JP2017050804A

JP2017050804A - 半導体スイッチの保護回路

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Publication number: JP2017050804A
Application number: JP2015174511A
Authority: JP
Inventors: 小高　章弘; Akihiro Odaka; 章弘小高
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: JP6748935B2

Abstract

【課題】半導体スイッチや装置の小型化・低コスト化を図り、過電流異常及びオープン故障を検出可能にした保護回路を提供する。【解決手段】制御端子、入力端子、出力端子、及びセンス端子を備えたＩＧＢＴ１０を保護するための保護回路において、センス端子に流れる電流を検出する電流検出回路６と、電流検出回路６による電流検出値を第１のしきい値ＴＨ１と比較する比較器７と、ＩＧＢＴ１０の両端電圧を検出する両端電圧検出回路３と、この検出回路３による電圧検出値を第２のしきい値ＴＨ２と比較する比較器４と、ＩＧＢＴ１０のオン／オフ指令、及び比較器４，７の出力信号に基づいてＩＧＢＴ１０の過電流異常またはオープン故障を検出する論理回路８と、論理回路８による異常検出時にＩＧＢＴ１０をオフさせるゲート駆動回路２と、異常情報を上位制御回路に伝送する出力回路９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力用の半導体スイッチの異常を検出して保護動作を行うための保護回路に関するものである。

特許文献１には、電力用の半導体スイッチを過電流から保護する技術が記載されている。
この従来技術では、半導体スイッチ、例えば、ＩＧＢＴの両端電圧（コレクタ電圧）を検出し、ＩＧＢＴをオンさせるゲート信号が入力されているにも関わらずその両端電圧が低下しない場合に、負荷短絡等による過電流がＩＧＢＴに流れているとみなし、ゲート信号を操作して過電流を遮断することにより、ＩＧＢＴを過電流から保護している。また、特許文献１には、過電流検出時にＩＧＢＴをオフさせると共に、過電流発生を示す異常情報を上位の制御回路に伝送することも記載されている。

特許文献１記載の従来技術は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチに過電流が流れると、半導体スイッチの両端電圧が低下しないことを応用している。これは、見方を変えると、半導体スイッチの両端電圧が低下しないほど大きな電流が流れない限り、過電流の発生を検出できないことを意味する。
このため、半導体スイッチの設計に当たっては、過電流が発生してこれを遮断するまでの期間、過電流が流れ続けるのを許容できることが求められる。つまり、半導体スイッチのエネルギー耐量を相当大きく確保する必要があり、結果的に、半導体スイッチが大型化せざるを得ないという問題がある。

一方、特許文献２には、電流センス付きＩＧＢＴの過電流保護手段が開示されている。電流センスとは、半導体スイッチに流れる電流の一部を、この半導体スイッチに設けたセンス端子に分流させる機能を指す。このセンス端子に接続された抵抗に生じる電圧を利用して半導体スイッチの入出力端子間に流れる過電流を検出し、ゲート信号を操作することにより、過電流を遮断して半導体スイッチを保護している。
この方法によれば、半導体スイッチに流れる電流の大きさを、抵抗に生じる電圧によって等価的に検出することができる。従って、過電流を検出するまでの時間を短縮することができ、特許文献１記載の技術が有する課題の解決が可能になる。

しかしながら、特許文献２に記載された従来技術では、対象とする半導体スイッチの過電流異常を検出して保護することは可能であるが、半導体スイッチにオープン故障（開放故障）が発生した場合にはこれを検出することができない。オープン故障を検出できないと、その半導体スイッチを用いたシステムは異常な動作を続けることになり、これによってシステムの二次故障に至る場合もある。

これに対し、特許文献１に記載された従来技術は、半導体スイッチの両端電圧を検出するものであるから、半導体スイッチにオープン故障が発生した場合には、その半導体スイッチにオン信号を入力したとても、オープン故障しているので両端電圧は低下しない。このため、過電流が流れた場合と等価な現象になり、結果として、過電流異常ではなくオープン故障ではあるものの、半導体スイッチの異常を検出して保護動作を行うことができ、この異常情報を上位の制御回路側に伝送することが可能である。
つまり、制御回路は、過電流異常にせよオープン故障にせよ、半導体スイッチの異常を認識可能であり、その半導体スイッチを用いたシステムの運転を停止して保護動作を行うことができる。

