JP2017022836A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、追加で設ける絶縁素子の増加を抑制しつつ、パワー半導体の過電流などの異常を検知する異常検知回路の診断を行うことである。
【解決手段】
パワー半導体６に対してゲート信号を出力するドライブ回路１１と、パワー半導体６の異常を検知する異常検知回路１２と、異常検知回路１２に対して診断用信号を印加する診断信号印加回路１４と、を備え、診断信号印加回路１４はドライブ回路１１が出力するゲート信号に基づいて、診断用信号を印加する。
【選択図】 図２

Description

本発明は駆動装置に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車には、モータを駆動させるためにインバータ装置などの駆動装置が搭載されている。インバータ装置は、パワー半導体をスイッチングさせることで、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換し、モータを駆動させている。インバータ装置をはじめとする駆動装置には、内部回路に異常が発生した際に、その異常を検知する異常検知回路が搭載されている。例えば、パワー半導体に大電流が流れたことを検知する過電流検知回路やパワー半導体が異常発熱したことを検知する過熱検知回路である。

しかし、これらの異常検知回路が故障した場合、駆動装置に異常が発生したことを検知できず、モータなどの負荷を正常に制御できなくなる虞がある。そのため、異常検知回路に対しても故障診断を実施する必要がある。

過電流検出手段の異常を診断できるようにすることで該異常を原因として生じ得る諸問題を未然に回避できるモータ制御装置を提供することを課題とする技術としては、特許文献１が存在する。特許文献１には、「モータ制御装置は、同期モータ１１が回転していないときに過電流判断用の基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い第１検査電圧Ｖｔ１と該基準電圧Ｖｒｅｆ以上の第２検査電圧Ｖｔ２とを過電流検知部１８に送出するための過電流検査部１９を有し、該過電流検査部１９からの第１検査電圧Ｖｔ１が過電流検知部１８の比較結果から過電流有りと判断されたとき、または、過電流検査部１９からの第２検査電圧Ｖｔ２が過電流検知部１８の比較結果から過電流無しと判断されたときに、過電流検知部１８に異常が生じていると判断する」と記載されている。

特開２０１０−２７９１２５号公報

特許文献１においては、過電流検知部に検査電圧を送出する過電流検査部は、制御回路からの制御信号に基づき、検査電圧を過電流検知部に印加する。しかし、制御回路と過電流検査部は電気的に絶縁されていることが必要となる場合があり、制御回路から過電流検知部に信号を伝達する際に、例えばフォトカプラやトランスのような絶縁素子を介して信号を伝達する必要がある。このような絶縁素子は、一般的な電気回路部品、例えば抵抗やコンデンサ、トランジスタなどに比べて単価が高いため、過電流検査部が高コストになるという問題がある。

本発明の目的は、追加で設ける絶縁素子の増加を抑制しつつ、パワー半導体の過電流などの異常を検知する異常検知回路の診断を行うことである。

上記課題を解決するために、本願発明における駆動装置は、例えば、パワー半導体に対してゲート信号を出力するドライブ回路と、前記パワー半導体の異常を検知する異常検知回路と、前記異常検知回路に対して診断用信号を印加する診断信号印加回路と、を備え、前記診断信号印加回路は前記ドライブ回路が出力する前記ゲート信号に基づいて、前記診断用信号を印加することを特徴とする。

本発明によれば、診断信号印加回路はゲート信号に基づいて診断信号を印加するため、診断電圧印加回路に制御信号を入力するために新たに絶縁素子を設けることなく、異常検知回路の診断を行うことができる。

第１の実施形態における駆動装置および周辺回路の構成を表した図である。 第１の実施形態におけるパワー半導体と駆動回路の構成を表した図である。 第１の実施形態におけるドライブ電源回路の内部構成を表した図である。 第１の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。 第２の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。 第３の実施形態における駆動装置および周辺回路の構成を表した図である。 第３の実施形態におけるパワー半導体と駆動回路の構成を表した図である。 第３の実施形態におけるドライブ電源回路の内部構成を表した図である。 第３の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。 第４の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。 第５の実施形態における駆動装置および周辺回路の構成を表した図である。 第５の実施形態におけるパワー半導体と駆動回路の構成を表した図である。 第５の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。 第６の実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る駆動装置の実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。なお、以下の説明では、ある信号線の電圧値が閾値以上であることをその信号が１であると記述している。また、ある信号線の電圧値が閾値未満であることをその信号が０であると記述している。なお、信号を１と判定する際の閾値電圧と、信号を０と判定する際の閾値電圧は必ずしも等しい必要は無い。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における駆動装置３およびその周辺回路の構成を表した図である。駆動装置３は、外部電源１から入力された電力を変換し、負荷２に対して出力することで負荷２を駆動する。外部電源１としては、例えばバッテリなどが該当する。負荷２は、駆動装置３が駆動させる対象負荷であり、例えばモータやソレノイド、変圧用トランスなどが挙げられる。本実施形態では、負荷２として、３相交流モータを用いた場合の例を記載している。

駆動装置３は、制御回路４、電流センサ５ａ〜５ｃ、パワー半導体６ａ〜６ｆ、駆動回路７ａ〜７ｆを有する。なお、本実施形態では負荷２として３相モータを用いているため、駆動装置３は６つのパワー半導体と６つの駆動回路を有しているが、負荷の種類や回路構成によって、必要となるパワー半導体と駆動回路の個数は変化する。

