JP5796450B2 - スイッチングデバイスの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの電圧制御型のスイッチングデバイスの導通と遮断を制御するスイッチングデバイスの制御装置に関する。

この種の制御装置としては、例えば、特許文献１（特開２００８−１４１８４１号公報）に記載のものが知られている。
この従来装置は、スイッチングデバイスの導通と遮断を行う駆動回路と、スイッチングデバイスに流れる電流を検出する電流センサと、を備えている。
また、従来装置は、電流センサの検出電流を第１の基準値と比較し、その検出電流が第１の基準値以上の場合に、スイッチングデバイスが過電流である旨を示す過電流検出信号を出力する第１の比較回路を備えている。

さらに、従来装置は、電流センサの検出電流を第２の基準値と比較し、その検出電流が第２の基準値以上の場合に、スイッチングデバイスを貫通する電流を検出した旨の貫通電流検出信号を出力する第２の比較回路を備えている。
さらにまた、従来装置は、第１の比較回路から出力される過電流検出信号の継続時間が第１の規定時間以上の場合、または第２の比較回路から出力される貫通電流検出信号の継続時間が第２の規定時間以上の場合に、スイッチングデバイスを遮断するようになっている。

特開２００８−１４１８４１号公報

このような構成からなる従来装置では、スイッチングデバイスに過電流あるいは貫通電流が流れる場合に、スイッチングデバイスを遮断することにより、スイッチングデバイスの電流遮断時に発生するサージ電圧を抑制できる。
しかし、従来装置では、スイッチングデバイスが過電流の状態ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスの電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、そのサージ電圧の抑制ができないという課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記の課題に着目し、スイッチングデバイスが過電流の状態ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスの電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、そのサージ電圧を抑制できるようにしたスイッチングデバイスの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
すなわち、第１の発明は、スイッチングデバイスの導通と遮断を制御するスイッチングデバイスの制御装置において、前記スイッチングデバイスに流れる電流を検出する電流センサと、前記電流センサの検出電流を予め定めてある第１の基準値と比較し、前記検出電流が前記第１の基準値以上の場合にサージ抑制信号を出力する第１の比較回路と、前記第１の比較回路から前記サージ抑制信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第１の遮断回路と、を備え、前記第１の基準値は、前記スイッチングデバイスの定格電流に対応する基準値と前記スイッチングデバイスに流れる過電流を検出するために予め定めてある第２の基準値との間に設定した。

第１の発明において、前記電流センサの検出電流を前記第２の基準値と比較し、前記検出電流が前記第２の基準値以上の場合に過電流検出信号を出力する第２の比較回路と、前記第１の比較回路から前記サージ抑制信号が出力され、かつ、前記第２の比較回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第２の遮断回路と、をさらに備えるようにした。

第２の発明は、スイッチングデバイスの導通と遮断を制御するスイッチングデバイスの制御装置において、前記スイッチングデバイスに流れる電流を検出する電流センサと、前記電流センサの検出電流を予め定めてある基準値と比較し、前記検出電流が前記基準値以上の場合に検出信号を出力する比較回路と、前記比較回路から出力される前記検出信号の継続時間が第１の設定時間以上の場合に、サージ抑制信号を出力する第１の信号生成回路と、前記第１の信号生成回路から前記サージ抑制信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第１の遮断回路と、を備え、前記第１の設定時間は、前記スイッチングデバイスに流れる過電流を検出するために予め定めてある第２の設定時間に比べて短くするようにした。

第２の発明において、前記比較回路から出力される前記検出信号の継続時間が前記第２の設定時間以上の場合に、過電流検出信号を出力する第２の信号生成回路と、前記第１の信号生成回路から前記サージ抑制信号が出力され、かつ、前記第２の信号生成回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第２の遮断回路と、をさらに備えるようにした。

本発明によれば、スイッチングデバイスが過電流の状態ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスの電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、そのサージ電圧を抑制できる。
また、本発明において、第１の遮断回路の遮断能力を、第２の遮断回路の遮断能力よりも大きく設定する場合には、第１の遮断回路の遮断時の電力消費を、第２の遮断回路の遮断時の電力消費に比べて軽減できる。