なお、特許文献３のように、複数台のモータをそれぞれ駆動する複数台のインバータのうちの何れかに半導体スイッチのオープン故障が発生した場合には、当該インバータによるモータの駆動を停止して、他のインバータによりモータを駆動する等の緊急措置を講じることにより、システムとして完全には動作できないものの善後策を採り得るようにした従来技術も知られている。

特許第２８８１７５５号公報（段落［００２６］、図１等）特許第３１２５６２２号公報（段落［００１５］，［００１６］、図１等）特開２０１２−１３００９８号公報（段落［００４１］、図３等）

特許文献１によれば、半導体スイッチのオープン故障を過電流異常と同様にとらえて検出し、保護動作を行うことができる。しかし、前述したように、半導体スイッチのエネルギー耐量を大きくする必要性から半導体スイッチが大型化し、装置の小型化・低コスト化の妨げになる。また、実際にはオープン故障であっても過電流異常と誤認してしまうことも、用途によっては解決すべき課題になる。
また、特許文献２では、過電流保護に要する時間を特許文献１に比べて短縮できるため、半導体スイッチを小型化できる反面、オープン故障を検出することができないという問題がある。

そこで、本発明の解決課題は、半導体スイッチや装置の小型化・低コスト化を図ると共に、過電流異常及びオープン故障の両者を検出して所定の保護動作を行えるようにした半導体スイッチの保護回路を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、制御端子、入力端子、出力端子、及び、前記入力端子と前記出力端子との間に流れる電流を検出するセンス端子を備えた半導体スイッチを保護するための保護回路において、
前記センス端子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段による電流検出値を第１のしきい値と比較する第１の比較手段と、
前記入力端子と前記出力端子との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による電圧検出値を第２のしきい値と比較する第２の比較手段と、
前記半導体スイッチに対するオン／オフ指令、前記第１の比較手段の出力信号、及び、前記第２の比較手段の出力信号に基づいて、前記半導体スイッチの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段による異常検出時に前記半導体スイッチをオフさせる駆動手段と、
を備えたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記異常検出手段による異常検出時に、前記オン／オフ指令を生成する外部の制御回路に異常情報を伝送する出力手段を備えたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記異常検出手段は、前記オン／オフ指令がオン状態であって、前記電流検出値が前記第１のしきい値を超え、かつ、前記電圧検出値が前記第２のしきい値未満であるときに、当該事象を第１の異常事象として検出すると共に、前記駆動手段を介して前記半導体スイッチをオフさせるものである。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記第１の異常事象が、前記入力端子と前記出力端子との間に過電流が流れている事象であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記異常検出手段は、前記オン／オフ指令がオン状態であって、前記電流検出値が前記第１のしきい値未満であり、かつ、前記電圧検出値が前記第２のしきい値を超えたときに、当該事象を第２の異常事象として検出すると共に、前記駆動手段を介して前記半導体スイッチをオフさせるものである。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記第２の異常事象が、前記半導体スイッチのオープン故障であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項３における前記第１の異常情報を前記制御回路に伝送する第１の出力手段と、請求項５における前記第２の異常情報を前記制御回路に伝送する第２の出力手段と、を備えたものである。

請求項８に係る発明は、請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、前記半導体スイッチ、前記電流検出手段、前記第１の比較手段、前記電圧検出手段、前記第２の比較手段、前記異常検出手段、及び前記出力手段を、単一のパッケージに収納したものである。

本発明によれば、半導体スイッチに過電流が流れている状態や半導体スイッチがオープン故障している状態を検出し、半導体スイッチをオフさせる保護動作を速やかに実行することができる。このため、半導体スイッチのサイズを必要以上に大きくする必要がなく、装置の小型化、低コスト化に寄与すると共に、半導体スイッチの異常がシステムの他の部位に波及して二次被害が発生するのを防止することができる。
また、必要に応じて、過電流異常とオープン故障とを異なる種類の異常情報として個別に出力させれば、異常原因の判別が可能となり、異常原因に応じた適切な善後策を講じることもできる。
更に、半導体スイッチ及びその異常検出機能並びに保護機能を単一のパッケージに収納することにより、一層の小型化や取扱い性の向上が可能になり、電力変換装置等への実装も容易になる。