制御回路４は内部にＣＰＵ（図示せず）、ＲＡＭ（図示せず）、ＲＯＭ（図示せず）、通信回路（図示せず）を有している。このＲＯＭは、電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）やフラッシュＲＯＭでも良い。

制御回路４は、駆動装置３外部の電子制御装置（図示せず）と通信を行い、他の電子制御装置から負荷２の駆動命令を受け取る。そして、この駆動命令と電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃから得られる電流値に基づいて、負荷２の駆動制御を行う。また、制御回路４は、駆動装置３内部に故障が発生したと判断した場合、故障通知装置８に対して故障検知信号を出力する。

電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃは負荷２に流れる電流を測定するためのセンサである。電流センサは、３相の出力線３本に対応して３個設けてもよいし、それ以下の個数としてもよい。

パワー半導体６ａ〜６ｆは、駆動回路７ａ〜７ｆからの信号に基づいてスイッチング動作を行う半導体素子であり、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが該当する。また、パワー半導体６ａから６ｆはセンス端子を有している。このセンス端子からは、パワー半導体のドレイン−ソース間を流れる電流の一定割合、例えば１０００分の１の電流が出力される。

駆動回路７ａ〜７ｆは、制御回路４から出力される駆動信号２２を受けて、パワー半導体６ａ〜６ｆのＯＮ／ＯＦＦを切り替える。また、内部にパワー半導体６ａ〜６ｆの異常を検知する異常検知回路を有している。駆動回路の詳細な構成については、図２を用いて後述する。

故障通知装置８は、制御回路４からの故障検出信号を受け付け、搭乗者に対して故障の発生を通知する。故障の通知方法としては、例えば、ランプを点灯させる、警告音を発生させる、音声で通知するなどの方法が挙げられる。

図２は、本実施形態におけるパワー半導体６と駆動回路７の構成を表した図である。なお、駆動装置３は６つのパワー半導体と６つの駆動回路を有しているが、１つあたりの回路構成はどれも同じであるため、図２では、パワー半導体６ａ〜６ｆのうちのいずれか１つのパワー半導体６と、パワー半導体６と対応する駆動回路７の組み合わせのみ示している。

本実施形態の駆動回路７は、ドライブ電源回路１０と、ドライブ回路１１と、過電流検知回路１２と、過熱検知回路１３と、診断信号印加回路１４と、抵抗１５と、温度センス素子１６と、を有する。ドライブ電源回路１０と、ドライブ回路１１と、過電流検知回路１２と、過熱検知回路１３とは、内部で電気的に絶縁が行われている。

なお、本実施形態において、ドライブ電源回路１０は駆動回路７内にあるが、駆動回路７の外部にあってもよい。また、複数の駆動回路７でドライブ電源回路１０を共有しても良い。本実施形態において、ドライブ回路１１、過電流検知回路１２、過熱検知回路１３は別の回路に分かれているが、これらを１つの回路にまとめてもよい。また、ドライブ回路１１、過電流検知回路１２、過熱検知回路１３、診断信号印加回路１４を１つの回路としてまとめてもよい。

ドライブ電源回路１０は、ドライブ回路１１、診断信号印加回路１４、温度センス素子１６に対してドライブ電源電圧１８を供給する回路である。また、ドライブ電源回路１０は、制御回路４から出力される電圧切り替え信号２１によって、ドライブ電源電圧１８の電圧値を通常値と高電圧値の２種類に切り替える機能を持つ。このドライブ電源回路１０の内部構成については、図３を用いて後述する。

ドライブ回路１１は、制御回路４から出力された駆動信号２２を受け付け、パワー半導体６をスイッチングさせるためのゲート信号１９を出力する回路である。また、過電流検知回路１２や過熱検知回路１３からゲート遮断信号２５および２６が出力された場合には、ゲート信号１９の遮断も実施する。

本実施形態においては、駆動信号２２が１のとき、ドライブ回路１１はゲート信号１９の電圧値をドライブ電源電圧１８まで上昇させるものとする。また、駆動信号２２が０のとき、ドライブ回路１１はゲート信号１９の電圧値をソース電圧１７まで低下させるものとする。また、ゲート信号の遮断とは、ゲート信号１９の電圧値をソース電圧１７まで低下させることを指す。

過電流検知回路１２は、パワー半導体６に一定以上の電流が流れた場合、過電流と判断して制御回路４に対して過電流検知信号２３を出力する。また、過電流検知時には、パワー半導体６をＯＦＦ状態にするために、ドライブ回路１１に対してゲート遮断信号２５を出力する。なお、過電流検知回路１２は、一度過電流を検知すると、過電流検知信号２３とゲート遮断信号２５の出力を一定時間保持する。

この過電流検知は、過電流検知端子電圧２０がソース電圧１７に対して一定以上大きい場合に行われる。これは、パワー半導体６を流れる電流の一部がセンス端子から抵抗１５に流れ込むため、パワー半導体６を流れる電流値が大きいほど、過電流検知端子電圧２０とソース電圧１７の間の電位差が大きくなるためである。

