JP2020182258A - 駆動装置、電力供給システム、及び、駆動装置のテスト方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安全性を向上させることが可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１は、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を検出するセンサ１６と、閾値電圧Ｖｔを出力する閾値電圧設定回路１２と、センサ１６の検出電圧Ｖｓと閾値電圧Ｖｔとを比較することによってストレスの状態が異常であるか否かを判定する異常監視回路１１と、異常監視回路１１によってストレスの状態が異常であると判定された場合、パワートランジスタＴＲ１をオン及びオフの何れかに固定させる制御回路１７と、を備える。制御回路１７は、さらに、動作モードがテストモードの場合、正常に動作する異常監視回路１１であればストレスの状態が異常であると判定するように閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替えることにより、異常監視回路１１によってストレスの状態が異常であると判定されているか否かをテストするように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は駆動装置、電力供給システム、及び、駆動装置のテスト方法に関し、例えば安全性を向上させるのに適した駆動装置、電力供給システム、及び、駆動装置のテスト方法に関する。

電気自動車に搭載されるインバータや大型モータの制御では、高電圧かつ大電流が用いられるため、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等からなるパワートランジスタのオンオフ制御には、高度な安全性が求められる。

例えば、パワートランジスタがオフすべきときに意図せずにオンした場合、当該パワートランジスタには過電流が流れてしまう。また、サージや逆起電圧が発生した場合、パワートランジスタには過電圧が印可されてしまう。さらに、高負荷の場合、パワートランジスタは定格温度を超える過熱状態となってしまう。このような過電流、過電圧又は過熱状態は、パワートランジスタの破壊又は意図しない劣化を引き起こす可能性がある。

そのため、パワートランジスタを駆動するゲートドライバには、パワートランジスタの過電圧、過電流及び過熱状態を検出して当該パワートランジスタを過電圧、過電流及び過熱状態から保護する回路が設けられるのが一般的である。

例えば、特許文献１には、パワートランジスタの保護機能を備えたゲートドライバの構成が開示されている。

また、特許文献２及び非特許文献１には、ＩＧＢＴのゲート電圧に発生するノイズを防ぐためのアクティブミラークランプ回路の構成が開示されている。

特開２０１７−２２９１５１号公報 米国特許第５，５３４，８１４号明細書

L. Dulau, et al, "A new gate driver integrated circuit for IGBT devices with advanced protections", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.21, Issue 1, pp.38-44, 2006

しかしながら、関連技術の構成では、過電圧保護回路等の保護回路が正常に動作しているか否かをテストする機能がないため、例えば、端子のハンダの割れによるオープン故障、ゴミの付着又は部品の故障等によるショートなどによって保護回路が正常に動作していない場合、パワートランジスタを過電圧等の過剰なストレスから保護することができないという問題があった。つまり、関連技術の構成では、安全性を向上させることができないという問題があった。その結果、関連技術の構成では、パワートランジスタが破壊したり意図せずに劣化したりしてしまう恐れがある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、駆動装置は、パワートランジスタに付加されるストレスの状態を検出し、検出電圧として出力するセンサと、閾値電圧を出力する閾値電圧設定回路と、前記検出電圧と前記閾値電圧とを比較することによって、前記パワートランジスタに付加される前記ストレスの状態が異常であるか否かを判定する異常監視回路と、前記異常監視回路によって前記ストレスの状態が異常であると判定された場合、前記パワートランジスタを前記ストレスの種類に応じてオン及びオフの何れかに固定させる制御回路と、を備え、前記制御回路は、さらに、動作モードがテストモードの場合、正常に動作する前記異常監視回路であれば前記ストレスの状態が異常であると判定するように、前記閾値電圧設定回路によって設定される前記閾値電圧のレベルを切り替えることにより、前記異常監視回路によって前記ストレスの状態が異常であると判定されているか否かをテストするように構成されている。

また、他の実施の形態によれば、駆動装置の制御方法では、正常に動作する異常監視回路であればパワートランジスタに付加されるストレスの状態が異常であると判定するように、閾値電圧設定回路によって設定される閾値電圧のレベルを切り替え、前記パワートランジスタに付加されるストレスの状態を検出するセンサの検出電圧と、前記閾値電圧と、を比較することにより、前記異常監視回路によって前記パワートランジスタに付加される前記ストレスの状態が異常であると判定されているか否かをテストする。

前記一実施の形態によれば、安全性を向上させることが可能な駆動装置、電力供給システム、及び、駆動装置のテスト方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる電力供給システムの構成例を示す図である。 図１に示す電力供給システムに設けられたゲート駆動回路のテスト動作を示すフローチャートである。 図１に示す電力供給システムの変形例を示す図である。 実施の形態２にかかる電力供給システムの構成例を示す図である。 インバータ回路の下アームに対応して設けられたゲート駆動回路のテスト動作を説明するための図である。 インバータ回路の上アームに対応して設けられたゲート駆動回路のテスト動作を説明するための図である。 実施の形態３にかかる電力供給システムの構成例を示す図である。 実施の形態４にかかる電力供給システムの構成例を示す図である。 アクティブミラークランプ回路の構成例を示す図である。 実施の形態５にかかる電力供給システムの構成例を示す図である。 図１０に示す電力供給システムに設けられたゲート駆動回路の入出力信号の真理値表である。 図１０に示す電力供給システムに設けられたゲート駆動回路の動作を示すタイミングチャートである。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、いずれかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかる電力供給システムＳＹＳ１の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる電力供給システムＳＹＳ１は、例えば、モータを駆動するインバータ等に用いられる。

ここで、本実施の形態にかかる電力供給システムＳＹＳ１は、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を監視する異常監視回路を備えるとともに、当該異常監視回路が正常に動作するか否かをテストする機能を有する。それにより、本実施の形態にかかる電力供給システムＳＹＳ１は、信頼性の高い異常監視回路を用いてパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を監視することができるため、安全性を向上させることができる。以下、具体的に説明する。

図１に示すように、電力供給システムＳＹＳ１は、パワートランジスタＴＲ１と、当該パワートランジスタＴＲ１を駆動する駆動装置１と、を備える。

パワートランジスタＴＲ１は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等であって、モータ等の負荷への電力供給の有無を切り替える。なお、本実施の形態では、パワートランジスタＴＲ１が、ＩＧＢＴである場合を例に説明する。

駆動装置１は、ゲート駆動回路１０と、センサ１６と、制御回路１７と、抵抗素子Ｒｇと、を少なくとも備える。

センサ１６は、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を検出し、検出電圧Ｖｓとして出力する。パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスとは、例えば、パワートランジスタＴＲ１に印可される電圧、パワートランジスタＴＲ１に流れる電流、及び、パワートランジスタＴＲ１の温度などである。

ゲート駆動回路１０は、制御回路１７からの指示に基づいて、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇを制御する。具体的には、ゲート駆動回路１０は、異常監視回路１１と、閾値電圧設定回路１２と、バッファ１４と、ゲート電圧監視回路１５と、論理回路１３と、を有する。ゲート駆動回路１０に設けられたこれらの構成要素は、例えば、同一チップ上に形成される。

論理回路１３は、制御回路１７からの制御信号ＩＮに応じた制御信号ＯＵＴを生成する。バッファ１４は、制御信号ＯＵＴをドライブして出力する。バッファ１４から出力された制御信号ＯＵＴは、抵抗素子Ｒｇを介して、パワートランジスタＴＲ１のゲートに印可される。それにより、パワートランジスタＴＲ１のオンオフが切り替わる。

