JP2016086511A - Switching element drive device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching element drive device which can appropriately execute switching element cutoff processing when an abnormality such as short-circuit or overcurrent occurs in the switching element.SOLUTION: A switching element drive device includes: a gate voltage monitoring circuit 22 which detects the drive voltage of an IGBT 11; a current monitoring circuit 24 which detects the current flowing through the IGBT 11;an abnormality detection circuit 25 which determines whether or not short-circuit or overcurrent abnormality occurs in the IGBT 11 on the basis of the current detection result; and an overcurrent protection circuit 26 which forcibly makes the IGBT 11 into a cutoff state on determination that an abnormality occurs in the IGBT 11. The switching element drive device sets a cutoff speed when the IGBT 11 is set to be the cutoff state, on the basis of a drive voltage detection value when the abnormality detection circuit 25 determines the occurrence of abnormality in the IGBT 11.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、IGBT等の半導体スイッチング素子を駆動する、スイッチング素子の駆動装置に関する。   The present invention relates to a switching element driving apparatus for driving a semiconductor switching element such as an IGBT.

IGBT等の半導体スイッチング素子において短絡や過電流といった異常が生じると、スイッチング素子に過大な電流が流れ、スイッチング素子に過熱や破損などの不都合が生じうる。そこで、スイッチング素子の電流が所定の閾値を超えた時に、スイッチング素子をオフ状態に切り替えることで、スイッチング素子が過大な電流から保護されるようにしている。しかしスイッチング素子を遮断する場合にはサージ電圧が発生する。サージ電圧はスイッチング素子の遮断速度が早くなる程大きくなるため、サージ電圧の影響でスイッチング素子の耐圧が超えてしまうことによる不都合が懸念される。   When an abnormality such as a short circuit or an overcurrent occurs in a semiconductor switching element such as an IGBT, an excessive current flows through the switching element, which may cause problems such as overheating or damage to the switching element. Therefore, when the current of the switching element exceeds a predetermined threshold value, the switching element is switched to the OFF state, so that the switching element is protected from an excessive current. However, when the switching element is cut off, a surge voltage is generated. Since the surge voltage becomes larger as the switching element cut-off speed becomes faster, there is a concern that the surge voltage may exceed the withstand voltage due to the surge voltage.

そこで、従来よりスイッチング素子の遮断速度を制限することが行われている。具体的には、スイッチング素子の入出力端子間の印加電圧(コレクタ及びエミッタ間電圧)が大きくなるほど遮断速度を小さくする。これにより、入出力端子間の印加電圧が大きい場合にスイッチング素子を遮断することよるサージ電圧の増大が抑えられるようにしている(特許文献1参照)。   Therefore, conventionally, the blocking speed of the switching element is limited. Specifically, the cutoff speed is reduced as the applied voltage (collector-emitter voltage) between the input and output terminals of the switching element increases. This suppresses an increase in surge voltage caused by shutting off the switching element when the applied voltage between the input and output terminals is large (see Patent Document 1).

特開2014−140280号公報JP, 2014-140280, A

ところで、スイッチング素子のオン駆動時には、ゲート電圧が所定のフルオン電圧値に上昇変化する。この際、ゲート電圧が比較的に小さい状態で異常が生じる場合と、ゲート電圧が比較的に大きい状態で異常が生じる場合とが考えられ、このうち、ゲート電圧が比較的に大きい状態で異常が生じる場合には、上述のようにスイッチング素子の遮断速度が制限されると、スイッチング素子がオフ状態とされるまでに更に電流が増大することに伴う不都合が生じうる。しかし従来技術においては、この点については考慮されておらず、スイッチング素子の遮断処理をより適切に実施するためには改善の余地があるといえる。   By the way, when the switching element is turned on, the gate voltage rises to a predetermined full on voltage value. At this time, there are cases where an abnormality occurs when the gate voltage is relatively small, and cases where an abnormality occurs when the gate voltage is relatively large. Of these, an abnormality occurs when the gate voltage is relatively large. In such a case, if the interruption speed of the switching element is limited as described above, there may be a disadvantage associated with a further increase in current before the switching element is turned off. However, in the prior art, this point is not taken into consideration, and it can be said that there is room for improvement in order to more appropriately perform the switching element blocking process.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子に短絡又は過電流といった異常が生じた際のスイッチング素子の遮断処理をより適切に実施できるスイッチング素子の駆動装置を提供することを主たる目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above, and it is a main object of the present invention to provide a switching element drive device that can more appropriately perform switching element shut-off processing when an abnormality such as a short circuit or overcurrent occurs in the switching element. It is what.

