JP3231450B2 - Semiconductor element protection circuit - Google Patents

Semiconductor element protection circuit

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JP3231450B2 JP03281893A JP3281893A JP3231450B2 JP 3231450 B2 JP3231450 B2 JP 3231450B2 JP 03281893 A JP03281893 A JP 03281893A JP 3281893 A JP3281893 A JP 3281893A JP 3231450 B2 JP3231450 B2 JP 3231450B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換器等に用いら
れる半導体素子を過電流から保護するための保護回路に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit for protecting a semiconductor element used in a power converter or the like from overcurrent.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5はこの種の保護回路の従来技術を示
している。図において、1はスイッチング動作する半導
体素子、2は半導体素子1を流れる電流を検出する電流
検出器、3は保護レベル設定器、4は電流検出器2によ
る電流検出値が設定器3による保護レベルに達した場合
に検出信号を出力する比較器、5は前記検出信号が入力
される半導体素子1の駆動回路である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a prior art of this kind of protection circuit. In the figure, 1 is a semiconductor element for switching operation, 2 is a current detector for detecting a current flowing through the semiconductor element 1, 3 is a protection level setting unit, 4 is a protection level of a current detection value of the current detector 2 by the setting unit 3. The comparator 5, which outputs a detection signal when the detection signal reaches the threshold value, is a drive circuit of the semiconductor element 1 to which the detection signal is input.

【0003】この動作を説明すると、電流検出値が増加
していって図6にaで示すように保護レベルに達する
と、比較器4から検出信号が出力され、駆動回路5は半
導体素子1を瞬時にオフする。このオフ期間は、スイッ
チング期間の終期まで継続される。
The operation will be described. When the detected current value increases and reaches a protection level as shown in FIG. 6A, a detection signal is output from the comparator 4 and the driving circuit 5 controls the semiconductor device 1 to operate. Turn off instantly. This off period is continued until the end of the switching period.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、短
期間の半導体素子1の保護は可能であるが、このような
保護状態が長期間にわたって継続し、その間、半導体素
子1が多数回スイッチングされると、このスイッチング
による半導体素子1の発熱によってその保護が不可能に
なる。このため、従来では、半導体素子1が図7の安全
動作領域(SOA)におけるA点まで使用可能な能力を
有しているにも関わらず、ある程度の余裕を見込んでA
´点で使用するようにしているので、素子の能力を十分
に利用できないという問題を生じていた。
In the above prior art, the semiconductor element 1 can be protected for a short time, but such a protection state continues for a long time, during which the semiconductor element 1 is switched many times. Then, the protection of the semiconductor element 1 becomes impossible due to the heat generated by the switching. For this reason, conventionally, although the semiconductor element 1 has the ability to be used up to the point A in the safe operation area (SOA) of FIG.
Since the device is used at point ´, there has been a problem that the capability of the element cannot be fully utilized.

【0005】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、過電流保護ばか
りでなく熱的保護も可能にし、素子の能力を十分に発揮
できるようにした半導体素子の保護回路を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. The object of the present invention is to enable not only overcurrent protection but also thermal protection so that the performance of the device can be fully exhibited. An object of the present invention is to provide a protection circuit for a semiconductor device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、スイッチング動作する半導体素子の電流
が保護レベルに達した際に検出信号を出力する比較器
と、前記検出信号に基づき半導体素子をオフさせる駆動
回路とを備えた半導体素子の保護回路において、前記検
出信号が一定時間内に設定回数以上出力された場合に、
前記半導体素子を継続的にオフさせる制御信号を駆動回
路に対し出力する駆動停止制御回路を備えたものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a comparator for outputting a detection signal when a current of a semiconductor element performing a switching operation reaches a protection level, and a semiconductor based on the detection signal. In a protection circuit for a semiconductor device including a drive circuit for turning off the device, when the detection signal is output for a set number of times within a predetermined time,
Said control signal to continuously clear the semiconductor device in which with a drive stop control circuit for outputting to the driving circuit.

