JP3500852B2 - 半導体素子の過電流保護装置 - Google Patents
半導体素子の過電流保護装置Info
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- JP3500852B2 JP3500852B2 JP11903096A JP11903096A JP3500852B2 JP 3500852 B2 JP3500852 B2 JP 3500852B2 JP 11903096 A JP11903096 A JP 11903096A JP 11903096 A JP11903096 A JP 11903096A JP 3500852 B2 JP3500852 B2 JP 3500852B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置におけ
る半導体素子に対して過電流による熱破壊を生じさせな
いようにする保護装置に関するものである。
る半導体素子に対して過電流による熱破壊を生じさせな
いようにする保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を用いた電力変換装置では半
導体素子をスイッチング動作させることにより電力の形
態を変換している。半導体素子は流れる電流によって生
じる電力損失のため温度が上昇する。そのジャンクショ
ン温度がある限界を超えると熱的な破壊を生じるので、
ジャンクション温度が常に所定の温度以内になるように
半導体素子を保護する必要がある。この種の保護装置と
して、例えば特開平７−１３５７３１号公報に記載され
たものがある。この文献に記載された保護装置は、半導
体素子の電流測定手段、印加電圧測定手段、収納ケース
温度測定手段、ジャンクション温度算出手段および判定
手段とで構成されている。
導体素子をスイッチング動作させることにより電力の形
態を変換している。半導体素子は流れる電流によって生
じる電力損失のため温度が上昇する。そのジャンクショ
ン温度がある限界を超えると熱的な破壊を生じるので、
ジャンクション温度が常に所定の温度以内になるように
半導体素子を保護する必要がある。この種の保護装置と
して、例えば特開平７−１３５７３１号公報に記載され
たものがある。この文献に記載された保護装置は、半導
体素子の電流測定手段、印加電圧測定手段、収納ケース
温度測定手段、ジャンクション温度算出手段および判定
手段とで構成されている。
【０００３】従来の保護装置では、電流および印加する
電圧を検出して、演算により半導体素子における電力損
失を求め、この電力損失に基づいてジャンクションと収
納ケースとの温度差を推定し、これに検出した収納ケー
ス温度を加えてジャンクション温度としている。このよ
うにして求めたジャンクション温度が所定の温度を超え
ているか否かを監視することにより半導体素子を保護し
ている。
電圧を検出して、演算により半導体素子における電力損
失を求め、この電力損失に基づいてジャンクションと収
納ケースとの温度差を推定し、これに検出した収納ケー
ス温度を加えてジャンクション温度としている。このよ
うにして求めたジャンクション温度が所定の温度を超え
ているか否かを監視することにより半導体素子を保護し
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の保護装置は以上
のように構成されているので、半導体素子の電流測定手
段、電圧測定手段および収納ケース温度測定手段という
３つの測定手段が必要であるため構成が繁雑になり小型
化することが困難で、高価になるという問題がある。こ
の発明は上記のような課題を解決するためになされたも
のであり、適正な保護論理を用い、少ない測定手段を用
いて小型で経済的な保護装置を得ることを目的とする。
のように構成されているので、半導体素子の電流測定手
段、電圧測定手段および収納ケース温度測定手段という
３つの測定手段が必要であるため構成が繁雑になり小型
化することが困難で、高価になるという問題がある。こ
の発明は上記のような課題を解決するためになされたも
のであり、適正な保護論理を用い、少ない測定手段を用
いて小型で経済的な保護装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体素
子の過電流保護装置は、半導体素子の電流検出値が許容
瞬時電流の値を超えたことを検出する第１の過電流検出
手段と、電流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を
示した半導体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定さ
れる定数をｋ１、半導体素子の電流検出値をＩとして、
１０ −Ｉ／ｋ１ を演算する演算手段、この演算手段で演
算される演算結果を積算する積算手段、この積算手段に
よる積算値を所定時間毎にリセットするリセット手段、
積算値が予め設定した設定値を越えたことを判定する判
定手段を有する第２の過電流検出手段と、を備え、第１
