JP5206757B2

JP5206757B2 - 電子装置

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Publication number: JP5206757B2
Application number: JP2010227418A
Authority: JP
Inventors: 陽人伊東; 恒男前原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: US20120086496A1; US8610487B2; JP2012084970A

Description

本発明は、スイッチング素子と、駆動回路とを備えた電子装置に関する。

従来、スイッチング素子と、駆動回路とを備えた電子装置として、例えば特許文献１に開示されている電力変換器がある。

この電力変換器は、ＩＧＢＴと、３つのＭＯＳＦＥＴと、制御回路とを備えている。第１のＭＯＳＦＥＴのソースは駆動回路電源に、ドレインはＩＧＢＴのゲートに、ゲートは制御回路にそれぞれ接続されている。第２及び第３のＭＯＳＦＥＴのソースはＩＧＢＴのエミッタに、ドレインはＩＧＢＴのゲートに、ゲートは制御回路にそれぞれ接続されている。

制御回路は、外部から入力される駆動信号に基づいて３つのＭＯＳＦＥＴを制御してＩＧＢＴを駆動する。駆動信号がＩＧＢＴのオンを指示すると、制御回路は、第１のＭＯＳＦＥＴをオンするとともに、第２のＭＯＳＦＥＴをオフする。これにより、駆動回路電源からＩＧＢＴのゲートに電荷が充電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より高くなり、ＩＧＢＴがオンする。

一方、駆動信号がＩＧＢＴのオフを指示すると、制御回路は、第１のＭＯＳＦＥＴをオフするとともに、第２のＭＯＳＦＥＴをオンする。これにより、ＩＧＢＴのゲートから電荷が放電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低くなり、ＩＧＢＴがオフする。そして、ゲート電圧が所定値以下になると、制御回路は、第３のＭＯＳＦＥＴをオンする。これにより、ＩＧＢＴのゲートから電荷がさらに放電され、ＩＧＢＴのオフ状態が保持される。

特許第３４３０８７８号公報

ところで、前述した電力変換器において、ＩＧＢＴや、第１のＭＯＳＦＥＴや、第２のＭＯＳＦＥＴが故障した場合、駆動信号がＩＧＢＴのオフを指示しているにもかかわらず、ＩＧＢＴのゲート電圧が低下せず、ＩＧＢＴをオフできない異常状態が発生することがある。このような異常状態が継続すると、ＩＧＢＴが発熱し熱破壊する可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、駆動信号がオフを指示しているにもかかわらず、ＩＧＢＴに相当するスイッチング素子の制御端子の電圧が低下せず、スイッチング素子をオフできない場合であっても、スイッチング素子の熱破壊を防止できる電子装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフすることで、駆動信号がスイッチング素子のオフを指示しているにもかかわらず、制御端子の電圧が低下せず、スイッチング素子をオフできない場合であっても、スイッチング素子の熱破壊を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電子装置は、制御端子の電圧を制御することで駆動されるスイッチング素子と、スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることでスイッチング素子の制御端子に電荷を充電するオン駆動用スイッチング素子と、スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることでスイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ駆動用スイッチング素子と、入力される駆動信号に基づいてオン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子を制御することで、スイッチング素子の制御端子の電圧を制御してスイッチング素子を駆動する制御回路と、を備えた電子装置において、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、オフ駆動用スイッチング素子がオンするタイミングの後であって、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ駆動用スイッチング素子の動作状態に関係なく、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフすることを特徴とする。

この構成によれば、正常状態において、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わると、制御回路は、オン駆動用スイッチング素子をオフするとともに、オフ駆動用スイッチング素子をオンする。これにより、スイッチング素子の制御端子から電荷が放電される。その結果、制御端子の電圧がオン、オフの閾値電圧より低くなり、その後、スイッチング素子がオフする。ところで、スイッチング素子や、オン駆動スイッチング素子や、オフ駆動用スイッチング素子が故障した場合、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わっても、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない異常状態が発生することがある。この場合、スイッチング素子はオフしない。しかし、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、オフ駆動用スイッチング素子がオンするタイミングの後であって、駆動信号がオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、前記オフ駆動用スイッチング素子の動作状態に関係なく、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフする。そのため、オフ駆動用スイッチング素子をオンするという制御回路の動作に影響を与えることなく、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、スイッチング素子をオフすることができる。従って、スイッチング素子の熱破壊を防止できる。