なお、本実施形態では、パワー半導体６のセンス端子から出力される電流を抵抗１５で電圧に変換し、この電圧に基づいて過電流検知回路１２が過電流状態を検知しているが、別の回路構成を用いて過電流を検知しても良い。例えば、パワー半導体６のソース側にシャント抵抗を設け、このシャント抵抗の両端の電位差に基づいて、過電流検知回路１２が過電流状態か否かを判定しても良い。また、パワー半導体６のコレクタ−ソース間の電位差に基づいて、過電流検知回路１２が過電流状態か否かを判定しても良い。

過熱検知回路１３は、パワー半導体６が一定以上の温度になった場合に、過熱検知信号２４を制御回路４に対して出力する。また、過熱検知時には、パワー半導体６をＯＦＦ状態にするために、ドライブ回路１１に対してゲート遮断信号２６を出力する。なお、過熱検知回路１３は、一度過熱状態を検知すると、過熱検知信号２４の出力とゲート遮断信号２６の出力を一定時間保持する。

この過熱検知は、温度センス素子１６の両端の電圧を測定し、その両端の電位差が一定値以下の場合に行われる。この温度センス素子１６には、例えばダイオードやサーミスタがある。なお、本実施形態での過熱検知回路１３は、温度センス素子１６の両端の電位差が一定値以下の場合に過熱であると判定しているが、温度センス素子１６の両端の電位差が一定値以上の場合に過熱であると判定しても良い。

診断信号印加回路１４は、内部にツェナーダイオード１４０、抵抗１４１、抵抗１４２、トランジスタ１４３を有している。この診断信号印加回路１４は、ゲート信号１９の電圧値が一定値以上になったとき、過電流検知回路１２に対して診断信号を印加する回路である。具体的には、ゲート信号１９の電圧値がドライブ電源電圧１８の高電圧値と等しい場合には、ツェナーダイオード１４０および抵抗１４１に電流が流れて、ベース電圧１４４が上昇する。ベース電圧１４４の上昇によってトランジスタ１４３がＯＮ状態になると、過電流検知端子電圧２０はドライブ電源電圧１８を抵抗１４２と抵抗１５で分圧した値になる。これにより、擬似的に過電流状態を作り出し、過電流検知回路１２を動作させる。なお、本実施形態では、診断信号印加回路１４が過電流検知端子電圧２０に電圧を印加することを、診断信号を印加すると記述する。

ゲート信号１９の電圧値がドライブ電源電圧１８の通常値と等しい場合やソース電圧１７と等しい場合には、ツェナーダイオード１４０にはほとんど電流が流れず、トランジスタ１４３はＯＦＦ状態となる。そのため、診断信号印加回路１４は診断信号の印加を行わない。

なお、診断信号印加回路１４が上記の動作を行うために、ツェナーダイオード１４０には、ツェナー電圧がドライブ電源電圧１８の通常値よりも大きく、かつドライブ電源電圧１８の高電圧値より小さいツェナーダイオードを用いる必要がある。

図３は、ドライブ電源回路１０の詳細な内部構成を表した図である。

ドライブ電源回路１０は、直流電源１００からドライブ用電源電圧１８を生成する回路であり、電圧制御回路１０１、トランス１０２ａから１０２ｃ、スイッチング用トランジスタ１０３、整流用ダイオード１０４および１０９、平滑用コンデンサ１０５および１１０、分圧抵抗１０６ａおよび１０６ｂ、電圧変化用抵抗１０７、電圧変化用トランジスタ１０８を有している。なお、直流電源１００には、外部電源１から直接電源を供給しても良いし、他の電源回路（図示せず）で外部電源１を昇圧もしくは降圧した電源を作成し、その電源を供給しても良い。

電圧制御回路１０１は、フィードバック電圧１１２を元にドライブ電源電圧１８とソース電圧１７の間の電位差が一定値となるように制御する回路である。フィードバック電圧１１２が低下した場合、電圧制御回路１０１はフィードバック電圧が基準値になるようにＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号１１１のデューティ比を大きくし、ドライブ電源電圧１８およびフィードバック電圧１１２を上昇させる。フィードバック電圧１１２が上昇した場合は、電圧制御回路１０１はフィードバック電圧１１２が基準値になるようにＰＷＭ信号１１１のデューティ比を小さくし、ドライブ電源電圧１８およびフィードバック電圧１１２を低下させる。

トランス１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは変圧用のトランスであり、トランス１０２ａは一次側トランス、トランス１０２ｂはドライブ電源電圧１８生成用の二次側トランス、トランス１０２ｃはフィードバック電圧１１２生成用の二次側トランスである。

スイッチング用トランジスタ１０３は、トランス１０２ａに流れる電流を制御するためのトランジスタであり、電圧制御回路１０１から出力されるＰＷＭ信号１１１によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。整流用ダイオード１０４は、トランス１０２ｃに発生した電流を整流するためのダイオードである。同様に、整流用ダイオード１０９は、トランス１０２ｂに発生した電流を整流するためのダイオードである。

平滑コンデンサ１０５は、トランス１０２ｃに発生した電圧を安定化させるためのコンデンサである。同様に、平滑コンデンサ１１０は、トランス１０２ｂに発生した電圧を安定化させるためのコンデンサである。