または第２の過電流検出手段の出力によって半導体素子
の動作を停止させるようにしたものである。
子の過電流保護装置は、半導体素子の電流検出値が許容
瞬時電流の値を超えたことを検出する第１の過電流検出
手段と、電流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を
示した半導体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定さ
れる定数をｋ１、半導体素子の電流検出値をＩとして、
１０ −Ｉ／ｋ１ を演算する演算手段、この演算手段で演
算される演算結果を積算する積算手段、この積算手段に
よる積算値を所定時間毎にリセットするリセット手段、
積算値が予め設定した設定値を越えたことを判定する判
定手段を有する第２の過電流検出手段と、を備え、第１
または第２の過電流検出手段の出力によって半導体素子
の動作を停止させるようにしたものである。
【０００６】 また、本発明に係る半導体素子の過電流
保護装置は、半導体素子の電流検出値が許容瞬時電流の
値を超えたことを検出する第１の過電流検出手段と、電
流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を示した半導
体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定される整数を
ｎ、半導体素子の電流検出値をＩとして、Ｉ ｎ を演算す
る演算手段、この演算手段で演算される演算結果を積算
する積算手段、この積算手段による積算値を所定時間毎
にリセットするリセット手段、積算値が予め設定した設
定値を越えたことを判定する判定手段を有する第２の過
電流検出手段と、を備え、第１または第２の過電流検出
手段の出力によって半導体素子の動作を停止させるよう
にしたものである。
保護装置は、半導体素子の電流検出値が許容瞬時電流の
値を超えたことを検出する第１の過電流検出手段と、電
流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を示した半導
体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定される整数を
ｎ、半導体素子の電流検出値をＩとして、Ｉ ｎ を演算す
る演算手段、この演算手段で演算される演算結果を積算
する積算手段、この積算手段による積算値を所定時間毎
にリセットするリセット手段、積算値が予め設定した設
定値を越えたことを判定する判定手段を有する第２の過
電流検出手段と、を備え、第１または第２の過電流検出
手段の出力によって半導体素子の動作を停止させるよう
にしたものである。
【０００７】さらにまた、積算手段が、積算期間を異に
する複数の演算値を保持するようにしたものである。
する複数の演算値を保持するようにしたものである。
【０００８】
実施形態１．以下、この発明の第１の実施形態である電
力変換装置の保護装置を図を用いて説明する。図１は半
導体素子の過電流耐量を示す特性図であり、縦軸に電流
をとり、これに耐え得る時間を横軸に対数目盛で示して
いる。過電流耐量は半導体素子の収納ケース、冷却フィ
ン、冷却器の温度特性などによってきまる。半導体素子
の過電流耐量は、一般に曲線ａのように電流値に応じた
３つの領域をもっている。領域Ｉは瞬時許容電流領域で
許容瞬時電流Ｉoh以上の電流は直ちに制限されなければ
ならない。領域ＩＩは電流が許容瞬時電流Ｉoh以下で許
容連続電流Ｉol以上の範囲で、電流に応じて通電時間を
制限しなければならない領域であり、右下がりの反限時
特性である。領域ＩＩＩは許容連続電流Ｉolを連続して
通電可能な領域で、通電時間を制限する必要はない。よ
って、保護装置は領域ＩとＩＩを対象に保護できればよ
い。保護装置としては、曲線ｂのように曲線ａを少し下
回る保護レベルをもたせればよい。
力変換装置の保護装置を図を用いて説明する。図１は半
導体素子の過電流耐量を示す特性図であり、縦軸に電流
をとり、これに耐え得る時間を横軸に対数目盛で示して
いる。過電流耐量は半導体素子の収納ケース、冷却フィ
ン、冷却器の温度特性などによってきまる。半導体素子
の過電流耐量は、一般に曲線ａのように電流値に応じた
３つの領域をもっている。領域Ｉは瞬時許容電流領域で
許容瞬時電流Ｉoh以上の電流は直ちに制限されなければ
ならない。領域ＩＩは電流が許容瞬時電流Ｉoh以下で許
容連続電流Ｉol以上の範囲で、電流に応じて通電時間を
制限しなければならない領域であり、右下がりの反限時
特性である。領域ＩＩＩは許容連続電流Ｉolを連続して
通電可能な領域で、通電時間を制限する必要はない。よ
って、保護装置は領域ＩとＩＩを対象に保護できればよ
い。保護装置としては、曲線ｂのように曲線ａを少し下
回る保護レベルをもたせればよい。
【０００９】図２はこの発明による保護装置のブロック
図である。図中、１は半導体素子の許容瞬時電流Ｉa を
設定する第１の設定回路、２は第１の設定回路１で設定
した許容瞬時電流Ｉa と半導体素子に流れる電流Ｉとを
比較する第１の比較回路、３は半導体素子に流れる電流