本発明の第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態において、過電流異常が発生した時の動作を示すタイミングチャートである。第１実施形態において、オープン故障が発生した時の動作を示すタイミングチャートである。本発明の第２実施形態における主要部の構成を示すブロック図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示すブロック図である。この実施形態は、電力用の半導体スイッチとして電流センス付きＩＧＢＴを想定した場合のものである。なお、ＩＧＢＴのコレクタ、エミッタ、ゲートを、それぞれ入力端子、出力端子、制御端子というものとする。

図１において、入力回路１から出力されたオン／オフ指令Ａは、ゲート駆動回路２及び第１の論理回路５に入力されている。論理回路５には、後述する第２の比較器４の出力信号Ｄも入力されており、論理回路５の出力信号Ｇは第２の論理回路８に入力されている。また、論理回路８には、後述する第１の比較器７の出力信号Ｆも入力されており、論理回路８の出力信号Ｊは、オン／オフ指令Ａと共にゲート駆動回路２に入力されている。このゲート駆動回路２により生成されたゲート信号Ｂは、ＩＧＢＴ１０のゲートに入力されている。

なお、論理回路５は、例えばＡＮＤ回路によって構成され、論理回路８は、例えばＯＲ回路によって構成されている。
ここで、ゲート駆動回路２は請求項における駆動手段を構成し、論理回路８は同じく異常検出手段を構成している。

ＩＧＢＴ１０のセンス端子の出力電流Ｅは電流検出回路６に入力され、電流検出回路６の出力信号は、第１のしきい値ＴＨ_１と共に第１の比較器７に入力されている。比較器７の出力信号Ｆは、前述したように論理回路８の一方の入力信号となっている。
また、ＩＧＢＴ１０の両端（コレクタ−エミッタ）は両端電圧検出回路３に接続されており、両端電圧検出回路３の出力信号は、第２のしきい値ＴＨ_２と共に第２の比較器４に入力されている。比較器４の出力信号Ｄは、前述したように論理回路５の一方の入力信号となっている。
更に、論理回路８の出力信号Ｊは出力回路９に入力されている。

なお、入力回路１及び出力回路９は、例えば外部に設けられた上位の制御回路（図示せず）に接続されており、この制御回路は、入力回路１から出力されるオン／オフ指令Ａを生成し、また、出力回路９から伝送された後述の異常情報に基づいて、警報動作やシステム内の他の部位に対する所定の保護動作等を実行するものである。

この実施形態では、ＩＧＢＴ１０のセンス端子を流れる電流Ｅに基づく第１の比較器７の出力信号Ｆと、ＩＧＢＴ１０の両端電圧Ｃに基づく第２の比較器４の出力信号Ｄと、オン／オフ指令Ａとを用いて、論理回路８が過電流異常やオープン故障等のＩＧＢＴ１０の異常事象を検出し、この異常検出信号Ｊをゲート駆動回路２及び出力回路９に送出する。
ゲート駆動回路２は、異常検出信号Ｊの入力時に，ＩＧＢＴ１０をオフさせるようにゲート信号Ｂを操作し、出力回路９は、外部の制御回路に対してＩＧＢＴ１０の異常情報（過電流異常やオープン故障を示す情報）を伝送する。

ここで、両端電圧検出回路３には、例えば、特許文献１に記載されたものを用いても良い。具体的には、ＩＧＢＴ１０のコレクタにダイオードのカソードを接続し、アノードとゲート電源の正極との間に抵抗を接続すると共に、アノードとゲート電源の負極（ＩＧＢＴ１０のエミッタ）との間にコンデンサを接続し、このコンデンサの両端電圧を検出して比較器４に入力すれば良い。
また、電流検出回路６は、例えば特許文献２に記載されているように、ＩＧＢＴ１０のセンス端子とエミッタとの間に接続された抵抗の両端電圧からセンス電流Ｅを検出するように構成することができる。

論理回路８は、誤動作を避けるために、異常を検出した場合でも一定期間は異常検出信号Ｊを出力しないようにし、ＩＧＢＴ１０オフさせるゲート信号Ｂをマスク（禁止）することもできる。更に、異常を検出した場合には直ちに異常検出信号Ｊを出力してＩＧＢＴ１０をオフさせる動作に移行し、異常事象が解除されても一定期間は異常検出信号Ｊを保持するように構成しても良い。