本発明は、スイッチング素子(11)の駆動電圧を検出する電圧検出手段(22)と、前記スイッチング素子を介して流れる電流を検出する電流検出手段(24)と、前記電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子に短絡又は過電流の異常が生じているか否かを判定する異常判定手段(25)と、前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された際に前記スイッチング素子を強制的に遮断状態にする遮断手段(26)と、前記異常判定手段により前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された時の前記駆動電圧の検出値に基づいて前記スイッチング素子を遮断状態とする際の遮断速度を設定する遮断速度設定手段(26)と、を備えることを特徴とする。   The present invention is based on the voltage detection means (22) for detecting the drive voltage of the switching element (11), the current detection means (24) for detecting the current flowing through the switching element, and the detection result of the current. An abnormality determination means (25) for determining whether a short circuit or an overcurrent abnormality has occurred in the switching element, and forcibly shutting off the switching element when it is determined that an abnormality has occurred in the switching element A shut-off means (26) for setting a state, and a shut-off when the switching element is put into a shut-off state based on a detected value of the drive voltage when it is determined by the abnormality determining means that an abnormality has occurred in the switching element And a shut-off speed setting means (26) for setting the speed.

本発明によれば、スイッチング素子に短絡又は過電流の異常が生じていると判定された時の駆動電圧に応じて、スイッチング素子の遮断速度を設定するようにした。この場合、スイッチング素子の異常発生時の状態に応じてより適切なる遮断処理を行うことができる。   According to the present invention, the cutoff speed of the switching element is set according to the drive voltage when it is determined that a short circuit or overcurrent abnormality has occurred in the switching element. In this case, a more appropriate blocking process can be performed according to the state at the time of occurrence of the abnormality of the switching element.

インバータ装置の概略構成図。The schematic block diagram of an inverter apparatus. スイッチング素子の駆動装置の説明図。Explanatory drawing of the drive device of a switching element. スイッチング素子の駆動装置の説明図。Explanatory drawing of the drive device of a switching element. スイッチング素子の駆動装置の動作の実行例を示す図。The figure which shows the execution example of the operation | movement of the drive device of a switching element. スイッチング素子の駆動装置の動作の実行例を示す図。The figure which shows the execution example of the operation | movement of the drive device of a switching element. スイッチング素子の駆動装置の動作の実行例を示す図。The figure which shows the execution example of the operation | movement of the drive device of a switching element. 変容例の異常判定処理の説明図。Explanatory drawing of the abnormality determination process of a modification example. 制御装置による変容例の異常判定処理のフローチャート。The flowchart of the abnormality determination process of the example of a change by a control apparatus.

以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお以下の説明において、スイッチング素子の駆動装置は、車載主機としての回転機を備える車両に適用されている。   Embodiments of a switching element driving apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the switching element driving device is applied to a vehicle including a rotating machine as an in-vehicle main machine.

図1,図2に示すように、車載主機としてのモータジェネレータ10は、図示しない車両の駆動輪に連結されている。モータジェネレータ10に接続されたインバータIVは、スイッチング素子としての複数のIGBT11、各IGBT11を駆動するゲート駆動装置12を備えて構成されており、図示しない電源部からの供給電圧VSの電力で駆動される。なお、各IGBT11は、還流用のダイオード13と電流センス用の回路を含んで個別のモジュールとして構成されている。なお図1のインバータIVは、三相ブリッジで接続された上アームの3つのIGBT11、下アームの3つのIGBT11から構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a motor generator 10 as an in-vehicle main machine is connected to drive wheels of a vehicle (not shown). The inverter IV connected to the motor generator 10 includes a plurality of IGBTs 11 serving as switching elements, and a gate driving device 12 that drives each IGBT 11, and is driven by power of a supply voltage VS from a power supply unit (not shown). The Each IGBT 11 is configured as an individual module including a reflux diode 13 and a current sensing circuit. The inverter IV in FIG. 1 is composed of three IGBTs 11 on the upper arm and three IGBTs 11 on the lower arm connected by a three-phase bridge.

図2に示すように、ゲート駆動装置12は、1チップ化された半導体集積回路であるゲート駆動IC20、フォトカプラ15等を備えており、ゲート駆動IC20はフォトカプラ15を介して制御装置14と接続されている。制御装置14は、IGBT11のオン状態(駆動状態)とオフ状態(遮断状態)とを切り替えるPWM制御信号(以下、制御信号Dと称する)を出力するものであり、ゲート駆動IC20は、制御装置14から受信した制御信号Dに基づいて、IGBT11の状態を切り替える。   As shown in FIG. 2, the gate driving device 12 includes a gate driving IC 20 that is a one-chip semiconductor integrated circuit, a photocoupler 15, and the like. The gate driving IC 20 is connected to the control device 14 via the photocoupler 15. It is connected. The control device 14 outputs a PWM control signal (hereinafter referred to as a control signal D) for switching the IGBT 11 between an on state (drive state) and an off state (cut-off state). The gate drive IC 20 includes the control device 14. The state of the IGBT 11 is switched based on the control signal D received from.