分圧抵抗１０６ａおよび１０６ｂは、トランス１０２ｃに発生した電圧を分圧してフィードバック電圧１１２を生成するための抵抗である。

電圧変化用抵抗１０７および電圧変化用トランジスタ１０８は、ドライブ電源電圧１８を変化させるための素子である。電圧変化用トランジスタ１０８は、制御回路４から入力される電圧切り替え信号２１によってＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。本実施形態においては、電圧切り替え信号２１が１であるとき、電圧変化用トランジスタ１０２がＯＮ状態となり、電圧切り替え信号２１が０であるとき、電圧変化用トランジスタ１０２がＯＦＦ状態になると定義する。また、電圧変化用トランジスタ１０２がＯＦＦ状態の場合のドライブ電源電圧１８が通常値であり、電圧変化用トランジスタ１０２がＯＮ状態の場合のドライブ電源電圧１８が高電圧値である。

電圧変化用トランジスタ１０８がＯＦＦの場合、フィードバック電圧１１２は分圧抵抗１０６ａと１０６ｂの分圧比に従って生成される。電圧変化用トランジスタ１０８がＯＮになると、電圧変化用抵抗１０７が分圧抵抗１０６ｂと並列になるため、電圧変化用トランジスタ１０８がＯＦＦの場合と比べて分圧比が小さくなり、フィードバック電圧１１２も小さくなる。フィードバック電圧１１２が小さくなると、電圧制御回路１０１はフィードバック電圧１１２を一定に保つために、ＰＷＭ信号１１１のデューティ比を大きくする。そのため、電圧変化用トランジスタ１０８がＯＮの場合は、ＯＦＦの場合と比べてドライブ電源電圧１８が上昇する。

図４は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理を表したフローチャートである。この診断処理は、負荷２が駆動していない、つまり負荷２に対して電流が流れていない状態のときに、制御回路４が任意のタイミングで実施する。例えば、駆動装置３が起動してから負荷２の駆動を行うまでの間に実施しても良いし、負荷２が駆動していない場合に一定時間が経過するごとに実施しても良い。

ステップＳ１００において、制御回路４は、全ての駆動回路７に対する駆動信号２２を０にする。過電流検知回路１２の診断中には、その過電流検知回路１２と接続されているパワー半導体６がＯＮになる。もし、診断対象の過電流検知回路１２と接続されていないパワー半導体６もＯＮになっていると、診断中に負荷２に電流が流れて駆動してしまう可能性がある。また、上下対のパワー半導体６が両方ＯＮになり、大電流が流れる可能性もある。上下対とは、パワー半導体６ａとパワー半導体６ｄ、パワー半導体６ｂとパワー半導体６ｅ、パワー半導体６ｃとパワー半導体６ｆのそれぞれの組み合わせのことである。このような問題の発生を防止するため、駆動信号２２をすべて０にし、すべてのパワー半導体６をＯＦＦにしてから診断を実施する。

ステップＳ１０１において、制御回路４は、診断を実施する過電流検知回路１２とそれを有する駆動回路７を選択する。ステップＳ１０２において、制御回路４は、ステップＳ１０１で選択した駆動回路７に対する電圧切り替え信号２１を０から１に変更する。これにより、対象の駆動回路７内部のドライブ電源電圧１８が高電圧値になる。

ステップＳ１０３において、制御回路４は、対象の駆動回路７に対する駆動信号２２を０から１に変更する。これにより、対象の駆動回路７内部のドライブ回路１１は、ゲート信号１９をドライブ電源電圧１８まで上昇させる。ゲート信号１９の電圧がドライブ電源電圧１８の高電圧値になったため、診断信号印加回路１４は過電流検知端子電圧２０を上昇させる。これにより、過電流検知回路１２が動作する。

ステップＳ１０４において、制御回路４は、対象の駆動回路７から過電流検知信号２３が出力されたかどうかを判定する。過電流検知信号２３が出力された場合には、制御回路４は、診断対象の過電流検知回路１２が正常に動作していると判断し、ステップＳ１０６の処理に移る。過電流検知信号２３が出力されなかった場合には、制御回路４は診断対象の過電流検知回路１２が故障していると判断し、ステップＳ１０５の処理に移る。

ステップＳ１０５において、制御回路４は故障通知装置８に対して故障検知信号を出力する。これを受けて、故障通知装置８が動作し、搭乗者に故障を通知する。

ステップＳ１０６において、制御回路４は、対象の駆動回路７に対する駆動信号２２を１から０に変更する。これにより、対象の駆動回路７内部のドライブ回路１１は、ゲート信号１９をソース電圧１７まで低下させる。

ステップＳ１０７において、制御回路４は、対象の駆動回路７に対する電圧切り替え信号２１を１から０に変更する。これにより、対象の駆動回路７内部のドライブ電源電圧１８が通常値になる。