図２は、この実施形態において、ＩＧＢＴ１０に過電流が流れた場合、すなわち、第１の異常事象として過電流異常が発生した時の動作を示すタイミングチャートである。以下、図１，図２を参照しつつ動作を説明する。
なお、図２における符号Ａ〜Ｊは、図１に示した同一の符号（指令、信号、電圧、電流）にそれぞれ対応している。

（１）期間I
入力回路１から、ＩＧＢＴ１０をオフさせる指令（論理「Ｌ」でオフ指令、「Ｈ」でオン指令）Ａが出力される。これにより、ゲート駆動回路２から出力されるゲート信号Ｂも「Ｌ」となり、ＩＧＢＴ１０がオフ状態となることによってＩＧＢＴ１０の両端には電圧Ｃが発生している。
このとき、両端電圧検出回路３により検出される電圧Ｃが第２のしきい値ＴＨ_２を超えるようにしきい値ＴＨ_２を設定しておけば、比較器４の出力信号Ｄは「Ｈ」となる。

いま、ＩＧＢＴ１０はオフしているので、センス端子には電流が流れず、電流検出回路６により検出される電流Ｅはほぼゼロであって第１のしきい値ＴＨ_１より小さい。従って、比較器７の出力信号Ｆは「Ｌ」となる。
また、指令Ａは「Ｌ」、信号Ｄは「Ｈ」であるため、信号Ｇは「Ｌ」となる。論理回路８の入力信号Ｆ，Ｇの論理は何れも「Ｌ」であるため、論理回路８の出力信号Ｊも「Ｌ」となる。

（２）期間II
入力回路１から、ＩＧＢＴ１０をオンさせる論理「Ｈ」の指令Ａが出力され、ゲート駆動回路２から出力されるゲート信号Ｂも「Ｈ」となる。
ＩＧＢＴ１０がオンすることにより、その両端電圧Ｃはほぼ０［Ｖ］となる。よって、比較器４の出力信号Ｄは「Ｌ」となる。

また、ＩＧＢＴ１０がオンしているので、そのセンス端子にはＩＧＢＴ１０の入出力端子間に流れる電流Ｉ_ｃに比例した電流Ｅが流れ、この電流Ｅが比較器７により第１のしきい値ＴＨ_１と比較される。このとき、電流Ｅが第１のしきい値ＴＨ_１を下回るようにしきい値ＴＨ_１を設定しておけば、比較器７の出力信号Ｆは「Ｌ」となる。
一方、論理回路５の出力信号Ｇも「Ｌ」であるため、論理回路８の出力信号Ｊは「Ｌ」となる。

（３）期間III
入力回路１からは、論理「Ｈ」の指令Ａが継続して出力されており、ゲート駆動信号Ｂも「Ｈ」のままである。
このとき、負荷短絡等が発生してＩＧＢＴ１０に過電流Ｉ_ｃが流れたとすると、ＩＧＢＴ１０の両端電圧Ｃはほぼ０［Ｖ］から増加する。しかし、この両端電圧Ｃは第２のしきい値ＴＨ_２未満であるため、比較器４の出力信号Ｄは「Ｌ」のままである。

このとき、ＩＧＢＴ１０はオンしているので、センス端子にはＩＧＢＴ１０に流れる電流Ｉ_ｃにほぼ比例した電流Ｅが流れる。この電流Ｅが第１のしきい値ＴＨ_１を超過することにより、比較器７の出力信号Ｆは「Ｈ」となる。
論理回路５の出力信号Ｇは「Ｌ」であるが、信号Ｆが「Ｈ」になったため、論理回路８の出力信号Ｊは「Ｈ」になるところであるが、前述したように、誤動作を避ける目的で、論理回路８にマスク期間を設けることにより、出力信号Ｊは「Ｌ」を保持する。