本発明のスイッチングデバイスの制御装置の第１実施形態の構成を示す図である。 第１実施形態の第１の動作例を説明する各部の波形図である。 第１実施形態の第２の動作例を説明する各部の波形図である。 本発明のスイッチングデバイスの制御装置の第２実施形態の構成を示す図である。 第２実施形態の第１の動作例を説明する各部の波形図である。 第２実施形態の第２の動作例を説明する各部の波形図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態の概要）
本発明のスイッチングデバイスの制御装置の第１実施形態は、例えば、モータを駆動するインバータなどに使用されるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）に適用されるものである。
この制御装置は、図１に示すように、入力端子１、出力端子２、アラーム出力端子３、リセット端子４、および電源電圧端子５を備え、出力端子２に接続されるスイッチングデバイスＱ１の導通と遮断を制御する。また、この制御装置は、電源電圧端子５に供給される電源電圧ＶＣＣにより動作する。

スイッチングデバイスＱ１はＩＧＢＴなどからなり、その定格電流は例えば数１０〔Ａ〕〜数１００〔Ａ〕である。そして、この制御装置がインバータに適用される場合には、スイッチングデバイスＱ１はインバータの構成素子の一部を構成する。

（第１実施形態の構成）
次に、第１実施形態に係る制御装置の構成について、図１を参照して説明する。
この制御装置は、図１に示すように、電流センサ１０と、温度センサ２０と、貫通電流検出回路３０と、過電流検出回路４０と、サージ抑制検出回路５０と、過熱検出回路６０と、電位低下検出回路７０と、制御回路８０と、複数のトランジスタ９１〜９５と、アラーム生成回路１００と、アラーム出力回路１１０と、を備えている。

電流センサ１０は、スイッチングデバイスＱ１に流れる電流を検出し、この検出電流に応じた検出電圧ＥＳを生成し、この生成された検出電圧ＥＳを貫通電流検出回路３０、過電流検出回路４０、およびサージ抑制検出回路５０にそれぞれ出力する。
温度センサ２０は、スイッチングデバイスＱ１の温度を検出し、この検出温度に応じた検出電圧を過熱検出回路６０に出力する。
貫通電流検出回路３０は、電流センサ１０の検出電流に基づき、スイッチングデバイスＱ１を貫通する電流（貫通電流）を検出し、貫通電流を検出したときには貫通電流検出信号Ｓ１を制御回路８０とアラーム生成回路１００にそれぞれ出力する。

このため、貫通電流検出回路３０は、コンパレータ３０１と、タイマラッチ３０２とを備えている。コンパレータ３０１は、電流センサ１０の検出電圧ＥＳを基準電圧ＥＲ３と比較し、検出電圧ＥＳが基準電圧ＥＲ３以上のときに、ハイレベルの信号を出力する。タイマラッチ３０２は、コンパレータ３０１からハイレベルの信号が出力されたときに、その出力信号の継続時間を計数し、この計数時間が設定時間Ｔ１以上の場合に、貫通電流検出信号Ｓ１を制御回路８０とアラーム生成回路１００にそれぞれ出力する。

過電流検出回路４０は、電流センサ１０の検出電流に基づき、スイッチングデバイスＱ１の過電流を検出し、過電流を検出したときには過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０とアラーム生成回路１００にそれぞれ出力する。
このため、過電流検出回路４０は、コンパレータ４０１と、タイマラッチ４０２とを備えている。コンパレータ４０１は、電流センサ１０の検出電圧ＥＳを基準電圧ＥＲ２と比較し、検出電圧ＥＳが基準電圧ＥＲ２以上のときに、ハイレベルの信号を出力する。タイマラッチ４０２は、コンパレータ４０１からハイレベルの信号が出力されたときに、その出力信号の継続時間を計数し、この計数時間が設定時間Ｔ２以上の場合に、過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０とアラーム生成回路１００にそれぞれ出力する。

サージ抑制検出回路５０は、電流センサ１０の検出電流に基づき、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時に発生するサージ電圧の抑制が必要であると判定された場合に、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０に出力する。
このため、サージ抑制検出回路５０は、コンパレータ５０１と、タイマラッチ５０２とを備えている。コンパレータ５０１は、電流センサ１０の検出電圧ＥＳを基準電圧ＥＲ１と比較し、検出電圧ＥＳが基準電圧ＥＲ１以上のときに、ハイレベルの信号を出力する。タイマラッチ５０２は、コンパレータ５０１からハイレベルの信号が出力されたときに、その出力信号の継続時間を計数し、この計数時間が設定時間Ｔ２以上の場合に、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０に出力する。