異常監視回路１１は、センサ１６による検出結果に基づいて、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であるか否かを監視する。具体的には、異常監視回路１１は、センサ１６から出力された検出電圧Ｖｓと、閾値電圧設定回路１２に設定されている閾値電圧Ｖｔと、を比較して、その比較結果を、監視結果として出力する。

例えば、異常監視回路１１は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔによって規定される許容電圧の範囲内である場合、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が正常であることを示す監視結果を出力する。それに対し、異常監視回路１１は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔによって規定される許容電圧の範囲外である場合、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であることを示す監視結果を出力する。

論理回路１３は、異常監視回路１１からパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であることを示す監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ると、ゲート駆動回路１０に対し、ストレスの種類（電圧、電流及び熱の何れか）に応じてパワートランジスタＴＲ１をオン及びオフの何れかに固定するように指示する。ゲート駆動回路１０は、制御回路１７からの指示に基づいて、パワートランジスタＴＲ１をオン及びオフの何れかに固定させる。それにより、パワートランジスタＴＲ１に付加されている過剰なストレスが解消されるため、パワートランジスタＴＲ１の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

ゲート電圧監視回路１５は、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇを監視する。具体的には、ゲート電圧監視回路１５は、ゲート電圧Ｖｇと参照電圧Ｖｒと比較することによって、ゲート電圧Ｖｇが所望の電圧レベルを示しているか否かを監視する。

論理回路１３は、ゲート電圧監視回路１５による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、を比較する。そして、論理回路１３は、ゲート電圧監視回路１５による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、が異なる場合、エラー信号ＥＲＲ２をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ２を受け取ると、例えば、ゲート駆動回路１０の動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする。

ここで、ゲート電圧監視回路１５は、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇを直接監視している。それにより、ゲート電圧監視回路１５は、ゲート駆動回路１０の内部信号からゲート電圧Ｖｇを間接的に監視する場合と異なり、例えば、チップの端子及びチップ外部の部品の何れかにおいてオープン故障又はショート故障が発生したことによりゲート電圧Ｖｇが所望の電圧レベルを示していないことを検出することができる。

さらに、制御回路１７は、例えば、システムが通常動作に入る前のシステム起動時、アイドル中、又は、システムが通常動作を終えた後のシャットダウン時などにおいて、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のそれぞれが正常に動作するか否かのテストを行う機能を有する。

（ゲート駆動回路１０のテスト動作）
続いて、図２を参照しつつ、電力供給システムＳＹＳ１に設けられたゲート駆動回路１０のテスト動作について説明する。図２は、電力供給システムＳＹＳ１に設けられたゲート駆動回路１０テスト動作を示すフローチャートである。なお、以下では、通常動作が行われる動作モードを通常動作モードと称し、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５が正常に動作するか否かのテストが行われる動作モードをテストモードと称す。

まず、テストモードでは、通常動作モードにおける通常レベルのストレスがパワートランジスタＴＲ１に付加される（ステップＳ１０１）。

その後、制御回路１７は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔによって規定される許容電圧の範囲外となるように、閾値電圧設定回路１２によって設定される閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替える。換言すると、制御回路１７は、正常に動作する異常監視回路１１であればパワートランジスタＴＲ１に付加されているストレスの状態が異常であると判定するように、閾値電圧設定回路１２によって設定される閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替える（ステップＳ１０２）。

その後、制御回路１７は、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のそれぞれによる監視結果の確認を行う（ステップＳ１０３）。

このとき、異常監視回路１１は、正常であれば、パワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であることを示す監視結果を出力し、正常でなければ、それとは逆の監視結果を出力する。論理回路１３は、異常監視回路１１からパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であることを示す監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ることにより、異常監視回路１１が正常に動作していると判定する。

またこのとき、ゲート電圧監視回路１５は、正常であれば、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇが強制的に所定電圧に固定されていることを示す監視結果を出力し、正常でなければ、それとは逆の監視結果を出力する。論理回路１３は、ゲート電圧監視回路１５による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、が同じ値を示す場合、エラー信号ＥＲＲ２をインアクティブ（例えばＬレベル）にする。制御回路１７は、インアクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ２を受け取ることにより、ゲート電圧監視回路１５が正常に動作していると判定する。

制御回路１７は、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５が何れも正常に動作していると判定した場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、閾値電圧Ｖｔを通常動作で用いられるレベルに戻した後、通常動作を開始させる（ステップＳ１０５→Ｓ１０６）。

それに対し、制御回路１７は、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５の何れか一方でも正常に動作していないと判定した場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、例えば、ゲート駆動回路１０の動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする（ステップＳ１０７）。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置１及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１は、動作モードがテストモードの場合、正常に動作する異常監視回路１１であればパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であると判定するように閾値電圧Ｖｔを調整したうえで、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のテストを行うように構成されている。それにより、駆動装置１及び電力供給システムＳＹＳ１は、信頼性の高い異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５を用いてパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を監視することができるため、安全性を向上させることができる。

本実施の形態では、ゲート電圧監視回路１５に供給される参照電圧Ｖｒが固定されている場合を例に説明したが、これに限られない。参照電圧Ｖｒは、閾値電圧設定回路１２等によって調整可能であっても良い（図３参照）。それにより、ゲート電圧監視回路１５のより細かなテストが可能になる。

＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２にかかる電力供給システムＳＹＳ１ａの構成例を示す図である。
電力供給システムＳＹＳ１ａでは、異常監視回路１１がパワートランジスタＴＲ１の印加電圧を監視するように構成されている。以下、具体的に説明する。

図４に示すように、電力供給システムＳＹＳ１ａは、パワートランジスタＴＲ１と、当該パワートランジスタＴＲ１を駆動する駆動装置１ａと、を備える。駆動装置１ａは、ゲート駆動回路１０ａと、センサ１６ａと、制御回路１７と、抵抗素子Ｒｇと、を少なくとも備える。

センサ１６ａは、センサ１６に対応し、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を備える。抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、パワートランジスタＴＲ１のコレクタ（第１端子）及びエミッタ（第２端子）間に直列に設けられている。センサ１６ａは、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２間のノードＮ１１の電圧を、検出電圧Ｖｓとして出力する。なお、検出電圧Ｖｓは、パワートランジスタＴＲ１の印加電圧が大きくなるほど大きくなり、パワートランジスタＴＲ１の印加電圧が小さくなるほど小さくなる。

ゲート駆動回路１０ａは、ゲート駆動回路１０に対応し、コンパレータＣＭＰ１ａと、コンパレータＣＭＰ２と、論理回路１３と、バッファ１４と、レジスタ１２１と、ＤＡコンバータ１２２と、を有する。コンパレータＣＭＰ１ａは、異常監視回路１１として用いられる。コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧監視回路１５として用いられる。レジスタ１２１及びＤＡコンバータ１２２は、閾値電圧設定回路１２として用いられる。

レジスタ１２１には、制御回路１７によって指定された閾値電圧Ｖｔの情報（デジタル値）ＤＴが格納されている。ＤＡコンバータ１２２は、レジスタ１２１に格納されたデジタル値ＤＴを閾値電圧Ｖｔに変換して出力する。

