、トランジスタ3のゲートとGNDとの間に直列に接続されており、両者とも電流をゲート電流に比して十分に小さく制限するような大きな抵抗値を有している。抵抗R1と抵抗R2との接続点でゲート電圧Vgの分圧V1が生成され、分圧V1は論理レベルの範囲にまで降圧される。デューティ判定回路1cをゲート回路から絶縁分離した状態に構成したい場合には、フォトカプラ等を用いてデューティ判定回路1cにゲート電圧Vgの情報を伝達するようにしてもよい。   The resistor R1 and the resistor R2 are connected in series between the gate of the transistor 3 and GND, and both have large resistance values that limit the current to be sufficiently smaller than the gate current. . A divided voltage V1 of the gate voltage Vg is generated at a connection point between the resistor R1 and the resistor R2, and the divided voltage V1 is stepped down to a logic level range. When it is desired to configure the duty determination circuit 1c so as to be isolated from the gate circuit, information on the gate voltage Vg may be transmitted to the duty determination circuit 1c using a photocoupler or the like.

カウンタ21は、トランジスタ3のゲートに出力された高電位のゲート電圧Vghに対応する分圧V1をアクティブなイネーブル入力として、入力されるクロック信号CK1のクロックパルスを計数する。ゲート電圧Vgは、導通期間TonにはVghとなり、遮断期間ToffにはVglに電流源1bの電流による電圧上昇分を加えた値となる。電圧V1はゲート電圧Vgの波形に相似な波形を有する。   The counter 21 counts clock pulses of the input clock signal CK1 using the divided voltage V1 corresponding to the high potential gate voltage Vgh output to the gate of the transistor 3 as an active enable input. The gate voltage Vg becomes Vgh during the conduction period Ton, and becomes a value obtained by adding a voltage increase due to the current of the current source 1b to Vgl during the cutoff period Toff. The voltage V1 has a waveform similar to that of the gate voltage Vg.

カウンタ21は、導通期間Tonにはアクティブな電圧V1の入力によって、出力X=0の状態でクロックパルスの計数を開始する。導通期間Tonに計数したクロックパルス数が第1の所定値に達した場合には、出力Xは1に変化する。出力X=1は、分圧V1のイネーブル入力が非アクティブとなるまで、すなわち、導通期間Tonの終了時点まで保持される。導通期間Tonの終了時にX=0であることは、和の期間Tの長さ−導通期間Tonの長さで表される遮断期間Toffの長さが所定時間(後述の時間Tc)以上あることを意味する。逆に、導通期間Tonの終了時にX=1であることは、和の期間Tの長さ−導通期間Tonの長さで表される遮断期間Toffの長さが所定時間(時間Tc)未満であることを意味する。   In the conduction period Ton, the counter 21 starts counting clock pulses with the output X = 0 in response to the input of the active voltage V1. When the number of clock pulses counted during the conduction period Ton reaches the first predetermined value, the output X changes to 1. The output X = 1 is held until the enable input of the divided voltage V1 becomes inactive, that is, until the end of the conduction period Ton. The fact that X = 0 at the end of the conduction period Ton means that the length of the cutoff period Toff expressed by the length of the sum period T−the length of the conduction period Ton is equal to or longer than a predetermined time (time Tc described later). Means. Conversely, X = 1 at the end of the conduction period Ton means that the length of the cutoff period Toff represented by the length of the sum period T−the length of the conduction period Ton is less than a predetermined time (time Tc). It means that there is.

セットリセット・フリップフロップ22は、分圧V1をセット入力とし、カウンタ21の出力Xをリセット入力とする。セットリセット・フリップフロップ22のQ出力はANDゲート23の一方の入力となる。Q出力は、導通期間Tonの開始とともにHighの分圧V1がセット入力されることにより、1を出力する。導通期間Tonに出力Xが0から1に変化すると、セットリセット・フリップフロップ22はリセットされ、Q出力は0となる。直後の遮断期間Toffでは、新たな立ち上がりエッジによるセット入力がないので、導通期間Tonの終了時点のQ出力が保持される。   The set-reset flip-flop 22 uses the divided voltage V1 as a set input and the output X of the counter 21 as a reset input. The Q output of the set / reset flip-flop 22 becomes one input of the AND gate 23. The Q output is 1 when the high partial pressure V1 is set and input at the start of the conduction period Ton. When the output X changes from 0 to 1 during the conduction period Ton, the set-reset flip-flop 22 is reset and the Q output becomes 0. In the immediately subsequent cutoff period Toff, since there is no set input due to a new rising edge, the Q output at the end of the conduction period Ton is held.

ANDゲート23は2入力のANDゲートであり、セットリセット・フリップフロップ22の出力Qと電圧V1の反転入力との論理積を演算して出力Aとする。導通期間Tonにおいては、電圧V1の反転入力が1となることから、出力X=0の場合にも、出力X=1の場合にも、出力A=0となる。遮断期間Toffにおいては、電圧V1の反転入力が0となることから、出力X=1の場合にのみ、すなわち、カウンタ21の計数が第1の所定値に達しなかった場合にのみ出力A=1となる。   The AND gate 23 is a two-input AND gate, and calculates the logical product of the output Q of the set-reset flip-flop 22 and the inverted input of the voltage V1 to obtain an output A. In the conduction period Ton, since the inverting input of the voltage V1 is 1, the output A = 0 regardless of whether the output X = 0 or the output X = 1. In the cutoff period Toff, since the inverting input of the voltage V1 is 0, the output A = 1 only when the output X = 1, that is, only when the count of the counter 21 does not reach the first predetermined value. It becomes.

リーク判定回路1dは、比較器31、基準電圧源32、カウンタ33、および、ANDゲート34を備えている。   The leak determination circuit 1d includes a comparator 31, a reference voltage source 32, a counter 33, and an AND gate 34.

比較器31は、ゲート電圧Vgを反転入力とするとともに、基準電圧源32が発生する基準電圧Vref1を非反転入力として、互いを比較する。基準電圧Vref1は、トランジスタ3の閾値電圧に対応する値以下の値に設定され、ゲートリークが発生しているか否かを判別する閾値となる。比較器31は、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1以上であれば比較結果としての出力Z=0を出力し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1よりも小さければ比較結果としての出力Z=1を出力する。   The comparator 31 compares the gate voltage Vg as an inverting input and the reference voltage Vref1 generated by the reference voltage source 32 as a non-inverting input. The reference voltage Vref1 is set to a value equal to or lower than the value corresponding to the threshold voltage of the transistor 3, and serves as a threshold value for determining whether or not a gate leak has occurred. The comparator 31 outputs an output Z = 0 as a comparison result if the gate voltage Vg is equal to or higher than the reference voltage Vref1, and outputs an output Z = 1 as a comparison result if the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref1. .

