JP2014190773A - 過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過電流の判定結果の正確性が向上する、過電流検出装置を提供すること。
【解決手段】周期的にオンオフするスイッチング素子に流れる電流の変化の度合いに基づいて、前記電流が過電流か否かを判定する判定部を備えた過電流検出装置であって、前記判定部は、前記電流を生じさせる電源の電源電圧に応じて変化する判定基準に従って、過電流の判定結果を出力することを特徴とする、過電流検出装置。前記判定部は、例えば、前記電源電圧が高い場合、前記電源電圧が低い場合よりも前記電流の上昇変化の度合いが大きいときに、前記電流が過電流であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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及びそれを備える半導体駆動装置に関する。

例えば特許文献１には、PWM信号が印加されるスイッチング素子のドレイン電圧の微分成分に基づいて、スイッチング素子に通ずる電流が過電流であるか否かを判定する技術が開示されている。

特開２０１０−１２３０４４号公報

しかしながら、上述の従来技術は、過電流を判定するための閾値が一定値に固定されているため、過電流を正確に判定できない場合がある。本発明は、過電流の判定結果の正確性が向上する、過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
周期的にオンオフするスイッチング素子に流れる電流の変化の度合いに基づいて、前記電流が過電流か否かを判定する判定部を備えた過電流検出装置であって、
前記判定部は、前記電流を生じさせる電源の電源電圧に応じて変化する判定基準に従って、過電流の判定結果を出力することを特徴とする、過電流検出装置、及びその過電流検出装置を備える半導体駆動装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、
周期的にオンオフするスイッチング素子に流れる電流の変化の度合いに基づいて、前記電流が過電流か否かを判定する判定部を備えた過電流検出装置であって、
前記判定部は、前記電流を生じさせる電源の電源電圧が高い場合、前記電源電圧が低い場合よりも前記電流の上昇変化の度合いが大きいときに、前記電流が過電流であると判定することを特徴とする、過電流検出装置、及びその過電流検出装置を備える半導体駆動装置を提供するものである。

本発明によれば、過電流の判定結果の正確性が向上する。

第１の実施形態である半導体駆動装置の構成を示した図 RL回路図 RL回路の動作波形図の一例 過電流が検出されないときの半導体駆動装置の動作波形図 過電流が検出されたときの半導体駆動装置の動作波形 第２の実施形態である半導体駆動装置の構成を示した図 RL回路の動作波形図の一例

＜半導体駆動装置１の構成＞
図１は、第１の実施形態である半導体駆動装置１の構成を示した図である。半導体駆動装置１は、集積回路によって構成された半導体デバイスでもよいし、ディスクリート部品によって構成された半導体デバイスでもよい。また、半導体駆動装置１は、そのような半導体デバイスを筐体に内蔵した電子制御ユニット（いわゆる、ECU）でもよい。

半導体駆動装置１は、スイッチング素子１０，２０をオンオフ駆動することによって、誘導性の負荷７０（例えば、モータ、リアクトルなど）を駆動する手段と、スイッチング素子１０，２０及び負荷７０を過電流から保護する手段とを備えた半導体回路である。

半導体駆動装置１は、スイッチング素子１０，２０と、駆動回路３０と、過電流検出装置４０とを備えている。スイッチング素子１０，２０は、過電流検出装置４０及び／又は駆動回路３０と共通の基板上の半導体素子でもよいし、過電流検出装置４０及び／又は駆動回路３０とは別の基板上の半導体素子でもよい。また、スイッチング素子１０は、スイッチング素子２０と共通の基板上の半導体素子でもよいし、スイッチング素子２０とは別の基板上の半導体素子でもよい。

スイッチング素子１０，２０は、絶縁ゲート型電圧制御半導体素子であって、オンオフ動作する素子である。スイッチング素子１０，２０は、制御電極と、第１の主電極と、第２の主電極とを有する素子であり、その具体例として、IGBT，MOSFETなどのパワートランジスタ素子が挙げられる。図１には、スイッチング素子１０，２０の一例として、IGBTが図示されている。以下、説明の便宜上、スイッチング素子１０，２０がIGBTであるとして、説明する。MOSFETの場合であれば、「コレクタ」を「ドレイン」に、「エミッタ」を「ソース」に置き換えて読むとよい。