ここで、上記のコンパレータ３０１、４０１、５０１に設定される基準電圧ＥＲ３、ＥＲ２、ＥＲ１のそれぞれは、予め定められている。そして、基準電圧ＥＲ３、ＥＲ２、ＥＲ１は、次の（１）式の関係を満たすように設定されている。
ＥＲ３＞ＥＲ２＞ＥＲ１ ・・・（１）

また、コンパレータ５０１が使用する基準電圧ＥＲ１は、スイッチングデバイスＱ１の定格電流に対応して予め定めた電圧をＥＲＣとすると、次の（２）式の関係を満たすのが好ましい。
ＥＲ２＞ＥＲ１＞ＥＲＣ ・・・（２）

ここで、スイッチングデバイスＱ１がＩＧＢＴである場合に、例えばＩＧＢＴの定格電流が３００〔Ａ〕とすると、過電流からの保護すべき電流は４５０〔Ａ〕程度となる。このため、これらの各値に基づいて上記の基準電圧ＥＲ２、ＥＲ１、ＥＲＣをそれぞれ設定する。
さらに、タイマラッチ３０２の設定時間Ｔ１は、タイマラッチ４０２、５０２の設定時間Ｔ２に比べて短く設定されている。タイマラッチ３０２の設定時間Ｔ１は例えば２μＳであり、タイマラッチ４０２、５０２の設定時間Ｔ２は例えば４μＳである。

過熱検出回路６０は、出力端子２に接続されるスイッチングデバイスＱ１が過熱状態にあるか否かを検出し、過熱状態を検出した場合には過熱検出信号Ｓ４をアラーム生成回路１００に出力する。このため、過熱検出回路６０は、コンパレータ６０１を備えている。コンパレータ６０１は、温度センサ２０の検出電圧を基準電圧ＥＲ４と比較し、その検出電圧が基準電圧ＥＲ４以上のときに、過熱検出信号Ｓ４をアラーム生成回路１００に出力する。

電位低下検出回路７０は、電源電圧端子５に供給される電源電圧ＶＣＣを検出し、この検出電圧が所定値以下の場合には電位低下信号Ｓ５を制御回路８０に出力する。このため、電位低下検出回路７０は、コンパレータ７０１を備えている。コンパレータ７０１は、電源電圧ＶＣＣを基準電圧ＥＲ５と比較し、検出電圧が基準電圧ＥＲ５以下のときに、電位低下信号Ｓ５を制御回路８０に出力する。

複数のトランジスタ９１〜９５のそれぞれは、制御回路８０から出力される駆動信号により動作し、以下の機能を有する。また、複数のトランジスタ９１〜９５の各出力端子は、出力端子２に共通接続されている。
トランジスタ９１は、Ｐ型のＭＯＳトランジスタからなり、出力端子２に接続されるスイッチングデバイスＱ１の通常のスイッチングのターンオン時に使用されるターンオン用のトランジスタとして機能する。

トランジスタ９２は、Ｎ型のＭＯＳトランジスタからなり、スイッチングデバイスＱ１の通常のスイッチングのターンオフ時に使用されるターンオフ用のトランジスタとして機能する。
トランジスタ９３は、スイッチングデバイスＱ１の通常のスイッチングオン時の誤動作を防止するために出力インピーダンスを低下させるために使用されるオフ保護用のトランジスタである。このトランジスタ９３はＮ型のＭＯＳトランジスタからなる。

トランジスタ９４は、スイッチングデバイスＱ１を貫通電流または過電流から保護するものであって、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時に、スイッチングデバイスＱ１のゲートを緩やかに低下させるソフト遮断用のトランジスタとして機能する。
トランジスタ９５は、スイッチングデバイスＱ１が過電流の状態ではないが、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧を抑制するために、その遮断時に、スイッチングデバイスＱ１のゲートを緩やかに低下させるソフト遮断用のトランジスタとして機能する。

ここで、トランジスタ９４、９５は、上記のようにソフト遮断用のトランジスタとして機能するが、それらの遮断能力（駆動能力）の関係は以下のように設定されている。
すなわち、トランジスタ９５の遮断能力は、トランジスタ９４の遮断能力に対して大きくなるように設定されている。具体的には、トランジスタ９５のトランジスタサイズが、トランジスタ９４のトランジスタサイズに比べて大きくなるように設定されている。

