JP2020113825A - Control arrangement of switching element - Google Patents

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Abstract

To update switching speed change timing appropriately.SOLUTION: A driver executes third processing for detecting whether or not executes first processing for determining the switching speed change timing in one switching operation, in a partial switching cycle, executes second processing involving switching speed change by using a determined change timing, in the one switching operation, in multiple switching cycles after the first processing, and executes third processing for detecting whether or not a prescribed variation is occurring in the measurement timing by a monitor circuit, in the other switching operation, in multiple switching cycles executing the second processing. When the prescribed variation is detected by the third processing, the change timing is updated by executing the first processing again, in the one switching operation being carried out thereafter.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本明細書は、スイッチング素子の動作を制御する制御装置に関する The present specification relates to a control device that controls the operation of a switching element.

特許文献１に、スイッチング素子の動作を制御する制御装置が記載されている。この制御装置は、スイッチング素子のターンオン及びターンオフを含むスイッチングサイクル（以下、単にサイクルということがある）を、所定の周期で繰り返し実施する。ターンオンやターンオフといったスイッチング動作を急速に行うと、過大なサージ電圧を発生されるおそれがある。その一方で、スイッチング動作を緩やかに行うと、スイッチング素子における電力損失を増大させてしまう。そこで、特許文献１に記載された制御装置では、スイッチング動作の途中でスイッチング速度を低速から高速に変更することで、サージ電圧の抑制と電力損失の低減を両立している。 Patent Document 1 describes a control device that controls the operation of a switching element. This control device repeatedly executes a switching cycle including turn-on and turn-off of a switching element (hereinafter, may be simply referred to as a cycle) at a predetermined cycle. If a switching operation such as turn-on or turn-off is rapidly performed, an excessive surge voltage may be generated. On the other hand, if the switching operation is performed gently, the power loss in the switching element will increase. Therefore, in the control device described in Patent Document 1, the switching speed is changed from a low speed to a high speed during the switching operation, thereby suppressing the surge voltage and reducing the power loss.

スイッチング速度の変更を行う変更タイミングは、その直前のサイクルにおけるスイッチング素子の挙動に基づいて決定される。詳しくは、スイッチング動作中の電流又は電圧に基づいて、スイッチング動作が開始されてから、スイッチング素子が所定のスイッチング進行状態（例えば、概ねターンオン又はターンオフされた状態）に達するまでの時間が計測される。特許文献１では、この時間がサージ期間と称されており、計測されたサージ期間に基づいて、次のサイクルにおけるスイッチング速度の変更タイミングが決定される。 The change timing for changing the switching speed is determined based on the behavior of the switching element in the immediately preceding cycle. Specifically, the time from when the switching operation is started to when the switching element reaches a predetermined switching progress state (for example, a state in which the switching element is turned on or turned off) is measured based on the current or voltage during the switching operation. .. In Patent Document 1, this time is referred to as a surge period, and the change timing of the switching speed in the next cycle is determined based on the measured surge period.

特開２００８−０７８８１６号公報JP, 2008-078816, A

スイッチング素子の挙動に基づいて、スイッチング速度の変更タイミングが決定されるときに、スイッチング速度の変更が実行されてしまうと、それがノイズとなって、スイッチング速度の変更タイミングを正確に決定することができない。この問題を解消するために、変更タイミングを決定するスイッチングサイクルでは、スイッチング速度の変更を禁止し、その後に実施する複数のスイッチングサイクルにおいて、決定した変更タイミングを一律に使用することが考えられる。しかしながら、変更タイミングが固定された複数のスイッチングサイクル中に、例えば温度変化などに起因してスイッチング素子の特性に変化が生じると、不適切なタイミングでスイッチング速度の変更が行われてしまうおそれがある。この場合、例えば過大なサージ電圧が発生することによって、スイッチング素子にダメージを与えるおそれがある。本明細書は、スイッチング速度をより適切なタイミングで切り替えることにより、スイッチング素子へのダメージを抑制し得る技術を提供する。 When the switching speed change timing is determined based on the behavior of the switching element, if the switching speed change is executed, it becomes noise and the switching speed change timing can be accurately determined. Can not. In order to solve this problem, it is conceivable to prohibit the change of the switching speed in the switching cycle in which the change timing is determined and uniformly use the determined change timing in a plurality of switching cycles performed thereafter. However, during a plurality of switching cycles with a fixed change timing, if the characteristics of the switching element change due to, for example, temperature change, the switching speed may be changed at an inappropriate timing. .. In this case, the switching element may be damaged due to, for example, an excessive surge voltage. The present specification provides a technique capable of suppressing damage to a switching element by switching the switching speed at a more appropriate timing.

本明細書が開示するスイッチング素子の制御装置は、スイッチング素子の駆動装置と、２つのタイミングを計測するモニタ回路を備えている。駆動装置は、ターンオン及びターンオフを含むスイッチングサイクルを所定の周期で繰り返し実施する。駆動装置は、スイッチング素子のターンオンとターンオフの一方のスイッチング動作（例えば、ターンオフ）において、スイッチング速度を第１速度と第１速度よりも速い第２速度との間で変更可能である。モニタ回路は、駆動装置が前記一方のスイッチング動作を開始してから、スイッチング素子が所定のスイッチング進行状態に達するまでの第１タイミングと、駆動装置が他方のスイッチング動作（例えば、ターンオフ）を開始してから、スイッチング素子が所定のスイッチング進行状態に達するまでの第２タイミングとを、それぞれ計測することができる。 The switching element control device disclosed in this specification includes a switching element driving device and a monitor circuit that measures two timings. The driving device repeatedly performs a switching cycle including turn-on and turn-off at a predetermined cycle. The driving device can change the switching speed between the first speed and the second speed higher than the first speed in one of the switching operations of turning on and turning off the switching element (for example, turning off). The monitor circuit has a first timing from when the drive device starts the one switching operation until the switching element reaches a predetermined switching progress state, and the drive device starts the other switching operation (for example, turn-off). The second timing from when the switching element reaches the predetermined switching progress state can be measured.