請求項２に記載の電子装置は、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、オン駆動用スイッチング素子がオフするタイミングの後であって、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わると、制御回路は、オン駆動用スイッチング素子をオフする。そして、その後、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフする。そのため、オン駆動用スイッチング素子をオフするという制御回路の動作に影響を与えることなく、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、スイッチング素子をオフすることができる。

請求項３に記載の電子装置は、制御回路は、所定時間経過前に、駆動信号がスイッチング素子のオフ指示からオン指示に切替わったときには、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフしないことを特徴とする。この構成によれば、所定時間経過前に、駆動信号がスイッチング素子のオフ指示からオン指示に切替わったときには、もはやスイッチング素子をオフする必要がない。そのため、スイッチング素子を駆動信号に応じてオンさせることができる。

請求項４に記載の電子装置は、スイッチング素子の制御端子と出力端子の間に接続されるオン駆動用コンデンサと、オフ駆動用スイッチング素子とスイッチング素子の制御端子の間に接続されるオフ駆動用抵抗と、を有し、制御回路は、オフ駆動用スイッチング素子がオンするタイミングの後、オン駆動用コンデンサの容量を含むスイッチング素子の制御端子と出力端子の間の合成容量とオフ駆動用抵抗の抵抗値の積で決まる時定数以上の時間経過後に、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフであることを特徴とする。この構成によれば、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わると、制御回路は、オフ駆動用スイッチング素子をオンする。これにより、スイッチング素子の制御端子から電荷が放電される。オン駆動用コンデンサの容量を含むスイッチング素子の制御端子と出力端子の間の合成容量とオフ駆動用抵抗の抵抗値の積で決まる時定数以上の時間経過すると、電荷が充分に放電される。そして、その後、オフ駆動用スイッチング素子以外でスイッチング素子をオフする。そのため、オフ駆動用スイッチング素子によってスイッチング素子の制御端子から電荷を放電するという制御回路の動作に影響を与えることなく、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、スイッチング素子をオフすることができる。

請求項５に記載の電子装置は、所定時間は、スイッチング素子の入出力端子間電圧に応じて設定されることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の制御端子は、入出力端子との間の浮遊容量を介しても充電される。入出力端子との間の浮遊容量を介してスイッチング素子の制御端子に充電される電荷は、入出力端子間電圧に応じて変化する。そのため、電荷の放電時間も、入出力端子間電圧に応じて変化する。従って、所定時間を適切に設定することができる。

請求項６に記載の電子装置は、所定時間は、スイッチング素子の入出力端子間電圧が低いほど短く設定されることを特徴とする。この構成によれば、入出力端子との間の浮遊容量を介してスイッチング素子の制御端子に充電される電荷は、入出力端子間電圧が低いほど少なくなる。そのため、電荷の放電時間も、入出力端子間電圧が低いほど短くなる。従って、所定時間をより適切に設定することができる。

請求項７に記載の電子装置は、所定時間は、スイッチング素子の温度に応じて設定されることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の制御端子の電荷の放電時間は、スイッチング素子の温度に応じて変化する。従って、所定時間を適切に設定することができる。

請求項８に記載の電子装置は、所定時間は、スイッチング素子の温度が低いほど短く設定されることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の制御端子の電荷の放電時間は、スイッチング素子の温度が低いほど短くなる。従って、所定時間をより適切に設定することができる。

請求項９に記載の電子装置は、スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることでスイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子を有し、制御回路は、スイッチング素子の制御端子の電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、オフ保持用スイッチング素子を制御してスイッチング素子のオフ状態を保持することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子のオフ状態を保持することができる。

請求項１０に記載の電子装置は、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ保持用スイッチング素子を制御してスイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、オフ保持用スイッチング素子を利用してスイッチング素子をオフすることができる。そのため、回路構成を簡素化することができる。