制御回路８０は、入力端子１に供給される入力信号ＩＮに基づき、スイッチングデバイスＱ１をターンオンさせる駆動信号Ｓ７と、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ８を出力する。
このため、スイッチングデバイスＱ１のターンオン時には、駆動信号Ｓ７によりトランジスタ９１のみがオンされ、電源電圧ＶｃｃがスイッチングデバイスＱ１のゲートに印加され、ゲートが充電される。また、スイッチングデバイスＱ１のターンオフ時には、駆動信号Ｓ８によりターンオフ用トランジスタ９２がオンされ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を放電させる。

また、制御回路８０は、電位低下検出回路７０から出力される電位低下信号Ｓ５に基づき、スイッチングデバイスＱ１の保護のためにターンオフさせる場合には駆動信号Ｓ３を出力する。これにより、駆動信号Ｓ３はオフ保護用のトランジスタ６３をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、スイッチングデバイスＱ１を保護する。

さらに、制御回路８０は、貫通電流検出回路３０から貫通電流検出信号Ｓ１が出力される場合には、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１１を生成し、トランジスタ９４に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１１はソフト遮断用のトランジスタ９４をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

また、制御回路８０は、サージ抑制検出回路５０からサージ抑制検出信号Ｓ３のみが出力される場合には、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１２を生成し、トランジスタ９５に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１２はソフト遮断用のトランジスタ９５をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

さらに、制御回路８０は、サージ抑制検出回路５０からサージ抑制検出信号Ｓ３が出力され、かつ、過電流検出回路４０から過電流検出信号Ｓ２が出力される場合に、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１１を生成し、トランジスタ９４に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１１はソフト遮断用のトランジスタ９４をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

アラーム生成回路１００は、貫通電流検出回路３０から貫通電流検出信号Ｓ１が出力され、過電流検出回路４０から過電流検出信号Ｓ２が出力され、または過熱検出回路６０から過熱検出信号Ｓ４が出力された場合に、アラーム信号を生成してアラーム送信回路１１０に出力する。アラーム生成回路１００は、アラーム信号を生成して出力したときには、その旨を制御回路８０に通知する。
アラーム出力回路１１０は、アラーム生成回路１００からアラーム信号が出力されたときに、そのアラーム信号をアラーム出力端子３を介して外部に出力する。アラーム出力回路１１０から出力されるアラーム信号は、リセット端子４に入力されるリセット信号によりその出力を停止できる。

（第１実施形態の動作）
次に、この第１実施形態の動作について、図面を参照して説明する。
この動作例では、第１実施形態の出力端子２にスイッチングデバイスＱ１のゲートが接続され、スイッチングデバイスＱ１は、コレクタに電源電圧ＶＤＤが印加され、エミッタが接地されているものとして説明する。

（第１の動作例）
第１の動作例について、図１および図２を参照して説明する。
制御回路８０は、入力端子１に入力される入力信号ＩＮに基づき、駆動信号Ｓ７、Ｓ８を生成して出力する。このため、制御回路８０から駆動信号Ｓ７が出力されると、これによりトランジスタ９１が動作し、スイッチングデバイスＱ１がターンオンする。また、制御回路８０から駆動信号Ｓ８が出力されると、これによりトランジスタ９２が動作し、スイッチングデバイスＱ１がターンオフする。

このような動作により、図２に示す時刻ｔ１以前には、スイッチングデバイスＱ１のゲート電圧ＶＧは図２（Ｂ）に示すようになる。また、スイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥとＭＯＳトランジスタＱ１のコレクタ電流ＩＣは、図２（Ａ）に示すようになる。さらに、電流センサ１０から出力される検出電圧ＥＳは、図２（Ｃ）に示すようになる。

そして、図２（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳがコンパレータ５０１の基準電圧ＥＲ１以上になると、コンパレータ５０１はハイレベルの信号をタイマラッチ５０２に出力する。タイマラッチ５０２は、コンパレータ５０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ３において、その計数時間が設定時間Ｔ２以上になると、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０に出力する。

一方、図２（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳがコンパレータ４０１の基準電圧ＥＲ２以上になると、コンパレータ４０１はハイレベルの信号をタイマラッチ４０２に出力する。しかし、コンパレータ４０１の出力信号は、タイマラッチ４０２の設定時間Ｔ２以上にはならないので、タイマラッチ４０２から過電流検出信号Ｓ２は出力されない。このため、タイマラッチ４０２からアラーム生成回路１００に過電流検出信号Ｓ２が出力されないので、アラーム出力回路１１０からはアラーム信号が出力されない（図２（Ｄ）参照）。