スイッチング素子１０のゲート電極Gは、例えば、ゲート電極Gに直列接続されたゲート抵抗Rgを介して、駆動回路３０に接続される制御電極である。スイッチング素子１０のコレクタ電極Cは、直接又は間接的に（例えば、スイッチング素子２０又は負荷７０を介して）、第１の電源電位部６１に接続される第１の主電極である。電源電位部６１は、例えば、バッテリやインバーター等の電源の正極端子に導電的に接続される高電位部である。スイッチング素子１０のエミッタ電極Eは、直接又は間接的に（例えば、不図示の他の半導体スイッチング素子や負荷を介して）、電源電位部６１よりも低電位の第２の電源電位部６２に接続される第２の主電極である。電源電位部６２は、例えば、バッテリやインバーター等の電源の負極端子又は車体アース部に導電的に接続される低電位部（いわゆる、グランドGND）である。

スイッチング素子１０のコレクタ電極Cとエミッタ電極Eとの間には、ダイオードD1が構成されている。ダイオードD1は、スイッチング素子１０に並列に追加接続されたダイオードでもよいし、コレクタ電極Cとエミッタ電極Eとの間に形成される寄生素子であるボディダイオードでもよい。逆導通ＩＧＢＴのダイオード部をダイオードD1として用いることも可能である。

スイッチング素子２０は、スイッチング素子１０と同様の構成のため、その説明を省略する。

駆動回路３０は、外部から供給される制御信号Sに従って、ゲート抵抗Rgを介して、スイッチング素子１０のゲート端子Gのゲート電圧Vgeを、スイッチング素子１０をオン又はオフさせる電圧値に制御する駆動部である。ゲート電圧Vgeは、ゲート電極Gとエミッタ電極Eとの間に印加される制御電圧である。スイッチング素子１０は、ゲート電圧Vgeの電圧値に応じて、オン又はオフする。

駆動回路３０は、制御信号Sに従って、スイッチング素子１０を周期的にオンオフさせる。駆動回路３０は、例えば、スイッチング素子１０が周期的にオンオフするように、パルス変調された制御信号Sに従って、スイッチング素子１０をパルス変調方式で繰り返しオンオフさせる。パルス変調の具体例として、パルス幅変調（PWM）、パルス周波数変調（PFM）などが挙げられる。

駆動回路３０は、例えば、CPU等を備えるマイクロコンピュータから供給される制御信号Sに従って、ゲート電圧Vgeを制御する回路である。なお、駆動回路３０自体が、マイクロコンピュータであってもよい。

過電流検出装置４０は、駆動回路３０によって周期的にオンオフするスイッチング素子１０のコレクタ電極Cに流れる過電流を検出する回路である。コレクタ電流Icは、コレクタ電極Cに流れる電流である。過電流検出装置４０は、例えば、電流変化検出回路４１と、電源電圧検出回路４２と、判定回路４３とを備えている。

電流変化検出回路４１は、コレクタ電流Icの変化の度合いを検出する変化度合い検出部である。電流変化検出回路４１は、例えば、コレクタ電流Icの時間変化率を検出し、検出した時間変化率を表す検出信号を判定回路４３に対して出力する変化率検出部を有している。変化率検出部は、例えば、コレクタ電流Icを時間微分し、時間微分して得られた値（微分値dIc／dt）を判定回路４３に対して出力する微分回路である。

電源電圧検出回路４２は、コレクタ電流Icを生じさせる電源の電源電圧VHを検出する電源電圧検出部である。電源電圧VHは、電源電位部６１と電源電位部６２との間の電位差をモニタすることによって検出可能な電圧値であり、負荷７０の駆動電圧として供給される。電源電圧検出回路４２は、例えば、電源電圧VHを検出し、検出した電源電圧VHを表す検出信号を判定回路４３に対して出力する。電源電圧検出回路４２は、例えば、電源電圧VHを抵抗で分圧し、抵抗分圧して得られた値を電源電圧VHの検出値として判定回路４３に対して出力する抵抗分圧回路を有している。