請求項１１に記載の電子装置は、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、オフ保持用スイッチング素子がオンするタイミングの後であって、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ保持用スイッチング素子を制御してスイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、スイッチング素子の制御端子の電圧がオフ保持閾値以下になると、制御回路は、オフ保持用スイッチング素子をオンする。そして、その後、オフ保持用スイッチング素子でスイッチング素子をオフする。そのため、スイッチング素子の制御端子の電圧がオフ保持閾値以下になるとオフ保持用スイッチング素子をオンするという制御回路の動作に影響を与えることなく、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、スイッチング素子をオフすることができる。

請求項１２に記載の電子装置は、スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることでスイッチング素子の制御端子から電荷を放電する遮断用スイッチング素子を有し、制御回路は、スイッチング素子に異常電流が流れたとき、遮断用スイッチング素子を制御してスイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子に異常電流が流れた場合であっても、スイッチング素子を保護することができる。

請求項１３に記載の電子装置は、制御回路は、駆動信号がスイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、遮断用スイッチング素子を制御してスイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の制御端子の電圧が低下しない場合であっても、遮断用スイッチング素子を利用してスイッチング素子をオフすることができる。そのため、回路構成を簡素化することができる。

本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図１における制御装置の回路図である。正常状態における駆動信号、オン駆動用ＦＥＴ、オフ駆動用ＦＥＴ、オフ保持用ＦＥＴ及びＩＧＢＴのタイミングチャートである。ＩＧＢＴのゲート電圧が低下しない異常状態における駆動信号、オン駆動用ＦＥＴ、オフ駆動用ＦＥＴ、オフ保持用ＦＥＴ及びＩＧＢＴのタイミングチャートである。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電子装置を、車両に搭載され、車両駆動用モータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。

まず、図１を参照して本実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１（電子装置）は、車体から絶縁された高電圧バッテリＢ１の出力する直流高電圧（例えば２８８Ｖ）を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給し、車両駆動用モータＭ１を制御する装置である。モータ制御装置１は、平滑コンデンサ１０と、インバータ装置１１と、制御装置１２とを備えている。

平滑コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１の直流高電圧を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ１０の一端は、高電圧バッテリＢ１の正極端子に接続されている。また、他端は、高電圧バッテリＢ１の負極端子に接続されている。さらに、高電圧バッテリＢ１の負極端子は、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続されている。

インバータ装置１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する装置である。インバータ装置１１は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆ（スイッチング素子）と、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆとを備えている。

ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、ゲート（制御端子）の電圧を制御することで駆動され、オン、オフすることで平滑コンデンサ１０に平滑化された直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、コレクタ電流に比例し、コレクタ電流より小さい電流が流れる電流センス端子を備えている。ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆはそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆは並列接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのコレクタは平滑コンデンサ１０の一端に、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのエミッタは平滑コンデンサ１０の他端にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートとエミッタは制御装置１２にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆの直列接続点は、車両駆動用モータＭ１にそれぞれ接続されている。

電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆは、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに流れる電流を電圧に変換するための素子である。具体的には、電流センス端子に流れる電流を電圧に変換する素子である。電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの一端はＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの電流センス端子に、他端はＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのエミッタにそれぞれ接続されている。また、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの両端は、制御装置１２にそれぞれ接続されている。

制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを制御する装置である。制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに流れる電流を検出するため、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの両端にそれぞれ接続されている。

次に、図２を参照して制御装置について詳細に説明する。ここで、図２は、図１における制御装置の回路図である。具体的には、１つのＩＧＢＴに対する回路部分を示す回路図である。

図２に示すように、制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ｄに対して、駆動用電源回路１２０と、オン駆動用回路１２１と、オフ駆動用回路１２２と、オフ保持用回路１２３と、遮断用回路１２４と、過電流検出回路１２６と、短絡検出回路１２７と、制御回路１２８とを備えている。制御装置１２は、他のＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｆに対しても、それぞれ同様に、駆動用電源回路と、オン駆動用回路と、オフ駆動用回路と、オフ保持用回路と、遮断用回路と、過電流検出回路と、短絡検出回路と、制御回路とを備えている。