このように、タイマラッチ５０２からサージ抑制検出信号Ｓ３だけが制御回路８０に出力される場合には、制御回路８０はそのサージ抑制検出信号Ｓ３に基づいて駆動信号Ｓ１２を生成し、この駆動信号Ｓ１２をトランジスタ９５に出力する。これにより、トランジスタ９５はオンし、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。このため、過電流ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、その抑制ができる。

（第２の動作例）
第２の動作例について、図１および図３を参照して説明する。
図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳがコンパレータ５０１の基準電圧ＥＲ１以上になると、コンパレータ５０１はハイレベルの信号をタイマラッチ５０２に出力する。タイマラッチ５０２は、コンパレータ５０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ３において、その計数時間が設定時間Ｔ２以上になると、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０に出力する。

一方、時刻ｔ２において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳがコンパレータ４０１の基準電圧ＥＲ２以上になると、コンパレータ４０１はハイレベルの信号をタイマラッチ４０２に出力する。タイマラッチ４０２は、コンパレータ４０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ４において、その計数時間が設定時間Ｔ２以上になると、過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０およびアラーム生成回路１００に出力する。アラーム生成回路１００は、図３（Ｄ）に示すように、アラーム信号を生成して出力する。

このように、タイマラッチ５０２からのサージ抑制検出信号Ｓ３とタイマラッチ４０２からの過電流検出信号Ｓ２とが制御回路８０出力される場合には、制御回路８０はその両信号Ｓ２、Ｓ３に基づいて駆動信号Ｓ１１を生成し、この駆動信号Ｓ１１をトランジスタ９４に出力する。これにより、トランジスタ９４はオンし、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させ、ゲートの電荷を徐々に放電させる。このため、過電流によるスイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧が抑制される。

（第１実施形態の効果）
以上のように、第１実施形態によれば、第１の動作例のように、スイッチングデバイスＱ１が過電流の状態ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、そのサージ電圧を効果的に抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する遮断能力を、トランジスタ９４の遮断能力の比べて大きくなるようにした。

このため、過電流から保護するために、トランジスタ９４がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断するときのスイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥおよびコレクタ電流ＩＣの変化は図３（Ａ）に示すようになる。一方、サージ電圧の抑制のために、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断するときのスイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥおよびコレクタ電流ＩＣの変化は、図２（Ａ）に示すようになり、それらの変化の勾配は図３（Ａ）に比べて大きい。
したがって、第１実施形態によれば、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する場合には、スイッチングデバイスＱ１の過電流時に，トランジスタ９４がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する場合に比べて、遮断時の電力消費を軽減できる。

（第１実施形態の変形例）
（１）第１の変形例
図１のサージ抑制検出回路５０のコンパレータ５０１を、ウインドウコンパレータに置き換えるようにしても良い。
ウインドウコンパレータに置き換えた場合には、２つの基準電圧を有する。このため、一方の基準電圧をコンパレータ４０１の基準電圧ＥＲ２に設定し、他方の基準電圧をスイッチングデバイスＱ１の定格電流に対応して予め定めた基準電圧ＥＲＣに設定する。また、基準電圧ＥＲ２、ＥＲＣは、ＥＲ２＞ＥＲＣの関係を満たすものとする。
このような設定により、ウインドウコンパレータは、電流センサ１０の検出電圧ＥＳが、基準電圧ＥＲ２と基準電圧ＥＲＣとの間にある場合に、ハイレベルの信号を出することができる。そして、タイマラッチ５０２はその出力信号に基づいてサージ抑制検出信号Ｓ３を出力できる。

（２）第２の変形例
図１のトランジスタ９４、９５に代えて、トランジスタ９４に第１の抵抗を直列に接続し、トランジスタ９５に第２の抵抗を直列に接続するようにしても良い。
この場合にも、トランジスタ９５側の遮断能力をトランジスタ９４の遮断能力に比べて大きくするが、この方法には以下の２つがある。
第１の方法は、トランジスタ９４、９５を同一のトランジスタサイズとし、第１の抵抗の抵抗値を第２の抵抗の抵抗値に比べて大きくする。
また、第２の方法は、第１と第２の抵抗の抵抗値を同じとし、トランジスタ９５のサイズをトランジスタ９４のサイズに比べて大きくする。