判定回路４３は、周期的にオンオフするスイッチング素子１０に流れるコレクタ電流Icの変化の度合いに基づいて、そのコレクタ電流Icが過電流であるか否かを判定する判定部である。判定回路４３は、例えば、電流変化検出回路４１によって検出された微分値dIc／dtに基づいて、コレクタ電流Icが過電流であるか否かを判定する。

電源電圧VHが変動するとコレクタ電流Icの大きさ及び変化の度合いも変動するため、過電流の判定基準が電源電圧VHの変動にかかわらず固定されていると、判定回路４３での過電流の判定精度が低下する可能性がある。

そこで、判定回路４３は、電源電圧検出回路４２によって検出された電源電圧VHに応じて変化する判定基準に従って、過電流か否かの判定をした結果を出力する。これにより、電源電圧VHの変動によりコレクタ電流Icの大きさ及び変化の度合いが変動しても、その変動に応じて判定基準も変化するため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が向上する。

判定回路４３は、例えば、電流変化検出回路４１によって検出されたコレクタ電流Icの変化の度合いが、電源電圧VHに応じて変化する判定基準を満たす場合、そのコレクタ電流Icが過電流であると判定する。つまり、過大なコレクタ電流Icの流れがあると判定する。一方、判定回路４３は、電流変化検出回路４１によって検出されたコレクタ電流Icの変化の度合いが、電源電圧VHに応じて変化する判定条件を満たさない場合、そのコレクタ電流Icが過電流ではないと判定する。つまり、過大なコレクタ電流Icの流れがないと判定する。

判定回路４３は、例えば、電源電圧検出回路４２によって検出された電源電圧VHが高い場合、電源電圧VHが低い場合よりもコレクタ電流Icの上昇変化の度合いが大きいときに、そのコレクタ電流Icが過電流であると判定する。これにより、判定回路４３が、電源電圧VHが高い場合において、正常なコレクタ電流Icを過電流と誤って判定することを防止できる。また、判定回路４３が、電源電圧VHが低い場合において、過大なコレクタ電流Icを正常な電流と誤って判定することを防止できる。よって、判定回路４３により得られる過電流の判定結果の正確性が向上する。

判定回路４３は、過電流か否かの判定をした結果を示した異常信号Fを出力する。判定回路４３は、例えば、コレクタ電流Icが過電流であると判定した場合、異常信号Fの電圧レベルをアクティブレベル（例えば、ハイレベル）に変更する。一方、判定回路４３は、例えば、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定した場合、異常信号Fの電圧レベルを非アクティブレベル（例えば、ローレベル）に変更する。

判定回路４３には、例えば、電源電圧VHに応じて変化する判定基準として、判定閾値Vthが設定されている。判定回路４３は、周期的にオンオフするスイッチング素子１０に流れるコレクタ電流Icの変化の度合いと、電源電圧VHに応じて変化する判定閾値Vthとを比較し、その比較結果に基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する。

判定回路４３は、例えば、微分値dIc／dtが判定閾値Vthよりも大きいとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、微分値dIc／dtが判定閾値Vth以下のとき、コレクタ電流Icは過電流ではない（正常な電流である）と判定する。

＜判定閾値Vthの第１の設定例＞
次に、判定閾値Vthの第１の設定例について、図２を参照して説明する。図２は、図１のスイッチング素子と負荷７０とが接続された回路を想定したRL回路である。

電源Viは、±VHのパルス状の電源電圧を出力する。Lは、負荷７０のインダクタンスを想定したものであり、Ronは、スイッチング素子１０のオン抵抗を想定したものである。電圧Voは、スイッチング素子１０のコレクタ電圧を想定したものである。

図２によれば、スイッチSWをオンした後のコレクタ電流Icは、時間ｔの関数Ic(t)で表され、
Ic(t) = ( VH／Ron ) × ( 1 − e^kt )
k ＝ − ( Ron／L )
・・・式１
と表される。ただし、eはネイピア数である。