コンパレータＣＭＰ１ａは、閾値電圧Ｖｔと検出電圧Ｖｓとを比較して、その比較結果を、異常監視回路１１による監視結果として出力する。

例えば、コンパレータＣＭＰ１ａは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ未満の場合、パワートランジスタＴＲ１の印加電圧が正常の範囲内であることを示すＬレベルの監視結果を出力する。また、コンパレータＣＭＰ１ａは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上の場合、パワートランジスタＴＲ１の印加電圧が過電圧状態であることを示すＨレベルの監視結果を出力する。

論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ａからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブにする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ると、ゲート駆動回路１０ａに対し、パワートランジスタＴＲ１を強制的にオンに制御するように指示する。ゲート駆動回路１０ａは、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧ＶｇをＨレベルに固定することにより、当該パワートランジスタＴＲ１を強制的にオンさせる。それにより、パワートランジスタＴＲ１の過電圧状態が解消されるため、パワートランジスタＴＲ１の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧Ｖｇと参照電圧Ｖｒとを比較して、その比較結果を、ゲート電圧監視回路１５による監視結果として出力する。コンパレータＣＭＰ２の具体的な動作、及び、コンパレータＣＭＰ２の監視結果に基づく論理回路１３及び制御回路１７の動作については、実施の形態１にかかるゲート電圧監視回路１５、論理回路１３及び制御回路１７の場合と同様であるため、その説明を省略する。

（ゲート駆動回路１０ａのテスト動作）
続いて、電力供給システムＳＹＳ１ａに設けられたゲート駆動回路１０ａのテスト動作について説明する。

まず、テストモードでは、通常動作モードにおける通常レベルの電圧がパワートランジスタＴＲ１に印加される。具体的には、パワートランジスタＴＲ１のコレクタには、例えば４００Ｖの電圧が印加される。このとき、検出電圧Ｖｓは、例えばコレクタ電圧の１００分の１の４Ｖを示す。

その後、制御回路１７は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上となるように閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替える。換言すると、制御回路１７は、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ａであればパワートランジスタＴＲ１が過電圧状態であることを示すＨレベルの監視結果を出力するように、閾値電圧Ｖｔのレベルを（例えば通常時の６Ｖから３Ｖに）低下させる。

その後、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ａ，ＣＭＰ２のそれぞれによる監視結果の確認を行う。

このとき、検出電圧Ｖｓ（＝４Ｖ）が閾値電圧Ｖｔ（＝３Ｖ）よりも高くなるため、コンパレータＣＭＰ１ａは、正常であればＨレベルの監視結果を出力し、正常でなければＬレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ａからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ１ａが正常に動作していると判定する。

またこのとき、コンパレータＣＭＰ２は、正常であれば、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇが強制的にＨレベルに固定されていることを示すＨレベルの監視結果を出力し、正常でなければ、Ｌレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ２による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、が同じ値（Ｈレベル）を示す場合、エラー信号ＥＲＲ２をインアクティブ（例えばＬレベル）にする。制御回路１７は、インアクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ２を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ２が正常に動作していると判定する。

制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ａ，ＣＭＰ２が何れも正常に動作していると判定した場合、閾値電圧Ｖｔを通常動作で用いられるレベル（例えば６Ｖ）に戻した後、通常動作を開始させる。それに対し、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ａ，ＣＭＰ２の何れか一方でも正常に動作していないと判定した場合、例えば、ゲート駆動回路１０ａの動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする。

駆動装置１ａのその他の構成及び動作については、駆動装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置１ａ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ａは、動作モードがテストモードの場合、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ａであればパワートランジスタＴＲ１の印加電圧が過電圧状態であると判定するように閾値電圧Ｖｔを低下させたうえで、コンパレータＣＭＰ１ａ，ＣＭＰ２のテストを行うように構成されている。それにより、駆動装置１ａ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ａは、信頼性の高いコンパレータＣＭＰ１ａ，ＣＭＰ２を用いてパワートランジスタＴＲ１の印加電圧を監視することができるため、安全性を向上させることができる。なお、駆動装置１ａ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ａは、高電圧を発生させることなく容易にテストを実施することが可能である。

（電力供給システムＳＹＳ１ａの適用事例及びそのテスト動作）
続いて、電力供給システムＳＹＳ１ａの適用事例及びそのテスト動作について説明する。本例では、電力供給システムＳＹＳ１ａがインバータ回路に適用されている。

図５は、インバータ回路の下アームに対応して設けられたゲート駆動回路のテスト動作を説明するための図である。図６は、インバータ回路の上アームに対応して設けられたゲート駆動回路のテスト動作を説明するための図である。

図５及び図６に示すように、インバータ回路は、パワートランジスタＴＲ１＿１と、パワートランジスタＴＲ１＿２と、ゲート駆動回路１０＿１，１０＿２と、センサ１６＿１，１６＿２と、を備える。

パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２は、電源電圧Ｖｂｕｓが供給される電源電圧端子（以下、電源電圧端子Ｖｂｕｓと称す）と、接地電圧端子ＧＮＤと、の間に直列に設けられている。パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２は、何れもパワートランジスタＴＲ１に対応し、それぞれインバータ回路の上アーム及び下アームを構成する。

センサ１６＿１，１６＿２は、何れもセンサ１６ａに対応し、それぞれパワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２の印加電圧を検出する。ゲート駆動回路１０＿１，１０＿２は、何れもゲート駆動回路１０ａに対応し、それぞれパワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２のゲートを駆動する。

まず、図５を用いて、下アーム（パワートランジスタＴＲ１＿２）に対応して設けられたゲート駆動回路１０＿２のテスト動作について説明する。

初期状態では、パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２を何れもオフにした状態で、電源電圧端子に電源電圧Ｖｂｕｓ（例えば４００Ｖ）が印可される。なお、各ゲート駆動回路１０＿１，１０＿２の閾値電圧Ｖｔは、例えば６００Ｖに設定されている。

その後、パワートランジスタＴＲ１＿２をオフに保った状態で、パワートランジスタＴＲ１＿１をオフからオンに切り替える。それにより、パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２間の出力端子は、電源電圧Ｖｂｕｓレベル（４００Ｖ）にプリチャージされる。プリチャージ完了後、パワートランジスタＴＲ１＿１を再びオンからオフに切り替える。このとき、パワートランジスタＴＲ１＿２のコレクタ及びエミッタ間には、電源電圧Ｖｂｕｓレベルの電圧が印加されている。

その後、ゲート駆動回路１０＿２の閾値電圧Ｖｔを、電源電圧Ｖｂｕｓより低い電圧レベル（例えば３００Ｖ）に切り替える。それにより、ゲート駆動回路１０＿２に設けられた異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のテストが行われる。なお、ゲート駆動回路１０＿２に設けられた異常監視回路１１が正常に動作した場合、パワートランジスタＴＲ１＿２は強制的にオンに制御される。

続いて、図６を用いて、上アーム（パワートランジスタＴＲ１＿１）に対応して設けられたゲート駆動回路１０＿１のテスト動作について説明する。

初期状態では、パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２を何れもオフにした状態で、電源電圧端子に電源電圧Ｖｂｕｓ（例えば４００Ｖ）が印可される。なお、各ゲート駆動回路１０＿１，１０＿２の閾値電圧Ｖｔは、例えば６００Ｖに設定されている。

その後、パワートランジスタＴＲ１＿１をオフに保った状態で、パワートランジスタＴＲ１＿２をオフからオンに切り替える。それにより、パワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２間の出力端子は、接地電圧ＧＮＤレベル（０Ｖ）にプリチャージされる。プリチャージ完了後、パワートランジスタＴＲ１＿２を再びオンからオフに切り替える。このとき、パワートランジスタＴＲ１＿１のコレクタ及びエミッタ間には、電源電圧Ｖｂｕｓレベルの電圧が印加されている。