【0007】なお、前記駆動停止制御回路は、比較器の
検出信号をカウントするカウンタと、このカウンタのカ
ウントアップ信号を一定時間保持するフリップフロップ
と、前記カウンタをカウント開始からカウントアップ信
号が出力されるまでの時間よりも長い周期でリセットす
る発振器とを備え、前記フリップフロップの出力信号に
基づいて駆動回路に対する制御信号を生成することが望
ましい。
The drive stop control circuit includes a counter for counting the detection signal of the comparator, a flip-flop for holding the count-up signal of the counter for a certain period of time, and a count-up signal output from the start of counting of the counter. It is preferable that an oscillator that resets at a cycle longer than the time required to generate the control signal for the drive circuit be generated based on the output signal of the flip-flop.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、半導体素子を流れる電流が保
護レベルに達した回数が駆動停止制御回路による設定回
数を越えると、前記制御回路から駆動回路に対する制御
信号が出力され、駆動回路は半導体素子を継続的にオフ
させる。前記設定回数を素子の定格等を考慮して決定し
ておけば、スイッチングに伴う半導体素子の発熱を防止
することができ、素子の熱的保護が図られる。
According to the present invention, when the number of times that the current flowing through the semiconductor element reaches the protection level exceeds the number of times set by the drive stop control circuit, the control circuit outputs a control signal to the drive circuit, and the drive circuit The device is continuously turned off. If the set number of times is determined in consideration of the rating of the element and the like, heat generation of the semiconductor element due to switching can be prevented, and thermal protection of the element can be achieved.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図1はこの実施例の構成を示すもので、図5と同一
の構成要素には同一の符号を付して詳述を省略し、以
下、異なる部分を中心に説明する。すなわちこの実施例
では、比較器4からの検出信号が駆動停止制御回路6に
入力され、この駆動停止制御回路6から出力される制御
信号が駆動回路5に入力されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of this embodiment. The same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different portions will be mainly described below. That is, in this embodiment, the detection signal from the comparator 4 is input to the drive stop control circuit 6, and the control signal output from the drive stop control circuit 6 is input to the drive circuit 5.

【0010】前記駆動停止制御回路6は、比較器4から
の検出信号が一定時間T内に設定回数以上出力されたら
駆動回路5に対して制御信号を出力し、駆動回路5の動
作を停止させるように構成されている。なお、上記一定
時間Tや設定回数は、保護する半導体素子1の定格等に
応じて適宜設定される。
The drive stop control circuit 6 outputs a control signal to the drive circuit 5 when the detection signal from the comparator 4 is output more than a set number of times within a predetermined time T, and stops the operation of the drive circuit 5. It is configured as follows. The predetermined time T and the set number of times are appropriately set according to the rating of the semiconductor element 1 to be protected.

【0011】次に、この実施例の概略的な動作を図2を
参照しつつ説明する。図2に示すごとく、半導体素子1
の電流が保護レベルに達すると、比較器4からの検出信
号により駆動回路5が半導体素子1をオフさせる。上記
検出信号は駆動停止制御回路6にも入力されているの
で、この検出信号が設定回数以上入力されると、駆動停
止制御回路6から制御信号が出力され、駆動回路5の動
作を停止させる。これにより、以後は半導体素子1のス
イッチング動作が停止し、電力変換器の運転を停止す
る。
Next, the schematic operation of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG.
When the current reaches the protection level, the drive circuit 5 turns off the semiconductor element 1 by the detection signal from the comparator 4. Since the detection signal is also input to the drive stop control circuit 6, when the detection signal is input more than a set number of times, a control signal is output from the drive stop control circuit 6 to stop the operation of the drive circuit 5. Thereby, the switching operation of the semiconductor element 1 is stopped thereafter, and the operation of the power converter is stopped.