式１を時間tで微分すると、
dIc／dt ＝ ( VH／L ) × e^kt ・・・式２
が得られる。時定数kに比べて、時間tが十分に小さければ、e^kt ＝ １となるため、
dIc／dt ＝ VH／L ・・・式３
と近似できる。

つまり、過電流とは判定されないときの正常時のコレクタ電流Icの微分値dIc／dtは、式３で表すことができる。そのため、「VH／L」よりも大きな微分値dIc／dtが検出されれば、スイッチング素子１０のコレクタ電極Cに過電流が流れたとみなすことができる。図３は、e^kt ＝ １と近似した場合の図２のRL回路の動作波形図である。

よって、判定回路４３は、
dIc／dt ＞ Vth ＝ VH／L ・・・式４
のとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、
dIc／dt ≦ Vth ＝ VH／L ・・・式５
のとき、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定できる。

したがって、電源電圧VH及び負荷７０のインダクタンスLに応じて、過電流の判定基準である判定閾値Vthを変更できるため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が向上する。

なお、過電流の判定結果の正確性を更に高めるため、判定閾値Vthにマージンα（＞０）が加算されてよい。

＜半導体駆動装置１の動作＞
図４は、過電流が検出されないときの半導体駆動装置１の動作波形である。図５は、過電流が検出されたときの半導体駆動装置１の動作波形である。

図４に示されるように、スイッチング素子１０が制御信号Sによって周期的にオンオフすることにより、正常なコレクタ電流Icが流れている。コレクタ電流Icが正常の場合、微分値dIc／dtは判定閾値Vth以下であるため、判定回路４３は、ローレベルの異常信号Fを駆動回路３０に対して出力する。

一方、図５に示されるように、スイッチング素子１０のコレクタ電極Cに過電流が流れると、微分値dIc／dtが判定閾値Vthを超える。これにより、判定回路４３は、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、電圧レベルをローレベルからハイレベルに切り替えた異常信号Fを、駆動回路３０に対して出力する。

駆動回路３０は、コレクタ電流Icが過電流であると判定回路４３によって判定された場合、過大なコレクタ電流Icを遮断する手段である。駆動回路３０は、ハイレベルの異常信号Fが判定回路４３から入力された場合、制御信号Sにかかわらず、ゲート電圧Vgeを、スイッチング素子１０をオフさせる電圧値に強制的に制御する。これにより、スイッチング素子１０及び負荷７０を過電流から保護できる。

＜半導体駆動装置２の構成＞
図６は、第２の実施形態である半導体駆動装置２の構成を示した図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、省略又は簡略する。図６では、コレクタ電流Icの検出手段の具体例が示されている。

半導体駆動装置２では、スイッチング素子１０，２０として、電流センス機能付きの絶縁ゲート型電圧制御半導体素子が使用されている。スイッチング素子１０，２０は、コレクタ電流Icをセンス比nで検出することを可能にするセンスエミッタ電極SEを有している。

センスエミッタ電極SEは、例えば、電流検出用のセンス抵抗Rseを介して、エミッタ電極Eと同じ電源電位部６２に接続されるセンス電極である。センス抵抗Rseは、エミッタ電極Eとセンスエミッタ電極SEとの間に挿入されている。

電流変化検出回路４１は、コレクタ電流Icの変化の度合いを検出する変化度合い検出部である。電流変化検出回路４１は、例えば、センス電圧検出回路４４と、変化度合い検出回路４５とを有している。

センス電圧検出回路４４は、コレクタ電流Icに応じて変化するセンス電圧Vseを検出するセンス電圧検出部であり、例えば、センスエミッタ電極SEと電源電位部６２との間に挿入されたセンス抵抗Rseを有している。センス電圧Vseは、コレクタ電流Icをセンス比nで小さくしたセンス電流Isが、センスエミッタ電極SEからセンス抵抗Rseに流れることよって、センス抵抗Rseの両端に発生する電圧である。

変化度合い検出回路４５は、センス電圧Vseの変化の度合いを検出する変化度合い検出部である。変化度合い検出回路４５は、センス電圧Vseの時間変化率を検出し、検出した時間変化率を表す検出信号を判定回路４３に対して出力する変化率検出部を有している。変化率検出部は、例えば、センス電圧Vseを時間微分し、時間微分して得られた値（微分値dVse／dt）を判定回路４３に対して出力する微分回路である。