その後、ゲート駆動回路１０＿１の閾値電圧Ｖｔを、電源電圧Ｖｂｕｓより低い電圧レベル（例えば３００Ｖ）に切り替える。それにより、ゲート駆動回路１０＿１に設けられた異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のテストが行われる。なお、ゲート駆動回路１０＿１に設けられた異常監視回路１１が正常に動作した場合、パワートランジスタＴＲ１＿１は強制的にオンに制御される。

このように、インバータ回路に適用された電力供給システムＳＹＳ１ａは、電源電圧端子Ｖｂｕｓと接地電圧端子ＧＮＤとを短絡させることなく、ゲート駆動回路１０＿１，１０＿２のテストを実施している。それにより、短絡電流によるパワートランジスタＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２及びモータ等の負荷の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

＜実施の形態３＞
図７は、実施の形態３にかかる電力供給システムＳＹＳ１ｂの構成例を示す図である。
電力供給システムＳＹＳ１ｂでは、異常監視回路１１がパワートランジスタＴＲ１に流れる電流を監視するように構成されている。以下、具体的に説明する。

図７に示すように、電力供給システムＳＹＳ１ｂは、パワートランジスタＴＲ１と、当該パワートランジスタＴＲ１を駆動する駆動装置１ｂと、を備える。駆動装置１ｂは、ゲート駆動回路１０ｂと、センサ１６ｂと、制御回路１７と、抵抗素子Ｒｇと、を少なくとも備える。なお、本実施の形態では、パワートランジスタＴＲ１が、マルチエミッタ型のＩＧＢＴである場合を例に説明する。例えば、マルチエミッタ型のＩＧＢＴの電流センス用エミッタには、エミッタの１００００分の１の電流が流れる。

センサ１６ｂは、センサ１６に対応し、抵抗素子Ｒｓを備える。センサ１６ｂは、パワートランジスタＴＲ１の電流センス用エミッタに流れる電流を、抵抗素子Ｒｓを用いて検出電圧Ｖｓに変換して出力する。なお、検出電圧Ｖｓは、パワートランジスタＴＲ１に流れる電流が大きくなるほど大きくなり、パワートランジスタＴＲ１に流れる電流が小さくなるほど小さくなる。

ゲート駆動回路１０ｂは、ゲート駆動回路１０に対応し、コンパレータＣＭＰ１ｂと、コンパレータＣＭＰ２と、論理回路１３と、バッファ１４と、レジスタ１２１と、ＤＡコンバータ１２２と、を有する。コンパレータＣＭＰ１ｂは、異常監視回路１１として用いられる。コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧監視回路１５として用いられる。レジスタ１２１及びＤＡコンバータ１２２は、閾値電圧設定回路１２として用いられる。

コンパレータＣＭＰ１ｂは、閾値電圧Ｖｔと検出電圧Ｖｓとを比較して、その比較結果を、異常監視回路１１による監視結果として出力する。

例えば、コンパレータＣＭＰ１ｂは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ未満の場合、パワートランジスタＴＲ１に流れる電流が正常の範囲内であることを示すＬレベルの監視結果を出力する。また、コンパレータＣＭＰ１ｂは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上の場合、パワートランジスタＴＲ１に流れる電流が過電流状態であることを示すＨレベルの監視結果を出力する。

論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ｂからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブにする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ると、ゲート駆動回路１０ｂに対し、パワートランジスタＴＲ１を強制的にオフに制御するように指示する。ゲート駆動回路１０ｂは、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧ＶｇをＬレベルに固定することにより、当該パワートランジスタＴＲ１を強制的にオフさせる。それにより、パワートランジスタＴＲ１の過電流状態が解消されるため、パワートランジスタＴＲ１の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧Ｖｇと参照電圧Ｖｒとを比較して、その比較結果を、ゲート電圧監視回路１５による監視結果として出力する。コンパレータＣＭＰ２の具体的な動作、及び、コンパレータＣＭＰ２の監視結果に基づく論理回路１３及び制御回路１７の動作については、実施の形態１にかかるゲート電圧監視回路１５、論理回路１３及び制御回路１７の場合と同様であるため、その説明を省略する。

（ゲート駆動回路１０ｂのテスト動作）
続いて、電力供給システムＳＹＳ１ｂに設けられたゲート駆動回路１０ｂのテスト動作について説明する。

まず、テストモードでは、通常動作モードにおける通常レベルの電流がパワートランジスタＴＲ１に供給される。

その後、制御回路１７は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上となるように閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替える。換言すると、制御回路１７は、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ｂであればパワートランジスタＴＲ１に流れる電流が過電流状態であることを示すＨレベルの監視結果が出力するように、閾値電圧Ｖｔのレベルを低下させる。

なお、本実施の形態では、テストモードにおいて、パワートランジスタＴＲ１に電流を流すとともに、閾値電圧Ｖｔのレベルを低下させる場合を例に説明しているが、これに限られない。例えば、パワートランジスタＴＲ１に電流を流さずに、閾値電圧Ｖｔを負電圧まで低下させてもよい。或いは、パワートランジスタＴＲ１に電流を流さずに、コンパレータＣＭＰ１ｂの２つの入力端子間にＤＣオフセットを付加するようにしてもよい。

その後、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｂ，ＣＭＰ２のそれぞれによる監視結果の確認を行う。

このとき、コンパレータＣＭＰ１ｂは、正常であればＨレベルの監視結果を出力し、正常でなければＬレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ｂからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ１ｂが正常に動作していると判定する。

またこのとき、コンパレータＣＭＰ２は、正常であれば、一定時間以内（例えば１μｓ以内）にパワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇが強制的にＬレベルに固定されていることを示すＬレベルの監視結果を出力し、正常でなければＨレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ２による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、が同じ値（Ｌレベル）を示す場合、エラー信号ＥＲＲ２をインアクティブ（例えばＬレベル）にする。制御回路１７は、インアクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ２を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ２が正常に動作していると判定する。

制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｂ，ＣＭＰ２が何れも正常に動作していると判定した場合、閾値電圧Ｖｔを通常動作で用いられるレベルに戻した後、通常動作を開始させる。それに対し、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｂ，ＣＭＰ２の何れか一方でも正常に動作していないと判定した場合、例えば、ゲート駆動回路１０ｂの動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする。

駆動装置１ｂのその他の構成及び動作については、駆動装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置１ｂ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｂは、動作モードがテストモードの場合、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ｂであればパワートランジスタＴＲ１に流れる電流が過電流状態であると判定するように閾値電圧Ｖｔを低下させたうえで、コンパレータＣＭＰ１ｂ，ＣＭＰ２のテストを行うように構成されている。それにより、駆動装置１ｂ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｂは、信頼性の高いコンパレータＣＭＰ１ｂ，ＣＭＰ２を用いてパワートランジスタＴＲ１に流れる電流の状態を監視することができるため、安全性を向上させることができる。なお、駆動装置１ｂ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｂは、過電流を発生させることなく容易にテストを実施することが可能である。