（４）期間IV
入力回路１からは、論理「Ｈ」の指令Ａが継続して出力されている。
ここで、期間IIIにて説明したマスク期間が経過しても、期間IIIの終期では信号Ｆが「Ｈ」、信号Ｇが「Ｌ」であるため、期間IVで信号Ｊは「Ｈ」となる。同時に、この信号Ｊは出力回路９に送られ、ＩＧＢＴ１０が異常事象に陥ったことを出力回路９から外部の制御回路に伝送する。
なお、信号Ｊが「Ｈ」になったことによってゲート駆動信号Ｂは「Ｌ」になり、ＩＧＢＴ１０がオフする。これにより、電圧Ｃ及び信号Ｄ，Ｇは「Ｈ」になる。
論理回路８は、ＩＧＢＴ１０をオフさせるための論理「Ｈ」の異常検出信号Ｊを一定期間保持し、これに伴ってゲート駆動信号Ｂは「Ｌ」を保持する。これにより、出力回路９から外部の制御回路に伝送される信号も、一定期間、同一の論理を保持する。

このように、本実施形態では、ＩＧＢＴ１０のセンス端子を流れる電流Ｅの情報に基づいて比較器７が過電流を検出した時にＩＧＢＴ１０をオフさせ、出力回路９から異常情報を伝送させるものである。
なお、図２の動作例は、期間IIIにて説明したように、ＩＧＢＴ１０に過電流が流れた際の両端電圧Ｃの大きさを両端電圧検出回路３によって検出するには十分ではない場合（両端電圧Ｃが第２のしきい値ＴＨ_２未満である場合）を示している。言い換えれば、両端電圧検出回路３によって検出できるだけの電流がＩＧＢＴ１０に流れていなくても、センス端子を有するＩＧＢＴ１０を用いることにより、過電流異常を検出することが可能である。

次に、図３は、この実施形態において、第２の異常事象として、ＩＧＢＴ１０がオープン故障している場合の動作を示すタイミングチャートである。以下、図１，図３を参照しつつ動作を説明する。なお、図３における符号Ａ〜Ｊは、図１に示した同一の符号（指令、信号、電圧、電流）にそれぞれ対応している。

（１）期間I’
指令Ａ及び信号Ｂ〜Jの論理は、図２における期間Iと同様である。この時、ＩＧＢＴ１０はオープン故障しているので、電圧Ｃは所定の大きさを持ち、また、電流Ｅはほぼゼロになっている。

（２）期間II’
図２における期間IIと同様に、指令Ａ及び信号Ｂが「Ｈ」となる。
信号ＢによりＩＧＢＴ１０をオンさせようとするものの、ＩＧＢＴ１０がオープン故障しているので、その両端電圧Ｃは低下しない。このため、両端電圧Ｃが第２のしきい値ＴＨ_２を超過する状態となり、比較器４の出力信号Ｄは「Ｈ」となる。
なお、センス端子の電流Ｅはほぼゼロのままであって第１のしきい値ＴＨ_１より小さいから、比較器７の出力信号Ｆは「Ｌ」のままである。

また、指令Ａが「Ｈ」であって信号Ｄも「Ｈ」であるため、信号Ｇは「Ｈ」となる。このとき、信号Ｆが「Ｌ」であって信号Ｇが「Ｈ」であるため、論理回路８の出力信号Ｊは「Ｈ」となるところであるが、前記同様に、論理回路８にはマスク期間が設けられているため、出力信号Ｊは「Ｌ」を保持する。

（３）期間III’
入力回路１からの指令Ａは、「Ｈ」のままである。期間II’にて説明したマスク期間を経過しても、信号Ｇは「Ｈ」であるため、信号Ｊは「Ｈ」となる。この信号Ｊは出力回路９に送られ、ＩＧＢＴ１０が異常事象に陥ったことを出力回路９から外部の制御回路に伝送する。
なお、信号Ｊが「Ｈ」になったことによってゲート駆動信号Ｂは「Ｌ」になり、ＩＧＢＴ１０がオフする。

論理回路８は、ＩＧＢＴ１０をオフさせるための論理「Ｈ」の異常検出信号Ｊを一定期間保持し、これに伴ってゲート駆動信号Ｂは「Ｌ」を保持する。これにより、出力回路９から上位の制御回路に伝送される信号も、一定期間、同一の論理を保持する。
以上のように、本実施形態によれば、図１の回路構成により、過電流異常だけでなくＩＧＢＴ１０のオープン故障も検出して外部の制御回路に異常情報として伝送することができる。