また、本実施形態のゲート駆動IC20は、IGBT11のオンオフを切り替える他、IGBT11に短絡又は過電流の異常が生じている場合には、制御信号Dに関わらず、IGBT11を強制的にオフ状態に切り替える。   In addition to switching on and off the IGBT 11, the gate drive IC 20 of the present embodiment forcibly switches the IGBT 11 to an off state regardless of the control signal D when a short circuit or overcurrent abnormality occurs in the IGBT 11. .

ゲート駆動IC20は、ゲート駆動回路21、ゲート電圧監視回路22、ゲートクランプ回路23、電流監視回路24、異常検出回路25、過電流保護回路26を備えている。   The gate drive IC 20 includes a gate drive circuit 21, a gate voltage monitoring circuit 22, a gate clamp circuit 23, a current monitoring circuit 24, an abnormality detection circuit 25, and an overcurrent protection circuit 26.

ゲート駆動回路21は、制御信号Dのレベルに応じてIGBT11のオンとオフとを切り替える。本実施形態のゲート駆動回路21は、制御信号DがLレベルの場合にIGBT11をオン状態とする。すなわち、開閉制御端子であるゲートGに一定のゲート電流Igを供給することで、ゲート電圧VGを上昇させこれによりIGBT11をオン状態にする。なお以下の説明において、IGBT11がゲート電圧VGの飽和領域でオンとなることをフルオン状態という。一方、制御信号DがHレベルの場合にはIGBT11をオフ状態にする。この場合、ゲート電流Igの供給が停止される。   The gate drive circuit 21 switches the IGBT 11 on and off according to the level of the control signal D. The gate drive circuit 21 of the present embodiment turns on the IGBT 11 when the control signal D is at L level. That is, by supplying a constant gate current Ig to the gate G which is an open / close control terminal, the gate voltage VG is raised, thereby turning on the IGBT 11. In the following description, turning on the IGBT 11 in the saturation region of the gate voltage VG is referred to as a full-on state. On the other hand, when the control signal D is at the H level, the IGBT 11 is turned off. In this case, the supply of the gate current Ig is stopped.

ゲート電圧監視回路22は、IGBT11のゲートGにかかるゲート電圧VGを検出する。ゲートクランプ回路23は、IGBT11がオン状態の際、ゲート電圧VGの上昇時に一時的にゲート電圧VGを所定のクランプ電圧Vc(制限電圧)以下に制限(クランプ)するクランプ処理を行うものであり、例えばNチャネル型のMOSトランジスタ等を備えて構成されている。   The gate voltage monitoring circuit 22 detects the gate voltage VG applied to the gate G of the IGBT 11. The gate clamp circuit 23 performs clamp processing for temporarily limiting (clamping) the gate voltage VG to a predetermined clamp voltage Vc (limit voltage) or less when the gate voltage VG rises when the IGBT 11 is in an on state. For example, an N-channel MOS transistor is provided.

ここでクランプ処理について説明すると、この処理はIGBT11のゲート電圧VGをフルオン電圧(フルオン状態の電圧)まで上昇させる途中で、ゲート電圧VGをフルオン電圧よりも低い電圧であるクランプ電圧にクランプする処理である。この処理によれば、IGBT11がオフ状態に切り替えられるまでにIGBT11に流れるコレクタ電流Icを制限することができる。   Here, the clamp process will be described. This process is a process of clamping the gate voltage VG to a clamp voltage that is lower than the full-on voltage while raising the gate voltage VG of the IGBT 11 to the full-on voltage (voltage in the full-on state). is there. According to this process, the collector current Ic flowing through the IGBT 11 can be limited until the IGBT 11 is switched to the OFF state.

電流監視回路24は、IGBT11の出力端子であるコレクタCを介して流れるコレクタ電流Icを検出する。本実施形態の電流監視回路24は、IGBT11のセンス端子Stに接続されたセンス抵抗Rsにかかる電圧(センス電圧)に基づいて、コレクタ電流Icを取得する。なお、電流監視回路24は、センス電圧の変化量に基づき、コレクタ電流Icの変化量を取得するものであってもよい。   The current monitoring circuit 24 detects the collector current Ic that flows through the collector C that is the output terminal of the IGBT 11. The current monitoring circuit 24 of this embodiment acquires the collector current Ic based on the voltage (sense voltage) applied to the sense resistor Rs connected to the sense terminal St of the IGBT 11. The current monitoring circuit 24 may acquire the amount of change in the collector current Ic based on the amount of change in the sense voltage.