【0012】図3は上記実施例の詳細なブロック図であ
る。図において、比較器4の反転入力端子には電流検出
器2が接続され、非反転入力端子には保護レベル設定器
3が接続されている。駆動停止制御回路6は、比較器4
からの検出信号がクロックとして入力されるカウンタ6
2と、このカウンタ62にリセット信号を入力する発振
器61と、カウンタ62のカウントアップ信号が入力さ
れるフリップフロップ63とから構成されている。
FIG. 3 is a detailed block diagram of the above embodiment. In the figure, a current detector 2 is connected to an inverting input terminal of a comparator 4, and a protection level setting device 3 is connected to a non-inverting input terminal. The drive stop control circuit 6 includes a comparator 4
Counter 6 to which the detection signal from is input as a clock
2, an oscillator 61 for inputting a reset signal to the counter 62, and a flip-flop 63 for inputting a count-up signal of the counter 62.

【0013】また、駆動回路5は、図示されていない信
号発生回路からの駆動信号と、比較器4からの検出信号
と、フリップフロップ63の反転出力信号とが入力され
るアンド回路51を備えている。そして、アンド回路5
1から出力される駆動信号が半導体素子1に加えられて
いる。
The drive circuit 5 includes an AND circuit 51 to which a drive signal from a signal generation circuit (not shown), a detection signal from the comparator 4 and an inverted output signal of the flip-flop 63 are input. I have. And AND circuit 5
1 is applied to the semiconductor element 1.

【0014】この動作を、図4を参照しつつ説明する。
まず、半導体素子1を流れる電流が保護レベルに達する
たびに比較器4から検出信号が出力され、この信号はカ
ウンタ62によりカウントされる。カウンタ62を、一
定時間T内にカウント値がnを越えたらカウントアップ
するように構成し、カウント値nを半導体素子1の熱的
保護の限界値を考慮して設定して置く。また、カウンタ
62は、前記一定時間Tよりも長い周期で出力される発
振器61からの信号によりリセットされるようになって
いる。
This operation will be described with reference to FIG.
First, each time the current flowing through the semiconductor element 1 reaches the protection level, a detection signal is output from the comparator 4, and this signal is counted by the counter 62. The counter 62 is configured to count up when the count value exceeds n within a predetermined time T, and the count value n is set in consideration of a limit value of thermal protection of the semiconductor element 1. The counter 62 is reset by a signal output from the oscillator 61 at a period longer than the predetermined time T.

【0015】図4に示すごとく、半導体素子1を流れる
電流が保護レベルに達した回数が比較的少なくカウント
値n´がnに達しない場合(n´<n)には、カウンタ
62がカウントアップせず、カウンタ62は発振器61
の出力信号により一定周期でリセットされている。この
間、フリップフロップ63の出力信号は“High”レ
ベルであり、比較器4の出力信号は半導体素子1を流れ
る電流が保護レベルより小さければ“High”レベ
ル、大きければ“Low”レベルであるため、図4にお
ける電流に等しいオン、オフのタイミングでアンド回路
51から駆動信号が出力される。
As shown in FIG. 4, when the number of times that the current flowing through the semiconductor element 1 reaches the protection level is relatively small and the count value n 'does not reach n (n'<n), the counter 62 counts up. Without the counter 62, the oscillator 61
Is reset at a constant period by the output signal of During this time, the output signal of the flip-flop 63 is at the “High” level, and the output signal of the comparator 4 is at the “High” level when the current flowing through the semiconductor element 1 is smaller than the protection level, and is at the “Low” level when the current is larger than the protection level. A drive signal is output from the AND circuit 51 at an on / off timing equal to the current in FIG.

【0016】半導体素子1を流れる電流が保護レベルに
達する回数が多くなり、例えば時間Ta(<T)でカウ
ント値がnを越えると、カウンタ62がカウントアップ
し、フリップフロップ63がこのカウントアップ信号を
保持する。これにより、フリップフロップ63の出力信
号は反転してアンド回路51に“Low”レベルの信号
が入力されるため、駆動信号は出力されなくなり、電力
変換器はその運転を停止する。
When the number of times that the current flowing through the semiconductor element 1 reaches the protection level increases, for example, when the count value exceeds n at time Ta (<T), the counter 62 counts up, and the flip-flop 63 outputs the count-up signal. Hold. As a result, the output signal of the flip-flop 63 is inverted and a signal of the “Low” level is input to the AND circuit 51, so that no drive signal is output and the power converter stops its operation.