ステップＳ１０８において、制御回路４は、すべての過電流検知回路１２の診断を完了したかどうか判定する。診断を実施していない過電流検知回路１２がある場合には、ステップＳ１０１に戻り、まだ診断を実施していない過電流検知回路１２に対して診断を行う。すべての過電流検知回路１２の診断を完了している場合には、制御回路４は診断処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、制御回路４は、過電流検知回路１２の診断を行う際に、電圧切り替え信号２１および駆動信号２２を用いてゲート信号１９の電圧を上昇させ、それによって診断電圧印加回路１４を動作させる。診断電圧印加回路１４は、ゲート信号１９の電圧値によって過電流検知回路１２に対して診断信号を印加するか否かを決める。これにより、制御回路４から診断信号印加回路１４に対して診断のための信号を伝達する必要が無く、信号伝達のために絶縁素子を追加する必要も無い。そのため、過電流検知回路１２の診断を低コストで実現することができる。

また、過電流検知回路１２の診断時と負荷２の駆動時でドライブ電源電圧１８を変化させることで、制御回路４が負荷２を駆動させている間に診断信号印加回路１４が診断信号を印加し、それによって負荷２の駆動が阻害されることを防止している。

（第２の実施形態）
本実施形態では、異常検知回路が異常検知信号を正常に出力できることに加えて、ゲート信号を正常に遮断できることを診断できる駆動装置の例を示す。本実施形態における駆動装置およびその周辺回路の構成は、第１の実施形態と同じであるため、説明は省略する。同様に、本実施形態におけるパワー半導体および駆動回路の構成、ドライブ電源回路の内部構成も第１の実施形態と同じであるため、説明は省略する。

図５は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。この故障診断処理も第１の実施形態と同様に、負荷２が駆動していない状態のとき、制御回路４が任意のタイミングで実施する。

図５におけるステップＳ１００からステップＳ１０８の処理は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。図５では、ステップＳ１０４の処理のあとにステップＳ１０９の処理が追加されている。

ステップＳ１０９において、制御回路４は、ステップＳ１０４において過電流検知信号２３が出力され始めてから、閾値１の時間経過後に過電流検知信号２３が出力されなくなるかを判定する。閾値１の時間経過に過電流検知信号２３が出力されなくなった場合には、制御回路４はステップＳ１０６の処理に移る。閾値１の時間経過に過電流検知信号２３が出力され続けている場合には、制御回路４はステップＳ１０５の処理に移る。なお、この閾値１の時間は、過電流検知回路１２が過電流検知信号２３の出力を保持する時間よりも長い時間である。

診断信号印加回路１４が過電流検知回路１２に対して診断信号を印加した際、過電流検知信号１２およびドライブ回路１１が正常に動作すれば、ゲート信号１９は遮断され、ゲート信号１９の電圧値はソース電圧１７まで低下する。すると、診断信号印加回路１４は、過電流検知回路１２に対する診断信号の印加をやめるため、過電流検知回路１２は過電流状態を検知しなくなる。そのため、過電流検知回路１２は、過電流検知信号２３を出力状態で一定時間保持した後、過電流検知信号２３の出力を停止する。

もし、過電流検知信号１２もしくはドライブ回路１１が故障し、ゲート信号１９が正常に遮断されない場合、診断信号印加回路１４は過電流検知回路１２に対して診断信号を印加し続ける。それにより、擬似的な過電流状態が維持され続けるため、過電流検知回路１２は過電流検知信号２３を本来の出力保持時間以上の間、出力し続けることになる。そのため、過電流検知回路１２が本来の出力保持時間以上の間、過電流検知信号２３を出力するか否かによって、ゲート信号１９が正常に遮断されているかどうかを判定することができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態とは別の回路構成において、異常検知回路が異常検知信号を正常に出力できることを低コストで診断できる駆動装置の例を示す。

図６は、本実施形態における駆動装置および周辺回路の構成を表した図である。駆動装置３０は、第１の実施形態における駆動装置３が有している駆動回路７ａから７ｆとは異なる駆動回路３１ａから３１ｆを有している。また、駆動装置３０における制御回路４と駆動回路３１ａから３１ｆの間には、電圧切り替え信号２１が接続されていない。それ以外の構成は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図７は、本実施形態におけるパワー半導体６と駆動回路３１の構成を表した図である。駆動回路３１は、図６における駆動回路３１ａから３１ｆのいずれか１つを表したものである。この駆動回路３１は、第１の実施形態における駆動回路７が有するドライブ電源回路１０とは異なるドライブ電源回路３２を有している。また、駆動回路３１は、第１の実施形態における駆動回路７が有する診断信号印加回路１４とは異なる診断信号印加回路３３を有している。

診断信号印加回路３３は、図２におけるツェナーダイオード１４０、抵抗１４１の代わりに、ダイオード１４５および１４７、抵抗１４６および１４８、コンデンサ１４９を有している。

この診断信号印加回路３３は、ゲート信号１９の電圧値がドライブ電源電圧１８と等しい場合に、ダイオード１４７および抵抗１４８を介してコンデンサ１４９を充電させ、ベース電圧１４４を上昇させる。また、ゲート信号１９の電圧値がソース電圧１７と等しい場合に、ダイオード１４５および抵抗１４６を介してコンデンサ１４９を放電させ、ベース電圧１４４を低下させる動作をする。ベース電圧１４４が一定の電圧値（トランジスタ１４３のＯＮ閾値）を超えると、トランジスタ１４３がＯＮとなり、第１の実施形態と同様に過電流検知回路１２に対して診断信号の印加が行われる。