駆動装置は、一部のスイッチングサイクルを実施するときに、前記一方のスイッチング動作（例えばターンオフ）において、スイッチング速度を第１速度に設定する。その上で、駆動装置は、モニタ回路によって計測された第１タイミングを取得することによって、前記一方のスイッチング動作でスイッチング速度を変更すべき変更タイミングを決定する。ここでは、この一連の処理を第１処理と称する。 When performing a part of the switching cycle, the drive device sets the switching speed to the first speed in the one switching operation (for example, turning off). Then, the drive device determines the change timing at which the switching speed should be changed in the one switching operation by acquiring the first timing measured by the monitor circuit. Here, this series of processes is referred to as a first process.

駆動装置は、第１処理後の複数のスイッチングサイクルを実施するときに、前記一方のスイッチング動作において、第１速度で一方のスイッチング動作を開始する。そして、駆動装置は、第１処理で決定した変更タイミングで、スイッチング速度を第２速度へ変更する。ここでは、この一連の処理を第２処理と称する。 When performing a plurality of switching cycles after the first process, the drive device starts one switching operation at the first speed in the one switching operation. Then, the drive device changes the switching speed to the second speed at the change timing determined in the first process. Here, this series of processes is referred to as a second process.

駆動装置は、第２処理を実行する複数のスイッチングサイクルを実施するときに、前記他方のスイッチング動作において、モニタ回路によって計測された第２タイミングを取得する。そして、駆動装置は、当該計測時間に所定の変動が生じているのか否かを検出する。ここでは、この一連の処理を第３処理と称する。そして、駆動装置は、第３処理によって所定の変動が検出されたときは、その後に実施する前記一方のスイッチングサイクルにおいて第１処理を再度実行し、変更タイミングを更新する。 The drive device acquires the second timing measured by the monitor circuit in the other switching operation when performing the plurality of switching cycles for executing the second process. Then, the drive device detects whether or not a predetermined fluctuation has occurred in the measurement time. Here, this series of processes is referred to as a third process. Then, when a predetermined variation is detected by the third process, the drive device re-executes the first process in the one switching cycle to be executed thereafter, and updates the change timing.

このように、駆動装置は、スイッチング速度の変更を一方のスイッチング動作で実行しながら、他方のスイッチング動作におけるスイッチング素子の挙動を監視する。これにより、スイッチング速度の変更による影響を受けることなく、スイッチング素子の特性に生じた変化を検出することができる。そして、駆動装置は、スイッチング素子の特性に生じた変化を検出したときに、スイッチング速度の変更タイミングを更新することができる。これにより、不適切なタイミングでスイッチング速度の変更が行われることを回避して、例えば過大なサージ電圧が発生するといった事態を未然に防止することができる。 In this way, the drive device monitors the behavior of the switching element in the other switching operation while changing the switching speed in one switching operation. This makes it possible to detect a change in the characteristics of the switching element without being affected by the change in the switching speed. Then, the drive device can update the change timing of the switching speed when the change in the characteristics of the switching element is detected. As a result, it is possible to prevent the switching speed from being changed at an inappropriate timing and prevent a situation in which an excessive surge voltage is generated, for example.

実施例の制御装置１０の構成を示す回路ブロック図。The circuit block diagram which shows the structure of the control apparatus 10 of an Example. ターンオフ時におけるスイッチング素子２のゲート電圧Ｖｇ及び電流Ｉｄの経時的変化を示す図（スイッチング速度の変更なし）。The figure which shows the time-dependent change of the gate voltage Vg and current Id of the switching element 2 at the time of turn-off (no change of switching speed). ターンオフ時におけるスイッチング素子２のゲート電圧Ｖｇ及び電流Ｉｄの経時的変化を示す図（ゲート抵抗１２ａ、１２ｂの切り替えによるスイッチング速度の変更あり）。The figure which shows the time-dependent change of the gate voltage Vg and the electric current Id of the switching element 2 at the time of turn-off (the switching speed is changed by switching the gate resistors 12a and 12b). 駆動装置１２が第１処理、第２処理及び第３処理を実施するタイミングを説明する図。The figure explaining the timing when the drive device 12 implements a 1st process, a 2nd process, and a 3rd process. 第３処理で所定の変動が検出され、駆動装置１２が第１処理を再度実行するタイミングを説明する図。The figure explaining the timing when a predetermined change is detected by the 3rd processing and drive device 12 performs the 1st processing again. スイッチング素子の閾値電圧と、ターンオフ所要時間ｔｏｆｆ及びターンオン所要時間ｔｏｎの関係を示す図。The figure which shows the threshold voltage of a switching element, and the relationship of turn-off required time toff and turn-on required time ton. 駆動装置１２に採用された具体的な制御手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the specific control procedure employ|adopted for the drive device 12.