Ｉに基づいて所定の演算をする演算回路、４は演算回路
３の演算結果を積算する積算回路、５は積算回路４を周
期的にリセットするリセット回路、６は限時過電流特性
を設定する第２の設定回路、７は積算回路４の出力と第
２の設定回路６に設定した電流を比較する第２の比較回
路、８は第１の比較回路２および第２の比較回路７の出
力の論理和回路、９は論理和回路８の出力に基づいて動
作する装置停止指令回路である。
図である。図中、１は半導体素子の許容瞬時電流Ｉa を
設定する第１の設定回路、２は第１の設定回路１で設定
した許容瞬時電流Ｉa と半導体素子に流れる電流Ｉとを
比較する第１の比較回路、３は半導体素子に流れる電流
Ｉに基づいて所定の演算をする演算回路、４は演算回路
３の演算結果を積算する積算回路、５は積算回路４を周
期的にリセットするリセット回路、６は限時過電流特性
を設定する第２の設定回路、７は積算回路４の出力と第
２の設定回路６に設定した電流を比較する第２の比較回
路、８は第１の比較回路２および第２の比較回路７の出
力の論理和回路、９は論理和回路８の出力に基づいて動
作する装置停止指令回路である。
【００１０】領域Ｉにおいては瞬時保護が必要である。
第１の比較回路２は、第１の設定回路１に設定した許容
瞬時電流Ｉa を検出電流が越えたときに動作し、論理和
回路８を通じて装置停止指令回路９に信号を送出し装置
を停止させる。
第１の比較回路２は、第１の設定回路１に設定した許容
瞬時電流Ｉa を検出電流が越えたときに動作し、論理和
回路８を通じて装置停止指令回路９に信号を送出し装置
を停止させる。
【００１１】領域ＩＩにおいは、半導体素子を次式で示
す保護特性により保護する。 Ｉ＝ｋ1 ・ｌｏｇｔ＋ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） ここで、Ｉは電流であり、ｋ1 およびｋ2 は図２の曲線
ｂ上の２点ＡおよびＢを設定し、その２点における電流
および時間（Ｉa ，ｔa ）（Ｉb ，ｔb ）を式１に代入
することにより算出できる。式１を変形すると、 ｔ・１０-I/k1＝１０-k2/k1 ＝Ｋ1 ‥‥‥‥‥‥（２） 式２の左辺の演算値が定数Ｋ1 を越えると、装置停止指
令回路９に信号を送出し装置を停止させる。
す保護特性により保護する。 Ｉ＝ｋ1 ・ｌｏｇｔ＋ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１） ここで、Ｉは電流であり、ｋ1 およびｋ2 は図２の曲線
ｂ上の２点ＡおよびＢを設定し、その２点における電流
および時間（Ｉa ，ｔa ）（Ｉb ，ｔb ）を式１に代入
することにより算出できる。式１を変形すると、 ｔ・１０-I/k1＝１０-k2/k1 ＝Ｋ1 ‥‥‥‥‥‥（２） 式２の左辺の演算値が定数Ｋ1 を越えると、装置停止指
令回路９に信号を送出し装置を停止させる。
【００１２】図１において、演算回路３は例えばアナロ
グデバイセズ社発行の「アナログデバイセズリニア・デ
ータブック１９９４／１９９５」（１９９４年１０月発
行）に記載の「６桁高精度対数・逆対数アンプ７５５」
のような演算アンプであり、検出電流を入力し、式２に
おける１０-I/k1 を演算する。積算回路４はたとえばア
ナログ積分器で、上記１０-I/k1 を積算してｔ・１０
-I/k1 なる信号すなわち式２の左辺の演算値を出力す
る。リセット回路５は一定期間ｔb ごとにリセット信号
を積算回路４に与え、積算回路４はｔb ごとに積分値を
リセットし、新たな積算演算を行う。今、電流がＩa と
Ｉb の間のＩc を継続したとすると、積算回路４の出力
はｔc においてＫ1 を超える。このとき、第２の比較回
路７は第２の設定回路６より与えられるＫ1 と比較して
動作し、出力を論理和回路８を経由して装置停止指令回
路９へ停止信号を送出する。電流がＩb 以下の場合は積
算期間ｔb 以内には積算値がＫ1 を越えることがないの
で連続通電ができる。
グデバイセズ社発行の「アナログデバイセズリニア・デ
ータブック１９９４／１９９５」（１９９４年１０月発
行）に記載の「６桁高精度対数・逆対数アンプ７５５」
のような演算アンプであり、検出電流を入力し、式２に
おける１０-I/k1 を演算する。積算回路４はたとえばア
ナログ積分器で、上記１０-I/k1 を積算してｔ・１０
-I/k1 なる信号すなわち式２の左辺の演算値を出力す
る。リセット回路５は一定期間ｔb ごとにリセット信号
を積算回路４に与え、積算回路４はｔb ごとに積分値を
リセットし、新たな積算演算を行う。今、電流がＩa と
Ｉb の間のＩc を継続したとすると、積算回路４の出力
はｔc においてＫ1 を超える。このとき、第２の比較回
路７は第２の設定回路６より与えられるＫ1 と比較して
動作し、出力を論理和回路８を経由して装置停止指令回
路９へ停止信号を送出する。電流がＩb 以下の場合は積
算期間ｔb 以内には積算値がＫ1 を越えることがないの
で連続通電ができる。
【００１３】なお、領域ＩＩの保護は必ずしも式１によ
る必要はなく、点ＡおよびＢを通り曲線ａを越えない緩