コンデンサ１４９の充電速度は抵抗１４８の抵抗値に依存し、抵抗値が大きいほど充電速度が遅くなる。また、コンデンサ１４９の放電速度は抵抗１４６の抵抗値に依存し、抵抗値が大きいほど放電速度が遅くなる。制御回路４が負荷２を駆動しているときは、コンデンサ１４９もゲート信号１９の電圧値にあわせて、充電と放電を繰り返す。しかし、負荷２の駆動中に診断信号印加回路３３が診断信号の印加動作を行うと、制御動作を阻害してしまう。そのため、負荷２の駆動制御中には診断電圧印加回路３３が診断信号の印加動作を行わないように、制御中にゲート信号１９の電圧値がドライブ電源電圧１８と等しくなっている時間、および制御中にゲート信号１９の電圧値がソース電圧１７と等しくなっている時間から、抵抗１４６および抵抗１４８の抵抗値を定める必要がある。

図８は、本実施形態におけるドライブ電源回路の内部構成を表した図である。図８に表したドライブ電源回路３１は、ドライブ電源回路１０とは異なり、電圧変化用抵抗１０１および電圧変化用トランジスタ１０２を有していない。

図９は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートである。図９の処理では、ステップＳ１０３の処理の後、制御回路４はステップＳ１１０の処理を行う。ステップＳ１１０では、制御回路４がステップＳ１０３で駆動信号２２を１に変更してから閾値２の時間が経過したときに、駆動回路３０から過電流検知信号２３が出力されているかどうかを確認する。過電流検知回路２３が出力されている場合、制御回路４は過電流検知回路１２が正常に動作していると判定し、ステップＳ１０６の処理に移る。過電流検知回路２３が出力されていない場合、制御回路４は過電流検知回路１２が故障していると判定し、ステップＳ１０５の処理を行う。

なお、ステップＳ１０９において、閾値２の時間が経過するまで待つ理由は、診断信号印加回路３３はコンデンサ１４９が十分に充電されないと診断信号を印加しないためである。そのため、この閾値２の時間は、駆動信号２２が１の状態になってから、コンデンサ１４９が充電されてトランジスタ１４３がＯＮ状態になるまでの時間よりも長く設定する必要がある。

本実施形態によれば、制御回路４は、過電流検知回路１２の診断を行う際に、コンデンサ１４９の充電時間以上の間、駆動信号２２を１にすることで診断電圧印加回路３３を動作させる。診断電圧印加回路３３は、コンデンサ１４９の充電状態、つまりゲート信号１９の電圧値が一定時間以上ドライブ電源電圧１８と等しい状態を維持したか否かによって、過電流検知回路１２に対して診断信号を印加するか否かを決める。これにより、制御回路４から診断信号印加回路３３に対して診断のための信号を伝達する必要が無く、信号伝達のために絶縁素子を追加する必要も無い。そのため、過電流検知回路１２の診断を低コストで実現することができる。

なお、本実施形態における診断信号印加回路３３では、コンデンサ１４９がある閾値以上まで充電されたときに、診断信号を印加する構成になっている。また、過電流検知回路１２の診断処理においても、駆動信号２２を１のまま一定時間以上維持することで、診断信号印加回路３３を動作させている。しかし、これはあくまでも一例であり、コンデンサ１４９がある閾値以下まで放電されたときに、診断信号を印加するように診断信号印加回路３３を構成することも可能である。また、診断信号印加回路３３の構成変更に合わせて、過電流検知回路１２の診断処理を変更することも可能である。

（第４の実施形態）
本実施形態では、第３の実施形態の構成において、異常検知回路が異常検知信号を正常に出力できることに加えて、ゲート信号を正常に遮断できることを診断できる駆動装置の例を示す。本実施形態における駆動装置およびその周辺回路の構成は、第３の実施形態と同じであるため、説明は省略する。同様に、本実施形態におけるパワー半導体および駆動回路の構成、ドライブ電源回路の内部構成も第３の実施形態と同じであるため、説明は省略する。

図１０は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。図１０のフローチャートにおける各処理は、図９のフローチャートのステップＳ１１０処理のあとに、図６のステップＳ１０９処理を追加している他は、図９で示した処理と同様であるため、個々の処理内容については説明を省略する。

本実施形態によれば、第３の実施形態の構成においても第２の実施形態で説明したように、ゲート信号１９が正常に遮断されることを診断することができる。

また、第２の実施形態の構成の場合、過電流検知回路１２の診断中は駆動信号２２を１にしているため、ゲート信号１９の遮断が解除されるとすぐに診断信号印加回路１２が診断信号を再度印加してしまう。そのため、ステップＳ１０９における過電流検知信号２３の出力停止が検知しにくく、ゲート信号１９が正常に遮断されていたとしても過電流検知回路１２やドライブ回路１１が故障していると判定してしまう可能性がある。

本実施形態における診断信号印加回路３３は、コンデンサ１４９がトランジスタ１４３のＯＮ閾値以上まで充電されなければ診断信号を印加しないため、ゲート信号１９の遮断が解除されてからこの充電時間が経過するまでの間は、過電流検知信号２３の出力が停止する。そのため、第２の実施形態の場合に比べて、ステップＳ１０９における過電流検知信号２３の出力停止を検知しやすく、上記のような故障の誤判定を防止することができる。