（第２実施形態の構成）
次に、第２実施形態に係る制御装置の構成について、図４を参照して説明する。
この制御装置は、図４に示すように、電流センサ１０と、温度センサ２０と、貫通電流検出回路３０と、電流検出回路１２０と、過熱検出回路６０と、電位低下検出回路７０と、制御回路８０Ａと、複数のトランジスタ９１〜９５と、アラーム生成回路１００Ａと、アラーム出力回路１１０と、を備えている。

第２実施形態に係る制御装置は、図１に示す制御装置の構成を基本にし、図１に示す過電流検出回路４０およびサージ抑制検出回路５０を、図４に示す電流検出回路１２０に置き換え、かつ、図１に示す制御回路８０およびアラーム生成回路１００を、図４に示す制御回路８０Ａおよびアラーム生成回路１００Ａに置き換えたものである。

このため、第２実施形態では、第１実施形態の同一の構成要素には同一符号を付して、その説明はできるだけ省略する。
電流検出回路１２０は、電流センサ１０の検出電流に基づき、スイッチングデバイスＱ１の過電流を検出し、過電流を検出したときには過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０Ａとアラーム生成回路１００Ａにそれぞれ出力する。

また、電流検出回路１２０は、電流センサ１０の検出電流に基づき、スイッチングデバイスＱ１が過電流の状態ではないが、スイッチングデバイスＱ１の遮断時に発生するサージ電圧の抑制が必要であると判定された場合に、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０Ａに出力する。
このため、電流検出回路１２０は、図４に示すように、コンパレータ１２０１と、タイマラッチ１２０２と、タイマラッチ１２０３とを備えている。

コンパレータ１２０１は、電流センサ１０の検出電圧ＥＳを基準電圧ＥＲ２と比較し、検出電圧ＥＳが基準電圧ＥＲ２以上のときに、ハイレベルの信号を出力する。
タイマラッチ１２０２は、コンパレータ１２０１からハイレベルの信号が出力されたときに、その出力信号の継続時間を計数し、この計数時間が予め定めてある設定時間Ｔ６以上の場合に、過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０とアラーム生成回路１００にそれぞれ出力する。

タイマラッチ１２０３は、コンパレータ１２０１からハイレベルの信号が出力されたときに、その出力信号の継続時間を計数し、この計数時間が予め定めてある設定時間Ｔ５以上の場合に、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０に出力する。
ここで、タイマラッチ１２０３の設定時間Ｔ５は、タイマラッチ１２０２の設定時間Ｔ６に比べて短く設定されている。

制御回路８０Ａは、貫通電流検出回路３０から貫通電流検出信号Ｓ１が出力されると、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１１を、トランジスタ９４に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１１はソフト遮断用のトランジスタ９４をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

制御回路８０Ａは、電流検出回路１２０からサージ抑制検出信号Ｓ３だけが出力される場合には、サージ抑制検出信号Ｓ３に基づいて、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１２を、トランジスタ９５に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１２はソフト遮断用のトランジスタ９５をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

また、制御回路８０Ａは、電流検出回路１２０からサージ抑制検出信号Ｓ３と過電流検出信号Ｓ２が出力される場合に、この両信号Ｓ２、Ｓ３に基づいて、スイッチングデバイスＱ１をターンオフさせる駆動信号Ｓ１１を、トランジスタ９４に出力する。これにより、駆動信号Ｓ１１はソフト遮断用のトランジスタ９５をオンさせ、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。

アラーム生成回路１００Ａは、貫通電流検出回路から貫通電流検出信号Ｓ１が出力され、電流検出回路１２０から過電流検出信号Ｓ２が出力され、または過熱検出回路６０から過熱検出信号Ｓ４が出力された場合に、アラーム信号を生成してアラーム送信回路１１０に出力する。アラーム生成回路１００Ａは、アラーム信号を生成して出力したときには、その旨を制御回路８０Ａに通知する。

（第２実施形態の動作）
次に、この第２実施形態の動作について、図面を参照して説明する。
（第１の動作例）
第１の動作例について、図４および図５を参照して説明する。
制御回路８０Ａは、入力端子１に入力される入力信号ＩＮに基づき、駆動信号Ｓ７、Ｓ８を生成して出力する。このため、制御回路８０Ａから駆動信号Ｓ７が出力されると、これによりトランジスタ９１が動作し、スイッチングデバイスＱ１がターンオンする。また、制御回路８０Ａから駆動信号Ｓ８が出力されると、これによりトランジスタ９２が動作し、スイッチングデバイスＱ１がターンオフする。