本実施の形態では、パワートランジスタＴＲ１がマルチエミッタ型のＩＧＢＴであって、パワートランジスタＴＲ１の電流センス用エミッタに流れる電流が検出電圧Ｖｓに変換されて用いられた場合を例に説明したが、これに限られない。パワートランジスタＴＲ１がマルチソース型のＭＯＳＦＥＴであって、パワートランジスタＴＲ１の電流センス用ソースに流れる電流が検出電圧Ｖｓに変換されて用いられても良い。また、例えば、ＩＧＢＴのコレクタ電流が大きくなるほど当該ＩＧＢＴのコレクタ及びエミッタ間電圧が高くなる現象を利用して、パワートランジスタＴＲ１のコレクタ及びエミッタ間電圧に比例する電圧が検出電圧Ｖｓとして用いられてもよい（以下、この電流検出方式をＤＥＳＡＴ方式と称す）。

なお、ＤＥＳＡＴ方式が採用された場合、テストモードでは、パワートランジスタＴＲ１をオフしてコレクタ電圧を上昇させることにより、コンパレータＣＭＰ１ｃにパワートランジスタＴＲ１の過電流状態を検出するか否かのテストを行わせることができる。ただし、通常動作モードでは、パワートランジスタＴＲ１がオフしている場合、コレクタ電圧が上昇していても、コンパレータＣＭＰ１ｃにパワートランジスタＴＲ１の異常ではないことを考慮させる必要がある。

＜実施の形態４＞
図８は、実施の形態４にかかる電力供給システムＳＹＳ１ｃの構成例を示す図である。
電力供給システムＳＹＳ１ｃでは、異常監視回路１１がパワートランジスタＴＲ１の温度を監視するように構成されている。以下、具体的に説明する。

図８に示すように、電力供給システムＳＹＳ１ｃは、パワートランジスタＴＲ１と、当該パワートランジスタＴＲ１を駆動する駆動装置１ｃと、を備える。駆動装置１ｃは、ゲート駆動回路１０ｃと、センサ１６ｃと、制御回路１７と、抵抗素子Ｒｇと、を少なくとも備える。

センサ１６ｃは、センサ１６に対応し、定電流源Ｉ１とダイオードＤ１とを備える。ダイオードＤ１は、例えばパワートランジスタＴＲ１が形成されたチップ上において、パワートランジスタＴＲ１の近傍に設けられている。そのため、ダイオードＤ１の温度は、パワートランジスタＴＲ１と同等程度の温度を示す。他方、定電流源Ｉ１は、例えば、ゲート駆動回路１０ｃが搭載されたチップ上に設けられている。

ダイオードＤ１には、定電流源Ｉ１から出力された定電流が流れる。センサ１６ｃは、ダイオードＤ１の順方向電圧を検出電圧Ｖｓとして出力する。なお、検出電圧Ｖｓは、常温でも０Ｖより高い値を示している。具体的には、検出電圧Ｖｓは、常温でも０Ｖとロジック電源電圧又はアナログ電源電圧との中間値程度の値を示している。また、ダイオードＤ１の順方向電圧は、パワートランジスタＴＲ１の温度が高くなるほど小さくなり、パワートランジスタＴＲ１の温度が低くなるほど大きくなる。なお、センサ１６ｃは、上述の構成に限られず、サーミスタ又は熱電対によって構成されてもよい。

ゲート駆動回路１０ｃは、ゲート駆動回路１０に対応し、コンパレータＣＭＰ１ｃと、コンパレータＣＭＰ２と、論理回路１３と、バッファ１４と、レジスタ１２１と、ＤＡコンバータ１２２と、を有する。コンパレータＣＭＰ１ｃは、異常監視回路１１として用いられる。コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧監視回路１５として用いられる。レジスタ１２１及びＤＡコンバータ１２２は、閾値電圧設定回路１２として用いられる。

コンパレータＣＭＰ１ｃは、閾値電圧Ｖｔと検出電圧Ｖｓとを比較して、その比較結果を、異常監視回路１１による監視結果として出力する。

例えば、コンパレータＣＭＰ１ｃは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上の場合、パワートランジスタＴＲ１の温度が正常の範囲内であることを示すＬレベルの監視結果を出力する。また、コンパレータＣＭＰ１ｃは、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ未満の場合、パワートランジスタＴＲ１の温度が過熱状態であることを示すＨレベルの監視結果を出力する。

論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ｃからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブにする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ると、ゲート駆動回路１０ｃに対し、パワートランジスタＴＲ１を強制的にオフに制御するように指示する。ゲート駆動回路１０ｃは、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧ＶｇをＬレベルに固定することにより、当該パワートランジスタＴＲ１を強制的にオフさせる。それにより、パワートランジスタＴＲ１の過熱状態が解消されるため、パワートランジスタＴＲ１の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

コンパレータＣＭＰ２は、ゲート電圧Ｖｇと参照電圧Ｖｒとを比較して、その比較結果を、ゲート電圧監視回路１５による監視結果として出力する。コンパレータＣＭＰ２の具体的な動作、及び、コンパレータＣＭＰ２の監視結果に基づく論理回路１３及び制御回路１７の動作については、実施の形態１にかかるゲート電圧監視回路１５、論理回路１３及び制御回路１７の場合と同様であるため、その説明を省略する。

（ゲート駆動回路１０ｃのテスト動作）
続いて、電力供給システムＳＹＳ１ｃに設けられたゲート駆動回路１０ｃのテスト動作について説明する。

まず、テストモードでは、パワートランジスタＴＲ１が常温に設定される。
その後、制御回路１７は、検出電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔ以上となるように閾値電圧Ｖｔのレベルを切り替える。換言すると、制御回路１７は、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ｃであればパワートランジスタＴＲ１の温度が過熱状態であることを示すＨレベルの監視結果を出力するように、閾値電圧Ｖｔのレベルを低下させる。

その後、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｃ，ＣＭＰ２のそれぞれによる監視結果の確認を行う。

このとき、コンパレータＣＭＰ１ｃは、正常であればＨレベルの監視結果を出力し、正常でなければＬレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ１ｃからＨレベルの監視結果を受け取ると、エラー信号ＥＲＲ１をアクティブ（例えばＨレベル）にする。制御回路１７は、アクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ１を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ１ｃが正常に動作していると判定する。

またこのとき、コンパレータＣＭＰ２は、正常であれば、一定時間以内（例えば１μｓ以内）にパワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇが強制的にＬレベルに固定されていることを示すＬレベルの監視結果を出力し、正常でなければＨレベルの監視結果を出力する。論理回路１３は、コンパレータＣＭＰ２による監視結果と、制御回路１７から出力された制御信号ＩＮと、が同じ値（Ｌレベル）を示す場合、エラー信号ＥＲＲ２をインアクティブ（例えばＬレベル）にする。制御回路１７は、インアクティブ状態のエラー信号ＥＲＲ２を受け取ることにより、コンパレータＣＭＰ２が正常に動作していると判定する。

制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｃ，ＣＭＰ２が何れも正常に動作していると判定した場合、閾値電圧Ｖｔを通常動作で用いられるレベルに戻した後、通常動作を開始させる。なお、制御回路１７は、コンパレータＣＭＰ１ｃ，ＣＭＰ２の何れか一方でも正常に動作していないと判定した場合、例えば、ゲート駆動回路１０ｃの動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする。