駆動用電源回路１２０は、ＩＧＢＴ１１０ｄを駆動するための電圧を供給する回路である。駆動用電源回路１２０は、電源回路（図略）から供給される電圧を安定化して出力する。駆動用電源回路１２０の入力端子は、電源回路に接続されている。また、正極端子はオン駆動用回路１２１に接続されている。さらに、負極端子は車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介してＩＧＢＴ１１０ｄのエミッタに接続されている。加えて、制御端子は、制御回路１２８に接続されている。

オン駆動用回路１２１は、ＩＧＢＴ１１０ｄをオンするための回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに電荷を充電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より高くし、ＩＧＢＴ１１０ｄをオンする回路である。オン駆動回路１２１は、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａ（オン駆動用スイッチング素子）と、オン駆動用抵抗１２１ｂと、オン駆動用コンデンサ１２１ｃとを備えている。

オン駆動用ＦＥＴ１２１ａは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでＩＧＢＴのゲートに電荷を充電するスイッチング素子である。具体的には、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。オン駆動用ＦＥＴ１２１ａのソースは、駆動用電源回路１２０の正極端子に接続されている。また、ドレインは、オン駆動用抵抗１２１ｂを介してＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路１２８に接続されている。オン駆動用コンデンサ１２１ｃの一端はＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに接続されている。また、他端は、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路１２０の負極端子とＩＧＢＴ１１０ｄのエミッタ（出力端子）に接続されている。

オフ駆動用回路１２２は、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフするための回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフする回路である。オフ駆動用回路１２２は、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ（オフ駆動用スイッチング素子）と、オフ駆動用抵抗１２２ｂとを備えている。

オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路１２０の負極端子とＩＧＢＴ１１０ｄのエミッタに接続されている。また、ドレインは、オフ駆動用抵抗１２２ｂを介してＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路１２８に接続されている。

オフ保持用回路１２３は、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフ状態を保持する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、オフ駆動用回路１２２に比べ速やかにＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフ状態を保持する回路である。オフ保持用回路１２３は、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａ（オフ保持用スイッチング素子）と、ゲート抵抗１２３ｂとを備えている。

オフ保持用ＦＥＴ１２３ａは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。オフ保持用ＦＥＴ１２３ａのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路１２０の負極端子とＩＧＢＴ１１０ｄのエミッタに接続されている。また、ドレインは、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、ゲート抵抗１２３ｂを介して制御回路１２８に接続されている。

遮断用回路１２４は、ＩＧＢＴ１１０ｄに異常電流が流れたとき、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフする回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄに過電流又は短絡電流（異常電流）が流れたとき、オフ駆動用回路１２２に比べ緩やかにＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフする回路である。遮断用回路１２４は、遮断用ＦＥＴ１２４ａ（遮断用スイッチング素子）と、遮断用抵抗１２４ｂとを備えている。

遮断用ＦＥＴ１２４ａは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。遮断用ＦＥＴ１２４ａのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路１２０の負極端子とＩＧＢＴ１１０ｄのエミッタに接続されている。また、ドレインは、遮断用抵抗１２４ｂを介してＩＧＢＴのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路１２８に接続されている。

過電流検出回路１２６は、ＩＧＢＴ１１０ｄに過電流が流れているか否かを検出する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄに流れる電流が過電流閾値より大きくなると、ＩＧＢＴ１１０ｄに過電流が流れていると判断する回路である。過電流検出回路１２６の入力端子は、電流センス抵抗１１１ｄの一端に接続されている。また、出力端子は、制御回路１２８に接続されている。

短絡検出回路１２７は、ＩＧＢＴ１１０ｄが短絡状態にあるか否かを検出する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｄに流れる電流が、過電流閾値より大きい短絡電流閾値より大きくなると、ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄがともにオンした短絡状態となり、ＩＧＢＴ１１０ｄに短絡電流が流れていると判断する回路である。短絡検出回路１２７の入力端子は、電流センス抵抗１１１ｄの一端に接続されている。また、出力端子は、制御回路１２８に接続されている。