上述した図２，図３の動作例において、出力回路９に入力される異常検出信号の状態（論理）だけでは、その異常が過電流異常によるものかオープン故障によるものかを判別することはできないが、何れにしても、異常発生時にＩＧＢＴ１０を速やかにオフさせて保護動作を実行できることは有意義である。
すなわち、図２においては、オン／オフ指令Ａがオン状態であって、電流Ｅが第１のしきい値ＴＨ_１を超え、かつ、電圧Ｃが第２のしきい値ＴＨ_２未満である場合に、論理回路８が当該事象を第１の異常事象として検出すると共に、ゲート駆動回路２によりＩＧＢＴ１０をオフさせる。また、図３においては、オン／オフ指令Ａがオン状態であって、電流Ｅが第１のしきい値ＴＨ_１未満であり、かつ、電圧Ｃが第２のしきい値ＴＨ_２を超えた場合に、論理回路８が当該事象を第２の異常情報として検出すると共に、ゲート駆動回路２によりＩＧＢＴ１０をオフさせるものである。
なお、異常原因を判別するためには、以下に述べる第２実施形態が有効である。

図４は、本発明の第２実施形態における主要部の構成を示している。この図４は、図１における第２の論理回路８及び出力回路９に代えて、第２の論理回路８’及び第１，第２の出力回路９ａ，９ｂを設け、これらの出力回路９ａ，９ｂからそれぞれ異なる異常原因を伝送可能にしたものである。

図４において、図１の論理回路５の出力信号Ｇはアンドゲート８ａの一方の入力端子に加えられ、図１の比較器７の出力信号Ｆは否定回路８ｂを介してアンドゲート８ａの他方の入力端子に加えられている。
アンドゲート８ａの出力信号は、タイマ８ｃ，８ｄを介して信号Ｊ_１となり、オアゲート８ｇの一方の入力端子に加えられている。また、比較器７の出力信号Ｆは、タイマ８ｅ，８ｆを介して信号Ｊ_２となり、オアゲート８ｇの他方の入力端子に加えられている。なお、オアゲート８ｇから出力される信号Ｊは、図１のゲート駆動回路２に入力されている。
また、上記の信号Ｊ_１，Ｊ_２は、それぞれ出力回路９ａ，９ｂに入力されており、これらの出力回路９ａ，９ｂから外部の制御回路に異常情報が伝送されるようになっている。

ここで、タイマ８ｃ，８ｄは、異常が発生して入力が一旦、「Ｈ」となった場合、その後に一定時間が経過しても異常事象が継続していて入力が依然として「Ｈ」である場合に、「Ｈ」を出力するものであり、主として、ノイズにより保護動作が誤って実行されるのを防ぐためのものである。この場合、タイマ以外の手段としては、フィルタ等を用いることもできる。

一方、タイマ８ｅ，８ｆは、異常が発生して入力が一旦、「Ｈ」となり、その後に保護動作が働いて異常事象から脱し、入力が「Ｌ」に反転しても、一定時間が経過するまでは「Ｈ」を出力し続ける機能を有する。
この機能は、主として、ＩＧＢＴ１０が異常事象になったら、一定期間、ゲートをオフさせる必要があり、また、異常事象に陥ったことを示す情報を上位制御回路に一定期間、伝送するためのものである。この機能がない場合、例えば、外部回路の異常等によってＩＧＢＴ１０に過電流が流れた際に、過電流保護と解除とが繰り返されることになり、ＩＧＢＴ１０の破損に至るおそれがある。

図４に示した構成において、仮に、ＩＧＢＴ１０がオープン故障していると、ＩＧＢＴ１０に対するオン指令Ａによってゲート信号Ｂが「Ｈ」であるにも関わらず、ＩＧＢＴ１０の両端電圧Ｃが低下しないため、信号Ｇが「Ｈ」になる。一方、ＩＧＢＴ１０がオープン故障しているため、センス端子には電流Ｅが流れず、信号Ｆが「Ｌ」になる。