また、第３の実施形態では、コンデンサ１４９が閾値以下に放電された場合に診断信号を印加するように診断信号印加回路３３を構成することも可能であると述べたが、ゲート信号１９が正常に遮断されること判定するためには、ゲート信号１９がソース電圧１７と等しい状態が一定時間以上継続した場合に、診断信号の印加をやめなければならない。そのため、コンデンサ１４９が閾値以下に放電された場合に診断信号を印加するように診断信号印加回路３３を構成した場合には、この診断方法によってゲート信号１９が正常に遮断されていること判定することはできない。

（第５の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態および第３の実施形態とは別の回路構成において、異常検知回路が異常検知信号を正常に出力できることを低コストで診断できる駆動装置の例を示す。

図１１は、本実施形態における駆動装置および周辺回路の構成を表した図である。駆動装置４０は、第３の実施形態における駆動装置３０が有している駆動回路３１ａから３１ｆとは異なる駆動回路４１ａから４１ｆを有している。この駆動回路４１ａから４１ｆは、パワー半導体６ａから６ｆに対して接続しているゲート信号を駆動回路間で配線５０として相互に接続している。

図１２は、本実施形態におけるパワー半導体と駆動回路の構成を表した図である。駆動回路４１は、図１１における駆動回路４１ａから４１ｆのいずれか１つを表したものである。この駆動回路４１は、第３の実施形態における駆動回路３１が有する診断信号印加回路３３とは異なる診断信号印加回路４２を有している。また、他の駆動回路からのゲート信号５１が駆動回路４１に対して入力され、他の駆動回路に対してゲート信号１９を出力している。

診断信号印加回路４２は、図２におけるツェナーダイオード１４０、抵抗１４１の代わりに、論理ゲート１５０を有している。この診断信号印加回路４２はゲート信号１９と他の駆動回路のゲート信号５１が特定の組み合わせの場合にトランジスタ１４３をＯＮ状態にし、過電流検知回路１２に対して診断信号の印加を行う。本実施形態では、ゲート信号１９の電圧値が閾値電圧以上であり、すべてのゲート信号５１の電圧値が閾値電圧未満のとき、論理ゲート１５０はトランジスタ１４３をＯＮ状態にする。この閾値電圧は、ソース電圧１７と論理ゲート１５０の構成によって決まる。

なお、制御回路４が負荷２を駆動中には、診断信号印加回路４４が診断信号を印加しないように、ゲート信号１９およびゲート信号５１の特定の組み合わせには、通常制御で起こりえない組み合わせを選択することが望ましい。通常、上下対になっているパワー半導体は片方がＯＮ状態のときにもう片方はＯＦＦ状態になっている。そのため、診断対象の過電流検知回路１２と接続されたパワー半導体６のゲート信号１９はパワー半導体をＯＮ状態にし、それ以外のゲート信号５１はパワー半導体ＯＦＦ状態にする場合が、上記特定の組み合わせの１つとして考えられる。それ以外には、ゲート信号１９およびゲート信号５１が全てのパワー半導体をＯＦＦ状態にする場合も上記の特定の組み合わせにすることが考えられる。

なお、本実施形態では論理ゲート１５０はＮＯＲゲートとＡＮＤゲートで構成されているが、これは上記の特定の組み合わせに応じて、その他の論理ゲートで構成されていてもよい。また、論理ゲート１５０はダイオードやトランジスタなどから構成されていてもよく、１つあるいは複数の集積回路であってもよい。

図１３は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。本実施形態における診断フローチャートは、第１の実施形態の診断フローチャートからステップＳ１０２およびステップＳ１０７を取り除いたものであるため、個別の処理に対する説明は省略する。

本実施形態では、診断信号印加回路４２は、駆動回路６ａから６ｆの各ゲート信号が特定の組み合わせになったか否かによって、過電流検知回路１２に対して診断信号を印加するか否かを決める。これにより、制御回路４から診断信号印加回路４２に対して診断のための信号を伝達する必要が無く、信号伝達のために絶縁素子を追加する必要も無い。そのため、過電流検知回路１２の診断を低コストで実現することができる。

なお、本実施形態では、駆動回路４１ａから４１ｆの間でゲート信号を相互に接続させていたが、例えば上側の駆動回路（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）の間のみで相互にゲート信号を接続させてもよい。また、下側の駆動回路（４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ）の間のみで相互にゲート信号を接続させてもよい。

（第６の実施形態）
本実施形態では、第５の実施形態の構成において、異常検知回路が異常検知信号を正常に出力できることに加えて、ゲート信号を正常に遮断できることを診断できる駆動装置の例を示す。本実施形態における駆動装置およびその周辺回路の構成は、第５の実施形態と同じであるため、説明は省略する。同様に、本実施形態におけるパワー半導体および駆動回路の構成、ドライブ電源回路の内部構成も第５の実施形態と同じであるため、説明は省略する。

図１４は、本実施形態における過電流検知回路の診断処理のフローチャートを表した図である。本実施形態における診断フローチャートは、第２の実施形態の診断フローチャートからステップＳ１０２およびステップＳ１０７を取り除いたものであるため、個別の処理に対する説明は省略する。