やかな曲線で近似してもよい。次の近似保護関数を定義
する。但し、ｎは整数、Ｋ2 は定数である。 Ｉn ｔ＝Ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３） 式３に、曲線ｂのＡ点の値（Ｉa ，ｔa ）およびＢ点の
値（Ｉb ，ｔb ）を代入すればｎおよびＫが求められ
る。ｎは計算値に最も近い整数を選べばよい。このよう
にしてＡ点およびＢ点の近傍を通る式３による近似保護
関数が得られる。
る必要はなく、点ＡおよびＢを通り曲線ａを越えない緩
やかな曲線で近似してもよい。次の近似保護関数を定義
する。但し、ｎは整数、Ｋ2 は定数である。 Ｉn ｔ＝Ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（３） 式３に、曲線ｂのＡ点の値（Ｉa ，ｔa ）およびＢ点の
値（Ｉb ，ｔb ）を代入すればｎおよびＫが求められ
る。ｎは計算値に最も近い整数を選べばよい。このよう
にしてＡ点およびＢ点の近傍を通る式３による近似保護
関数が得られる。
【００１４】この場合、演算回路３は図３に示すように
乗算器を複数個使用し、Ｉn を演算するように構成すれ
ばよい。３１〜３４は乗算器で３５および３６はマルチ
プレクサのような選択回路である。選択回路３５，３６
に選択信号を与えることにより、Ｉ1 からＩn まで選択
することができる。なおｎの値は、たとえばサイリスタ
やＧＴＯでは４から８の範囲に設定するのが適当であ
る。
乗算器を複数個使用し、Ｉn を演算するように構成すれ
ばよい。３１〜３４は乗算器で３５および３６はマルチ
プレクサのような選択回路である。選択回路３５，３６
に選択信号を与えることにより、Ｉ1 からＩn まで選択
することができる。なおｎの値は、たとえばサイリスタ
やＧＴＯでは４から８の範囲に設定するのが適当であ
る。
【００１５】本発明は以上のように構成しかつ動作する
ので、半導体素子の保護すべき全電流範囲にわたって最
適保護が可能になり、その結果余分な安全率をとること
なく半導体素子をその能力限界まで利用できるという効
果が得られるとともに、従来の保護装置に比べて少ない
測定手段を用い、ＩＣなどの電子回路部品で構成した演
算部分をもつ小型の保護装置を実現でき、さらには電力
装置そのものを小型化できるという優れた効果がある。
ので、半導体素子の保護すべき全電流範囲にわたって最
適保護が可能になり、その結果余分な安全率をとること
なく半導体素子をその能力限界まで利用できるという効
果が得られるとともに、従来の保護装置に比べて少ない
測定手段を用い、ＩＣなどの電子回路部品で構成した演
算部分をもつ小型の保護装置を実現でき、さらには電力
装置そのものを小型化できるという優れた効果がある。
【００１６】また、乗算器等で構成した図３に示す演算
回路を用いた保護装置では、保護関数を任意に選択する
ことが可能であるため、半導体素子以外の電力機器の過
電流保護に適用することができる。たとえば、式３にお
いて、ｎ＝１のとき左辺は充電電荷量を示すので、コン
デンサやバッテリなどの充電保護に適用できる。また、
ｎ＝２とすれば電力量に比例するので抵抗器など抵抗性
機器の保護にも適用できる。したがってマルチプレクサ
などの切換器を用いて時分割的に検出電流、設定値、積
算回路の切換を行うことにより、一つの保護装置によっ
て半導体素子を含めて多様な電力用機器を複数同時に保
護することができる。
回路を用いた保護装置では、保護関数を任意に選択する
ことが可能であるため、半導体素子以外の電力機器の過
電流保護に適用することができる。たとえば、式３にお
いて、ｎ＝１のとき左辺は充電電荷量を示すので、コン
デンサやバッテリなどの充電保護に適用できる。また、
ｎ＝２とすれば電力量に比例するので抵抗器など抵抗性
機器の保護にも適用できる。したがってマルチプレクサ
などの切換器を用いて時分割的に検出電流、設定値、積
算回路の切換を行うことにより、一つの保護装置によっ
て半導体素子を含めて多様な電力用機器を複数同時に保
護することができる。
【００１７】実施形態２．第１の実施形態では、保護装
置を設定回路１から装置停止指令回路９の各要素で構成
するものとして説明したが、これらの主要部を一括して
マイクロコンピュータを用いて構成することができる。
以下、この発明の第２の実施形態である保護装置を図を
用いて説明する。図４はこの保護装置のブロック図、図
５は動作を示すフローチャート、図６は動作説明図であ
る。図中、１１は検出電流をディジタル変換するＡ／Ｄ
変換回路、１２はＡ／Ｄ変換回路１１の出力に基づいて
演算を行うマイクロコンピュータ、１３はマイクロコン
ピュータ１２に演算トリガ信号を与えるクロック生成回
路、１４はマイクロコンピュータ１２の出力に基づいて
動作する装置停止指令回路である。
置を設定回路１から装置停止指令回路９の各要素で構成
するものとして説明したが、これらの主要部を一括して
マイクロコンピュータを用いて構成することができる。
以下、この発明の第２の実施形態である保護装置を図を
用いて説明する。図４はこの保護装置のブロック図、図