図面を参照して実施例の制御装置１０を説明する。本実施例の制御装置１０は、スイッチング素子２の動作を制御する。スイッチング素子２は、パワー半導体素子に属するものであり、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってよい。特に限定されないが、スイッチング素子２は、電動型自動車において、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータといった電力変換装置に備えられる。従って、スイッチング素子２には、バッテリ８やリアクトル９等の回路部品が接続されている。なお、ここでいう電動型自動車とは、電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった、車輪を駆動するモータを有する自動車を広く意味する。 A control device 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The control device 10 of the present embodiment controls the operation of the switching element 2. The switching element 2 belongs to a power semiconductor element, and may be, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Although not particularly limited, the switching element 2 is provided in a power conversion device such as a DC-DC converter or an inverter in an electric vehicle. Therefore, circuit components such as the battery 8 and the reactor 9 are connected to the switching element 2. It should be noted that the term “electric vehicle” as used herein broadly means an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, or the like, which has a motor for driving wheels.

スイッチング素子２には、電流モニタ素子４が設けられている。電流モニタ素子４は、スイッチング素子２に流れる電流Ｉｄに比例する微小電流を出力する。電流モニタ素子４には抵抗素子６が接続されており、抵抗素子６には、電流モニタ素子４の出力電流に応じた電圧降下Ｖｓｎｓが発生する。電流モニタ素子４の出力電流は、スイッチング素子２に流れる電流Ｉｄに比例するので、抵抗素子６の電圧降下Ｖｓｎｓを監視することによって、スイッチング素子２に流れる電流Ｉｄを把握することができる。一例ではあるが、電流モニタ素子４は、スイッチング素子２と一体に設けられている。なお、これらの構成は、スイッチング素子２に流れる電流Ｉｄを検出する手段の一例であり、適宜変更することができる。 The switching element 2 is provided with a current monitor element 4. The current monitor element 4 outputs a minute current proportional to the current Id flowing through the switching element 2. A resistance element 6 is connected to the current monitor element 4, and a voltage drop Vsns according to the output current of the current monitor element 4 occurs in the resistance element 6. Since the output current of the current monitor element 4 is proportional to the current Id flowing in the switching element 2, the current Id flowing in the switching element 2 can be grasped by monitoring the voltage drop Vsns of the resistance element 6. As one example, the current monitor element 4 is provided integrally with the switching element 2. Note that these configurations are examples of means for detecting the current Id flowing through the switching element 2 and can be changed as appropriate.

図１に示すように、制御装置１０は、駆動装置１２と、モニタ回路１４とを備えている。駆動装置１２は、スイッチング素子２のゲートに接続されており、スイッチング素子２のゲート電圧Ｖｇを制御する。図示省略するが、駆動装置１２には、上位の制御ユニット（例えば自動車の電子制御ユニット）に接続されている。駆動装置１２は、当該制御ユニットから出力される制御信号に応じて、スイッチング素子２のゲート電圧Ｖｇを、オン電圧とオフ電圧との間で制御する。これにより、駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオン及びターンオフする。一例ではあるが、本実施例では、スイッチング素子２がパルス幅変調（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）方式によって制御される。従って、駆動装置１２は、スイッチング素子２のターンオン及びターンオフを含むスイッチングサイクル（以下、単にサイクルと称する）を、所定の周期で繰り返し実施する（図６参照）。なお、スイッチング素子２の制御方式は、パルス周波数変調（ＰＦＭ；Pulse Frequency Modulation）方式であってもよい。 As shown in FIG. 1, the control device 10 includes a drive device 12 and a monitor circuit 14. The driving device 12 is connected to the gate of the switching element 2 and controls the gate voltage Vg of the switching element 2. Although not shown, the drive device 12 is connected to a higher-order control unit (for example, an electronic control unit of an automobile). The drive device 12 controls the gate voltage Vg of the switching element 2 between an on voltage and an off voltage according to a control signal output from the control unit. As a result, the drive device 12 turns on and off the switching element 2. As an example, in the present embodiment, the switching element 2 is controlled by a pulse width modulation (PWM) method. Therefore, the drive device 12 repeatedly performs a switching cycle including turn-on and turn-off of the switching element 2 (hereinafter, simply referred to as a cycle) at a predetermined cycle (see FIG. 6 ). The control method of the switching element 2 may be a pulse frequency modulation (PFM) method.

駆動装置１２は、並列に接続された複数のゲート抵抗１２ａ、１２ｂを介して、スイッチング素子２のゲートに接続されている。複数のゲート抵抗１２ａ、１２ｂは、互い異なる抵抗値を有している。一例ではあるが、本実施例における複数のゲート抵抗１２ａ、１２ｂには、第１ゲート抵抗１２ａと、第２ゲート抵抗１２ｂとが含まれており、第１ゲート抵抗１２ａの抵抗値は、第２ゲート抵抗１２ｂの抵抗値よりも高くなっている。なお、複数のゲート抵抗１２ａ、１２ｂには、二つに限られず、三つ以上のゲート抵抗が含まれてもよい。 The driving device 12 is connected to the gate of the switching element 2 via a plurality of gate resistors 12a and 12b connected in parallel. The plurality of gate resistors 12a and 12b have different resistance values. As an example, the plurality of gate resistors 12a and 12b in this embodiment include a first gate resistor 12a and a second gate resistor 12b, and the resistance value of the first gate resistor 12a is the second value. It is higher than the resistance value of the gate resistor 12b. The plurality of gate resistors 12a and 12b are not limited to two and may include three or more gate resistors.