【0017】なお、本発明が適用される半導体素子は、
図示するようなトランジスタ以外にサイリスタであって
も良い。
The semiconductor device to which the present invention is applied is:
A thyristor other than the illustrated transistor may be used.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体素
子を流れる電流が保護レベルに達したことを示す検出信
号が一定時間内に設定回数以上となったら素子を継続的
に停止させるため、従来のように素子の能力を一部無駄
にして使用する配慮を不要にして、半導体素子の過電流
保護のみならず、スイッチングに伴う発熱からも保護す
ることができる。このため、素子定格の低減、電力変換
器等の小形軽量化、低価格化が可能になる。
As described above, according to the present invention, when the detection signal indicating that the current flowing through the semiconductor device has reached the protection level has exceeded the set number of times within a predetermined time, the device is continuously stopped. In addition, it is not necessary to consider the use of the device by partially wasting the capability of the device as in the related art, and it is possible to protect not only the overcurrent of the semiconductor device but also the heat generated by switching. Therefore, it is possible to reduce the element rating, reduce the size and weight of the power converter and the like, and reduce the cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の構成を示す回路ブロック図で
ある。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】実施例の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the embodiment.

【図3】実施例の詳細な構成を示す回路ブロック図であ
る。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a detailed configuration of the embodiment.

【図4】図3の動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of FIG. 3;

【図5】従来の技術を示す回路ブロック図である。FIG. 5 is a circuit block diagram showing a conventional technique.

【図6】従来の技術の動作説明図である。FIG. 6 is an operation explanatory diagram of a conventional technique.

【図7】半導体素子の安全動作領域の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a safe operation area of the semiconductor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体素子 2 電流検出器 3 保護レベル設定器 4 比較器 5 駆動回路 6 駆動停止制御回路 51 アンド回路 61 発振器 62 カウンタ 63 フリップフロップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor element 2 Current detector 3 Protection level setter 4 Comparator 5 Drive circuit 6 Drive stop control circuit 51 AND circuit 61 Oscillator 62 Counter 63 Flip-flop

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スイッチング動作する半導体素子の電流が
保護レベルに達した際に検出信号を出力する比較器と、
前記検出信号に基づき半導体素子をオフさせる駆動回路
とを備えた半導体素子の保護回路において、 前記検出信号が一定時間内に設定回数以上出力された場
合に、前記半導体素子を継続的にオフさせる制御信号を
駆動回路に対し出力する駆動停止制御回路を備えたこと
を特徴とする半導体素子の保護回路。
A comparator for outputting a detection signal when a current of a semiconductor element performing a switching operation reaches a protection level;
In the protection circuit for a semiconductor device and a driving circuit for turning off the semiconductor device based on the detection signal, when said detection signal is output set number of times or more within a predetermined time, continuously controlled for turning off the semiconductor element A protection circuit for a semiconductor element, comprising a drive stop control circuit for outputting a signal to a drive circuit.
【請求項2】駆動停止制御回路は、 比較器の検出信号をカウントするカウンタと、 このカウンタのカウントアップ信号を一定時間保持する
フリップフロップと、 前記カウンタをカウント開始からカウントアップ信号が
出力されるまでの時間よりも長い周期でリセットする発
振器とを備え、 前記フリップフロップの出力信号に基づいて駆動回路に
対する制御信号を生成する請求項1記載の半導体素子の
保護回路。
2. A drive stop control circuit comprising: a counter for counting a detection signal of a comparator; a flip-flop for holding a count-up signal of the counter for a certain period of time; and a count-up signal output from the counter when counting is started. 2. The protection circuit for a semiconductor device according to claim 1, further comprising: an oscillator resetting at a cycle longer than a time period until the control signal for the drive circuit is generated based on an output signal of the flip-flop.
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