５は動作を示すフローチャート、図６は動作説明図であ
る。図中、１１は検出電流をディジタル変換するＡ／Ｄ
変換回路、１２はＡ／Ｄ変換回路１１の出力に基づいて
演算を行うマイクロコンピュータ、１３はマイクロコン
ピュータ１２に演算トリガ信号を与えるクロック生成回
路、１４はマイクロコンピュータ１２の出力に基づいて
動作する装置停止指令回路である。
【００１８】マイクロコンピュータ１２の演算はクロッ
ク発生回路１３より与えられるクロック信号に基づいて
演算周期△Ｔごとに図５に示す動作を実行する。演算周
期ΔＴはΔＴ＜＜ｔb かつ電流Ｉが許容瞬時電流Ｉa に
達したことをマイクロコンピュータ１２が検出してから
装置を停止するまで要する演算無駄時間の間に検出電流
Ｉが許容瞬時電流Ｉohを越えないような時間に設定す
る。また積算期間はｔbとする。このときマイクロコン
ピュータ１２はｔb の間、演算周期ΔＴの時間間隔でＡ
／Ｄ変換回路１１の出力を読み込み、式２における１０
-I/k1 の演算とその積算を行う。
ク発生回路１３より与えられるクロック信号に基づいて
演算周期△Ｔごとに図５に示す動作を実行する。演算周
期ΔＴはΔＴ＜＜ｔb かつ電流Ｉが許容瞬時電流Ｉa に
達したことをマイクロコンピュータ１２が検出してから
装置を停止するまで要する演算無駄時間の間に検出電流
Ｉが許容瞬時電流Ｉohを越えないような時間に設定す
る。また積算期間はｔbとする。このときマイクロコン
ピュータ１２はｔb の間、演算周期ΔＴの時間間隔でＡ
／Ｄ変換回路１１の出力を読み込み、式２における１０
-I/k1 の演算とその積算を行う。
【００１９】ｔb ／ΔＴに近い整数をｍとし、連続する
ｍ個の１０-I/k1 の和をΣ１０-I/k 1 とすると、式２は ｍ・ΔＴ・Σ１０-I/k1 ＝Ｋ1 ‥‥‥‥‥‥‥‥（４） となる。さらに変形すれば Σ１０-I/k1 ＝Ｋ1 ／ｍ・ΔＴ‥‥‥‥‥‥‥‥（５） となる。マイクロコンピュータ１２は式５の左辺の演算
を、連続するｍ個の電流Ｉに対して実行しその値が式５
の左辺の値を越えたとき装置停止指令回路１４に停止信
号を出力する。
ｍ個の１０-I/k1 の和をΣ１０-I/k 1 とすると、式２は ｍ・ΔＴ・Σ１０-I/k1 ＝Ｋ1 ‥‥‥‥‥‥‥‥（４） となる。さらに変形すれば Σ１０-I/k1 ＝Ｋ1 ／ｍ・ΔＴ‥‥‥‥‥‥‥‥（５） となる。マイクロコンピュータ１２は式５の左辺の演算
を、連続するｍ個の電流Ｉに対して実行しその値が式５
の左辺の値を越えたとき装置停止指令回路１４に停止信
号を出力する。
【００２０】図５において、Ｓ１〜Ｓ１１は実行ステッ
プを示す。クロック発生回路１３よりクロック信号でマ
イクロコンピュータ１２に割り込みを発生させ、Ｓ２以
下の一連の演算を実行する。Ｓ３、Ｓ４ではＡ／Ｄ変換
器からの電流Ｉが許容瞬時電流Ｉa より大きければ無条
件で装置を停止する。Ｓ５〜Ｓ８で１０-I/k1 の演算お
よびその積算を行いΣ１０-I/k1 を求め、その値がＫ1
／ｍ・ΔＴを越えたとき過電流であると判定して装置を
停止する。Ｓ９、Ｓ１０では、積算回数がｍに達したと
き、新しい積算演算に備えて各レジスタをリセットす
る。
プを示す。クロック発生回路１３よりクロック信号でマ
イクロコンピュータ１２に割り込みを発生させ、Ｓ２以
下の一連の演算を実行する。Ｓ３、Ｓ４ではＡ／Ｄ変換
器からの電流Ｉが許容瞬時電流Ｉa より大きければ無条
件で装置を停止する。Ｓ５〜Ｓ８で１０-I/k1 の演算お
よびその積算を行いΣ１０-I/k1 を求め、その値がＫ1
／ｍ・ΔＴを越えたとき過電流であると判定して装置を
停止する。Ｓ９、Ｓ１０では、積算回数がｍに達したと
き、新しい積算演算に備えて各レジスタをリセットす
る。
【００２１】以上の説明では、マイクロコンピュータ１
２における演算は４式に基づいて行うものとしたが、第
１の実施形態における説明と同様、近似保護関数３式に
基づく次式によって演算をおこなってもよい。 ΔＴ・ΣＩn ・ｍ＝Ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６） これをさらに変形して ΣＩn ＝Ｋ2 ／ｍ・ΔＴ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７） 従って、Ｓ５で１０-I/k1 のかわりにＩn の演算を実行
すればよい。数値演算では１０-I/k1 よりもＩn の方が
演算量が少なく高速処理に適している。
２における演算は４式に基づいて行うものとしたが、第
１の実施形態における説明と同様、近似保護関数３式に
基づく次式によって演算をおこなってもよい。 ΔＴ・ΣＩn ・ｍ＝Ｋ2 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６） これをさらに変形して ΣＩn ＝Ｋ2 ／ｍ・ΔＴ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７） 従って、Ｓ５で１０-I/k1 のかわりにＩn の演算を実行
すればよい。数値演算では１０-I/k1 よりもＩn の方が