駆動装置１２は、複数のゲート抵抗１２ａ、１２ｂを選択的に使用することで、スイッチング素子２のスイッチング速度を変更することができる。例えば、スイッチング素子２がターンオンされるときに、高抵抗の第１ゲート抵抗１２ａが使用されると、ゲート電圧Ｖｇの上昇する速度は遅くなる。従って、スイッチング素子２のターンオンにおけるスイッチング速度（以下、ターンオン速度）は遅くなる。それに対して、同じくスイッチング素子２がターンオンされるときに、低抵抗の第２ゲート抵抗１２ｂが使用されると、ゲート電圧Ｖｇの上昇する速度は速くなる。従って、スイッチング素子２のターンオン速度は速くなる。同様に、スイッチング素子２がターンオフされるときも、第１ゲート抵抗１２ａが使用されるとスイッチング速度（以下、ターンオフ速度）は遅くなり、第２ゲート抵抗１２ｂが使用されるとターンオフ速度は速くなる。なお、駆動装置１２は、少なくともスイッチング素子２のターンオフにおいて、スイッチング速度（即ち、ターンオフ速度）を第１速度と第２速度との間（第１速度＜第２速度）で変更可能であればよい。 The driving device 12 can change the switching speed of the switching element 2 by selectively using the plurality of gate resistors 12a and 12b. For example, when the high resistance first gate resistor 12a is used when the switching element 2 is turned on, the speed at which the gate voltage Vg rises becomes slow. Therefore, the switching speed at turn-on of the switching element 2 (hereinafter, turn-on speed) becomes slow. On the other hand, when the switching element 2 is also turned on and the second gate resistor 12b having a low resistance is used, the gate voltage Vg rises faster. Therefore, the turn-on speed of the switching element 2 is increased. Similarly, when the switching element 2 is turned off, the switching speed (hereinafter, turn-off speed) becomes slower when the first gate resistor 12a is used and becomes faster when the second gate resistor 12b is used. .. The drive device 12 may change the switching speed (that is, the turn-off speed) between the first speed and the second speed (first speed<second speed) at least when the switching element 2 is turned off. ..

モニタ回路１４は、電流モニタ素子４と抵抗素子６との間の中点に接続されており、抵抗素子６における電圧降下Ｖｓｎｓが、モニタ回路１４に入力される。モニタ回路１４は、抵抗素子６における電圧降下Ｖｓｎｓに基づいて、スイッチング素子２に流れる電流を監視する。モニタ回路１４は、スイッチング素子２に流れる電流を監視することによって、スイッチング素子２がスイッチングされているときに、そのスイッチング動作がどこまで進行しているのか（即ち、スイッチング進行状態）を把握することができる。このモニタ回路１４は、本技術におけるモニタ回路の一例である。 The monitor circuit 14 is connected to the midpoint between the current monitor element 4 and the resistance element 6, and the voltage drop Vsns in the resistance element 6 is input to the monitor circuit 14. The monitor circuit 14 monitors the current flowing in the switching element 2 based on the voltage drop Vsns in the resistance element 6. By monitoring the current flowing through the switching element 2, the monitor circuit 14 can grasp the extent to which the switching operation is progressing (that is, the switching progress state) when the switching element 2 is being switched. it can. The monitor circuit 14 is an example of a monitor circuit according to the present technology.

モニタ回路１４は、駆動装置１２がスイッチング素子２のターンオフを開始してから、スイッチング素子２が所定のスイッチング進行状態に達するまでの時間を計測することができる。その具体例を図２に示す。図２に示すように、本実施例におけるモニタ回路１４は、スイッチング素子２に流れる電流Ｉｄに基づいて、スイッチング素子２が概ねターンオフされた状態を検出し、そこまでに要した時間ｔｏｆｆを計測する。特に限定されないが、このタイミングは、電流Ｉｄの時間変化率が極大となるタイミングであり、ドレイン−ソース電圧Ｖｄｓが極大となるタイミングでもある。なお、他の実施形態として、モニタ回路１４は、スイッチング素子２のドレイン−ソース電圧Ｖｄｓを監視し、その電圧Ｖｄｓに基づいて、スイッチング素子２のスイッチング進行状態を把握してもよい。以下では、スイッチング素子２のターンオフ時にモニタ回路１４が計測する時間ｔｏｆｆを、ターンオフ所要時間ｔｏｆｆと称することがある。 The monitor circuit 14 can measure the time from when the driving device 12 starts to turn off the switching element 2 to when the switching element 2 reaches a predetermined switching progress state. A specific example thereof is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the monitor circuit 14 in the present embodiment detects a state in which the switching element 2 is substantially turned off, based on the current Id flowing in the switching element 2, and measures the time toff required until that time. .. Although not particularly limited, this timing is a timing at which the time change rate of the current Id is maximized, and is also a timing at which the drain-source voltage Vds is maximized. Note that, as another embodiment, the monitor circuit 14 may monitor the drain-source voltage Vds of the switching element 2 and grasp the switching progress state of the switching element 2 based on the voltage Vds. Hereinafter, the time toff measured by the monitor circuit 14 when the switching element 2 is turned off may be referred to as a turn-off required time toff.

同様にして、モニタ回路１４は、駆動装置１２がスイッチング素子２のターンオンを開始してから、スイッチング素子２が所定のスイッチング進行状態（ここでは、概ねターンオンされた状態）に達するまでの時間を計測することができる。以下では、スイッチング素子２のターンオン時にモニタ回路１４が計測する時間を、ターンオン所要時間ｔｏｎと称することがある。モニタ回路１４によって計測されたターンオフ所要時間ｔｏｆｆ及びターンオン所要時間ｔｏｎは、駆動装置１２に教示される。 Similarly, the monitor circuit 14 measures the time from when the driving device 12 starts to turn on the switching element 2 to when the switching element 2 reaches a predetermined switching progress state (here, it is almost turned on). can do. Hereinafter, the time measured by the monitor circuit 14 when the switching element 2 is turned on may be referred to as a turn-on required time ton. The turn-off required time toff and the turn-on required time ton measured by the monitor circuit 14 are taught to the drive device 12.