駆動装置１ｃのその他の構成及び動作については、駆動装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置１ｃ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｃは、動作モードがテストモードの場合、正常に動作するコンパレータＣＭＰ１ｃであればパワートランジスタＴＲ１が過熱状態であると判定するように閾値電圧Ｖｔを低下させたうえで、コンパレータＣＭＰ１ｃ，ＣＭＰ２のテストを行うように構成されている。それにより、駆動装置１ｃ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｃは、信頼性の高いコンパレータＣＭＰ１ｃ，ＣＭＰ２を用いてパワートランジスタＴＲ１に流れる電流の状態を監視することができるため、安全性を向上させることができる。なお、駆動装置１ｃ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｃは、過熱状態を発生させることなく容易にテストを実施することが可能である。

＜実施の形態５＞
上記実施の形態１〜４にかかるゲート電圧監視回路１５は、後述するアクティブミラークランプ回路に設けられたコンパレータを流用しても良い。それにより、ゲート駆動回路１０の回路規模の増大が抑制される。

さらに、アクティブミラークランプ回路は、パワートランジスタＴＲ１のゲートに誤点弧が起こりやすいレベルのノイズが発生しているか否かを検出する機能を持たせることも可能である。以下、具体的に説明する。

まず、一般的なアクティブミラークランプ回路について説明する。一般的に、オフ状態のパワートランジスタＴＲ１のコレクタ電圧が急峻に上昇した場合、コレクタ電圧の上昇が、ゲート及びコレクタ間に形成された帰還容量を通じてゲートに伝搬し、ゲート電圧Ｖｇが意図せずに上昇してしまう。ここで、ゲート電圧ＶｇがパワートランジスタＴＲ１の閾値電圧以上に上昇すると、パワートランジスタＴＲ１が意図せずにオンしてしまうため、パワートランジスタＴＲ１が破壊したり意図せず劣化したりしてしまう可能性がある。このような問題を解決するため、通常、ゲート駆動回路１０には、パワートランジスタＴＲ１のゲートをクランプするためのアクティブミラークランプ回路が設けられる。

図９は、アクティブミラークランプ回路２０の構成例を示す図である。
図９に示すように、アクティブミラークランプ回路２０は、コンパレータ２１と、スイッチ切替回路２２と、バッファ２３と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（スイッチ素子；以下、単にトランジスタと称す）ＭＮ１と、を備える。

コンパレータ２１は、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇと参照電圧Ｖｒとを比較して、比較結果を出力する。具体的には、コンパレータ２１は、ゲート電圧Ｖｇが参照電圧Ｖｒ以上の場合、Ｌレベルの比較結果を出力し、ゲート電圧Ｖｇが参照電圧Ｖｒ未満の場合、Ｈレベルの比較結果を出力する。なお、参照電圧Ｖｒは、パワートランジスタＴＲ１のオンオフの切り替わりの境界値（閾値）よりも低い値を示す。

スイッチ切替回路２２は、制御回路１７から出力される制御信号ＩＮ（ＯＵＴ）がＨレベルからＬレベルに切り替わったことに応じて、パワートランジスタＴＲ１がオンからオフに切り替わり、その後、さらにゲート電圧Ｖｇが参照電圧Ｖｒ未満に低下すると、制御信号ＡＭＣをＬレベルからＨレベルに切り替える。

制御信号ＡＭＣは、バッファ２３を介して、トランジスタＭＮ１のゲートに印可される。トランジスタＭＮ１は、パワートランジスタＴＲ１のゲートと接地電圧端子との間に設けられ、制御信号ＡＭＣに基づいてオンオフを切り替える。例えば、制御信号ＡＭＣがＬレベルからＨレベルに切り替わると、それに応じて、トランジスタＴＲ１はオフからオンに切り替わる。それにより、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇは、速やかにグランドレベルにまで低下する。

なお、スイッチ切替回路２２は、制御信号ＩＮがＬレベルを示している期間中は、ゲート電圧Ｖｇが一時的に参照電圧Ｖｒ以上に上昇した場合でも、Ｈレベルの制御信号ＡＭＣを出力し続ける。そのため、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇは、グランドレベルに維持される。

また、このとき、パワートランジスタＴＲ１のゲート電圧Ｖｇは、抵抗素子Ｒｇを介さずに直接グランドレベルに固定される。そのため、オフ状態のパワートランジスタＴＲ１のコレクタ電圧Ｖｃが急峻に上昇した場合でも、ゲート電圧Ｖｇの上昇は抑制される。それにより、パワートランジスタＴＲ１が意図せずオンしなくなるため、パワートランジスタＴＲ１の破壊及び意図しない劣化が抑制される。

なお、パワートランジスタＴＲ１のターンオフ過程のうち、ゲート電圧ＶｇがパワートランジスタＴＲ１のオンオフの切り替わりの境界値（閾値）未満に低下するまでは、ゲート電圧Ｖｇは、制御回路１７から抵抗素子Ｒｇを介して供給される制御信号ＯＵＴによって制御される。また、パワートランジスタＴＲ１のターンオン過程においても、ゲート電圧Ｖｇは、制御回路１７から抵抗素子Ｒｇを介して供給される制御信号ＯＵＴによって制御される。そのため、パワートランジスタＴＲ１のオンオフのスイッチング速度は、アクティブミラークランプ回路２０によるクランプの影響を受けること無く、制御回路１７によって所望の速度に制御される。

続いて、パワートランジスタＴＲ１のゲートにノイズが発生したことを検出する機能を有する本実施の形態にかかるアクティブミラークランプ回路について説明する。なお、以下では、本実施の形態にかかるアクティブミラークランプ回路に設けられたコンパレータが、ゲート電圧監視回路１５としても用いられている場合について説明する。

図１０は、実施の形態５にかかる電力供給システムＳＹＳ１ｄの構成例を示す図である。図１０に示すように、電力供給システムＳＹＳ１ｄは、パワートランジスタＴＲ１と、当該パワートランジスタＴＲ１を駆動する駆動装置１ｄと、を備える。駆動装置１ｄは、ゲート駆動回路１０ｄと、制御回路１７と、抵抗素子Ｒｇと、を少なくとも備える。なお、図１０の例では、ゲート駆動回路１０ｄの構成要素のうち、異常監視回路１１に相当する構成要素については省略されている。それに伴い、センサ１６についても省略されている。

ゲート駆動回路１０ｄには、アクティブミラークランプ回路２０の構成要素である、コンパレータ２１、スイッチ切替回路２２ｄ、バッファ２３、及び、トランジスタＭＮ１が用いられている。具体的には、ゲート駆動回路１０ｄは、コンパレータ２１と、スイッチ切替回路２２ｄと、バッファ１４と、バッファ２３と、トランジスタＭＮ１と、レジスタ１２３と、ＤＡコンバータ１２４と、を有する。コンパレータ２１は、ゲート電圧監視回路１５としても用いられる。スイッチ切替回路２２ｄは、論理回路１３としても用いられる。レジスタ１２３及びＤＡコンバータ１２４は、参照電圧Ｖｒのレベルを設定するための設定回路として用いられる。参照電圧Ｖｒのレベルは調整可能である。

スイッチ切替回路２２ｄは、スイッチ切替回路２２の変形例であって、例えば、ＳＲラッチ回路２２１及び論理積回路２２２を有する。ＳＲラッチ回路２２１では、リセット端子Ｒに、制御回路１７からの制御信号ＩＮが入力され、セット端子Ｓに、コンパレータ２１の比較結果Ｖｃｍｐが入力され、出力端子Ｑから、制御信号ＡＭＣが出力される。この例では、ＳＲラッチ回路２２１のセットとリセットが同時に入力された場合には、リセットが優先されるものとする。論理積回路２２２は、制御信号ＡＭＣと、コンパレータ２１の比較結果の反転信号と、の論理積をエラー信号ＥＲＲ２として出力する。

