JP2020141550A - スイッチの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに並列接続された第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち短絡耐量が小さい第１スイッチＳＷ１を過電流から適切に保護できるスイッチの駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置は、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２の少なくとも１つに過電流が流れたことを判定する第１，第２短絡判定部９１，９２と、過電流が流れたと判定された場合、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態に切り替える遮断回路６０とを備えている。遮断回路６０は、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、第１スイッチＳＷ１を最初にオフ状態に切り替える。【選択図】 図３

Description

本発明は、スイッチの駆動装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、Ｓｉデバイスで構成されるＩＧＢＴを駆動する駆動装置が知られている。この駆動装置は、ＩＧＢＴに過電流が流れたと判定した場合、ＩＧＢＴをオフ状態に切り替えることにより、ＩＧＢＴの保護を図っている。

特開２０１２−６５５３０号公報

駆動装置としては、ＩＧＢＴと、ＩＧＢＴに並列接続され、ＳｉＣデバイスで構成されたＭＯＳＦＥＴとを駆動するものもある。ここで、ＭＯＳＦＥＴの短絡耐量は、ＩＧＢＴの短絡耐量よりも低い。このため、ＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴの並列接続体に過電流が流れる場合において、短絡耐量が低いＭＯＳＦＥＴを適切に保護できる技術が望まれる。

なお、互いに並列接続されたＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴに限らず、互いに並列接続された複数のスイッチであって、異なる短絡耐量を有するスイッチが含まれる複数のスイッチを過電流から適切に保護できる技術が望まれる。

本発明は、互いに並列接続された複数のスイッチのうち短絡耐量が最も小さいスイッチを過電流から適切に保護できるスイッチの駆動装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、互いに並列接続された複数のスイッチの駆動制御を行うスイッチの駆動装置において、
複数の前記スイッチには、異なる短絡耐量を有するスイッチが含まれており、
複数の前記スイッチの少なくとも１つに過電流が流れたことを判定する判定部と、
前記判定部により過電流が流れたと判定された場合、複数の前記スイッチをオフ状態に切り替える過電流保護部と、を備え、
前記過電流保護部は、複数の前記スイッチのうち、短絡耐量が最も小さいスイッチである最小耐量スイッチを最初にオフ状態に切り替える。

本発明では、複数のスイッチのうち最小耐量スイッチを最初にオフ状態に切り替えるため、最小耐量スイッチに過電流が流れる時間を短縮することができる。これにより、過電流が流れたと判定されてから最小耐量スイッチがオフ状態に切り替えられるまでに最小耐量スイッチで発生するエネルギを低減でき、そのエネルギを最小耐量スイッチの短絡耐量以下にできる。その結果、最小耐量スイッチを過電流から適切に保護することができる。

第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。 第１，第２スイッチの電流電圧特性を示す図。 駆動回路及びその周辺構成を示す図。 遮断回路の処理手順を示すフローチャート。 過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 比較例１に係る過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 比較例２に係る過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る遮断回路の処理手順を示すフローチャート。 第３実施形態に係る遮断回路の処理手順を示すフローチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る駆動装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、制御システムは、直流電源１０、インバータ２０、回転電機３０及び制御装置４０を備えている。回転電機３０は、例えば車載主機である。回転電機３０は、インバータ２０を介して直流電源１０に電気的に接続されている。本実施形態では、回転電機３０として、３相のものが用いられている。回転電機３０としては、例えば、永久磁石同期機を用いることができる。また、直流電源１０は、例えば百Ｖ以上となる端子電圧を有する蓄電池である。直流電源１０は、例えば、リチウムイオン蓄電池やニッケル水素蓄電池等の２次電池である。なお、直流電源１０には、コンデンサ１１が並列接続されている。

インバータ２０は、各相に対応する上，下アームスイッチ部２０Ｈ，２０Ｌを備えている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈと下アームスイッチ部２０Ｌとは直列接続されている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈと下アームスイッチ部２０Ｌとの接続点には、回転電機３０の巻線３１の第１端が接続されている。各相の巻線３１の第２端は、中性点で接続されている。