前述したように、駆動装置１２は、スイッチング素子２のターンオン及びターンオフを含むスイッチングサイクルを、所定の周期で繰り返し実施する。このときに、ターンオンやターンオフといったスイッチング動作を急速に行うと、過大なサージ電圧を発生させるおそれが生じる。その一方で、スイッチング動作を緩やかに行うと、スイッチング素子２における電力損失を増大させてしまう。そこで、本実施例の制御装置１０では、スイッチング動作の途中でスイッチング速度を低速から高速に変更することで、サージ電圧の抑制と電力損失の低減を両立している。その具体例を図３に示す。 As described above, the driving device 12 repeatedly performs the switching cycle including the turn-on and turn-off of the switching element 2 at a predetermined cycle. At this time, if a switching operation such as turn-on or turn-off is rapidly performed, an excessive surge voltage may be generated. On the other hand, if the switching operation is performed gently, the power loss in the switching element 2 will increase. Therefore, in the control device 10 of the present embodiment, the switching speed is changed from the low speed to the high speed during the switching operation, thereby suppressing the surge voltage and reducing the power loss. A specific example is shown in FIG.

図３に示すように、駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオフするときに、先ずは第１ゲート抵抗１２ａ（抵抗大）を用いてターンオフを開始する。その後、後述する第１処理で決定される変更タイミングｔ１に達すると、駆動装置１２は、使用するゲート抵抗１２ａ、１２ｂを変更し、第２ゲート抵抗１２ｂ（抵抗小）を用いてターンオフを継続する。これにより、駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオフするときに、比較的に遅い第１速度でターンオフを開始し、その後の変更タイミングｔ１において、スイッチング速度を第２速度へ増速することができる。この処理を、本明細書では第２処理と称する。このような第２処理によると、サージ電圧の抑制と電力損失の低減を両立することができる。 As shown in FIG. 3, when the drive device 12 turns off the switching element 2, first, the drive device 12 starts the turn-off by using the first gate resistor 12a (large resistance). After that, when the change timing t1 determined in the first process described later is reached, the driving device 12 changes the gate resistors 12a and 12b to be used, and continues the turn-off by using the second gate resistor 12b (small resistance). .. Thereby, the drive device 12 can start the turn-off at the relatively slow first speed when turning off the switching element 2, and increase the switching speed to the second speed at the subsequent change timing t1. .. This process is referred to as a second process in this specification. According to such a second process, it is possible to achieve both suppression of surge voltage and reduction of power loss.

前述したように、スイッチング速度の変更を行う変更タイミングｔ１は、第１処理によって決定される。この第１処理は、駆動装置１２により、第２処理に先立って実施される。駆動装置１２は、一部のスイッチングサイクルにおいて、スイッチング素子２をターンオフするときに第１処理を実行する。第１処理では、第１ゲート抵抗１２ａのみが使用され、ゲート抵抗１２ａ、１２ｂの変更は行われない。そして、駆動装置１２は、モニタ回路１４によって計測されたターンオフ所要時間ｔｏｆｆを取得し、それに基づいて変更タイミングｔ１を決定する。変更タイミングｔ１は、ターンオフ所要時間ｔｏｆｆと同じであってもよいし、ターンオフ所要時間ｔｏｆｆに対して所定の調整が加えられてもよい。 As described above, the change timing t1 for changing the switching speed is determined by the first process. The first process is performed by the drive device 12 prior to the second process. The driving device 12 executes the first process when turning off the switching element 2 in some switching cycles. In the first process, only the first gate resistor 12a is used, and the gate resistors 12a and 12b are not changed. Then, the driving device 12 acquires the turn-off required time toff measured by the monitor circuit 14 and determines the change timing t1 based on the acquired turn-off required time toff. The change timing t1 may be the same as the turn-off required time toff, or a predetermined adjustment may be added to the turn-off required time toff.

本実施例の制御装置１０では、上述した第１処理と第２処理とが、同時に実施されないように構成されている。即ち、図４に示すように、駆動装置１２は、例えば最初のスイッチングサイクルにおいて、スイッチング素子２をターンオフするときに、第１処理のみを実行して変更タイミングｔ１を決定する（図中のＡ点）。次いで、駆動装置１２は、第１処理後に実施する所定回数（例えばｍ回）のスイッチングサイクルにおいて、決定された変更タイミングｔ１を用いた第２処理を実施して、スイッチング速度の変更を伴うターンオフを実行する（図中のＢ点）。これは、以下の理由による。即ち、第１処理では、スイッチング素子２の挙動に基づいて、スイッチング速度の変更タイミングｔ１が決定される。このとき、第２処理も同時に実施されて、スイッチング速度の変更がなされてしまうと、それがノイズとなって、スイッチング速度の変更タイミング１を正確に決定することができないためである。そのことから、変更タイミングｔ１を決定するスイッチングサイクルでは、スイッチング速度の変更を禁止し、その後に実施する所定回数ｍのスイッチングサイクルにおいて、決定した変更タイミングｔ１を一律に使用するように構成されている。 The control device 10 of the present embodiment is configured so that the above-described first process and second process are not performed at the same time. That is, as shown in FIG. 4, the drive unit 12 determines only the change timing t1 by performing only the first process when turning off the switching element 2 in the first switching cycle, for example (point A in the figure). ). Next, the drive device 12 performs the second process using the determined change timing t1 in a predetermined number of times (for example, m times) of switching cycles to be performed after the first process, and performs the turn-off with the change of the switching speed. Execute (point B in the figure). This is for the following reason. That is, in the first process, the switching timing change timing t1 is determined based on the behavior of the switching element 2. At this time, if the second processing is also performed at the same time and the switching speed is changed, it becomes noise, and the switching speed change timing 1 cannot be accurately determined. Therefore, in the switching cycle that determines the change timing t1, the change of the switching speed is prohibited, and the determined change timing t1 is uniformly used in the predetermined number m of switching cycles performed thereafter. ..