このような動作により、図５に示す時刻ｔ１以前には、スイッチングデバイスＱ１のゲート電圧ＶＧは図５（Ｂ）に示すようになる。また、スイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥとＭＯＳトランジスタＱ１のコレクタ電流ＩＣは、図５（Ａ）に示すようになる。さらに、電流センサ１０から出力される検出電圧ＥＳは、図５（Ｃ）に示すようになる。

そして、図５（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳがコンパレータ１２０１の基準電圧ＥＲ２以上になると、コンパレータ１２０１はハイレベルの信号をタイマラッチ１２０２、１２０３にそれぞれ出力する。
タイマラッチ１２０３は、コンパレータ１２０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ２において、この計数時間が設定時間Ｔ５以上になると、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０Ａに出力する。

一方、タイマラッチ１２０２は、コンパレータ１２０１からの出力信号の継続時間を計数する。しかし、時刻ｔ２の経過後、検出センサ１０の検出電圧ＥＳが一時的にコンパレータ１２０１の基準電圧ＥＲ２を下回るので、コンパレータ１２０１からのハイレベルの信号の出力が停止する。
この停止により、タイマラッチ１２０２はリセットされ、コンパレータ１２０１からの出力信号の継続時間が設定時間Ｔ６以上にはならず、タイマラッチ１２０２から過電流検出信号Ｓ２は出力されない。このため、タイマラッチ１２０２からアラーム生成回路１００Ａに過電流検出信号Ｓ２が出力されないので、アラーム出力回路１１０からはアラーム信号が出力されない（図５（Ｄ）参照）。

このように、タイマラッチ１２０３からサージ抑制検出信号Ｓ３だけが制御回路８０Ａから出力される場合には、制御回路８０Ａはそのサージ抑制検出信号Ｓ３に基づいて駆動信号Ｓ１２を生成し、この駆動信号Ｓ１２をトランジスタ９５に出力する。これにより、トランジスタ９５がオンし、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。このため、過電流ではないが、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、その抑制ができる。

（第２の動作例）
第２の動作例について、図４および図６を参照して説明する。
図６（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において、検出センサ１０の検出電圧ＥＳが、時刻ｔ１においてコンパレータ１２０１の基準電圧ＥＲ２以上になると、コンパレータ１２０１はハイレベルの信号をタイマラッチ１２０２、１２０３にそれぞれ出力する。
タイマラッチ１２０３は、コンパレータ１２０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ２において、この計数時間が設定時間Ｔ５以上になると、サージ抑制検出信号Ｓ３を制御回路８０Ａに出力する。

一方、タイマラッチ１２０２は、コンパレータ１２０１からの出力信号の継続時間を計数し、時刻ｔ３において、この計数時間が設定時間Ｔ６以上になると、過電流検出信号Ｓ２を制御回路８０Ａに出力する。
このように、タイマラッチ１２０３からのサージ抑制検出信号Ｓ３とタイマラッチ１２０２からの過電流検出信号Ｓ２が制御回路８０Ａに出力される場合には、制御回路８０Ａはその両信号Ｓ２、Ｓ３に基づいて駆動信号Ｓ１１を生成し、この駆動信号Ｓ１１をトランジスタ９４に出力する。これにより、トランジスタ９４がオンし、スイッチングデバイスＱ１のゲートをグランドに接続させて、ゲートの電荷を徐々に放電させる。このため、過電流によるスイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧が抑制される。

（第２実施形態の効果）
以上のように、第２実施形態によれば、第１の動作例のように、スイッチングデバイスＱ１が過電流の状態ではないが、過電流からの保護に先立ち、スイッチングデバイスＱ１の電流遮断時のサージ電圧の抑制が必要な場合に、そのサージ電圧を効果的に抑制することができる。
また、第１実施形態では、上記のように、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する遮断能力を、トランジスタ９４の遮断能力の比べて大きくなるようにした。