各スイッチ部２０Ｈ，２０Ｌは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の並列接続体を備えている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの高電位側端子には、直流電源１０の正極側が接続されている。各相において、下アームスイッチ部２０Ｌの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの低電位側端子には、直流電源１０の負極側が接続されている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの低電位側端子には、下アームスイッチ部２０Ｌの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの高電位側端子が接続されている。

本実施形態において、第１スイッチＳＷ１は、ＳｉＣデバイスとしてのＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、第１スイッチＳＷ１において、低電位側端子はソースであり、高電位側端子はドレインである。また、第２スイッチＳＷ２は、ＳｉデバイスとしてのＩＧＢＴである。このため、第２スイッチＳＷ２において、低電位側端子はエミッタであり、高電位側端子はコレクタである。なお、第２スイッチＳＷ２には、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されており、第１スイッチＳＷ１には、ボディダイオードが形成されている。

各スイッチ部２０Ｈ，２０ＬをＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの並列接続体で構成した理由は、小電流領域においてオン抵抗が低いＭＯＳＦＥＴの方に電流を多く流通させることにより、小電流領域における損失を低減するためである。以下、損失低減について、図２を用いて説明する。図２は、スイッチに流れる電流とスイッチの高，低電位側端子間の電圧Ｖｏｎとの関係を示す図である。詳しくは、図２は、ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄとの電圧電流特性、並びにＩＧＢＴのコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃとの電圧電流特性を示す。

図２に示すように、電流が所定電流Ｉαよりも小さい小電流領域においては、ドレイン電流Ｉｄに対するドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓが、コレクタ電流Ｉｃに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅよりも低い。すなわち、小電流領域においては、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗がＩＧＢＴのオン抵抗よりも小さい。このため、小電流領域においては、互いに並列接続されたＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴのうち、ＭＯＳＦＥＴの方に電流が多く流れることとなる。一方、電流が所定電流Ｉαよりも大きい大電流領域においては、コレクタ電流Ｉｃに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅがドレイン電流Ｉｄに対するドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓよりも低い。すなわち、大電流領域においては、ＩＧＢＴのオン抵抗がＭＯＳＦＥＴのオン抵抗よりも小さい。このため、大電流領域においては、互いに並列接続されたＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴのうち、ＩＧＢＴの方に電流が多く流れることとなる。

第１スイッチＳＷ１の短絡耐量は、第２スイッチＳＷ２の短絡耐量よりも低い。第１スイッチＳＷ１を例にして説明すると、短絡耐量は、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れ始めてから第１スイッチＳＷ１の破壊に至るまでの時間、又は第１スイッチＳＷ１に過電流が流れ始めてから第１スイッチＳＷ１の破壊に至るまでの第１スイッチＳＷ１で発生するエネルギ（具体的には、電流×電圧の時間積分値）である。なお、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流の定格電流は、例えば、第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流の定格電流よりも小さい。

図１の説明に戻り、制御装置４０は、回転電機３０の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ２０を駆動する。制御量は、例えばトルクである。制御装置４０は、インバータ２０の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ駆動すべく、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対応する駆動信号Ｇｃを、各スイッチ部２０Ｈ，２０Ｌに対して個別に設けられた駆動回路５０に対して出力する。制御装置４０は、例えば、電気角で互いに位相が１２０°ずれた３相指令電圧と三角波等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ処理により、各駆動回路５０に対応する駆動信号Ｇｃを生成する。駆動信号Ｇｃは、スイッチのオン駆動を指示するオン指令と、オフ駆動を指示するオフ指令とのいずれかをとる。各相において、上アーム側の駆動信号と、対応する下アーム側の駆動信号とは、交互にオン指令とされる。このため、各相において、上アームスイッチ部２０Ｈのスイッチと、下アームスイッチ部２０Ｌのスイッチとは交互にオン状態とされる。

制御システムは、遮断回路６０を備えている。遮断回路６０は、制御装置４０から出力された駆動信号Ｇｃを、第１スイッチＳＷ１に対応する第１駆動信号Ｇ１と、第２スイッチＳＷ２に対応する第２駆動信号Ｇ２とに分けて、駆動回路５０に対して出力する。

なお、例えば、制御装置４０及び遮断回路６０は、低圧システムに備えられ、駆動回路５０は、低圧システムとは電気的に絶縁された高圧システムに備えられる。この場合、遮断回路６０及び駆動回路５０の間の信号のやりとりは、例えば、低圧システム及び高圧システムの間を電気的に絶縁しつつ信号を伝達可能な光絶縁素子（例えばフォトカプラ）や磁気絶縁素子（例えば磁気カプラ）を用いて実施されればよい。

また、制御装置４０、駆動回路５０及び遮断回路６０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

続いて、図３を用いて、駆動回路５０及びその周辺構成について説明する。

駆動回路５０は、第１充電スイッチ７０、第１定電圧電源７１、第１充電抵抗体７２及び第１バランス抵抗体７３を備えている。本実施形態では、第１充電スイッチ７０として、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第１充電スイッチ７０のソースには、第１定電圧電源７１が接続され、第１充電スイッチ７０のドレインには、第１充電抵抗体７２の第１端が接続されている。第１充電抵抗体７２の第２端には、第１バランス抵抗体７３の第１端が接続されている。第１バランス抵抗体７３の第２端には、第１スイッチＳＷ１のゲートが接続されている。

駆動回路５０は、第１放電抵抗体７４、第１放電スイッチ７５、第１保護用抵抗体７６、第１保護用スイッチ７７及び第１オフ保持スイッチ７８を備えている。本実施形態では、第１放電スイッチ７５、第１保護用スイッチ７７及び第１オフ保持スイッチ７８として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。

第１バランス抵抗体７３の第１端には、第１放電抵抗体７４を介して第１放電スイッチ７５のドレインが接続されている。第１放電スイッチ７５のソースには、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。第１バランス抵抗体７３の第１端には、第１保護用抵抗体７６を介して第１保護用スイッチ７７のドレインが接続されている。第１保護用スイッチ７７のソースには、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。

第１スイッチＳＷ１のゲートには、第１オフ保持スイッチ７８のドレインが接続されている。第１オフ保持スイッチ７８のソースには、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。

駆動回路５０は、第２充電スイッチ８０、第２定電圧電源８１、第２充電抵抗体８２及び第２バランス抵抗体８３を備えている。本実施形態では、第２充電スイッチ８０として、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第２充電スイッチ８０のソースには、第２定電圧電源８１が接続され、第２充電スイッチ８０のドレインには、第２充電抵抗体８２の第１端が接続されている。第２充電抵抗体８２の第２端には、第２バランス抵抗体８３の第１端が接続されている。第２バランス抵抗体８３の第２端には、第２スイッチＳＷ２のゲートが接続されている。なお、本実施形態では、第２定電圧電源８１の出力電圧が、第１定電圧電源７１の出力電圧よりも低く設定されている。ただし、この設定は必須ではない。

駆動回路５０は、第２放電抵抗体８４、第２放電スイッチ８５、ソフト遮断抵抗体としての第２保護用抵抗体８６、第２保護用スイッチ８７及び第２オフ保持スイッチ８８を備えている。本実施形態では、第２放電スイッチ８５、第２保護用スイッチ８７及び第２オフ保持スイッチ８８として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。

第２バランス抵抗体８３の第１端には、第２放電抵抗体８４及び第２放電スイッチ８５を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２バランス抵抗体８３の第１端には、第２保護用抵抗体８６及び第２保護用スイッチ８７を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２スイッチＳＷ２のゲートには、第２オフ保持スイッチ８８を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。

第１スイッチＳＷ１は、第１センス端子Ｓｔ１を備えている。第１センス端子Ｓｔ１は、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流と相関を有する微少電流を出力する。第１センス端子Ｓｔ１には、駆動回路５０の第１センス抵抗体７９の第１端が接続され、第１センス抵抗体７９の第２端には、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。この構成によれば、第１センス端子Ｓｔ１に流れる微少電流によって第１センス抵抗体７９に電圧降下が生じる。このため、第１センス抵抗体７９の電圧降下量を、ドレイン電流の相関値として用いることができる。第１センス抵抗体７９の電位差は、第１センス電圧Ｖｓｅ１として駆動回路５０の駆動制御部９０に入力される。本実施形態では、第１センス抵抗体７９の両端のうち、第２端よりも第１端の電位が高い場合の第１センス電圧Ｖｓｅ１を正と定義する。

第２スイッチＳＷ２は、第２センス端子Ｓｔ２を備えている。第２センス端子Ｓｔ２は、第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流と相関を有する微少電流を出力する。第２センス端子Ｓｔ２には、駆動回路５０の第２センス抵抗体８９の第１端が接続され、第２センス抵抗体８９の第２端には、第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２センス抵抗体８９の電位差は、第２センス電圧Ｖｓｅ２として駆動制御部９０に入力される。本実施形態では、第２センス抵抗体８９の両端のうち、第２端よりも第１端の電位が高い場合の第２センス電圧Ｖｓｅ２を正と定義する。

駆動制御部９０は、遮断回路６０から出力された第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２に基づいて、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ駆動する。詳しくは、駆動制御部９０は、第１駆動信号Ｇ１がオン指令になっていると判定している場合、第１充電スイッチ７０をオン駆動し、第１放電スイッチ７５をオフ駆動する。これにより、第１定電圧電源７１から第１スイッチＳＷ１のゲートへと充電電流が流れ、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上となる。その結果、第１スイッチＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替えられる。

駆動制御部９０は、第１駆動信号Ｇ１がオフ指令になっていると判定している場合、第１充電スイッチ７０をオフ駆動とし、第１放電スイッチ７５をオン駆動する。これにより、第１スイッチＳＷ１のゲートからソースへと放電電流が流れ、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満となる。その結果、第１スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替えられる。

駆動制御部９０は、第２駆動信号Ｇ２がオン指令になっていると判定している場合、第２充電スイッチ８０をオン駆動し、第２放電スイッチ８５をオフ駆動する。これにより、第２定電圧電源８１から第２スイッチＳＷ２のゲートへと充電電流が流れ、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上となる。その結果、第２スイッチＳＷ２がオフ状態からオン状態に切り替えられる。

駆動制御部９０は、第２駆動信号Ｇ２がオフ指令になっていると判定している場合、第２充電スイッチ８０をオフ駆動とし、第２放電スイッチ８５をオン駆動する。これにより、第２スイッチＳＷ２のゲートからエミッタへと放電電流が流れ、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満となる。その結果、第２スイッチＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替えられる。

駆動制御部９０は、オフ保持処理を行う。詳しくは、駆動制御部９０は、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のゲート電圧を検出する機能を有している。駆動制御部９０は、遮断回路６０から出力された第１駆動信号Ｇ１と、検出した第１スイッチＳＷ１のゲート電圧とに基づいて、第１オフ保持スイッチ７８を駆動し、遮断回路６０から出力された第２駆動信号Ｇ２と、検出した第２スイッチＳＷ２のゲート電圧とに基づいて、第２オフ保持スイッチ８８を駆動するオフ保持処理を行う。

詳しくは、駆動制御部９０は、第１駆動信号Ｇ１がオフ指令であって、かつ、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧が第１規定電圧Ｖα１以下になっていると判定している場合、第１オフ保持スイッチ７８をオン駆動し、それ以外の場合に第１オフ保持スイッチ７８をオフ駆動する。ここで、第１規定電圧Ｖα１は、第１閾値電圧Ｖｔｈ１以下の電圧に設定されている。駆動制御部９０は、第２駆動信号Ｇ２がオフ指令であって、かつ、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧が第２規定電圧Ｖα２以下になっていると判定している場合、第２オフ保持スイッチ８８をオン駆動し、それ以外の場合に第２オフ保持スイッチ８８をオフ駆動する。ここで、第２規定電圧Ｖα２は、第２閾値電圧Ｖｔｈ２以下の電圧に設定されている。

駆動制御部９０は、第１短絡判定部９１及び第２短絡判定部９２（「判定部」に相当）を備えている。第１，第２短絡判定部９１，９２は、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２に過電流（短絡電流）が流れているか否かを判定するために設けられている。第１短絡判定部９１は、入力された第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１判定閾値Ｖｏｃ１を超えたと判定した場合、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れていることを通知する第１フェール信号Ｆ１を遮断回路６０に対して出力する。第１短絡判定部９１は、第１フェール信号Ｆ１を出力し始めた後、第１センス電圧Ｖｓｅ１が、第１判定閾値Ｖｏｃ１よりも小さい第１解除閾値Ｖｊｄｇ１以下になったと判定した場合、第１フェール信号Ｆ１の出力を停止する。第１解除閾値Ｖｊｄｇ１は、０よりもやや大きい値又は０に設定されている。

第２短絡判定部９２は、入力された第２センス電圧Ｖｓｅ２が第２判定閾値Ｖｏｃ２を超えたと判定した場合、第２スイッチＳＷ２に過電流が流れていることを通知する第２フェール信号Ｆ２を遮断回路６０に対して出力する。第２短絡判定部９２は、第２フェール信号Ｆ２を出力し始めた後、第２センス電圧Ｖｓｅ２が第２解除閾値Ｖｊｄｇ２以下になったと判定した場合、第２フェール信号Ｆ２の出力を停止する。第２解除閾値Ｖｊｄｇ２は、０よりもやや大きい値又は０に設定されている。なお、過電流は、上下アーム短絡や、相間短絡、地絡等によって発生する。

続いて、図４を用いて、遮断回路６０が実行する処理について説明する。

ステップＳ１０では、第１フェール信号Ｆ１及び第２フェール信号Ｆ２のうち少なくとも一方が入力されているか否かを判定する。

ステップＳ１０において否定判定した場合には、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれにも過電流が流れていないと判定し、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、制御装置４０から入力された駆動信号Ｇｃを第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２として駆動制御部９０に対して出力する。すなわち、駆動信号Ｇｃがオン指令の場合、オン指令の第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２を出力し、駆動信号Ｇｃがオフ指令の場合、オフ指令の第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２を出力する。

ステップＳ１０において肯定判定した場合には、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２の少なくとも一方に過電流が流れていると判定し、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、入力される駆動信号Ｇｃにかかわらず、駆動制御部９０に対して出力する第１駆動信号Ｇ１をオフ指令にする。この場合、駆動制御部９０は、第１，第２フェール信号Ｆ１，Ｆ２の少なくとも一方を出力している状態で、入力される第１駆動信号Ｇ１がオフ指令に切り替えられると、第１充電スイッチ７０、第１放電スイッチ７５及び第１オフ保持スイッチ７８をオフ駆動し、第１保護用スイッチ７７をオン駆動する。

ここで、第１保護用スイッチ７７の抵抗値をＲｓ１とし、第１バランス抵抗体７３の抵抗値をＲｂ１とし、第２保護用スイッチ８７の抵抗値をＲｓ２とし、第２バランス抵抗体８３の抵抗値をＲｂ２とする。本実施形態では、「Ｒｓ１＋Ｒｂ１＜Ｒｓ２＋Ｒｂ２」に設定されている。この設定により、後述するステップＳ１４の処理で第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度よりも、第１スイッチＳＷ１をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度を高くしている。

なお、第１放電抵抗体７４の抵抗値をＲｄ１とし、第２放電抵抗体８４の抵抗値をＲｄ２とする場合、本実施形態では、「Ｒｄ１＋Ｒｂ１＞Ｒｓ１＋Ｒｂ１」、「Ｒｄ２＋Ｒｂ２＞Ｒｓ１＋Ｒｂ１」、「Ｒｓ２＋Ｒｂ２＞Ｒｄ２＋Ｒｂ２」、「Ｒｓ２＋Ｒｂ２＞Ｒｄ１＋Ｒｂ１」に設定されている。

ステップＳ１３では、第１スイッチＳＷ１のオフ状態への切り替えが完了したか否かを判定する。本実施形態では、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１解除閾値Ｖｊｄｇ１以下になり、第１フェール信号Ｆ１の入力が停止されたと判定した場合、切り替えが完了したと判定する。

ステップＳ１３において肯定判定した場合には、ステップＳ１４に進み、入力される駆動信号Ｇｃにかかわらず、駆動制御部９０に対して出力する第２駆動信号Ｇ２をオフ指令にする。これにより、駆動制御部９０は、第２充電スイッチ８０、第２放電スイッチ８５及び第２オフ保持スイッチ８８をオフ駆動し、第２保護用スイッチ８７をオン駆動する。これにより、第１スイッチＳＷ１をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度よりも低いスイッチング速度で、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替える。なお、本実施形態において、遮断回路６０が過電流保護部を構成する。

図５及び図６を用いて、上下アーム短絡が発生する場合における遮断回路６０による過電流保護動作について説明する。以下の説明では、上，下アームスイッチ部２０Ｈ，２０Ｌのうち、一方を対向アームとし、他方を自アームとし、自アームの遮断回路６０による過電流保護動作について説明する。

図５に、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障した状態で、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン駆動される場合について説明する。図５（ａ），（ｂ）は、遮断回路６０から出力される第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２の推移を示し、図５（ｃ）は、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓ（ゲート及びソース間電圧）の推移を示し、図５（ｄ）は、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅ（ゲート及びエミッタ間電圧）の推移を示す。図５（ｅ），（ｆ）は、第１，第２センス電圧Ｖｓｅ１，Ｖｓｅ２の推移を示し、図５（ｇ）は、第１スイッチＳＷ１で発生する損失（＝Ｉｄ×Ｖｄｓ）の推移を示し、図５（ｈ）は、第２スイッチＳＷ２で発生する損失（＝Ｉｃ×Ｖｃｅ）の推移を示す。

時刻ｔ１において、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２がオン指令に切り替えられる。これにより、時刻ｔ２において、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓ及び第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが上昇し始める。

その後、時刻ｔ３において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１判定閾値Ｖｏｃ１を超える。このため、第１短絡判定部９１から遮断回路６０に対して第１フェール信号Ｆ１が出力され、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１駆動信号Ｇ１がオフ指令に切り替えられる。その結果、時刻ｔ４において、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓが低下し始める。

その後、時刻ｔ５において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１解除閾値Ｖｊｄｇ１以下になる。このため、第１短絡判定部９１から遮断回路６０に対する第１フェール信号Ｆ１の出力が停止され、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第２駆動信号Ｇ２がオフ指令に切り替えられる。その結果、時刻ｔ６において、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが低下し始める。

ここで、第１スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられる場合の第１センス電圧Ｖｓｅ１の低下速度ΔｄＶｍｏｓは、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えられる場合の第２センス電圧Ｖｓｅ２の低下速度ΔｄＶｉｇｂｔよりも高い。すなわち、第１スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられる場合のスイッチング速度は、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えられる場合のスイッチング速度よりも高い。その結果、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れる時間を短縮でき、第１スイッチＳＷ１で発生する損失の時間積分値（エネルギ）を第１スイッチＳＷ１の短絡耐量以下にすることができる。

図５には、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れたと判定された場合に第１スイッチＳＷ１が先にオフ状態に切り替えられる例を示したが、第２スイッチＳＷ２に過電流が流れたと判定された場合にも、第１スイッチＳＷ１が先にオフ状態に切り替えられる。

続いて、図６に、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン駆動された状態で、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障する場合について説明する。図６（ａ）〜図６（ｈ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｈ）に対応している。

時刻ｔ１において、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２がオン指令に切り替えられる。これにより、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓ及び第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが上昇し始める。

その後、時刻ｔ２において、対向アームのスイッチのショート故障が発生する。これにより、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２に短絡電流が流れる。

その後、時刻ｔ３において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１判定閾値Ｖｏｃ１を超える。このため、第１短絡判定部９１から遮断回路６０に対して第１フェール信号Ｆ１が出力され、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１駆動信号Ｇ１がオフ指令に切り替えられる。その結果、時刻ｔ４において、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓが低下し始める。

その後、時刻ｔ５において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１解除閾値Ｖｊｄｇ１以下になる。このため、第１短絡判定部９１から遮断回路６０に対する第１フェール信号Ｆ１の出力が停止され、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第２駆動信号Ｇ２がオフ指令に切り替えられる。その結果、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが低下し始める。

以上説明した本実施形態に対し、比較例１，２の場合、第１スイッチＳＷ１を過電流から適切に保護することができない。

まず、図７を用いて比較例１について説明する。図７は、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障した状態で、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン駆動される場合を示す。図７（ａ）〜図７（ｈ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｈ）に対応している。

時刻ｔ１において、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２がオン指令に切り替えられる。これにより、時刻ｔ２において、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓ及び第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが上昇し始める。

比較例１では、第１，第２フェール信号Ｆ１，Ｆ２の少なくとも一方が遮断回路６０に入力された場合、遮断回路６０は、第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２を同時にオフ指令に切り替える。詳しくは、時刻ｔ３において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１判定閾値Ｖｏｃ１を超える。このため、第１短絡判定部９１から遮断回路６０に対して第１フェール信号Ｆ１が出力され、遮断回路６０から駆動制御部９０に対して出力される第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２がオフ指令に切り替えられる。その結果、時刻ｔ４において、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓ及び第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが低下し始める。

比較例１では、第１スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられる場合のスイッチング速度と、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えられる場合のスイッチング速度とが同じである。このため、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れる時間を短縮できず、第１スイッチＳＷ１で発生するエネルギが第１スイッチＳＷ１の短絡耐量を超えるおそれがある。

続いて、図８を用いて比較例２について説明する。図８は、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障した状態で、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン駆動される場合を示す。図８（ａ）〜図８（ｆ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｆ）に対応し、図８（ｇ）は、巻線３１に流れる相電流の推移を示す。また、図８の時刻ｔ１〜ｔ４は、先の図７の時刻ｔ１〜ｔ４に対応している。

比較例２では、第１，第２フェール信号Ｆ１，Ｆ２の少なくとも一方が遮断回路６０に入力された場合、比較例１と同様に、遮断回路６０は、第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２を同時にオフ指令に切り替える。また、比較例２では、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えられる場合のスイッチング速度を２通りに設定した。図８（ｄ），（ｇ）において、スイッチング速度が低い場合を破線で示し、スイッチング速度が高い場合を実線で示す。

第１，第２駆動信号Ｇ１，Ｇ２を同時にオフ指令に切り替える場合において、第２スイッチＳＷ２のスイッチング速度を高くすると、図８（ｇ）に示すように、相電流が急峻に立ち下がる。その結果、オフ状態の切り替えに伴って発生するサージ電圧が増加し、第１スイッチＳＷ１のドレイン及びソース間電圧がその許容上限値（耐圧）を超えるおそれがある。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方に過電流が流れたと判定された場合、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、短絡耐量が小さい第１スイッチＳＷ１を第２スイッチＳＷ２よりも先にオフ状態に切り替えた。これにより、第１スイッチＳＷ１に過電流が流れる時間を短縮することができ、第１スイッチＳＷ１で発生するエネルギを第１スイッチＳＷ１の短絡耐量以下にできる。その結果、第１スイッチＳＷ１を過電流から適切に保護することができる。

第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、最初にオフ状態に切り替えられる第１スイッチＳＷ１については、オフ状態への切り替えに伴う大きなサージ電圧が発生しない。このため、最後にオフ状態に切り替えられない第１スイッチＳＷ１については、最後にオフ状態に切り替えられる第２スイッチＳＷ２よりもスイッチング速度を高くすることができる。この点に鑑み、第１スイッチＳＷ１のスイッチング速度を、第２スイッチＳＷ２のスイッチング速度よりも高くした。これにより、オフ状態に切り替える場合において第１スイッチＳＷ１の過電流の流通時間を短縮し、第１スイッチＳＷ１に発生するエネルギをより低減することができる。

過電流が流れる場合において、第１スイッチＳＷ１に電流が流れている期間に第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替えると、第１スイッチＳＷ１のオフ状態への切り替えに伴うサージ電圧が発生してしまう。そこで、第１スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられた後、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替えた。これにより、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えることに伴いサージ電圧が発生することを抑制できる。

第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうちいずれか１つのスイッチに過電流が流れたと判定された場合、第１スイッチＳＷ１を最初にオフ状態に切り替えた。これにより、第２スイッチＳＷ２に過電流が流れる旨判定された場合においても、第１スイッチＳＷ１の過電流保護動作に速やかに移行することができる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、遮断回路６０が実行する処理の手順を示す。図９において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

図９に示す処理には、ステップＳ１３の処理が設けられていない。すなわち、第１スイッチＳＷ１のオフ状態への切り替えが完了する前にステップＳ１４の処理を行う。この場合であっても、第１実施形態の効果に準じた効果を得ることはできる。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１０に、遮断回路６０が実行する処理の手順を示す。図１０において、先の図４に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。本実施形態では、先の図３の構成において、第１保護用抵抗体７６及び第１保護用スイッチ７７が備えられていない。

ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、入力される駆動信号Ｇｃにかかわらず、駆動制御部９０に対して出力する第１駆動信号Ｇ１をオフ指令にする。この場合、駆動制御部９０は、第１，第２フェール信号Ｆ１，Ｆ２の少なくとも一方が出力されている状態で、入力される第１駆動信号Ｇ１がオフ指令に切り替えられると、第１充電スイッチ７０、第１放電スイッチ７５及び第１オフ保持スイッチ７８をオフ駆動し、第１オフ保持スイッチ７８をオン駆動する。

このように、本実施形態では、第１オフ保持スイッチ７８を用いて第１スイッチＳＷ１をオフ状態に切り替えた。この構成によれば、第１オフ保持スイッチ７８をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度をより高めることができ、第１スイッチＳＷ１で発生するエネルギをより低減することができる。

また、本実施形態によれば、過電流保護動作で用いるスイッチとして第１オフ保持スイッチ７８を流用でき、第１保護用抵抗体７６及び第１保護用スイッチ７７を駆動回路５０に備える必要がないため、駆動回路５０の部品数を削減することもできる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・各相各アームのスイッチ部を構成するスイッチの数としては、３つ以上であってもよい。例えば、各スイッチ部が３つのスイッチを備える場合、短絡耐量の小さい方から順に、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチとする。第１〜第３スイッチの少なくとも１つに過電流が流れたと判定された場合、第１〜第３スイッチのうち、最初に第１スイッチがオフ状態に切り替えられ、その後、第２スイッチがオフ状態に切り替えられ、最後に第３スイッチがオフ状態に切り替えられればよい。

・各相各アームのスイッチ部を構成するスイッチとしては、同じ種類のスイッチに限らない。例えば、第１，第２スイッチの双方がＳｉＣデバイスで構成されたＭＯＳＦＥＴであったとしても、チップサイズの相違により短絡容量が異なることがある。このような場合であっても、本発明の適用が有効である。

・制御システムに遮断回路６０が備えられることなく、遮断回路６０の機能を駆動制御部９０が有していてもよい。

・電力変換回路としては、インバータに限らず、上，下アームスイッチを備えるものであれば、例えばフルブリッジ回路であってもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

６０…遮断回路、９０…駆動制御部、ＳＷ１，ＳＷ２…第１，第２スイッチ。

Claims (4)

1. 互いに並列接続された複数のスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）の駆動制御を行うスイッチの駆動装置において、
   複数の前記スイッチには、異なる短絡耐量を有するスイッチが含まれており、
   複数の前記スイッチの少なくとも１つに過電流が流れたことを判定する判定部（９１，９２）と、
   前記判定部により過電流が流れたと判定された場合、複数の前記スイッチをオフ状態に切り替える過電流保護部（６０）と、を備え、
   前記過電流保護部は、複数の前記スイッチのうち、短絡耐量が最も小さいスイッチである最小耐量スイッチ（ＳＷ１）を最初にオフ状態に切り替えるスイッチの駆動装置。
2. 前記過電流保護部は、複数の前記スイッチをオフ状態に切り替える場合において、複数の前記スイッチのうち、前記最小耐量スイッチのスイッチング速度を、残りのスイッチ（ＳＷ２）のスイッチング速度よりも高くする請求項１に記載のスイッチの駆動装置。
3. 前記過電流保護部は、複数の前記スイッチのうち、前記最小耐量スイッチがオフ状態に切り替えられた後、残りのスイッチをオフ状態に切り替える請求項１又は２に記載のスイッチの駆動装置。
4. 前記過電流保護部は、複数の前記スイッチのうちいずれか１つのスイッチに過電流が流れたと前記判定部により判定された場合、前記最小耐量スイッチを最初にオフ状態に切り替える請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチの駆動装置。

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