しかしながら、変更タイミングｔ１が固定された所定回数ｍのスイッチングサイクル中に、例えば温度変化などに起因してスイッチング素子２の特性に変化が生じると、不適切なタイミングでスイッチング速度の変更が行われてしまう。例えば、変更タイミングｔ１が早すぎる場合は、過大なサージ電圧が発生することによって、スイッチング素子２にダメージを与えるおそれがある。あるいは、変更タイミングｔ１が遅すぎる場合は、スイッチング素子２による電力損失を無用に増大させてしまう。そのことから、本実施例の制御装置１０では、第２処理が実行される所定回数ｍのスイッチングサイクルにおいて、駆動装置１２が下記する第３処理を実行するように構成されている。 However, if the characteristics of the switching element 2 change during a predetermined number m of switching cycles in which the change timing t1 is fixed and the temperature is changed, the switching speed is changed at an inappropriate timing. I will end up. For example, if the change timing t1 is too early, the switching element 2 may be damaged by the generation of an excessive surge voltage. Alternatively, if the change timing t1 is too late, the power loss due to the switching element 2 unnecessarily increases. Therefore, in the control device 10 of the present embodiment, the drive device 12 is configured to execute the following third process in a predetermined number m of switching cycles in which the second process is executed.

図４に示すように、第３処理は、スイッチング素子２がターンオンされるときに実施される（図中のＣ０及びＣ点）。駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオンしたときに、モニタ回路１４によって計測されたターンオン所要時間ｔｏｎを取得する。そして、駆動装置１２は、取得したターンオン所要時間ｔｏｎを、ターンオン所要時間ｔｏｎの基準値と比較して、所定の変動が生じているのか否かを検出する。一例ではあるが、本実施例における駆動装置１２は、第１処理が実行されるスイッチングサイクルにおいて取得したターンオン所要時間ｔｏｎを、基準値として記憶する（図中のＣ０点）。また、所定の変動については、特に限定されないが、例えば、取得したターンオン所要時間ｔｏｎが基準値よりも大きいときに、所定の変動が生じたと判定してもよい。 As shown in FIG. 4, the third process is performed when the switching element 2 is turned on (points C0 and C in the figure). The drive device 12 acquires the turn-on required time ton measured by the monitor circuit 14 when the switching element 2 is turned on. Then, the drive unit 12 compares the acquired turn-on required time ton with the reference value of the turn-on required time ton to detect whether or not a predetermined variation has occurred. As one example, the drive device 12 in the present embodiment stores the turn-on required time ton acquired in the switching cycle in which the first process is executed, as a reference value (point C0 in the figure). The predetermined fluctuation is not particularly limited, but it may be determined that the predetermined fluctuation has occurred, for example, when the acquired turn-on required time ton is larger than the reference value.

図５に示すように、駆動装置１２は、第３処理によって所定の変動が検出された場合（図中のＣ’点）、その後に実行するターンオフにおいて第１処理を再度実行し、変更タイミングｔ１の更新を行う（図中のＡ’点）。前述したように、例えば温度変化などに起因して、スイッチング素子２の特性に変化が生じた場合は、スイッチング速度の変更タイミングｔ１を更新する必要がある。しかしながら、スイッチング速度の変更が行われるターンオフの挙動を監視しても、スイッチング素子２に生じた特性の変化を看過するおそれがある。 As shown in FIG. 5, when a predetermined change is detected by the third process (point C′ in the figure), the drive device 12 executes the first process again at turn-off executed thereafter, and changes timing t1. Is updated (point A'in the figure). As described above, when the characteristics of the switching element 2 change due to, for example, a temperature change, the switching speed change timing t1 needs to be updated. However, even if the behavior of the turn-off in which the switching speed is changed is monitored, there is a possibility that the change in the characteristics of the switching element 2 may be overlooked.

この点に関して、本実施例の制御装置１０では、スイッチング素子２のターンオンにおける挙動に基づいて、スイッチング素子２に生じた特性の変化を検出する。図６に示すように、例えばスイッチング素子２の温度変化によって、スイッチング素子２の閾値電圧が、ＶｔｈａからＶｔｈｂへ変化したとする。この場合、ターンオフ所要時間ｔｏｆｆがｔｏｆｆａからｔｏｆｆｂへ長くなる一方で、ターンオン所要時間ｔｏｎについてもｔｏｎａからｔｏｎｂへ短くなる。このように、スイッチング素子２の特性に変化が生じると、スイッチング素子２の挙動の変化は、ターンオフのときだけでなく、ターンオンのときにも現れる。従って、ターンオンの挙動を監視することで、スイッチング素子２の特性に生じた変化を検出することができ、それに応じてスイッチング速度の変更タイミングｔ１を適切に更新することができる。 In this regard, the control device 10 of the present embodiment detects a change in the characteristics of the switching element 2 based on the behavior of the switching element 2 when it is turned on. As shown in FIG. 6, it is assumed that the threshold voltage of the switching element 2 changes from Vtha to Vthb due to the temperature change of the switching element 2, for example. In this case, the turn-off required time toff increases from toffa to toffb, while the turn-on required time ton also decreases from tona to tonb. In this way, when the characteristics of the switching element 2 change, the change in behavior of the switching element 2 appears not only at turn-off but also at turn-on. Therefore, by monitoring the turn-on behavior, it is possible to detect a change in the characteristics of the switching element 2 and appropriately update the switching speed change timing t1 accordingly.

