JP5915232B2 - スイッチング素子の制御回路及びスイッチング素子の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ヒステリシス特性を付与することなく、簡単な構成で還流電流を検出できるスイッチング素子の制御回路及びスイッチング素子の制御方法を提供することにある。
このように構成すれば、スイッチング素子がオンオフを繰り返すチャタリングを防止するために、特許文献1のように還流電流を検出する判定値にヒステリシス特性を付与する必要がないので、判定値を低く設定することが可能となり損失の発生を抑制できる。また、特許文献3のように電流経路を分ける必要もないので、判定精度が低下することがなく、検出端子が増加することもない。
以下、第1実施例について図1及び図2を参照して説明する。図1は、インバータ回路のような電力変換回路を構成するIGBT(スイッチング素子)の1つを駆動する駆動回路に付随して設けられる駆動制御回路の構成を示す。IGBT1は、例えばモータに交流電源を出力するインバータ回路の下アームを構成しており、図示しない制御装置によってIGBT駆動信号(IN)が与えられると、駆動回路2及びプリドライバ3を介して駆動される。
尚、図2(b)〜(d)について一点鎖線で示すのは、タイマ13によりラッチ12がリセットされなかった場合の信号状態であり、IGBT強制オフ信号がアクティブ状態を維持する結果、IGBT1をオンすべき期間にオンすることができなくなる。
図3は第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例の駆動制御回路21は、第1実施例の駆動制御回路14に周期検出部22(強制オフ設定手段)を加え、タイマ13をタイマ23(強制オフ設定手段)に置き換えたものである。周期検出部22の入力端子は、フィルタ11の出力端子に接続されており、周期検出部22は、フィルタ11を介してコンパレータ10が出力する信号のエッジ間隔をカウントすることで、IGBT1を介して流れる電流の周期を検出する。例えば図2では、時点(C)〜(F)の間隔をカウントする。
図4は第3実施例であり、第2実施例と異なる部分のみ説明する。第3実施例の駆動制御回路31は、第2実施例の駆動制御回路21の周期検出部22に替えて、コンパレータ32(強制オフ設定手段)を配置したものである。コンパレータ32の反転入力端子は、コンパレータ10の反転入力端子と共通に抵抗素子9の一端に接続されており、非反転入力端子には、基準電圧Vref2が与えられている。そして、コンパレータ32の出力端子は、タイマ23にタイマ値切り替え信号を出力する。尚、基準電圧Vref2は、基準電圧Vrefよりも高い電圧に設定されている。
図5は第4実施例であり、第1実施例と異なる部分について説明する。第4実施例では、IGBTモジュール6に替えて、センスIGBT5が内蔵されていないIGBTモジュール42(半導体デバイス)を用いる。そして、抵抗素子9は削除されており、コンパレータ10の反転入力端子はダイオード43(還流電流検出手段)を介してIGBT1のコレクタに接続されている。また、コンパレータ44の反転入力端子は、上記ダイオード43のアノードに接続されており、非反転入力端子には、基準電圧Vref2(但し、第3実施例の基準電圧Vref2とは異なる値)が与えられている。コンパレータ44の出力端子は駆動回路2Aの入力端子に接続されており、コンパレータ44は、過電流検出信号を駆動回路2Aに出力する。
V2=Von+VD1
になる。IGBT1に過電流が流れると、オン電圧Vonは通常よりも高い電圧となる。したがって、基準電圧Vref2を、
Vref2>Von(通常時の電圧)+VD1
に設定しておくことで、コンパレータ44は、過電流を検出した際に出力信号レベルをハイからローに変化させることになる。
V2=VD1−VD2
となるから、基準電圧Vrefを、
Von(最小値)+VD1>Vref>VD1−VD2
の範囲に設定しておくことで、コンパレータ10により還流電流が流れたことを検出できる。
第1〜第3実施例に、第4実施例のIGBTモジュールを用い、センスMOS5に替えてIGBTのエミッタに抵抗素子9を挿入して還流電流を検出しても良い。
第4実施例に、第2,第3実施例のようにタイマ23の所定時間を変更する構成を組み合わせて実施しても良い。
タイマはダウンカウント動作を行っても良い。
PWMキャリア周波数は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
ブリッジ回路の上アーム側に配置されるスイッチング素子に適用しても良い。
スイッチング素子は、IGBTに限ることなくMOSFETやバイポーラトランジスタ等でも良い。
Claims (9)
- スイッチング素子と、このスイッチング素子に逆並列に接続されるフリーホイールダイオードとが同一半導体基板に搭載される半導体デバイスで構成されたアームを有する電力変換回路に適用されるもので、
前記フリーホイールダイオードに還流電流が流れたことを検出する還流電流検出手段と、
前記スイッチング素子がオンされている期間に当該素子に接続されているフリーホイールダイオードに還流電流が流れたことが検出されると、前記スイッチング素子を前記検出の時点から所定時間以上オフ状態にして、前記所定時間が経過しても前記還流電流が検出されている期間は前記オフ状態を継続する強制オフ設定手段とを備えることを特徴とするスイッチング素子の制御回路。 - 前記強制オフ設定手段は、還流電流が流れたことが検出された状態を保持するラッチと、
このラッチが前記状態を保持した時点から一定時間が経過すると、前記ラッチにリセット信号を出力するタイマとを備え、
前記一定時間が経過しても前記還流電流が検出されている際には、前記オフ状態を継続することを特徴とする請求項1記載のスイッチング素子の制御回路。 - 前記強制オフ設定手段は、前記還流電流が検出されなくなった時点で、前記オフ状態を解除することを特徴とする請求項2記載のスイッチング素子の制御回路。
- 前記半導体デバイスは、前記スイッチング素子及び当該素子に接続されているフリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有するより少ない電流を出力する電流出力端子を備え、
前記還流電流検出手段は、前記電流出力端子を介して流れる電流に応じた電圧の変化に基づいて前記検出を行うことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のスイッチング素子の制御回路。 - 前記還流電流検出手段は、前記スイッチング素子の導通端子間電圧に基づいて前記検出を行うことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のスイッチング素子の制御回路。
- 前記還流電流検出手段は、前記電圧の変化を基準電圧と比較するコンパレータを備えることを特徴とする請求項4または5記載のスイッチング素子の制御回路。
- 前記スイッチング素子を介して流れる電流の周期を検出する電流周期検出手段を備え、
前記強制オフ設定手段は、前記電流の周期の長さに応じて前記所定時間を長くするように変化させることを特徴とする請求項1ないし6の何れか一項に記載のスイッチング素子の制御回路。 - 前記スイッチング素子を介して流れる電流の振幅を検出する電流振幅検出手段を備え、
前記強制オフ設定手段は、前記電流の振幅の大きさに応じて前記所定時間を短くするように変化させることを特徴とする請求項1ないし6の何れか一項に記載のスイッチング素子の制御回路。 - スイッチング素子と、このスイッチング素子に逆並列に接続されるフリーホイールダイオードとが同一半導体基板に搭載される半導体デバイスで構成されたアームを有する電力変換回路に適用されるもので、
前記スイッチング素子がオンされている期間に当該素子に接続されているフリーホイールダイオードに還流電流が流れたことを検出すると、前記スイッチング素子を、前記検出の時点から所定時間以上オフ状態にして、前記所定時間が経過しても前記還流電流が検出されている期間は前記オフ状態を継続することを特徴とするスイッチング素子の制御方法。
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