制御回路１２８は、外部から入力される駆動信号に基づいてオン駆動用回路１２１とオフ駆動用回路１２２を制御して、ＩＧＢＴ１１０ｄを駆動するとともに、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧に基づいてオフ保持用回路１２３を制御して、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフ状態を保持する回路である。また、ＩＧＢＴ１１０ｄに過電流が流れたり、ＩＧＢＴ１１０ｄが短絡状態になったりした場合に、遮断用回路１２４を制御してＩＧＢＴ１１０ｄをオフする回路でもある。さらに、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、オフ駆動回路１２２以外の回路、具体的にはオフ保持回路１２３を利用してＩＧＢＴ１１０ｄをオフする回路でもある。制御回路１２８は、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａ及びオフ駆動用ＦＥＴ１２２ａのゲートにそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに接続されるとともに、ゲート抵抗１２３ｂを介してオフ保持用ＦＥＴ１２３ａのゲートに接続されている。さらに、過電流検出回路１２６及び短絡検出回路１２７の出力端子、並びに、遮断用ＦＥＴ１２４ａのゲートにそれぞれ接続されている。

ここで、駆動用電源回路１２０、オン駆動用ＦＥＴ１２０ａ、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ、遮断用ＦＥＴ１２４ａ、過電流検出回路１２６、短絡検出回路１２７及び制御回路１２８は、ＩＣとして一体的に構成されている。

次に、図１を参照してモータ制御装置の動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンすると、図１に示すモータ制御装置１が動作を開始する。高電圧バッテリＢ１の直流高電圧は、平滑コンデンサ１０によって平滑化される。制御装置１２は、外部から入力される駆動信号に基づいて、インバータ装置１１を構成するＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを制御する。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを所定周期でオン、オフする。インバータ装置１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流高電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する。このようにして、モータ制御装置１が車両駆動用モータＭ１を制御する。

次に、図２〜図４を参照して正常状態におけるＩＧＢＴの駆動動作と、ＩＧＢＴに異常電流が流れた場合、駆動信号がＩＧＢＴのオフを指示しているにもかかわらず、ＩＧＢＴをゲート電圧が低下せず、ＩＧＢＴをオフできない異常状態が発生した場合におけるＩＧＢＴの駆動動作について説明する。ここで、図３は、正常状態における駆動信号、オン駆動用ＦＥＴ、オフ駆動用ＦＥＴ、オフ保持用ＦＥＴ及びＩＧＢＴのタイミングチャートである。図４は、ＩＧＢＴのゲート電圧が低下しない異常状態における駆動信号、オン駆動用ＦＥＴ、オフ駆動用ＦＥＴ、オフ保持用ＦＥＴ及びＩＧＢＴのタイミングチャートである。具体的には、ＩＧＢＴの故障により、オン駆動用ＦＥＴがオフしてもゲート電圧が低下しない異常状態におけるタイミングチャートである。なお、図３及び図４において、ｔ１〜ｔ９は同一のタイミングを示す。

図２に示すように、制御回路１２８は、外部から入力される駆動信号に基づいてオン駆動用ＦＥＴ１２１ａとオフ駆動用ＦＥＴ１２２ａを制御してＩＧＢＴ１１０ｄを駆動する。

図３に示すように、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオンを指示する（ｔ１）と、制御回路１２８は、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオフする（ｔ２）とともに、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａをオンする（ｔ３）。これにより、駆動用電源回路１２０からオン駆動用抵抗１２１ｂを介してＩＧＢＴ１１０ｄのゲートに電荷が充電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より高くなり、ＩＧＢＴ１１０ｄがオンする（ｔ４）。

一方、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフを指示すると（ｔ５）、制御回路１２８は、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａをオフする（ｔ６）とともに、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオンする（ｔ７）。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートからオフ駆動用抵抗１２２ｂを介して電荷が放電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低くなり、ＩＧＢＴ１１０ｄがオフする（ｔ８）。そして、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、制御回路１２８は、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンする（ｔ９）。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートからオフ保持用ＦＥＴ１２３ａを介して電荷がさらに放電され、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフ状態が保持される。

ところで、図２において、ＩＧＢＴ１１０ｄに流れる電流が過電流閾値より大きくなると、過電流検出回路１２６は、ＩＧＢＴ１１０ｄに過電流が流れていると判断する。過電流検出回路１２６が過電流と判断すると、制御回路１２８は、遮断用ＦＥＴ１２４ａをオンする。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから遮断抵抗１２４ｂを介して電荷が放電される。その結果、ゲート電圧が、オフ駆動回路１２２に比べ緩やかにオン、オフする閾値電圧より低くなり、ＩＧＢＴ１１０ｄがオフする。

また、ＩＧＢＴ１１０ｄに流れる電流が短絡電流閾値より大きくなると、短絡検出回路１２７は、ＩＧＢＴ、１１０ａ、１１０ｄがともにオンした短絡状態にあると判断する。短絡検出回路１２７が短絡状態と判断すると、制御回路１２８は、過電流と判断した場合と同様に、遮断用ＦＥＴ１２４ａをオンし、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフする。

さらに、ＩＧＢＴ１１０ｄの故障によりゲート電圧が低下しない異常状態が発生すると、図４に示すように、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフを指示し（ｔ５）、制御回路１２８が、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａがオフする（ｔ６）とともに、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａがオンしても（ｔ７）、正常状態においてＩＧＢＴ１１０ｄがオフするタイミング（ｔ８）では、ＩＧＢＴ１１０ｄはオフしない。しかし、制御回路１２８は、正常時に、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａがオフするタイミング（ｔ６）、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａがオンするタイミング（ｔ７）、及び、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａがオンするタイミング（ｔ９）の後であって、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わるタイミング（ｔ５）から一定の時間Ｔｏｆｆ（所定時間）の経過後に、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンする（ｔ１０）。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートからオフ保持用ＦＥＴ１２３ａを介して電荷が速やかに放電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低くなり、ＩＧＢＴ１１０ｄが強制的にオフする（ｔ１０）。そのため、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフを指示しているにもかかわらず、ＩＧＢＴ１１０ｄが故障してゲート電圧が低下せず、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフできない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄを確実にオフできる。

なお、一定の時間Ｔｏｆｆの経過前（所定時間経過前）に、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフ指示からオン指示に切替わったときには、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンしてＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフすることはしない。

ここで、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａがオンするタイミング（ｔ７）から、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａがオンするタイミング（ｔ１０）までの時間は、図２におけるオン駆動用コンデンサ１２１ｃの容量を含むＩＧＢＴ１１０ｄのゲート−エミッタ間の合成容量と、オフ駆動用抵抗１２２ｂの抵抗値の積で決まる時定数以上の時間に設定されている。つまり、制御回路１２８は、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａがオンした後、オン駆動用コンデンサ１２１ｃの容量を含むＩＧＢＴ１１０ｄのゲート−エミッタ間の合成容量と、オフ駆動用抵抗１２２ｂの抵抗値の積で決まる時定数以上の時間経過後に、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンしてＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフする。

次に、効果について説明する。本実施形態によれば、正常状態において、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わると、制御回路１２８は、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａをオフするとともに、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオンする。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷が放電される。その結果、図３に示すように、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低くなり、その後、ＩＧＢＴ１１０ｄがオフする（ｔ８）。ＩＧＢＴ１１０ｄの故障によりゲート電圧が低下しない異常状態が発生すると、図４に示すように、正常状態においてＩＧＢＴ１１０ｄがオフするタイミング（ｔ８）では、ＩＧＢＴ１１０ｄはオフしない。しかし、制御回路１２８は、駆動信号がオン指示からオフ指示に切替わるタイミング（ｔ５）から一定の時間Ｔｏｆｆ経過後に、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ以外（オフ駆動用スイッチング素子以外）、具体的にはオフ保持用ＦＥＴ１２３ａでＩＧＢＴ１１０ｄをオフする（ｔ１０）。そのため、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。従って、ＩＧＢＴ１１０ｄの熱破壊を防止できる。

本実施形態によれば、図４に示すように、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わる（ｔ５）と、制御回路１２８は、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオンする（ｔ７）。そして、その後、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ以外、具体的にはオフ保持用ＦＥＴ１２３ａでＩＧＢＴ１１０ｄをオフする（ｔ１０）。そのため、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオンするという制御回路１２８の動作に影響を与えることなく、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。