図７は、上述の制御の手法を具現化するために、本実施例の駆動装置１２に採用された具体的な制御手順を示すフローチャートである。以下、図７に示す制御手順について説明するが、これは一例であり、駆動装置１２が実行する制御手順を限定するものではない。即ち、上述した制御の手法は、図７に示す制御手順に限られず、様々な態様の制御手順によって具現化されることができる。 FIG. 7 is a flow chart showing a specific control procedure adopted in the drive device 12 of the present embodiment in order to embody the control method described above. Hereinafter, the control procedure shown in FIG. 7 will be described, but this is an example, and the control procedure executed by the drive device 12 is not limited. That is, the control method described above is not limited to the control procedure shown in FIG. 7, and can be embodied by various control procedures.

駆動装置１２は、最初のスイッチングサイクルにおいて、スイッチング素子２をターンオンしたときに、そのときのターンオン所要時間ｔｏｎをモニタ回路１４から取得する。そして、駆動装置１２は、このターンオン所要時間ｔｏｎを、基準値ｔｏｎ０として記憶する（ステップＳ２）。次に、駆動装置１２は、内部カウンタの値ｎに１をセットした上で（ステップＳ４）、第１ゲート抵抗１２ａを選択して（ステップＳ６）、スイッチング素子２のターンオフを実行する。そして、駆動装置１２は、そのときのターンオフ所要時間ｔｏｆｆをモニタ回路１４から取得し（ステップＳ８）、それに基づいてスイッチング速度の変更タイミングｔ１を決定する。以上により、前述した第１処理が実行される。 When the switching device 2 is turned on in the first switching cycle, the drive device 12 acquires the turn-on required time ton at that time from the monitor circuit 14. Then, the drive device 12 stores the turn-on required time ton as the reference value ton0 (step S2). Next, the driving device 12 sets the value n of the internal counter to 1 (step S4), selects the first gate resistor 12a (step S6), and turns off the switching element 2. Then, the drive device 12 acquires the turn-off required time toff at that time from the monitor circuit 14 (step S8), and determines the switching speed change timing t1 based on it. As described above, the above-mentioned first process is executed.

次のスイッチングサイクルにおいて、駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオンしたときに、そのときのターンオン所要時間ｔｏｎ（ｎ）をモニタ回路１４から取得する（ステップＳ１０）。そして、駆動装置１２は、取得されたターンオン所要時間ｔｏｎ（ｎ）を、基準値ｔｏｎ０と比較することによって、所定の変動が生じているのか否かを判断する（ステップＳ１２）。一例ではあるが、この例では、取得されたターンオン所要時間ｔｏｎ（ｎ）が基準値ｔｏｎ０を下回るときに、所定の変動が生じたと判断される。即ち、ステップＳ１０、Ｓ１２において、前述した第３処理が実行される。 In the next switching cycle, when the drive device 12 turns on the switching element 2, the drive device 12 acquires the turn-on required time ton(n) at that time from the monitor circuit 14 (step S10). Then, the drive unit 12 compares the acquired turn-on required time ton(n) with the reference value ton0 to determine whether or not a predetermined fluctuation has occurred (step S12). As an example, in this example, when the acquired turn-on required time ton(n) is less than the reference value ton0, it is determined that the predetermined fluctuation has occurred. That is, the third processing described above is executed in steps S10 and S12.

所定の変動が検出さなければ場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、駆動装置１２は、スイッチング素子２をターンオフするときに、ステップＳ８で決定した変更タイミングｔ１に基づいて、スイッチング速度の変更を伴う第２処理を実施する（ステップＳ１４）。その後、駆動装置１２は、内部カウンタの値ｎをインクリメントし（ステップＳ１６）、その値ｎが所定回数ｍに到達していなければ（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１０へ戻って上記の処理を繰り返す。一方、内部カウンタの値ｎが所定回数ｍに到達した場合、駆動装置１２は、ステップＳ２の処理へ戻り、第１処理を再度実行して変更タイミングｔ１を更新する。 If the predetermined fluctuation is not detected (YES in step S12), the drive device 12 turns off the switching element 2 and then changes the switching speed based on the change timing t1 determined in step S8. A process is implemented (step S14). After that, the drive device 12 increments the value n of the internal counter (step S16), and if the value n has not reached the predetermined number m (YES in step S18), returns to step S10 and repeats the above processing. .. On the other hand, when the value n of the internal counter reaches the predetermined number m, the drive device 12 returns to the process of step S2, executes the first process again, and updates the change timing t1.

一方、ステップＳ１２において、所定の変動が検出された場合（ステップＳ１２でＮＯ）、駆動装置１２は、そのときのターンオン所要時間ｔｏｎ（ｎ）を新たな基準値として記憶した上で（ステップＳ２０）、ステップＳ２の処理へ戻る。即ち、駆動装置１２は、第１処理を再度実行して、変更タイミングｔ１を更新する。これにより、スイッチングサイクルが所定回数ｍに到達する前でも、スイッチング素子２の特性に変化が生じたときは、スイッチング速度を変更すべき変更タイミングｔ１の更新が強制的に実施される。 On the other hand, when a predetermined fluctuation is detected in step S12 (NO in step S12), the drive device 12 stores the turn-on required time ton(n) at that time as a new reference value (step S20). , And returns to the process of step S2. That is, the drive unit 12 executes the first process again to update the change timing t1. As a result, even before the switching cycle reaches the predetermined number m, when the characteristics of the switching element 2 change, the change timing t1 for changing the switching speed is forcibly updated.

以上のように、駆動装置１２は、スイッチング速度の変更をターンオフ時に実行しながら、ターンオン時におけるスイッチング動作の挙動を監視する。これにより、スイッチング速度の変更による影響を受けることなく、スイッチング素子２の特性に生じた変化を検出することができる。そして、駆動装置１２は、スイッチング素子２の特性に生じた変化を検出したときに、スイッチング速度の変更タイミングｔ１を更新することができる。これにより、不適切なタイミングでスイッチング速度の変更が行われることを回避して、例えば過大なサージ電圧が発生するといった事態を未然に防止することができる。なお、他の実施形態として、スイッチング速度の変更をターンオン時に実行しながら、ターンオフ時におけるスイッチング動作の挙動を監視してもよい。 As described above, the drive device 12 monitors the behavior of the switching operation at the time of turning on, while changing the switching speed at the time of turning off. This makes it possible to detect a change in the characteristics of the switching element 2 without being affected by the change in switching speed. Then, the drive device 12 can update the change timing t1 of the switching speed when detecting the change that has occurred in the characteristic of the switching element 2. As a result, it is possible to prevent the switching speed from being changed at an inappropriate timing and prevent a situation in which an excessive surge voltage is generated, for example. As another embodiment, the behavior of the switching operation at turn-off may be monitored while changing the switching speed at turn-on.

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the technology disclosed in the present specification have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving the one purpose among them has technical utility.

２：スイッチング素子
４：モニタ素子
６：抵抗素子
８：バッテリ
９：リアクトル
１０：制御装置
１２：駆動装置
１４：モニタ回路 2: Switching element 4: Monitor element 6: Resistor element 8: Battery 9: Reactor 10: Control device 12: Drive device 14: Monitor circuit

Claims (1)

スイッチング素子の動作を制御する制御装置であって、
前記スイッチング素子のターンオン及びターンオフを含むスイッチングサイクルを所定の周期で繰り返し実施するとともに、前記スイッチング素子のターンオンとターンオフの一方のスイッチング動作では、スイッチング速度を第１速度と前記第１速度よりも速い第２速度との間で変更可能な駆動装置と、
前記駆動装置が前記一方のスイッチング動作を開始してから、前記スイッチング素子が所定のスイッチング進行状態に達するまでの第１タイミングと、前記駆動装置が前記スイッチング素子の前記ターンオンと前記ターンオフの他方のスイッチング動作を開始してから、前記スイッチング素子が前記所定のスイッチング進行状態に達するまでの第２タイミングとを計測するモニタ回路と、
を備え、
前記駆動装置は、
一部のスイッチングサイクルを実施するときに、前記一方のスイッチング動作において、前記スイッチング速度を前記第１速度に設定するとともに、前記モニタ回路によって計測された第１タイミングを取得することによって、前記一方のスイッチング動作で前記スイッチング速度を変更すべき変更タイミングを決定する第１処理を実行し、
前記第１処理後の複数のスイッチングサイクルを実施するときは、前記一方のスイッチング動作において、前記第１速度で前記一方のスイッチング動作を開始するとともに、前記第１処理で決定した前記変更タイミングで、前記スイッチング速度を前記第２速度へ変更する第２処理を実行し、
前記第２処理を実行する複数のスイッチングサイクルを実施するときは、前記他方のスイッチング動作において、前記モニタ回路によって計測された第２タイミングを取得することにより、当該計測された第２タイミングに所定の変動が生じているのか否かを検出する第３処理を実行し、
前記第３処理によって前記所定の変動が検出されときは、その後に実施する前記一方のスイッチング動作において、前記第１処理を再度実行することにより、前記変更タイミングを更新する、
制御装置。 A control device for controlling the operation of a switching element,
A switching cycle including turn-on and turn-off of the switching element is repeatedly performed at a predetermined cycle, and in one of the switching operations of turn-on and turn-off of the switching element, a switching speed is a first speed and a speed faster than the first speed. A drive device that can be changed between two speeds,
A first timing from when the drive device starts the one switching operation until the switching element reaches a predetermined switching progress state, and the other switching of the turn-on and the turn-off of the switching element by the drive device. A monitor circuit for measuring a second timing from the start of the operation until the switching element reaches the predetermined switching progress state;
Equipped with
The drive device is
When performing some switching cycles, in the one switching operation, the switching speed is set to the first speed, and the first timing measured by the monitor circuit is acquired, thereby Performing a first process of determining a change timing at which the switching speed should be changed in a switching operation,
When performing a plurality of switching cycles after the first processing, in the one switching operation, while starting the one switching operation at the first speed, at the change timing determined in the first processing, Performing a second process of changing the switching speed to the second speed,
When performing a plurality of switching cycles for executing the second processing, the second timing measured by the monitor circuit is acquired in the other switching operation, so that the measured second timing is predetermined. Perform a third process to detect whether or not there is a change,
When the predetermined fluctuation is detected by the third process, the change timing is updated by re-executing the first process in the one switching operation performed thereafter.
Control device.
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