演算量が少なく高速処理に適している。
【００２２】マイクロコンピュータ１２における演算は
以上の方法に限られるものではなく、例えば、図７に示
すフローチャートのようなものでもよい。Ｓ１６〜Ｓ１
７では、式５の左辺を演算するにあたって、連続する最
新のｍ個の１０-I/k1 の和Σ１０-I/k1 を演算周期ΔＴ
ごとに演算する。たとえば図６の時刻ｔm においてはｔ
1 からｔm までの１０-I/k1 を加算し、時刻ｔm+1 にお
いてはｔ2 からｔm+1 までの１０-I/k1 を加算する。Ｓ
１８、Ｓ１９において、その最新のｍ個の加算値Σ１０
-I/k1 がｋ1 ／ｍ・ΔＴを越えるとき、装置停止指令を
送出するように構成すればよい。この方法によれば、演
算周期ΔＴごとに常に最新の状態を検出しているため、
過電流検出の応答時間が短く、したがって保護効果が高
くなる。もちろん、この場合も１０-I/k1 のかわりにＩ
n の演算をするようにしてもよいことはいうまでもな
い。
以上の方法に限られるものではなく、例えば、図７に示
すフローチャートのようなものでもよい。Ｓ１６〜Ｓ１
７では、式５の左辺を演算するにあたって、連続する最
新のｍ個の１０-I/k1 の和Σ１０-I/k1 を演算周期ΔＴ
ごとに演算する。たとえば図６の時刻ｔm においてはｔ
1 からｔm までの１０-I/k1 を加算し、時刻ｔm+1 にお
いてはｔ2 からｔm+1 までの１０-I/k1 を加算する。Ｓ
１８、Ｓ１９において、その最新のｍ個の加算値Σ１０
-I/k1 がｋ1 ／ｍ・ΔＴを越えるとき、装置停止指令を
送出するように構成すればよい。この方法によれば、演
算周期ΔＴごとに常に最新の状態を検出しているため、
過電流検出の応答時間が短く、したがって保護効果が高
くなる。もちろん、この場合も１０-I/k1 のかわりにＩ
n の演算をするようにしてもよいことはいうまでもな
い。
【００２３】以上のように構成することによって、より
簡単な構成で小型の保護装置が実現でき経済的である。
また電力変換装置における制御装置はマイクロコンピュ
ータを用いて構成される場合が多く、電流検出系におい
てもＡ／Ｄ変換器を備えている場合が多いため、新たな
演算手段を設けることなく、過電流保護のためのプログ
ラムを付加するだけで本発明を実現でき経済的である。
簡単な構成で小型の保護装置が実現でき経済的である。
また電力変換装置における制御装置はマイクロコンピュ
ータを用いて構成される場合が多く、電流検出系におい
てもＡ／Ｄ変換器を備えている場合が多いため、新たな
演算手段を設けることなく、過電流保護のためのプログ
ラムを付加するだけで本発明を実現でき経済的である。
【００２４】 請求項１の発明によれば、半導体素子の
電流検出値が許容瞬時電流の値を超えたことを検出する
第１の過電流検出手段と、電流とこの電流に対し耐え得
る時間との関係を示した前記半導体素子の過電流耐量の
特性に基づいて決定される定数をｋ１、前記半導体素子
の電流検出値をＩとして、１０ −Ｉ／ｋ１ を演算する演
算手段、この演算手段で演算される演算結果を積算する
積算手段、この積算手段による積算値を所定時間毎にリ
セットするリセット手段、積算値が予め設定した設定値
を越えたことを判定する判定手段を有する第２の過電流
検出手段と、を備え、第１または第２の過電流検出手段
の出力によって半導体素子の動作を停止させるようにし
たので、半導体素子の保護すべき全電流範囲にわたって
最適保護が可能になり、その結果余分な安全率をとるこ
となく半導体素子をその能力限界まで利用できるという
効果が得られる。また、少ない測定手段を用い、ＩＣな
どの電子回路部品で構成した演算部分をもつ小型の保護
装置を実現でき、さらには電力装置そのものを小型化で
きるという優れた効果がある。
電流検出値が許容瞬時電流の値を超えたことを検出する
第１の過電流検出手段と、電流とこの電流に対し耐え得
る時間との関係を示した前記半導体素子の過電流耐量の
特性に基づいて決定される定数をｋ１、前記半導体素子
の電流検出値をＩとして、１０ −Ｉ／ｋ１ を演算する演
算手段、この演算手段で演算される演算結果を積算する
積算手段、この積算手段による積算値を所定時間毎にリ
セットするリセット手段、積算値が予め設定した設定値
を越えたことを判定する判定手段を有する第２の過電流
検出手段と、を備え、第１または第２の過電流検出手段
の出力によって半導体素子の動作を停止させるようにし
たので、半導体素子の保護すべき全電流範囲にわたって
最適保護が可能になり、その結果余分な安全率をとるこ
となく半導体素子をその能力限界まで利用できるという
効果が得られる。また、少ない測定手段を用い、ＩＣな
どの電子回路部品で構成した演算部分をもつ小型の保護
装置を実現でき、さらには電力装置そのものを小型化で
きるという優れた効果がある。
【００２５】
【００２６】 また、請求項２の発明によれば、半導体
素子の電流検出値が許容瞬時電流の値を超えたことを検
出する第１の過電流検出手段と、電流とこの電流に対し
耐え得る時間との関係を示した半導体素子の過電流耐量