本実施形態によれば、図４に示すように、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わる（ｔ５）と、制御回路１２８は、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａをオフする（ｔ６）。そして、その後、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ以外、具体的にはオフ保持用ＦＥＴ１２３ａでＩＧＢＴ１１０ｄをオフする（ｔ１０）。そのため、オン駆動用ＦＥＴ１２１ａをオフするという制御回路１２８の動作に影響を与えることなく、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。

本実施形態によれば、一定の時間Ｔｏｆｆの経過前に、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフ指示からオン指示に切替わったときには、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンしてＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフすることはしない。時間Ｔｏｆｆ経過前に、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオフ指示からオン指示に切替わったときには、もはやＩＧＢＴ１１０ｄをオフする必要がない。そのため、ＩＧＢＴ１１０ｄを駆動信号に応じてオンさせることができる。

本実施形態によれば、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わると、制御回路１２８は、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａをオンする。これにより、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷が放電される。オン駆動用コンデンサ１２１ｃの容量を含むＩＧＢＴ１１０ｄのゲートと出力端子の間の合成容量とオフ駆動用抵抗の抵抗値の積で決まる時定数以上の時間経過すると、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートの電荷が充分に放電される。そして、その後、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａ以外でＩＧＢＴ１１０ｄをオフする。そのため、オフ駆動用ＦＥＴ１２２ａによってＩＧＢＴ１１０ｄのゲートから電荷を放電するという制御回路１２８の動作に影響を与えることなく、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。

本実施形態によれば、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａを有することで、ＩＧＢＴ１１０ｄのオフ状態を保持することができる。

本実施形態によれば、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａを利用してＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。そのため、回路構成を簡素化することができる。

本実施形態によれば、図４に示すように、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わり、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧がオフ保持閾値以下になると、制御回路１２８は、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンする（ｔ９）。そして、その後、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａでＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフする（ｔ１０）。そのため、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧がオフ保持閾値以下になるとオフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンするという制御回路１２８の動作に影響を与えることなく、ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。

なお、本実施形態では、駆動信号がＩＧＢＴ１１０ｄのオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから一定の時間Ｔｏｆｆ経過後に、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａをオンしてＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフする例を挙げているが、これに限られるものではない。
時間Ｔｏｆｆは、ＩＧＢＴ１１０ｄのコレクタ−エミッタ間電圧（入出力端子間電圧）に応じて設定されるようにしてもよい。ＩＧＢＴ１１０ｄのコレクタ−エミッタ間電圧が低いほど短く設定されるようにするとより好ましい。ＩＧＢＴのゲートは、コレクタ、エミッタとの間の浮遊容量を介しても充電される。コレクタ、エミッタとの間の浮遊容量を介してＩＧＢＴのゲートに充電される電荷は、コレクタ−エミッタ間電圧が低いほど少なくなる。そのため、電荷の放電時間も、コレクタ−エミッタ電圧が低いほど短くなる。従って、時間Ｔｏｆｆを適切に設定することができる。

また、時間Ｔｏｆｆは、ＩＧＢＴ１１０ｄの温度に応じて設定されるようにしてもよい。ＩＧＢＴ１１０ｄの温度が低いほど短く設定されるようにするとより好ましい。ＩＧＢＴ１１０ｄのゲートの電荷の放電時間は、ＩＧＢＴ１１０ｄの温度が低いほど短くなる。従って、時間Ｔｏｆｆを適切に設定することができる。

また、本実施形態では、オフ保持用ＦＥＴ１２３ａを利用してＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフする例を挙げているが、これに限られるものではない。制御装置１２には、ＩＧＢＴ１１０ｄに異常電流が流れたとき、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフする遮断用ＦＥＴ１２４ａがある。オフ保持用ＦＥＴ１２３ａの場合と同様に、この遮断用ＦＥＴ１２４ａを利用してＩＧＢＴ１１０ｄを強制的にオフしてもよい。ＩＧＢＴ１１０ｄのゲート電圧が低下しない場合であっても、ＩＧＢＴ１１０ｄをオフすることができる。回路構成を簡素化することもできる。

１・・・モータ制御装置（電子装置）、１０・・・平滑コンデンサ、１１・・・インバータ装置、１１０ａ〜１１０ｆ・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１１ａ〜１１１ｆ・・・電流センス抵抗、１２・・・制御装置、１２０・・・駆動用電源回路、１２１・・・オン駆動用回路、１２１ａ・・・オン駆動用ＦＥＴ（オン駆動用スイッチング素子）、１２１ｂ・・・オン駆動用抵抗、１２１ｃ・・・オン駆動用コンデンサ、１２２・・・オフ駆動用回路、１２２ａ・・・オフ駆動用ＦＥＴ（オフ駆動用スイッチング素子）、１２２ｂ・・・オフ駆動用抵抗、１２３・・・オフ保持用回路、１２３ａ・・・オフ保持用ＦＥＴ（オフ保持用スイッチング素子）、１２３ｂ・・・ゲート抵抗、１２４・・・遮断用回路、１２４ａ・・・遮断用ＦＥＴ（遮断用スイッチング素子）、１２４ｂ・・・遮断用抵抗、１２６・・・過電流検出回路、１２７・・・短絡検出回路、１２８・・・制御回路、Ｂ１・・・高電圧バッテリ、Ｍ１・・・車両駆動用モータ

Claims

制御端子の電圧を制御することで駆動されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記スイッチング素子の制御端子に電荷を充電するオン駆動用スイッチング素子と、
前記スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ駆動用スイッチング素子と、
入力される駆動信号に基づいて前記オン駆動用スイッチング素子と前記オフ駆動用スイッチング素子を制御することで、前記スイッチング素子の制御端子の電圧を制御して前記スイッチング素子を駆動する制御回路と、
を備えた電子装置において、
前記制御回路は、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、前記オフ駆動用スイッチング素子がオンするタイミングの後であって、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから所定時間経過後に、前記オフ駆動用スイッチング素子の動作状態に関係なく、前記オフ駆動用スイッチング素子以外で前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする電子装置。
前記制御回路は、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、前記オン駆動用スイッチング素子がオフするタイミングの後であって、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから前記所定時間経過後に、前記オフ駆動用スイッチング素子以外で前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記制御回路は、前記所定時間経過前に、駆動信号が前記スイッチング素子のオフ指示からオン指示に切替わったときには、前記オフ駆動用スイッチング素子以外で前記スイッチング素子をオフしないことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
前記スイッチング素子の制御端子と出力端子の間に接続されるオン駆動用コンデンサと、
前記オフ駆動用スイッチング素子と前記スイッチング素子の制御端子の間に接続される
オフ駆動用抵抗と、
を有し、
前記制御回路は、前記オフ駆動用スイッチング素子がオンするタイミングの後、前記オン駆動用コンデンサの容量を含む前記スイッチング素子の制御端子と出力端子の間の合成容量と前記オフ駆動用抵抗の抵抗値の積で決まる時定数以上の時間経過後に、前記オフ駆動用スイッチング素子以外で前記スイッチング素子をオフであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記所定時間は、前記スイッチング素子の入出力端子間電圧に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
前記所定時間は、前記スイッチング素子の入出力端子間電圧が低いほど短く設定されることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。
前記所定時間は、前記スイッチング素子の温度に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
前記所定時間は、前記スイッチング素子の温度が低いほど短く設定されることを特徴とする請求項７に記載の電子装置。
前記スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子を有し、
前記制御回路は、前記スイッチング素子の制御端子の電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記スイッチング素子のオフ状態を保持することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子装置。
前記制御回路は、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから前記所定時間経過後に、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項９に記載の電子装置。
前記制御回路は、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わり、前記オフ保持用スイッチング素子がオンするタイミングの後であって、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから前記所定時間経過後に、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置。
前記スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記スイッチング素子の制御端子から電荷を放電する遮断用スイッチング素子を有し、
前記制御回路は、前記スイッチング素子に異常電流が流れたとき、前記遮断用スイッチング素子を制御して前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子装置。
前記制御回路は、駆動信号が前記スイッチング素子のオン指示からオフ指示に切替わるタイミングから前記所定時間経過後に、前記遮断用スイッチング素子を制御して前記スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項１２に記載の電子装置。