なお、第５の実施形態においては、診断信号印加回路４２が診断信号を印加する際のゲート信号の特定の組み合わせについて、パワー半導体６ａから６ｆがすべてＯＦＦになるようなゲート信号の組み合わせを例として述べた。しかし、ゲート信号の遮断を確認するためには、少なくとも診断対象の過電流検知回路１２と接続されたパワー半導体６のゲート信号１９はドライブ電源電圧１８と等しい状態、つまりパワー半導体６をＯＮさせる状態でなければならない。

本実施形態によれば、第５の実施形態の構成においても第２の実施形態で説明したように、ゲート信号１９が正常に遮断されることを診断することができる。

なお、上記の第１〜第６の実施形態では、異常検知回路として過電流検知回路１２を対象とした場合の例を示したが、同様の診断方法を過熱検知回路１３に適用することも可能である。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１：外部電源（バッテリ）、２：負荷（３相交流モータ）、３：駆動装置、４：制御回路、５：電流センサ、６：パワー半導体、７：駆動回路、８：故障通知装置、１０：ドライブ電源回路、１１：ドライブ回路、１２：過電流検知回路、１３：過熱検知回路、１４：診断信号印加回路、１５：抵抗、１６：温度センス素子、１７：ソース電圧、１８：ドライブ電源電圧、１９：ゲート信号、２０：過電流検知端子電圧、２１：電圧切り替え信号、２２：駆動信号、２３：過電流検知信号、２４：過熱検知信号、３０：駆動装置、３１：駆動回路、３２：ドライブ電源回路、３３：診断信号印加回路、４０：駆動装置、４１：駆動回路、４２：診断信号印加回路、５０：配線、５１：ゲート信号、１００：直流電源、１０１：電圧制御回路、１０２：トランス、１０３：スイッチング用トランジスタ、１０４：整流用ダイオード、１０５：平滑用コンデンサ、１０６：分圧抵抗、１０７：電圧変用抵抗、１０８：電圧変化用トランジスタ、１０９：整流用ダイオード、１１０：平滑用コンデンサ、１１１：ＰＷＭ信号、１１２：フィードバック電圧、１４０：ツェナーダイオード、１４１：抵抗、１４２：抵抗、１４３：抵抗、１４５：ダイオード、１４６：抵抗、１４７：ダイオード、１４８：抵抗、１４９：コンデンサ、１５０：論理ゲート

Claims (10)

1. パワー半導体に対してゲート信号を出力するドライブ回路と、前記パワー半導体の異常を検知する異常検知回路と、前記異常検知回路に対して診断用信号を印加する診断信号印加回路と、を備え、
   前記診断信号印加回路は前記ドライブ回路が出力する前記ゲート信号に基づいて、前記診断用信号を印加する駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記診断信号印加回路は、前記ドライブ回路が出力する前記ゲート信号の電圧値が所定の閾値を超えたときに、前記診断用信号を印加する駆動装置。
3. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記診断信号印加回路は、前記ドライブ回路が出力する前記ゲート信号の電圧値が所定時間以上の期間内で変化しないときに、前記診断用信号を印加する駆動装置。
4. 請求項１に記載の駆動装置において、
   前記ドライブ回路は、複数のパワー半導体のそれぞれに対応して複数設けられ、
   前記診断信号印加回路は、複数の前記ドライブ回路が出力する複数の前記ゲート信号が所定の組み合わせであるときに、前記診断用信号を印加する駆動装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記異常検知回路は、前記パワー半導体の異常を検知したとき、前記制御回路に対して異常検知信号を出力する機能を有し、
   前記診断信号印加回路が前記異常検知回路に対して前記診断用信号を印加したとき、前記異常検知回路が前記異常検知信号を出力しなかった場合、前記制御回路は前記異常検知回路が故障していると判定する駆動装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動装置において、
   前記異常検知回路は、前記パワー半導体の異常を検知したとき、前記制御回路に対して異常検知信号を出力するとともに、前記ドライブ回路に対してゲート遮断信号を出力する機能を有し、
   前記ドライブ回路は、前記異常検知回路が出力する前記ゲート遮断信号に基づいて前記ゲート信号の出力を中止する駆動装置。
7. 請求項６に記載の駆動装置において、
   前記制御回路が前記駆動信号を駆動状態のまま維持したとき、前記異常検知回路が前記異常検知信号を所定時間以上の期間出力し続けている場合、前記制御回路は前記ドライブ回路もしくは前記異常検知回路のいずれかが故障していると判定する駆動装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動装置であって、
   前記異常検知回路は、所定の電圧値を超える電位差を検知したときに、前記パワー半導体の異常を検知し、
   前記診断信号印加回路は、前記ドライブ回路が出力する前記ゲート信号に基づいて、診断用電圧を出力する駆動装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の駆動装置であって、
   前記異常検知回路は、前記パワー半導体に所定の電流値以上の電流が流れたことを検知する過電流検知回路である駆動装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載の駆動装置であって、
    前記異常検知回路は、前記パワー半導体の温度が所定温度以上となったことを検知する過熱検知回路である駆動装置。

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