微分値dVse／dtは、コレクタ電流Icの変化の度合いの検出値に相当する。センス電圧Vseはコレクタ電流Icの変化に対して等価的に変化するため、微分値dVse／dtも、微分値dIc／dtの変化に対して等価的に変化する。

判定回路４３は、例えば、微分値dVse／dtが判定閾値Vthよりも大きいとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、微分値dVse／dtが判定閾値Vth以下のとき、コレクタ電流Icは過電流ではない（正常な電流である）と判定する。

＜判定閾値Vthの第２の設定例＞
図６の半導体駆動装置２における判定回路４３で使用される判定閾値Vthの設定例について説明する。なお、便宜上、センス抵抗Rseの抵抗値をRseとし、センス抵抗Rseに流れる電流をIs(t)とする。

センス電圧Vseは、時間tの関数Vse(t)で表され、
Vse(t) = Rse × Is(t) ＝ Rse × Ic(t) ／ n ・・・式６
と表すことができるため、コレクタ電流Icは、式６を変形すると、
Ic(t) ＝ n × Vse(t) ／ Rse ・・・式７
と表すことができる。式７を時間tで微分すると、
dIc／dt ＝ n × ( dVse／dt ) ／ Rse ・・・式８
が得られる。式８を式４，式５に代入する。

これにより、判定回路４３は、
dVse／dt ＞ Vth ＝ VH × ( Rse ／ ( L × n ) ) ・・・式９
のとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、
dVse／dt ≦ Vth ＝ VH × ( Rse ／ ( L × n ) ) ・・・式１０
のとき、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定できる。

したがって、電源電圧VH、負荷７０のインダクタンスL、センス抵抗Rseの抵抗値及びセンス比nに応じて、過電流の判定基準である判定閾値Vthを変更できるため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が更に向上する。

なお、過電流の判定結果の正確性を更に高めるため、判定閾値Vthにマージンα（＞０）が加算されてよい。

センス抵抗Rseの抵抗値、負荷７０のインダクタンスL及びスイッチング素子１０のセンス比nなどは、コレクタ電流Icの変化の度合いの検出値である微分値dVse／dtの特性を決める特性データである。つまり、これらの特性データが異なると、微分値dVse／dtの変化特性も個々の半導体駆動装置２間で異なる。

そこで、半導体駆動装置２は、センス比n 等のこれらの特性データを予め記憶する記憶部として、メモリ４６（図６参照）を備えている。判定回路４３は、メモリ４６から読み出されたこれらの特性データを反映した式９及び式１０に従って、コレクタ電流Icが過電流であるか否かを判定する。

センス比n 等のこれらの特性データは、例えば、半導体駆動装置２の出荷前検査で正常な個々の半導体駆動装置２毎に予め測定され、測定された特性データが出荷前の書き込み工程でメモリ４６に正常な初期値として書き込まれる。

＜判定閾値Vthの第３の設定例＞
図６の半導体駆動装置２における判定回路４３で使用される判定閾値Vthの他の設定例について説明する。

コレクタ電流Icの変化の度合いの過去の正常な検出値を、微分値dVse'／dtとし、その正常時の微分値dVse'／dtが検出された時の電源電圧VHを、電源電圧VH'と定義する。過去の検出値とは、例えば、スイッチング素子１０の１回前又はそれ以前のオン状態で検出された値をいい、スイッチング素子１０の過去の複数回のオン状態で検出された値を平均した値でもよい。また、正常な検出値とは、判定回路４３によって過電流と判定されなかったコレクタ電流Icについて検出された値をいう。

判定回路４３によって過電流と判定されない正常なコレクタ電流Icであれば、上記の式１０より、
dVse'／dt ＝ VH' × ( Rse ／ ( L × n ) ) ・・・式１１
が成立する。式１１を変形すると、
Rse ／ ( L × n ) ＝ ( dVse'／dt ) ／ VH' ・・・式１２
が得られる。式１２を式９，式１０に代入する。

これにより、判定回路４３は、
dVse／dt ＞ Vth ＝ VH × ( ( dVse'／dt ) ／ VH' ) ・・・式１３
のとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、
dVse／dt ≦ Vth ＝ VH × ( ( dVse'／dt ) ／ VH' ) ・・・式１４
のとき、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定できる。

したがって、今回検出された電源電圧VH、過去に検出された微分値dVse'／dt及び電源電圧VH' に応じて、過電流の判定基準である判定閾値Vthを変更できるため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が更に向上する。そして、負荷７０のインダクタンスL及びセンス抵抗Rseの抵抗値、並びにセンス比nを含めたスイッチング素子１０自体の素子特性（閾値電圧や飽和時電流など）によらずに、過電流か否かの判定ができるため、過電流の判定結果の正確性が更に向上する。

なお、過電流の判定結果の正確性を更に高めるため、判定閾値Vthにマージンα（＞０）が加算されてよい。

過去に検出された微分値dVse'／dt及び電源電圧VH'は、例えば、メモリ４６に一時的に保持される。判定回路４３は、メモリ４６から読み出された微分値dVse'／dt及び電源電圧VH'を反映した式１３及び式１４に従って、コレクタ電流Icが過電流であるか否かを判定する。微分値dVse'／dt及び電源電圧VH'は、例えば、過電流とは判定されない正常なコレクタ電流Icの変化の度合いが検出される毎に、メモリ４６に正常な検出値として書き込まれる。

＜判定閾値Vthの第４の設定例＞
図６の半導体駆動装置２における判定回路４３で使用される判定閾値Vthの他の設定例について説明する。上述の設定例では、式２を式３のように近似していたが、式２を式３のように近似しない場合について説明する。

この場合、過電流とは判定されないときの正常時のコレクタ電流Icの微分値dIc／dtは、式２で表すことができる。そのため、「( VH／L ) × e^kt」よりも大きな微分値dIc／dtが検出されれば、スイッチング素子１０のコレクタ電極Cに過電流が流れたとみなすことができる。図７は、e^kt ＝ １と近似しない場合の図２のRL回路の動作波形図である。

よって、判定回路４３は、
dIc／dt ＞ Vth ＝ ( VH／L ) × e^kt ・・・式１５
のとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、
dIc／dt ≦ Vth ＝ ( VH／L ) × e^kt ・・・式１６
のとき、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定できる。

式８を式１５，式１６に代入する。

これにより、判定回路４３は、
dVse／dt ＞ Vth ＝ VH × ( Rse ／ ( L × n ) ) × e^kt ・・・式１７
のとき、コレクタ電流Icが過電流であると判定し、
dVse／dt ≦ Vth ＝ VH × ( Rse ／ ( L × n ) ) × e^kt ・・・式１８
のとき、コレクタ電流Icが過電流ではないと判定できる。

ただし、式１及び式７より、
e^kt ＝ 1 − ( Ic(t) × Ron ／ VH )
＝ 1 −( ( Vse(t) × n × Ron ) ／ ( Rse × VH ) )
・・・式１９
である。

したがって、電源電圧VH、負荷７０のインダクタンスL、センス抵抗Rseの抵抗値、センス比n及びスイッチング素子１０のオン抵抗Ronの抵抗値に応じて、過電流の判定基準である判定閾値Vthを変更できる。そのため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が更に向上する。そして、コレクタ電流Ic(t)又はセンス電圧Vse(t)の現在の検出値に応じて、過電流の判定基準である判定閾値Vthを変更できるため、判定回路４３によって得られる過電流の判定結果の正確性が更に向上する。

なお、過電流の判定結果の正確性を更に高めるため、判定閾値Vthにマージンα（＞０）が加算されてよい。

オン抵抗Ronは、センス比n等と同様に、コレクタ電流Icの変化の度合いの検出値である微分値dVse／dtの特性に影響を及ぼす特性データであるため、例えば、メモリ４６に記憶されるとよい。判定回路４３は、メモリ４６から読み出されたこれらの特性データを反映した式１７乃至式１９に従って、コレクタ電流Icが過電流であるか否かを判定する。