図１１は、ゲート駆動回路１０ｄの入出力信号の真理値表である。
図１２は、ゲート駆動回路１０ｄの動作を示すタイミングチャートである。
図１１及び図１２に示すように、制御回路１７から出力される制御信号ＩＮがＨレベルの場合、比較結果Ｖｃｍｐに関わらず、制御信号ＡＭＣはＬレベルを示し、エラー信号ＥＲＲ２はＬレベルを示す。その後、制御信号ＩＮがＨレベルからＬレベルに切り替わると、それに応じて、制御信号ＯＵＴの電圧（ゲート電圧Ｖｇ）は低下する。しかしながら、制御信号ＯＵＴの電圧Ｖｇが参照電圧Ｖｒ（例えば３Ｖ）以上を示す期間中は、比較結果ＶｃｍｐはＬレベルを示す。このとき、制御信号ＡＭＣはＬレベルを示し、エラー信号ＥＲＲ２はエラーが発生していないことを表すＬレベルを示す。制御信号ＡＭＣがＬレベルを示すため、トランジスタＭＮ１はオフしている。その後、制御信号ＯＵＴの電圧Ｖｇが参照電圧Ｖｒ未満になると、比較結果ＶｃｍｐはＬレベルからＨレベルに切り替わる。それにより、制御信号ＡＭＣはＬレベルからＨレベルに切り替わる。なお、エラー信号ＥＲＲ２はＬレベルに維持される。制御信号ＡＭＣがＨレベルを示すため、トランジスタＭＮ１はオンする。その後、制御信号ＩＮがＬレベルを示しているにも関わらず制御信号ＯＵＴの電圧Ｖｇがノイズ等の影響で一時的に参照電圧Ｖｒ以上になると、比較結果Ｖｃｍｐは一時的にＬレベルに切り替わる。このとき、エラー信号ＥＲＲ２は、Ｌレベルから、意図せずゲート電圧Ｖｇが上昇したことを表すＨレベルに切り替わる。なお、このとき、制御信号ＡＭＣはＨレベルに維持される。そのため、トランジスタＭＮ１はオン状態を維持する。

制御回路１７は、Ｈレベルのエラー信号ＥＲＲ２を受け取ると、例えば、ゲート駆動回路１０ｄの動作を停止させたり、パワートランジスタＴＲ１が正しく動作していないことをユーザに通報したりする。

このとき、制御回路１７は、例えば、パワートランジスタＴＲ１のスイッチング速度を低下させたり、その他の各種パラメータを調整したりすることによって、ゲート電圧Ｖｇに発生するノイズの上昇度合いを抑制させても良い。

なお、通常動作の前に、例えば、参照電圧Ｖｒを調整しつつパワートランジスタＴＲ１のスイッチング制御を行うことにより、ノイズ成分を含めたゲート電圧Ｖｇの値が、パワートランジスタＴＲ１をオフからオンに切り替える閾値に達するまで、どの程度余裕があるのかを観測することができる。制御回路１７は、この観測結果を用いることにより、スイッチング速度を効率よく調整することができる。

例えば、パワートランジスタＴＲ１をオフからオンに切り替えるゲート電圧Ｖｇの閾値を５．０Ｖとする。また、スイッチング動作によるゲート電圧Ｖｇの上昇は２．０Ｖの上昇まで許容されているものとする。この場合、参照電圧Ｖｒを２．０Ｖに設定した状態で、エラーが検出されない範囲内でゲート駆動電流をできるだけ大きくし、かつ、スイッチング速度を速めていくことにより、スイッチング損失を抑制し、かつ、スイッチング動作による誤点弧を防ぐことが可能な、パラメータ設定値を自動的に探索することができる。なお、パラメータ設定値の探索及び調整が完了すると、レジスタ１２３の値は制御回路１７によって書き換えられ、参照電圧Ｖｒは通常動作で用いられるレベル（例えば、３Ｖ）に戻される。

このように、本実施の形態にかかる駆動装置１ｃ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｄは、アクティブミラークランプ回路に設けられたコンパレータを流用してゲート電圧監視回路１５を実現している。それにより、駆動装置１ｃ及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｄは、回路規模の増大を抑制することができる。

また、本実施の形態にかかる駆動装置１及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｄでは、アクティブミラークランプ回路が、パワートランジスタＴＲ１のゲートに誤点弧が起こりやすいレベルのノイズが発生しているか否かの検出を行う機能を有する。それにより、駆動装置１及びそれを備えた電力供給システムＳＹＳ１ｄは、パワートランジスタＴＲ１のゲートに誤点弧が起こりやすいレベルのノイズが発生したことを検出した場合、例えば、ノイズを低減させるためにスイッチング速度を調整することなどができるため、安全性をさらに向上させることができる。

以上のように、上記実施の形態１〜５にかかる駆動装置、電力供給システム、及び、駆動装置のテスト方法は、動作モードがテストモードの場合、正常に動作する異常監視回路１１であればパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態が異常であると判定されるように閾値電圧Ｖｔを調整したうえで、異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５のテストを行うように構成されている。それにより、上記実施の形態１〜５にかかる駆動装置及び電力供給システムは、信頼性の高い異常監視回路１１及びゲート電圧監視回路１５を用いてパワートランジスタＴＲ１に付加されるストレスの状態を監視することができるため、安全性を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

上記実施の形態１〜５では、パワートランジスタＴＲ１がＩＧＢＴである場合を例に説明したが、これに限られない。パワートランジスタＴＲ１は、例えばＭＯＳＦＥＴ等のＩＧＢＴ以外のトランジスタであっても良い。

また、上記実施の形態１〜５では、ゲート電圧監視回路１５（又はそれに相当する回路）が設けられた場合を例に説明したが、これに限られない。異常監視回路１１（又はそれに相当する回路）及びゲート電圧監視回路１５（又はそれに相当する回路）のうち、少なくとも異常監視回路１１のみが設けられていれば良い。

例えば、上記の実施の形態に係る半導体装置では、半導体基板、半導体層、拡散層（拡散領域）などの導電型（ｐ型もしくはｎ型）を反転させた構成としてもよい。そのため、ｎ型、及びｐ型の一方の導電型を第１の導電型とし、他方の導電型を第２の導電型とした場合、第１の導電型をｐ型、第２の導電型をｎ型とすることもできるし、反対に第１の導電型をｎ型、第２の導電型をｐ型とすることもできる。

１ 駆動装置
１ａ〜１ｄ 駆動装置
１０ ゲート駆動回路
１０＿１，１０＿２ ゲート駆動回路
１０ａ〜１０ｄ ゲート駆動回路
１１ 異常監視回路
１２ 閾値電圧設定回路
１３ 論理回路
１４ バッファ
１５ ゲート電圧監視回路
１６ センサ
１６ａ〜１６ｃ センサ
１６＿１，１６＿２ センサ
１７ 制御回路
２０ アクティブミラークランプ回路
２１ コンパレータ
２２ スイッチ切替回路
２２ｄ スイッチ切替回路
２３ バッファ
１２１ レジスタ
１２２ ＤＡコンバータ
１２３ レジスタ
１２４ ＤＡコンバータ
２２１ ＳＲラッチ回路
２２２ 論理積回路
ＣＭＰ１ａ コンパレータ
ＣＭＰ１ｂ コンパレータ
ＣＭＰ１ｃ コンパレータ
ＣＭＰ２ コンパレータ
Ｄ１ ダイオード
Ｉ１ 定電流源
ＭＮ１ トランジスタ
Ｎ１１ ノード
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗素子
Ｒｇ 抵抗素子
Ｒｓ 抵抗素子
ＳＹＳ１ 電力供給システム
ＳＹＳ１ａ〜ＳＹＳ１ｄ 電力供給システム
ＴＲ１ パワートランジスタ
ＴＲ１＿１，ＴＲ１＿２ パワートランジスタ