すなわち、信号Ｆが「Ｌ」であって信号Ｇが「Ｈ」である状態は、図３の期間II’以降のように、過電流が流れていないにも関わらずＩＧＢＴ１０の両端電圧Ｃが低下しない状態であるから、ＩＧＢＴ１０がオープン故障していると判断することができる。このため、アンドゲート８ａの「Ｈ」レベルの出力信号を、タイマ８ｃ，８ｄを介して信号Ｊ_１として出力回路９ａに送る。同時に、オアゲート８ｇの出力信号Ｊを用いて、図１のゲート駆動回路２を介しＩＧＢＴ１０をオフさせる。
上記の信号Ｊ_１は、ＩＧＢＴ１０がオープン故障していることを示す信号であり、出力回路９ａを介して、制御回路にＩＧＢＴ１０がオープン故障していることを示す異常情報を伝送する。

また、仮に、ＩＧＢＴ１０に過電流が流れると、センス端子の電流Ｅの情報によって信号Ｆが「Ｈ」になり、タイマ８ｅ，８ｆを介して信号Ｊ_２も「Ｈ」になる。
このため、オアゲート８ｇの出力信号Ｊを用いて、図１のゲート駆動回路２を介しＩＧＢＴ１０をオフさせると共に、信号Ｊ_２を出力回路９ｂに送り、制御回路に対してＩＧＢＴ１０に過電流が流れていることを示す異常情報を伝送する。

なお、図４においては、ＩＧＢＴ１０に異常が発生したことを、上位の制御回路に伝送する手段として２つの出力回路９ａ，９ｂを設けているが、これらを１つに結合し、異常事象（過電流異常またはオープン故障）に応じて信号の種類を変更することも可能である。
例えば、論理が「Ｈ」，「Ｌ」を繰り返す信号のデューティ比率を異常事象に応じて変更し、上位制御回路側にて異常事象を判別するようにしても良い。

１：入力回路
２：ゲート駆動回路
３：両端電圧検出回路
４，７：比較器
５，８，８’：論理回路
８ａ：アンドゲート
８ｂ：否定回路
８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ：タイマ
８ｇ：オアゲート
６：電流検出回路
９，９ａ，９ｂ：出力回路

Claims

制御端子、入力端子、出力端子、及び、前記入力端子と前記出力端子との間に流れる電流を検出するセンス端子を備えた半導体スイッチを保護するための保護回路において、
前記センス端子に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段による電流検出値を第１のしきい値と比較する第１の比較手段と、
前記入力端子と前記出力端子との間の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段による電圧検出値を第２のしきい値と比較する第２の比較手段と、
前記半導体スイッチに対するオン／オフ指令、前記第１の比較手段の出力信号、及び、前記第２の比較手段の出力信号に基づいて、前記半導体スイッチの異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段による異常検出時に前記半導体スイッチをオフさせる駆動手段と、
を備えたことを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項１に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記異常検出手段による異常検出時に、前記オン／オフ指令を生成する外部の制御回路に異常情報を伝送する出力手段を備えたことを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項１または請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記異常検出手段は、前記オン／オフ指令がオン状態であって、前記電流検出値が前記第１のしきい値を超え、かつ、前記電圧検出値が前記第２のしきい値未満であるときに、当該事象を第１の異常事象として検出すると共に、前記駆動手段を介して前記半導体スイッチをオフさせることを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項３に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記第１の異常事象が、前記入力端子と前記出力端子との間に過電流が流れている状態であることを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項１または請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記異常検出手段は、前記オン／オフ指令がオン状態であって、前記電流検出値が前記第１のしきい値未満であり、かつ、前記電圧検出値が前記第２のしきい値を超えたときに、当該事象を第２の異常事象として検出すると共に、前記駆動手段を介して前記半導体スイッチをオフさせることを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項５に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記第２の異常事象が、前記半導体スイッチのオープン故障であることを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項３における前記第１の異常事象を前記制御回路に伝送する第１の出力手段と、請求項５における前記第２の異常事象を前記制御回路に伝送する第２の出力手段と、を備えたことを特徴とする半導体スイッチの保護回路。
請求項２に記載した半導体スイッチの保護回路において、
前記半導体スイッチ、前記電流検出手段、前記第１の比較手段、前記電圧検出手段、前記第２の比較手段、前記異常検出手段、及び前記出力手段を、単一のパッケージに収納したことを特徴とする半導体スイッチの保護回路。