の特性に基づいて決定される整数をｎ、半導体素子の電
流検出値をＩとして、Ｉ ｎ を演算する演算手段、この演
算手段で演算される演算結果を積算する積算手段、この
積算手段による積算値を所定時間毎にリセットするリセ
ット手段、積算値が予め設定した設定値を越えたことを
判定する判定手段を有する第２の過電流検出手段と、を
備え、第１または第２の過電流検出手段の出力によって
半導体素子の動作を停止させるようにしたので、保護関
数をＩ １ からＩ ｎ まで任意に選択することが可能で、半
導体素子以外の電力機器の過電流保護に適用することが
でき、マルチプレクサなどの切換器を用いて時分割的に
検出電流、設定値、積算回路の切換を行うことにより、
一つの保護装置によって半導体素子を含めて多様な電力
用機器を複数同時に保護することができるという優れた
効果がある。
素子の電流検出値が許容瞬時電流の値を超えたことを検
出する第１の過電流検出手段と、電流とこの電流に対し
耐え得る時間との関係を示した半導体素子の過電流耐量
の特性に基づいて決定される整数をｎ、半導体素子の電
流検出値をＩとして、Ｉ ｎ を演算する演算手段、この演
算手段で演算される演算結果を積算する積算手段、この
積算手段による積算値を所定時間毎にリセットするリセ
ット手段、積算値が予め設定した設定値を越えたことを
判定する判定手段を有する第２の過電流検出手段と、を
備え、第１または第２の過電流検出手段の出力によって
半導体素子の動作を停止させるようにしたので、保護関
数をＩ １ からＩ ｎ まで任意に選択することが可能で、半
導体素子以外の電力機器の過電流保護に適用することが
でき、マルチプレクサなどの切換器を用いて時分割的に
検出電流、設定値、積算回路の切換を行うことにより、
一つの保護装置によって半導体素子を含めて多様な電力
用機器を複数同時に保護することができるという優れた
効果がある。
【００２７】 また、請求項３の発明によれば、積算手
段で、積算期間を異にする複数の演算値を保持するよう
にしたので、演算周期ごとに常に最新の状態を検出し、
過電流検出の応答時間が短く、したがって保護効果が高
くなるという優れた効果がある。
段で、積算期間を異にする複数の演算値を保持するよう
にしたので、演算周期ごとに常に最新の状態を検出し、
過電流検出の応答時間が短く、したがって保護効果が高
くなるという優れた効果がある。
【図１】 半導体素子の過電流耐量を示す特性図であ
る。
る。
【図２】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
１の実施形態を示すブロック図である。
１の実施形態を示すブロック図である。
【図３】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
１の実施形態での演算回路の１例を示すブロック図であ
る。
１の実施形態での演算回路の１例を示すブロック図であ
る。
【図４】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
２の実施形態を示すブロック図である。
２の実施形態を示すブロック図である。
【図５】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
２の実施形態における動作を示すフローチャートであ
る。
２の実施形態における動作を示すフローチャートであ
る。
【図６】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
２の実施形態における動作説明図である。
２の実施形態における動作説明図である。
【図７】 この発明による電力変換装置の保護装置の第
２の実施形態の変形例における動作を示すフローチャー
トである。
２の実施形態の変形例における動作を示すフローチャー
トである。
１ 第１の設定回路 ２ 第１の比較回路 ３ 演
算回路 ４ 積算回路 ５ リセット回路 ６ 第
２の設定回路 ７ 第２の比較回路 ８ 論理和回路 ９ 装
置停止指令回路
算回路 ４ 積算回路 ５ リセット回路 ６ 第
２の設定回路 ７ 第２の比較回路 ８ 論理和回路 ９ 装
置停止指令回路
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02H 3/08 - 3/253
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体素子の電流検出値が許容瞬時電流
の値を超えたことを検出する第１の過電流検出手段と、 電流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を示した前
記半導体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定される
定数をｋ１、前記半導体素子の電流検出値をＩとして、
１０ −Ｉ／ｋ１ を演算する 演算手段、この演算手段で演
算される演算結果を積算する積算手段、この積算手段に
よる積算値を所定時間毎にリセットするリセット手段、
前記積算値が予め設定した設定値を越えたことを判定す