Claims (19)

1. パワートランジスタに付加されるストレスの状態を検出し、検出電圧として出力するセンサと、
   閾値電圧を出力する閾値電圧設定回路と、
   前記検出電圧と前記閾値電圧とを比較することによって、前記パワートランジスタに付加される前記ストレスの状態が異常であるか否かを判定する異常監視回路と、
   前記異常監視回路によって前記ストレスの状態が異常であると判定された場合、前記パワートランジスタを前記ストレスの種類に応じてオン及びオフの何れかに固定させる制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、さらに、動作モードがテストモードの場合、正常に動作する前記異常監視回路であれば前記ストレスの状態が異常であると判定するように、前記閾値電圧設定回路によって設定される前記閾値電圧のレベルを切り替えることにより、前記異常監視回路によって前記ストレスの状態が異常であると判定されているか否かをテストするように構成されている、
   駆動装置。
2. 前記ストレスは、前記パワートランジスタに印可される電圧であって、
   前記異常監視回路は、前記パワートランジスタに印可される電圧に応じて前記センサから出力される前記検出電圧と、前記閾値電圧と、を比較することによって、前記パワートランジスタに印可される電圧が過電圧の状態であるか否かを判定するように構成され、
   前記制御回路は、前記異常監視回路によって前記パワートランジスタに印可される電圧が過電圧の状態であると判定された場合、前記パワートランジスタを強制的にオンに制御するように構成されている、
   請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記センサは、
   前記パワートランジスタの第１端子及び第２端子間に直列に設けられた第１及び第２抵抗素子を有し、
   前記センサは、前記第１及び前記第２抵抗素子間のノードの電圧を前記検出電圧として出力する、
   請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記ストレスは、前記パワートランジスタに流れる電流であって、
   前記異常監視回路は、前記パワートランジスタに流れる電流に応じて前記センサから出力される前記検出電圧と、前記閾値電圧と、を比較することによって、前記パワートランジスタに流れる電流が過電流の状態であるか否かを判定するように構成され、
   前記制御回路は、前記異常監視回路によって前記パワートランジスタに流れる電流が過電流の状態であると判定された場合、前記パワートランジスタを強制的にオフに制御するように構成されている、
   請求項１に記載の駆動装置。
5. 前記パワートランジスタは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、
   前記センサは、前記パワートランジスタのコレクタ電流またはドレイン電流に応じた電圧値を示す前記パワートランジスタのコレクタ電圧またはドレイン電圧を、前記検出電圧として出力するように構成されている、
   請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記パワートランジスタは、マルチエミッタ型のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）または、マルチソース型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、
   前記センサは、前記パワートランジスタの電流センス用エミッタまたは電流センス用ソースから出力された電流を前記検出電圧に変換する抵抗素子を有する、
   請求項４に記載の駆動装置。
7. 前記ストレスは、前記パワートランジスタの温度であって、
   前記異常監視回路は、前記パワートランジスタの温度に応じて前記センサから出力される前記検出電圧と、前記閾値電圧と、を比較することによって、前記パワートランジスタの温度が過熱状態であると判定された場合、前記パワートランジスタを強制的にオフに制御するように構成されている、
   請求項１に記載の駆動装置。
8. 前記センサは、
   定電流源と、
   前記定電流源から出力された定電流が流れるダイオードと、
   を有し、
   前記センサは、前記パワートランジスタの温度に応じて変化する前記ダイオードの順方向電圧を前記検出電圧として出力する、
   請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記パワートランジスタのゲート電圧を監視するゲート電圧監視回路をさらに備えた、
   請求項１に記載の駆動装置。
10. 前記ゲート電圧監視回路は、前記パワートランジスタのゲート電圧を直接監視するように構成されている、
    請求項９に記載の駆動装置。
11. 前記制御回路は、前記異常監視回路によって前記ストレスの状態が異常であると判定された場合、前記パワートランジスタのゲート電圧を前記ストレスの種類に応じた所定電圧に固定させるように構成され、
    前記制御回路は、動作モードがテストモードの場合、前記ゲート電圧監視回路によって前記ゲート電圧が前記所定電圧に固定されていると判定されているか否かをテストするように構成されている、
    請求項９に記載の駆動装置。
12. 前記ゲート電圧監視回路は、
    前記パワートランジスタのゲート電圧と参照電圧とを比較するコンパレータを有する、
    請求項９に記載の駆動装置。
13. 前記パワートランジスタのゲート電圧が当該パワートランジスタのオンオフの切り替わりの境界値未満に低下したことに応じて、前記ゲート電圧をグランドレベルにクランプするアクティブミラークランプ回路をさらに備え、
    前記アクティブミラークランプ回路は、
    前記パワートランジスタのゲートと接地電圧端子との間に設けられたスイッチ素子と、
    前記ゲート電圧と、前記境界値より低い値の参照電圧と、を比較するコンパレータと、
    前記コンパレータによって前記ゲート電圧が前記参照電圧未満であると判定された場合、前記スイッチ素子をオンに制御するスイッチ切替回路と、
    を有し、
    前記アクティブミラークランプ回路に設けられた前記コンパレータは、前記ゲート電圧監視回路としても用いられる、
    請求項９に記載の駆動装置。
14. 前記アクティブミラークランプ回路は、前記スイッチ素子をオンに制御した場合には、前記制御回路によって前記パワートランジスタのオフからオンへの制御が開始されるまで、前記スイッチ素子をオン状態に維持するように構成されている、
    請求項１３に記載の駆動装置。
15. 前記コンパレータは、前記制御回路によって前記パワートランジスタがオフするように制御されているにも関わらず、前記パワートランジスタのゲート電圧が前記参照電圧以上を示した場合、前記パワートランジスタのゲートにノイズが発生したことを示す比較結果を出力する、
    請求項１３に記載の駆動装置。
16. 前記制御回路は、前記参照電圧のレベルを切り替え可能に構成されている、
    請求項１５に記載の駆動装置。
17. 前記制御回路は、動作モードがテストモードの場合、前記ノイズによる前記ゲート電圧の上昇分として許容されている最大値を示すように前記参照電圧を調整したうえで、前記ゲート電圧が前記参照電圧未満を示す範囲内で前記パワートランジスタのオンオフのスイッチング速度を調整するように構成されている、
    請求項１６に記載の駆動装置。
18. 請求項１に記載の駆動装置と、
    パワートランジスタと、を備えた、電力供給システム。
19. 正常に動作する異常監視回路であればパワートランジスタに付加されるストレスの状態が異常であると判定するように、閾値電圧設定回路によって設定される閾値電圧のレベルを切り替え、
    前記パワートランジスタに付加されるストレスの状態を検出するセンサの検出電圧と、前記閾値電圧と、を比較することにより、前記異常監視回路によって前記パワートランジスタに付加される前記ストレスの状態が異常であると判定されているか否かをテストする、
    駆動装置のテスト方法。

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