異常検出回路25は、電流監視回路24で取得されたコレクタ電流Icに基づいてIGBT11における短絡又は過電流に起因する異常の有無を判定する。すなわち、コレクタ電流Icが所定の閾値Ith以上に大きい場合にIGBT11は異常状態であると判定する。コレクタ電流Icが閾値Ith未満の場合にIGBT11は正常状態であると判定する。なお閾値Ithは、IGBT11が正常の場合におけるコレクタ電流Icの最大値に基づいて設定されればよい。   The abnormality detection circuit 25 determines the presence / absence of an abnormality due to a short circuit or overcurrent in the IGBT 11 based on the collector current Ic acquired by the current monitoring circuit 24. That is, the IGBT 11 is determined to be in an abnormal state when the collector current Ic is larger than the predetermined threshold value Ith. When the collector current Ic is less than the threshold value Ith, the IGBT 11 is determined to be in a normal state. The threshold value Ith may be set based on the maximum value of the collector current Ic when the IGBT 11 is normal.

過電流保護回路26は、異常検出回路25によってIGBT11が異常状態であると判定された時に、IGBT11を強制的にオフ状態に切り替えるものであり、本実施形態では、異常判定時のゲート電圧VGの大きさに応じて、IGBT11を遮断する際の遮断速度を設定するものとしている。ここでは、ゲート電圧VGが所定の第2閾値Vth以上であるか否かに応じて遮断速度を切り替える。なお、第2閾値Vthは、IGBT11のクランプ電圧とフルオン電圧との間の所定値に設定されればよい。   The overcurrent protection circuit 26 is forcibly switching the IGBT 11 to the OFF state when the abnormality detection circuit 25 determines that the IGBT 11 is in an abnormal state. In the present embodiment, the overcurrent protection circuit 26 According to the magnitude | size, the interruption | blocking speed at the time of interrupting IGBT11 shall be set. Here, the cutoff speed is switched according to whether or not the gate voltage VG is equal to or higher than a predetermined second threshold value Vth. Note that the second threshold Vth may be set to a predetermined value between the clamp voltage of the IGBT 11 and the full-on voltage.

ここで、過電流保護回路26による遮断速度の切り替えについて詳しく説明する。図3は過電流保護回路26が備える遮断回路30を示す図である。図3において、遮断回路30は、IGBT11の遮断速度を第1遮断速度とする第1遮断経路31と、IGBT11の遮断速度を第1遮断速度よりも大きい第2遮断速度とする第2遮断経路32とを有している。第1遮断経路31は、遮断用の抵抗体31aとスイッチング素子31bとの直列接続体を備えている。第2遮断経路32は、遮断用の抵抗体32aとスイッチング素子32bとの直列接続体を備えている。   Here, switching of the breaking speed by the overcurrent protection circuit 26 will be described in detail. FIG. 3 is a diagram illustrating the interruption circuit 30 provided in the overcurrent protection circuit 26. In FIG. 3, the cutoff circuit 30 includes a first cutoff path 31 that sets the cutoff speed of the IGBT 11 as a first cutoff speed, and a second cutoff path 32 that sets the cutoff speed of the IGBT 11 to a second cutoff speed that is higher than the first cutoff speed. And have. The first blocking path 31 includes a series connection body of a blocking resistor 31a and a switching element 31b. The second blocking path 32 includes a series connection body of a blocking resistor 32a and a switching element 32b.

なお、IGBT11のゲートGに接続された抵抗体31a及び抵抗体32aは、ゲートGの遮断経路の抵抗値を高抵抗とするためのものであり、ここでは抵抗体31aよりも抵抗体32aの抵抗値の方が小さい。   The resistor 31a and the resistor 32a connected to the gate G of the IGBT 11 are for making the resistance value of the interruption path of the gate G higher, and here, the resistance of the resistor 32a is higher than that of the resistor 31a. The value is smaller.

以上の構成により、過電流保護回路26は、異常検出回路25により異常が検出された時のゲート電圧VGが第2閾値Vth以上である場合には、第2遮断経路32のスイッチング素子32bをオンにする。この場合、抵抗体32aを介してゲートGの電荷が比較的速やかに放電される。一方、ゲート電圧VGが第2閾値Vth未満の場合には、第1遮断経路31のスイッチング素子31bをオンにする。この場合、抵抗体31aを介してゲートGの電荷が比較的緩やかに放電される。   With the above configuration, the overcurrent protection circuit 26 turns on the switching element 32b of the second cutoff path 32 when the gate voltage VG when the abnormality is detected by the abnormality detection circuit 25 is equal to or higher than the second threshold value Vth. To. In this case, the charge of the gate G is discharged relatively quickly via the resistor 32a. On the other hand, when the gate voltage VG is less than the second threshold value Vth, the switching element 31b of the first cutoff path 31 is turned on. In this case, the charge of the gate G is discharged relatively slowly through the resistor 31a.

このように、ゲート電圧VGが大きい場合、すなわち第2閾値Vth以上である場合に、IGBT11が速やかに遮断される場合、ゲート電圧VGが高いためにIGBT11が遮断されるまでに更に過電流が増大することを優先的に抑えることができる。一方、ゲート電圧VGが小さい場合、すなわち第2閾値Vth未満の場合に、IGBT11が緩やかに遮断される場合、IGBT11の遮断に伴い発生するゲート電圧VGの増大を優先的に抑えることができる。   As described above, when the gate voltage VG is high, that is, when the IGBT 11 is quickly cut off when the gate voltage VG is equal to or higher than the second threshold value Vth, the overcurrent further increases until the IGBT 11 is cut off because the gate voltage VG is high. Can be preferentially suppressed. On the other hand, when the gate voltage VG is small, that is, when the IGBT 11 is gently shut off when the gate voltage VG is less than the second threshold value Vth, an increase in the gate voltage VG caused by the IGBT 11 being shut off can be preferentially suppressed.

次に上記処理の実行例を図4〜図6を用いて説明する。図4はIGBT11が正常の場合の例である。図5はIGBT11のクランプ動作前に短絡が生じている場合の例である。図6はIGBT11のクランプ動作後に短絡が生じる場合の例である。   Next, an execution example of the above processing will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an example when the IGBT 11 is normal. FIG. 5 shows an example in which a short circuit occurs before the IGBT 11 is clamped. FIG. 6 shows an example in which a short circuit occurs after the clamping operation of the IGBT 11.

図4の場合、時刻t1で制御信号DがLレベルとなると、ゲート電流Igの通電によってIGBT11のゲート電圧VG及びコレクタ電流Icが増加する。時刻t2でゲート電圧VGがクランプ電圧Vcに達すると、ゲート電圧VGがクランプ電圧Vcに保持される。そして時刻t3までゲート電圧VGがクランプ電圧Vcに保持された状態が継続された後、再度ゲート電圧VGが上昇される。そして時刻t4でゲート電圧VGが所定の駆動電圧に達した際に、IGBT11がフルオン状態となる。   In the case of FIG. 4, when the control signal D becomes L level at time t1, the gate voltage VG and the collector current Ic of the IGBT 11 increase due to the energization of the gate current Ig. When the gate voltage VG reaches the clamp voltage Vc at time t2, the gate voltage VG is held at the clamp voltage Vc. Then, after the state where the gate voltage VG is held at the clamp voltage Vc is continued until time t3, the gate voltage VG is increased again. When the gate voltage VG reaches a predetermined drive voltage at time t4, the IGBT 11 is in a full-on state.

図5の場合、時刻t11で制御信号DがLレベルとなると、図4と同様にゲート電流Igの増加に伴ってIGBT11のゲート電圧VGが増加する。この際、IGBT11に短絡異常が生じているためにコレクタ電流Icは急上昇する。そして、時刻t12でコレクタ電流Icが閾値Ithに達すると、この時のゲート電圧VGが第2閾値Vth未満であることで、第1遮断処理が実施される。この場合、ゲート電圧VGが第1遮断速度で減少され、時刻t13から時間ΔT1経過後の時刻t14で、IGBT11がオフ状態となる。   In the case of FIG. 5, when the control signal D becomes L level at time t11, the gate voltage VG of the IGBT 11 increases with the increase of the gate current Ig as in FIG. At this time, since the short circuit abnormality has occurred in the IGBT 11, the collector current Ic rapidly increases. When the collector current Ic reaches the threshold value Ith at time t12, the gate voltage VG at this time is less than the second threshold value Vth, so that the first cutoff process is performed. In this case, the gate voltage VG is decreased at the first cutoff speed, and the IGBT 11 is turned off at time t14 after the time ΔT1 has elapsed from time t13.

図6の場合、時刻t21で制御信号DがLレベルとなると、図4と同様にゲート電流Igの増加に伴ってIGBT11のゲート電圧VG及びコレクタ電流Icが増加する。そして、時刻t22でゲート電圧VGがクランプされた後、時刻t23で再びゲート電圧VGの上昇が開始された後、時刻t24で短絡異常が発生すると、コレクタ電流Icが急増する。時刻t25でコレクタ電流Icが閾値Ithに達すると、この時のゲート電圧VGが第2閾値Vth以上であることで、第2遮断処理が実施される。この場合、ゲート電圧VGが第2遮断速度で減少される。そして時刻t25から所定時間ΔT2(<ΔT1)の時刻t26で、IGBT11がオフ状態となる。   In the case of FIG. 6, when the control signal D becomes L level at time t21, the gate voltage VG and the collector current Ic of the IGBT 11 increase with the increase of the gate current Ig as in FIG. Then, after the gate voltage VG is clamped at time t22, the rise of the gate voltage VG starts again at time t23, and when a short circuit abnormality occurs at time t24, the collector current Ic increases rapidly. When the collector current Ic reaches the threshold value Ith at time t25, the gate voltage VG at this time is equal to or higher than the second threshold value Vth, whereby the second cutoff process is performed. In this case, the gate voltage VG is decreased at the second cutoff speed. The IGBT 11 is turned off at time t26 of a predetermined time ΔT2 (<ΔT1) from time t25.

上記によれば以下の優れた効果を奏することができる。   According to the above, the following excellent effects can be achieved.

・IGBT等のスイッチング素子に短絡や過電流といった異常が生じた際、過大な電流からスイッチング素子を保護するためにスイッチング素子がオフに切り替えられるが、この際、サージ電圧が発生する。なおサージ電圧は、スイッチング素子をオフ状態に切り替える際の速度が大きくなる程増加する。そこで従来より、スイッチング素子の異常発生時に、スイッチング素子をオフ状態に切り替える遮断速度を制限する処理を実施することで、サージ電圧の増大による影響が抑えられるようにしている。しかし、スイッチング素子の駆動電圧が高い状態での異常発生時に、遮断速度を制限する処理が実施されると、スイッチング素子がオフ状態となるまでに、更に電流が増大するおそれがある。そこでスイッチング素子(IGBT11)に短絡又は過電流の異常が生じていると判定された時の駆動電圧に応じて、スイッチング素子の遮断速度を設定するようにした。この場合、スイッチング素子の異常発生時の状態に応じてより適切なる遮断処理を行うことができる。   When an abnormality such as a short circuit or an overcurrent occurs in a switching element such as an IGBT, the switching element is switched off to protect the switching element from an excessive current, but at this time, a surge voltage is generated. The surge voltage increases as the speed when switching the switching element to the OFF state increases. Therefore, conventionally, when an abnormality occurs in the switching element, a process for limiting the cutoff speed for switching the switching element to the OFF state is performed, so that the influence due to the increase of the surge voltage can be suppressed. However, if a process for limiting the cut-off speed is performed when an abnormality occurs when the driving voltage of the switching element is high, the current may increase further until the switching element is turned off. Therefore, the switching element cutoff speed is set in accordance with the drive voltage when it is determined that a short circuit or overcurrent abnormality has occurred in the switching element (IGBT 11). In this case, a more appropriate blocking process can be performed according to the state at the time of occurrence of the abnormality of the switching element.

・IGBT11に短絡又は過電流の異常が生じていると判定された時の駆動電圧の検出値が大きいほど、遮断速度を大きく設定するようにしたため、高い駆動電圧で異常が発生した際の過電流の増大を抑えることができる。   ・ The larger the detected value of the drive voltage when it is determined that the IGBT 11 is short-circuited or overcurrent is abnormal, the higher the cutoff speed is set, the overcurrent when an abnormality occurs at a high drive voltage. Can be suppressed.

本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。なお以下の説明において上記と同じ構成には同じ図番号を付し、詳述は省略する。   The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows. In the following description, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

・第2閾値Vthは、クランプ電圧VcとIGBT11のフルオン電圧との間において複数設定してもよい。この場合、短絡異常が生じた時のゲート電圧VGに応じて、IGBT11の遮断速度を設定する精度を高めることができる。   A plurality of second threshold values Vth may be set between the clamp voltage Vc and the full-on voltage of the IGBT 11. In this case, the accuracy of setting the cutoff speed of the IGBT 11 can be increased according to the gate voltage VG when the short circuit abnormality occurs.

・クランプ電圧Vcが第2閾値Vthに設定されていてもよい。この場合、過電流保護回路26は、異常発生時のゲート電圧VGがクランプ電圧よりも低い場合には、IGBT11の遮断速度を第1遮断速度に設定し、異常発生時のゲート電圧VGがクランプ電圧よりも高い場合には、IGBT11の遮断速度を第2遮断速度に設定する。   The clamp voltage Vc may be set to the second threshold value Vth. In this case, when the gate voltage VG at the time of occurrence of abnormality is lower than the clamp voltage, the overcurrent protection circuit 26 sets the cutoff speed of the IGBT 11 to the first cutoff speed, and the gate voltage VG at the time of occurrence of abnormality is the clamp voltage. If it is higher, the cutoff speed of the IGBT 11 is set to the second cutoff speed.

・上記において、ゲート駆動装置12がゲートクランプ回路23を備えていない構成においても本実施形態を適用可能である。この場合、ゲート電圧VGの取りうる電圧範囲(VG=0〜フルオン電圧)の間に第2閾値Vthが少なくとも1つ設定されればよい。例えば、第2閾値Vthは、ゲート電圧VGの取りうる電圧範囲の中央の値等に設定できる。   In the above description, the present embodiment can be applied to a configuration in which the gate driving device 12 does not include the gate clamp circuit 23. In this case, at least one second threshold value Vth may be set in a voltage range (VG = 0 to full-on voltage) that can be taken by the gate voltage VG. For example, the second threshold value Vth can be set to the middle value of the voltage range that the gate voltage VG can take.

・図7の例に示すように、過電流保護回路26は、短絡異常が生じた時のゲート電圧VGと、IGBT11の遮断速度との関係を示すマップに基づき、短絡異常が生じた時のゲート電圧VGに応じて遮断速度をリニアに設定するものであってもよい。この場合、過電流保護回路26は、異常判定時のゲート電圧VGに応じて遮断速度を任意に設定できる構成のものが使用される。   As shown in the example of FIG. 7, the overcurrent protection circuit 26 is configured so that the gate when the short circuit abnormality occurs is based on the map showing the relationship between the gate voltage VG when the short circuit abnormality occurs and the cutoff speed of the IGBT 11. The cutoff speed may be set linearly according to the voltage VG. In this case, the overcurrent protection circuit 26 having a configuration that can arbitrarily set the cutoff speed according to the gate voltage VG at the time of abnormality determination is used.

・上記において、異常検出回路25は、コレクタ電流Icと閾値Ithとの比較により異常の有無を判定している。これ以外にも、異常検出回路25は、コレクタ電流Icの変化量ΔIc(増加量)に基づいて、異常状態を判定するものであってもよい。例えばこの場合には、コレクタ電流Icの変化量ΔIcが所定未満の場合に正常状態と判定し、コレクタ電流Icの変化量ΔICが所定以上の場合に異常状態であると判定する。   In the above, the abnormality detection circuit 25 determines the presence or absence of abnormality by comparing the collector current Ic and the threshold value Ith. In addition, the abnormality detection circuit 25 may determine an abnormal state based on the change amount ΔIc (increase amount) of the collector current Ic. For example, in this case, a normal state is determined when the change amount ΔIc of the collector current Ic is less than a predetermined value, and an abnormal state is determined when the change amount ΔIC of the collector current Ic is equal to or greater than a predetermined value.

・異常検出回路25は、センス抵抗Rsにより検出されるセンス電圧に基づいて、異常判定を実施するものであってもよい。この場合、センス電圧が所定値以上であるか否かに基づいて異常の有無を判定すればよい。   The abnormality detection circuit 25 may perform abnormality determination based on the sense voltage detected by the sense resistor Rs. In this case, the presence / absence of abnormality may be determined based on whether the sense voltage is equal to or higher than a predetermined value.

・IGBT11の遮断処理は、制御装置14からの指令信号に基づき実施してもよい。例えば、制御装置14はゲート駆動IC20からの信号を取り込むことで、以下の図8の例に示す処理を実施する。まず、制御信号DがLレベルであるか否かを判定する(S11)。S11で否定判定した場合には処理を終了する。S11で肯定判定した場合には、コレクタ電流Icが閾値Ith以上であるか否かを判定する(S12)。S12でコレクタ電流Icが閾値Ith未満であると判定した場合には処理を終了する。コレクタ電流Icが閾値Ith以上であると判定した場合には、その際のゲート電圧VGが第2閾値Vth未満であるか否かを判定する(S13)。S13で、肯定判定した場合には、IGBT11の遮断速度を第1遮断速度とする指令信号を出力する(S14)。否定判定した場合には、IGBT11の遮断速度を第2遮断速度とするための指令信号を出力する(S15)。   -You may implement the interruption | blocking process of IGBT11 based on the command signal from the control apparatus 14. FIG. For example, the control device 14 takes in a signal from the gate drive IC 20 and performs the processing shown in the example of FIG. 8 below. First, it is determined whether or not the control signal D is at L level (S11). If a negative determination is made in S11, the process ends. When an affirmative determination is made in S11, it is determined whether or not the collector current Ic is greater than or equal to a threshold value Ith (S12). If it is determined in S12 that the collector current Ic is less than the threshold value Ith, the process ends. When it is determined that the collector current Ic is greater than or equal to the threshold value Ith, it is determined whether or not the gate voltage VG at that time is less than the second threshold value Vth (S13). When an affirmative determination is made in S13, a command signal for setting the cutoff speed of the IGBT 11 to the first cutoff speed is output (S14). If a negative determination is made, a command signal for setting the cutoff speed of the IGBT 11 to the second cutoff speed is output (S15).

22…ゲート電圧監視回路、24…電流監視回路、25…異常検出回路、26…過電流保護回路。   22 ... Gate voltage monitoring circuit, 24 ... Current monitoring circuit, 25 ... Abnormality detection circuit, 26 ... Overcurrent protection circuit.

Claims (6)

スイッチング素子(11)の駆動電圧を検出する電圧検出手段(22)と、
前記スイッチング素子を介して流れる電流を検出する電流検出手段(24)と、
前記電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子に短絡又は過電流の異常が生じているか否かを判定する異常判定手段(25)と、
前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された際に前記スイッチング素子を強制的に遮断状態にする遮断手段(26)と、
前記異常判定手段により前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された時の前記駆動電圧の検出値に基づいて前記スイッチング素子を遮断状態とする際の遮断速度を設定する遮断速度設定手段(26)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。
Voltage detection means (22) for detecting the drive voltage of the switching element (11);
Current detection means (24) for detecting a current flowing through the switching element;
An abnormality determining means (25) for determining whether a short circuit or an overcurrent abnormality has occurred in the switching element based on the detection result of the current;
Shut-off means (26) for forcibly turning off the switching element when it is determined that an abnormality has occurred in the switching element;
An interruption speed setting means (26) for setting an interruption speed when the switching element is in an interruption state based on a detected value of the drive voltage when it is determined by the abnormality determination means that an abnormality has occurred in the switching element. )When,
A drive device for a switching element, comprising:
前記遮断速度設定手段は、前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された時の駆動電圧の検出値が大きいほど、前記駆動電圧の遮断速度を大きく設定する請求項1に記載のスイッチング素子の駆動装置。   2. The switching element according to claim 1, wherein the cutoff speed setting unit sets the cutoff speed of the drive voltage to be larger as a detected value of the drive voltage when it is determined that an abnormality has occurred in the switching element. Drive device. 前記遮断速度設定手段は、前記スイッチング素子に異常が生じていると判定された時の前記駆動電圧の検出値が所定の閾値未満の場合に、前記スイッチング素子の遮断速度を第1遮断速度に設定し、前記電圧の検出値が前記閾値以上の場合に、前記スイッチング素子の遮断速度を前記第1遮断速度よりも大きい第2遮断速度に設定する請求項1又は2に記載のスイッチング素子の駆動装置。   The shut-off speed setting means sets the shut-off speed of the switching element to a first shut-off speed when the detected value of the drive voltage when it is determined that an abnormality has occurred in the switching element is less than a predetermined threshold value. 3. The switching element drive device according to claim 1, wherein when the detected value of the voltage is equal to or greater than the threshold value, the switching element is set to a second cutoff speed larger than the first cutoff speed. . 前記スイッチング素子の駆動電圧をフルオン電圧まで上昇させる途中で、当該駆動電圧を前記フルオン電圧よりも低いクランプ電圧にクランプするクランプ手段(23)を備え、
前記閾値は、前記クランプ電圧と前記フルオン電圧との間に設定される請求項3に記載のスイッチング素子の駆動装置。
Clamping means (23) for clamping the drive voltage to a clamp voltage lower than the full-on voltage in the middle of raising the drive voltage of the switching element to the full-on voltage,
The switching element driving device according to claim 3, wherein the threshold is set between the clamp voltage and the full-on voltage.
前記スイッチング素子の駆動電圧をフルオン電圧まで上昇させる途中で、当該駆動電圧を前記フルオン電圧よりも低いクランプ電圧にクランプするクランプ手段(23)を備え、
前記遮断速度設定手段は、前記スイッチング素子の異常発生時が前記クランプ手段による前記駆動電圧のクランプ以前の場合には、前記スイッチング素子の遮断速度を第1遮断速度に設定し、前記スイッチング素子の異常発生時が前記駆動電圧のクランプ以降の場合には、前記スイッチング素子の遮断速度を第1遮断速度よりも大きい第2遮断速度に設定する請求項1又は2に記載のスイッチング素子の駆動装置。
Clamping means (23) for clamping the drive voltage to a clamp voltage lower than the full-on voltage in the middle of raising the drive voltage of the switching element to the full-on voltage,
The shutoff speed setting means sets the shutoff speed of the switching element to a first shutoff speed when an abnormality occurs in the switching element and before the drive voltage is clamped by the clamp means, and the switching element malfunctions. 3. The switching element drive device according to claim 1, wherein when the generation occurs after the clamp of the driving voltage, the switching element is set to a second cutoff speed larger than the first cutoff speed.
前記異常判定手段は、前記電流の検出値が所定の判定値を超える場合又は前記電流の検出値の変化速度が所定以上に速い場合に、前記スイッチング素子に異常が生じていると判定する請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動装置。   The abnormality determination unit determines that an abnormality has occurred in the switching element when a detected value of the current exceeds a predetermined determination value or when a change speed of the detected value of the current is higher than a predetermined value. The switching element drive device according to any one of 1 to 5.
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