オン抵抗Ronは、例えば、半導体駆動装置２の出荷前検査で正常な個々の半導体駆動装置２毎に予め測定され、測定された特性データが出荷前の書き込み工程でメモリ４６に正常な初期値として書き込まれる。又は、オン抵抗Ronは、過電流とは判定されない正常なコレクタ電流Icの変化の度合いが検出される毎に、スイッチング素子１０のコレクタ電圧及びコレクタ電流Icに基づいて、メモリ４６に正常な検出値として書き込まれてもよい。

以上、過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、過電流検出の対象となるスイッチング素子は、ハイサイドとローサイドに対向して直列に配置されるアームのうち、上述の実施形態で示したローサイドアームに限らず、ハイサイドアーム（図１の場合、スイッチング素子２０に相当）であってもよい。

また、例えば、スイッチング素子は、IGBTに限らず、Nチャネル型のMOSFETでもよいし、Pチャネル型のMOSFETでもよい。

また、図１において、電流変化検出回路４１は、例えば、スイッチング素子１０のエミッタ電極Eと電源電位部６２との間の電流経路５１に挿入される不図示のシャント抵抗によって、コレクタ電流Icを検出してもよい。電流経路５１には、コレクタ電流Icとほぼ同じ電流が流れる。

１，２ 半導体駆動装置
１０，２０ スイッチング素子
３０ 駆動回路
４０ 過電流検出装置
４１ 電流変化検出回路
４２ 電源電圧検出回路
４３ 判定回路
４４ センス電圧検出回路
４５ 変化度合い検出回路
４６ メモリ
５１ 電流経路
６１，６２ 電源電位部
７０ 負荷

Claims (13)

1. 周期的にオンオフするスイッチング素子に流れる電流の変化の度合いに基づいて、前記電流が過電流か否かを判定する判定部を備えた過電流検出装置であって、
   前記判定部は、前記電流を生じさせる電源の電源電圧に応じて変化する判定基準に従って、過電流か否かの判定をした結果を出力することを特徴とする、過電流検出装置。
2. 前記判定部は、前記電源電圧が高い場合、前記電源電圧が低い場合よりも前記電流の上昇変化の度合いが大きいときに、前記電流が過電流であると判定する、請求項１に記載の過電流検出装置。
3. 周期的にオンオフするスイッチング素子に流れる電流の変化の度合いに基づいて、前記電流が過電流か否かを判定する判定部を備えた過電流検出装置であって、
   前記判定部は、前記電流を生じさせる電源の電源電圧が高い場合、前記電源電圧が低い場合よりも前記電流の上昇変化の度合いが大きいときに、前記電流が過電流であると判定することを特徴とする、過電流検出装置。
4. 前記判定部は、前記度合いと、前記電源電圧に応じて変化する判定閾値とを比較し、過電流か否かの判定をした結果を出力する、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。
5. 前記電流の変化の度合いは、前記スイッチング素子に接続されるセンス抵抗によって生ずるセンス電圧の変化の度合いに基づいて検出される、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。
6. 前記判定部は、前記センス抵抗の抵抗値に基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する、請求項５に記載の過電流検出装置。
7. 前記センス抵抗は、前記スイッチング素子のセンス電極に接続され、
   前記判定部は、前記スイッチング素子のセンス比に基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する、請求項５又は６に記載の過電流検出装置。
8. 前記度合いの検出値の特性を決める特性データを記憶する記憶部を備え、
   前記判定部は、前記記憶部に記憶された特性データに基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する、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。
9. 前記特性データは、前記スイッチング素子が駆動する負荷のインダクタンスを含んだデータである、請求項８に記載の過電流検出装置。
10. 前記特性データは、前記スイッチング素子のオン抵抗を含んだデータである、請求項８又は９に記載の過電流検出装置。
11. 前記判定部は、前記電流の変化の度合いの過去の正常な検出値に基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する、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。
12. 前記判定部は、前記電源電圧の過去の検出値に基づいて、過電流か否かの判定をした結果を出力する、請求項１１に記載の過電流検出装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の過電流検出装置と、
    前記電流が過電流であると判定された場合、前記電流を遮断する手段とを備えた、半導体駆動装置。

Images