カウンタ33は、ANDゲート23の出力A=1をアクティブなイネーブル入力として、入力されるクロック信号CK1のクロックパルスを計数する。出力A=1が入力されると、出力Y=0の状態でクロックパルスの計数が開始される。計数するクロックパルスはクロック信号CK1以外のものであってもよい。カウンタ33は、計数したクロックパルス数が第2の所定値に達すると、出力Y=1を出力する。クロックパルス数が第2の所定値に達するタイミングは、遮断期間Toffが開始されてから、遮断期間Toffが終了する前までの、時間Tcが経過した時点を指す。出力Y=1は、出力Aがアクティブである期間だけ、すなわち、遮断期間Toffの終了時点まで保持される。   The counter 33 uses the output A = 1 of the AND gate 23 as an active enable input and counts clock pulses of the input clock signal CK1. When the output A = 1 is input, the clock pulse counting is started in the state where the output Y = 0. The clock pulse to be counted may be other than the clock signal CK1. The counter 33 outputs Y = 1 when the counted number of clock pulses reaches the second predetermined value. The timing at which the number of clock pulses reaches the second predetermined value refers to a point in time when the time Tc has elapsed from the start of the cutoff period Toff to the end of the cutoff period Toff. The output Y = 1 is held only during the period when the output A is active, that is, until the end of the cutoff period Toff.

ANDゲート34は、カウンタ33の出力Yと比較器31の出力Zとを入力とする2入力のANDゲートである。比較器31は常にゲート電圧Vgと基準電圧Vref1とを比較しているので、出力Y=1となったときに出力Z=1である場合にのみ、ANDゲート34は出力W=1を出力する。出力W=1は、電流源1bによってゲート容量を充電したときにゲート電圧Vgが基準電圧Vref1にまで上昇しなかったこと、すなわち、ゲート電圧Vgの変化が、ゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量(Vref1−Vgl)よりも小さかったという比較結果を意味することから、ゲートリークが発生していることを示す信号として利用される。
(ゲート電圧の変化およびゲートリークの判定)
次に、図3および図4を用いて、上記の構成の故障検出回路1により、ゲートリークの有無の判定が行われるときのゲート電圧Vgの変化について説明する。
The AND gate 34 is a two-input AND gate having the output Y of the counter 33 and the output Z of the comparator 31 as inputs. Since the comparator 31 always compares the gate voltage Vg and the reference voltage Vref1, the AND gate 34 outputs the output W = 1 only when the output Z = 1 when the output Y = 1. . The output W = 1 indicates that the gate voltage Vg did not rise to the reference voltage Vref1 when the gate capacitance was charged by the current source 1b, that is, whether or not a change in the gate voltage Vg caused a gate leak. Is used as a signal indicating that a gate leak has occurred, since the comparison result means that the reference voltage change amount (Vref1−Vgl), which is a reference value for determining the difference, is smaller.
(Determination of gate voltage change and gate leak)
Next, changes in the gate voltage Vg when the failure detection circuit 1 having the above-described configuration determines whether or not there is a gate leak will be described with reference to FIGS.

図3(a)に、ゲートリークが存在していない、あるいは、ゲートリークが極めて小さい場合のゲート電圧Vgの変化を示す。   FIG. 3A shows a change in the gate voltage Vg when no gate leak exists or when the gate leak is extremely small.

時刻t0において、ゲートに駆動回路2の駆動電源出力が接続されることで駆動回路2がゲート電圧Vghを出力すると、導通期間Tonが開始される。このとき、出力X=0、Q出力=1、出力A=0となる。デューティ判定回路1cが、カウンタ21によってクロック信号CK1のクロックパルスを計数することにより導通期間Tonの長さを検出して、遮断期間Toffの長さが時間Tc以上あると判定したとする。カウンタ21の出力Xは、導通期間Tonの終了時点で0のままである。   At time t0, when the drive power supply output of the drive circuit 2 is connected to the gate and the drive circuit 2 outputs the gate voltage Vgh, the conduction period Ton is started. At this time, output X = 0, Q output = 1, and output A = 0. Assume that the duty determination circuit 1c detects the length of the conduction period Ton by counting the clock pulses of the clock signal CK1 by the counter 21, and determines that the length of the cutoff period Toff is equal to or longer than the time Tc. The output X of the counter 21 remains 0 at the end of the conduction period Ton.

時刻t1に遮断期間Toffに移行すると、ゲートに、駆動回路2の駆動電源に代わって電流源1bが接続される。これにより、ゲート電圧Vgは、初期値のゲート電圧Vglから時間経過に比例して電圧が上昇していく。電流源1bの電流は、遮断期間Toffの取り得る長さの間にゲート電圧Vgが閾値電圧Vthに対応する値に達しないような大きさに設定されている。すなわち、電流源1bは、ゲート電圧Vgが閾値電圧Vth未満になる量の電流を所定時間で印加する。   When the transition to the cutoff period Toff occurs at time t1, the current source 1b is connected to the gate instead of the drive power supply of the drive circuit 2. As a result, the gate voltage Vg increases from the initial gate voltage Vgl in proportion to the passage of time. The current of the current source 1b is set to such a magnitude that the gate voltage Vg does not reach a value corresponding to the threshold voltage Vth during the possible length of the cutoff period Toff. That is, the current source 1b applies an amount of current that makes the gate voltage Vg less than the threshold voltage Vth in a predetermined time.

リーク判定回路1dは、時刻t1に出力A=1となることから、カウンタ33によってクロック信号CK1のクロックパルスの計数を開始する。ゲートリークが無いとみなせる状態であるので、カウンタ33が時刻t1から時間Tcの経過分だけクロックパルスを計数した時点である時刻t2には、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1以上に大きくなる。これにより、出力Y=1となる時刻t2に、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1以上であること、すなわち、ゲートリークが存在しないとみなせることを示す比較器31の出力Z=0が、ANDゲート34から出力W=0として出力される。時刻t3に遮断期間Toffが終了すると、ゲートに、電流源1bに代わって駆動回路2の駆動電源出力が接続される。カウンタ33の出力Yは、時刻t3の時点でイネーブル入力の出力Aが非アクティブになることで0にリセットされる。   The leak determination circuit 1d starts counting the clock pulses of the clock signal CK1 by the counter 33 because the output A = 1 at time t1. Since it can be assumed that there is no gate leak, the gate voltage Vg becomes greater than or equal to the reference voltage Vref1 at time t2, which is the time when the counter 33 counts the clock pulses for the time Tc from time t1. As a result, at time t2 when the output Y = 1, the output Z = 0 of the comparator 31 indicating that the gate voltage Vg is equal to or higher than the reference voltage Vref1, that is, it can be regarded that there is no gate leak, is the AND gate 34. Is output as W = 0. When the cutoff period Toff ends at time t3, the drive power supply output of the drive circuit 2 is connected to the gate instead of the current source 1b. The output Y of the counter 33 is reset to 0 when the output A of the enable input becomes inactive at time t3.

図3(b)に、ゲートリークが有意に存在している場合のゲート電圧Vgの変化を示す。導通期間Tonのゲート電圧Vgの変化は図3(a)と同じであるとする。   FIG. 3B shows a change in the gate voltage Vg when the gate leak is significantly present. It is assumed that the change in the gate voltage Vg during the conduction period Ton is the same as that in FIG.

時刻t1に遮断期間Toffに移行すると、ゲートに、駆動回路2の駆動電源出力に代わって電流源1bが接続される。これにより、ゲート電圧Vgは、初期値のゲート電圧Vglから、電流源1bから供給される電流からリーク電流分を差し引いた電流によって、時間経過とともに上昇していく。   When the transition to the cutoff period Toff occurs at time t1, the current source 1b is connected to the gate instead of the drive power supply output of the drive circuit 2. As a result, the gate voltage Vg rises with time due to the current obtained by subtracting the leakage current from the current supplied from the current source 1b from the initial gate voltage Vgl.

リーク判定回路1dは、時刻t1に出力A=1となることから、カウンタ33によってクロック信号CK1のクロックパルスの計数を開始する。ゲートリークがあるとみなせる状態であるので、カウンタ33が時刻t1から時間Tcの経過分だけクロックパルスを計数した時点である時刻t2には、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1よりも小さくなる。これにより、出力Y=1となる時刻t2に、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref1よりも小さいことを示す比較器31の出力Z=1が、ANDゲート34から出力W=1として出力される。時刻t3に遮断期間Toffが終了すると、ゲートに、電流源1bに代わって駆動回路2の駆動電源が接続される。カウンタ33の出力Yは、時刻t3の時点でイネーブル入力の出力Aが非アクティブになることで0にリセットされる。   The leak determination circuit 1d starts counting the clock pulses of the clock signal CK1 by the counter 33 because the output A = 1 at time t1. Since it can be considered that there is a gate leak, the gate voltage Vg becomes lower than the reference voltage Vref1 at time t2, which is the time point when the counter 33 counts the clock pulses for the elapsed time Tc from time t1. Thus, at time t2 when the output Y = 1, the output Z = 1 of the comparator 31 indicating that the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref1 is output from the AND gate 34 as the output W = 1. When the cutoff period Toff ends at time t3, the drive power supply of the drive circuit 2 is connected to the gate instead of the current source 1b. The output Y of the counter 33 is reset to 0 when the output A of the enable input becomes inactive at time t3.

図4(a)に示すように、デューティ判定回路1cが、遮断期間Toffの長さが時間Tc以上であると判定した場合には、時刻t2にリーク判定回路1dがゲートリークの有無を正しく判定することができる。しかし、図4(b)に示すように、デューティ判定回路1cが、遮断期間Toffの長さが時間Tc未満であると判定した場合には、時刻t1から時間Tcが経過した時点は、当該遮断期間Toff内にはないので、リーク判定回路1dが同様の基準でゲート電圧Vgからゲートリークの有無を判定することはできない。図4(b)のような場合には、デューティ判定回路1cが、カウンタ21によって出力X=1を出力することによって、Q出力を強制的に0とし、出力Aを0に保持するようにする。このようにすれば、リーク判定回路1dのカウンタ33はクロックパルスの計数を開始しないので、出力Y=0のままとなる。これにより、比較器31の出力Zの値に関わらず、出力Wを常に0とすることができるので、リーク判定を無効とすることができる。   As shown in FIG. 4A, when the duty determination circuit 1c determines that the length of the cutoff period Toff is equal to or longer than the time Tc, the leak determination circuit 1d correctly determines whether or not there is a gate leak at time t2. can do. However, as shown in FIG. 4 (b), when the duty determination circuit 1c determines that the length of the cutoff period Toff is less than the time Tc, the time Tc elapses from the time t1 Since it is not within the period Toff, the leak determination circuit 1d cannot determine the presence or absence of gate leak from the gate voltage Vg on the same basis. In the case shown in FIG. 4B, the duty determination circuit 1c outputs the output X = 1 by the counter 21, thereby forcibly setting the Q output to 0 and holding the output A at 0. . In this way, the counter 33 of the leak determination circuit 1d does not start counting the clock pulses, so the output Y = 0 remains. As a result, the output W can always be 0 regardless of the value of the output Z of the comparator 31, so that the leak determination can be invalidated.

図4(b)のようにリーク判定が無効とされるゲート電圧Vgのサイクルが存在しても、導通期間Tonの長さと遮断期間Toffの長さとが時系列的に変化するゲート電圧Vgにおいては、図4(a)のように遮断期間Toffの長さが時間Tc以上あるサイクルにおいて、リーク判定を行うことができる。   In the gate voltage Vg in which the length of the conduction period Ton and the length of the cutoff period Toff change in time series even if there is a cycle of the gate voltage Vg in which the leak determination is invalid as shown in FIG. As shown in FIG. 4A, leak determination can be performed in a cycle in which the length of the cutoff period Toff is equal to or longer than the time Tc.

次に、図5にトランジスタ3がPチャネル型の絶縁ゲート型トランジスタである場合の、ゲート電圧Vgの変化を示す。電流源1bは、ゲート電圧Vgが低下する向きに電流を流す。   Next, FIG. 5 shows a change in the gate voltage Vg when the transistor 3 is a P-channel insulated gate transistor. The current source 1b passes a current in a direction in which the gate voltage Vg decreases.

図5(a)は、ゲートリークが存在していない、あるいは、ゲートリークが極めて小さい場合のゲート電圧Vgの変化を示しており、図4(a)の波形をレベル反転したものに相当する。図5(b)は、ゲートリークが有意に存在している場合のゲート電圧Vgの変化を示しており、図4(b)の波形をレベル反転したものに相当する。トランジスタ3がPチャネル型の場合には、故障検出回路1は、動作論理が図2のものに対して反転するように構成され、リーク判定の原理はNチャネル型の場合と同じである。   FIG. 5A shows the change of the gate voltage Vg when no gate leak exists or the gate leak is extremely small, and corresponds to the level inversion of the waveform of FIG. FIG. 5B shows a change in the gate voltage Vg when the gate leak is significantly present, and corresponds to a level inversion of the waveform of FIG. When the transistor 3 is a P-channel type, the failure detection circuit 1 is configured such that the operation logic is inverted with respect to that of FIG. 2, and the principle of leak determination is the same as that of the N-channel type.

以上のように、本実施形態によれば、トランジスタ3のゲートリークを、素子動作に与える影響の少ない遮断期間Toffに行うので、回路が動作中であるか否かに関わらず、測定装置を用いずに容易に検出することができる。また、リーク判定は遮断期間Toffに行うので、トランジスタ3が遮断状態で保持されていても、ゲートリークを検出することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the gate leak of the transistor 3 is performed during the cutoff period Toff that has little influence on the element operation, the measurement apparatus is used regardless of whether the circuit is operating or not. And can be easily detected. Further, since the leak determination is performed during the cutoff period Toff, the gate leak can be detected even when the transistor 3 is held in the cutoff state.

また、遮断期間Toffが時間Tc以上あると判定したときにのみ、ゲートリークが発生しているか否かを判定するので、正確なリーク判定が行えるとともに、リーク判定処理がトランジスタ3の導通および遮断の動作に影響を与えることを回避することができる。   Only when it is determined that the cutoff period Toff is equal to or longer than the time Tc, it is determined whether or not a gate leak has occurred. Therefore, an accurate leak determination can be performed, and the leak determination process can be used to turn on and off the transistor 3. It is possible to avoid affecting the operation.

また、電流源1bからゲートに電流を流す前の導通期間Tonに遮断期間Toffの長さを判定するので、ゲートリークが影響を与えにくい導通期間Tonのゲート電圧Vgにより遮断期間Toffの長さを正確に検出することができる。また、導通期間Tonに遮断期間Toffの長さを検出し、遮断期間Toffにリーク判定を行うので、信号の処理タイミングに余裕が生じる。   Further, since the length of the cutoff period Toff is determined in the conduction period Ton before the current flows from the current source 1b to the gate, the length of the cutoff period Toff is determined by the gate voltage Vg of the conduction period Ton where the gate leakage is less likely to be affected. It can be detected accurately. Further, since the length of the cutoff period Toff is detected in the conduction period Ton and the leak determination is performed in the cutoff period Toff, there is a margin in the signal processing timing.

また、各遮断期間Toffには必ず電流源1bからゲートに電流を流し、リーク判定に適した長さを有する遮断期間Toffにのみリーク判定を行うので、電流源1bの接続制御が単純化される。   In addition, since current is always supplied from the current source 1b to the gate in each cutoff period Toff and leakage determination is performed only in the cutoff period Toff having a length suitable for leak determination, connection control of the current source 1b is simplified. .

なお、以上の例では、デューティ判定回路1cが、導通期間Tonに直後の遮断期間Toffの長さを判定したが、遮断期間Toffの開始とともに遮断期間Toffの長さをカウンタの計数を利用するなどして開始し、ゲート電圧Vgが閾値電圧に対応する値に達しない限りにおいて、時間Tcが経過した時点でリーク判定を行うようにしてもよい。この場合には、ゲート電圧Vgの波形が周期を有していなくてもリーク判定を行うことができる。   In the above example, the duty determination circuit 1c determines the length of the cutoff period Toff immediately after the conduction period Ton. However, the count of the cutoff period Toff is used as the length of the cutoff period Toff with the start of the cutoff period Toff. As long as the gate voltage Vg does not reach a value corresponding to the threshold voltage, the leak determination may be performed when the time Tc has elapsed. In this case, the leak determination can be performed even if the waveform of the gate voltage Vg does not have a period.

また、以上の例では、遮断期間Toffの全てにおいてゲートに電流源1bが接続されたが、遮断期間Toffが長すぎてゲート電圧Vgが閾値電圧Vthに対応する値に達してしまうような場合には、リーク判定後に直ちに電流源1bをゲートから切り離すようにしてもよい。   In the above example, the current source 1b is connected to the gate in the entire cutoff period Toff, but the cutoff voltage Tg is too long and the gate voltage Vg reaches a value corresponding to the threshold voltage Vth. The current source 1b may be disconnected from the gate immediately after the leak determination.

〔第2の実施形態〕
本発明の実施形態について図6ないし図8を用いて説明すれば以下の通りである。なお、第1の実施形態と同じ符号を付した部材については、特に断らない限り同じ機能を有するものとする。
[Second Embodiment]
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the member which attached | subjected the same code | symbol as 1st Embodiment, it shall have the same function unless there is particular notice.

(故障検出回路の構成)
図6に、本実施形態に係る故障検出回路41の構成を示す。
故障検出回路41は、駆動回路2によってトランジスタ3を駆動するシステムにおいて、トランジスタ3のゲートリークを検出する回路である。故障検出回路(電圧変化検出回路)41は、電源切換回路41a、電流源1b、オン/オフ判定回路41c、および、リーク判定回路(比較手段)41dを備えている。駆動回路2、電源切換回路41a、および、電流源1bは、ゲート駆動回路51を構成している。
(Failure detection circuit configuration)
FIG. 6 shows a configuration of the failure detection circuit 41 according to the present embodiment.
The failure detection circuit 41 is a circuit that detects a gate leak of the transistor 3 in a system in which the transistor 3 is driven by the drive circuit 2. The failure detection circuit (voltage change detection circuit) 41 includes a power supply switching circuit 41a, a current source 1b, an on / off determination circuit 41c, and a leak determination circuit (comparison means) 41d. The drive circuit 2, the power supply switching circuit 41a, and the current source 1b constitute a gate drive circuit 51.

駆動回路2は、図示しない制御部から供給される制御信号sp2に従って、高電位期間および低電位期間を有するパルス信号としての駆動電圧をトランジスタ3のゲートに出力する機能を有する。ここでは、ゲート電圧Vgとして、周期を有しない、あるいは、周期が一定でないものを想定する。   The drive circuit 2 has a function of outputting a drive voltage as a pulse signal having a high potential period and a low potential period to the gate of the transistor 3 in accordance with a control signal sp2 supplied from a control unit (not shown). Here, the gate voltage Vg is assumed to have no period or a period that is not constant.

制御信号sp2は、電源切換回路41aに入力される。電源切換回路41aは、通常は、内部のスイッチSW1によって、入力される制御信号sp2を駆動回路2に出力する。また、電源切換回路1aは、ゲートリークの判定を行うための期間に、スイッチSW1によって、入力される制御信号sp2を電流源1bに出力する。スイッチSW1の切換えは、オン/オフ判定回路41cから入力される出力Bに従って行われる。   The control signal sp2 is input to the power supply switching circuit 41a. The power supply switching circuit 41a normally outputs an input control signal sp2 to the drive circuit 2 by an internal switch SW1. Further, the power supply switching circuit 1a outputs the input control signal sp2 to the current source 1b by the switch SW1 during the period for determining the gate leak. The switch SW1 is switched according to the output B input from the on / off determination circuit 41c.

駆動回路2は、電源切換回路41aからスイッチSW1を介して制御信号sp2が入力されると、高電位側の駆動電源を用いてゲート電圧Vghを生成するとともに、低電位側の駆動電源を用いてゲート電圧Vglを生成し、交互にゲートに出力する。駆動回路2は、制御信号sp2の入力がなくなると、ゲート電圧Vgh用の出力トランジスタおよびゲート電圧Vgl用の両方の出力トランジスタの出力をハイインピーダンスとして、高電位側および低電位側の各駆動電源出力を遮断する。   When the control signal sp2 is input from the power supply switching circuit 41a via the switch SW1, the drive circuit 2 generates the gate voltage Vgh using the high-potential side drive power supply and uses the low-potential side drive power supply. A gate voltage Vgl is generated and alternately output to the gate. When the input of the control signal sp2 is lost, the drive circuit 2 sets the outputs of both the output transistor for the gate voltage Vgh and the output transistor for the gate voltage Vgl as high impedance, and outputs the respective drive power supplies on the high potential side and the low potential side. Shut off.

電流源1bは、電源切換回路41aからスイッチSW1を介して制御信号sp2が入力されると、ゲート電圧をトランジスタ3の閾値電圧Vthに対応する値に近付ける向きに変化させるように電流を流す。   When the control signal sp2 is input from the power supply switching circuit 41a via the switch SW1, the current source 1b flows a current so as to change the gate voltage in a direction approaching a value corresponding to the threshold voltage Vth of the transistor 3.

図7に、オン/オフ判定回路41cおよびリーク判定回路41dの構成概念を示す。   FIG. 7 shows the configuration concept of the on / off determination circuit 41c and the leak determination circuit 41d.

オン/オフ判定回路41cは、比較器61、基準電圧源62、スイッチSW2、カウンタ63、および、ANDゲート64を備えている。   The on / off determination circuit 41c includes a comparator 61, a reference voltage source 62, a switch SW2, a counter 63, and an AND gate 64.

比較器61は、ゲート電圧Vgを反転入力とするとともに、基準電圧源62が発生する基準電圧Vref2を非反転入力とする。基準電圧Vref2は、ゲート電圧Vgが導通期間Ton用の電圧であるか遮断期間Toff用の電圧であるかを判別する閾値となる。基準電圧Vrefの値は、例えばトランジスタ3の閾値電圧Vthに対応する値に設定される。もし、ゲートリークを含む各種リークにより、遮断期間Toff中にゲート電圧Vgが無視できない電圧だけ増加してしまうようなことが懸念されるならば、基準電圧Vref2を閾値電圧Vthに対応する値よりも低い値に設定して、ゲート電圧Vgが比較的低い場合のみを遮断期間Toff用の電圧とみなすようにしてもよい。比較器61は、ゲート電圧Vgと基準電圧Vref2と比較し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref2よりも小さければ1を出力し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref2以上であれば0を出力する。   The comparator 61 uses the gate voltage Vg as an inverting input and the reference voltage Vref2 generated by the reference voltage source 62 as a non-inverting input. The reference voltage Vref2 is a threshold value for determining whether the gate voltage Vg is a voltage for the conduction period Ton or a voltage for the cutoff period Toff. The value of the reference voltage Vref is set to a value corresponding to the threshold voltage Vth of the transistor 3, for example. If there is a concern that the gate voltage Vg increases by a non-negligible voltage during the cutoff period Toff due to various leaks including the gate leak, the reference voltage Vref2 is set to a value higher than the value corresponding to the threshold voltage Vth. Only a case where the gate voltage Vg is relatively low may be regarded as a voltage for the cutoff period Toff by setting it to a low value. The comparator 61 compares the gate voltage Vg with the reference voltage Vref2, and outputs 1 if the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref2, and outputs 0 if the gate voltage Vg is equal to or higher than the reference voltage Vref2.

カウンタ63は、入力されるクロック信号CK2のクロックパルスを計数し、第3の所定値まで計数を行うと1を出力し、計数を初期値にリセットして同様の計数を繰り返す。   The counter 63 counts the clock pulses of the input clock signal CK2, outputs 1 when counting to the third predetermined value, resets the count to the initial value, and repeats the same counting.

スイッチSW2は、後述のANDゲート64の一方の入力を、比較器61の出力に接続するか、GNDに接続するかを、カウンタ63の出力に従って切り換えるように設けられている。カウンタ63の出力が0であるときは、スイッチSW2は、ANDゲート64の一方の入力をGNDに接続する。カウンタ63の出力が1であるときは、スイッチSW2は、ANDゲート64の一方の入力を比較器61の出力に接続する。スイッチSW2の出力Cはリーク判定回路41dに入力される。   The switch SW2 is provided so as to switch whether one input of an AND gate 64 described later is connected to the output of the comparator 61 or to the GND according to the output of the counter 63. When the output of the counter 63 is 0, the switch SW2 connects one input of the AND gate 64 to GND. When the output of the counter 63 is 1, the switch SW2 connects one input of the AND gate 64 to the output of the comparator 61. The output C of the switch SW2 is input to the leak determination circuit 41d.

ANDゲート64は2入力のANDゲートであり、上記一方の入力はスイッチSW2の出力Cに接続されており、他方の入力はカウンタ63の出力に接続されている。ANDゲート64の出力Bは電源切換回路41aに入力される。出力B=1は、電源切換回路41aのスイッチSW2を、制御信号sp2が電流源1bに入力されるように切り換えるトリガ信号となる。   The AND gate 64 is a two-input AND gate, and the one input is connected to the output C of the switch SW2, and the other input is connected to the output of the counter 63. The output B of the AND gate 64 is input to the power supply switching circuit 41a. The output B = 1 is a trigger signal for switching the switch SW2 of the power supply switching circuit 41a so that the control signal sp2 is input to the current source 1b.

リーク判定回路41dは、セットリセット・フリップフロップ71、カウンタ72、比較器73、基準電圧源74、および、スイッチSW3を備えている。   The leak determination circuit 41d includes a set / reset flip-flop 71, a counter 72, a comparator 73, a reference voltage source 74, and a switch SW3.

セットリセット・フリップフロップ71は、オン/オフ判定回路41cから出力された出力Cをセット入力とし、後述のカウンタ72の出力をリセット入力とする。セットリセット・フリップフロップ71のQ出力はカウンタ72に入力される。   The set-reset flip-flop 71 uses the output C output from the on / off determination circuit 41c as a set input and the output of a counter 72 described later as a reset input. The Q output of the set / reset flip-flop 71 is input to the counter 72.

カウンタ72は、セットリセット・フリップフロップ71のQ出力をイネーブル入力として、Q出力がアクティブであるときに入力されるクロック信号CK2のクロックパルスを計数する。カウンタ72の出力Dは、後述のスイッチSW3の切換え指示信号となるとともに、電源切換回路41aのスイッチSW2を、制御信号sp2の入力先が電流源1bから駆動回路2となるように切り換えるか否かを指示する信号となる。なお、カウンタ72は、クロック信号CK2以外のクロックパルスを計数してもよい。   The counter 72 counts clock pulses of the clock signal CK2 input when the Q output is active, with the Q output of the set-reset flip-flop 71 as an enable input. The output D of the counter 72 serves as a switching instruction signal for a switch SW3, which will be described later, and whether or not the switch SW2 of the power supply switching circuit 41a is switched so that the input destination of the control signal sp2 is changed from the current source 1b to the driving circuit 2. Is a signal for instructing. Note that the counter 72 may count clock pulses other than the clock signal CK2.

比較器73は、ゲート電圧Vgを反転入力とするとともに、基準電圧源73が発生する基準電圧Vref3を非反転入力とする。基準電圧Vref3は、トランジスタ3の閾値電圧に対応する値以下の値に設定され、ゲートリークが発生しているか否かを判別する閾値となる。比較器73は、ゲート電圧Vgと基準電圧Vref3とを比較し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref3よりも小さければ比較結果としての1を出力し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref3以上であれば比較結果としての0を出力する。   The comparator 73 uses the gate voltage Vg as an inverting input and the reference voltage Vref3 generated by the reference voltage source 73 as a non-inverting input. The reference voltage Vref3 is set to a value equal to or lower than the value corresponding to the threshold voltage of the transistor 3, and serves as a threshold value for determining whether or not a gate leak has occurred. The comparator 73 compares the gate voltage Vg with the reference voltage Vref3, outputs 1 as a comparison result if the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref3, and compares the result if the gate voltage Vg is equal to or higher than the reference voltage Vref3. Is output as 0.

スイッチSW3は、比較器73の出力を、リーク判定結果を受け取る外部回路へ接続するか否かを、カウンタ72の出力Dに従って切り換えるように設けられている。出力D=0のときは、スイッチSW3は比較器73の出力を外部回路へ出力せずに、GND電位を出力W2とする。出力D=1のときは、スイッチSW3は比較器73の出力を、出力W2として外部回路へ接続する。出力D=1は、ゲート電圧Vgの変化が、ゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量(Vref3−Vgl)よりも小さいという比較結果、すなわち、ゲートリークが発生していることを示す。
(ゲート電圧の変化およびゲートリークの判定)
次に、図8(a)を用いて、上記の構成の故障検出回路41により、ゲートリークの有無の判定が行われるときのゲート電圧Vgの変化について説明する。
The switch SW3 is provided so as to switch according to the output D of the counter 72 whether or not to connect the output of the comparator 73 to an external circuit that receives the leak determination result. When the output D = 0, the switch SW3 does not output the output of the comparator 73 to the external circuit, and sets the GND potential to the output W2. When the output D = 1, the switch SW3 connects the output of the comparator 73 as an output W2 to an external circuit. The output D = 1 is a comparison result that the change in the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage change amount (Vref3−Vgl) which is a reference value for determining whether or not the gate leak has occurred, that is, the gate leak is Indicates that it has occurred.
(Determination of gate voltage change and gate leak)
Next, a change in the gate voltage Vg when the failure detection circuit 41 having the above configuration determines whether or not there is a gate leak will be described with reference to FIG.

オン/オフ判定回路41cのカウンタ63は、常時、計数を行っており、時刻t0に計数値が第3の所定値に達したとすると、1を出力する。これによりスイッチSW2は閉状態となる。比較器61は、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の低電位のゲート電圧Vglであるので、ゲート電圧Vgは基準電圧Vref2よりも低い、すなわちゲート電圧Vgが遮断期間Toffにあると判定して出力C=1を出力する。出力C=1およびカウンタの出力=1はANDゲート64に入力され、ANDゲート64は出力B=1を出力する。出力B=1は電源切換回路41aに入力され、電源切換回路41aのスイッチSW1は、出力B=1をトリガ信号として同時にあるいは一定の時間をおいて、電流源1bをゲートに接続する。カウンタ63は自身の計数出力により初期状態にリセットされ、再度、計数を開始する。   The counter 63 of the on / off determination circuit 41c always counts and outputs 1 if the count value reaches the third predetermined value at time t0. As a result, the switch SW2 is closed. The comparator 61 determines that the gate voltage Vg is lower than the reference voltage Vref2, that is, the gate voltage Vg is in the cutoff period Toff because the gate voltage Vg is the low potential gate voltage Vgl for the cutoff period Toff. C = 1 is output. The output C = 1 and the counter output = 1 are input to the AND gate 64, and the AND gate 64 outputs the output B = 1. The output B = 1 is input to the power supply switching circuit 41a, and the switch SW1 of the power supply switching circuit 41a connects the current source 1b to the gate at the same time or with a certain time using the output B = 1 as a trigger signal. The counter 63 is reset to the initial state by its own count output, and starts counting again.

時刻t1において電流源1bがゲートに接続されたとすると、ゲート電圧Vgは初期値のVglから直線的に増加していく。リーク判定回路41dにおいては、時刻t0にセットリセット・フリップフロップ71に出力C=1が入力されることで、Q出力=1がカウンタ72のアクティブなイネーブル入力となる。これにより、カウンタ72が時刻t1から計数を開始して、時刻t2に計数値が第4の所定値に達したとする。カウンタ72は時刻t2に出力D=1を出力するので、スイッチSW3が比較器73の出力を外部回路に接続する。比較器73は、時刻t2のゲート電圧Vgが基準電圧Vref3以上であれば0を出力し、ゲート電圧Vgが基準電圧Vref3よりも小さければ1を出力する。ゲート電圧Vgが基準電圧Vref3よりも小さい場合にはゲートリークがあると判定され、リーク判定回路41dは出力W2=1を出力する。   If the current source 1b is connected to the gate at time t1, the gate voltage Vg increases linearly from the initial value Vgl. In the leak determination circuit 41d, when the output C = 1 is input to the set-reset flip-flop 71 at time t0, the Q output = 1 becomes the active enable input of the counter 72. Thereby, it is assumed that the counter 72 starts counting from time t1, and the counted value reaches the fourth predetermined value at time t2. Since the counter 72 outputs the output D = 1 at time t2, the switch SW3 connects the output of the comparator 73 to an external circuit. The comparator 73 outputs 0 if the gate voltage Vg at time t2 is equal to or higher than the reference voltage Vref3, and outputs 1 if the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref3. When the gate voltage Vg is smaller than the reference voltage Vref3, it is determined that there is a gate leak, and the leak determination circuit 41d outputs the output W2 = 1.

また、時刻t2に出力D=1となることにより、セットリセット・フリップフロップ71がリセットされる。これにより、カウンタ72のイネーブル入力は非アクティブになり、カウンタ72はリセットされる。さらに、出力D=1は電源切換回路41aにトリガ入力されて、スイッチSW1が電流源1bをゲートから切り離して駆動回路2に制御信号sp2が入力されるように接続の切換えを行う。この接続の切換えは、時刻t2において行っても良いし、図8(a)に示すように、時刻t2からある時間が経過した時刻t3において行ってもよい。このように電流源1bを切り離すことにより、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff中に閾値電圧Vthに対応する値に達してしまうことを防ぐことができる。電流源1bを切り離した後は、ゲートに駆動回路2の駆動電源出力が接続されるので、ゲート電圧Vgは低電位のゲート電圧Vglになる。   Further, when the output D = 1 at time t2, the set / reset flip-flop 71 is reset. As a result, the enable input of the counter 72 becomes inactive, and the counter 72 is reset. Further, the output D = 1 is input to the power supply switching circuit 41a as a trigger, and the switch SW1 switches the connection so that the current source 1b is disconnected from the gate and the control signal sp2 is input to the drive circuit 2. The switching of the connection may be performed at time t2, or may be performed at time t3 when a certain time has elapsed from time t2, as shown in FIG. By disconnecting the current source 1b in this manner, the gate voltage Vg can be prevented from reaching a value corresponding to the threshold voltage Vth during the cutoff period Toff. After disconnecting the current source 1b, the drive power supply output of the drive circuit 2 is connected to the gate, so that the gate voltage Vg becomes the low potential gate voltage Vgl.

外部回路は、受け取った出力W2=1を、ゲートリークが発生したことに対する処理に用いる。必要に応じて、出力W2=1を所定時間だけラッチする構成を追加してもよい。   The external circuit uses the received output W2 = 1 for processing for the occurrence of the gate leak. If necessary, a configuration for latching the output W2 = 1 for a predetermined time may be added.

電圧判定回路41cのカウンタ63は第3の所定値までの計数を繰り返し行っており、時刻t0(1)においてゲート電圧Vgが導通期間Ton用の電圧であった場合に、比較器61は出力C=0を出力する。これにより、出力B=0となるため、電源切換回路41aのスイッチSW1はゲートに電流源1bを接続しない。また、リーク判定回路41dにおいては、セットリセット・フリップフロップ71のQ出力は0のままとなり、カウンタ72の計数は開始されない。これにより、出力W2はGND電位のままとなる、すなわちリーク判定は行われない。   The counter 63 of the voltage determination circuit 41c repeatedly counts up to the third predetermined value. When the gate voltage Vg is the voltage for the conduction period Ton at time t0 (1), the comparator 61 outputs the output C = 0 is output. As a result, since the output B = 0, the switch SW1 of the power supply switching circuit 41a does not connect the current source 1b to the gate. In the leak determination circuit 41d, the Q output of the set / reset flip-flop 71 remains 0, and the counter 72 does not start counting. As a result, the output W2 remains at the GND potential, that is, the leak determination is not performed.

その後、電圧判定回路41cのカウンタ63は計数を繰り返していき、時刻t0(2)に第3の所定値を計数したとする。このときゲート電圧Vg=Vglであるので、前述と同様にリーク判定が行われる。   Thereafter, it is assumed that the counter 63 of the voltage determination circuit 41c repeats counting and counts the third predetermined value at time t0 (2). At this time, since the gate voltage Vg = Vgl, the leak determination is performed as described above.

このように、オン/オフ判定回路41cは、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の電圧でないと判定した場合には、リーク判定回路41dによるゲートリークの判定を行わずに、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の電圧になるまで待機してから、再度、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の電圧であるか否かを判定する。   As described above, when the on / off determination circuit 41c determines that the gate voltage Vg is not the voltage for the cutoff period Toff, the gate voltage Vg is not determined by the leak determination circuit 41d without determining the gate leak. After waiting until the voltage for Toff is reached, it is determined again whether the gate voltage Vg is a voltage for the cutoff period Toff.

次に、図8(b)に、トランジスタ3がPチャネル型の絶縁ゲート型トランジスタである場合の、ゲート電圧Vgの変化を示す。電流源1bは、ゲート電圧Vgが低下する向きに電流を流す。図8(b)のゲート電圧Vgの波形は、図8(a)の波形をレベル反転したものに相当する。トランジスタ3がPチャネル型の場合には、故障検出回路41は、動作論理が図7のものに対して反転するように構成され、リーク判定の原理はNチャネル型の場合と同じである。   Next, FIG. 8B shows a change in the gate voltage Vg when the transistor 3 is a P-channel insulated gate transistor. The current source 1b passes a current in a direction in which the gate voltage Vg decreases. The waveform of the gate voltage Vg in FIG. 8B corresponds to the level inversion of the waveform in FIG. When the transistor 3 is a P-channel type, the failure detection circuit 41 is configured such that the operation logic is inverted with respect to that of FIG. 7, and the principle of leak determination is the same as that of the N-channel type.

以上のように、本実施形態によれば、遮断期間Toffの長さを検出せずに、ゲート電圧Vgが遮断期間Toffにあることを検出してリーク判定を行うため、電流源1bからゲートに電流を流す時間が任意の遮断期間Toffの長さよりも短いような波形を有するゲート電圧Vgにおけるリーク判定に特に適している。   As described above, according to the present embodiment, the leakage determination is performed by detecting that the gate voltage Vg is in the cutoff period Toff without detecting the length of the cutoff period Toff. This is particularly suitable for leak determination at the gate voltage Vg having a waveform in which the current flowing time is shorter than the length of an arbitrary cutoff period Toff.

また、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の電圧であるか否かを周期的に判定するので、遮断期間Toffを容易に探すことができるとともに、リーク判定を任意回数行うことができる。   Further, since it is periodically determined whether or not the gate voltage Vg is a voltage for the cutoff period Toff, the cutoff period Toff can be easily found, and the leak determination can be performed an arbitrary number of times.

また、ゲート電圧Vgが遮断期間Toff用の電圧でないと判定した場合にはリーク判定を行わずに遮断期間Toffになるまで待機するので、リーク判定結果を効率的に得ることができる。   Further, when it is determined that the gate voltage Vg is not the voltage for the cutoff period Toff, the standby state is waited until the cutoff period Toff is reached without performing the leak determination, so that the leak determination result can be obtained efficiently.

なお、以上の各実施形態の故障検出回路は、パワー半導体以外の絶縁ゲート型トランジスタ(例えばMOSトランジスタ)に対するゲートリークの検出にも適用可能である。   Note that the failure detection circuit of each of the embodiments described above can also be applied to detection of gate leakage for an insulated gate transistor (for example, a MOS transistor) other than the power semiconductor.

本発明は、パワー素子が用いられる車載回路や電力用回路等に特に有効である。   The present invention is particularly effective for in-vehicle circuits and power circuits in which power elements are used.

1、41 故障判定回路(電圧変化検出回路)
1a、41a 電源切換回路
1b 電流源
1c デューティ判定回路(遮断期間判定回路)
1d、41d リーク判定回路(比較手段)
2 駆動回路
41c オン/オフ判定回路(電圧判定回路)
3 トランジスタ(絶縁ゲート型トランジスタ)
Ton 導通期間
Toff 遮断期間
T 和の期間
Vg ゲート電圧
Vgl ゲート電圧(遮断期間用の電圧)
Vth 閾値電圧
Tc 時間(所定時間)
1, 41 Failure judgment circuit (voltage change detection circuit)
1a, 41a Power supply switching circuit 1b Current source 1c Duty determination circuit (cut-off period determination circuit)
1d, 41d Leak determination circuit (comparison means)
2 Drive circuit 41c ON / OFF determination circuit (voltage determination circuit)
3 Transistors (insulated gate type transistors)
Ton conduction period Toff cut-off period T sum period Vg gate voltage Vgl gate voltage (voltage for cut-off period)
Vth threshold voltage Tc time (predetermined time)

Claims (9)

絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧の変化を検出する電圧変化検出回路であって、
前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート閾値電圧を超える電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに印加する駆動回路と、
前記駆動回路から前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへの電圧印加が行われていない遮断期間中に前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になる量の電流を所定時間で印加する電流源と、
前記電流源から前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへ電流を印加した際のゲート電圧変化量とゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量とを比較して比較結果を出力する比較手段とを備える電圧変化検出回路。
A voltage change detection circuit for detecting a change in gate voltage of an insulated gate transistor,
A drive circuit for applying a voltage exceeding a gate threshold voltage of the insulated gate transistor to the gate of the insulated gate transistor;
A current source for applying, for a predetermined time, an amount of current that makes the gate voltage of the insulated gate transistor less than a threshold voltage during a shut-off period in which no voltage is applied from the drive circuit to the gate of the insulated gate transistor; ,
A comparison result comparing a gate voltage change amount when a current is applied from the current source to the gate of the insulated gate transistor and a reference voltage change amount serving as a reference value for determining whether or not a gate leak occurs. A voltage change detection circuit comprising: a comparison means for outputting
前記遮断期間が前記所定時間以上あるか否かを判定する遮断期間判定回路を備えており、
前記比較手段は、前記遮断期間判定回路が前記遮断期間が前記所定時間以上あると判定した場合、前記比較結果を出力することを特徴とする請求項1に記載の電圧変化検出回路。
A cutoff period determination circuit for determining whether the cutoff period is equal to or longer than the predetermined time;
The voltage change detection circuit according to claim 1, wherein the comparison unit outputs the comparison result when the cutoff period determination circuit determines that the cutoff period is equal to or longer than the predetermined time.
前記ゲート電圧は、先行する導通期間と後続の前記遮断期間との和の期間が一定の長さを有する波形であり、
前記遮断期間判定回路は、前記導通期間の長さを検出することにより、長さを検出した前記導通期間の直後の前記遮断期間が前記所定時間以上あるか否かを判定するデューティ判定回路であることを特徴とする請求項2に記載の電圧変化検出回路。
The gate voltage is a waveform in which the sum of the preceding conduction period and the subsequent interruption period has a certain length,
The interruption period determination circuit is a duty determination circuit that determines whether the interruption period immediately after the conduction period in which the length is detected is longer than the predetermined time by detecting the length of the conduction period. The voltage change detection circuit according to claim 2.
各前記遮断期間に前記駆動回路から前記ゲートへの電源出力を遮断して前記電流源を前記ゲートに接続する電源切換回路を備えていることを特徴とする請求項3に記載の電圧変化検出回路。   4. The voltage change detection circuit according to claim 3, further comprising a power supply switching circuit that cuts off a power supply output from the drive circuit to the gate during each shutoff period and connects the current source to the gate. . 前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを判定する電圧判定回路を備え、
前記電圧判定回路が前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であると判定した場合、前記電流源を前記ゲートに接続することを特徴とする請求項1に記載の電圧変化検出回路。
A voltage determination circuit for determining whether the gate voltage is a voltage for the cutoff period;
2. The voltage change detection circuit according to claim 1, wherein when the voltage determination circuit determines that the gate voltage is a voltage for the cutoff period, the current source is connected to the gate.
前記電圧判定回路は、前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを周期的に判定することを特徴とする請求項5に記載の電圧変化検出回路。   6. The voltage change detection circuit according to claim 5, wherein the voltage determination circuit periodically determines whether or not the gate voltage is a voltage for the cutoff period. 前記電圧判定回路が前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧でないと判定した場合には、前記比較手段による前記比較結果の出力を行わずに、前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧になるまで待機してから、再度、前記電圧判定回路によって前記ゲート電圧が前記遮断期間用の電圧であるか否かを判定することを特徴とする請求項5または6に記載の電圧変化検出回路。   When the voltage determination circuit determines that the gate voltage is not the voltage for the cutoff period, the comparison unit does not output the comparison result until the gate voltage becomes the voltage for the cutoff period. 7. The voltage change detection circuit according to claim 5, wherein after waiting, the voltage determination circuit determines again whether or not the gate voltage is a voltage for the cutoff period. 8. 前記比較手段が前記比較結果を出力した後に、前記電流源を前記ゲートから切り離して前記ゲートに前記駆動回路の電源出力を接続することを特徴とする請求項5から7までのいずれか1項に記載の電圧変化検出回路。   8. The device according to claim 5, wherein after the comparison unit outputs the comparison result, the current source is disconnected from the gate and a power supply output of the drive circuit is connected to the gate. The voltage change detection circuit described. 絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧の変化を検出する電圧変化検出方法であって、
前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートへの電圧印加が行われていない遮断期間中に前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になる量の電流を所定時間で印加し、
前記ゲートに前記電流を前記所定時間で印加したときのゲート電圧変化量とゲートリークが発生しているか否かを判定する基準値となる基準電圧変化量とを比較して比較結果を出力する電圧変化検出方法。
A voltage change detection method for detecting a change in gate voltage of an insulated gate transistor,
Applying an amount of current for a predetermined time so that the gate voltage of the insulated gate transistor is less than a threshold voltage during a shut-off period in which voltage application to the gate of the insulated gate transistor is not performed,
A voltage for comparing a gate voltage change amount when the current is applied to the gate for the predetermined time and a reference voltage change amount serving as a reference value for determining whether or not a gate leak occurs and outputting a comparison result Change detection method.
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