JP2014117044A - 過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子のセンス端子に接続される過電流検出部(センス抵抗Rs1)を備え、前記過電流検出部に入力される入力電流に基づいて、前記スイッチング素子の過電流を検出する、過電流検出装置であって、前記スイッチング素子のゲート電流を検出するゲート電流検出部(ゲート電流モニタ回路40)と、前記過電流が検出されないように、前記ゲート電流が前記ゲート電流検出部によって検出されている期間、前記過電流検出部に入力される入力電流を制御する制御部(センス電流調整回路50)とを備えることを特徴とする、過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置。
【選択図】図1
Description
スイッチング素子のセンス端子に接続される過電流検出部を備え、
前記過電流検出部に入力される入力電流に基づいて、前記スイッチング素子に流れる過電流を検出する、過電流検出装置であって、
前記スイッチング素子のゲート電流を検出するゲート電流検出部と、
前記過電流が検出されないように、前記ゲート電流が前記ゲート電流検出部によって検出されている期間、前記過電流検出部に入力される入力電流を制御する制御部とを備えることを特徴とする、過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置を提供するものである。
図1は、一実施形態に係る半導体駆動装置1の構成を示した回路図である。半導体駆動装置1は、集積回路によって構成されてもよいし、ディスクリート部品によって構成されてもよい。
図2は、スイッチング素子10が駆動回路30によってターンオンする過程の波形である。スイッチング素子10のターンオン時のミラー期間(ゲート電圧Vgが一時的にフラットになる状態)では、ゲート電流Igは、ゲート端子Gからコレクタ端子Cに流れ、コレクタ電流Icの増加電流分になる。また、スイッチング素子10のターンオン時にコレクタ電圧Vcが低下する。これにより、スイッチング素子10の出力容量Cresやスイッチング素子10に並列接続されたダイオードD1のダイオード容量Cdiの放電も起こるため、その放電電流がコレクタ電流Icの増加電流分となる。
Im_oes:メイン素子11の出力容量Cm_oesに流れる出力容量電流
Is_oes:センス素子12の出力容量Cs_oesに流れる出力容量電流
Idi:ダイオードD1のダイオード容量Cdiに流れるダイオード容量電流
Ig:ゲート電流
n:センス比(過渡期間のセンス比は、安定期間に比べ小さい)
とする。センス比nは、メイン素子11とセンス素子12のサイズ比に相当する。
次に、図1及び図2を参照して、ターンオン時の一動作例について説明する。
Is = ( IL(リカバリー電流含む) + Ig(一定) ) / n
と表すことができる。
Ig = dVgc/dt × Cres
と表すことができる。この時のdVgc/dtは、主にコレクタ電圧Vcが低下することに起因する。
Im_oes = dVce/dt × Cm_oes
Is_oes = dVcs/dt× Cs_oes
Idi = dVce/dt × Cdi
によって表される放電電流が流れる。期間t3−t4のときのIsは、
Is = ( IL + Ig(一定) + Im_oes(一定) + Is_oes(一定) + Idi(一定) ) / n
と表すことができる。
Is = ( IL + Ig(一定) + Im_oes(減少中) + Is_oes(減少中) + Idi(減少中) ) / n
と表すことができる。
Ic = ( IL + Ig + Im_oes + Is_oes + Idi )
となる。メイン素子11に対するセンス素子12のセンス電流比をnとすれば、センス電流Isは、
Is = ( IL + Ig + Im_oes + Is_oes + Idi ) / n
となる。よって、ミラー期間中のセンス電流Isの増加分ΔIsは、
ΔIs = ( Ig + Im_oes + Is_oes + Idi ) / n
となる。つまり、このΔIsをセンスエミッタ端子ESから引き抜くことによって、センス電圧Vsの一時的な上昇を抑えることができる。また、ゲート電流Igはミラー期間中に常時流れる。Im_oes、Is_oes、Idiは、ミラー期間の前半に多く流れる。ミラー期間の後半はコレクタ電圧Vcが小さいため、出力容量Coes及びダイオード容量Cdiの影響は小さいが、コレクタ電圧Vcが小さいと、帰還容量Cresは大きくなる。帰還容量Cresが増加する分、ミラー期間は延びる。
m × Ig ≧ ΔIs = ( Ig + Im_oes + Is_oes + Idi ) / n
を満たすように決定することによって、入力電流Irの抑制が可能である。これにより、過電流の誤検出を防止できる。なお、センス比nは、過渡的に変化するため、過渡期間内の時間応じてmを適合(調整)することにより、過電流の誤検出防止効果が一層高まる。
Is = ( IL + Ig(減少中) ) / n
と表すことができる。そして、ゲート電流が最終的に無くなると、Is'=0となる(期間t6以降の安定期)。期間t6以降の安定期のIsは、
Is = IL / n
と表すことができる。
10,70 スイッチング素子
11,71 メイン素子
12,72 センス素子
20,26 過電流検出回路
21,27 過電流判定回路
22 コンパレータ
23 閾値電圧発生ノード
25 基準電圧源
30,31,33 駆動回路(駆動部の一例)
40,41,42 ゲート電流モニタ回路(ゲート電流検出部の一例)
50 センス電流調整回路(制御部の一例)
60, 61 過電流検出装置
Claims (8)
- スイッチング素子のセンス端子に接続される過電流検出部を備え、
前記過電流検出部に入力される入力電流に基づいて、前記スイッチング素子に流れる過電流を検出する、過電流検出装置であって、
前記スイッチング素子のゲート電流を検出するゲート電流検出部と、
前記過電流が検出されないように、前記ゲート電流が前記ゲート電流検出部によって検出されている期間、前記過電流検出部に入力される入力電流を制御する制御部とを備えることを特徴とする、過電流検出装置。 - 前記制御部は、前記過電流検出部に入力される入力電流を、前記過電流が検出されない大きさに制御する、請求項1に記載の過電流検出装置。
- 前記制御部は、前記ゲート電流の大きさに応じて、前記過電流検出部に入力される入力電流の大きさを制御する、請求項2に記載の過電流検出装置。
- 前記制御部は、前記センス端子から電流を引き抜いて、前記過電流検出部に入力される入力電流の大きさを制御する、請求項2又は3に記載の過電流検出装置。
- 前記過電流の検出は、前記過電流検出部に入力される入力電流に応じて変化する入力電圧と、閾値電圧とを比較して行われ、
前記制御部は、前記過電流検出部に入力される入力電流の大きさを制御することによって、前記入力電圧の大きさを調整する、請求項1から4のいずれか一項に記載の過電流検出装置。 - 前記過電流検出部に入力される入力電流は、前記センス端子から供給される、請求項1から5のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
- 前記過電流の検出は、前記センス端子から供給されて前記過電流検出部に入力される入力電流に応じて変化する入力電圧と、前記過電流検出部に入力される閾値補正電流に応じて変化する閾値電圧とを比較して行われ、
前記制御部は、前記閾値補正電流の大きさを制御することによって、前記閾値電圧の大きさを調整する、請求項1から3のいずれか一項に記載の過電流検出装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の過電流検出装置と、
前記スイッチング素子を駆動する駆動部とを備える、半導体駆動装置。
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