このため、過電流から保護するために、トランジスタ９４がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断するときのスイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥおよびコレクタ電流ＩＣの変化は図６（Ａ）に示すようになる。一方、サージ電圧の抑制のために、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断するときのスイッチングデバイスＱ１のコレクタ−エミッタ間の電圧ＶＣＥおよびコレクタ電流ＩＣの変化は、図５（Ａ）に示すようになり、それらの変化の勾配は図６（Ａ）に比べて大きい。
したがって、第２実施形態によれば、トランジスタ９５がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する場合には、トランジスタ９４がスイッチングデバイスＱ１をソフト遮断する場合に比べて、遮断時の電力消費を軽減できる。

Ｑ１…スイッチングデバイス、１…入力端子、２…出力端子、１０…電流センサ、２０…温度センサ、３０…貫通電流検出回路、４０…過電流検出回路、５０…サージ抑制検出回路、６０…過熱検出回路、７０…電位低下検出回路、８０、８０Ａ…制御回路、９１〜９５…トランジスタ、１００、１００Ａ…アラーム生成回路、１１００アラーム出力回路、３０１、４０１、５０１、１２０１…コンパレータ、３０２、４０２、５０２、１２０２、１２０３…タイマラッチ

Claims (8)

1. スイッチングデバイスの導通と遮断を制御するスイッチングデバイスの制御装置において、
   前記スイッチングデバイスに流れる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサの検出電流を予め定めてある第１の基準値と比較し、前記検出電流が前記第１の基準値以上の場合にサージ抑制信号を出力する第１の比較回路と、
   前記第１の比較回路から前記サージ抑制信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第１の遮断回路と、を備え、
   前記第１の基準値は、前記スイッチングデバイスの定格電流に対応する基準値と前記スイッチングデバイスに流れる過電流を検出するために予め定めてある第２の基準値との間に設定したことを特徴とするスイッチングデバイスの制御装置。
2. 前記電流センサの検出電流を前記第２の基準値と比較し、前記検出電流が前記第２の基準値以上の場合に過電流検出信号を出力する第２の比較回路と、
   前記第１の比較回路から前記サージ抑制信号が出力され、かつ、前記第２の比較回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第２の遮断回路と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングデバイスの制御装置。
3. 前記第２の比較回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、アラーム信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチングデバイスの制御装置。
4. スイッチングデバイスの導通と遮断を制御するスイッチングデバイスの制御装置において、
   前記スイッチングデバイスに流れる電流を検出する電流センサと、
   前記電流センサの検出電流を予め定めてある基準値と比較し、前記検出電流が前記基準値以上の場合に検出信号を出力する比較回路と、
   前記比較回路から出力される前記検出信号の継続時間が第１の設定時間以上の場合に、サージ抑制信号を出力する第１の信号生成回路と、
   前記第１の信号生成回路から前記サージ抑制信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第１の遮断回路と、を備え、
   前記第１の設定時間は、前記スイッチングデバイスに流れる過電流を検出するために予め定めてある第２の設定時間に比べて短くするようにしたことを特徴とするスイッチングデバイスの制御装置。
5. 前記比較回路から出力される前記検出信号の継続時間が前記第２の設定時間以上の場合に、過電流検出信号を出力する第２の信号生成回路と、
   前記第１の信号生成回路から前記サージ抑制信号が出力され、かつ、前記第２の信号生成回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、前記スイッチングデバイスを遮断する第２の遮断回路と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のスイッチングデバイスの制御装置。
6. 前記第２の信号生成回路から前記過電流検出信号が出力されたときに、アラーム信号を出力することを特徴とする請求項５に記載のスイッチングデバイスの制御装置。
7. 前記第１の遮断回路の遮断能力は、前記第２の遮断回路の遮断能力よりも大きく設定するようにしたことを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、または請求項６に記載のスイッチングデバイスの制御装置。
8. 前記第１の遮断回路は、
   前記第１の信号生成回路から出力される前記サージ抑制信号に基づいて生成される第１の駆動信号によりオンし、当該オンにより前記スイッチングデバイスのゲート端子の電荷を引く抜く第１のトランジスタを備え、
   前記第２の遮断回路は、
   前記第１の信号生成回路から出力される前記サージ抑制信号および前記第２の信号生成回路から出力される前記過電流検出信号に基づいて生成される第２の駆動信号によりオンし、当該オンにより前記スイッチングデバイスのゲート端子の電荷を引く抜く第２のトランジスタを備え、
   前記第１のトランジスタの駆動能力は、前記第２のトランジシタの駆動能力よりも大きく設定するようにしたこと特徴とする請求項７に記載のスイッチングデバイスの制御装置。

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