る判定手段を有する第２の過電流検出手段と、 を備え、 前記第１または第２の過電流検出手段の出力によって前
記半導体素子の動作を停止させるようにしたことを特徴
とする半導体素子の過電流保護装置。 - 【請求項２】 半導体素子の電流検出値が許容瞬時電流
の値を超えたことを検出する第１の過電流検出手段と、 電流とこの電流に対し耐え得る時間との関係を示した前
記半導体素子の過電流耐量の特性に基づいて決定される
整数をｎ、前記半導体素子の電流検出値をＩとして、Ｉ
ｎ を演算する演算手段、この演算手段で演算される演算
結果を積算する積算手段、この積算手段による積算値を
所定時間毎にリセットするリセット手段、前記積算値が
予め設定した設定値を越えたことを判定する判定手段を
有する第２の過電流検出手段と、 を備え、 前記第１または第２の過電流検出手段の出力によって前
記半導体素子の動作を停止させるようにしたことを特徴
とする 半導体素子の過電流保護装置。 - 【請求項３】 前記積算手段が、積算期間を異にする複
数の演算値を保持するようにしたことを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の半導体素子の過電流保護装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11903096A JP3500852B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体素子の過電流保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11903096A JP3500852B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体素子の過電流保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09308078A JPH09308078A (ja) | 1997-11-28 |
| JP3500852B2 true JP3500852B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=14751250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11903096A Expired - Fee Related JP3500852B2 (ja) | 1996-05-14 | 1996-05-14 | 半導体素子の過電流保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3500852B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4543781B2 (ja) * | 2004-06-25 | 2010-09-15 | トヨタ自動車株式会社 | 電源装置 |
| US7619865B2 (en) | 2004-08-02 | 2009-11-17 | International Rectifier Corporation | Electronic circuit protection device with I2t or other function |
| JP4716412B2 (ja) * | 2005-08-02 | 2011-07-06 | アツミ電氣株式会社 | 直流電源装置の過電流保護回路 |
| JP2007074794A (ja) | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Rohm Co Ltd | 過電流保護回路、負荷駆動装置、モータ駆動装置、電気機器、電源装置 |
| JP5924095B2 (ja) * | 2012-04-18 | 2016-05-25 | 三菱自動車工業株式会社 | 保護回路 |
| JP5724940B2 (ja) * | 2012-04-26 | 2015-05-27 | トヨタ自動車株式会社 | 蓄電システムおよび、電気部品の異常判別方法 |
| JP6301206B2 (ja) * | 2014-06-05 | 2018-03-28 | マクセルホールディングス株式会社 | 蓄電装置及び制御プログラム |
| JP6529040B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2019-06-12 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電力変換装置及びその制御方法 |
-
1996
- 1996-05-14 JP JP11903096A patent/JP3500852B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09308078A (ja) | 1997-11-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |