JP6094410B2 - Switching element drive circuit - Google Patents

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本発明は、スイッチング素子をオン状態に切り替えるべく、前記スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電する充電手段を備えるスイッチング素子の駆動回路に関する。   The present invention relates to a switching element drive circuit including charging means for charging an opening / closing control terminal of the switching element to switch the switching element to an on state.

この種の駆動回路としては、例えば下記特許文献1に見られるように、スイッチング素子(IGBT)に過電流が流れる場合にスイッチング素子を保護する過電流保護回路を備えるものが知られている。詳しくは、スイッチング素子は、自身に流れるコレクタ電流と相関を有する微小電流を出力するセンス端子を備えている。そして、保護回路は、センス端子から出力される微小電流が閾値電流を超えたことに基づき、スイッチング素子に過電流が流れていると判断し、スイッチング素子を強制的にオフ状態に切り替える。   As this type of drive circuit, for example, as shown in Patent Document 1 below, a drive circuit including an overcurrent protection circuit that protects a switching element when an overcurrent flows through the switching element (IGBT) is known. Specifically, the switching element includes a sense terminal that outputs a minute current having a correlation with a collector current flowing through the switching element. Then, the protection circuit determines that an overcurrent flows through the switching element based on the minute current output from the sense terminal exceeding the threshold current, and forcibly switches the switching element to the OFF state.

特許第2999887号公報Japanese Patent No. 2999887

ここで、本発明者らは、スイッチング素子に過電流が流れていることを検出する手法として、上記特許文献1に記載された手法とは異なる新たな手法を採用することを考えている。   Here, the present inventors consider adopting a new method different from the method described in Patent Document 1 as a method for detecting that an overcurrent flows through the switching element.

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、スイッチング素子に過電流が流れていることを検出できる新たなスイッチング素子の駆動回路を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a new switching element drive circuit capable of detecting that an overcurrent flows through the switching element.

上記課題を解決すべく、本発明は、スイッチング素子(S¥#)をオン状態に切り替えるべく、前記スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電する充電手段(24,26)と、第1のタイミングから第2のタイミングまでの過電流検出期間内に前記開閉制御端子の電圧が判定電圧を上回った場合、前記スイッチング素子の一対の主端子間に過電流が流れている旨判断する過電流判断手段と、を備え、前記判定電圧は、前記スイッチング素子のミラー電圧よりも高い電圧であって、前記開閉制御端子の上限電圧以下の電圧に設定され、前記第1のタイミングは、前記一対の主端子間に過電流が流れると仮定した場合に前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧に到達するタイミング以前のタイミングに設定され、前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングよりも後のタイミングから、前記一対の主端子間に過電流が流れないと仮定した場合に前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧に到達するタイミングよりも前のタイミングまでの期間内に設定されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a charging means (24, 26) for charging an opening / closing control terminal of the switching element to switch the switching element (S ¥ #) to an ON state, and a first timing. Overcurrent determination means for determining that an overcurrent is flowing between a pair of main terminals of the switching element when the voltage of the switching control terminal exceeds a determination voltage within an overcurrent detection period from to the second timing. The determination voltage is higher than a mirror voltage of the switching element, and is set to a voltage equal to or lower than an upper limit voltage of the switching control terminal, and the first timing is the pair of main terminals. When the overcurrent is assumed to flow in between, the voltage at the switching control terminal is set to a timing before the timing when the voltage reaches the determination voltage, and the second timing is A period from a timing after the first timing to a timing before the timing at which the voltage of the switching control terminal reaches the determination voltage when it is assumed that no overcurrent flows between the pair of main terminals It is characterized by being set in.

スイッチング素子の一対の主端子間に過電流が流れる場合、スイッチング素子のミラー期間が無くなったり、ミラー期間が短くなったりする。この点に鑑み、上記発明では、過電流判断手段を備えるとともに、判定電圧と、過電流検出期間を定める第1のタイミング及び第2のタイミングとを上記のように設定した。   When an overcurrent flows between a pair of main terminals of the switching element, the mirror period of the switching element is lost or the mirror period is shortened. In view of this point, in the above invention, the overcurrent determination unit is provided, and the determination voltage and the first timing and the second timing for determining the overcurrent detection period are set as described above.

ここで、判定電圧をミラー電圧よりも高い電圧としたのは、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れている旨誤判断される事態を回避するためである。また、第2のタイミングが取り得る範囲のうち最も遅いタイミングを上記到達するタイミングよりも前のタイミングとしたのは、判定電圧の設定と同様に、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れている旨誤判断される事態を回避するためである。さらに、第1のタイミングが取り得る範囲のうち最も遅いタイミングを上記到達するタイミング以前のタイミングとしたのは、過電流が流れていることを早期に検出するためである。   Here, the reason why the determination voltage is higher than the mirror voltage is to avoid a situation in which it is erroneously determined that an overcurrent flows even though no overcurrent flows. In addition, the latest timing among the possible timings of the second timing is set as the timing before the arrival timing, as in the case of the determination voltage setting, although the overcurrent does not flow. This is to avoid a situation in which it is erroneously determined that a current is flowing. Further, the reason why the latest timing in the range that can be taken by the first timing is set as the timing before the arrival timing is to detect early that an overcurrent flows.

上記設定によれば、過電流が流れない場合、過電流検出期間内に開閉制御端子の電圧が判定電圧を上回ることはない。これに対し、過電流が流れる場合には、過電流検出期間内に開閉制御端子の電圧が判定電圧を上回ることとなる。このように、上記発明によれば、開閉制御端子の電圧を用いて過電流が流れていることを適切に検出することができる。   According to the above setting, when no overcurrent flows, the voltage at the switching control terminal does not exceed the determination voltage within the overcurrent detection period. On the other hand, when an overcurrent flows, the voltage of the switching control terminal exceeds the determination voltage within the overcurrent detection period. Thus, according to the said invention, it can detect appropriately that overcurrent is flowing using the voltage of a switching control terminal.

第1の実施形態にかかるモータ制御システムの構成図。The lineblock diagram of the motor control system concerning a 1st embodiment. 同実施形態にかかる駆動回路の構成図。The block diagram of the drive circuit concerning the embodiment. 同実施形態にかかる過電流保護処理の手順を示すフローチャート。6 is a flowchart showing a procedure of overcurrent protection processing according to the embodiment. 同実施形態にかかる過電流保護処理の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the overcurrent protection process concerning the embodiment. 同実施形態にかかる過電流保護処理の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the overcurrent protection process concerning the embodiment. 第2の実施形態にかかる駆動回路の構成図。The block diagram of the drive circuit concerning 2nd Embodiment. 同実施形態にかかる過電流保護処理の手順を示すフローチャート。6 is a flowchart showing a procedure of overcurrent protection processing according to the embodiment. 第3の実施形態にかかる過電流上昇時における磁気結合態様を示す図。The figure which shows the magnetic coupling aspect at the time of the overcurrent rise concerning 3rd Embodiment. 同実施形態にかかる過電流減少時における磁気結合態様を示す図。The figure which shows the magnetic coupling aspect at the time of the overcurrent reduction concerning the embodiment. 同実施形態にかかる過電流保護処理の一例を示すタイムチャート。The time chart which shows an example of the overcurrent protection process concerning the embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動回路を車載主機として回転機を備える車両(例えば、ハイブリッド車両や電気自動車)に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a driving circuit for a switching element according to the present invention is applied to a vehicle (for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle) including a rotating machine as an in-vehicle main unit will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、モータジェネレータ10は、車載主機としての多相回転機(3相回転機)であり、図示しない駆動輪に連結されている。モータジェネレータ10は、インバータ11を介して「直流電源」としての高電圧バッテリ12に接続されている。高電圧バッテリ12の出力電圧は、例えば百V以上である。なお、高電圧バッテリ12としては、例えば、リチウムイオン蓄電池やニッケル水素蓄電池を用いることができる。また、本実施形態では、モータジェネレータ10として、同期機(永久磁石同期機)を用いている。   As shown in FIG. 1, the motor generator 10 is a multi-phase rotating machine (three-phase rotating machine) as an in-vehicle main machine, and is connected to driving wheels (not shown). The motor generator 10 is connected to a high voltage battery 12 as a “DC power supply” via an inverter 11. The output voltage of the high voltage battery 12 is, for example, 100 V or more. As the high voltage battery 12, for example, a lithium ion storage battery or a nickel hydride storage battery can be used. In the present embodiment, a synchronous machine (permanent magnet synchronous machine) is used as the motor generator 10.

インバータ11は、高電位側(上アーム側)のスイッチング素子S¥p(¥=U,V,W)及び低電位側(下アーム側)のスイッチング素子S¥nの直列接続体を備えている。詳しくは、インバータ11は、3組のスイッチング素子S¥p,S¥nの直列接続体を備え、スイッチング素子S¥p,S¥nの接続点は、モータジェネレータ10の¥相に接続されている。   The inverter 11 includes a series connection body of a switching element S ¥ p (¥ = U, V, W) on the high potential side (upper arm side) and a switching element S ¥ n on the low potential side (lower arm side). . Specifically, the inverter 11 includes a series connection body of three sets of switching elements S ¥ p, S ¥ n, and the connection point of the switching elements S ¥ p, S ¥ n is connected to the ¥ phase of the motor generator 10. Yes.

ちなみに、本実施形態では、上記スイッチング素子S¥#(#=p,n)として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用い、より具体的には、IGBTを用いている。本実施形態において、スイッチング素子S¥#の出力端子(エミッタ)及び入力端子(コレクタ)が「一対の主端子」に相当する。ここで、コレクタを「第1の主端子」とし、エミッタを「第2の主端子」とすると、第2の主端子の電圧に対するスイッチング素子S¥#の開閉制御端子(ゲート)の電圧(ゲート電圧)をスレッショルド電圧Vth以上とすることで、スイッチング素子S¥#をオン状態に切り替えることができる。ここで、スレッショルド電圧Vthとは、スイッチング素子S¥#がオフ状態からオン状態に切り替わる電圧のことである。なお、スイッチング素子S¥#には、フリーホイールダイオードD¥#が逆並列に接続されている。   Incidentally, in the present embodiment, a voltage-controlled semiconductor switching element is used as the switching element S ¥ # (# = p, n), and more specifically, an IGBT is used. In the present embodiment, the output terminal (emitter) and the input terminal (collector) of the switching element S ¥ # correspond to “a pair of main terminals”. Here, when the collector is the “first main terminal” and the emitter is the “second main terminal”, the voltage (gate) of the switching control terminal (gate) of the switching element S ¥ # with respect to the voltage of the second main terminal By setting the voltage to be equal to or higher than the threshold voltage Vth, the switching element S ¥ # can be switched to the on state. Here, the threshold voltage Vth is a voltage at which the switching element S ¥ # switches from the off state to the on state. A free wheel diode D ¥ # is connected in antiparallel to the switching element S ¥ #.

制御装置14は、低電圧バッテリ16を電源とし、マイコンを主体として構成されている。制御装置14は、モータジェネレータ10の制御量(例えばトルク)をその指令値に制御すべく、インバータ11を操作する。詳しくは、制御装置14は、インバータ11を構成するスイッチング素子S¥#を操作すべく、操作信号g¥#を生成してスイッチング素子S¥#に対応する駆動回路DUに出力する。ここで、高電位側の操作信号g¥pと、対応する低電位側の操作信号g¥nとは、互いに相補的な信号となっている。すなわち、高電位側のスイッチング素子S¥pと、対応する低電位側のスイッチング素子S¥nとは、交互にオン状態とされる。   The control device 14 is composed mainly of a microcomputer using the low voltage battery 16 as a power source. The control device 14 operates the inverter 11 to control the control amount (for example, torque) of the motor generator 10 to the command value. Specifically, the control device 14 generates an operation signal g ¥ # and outputs it to the drive circuit DU corresponding to the switching element S ¥ # in order to operate the switching element S ¥ # constituting the inverter 11. Here, the high-potential side operation signal g ¥ p and the corresponding low-potential side operation signal g ¥ n are complementary to each other. That is, the switching element S ¥ p on the high potential side and the corresponding switching element S ¥ n on the low potential side are alternately turned on.

インターフェース18は、高電圧システムと低電圧システムとの間を電気的に絶縁しつつ、これらシステム間の信号の伝達を行う機能を有する。ここで、高電圧システムは、高電圧バッテリ12、インバータ11及びモータジェネレータ10を備えるシステムである。また、低電圧システムは、低電圧バッテリ16及び制御装置14を備えるシステムである。なお、本実施形態において、インターフェース18は、光絶縁素子(フォトカプラ)を備えている。   The interface 18 has a function of transmitting signals between these high-voltage systems and low-voltage systems while electrically insulating them. Here, the high voltage system is a system including the high voltage battery 12, the inverter 11, and the motor generator 10. The low voltage system is a system including the low voltage battery 16 and the control device 14. In the present embodiment, the interface 18 includes an optical insulating element (photocoupler).

続いて、図2を用いて、駆動回路DUの構成について説明する。   Next, the configuration of the drive circuit DU will be described with reference to FIG.

図示されるように、駆動回路DUは、1チップ化された半導体集積回路であるドライブIC20、所定の出力電圧Vom(例えば15V)を有する定電圧電源22、及び定電圧電源22を電力供給源とする定電流電源24を備えている。詳しくは、定電流電源24は、ドライブIC20の第1の端子T1を介してPチャネルMOSFET(以下、充電用スイッチング素子26)のドレインに接続されている。充電用スイッチング素子26のソースは、ドライブIC20の第2の端子T2を介してスイッチング素子S¥#のゲートに接続されている。ここで、本実施形態において、定電流電源24から、第1の端子T1、充電用スイッチング素子26及び第2の端子T2を介してゲートに至るまでの電気経路を「充電経路Lcha」と称すこととする。なお、本実施形態において、定電流電源24及び充電用スイッチング素子26が「充電手段」を構成する。   As shown in the figure, the drive circuit DU includes a drive IC 20 that is a one-chip semiconductor integrated circuit, a constant voltage power supply 22 having a predetermined output voltage Vom (for example, 15 V), and the constant voltage power supply 22 as a power supply source. The constant current power supply 24 is provided. Specifically, the constant current power supply 24 is connected to the drain of a P-channel MOSFET (hereinafter, charging switching element 26) via a first terminal T1 of the drive IC 20. The source of the charging switching element 26 is connected to the gate of the switching element S ¥ # via the second terminal T2 of the drive IC 20. Here, in the present embodiment, an electric path from the constant current power supply 24 to the gate through the first terminal T1, the charging switching element 26, and the second terminal T2 is referred to as a “charging path Lcha”. And In the present embodiment, the constant current power supply 24 and the charging switching element 26 constitute “charging means”.

スイッチング素子S¥#のゲートは、放電用抵抗体28を介してドライブIC20の第3の端子T3に接続されている。第3の端子T3は、NチャネルMOSFET(以下、放電用スイッチング素子30)を介してスイッチング素子S¥#のエミッタに接続されている。   The gate of the switching element S ¥ # is connected to the third terminal T3 of the drive IC 20 via the discharging resistor 28. The third terminal T3 is connected to the emitter of the switching element S ¥ # via an N-channel MOSFET (hereinafter, discharge switching element 30).

スイッチング素子S¥#のゲートは、また、第2の端子T2及びNチャネルMOSFET(以下、クランプ用スイッチング素子32)を介してエミッタに接続されている。第2の端子T2及びクランプ用スイッチング素子32の接続点は、オペアンプ34の非反転入力端子に接続され、オペアンプ34の反転入力端子は、電源36に接続されている。   The gate of the switching element S ¥ # is also connected to the emitter via a second terminal T2 and an N-channel MOSFET (hereinafter, clamping switching element 32). The connection point between the second terminal T2 and the clamp switching element 32 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 34, and the inverting input terminal of the operational amplifier 34 is connected to the power source 36.

ここで、電源36の出力電圧(以下、クランプ電圧Vclamp)は、例えば、スイッチング素子S¥#の信頼性が短時間で過度に低下するような電流が流れない程度の電圧(例えば12V)にスイッチング素子S¥#のゲート電圧を制限する値に設定されている。本実施形態において、クランプ電圧Vclampは、具体的には、スレッショルド電圧Vth以上の電圧であってかつ定電圧電源22の出力電圧Vom未満の電圧に設定されている。   Here, the output voltage of the power source 36 (hereinafter referred to as the clamp voltage Vclamp) is switched to a voltage (for example, 12V) that does not flow a current that causes the reliability of the switching element S ¥ # to decrease excessively in a short time. It is set to a value that limits the gate voltage of the element S ¥ #. In the present embodiment, the clamp voltage Vclamp is specifically set to a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth and lower than the output voltage Vom of the constant voltage power supply 22.

スイッチング素子S¥#のゲートは、さらに、ソフト遮断用抵抗体38、ドライブIC20の第4の端子T4及びNチャネルMOSFET(以下、ソフト遮断用スイッチング素子40)を介してエミッタに接続されている。なお、本実施形態において、ソフト遮断用抵抗体38及びソフト遮断用スイッチング素子40が「ソフト遮断手段」を構成する。   The gate of the switching element S ¥ # is further connected to the emitter via the soft cutoff resistor 38, the fourth terminal T4 of the drive IC 20, and an N-channel MOSFET (hereinafter, soft cutoff switching element 40). In the present embodiment, the soft cutoff resistor 38 and the soft cutoff switching element 40 constitute “soft cutoff means”.

スイッチング素子S¥#は、コレクタ及びエミッタ間に流れる電流(以下、コレクタ電流Ic)と相関を有する微少電流(例えば、コレクタ電流Icの「1/10000」)を出力するセンス端子Stを備えている。センス端子Stは、抵抗体(センス抵抗42)を介してエミッタに接続されている。これにより、センス端子Stから出力される微少電流によってセンス抵抗42に電圧降下が生じるため、センス抵抗42のうちセンス端子St側の電位(以下、センス電圧Vse)を、コレクタ電流Icと相関を有する電気的な状態量とすることができる。なお、本実施形態において、エミッタ電位を「0」とし、センス抵抗42の両端のうちセンス端子St側の電位がエミッタ電位よりも高い場合のセンス電圧Vseを正と定義する。また、本実施形態において、センス端子St及びセンス抵抗42が「電流検出手段」を構成する。   The switching element S ¥ # includes a sense terminal St that outputs a minute current (for example, “1/10000” of the collector current Ic) having a correlation with a current flowing between the collector and the emitter (hereinafter, collector current Ic). . The sense terminal St is connected to the emitter via a resistor (sense resistor 42). As a result, a voltage drop occurs in the sense resistor 42 due to a small current output from the sense terminal St. Therefore, the potential on the sense terminal St side of the sense resistor 42 (hereinafter, the sense voltage Vse) has a correlation with the collector current Ic. It can be an electrical state quantity. In the present embodiment, the emitter potential is defined as “0”, and the sense voltage Vse when the potential on the sense terminal St side of both ends of the sense resistor 42 is higher than the emitter potential is defined as positive. In the present embodiment, the sense terminal St and the sense resistor 42 constitute “current detection means”.

センス電圧Vseは、ドライブIC20の第5の端子T5を介して、ドライブIC20の備える駆動制御部44に入力される。駆動制御部44は、ドライブIC20の第6の端子T6を介して入力される上記操作信号g¥#に基づき、充電用スイッチング素子26及び放電用スイッチング素子30の操作による充電処理及び放電処理を交互に行うことでスイッチング素子S¥#を駆動する。詳しくは、充電処理は、操作信号g¥#がオン操作指令になったと判断された場合、放電用スイッチング素子30をオフ操作し、また、充電用スイッチング素子26をオン操作する処理である。すなわち、充電処理は、ゲートに定電流を供給する定電流制御処理である。これにより、スイッチング素子S¥#がオン状態に切り替えられる。   The sense voltage Vse is input to the drive control unit 44 included in the drive IC 20 via the fifth terminal T5 of the drive IC 20. Based on the operation signal g ¥ # input via the sixth terminal T6 of the drive IC 20, the drive control unit 44 alternately performs the charging process and the discharging process by operating the charging switching element 26 and the discharging switching element 30. To drive the switching element S ¥ #. Specifically, the charging process is a process of turning off the discharging switching element 30 and turning on the charging switching element 26 when it is determined that the operation signal g ¥ # is an on-operation command. That is, the charging process is a constant current control process for supplying a constant current to the gate. Thereby, switching element S ¥ # is switched to the ON state.

なお、定電流制御処理によれば、後述するクランプ処理に起因したゲート充電電流の減少によってスイッチング素子S¥#のミラー期間が長くなることを回避することができ、スイッチング損失の増大等を回避することができる。   In addition, according to the constant current control process, it is possible to avoid an increase in the mirror period of the switching element S ¥ # due to a decrease in the gate charging current caused by the clamp process described later, thereby avoiding an increase in switching loss and the like. be able to.

一方、放電処理は、操作信号g¥#がオフ操作指令になったと判断された場合、放電用スイッチング素子30をオン操作に切り替え、また、充電用スイッチング素子26をオフ操作に切り替える処理である。これにより、スイッチング素子S¥#がオフ状態に切り替えられる。   On the other hand, the discharging process is a process of switching the discharging switching element 30 to an on operation and switching the charging switching element 26 to an off operation when it is determined that the operation signal g ¥ # is an off operation command. Thereby, switching element S ¥ # is switched to the off state.

駆動制御部44は、さらに、クランプ処理を行う。クランプ処理は、充電処理が行われる場合において、ゲート電圧Vgeが所定電圧Vαに到達するタイミングからクランプフィルタ時間Tclampに渡って、オペアンプ34に対してイネーブル信号を出力する処理となる。すなわち、クランプ処理は、ゲート電圧Vgeがその上限電圧(定電圧電源22の出力電圧Vom)に到達する前からゲート電圧Vgeをクランプ電圧Vclampで制限する処理である。これにより、クランプ用スイッチング素子32のゲート電圧の操作によってクランプ用スイッチング素子32のオン抵抗を調整し、第2の端子T2及びクランプ用スイッチング素子32の接続点の電圧をクランプ電圧Vclampで制限する。   The drive control unit 44 further performs a clamping process. The clamp process is a process of outputting an enable signal to the operational amplifier 34 over the clamp filter time Tclamp from the timing when the gate voltage Vge reaches the predetermined voltage Vα when the charging process is performed. That is, the clamping process is a process of limiting the gate voltage Vge with the clamp voltage Vclamp before the gate voltage Vge reaches the upper limit voltage (the output voltage Vom of the constant voltage power supply 22). Thus, the on-resistance of the clamp switching element 32 is adjusted by the operation of the gate voltage of the clamp switching element 32, and the voltage at the connection point between the second terminal T2 and the clamp switching element 32 is limited by the clamp voltage Vclamp.

ここで、本実施形態において、所定電圧Vαは、スレッショルド電圧Vth以上であってかつクランプ電圧Vclamp未満の電圧に設定されている。より具体的には、所定電圧Vαは、スレッショルド電圧Vthの取り得る範囲「Vthmin〜Vthmax」の最大値Vthmaxに設定されている。これは、スイッチング素子S¥#が確実にオン状態に切り替えられてからクランプ処理を開始するための設定である。つまり、スレッショルド電圧Vthは、コレクタ電流Icや、スイッチング素子S¥#の個体差等によってばらつく。このため、所定電圧Vαをスレッショルド電圧Vthとして想定される最大値に設定することで、スイッチング素子S¥#が確実にオン状態に切り替えられてからクランプ処理を開始することができる。   Here, in the present embodiment, the predetermined voltage Vα is set to a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth and lower than the clamp voltage Vclamp. More specifically, the predetermined voltage Vα is set to a maximum value Vthmax within a range “Vthmin to Vthmax” that the threshold voltage Vth can take. This is a setting for starting the clamping process after the switching element S ¥ # is reliably switched to the on state. That is, the threshold voltage Vth varies depending on the collector current Ic, the individual difference of the switching element S ¥ #, and the like. Therefore, by setting the predetermined voltage Vα to the maximum value assumed as the threshold voltage Vth, the clamping process can be started after the switching element S ¥ # is reliably switched to the on state.

クランプ処理によれば、例えば上下アーム短絡が生じてスイッチング素子S¥#に過電流(短絡電流)が流れる場合において、後述するソフト遮断処理によってスイッチング素子S¥#がオフ状態に切り替えられるまでにスイッチング素子S¥#に流れるコレクタ電流Icを制限することができる。   According to the clamping process, for example, when the upper and lower arms are short-circuited and an overcurrent (short-circuit current) flows through the switching element S ¥ #, switching is performed until the switching element S ¥ # is switched to the OFF state by the soft cutoff processing described later The collector current Ic flowing through the element S ¥ # can be limited.

ちなみに、クランプフィルタ時間Tclampは、ゲート電圧Vgeが所定電圧Vαに到達してからセンス電圧Vseが短絡閾値SC(「閾値電流」に相当)を超えるまでの時間の最大値よりもやや長い時間に設定すればよい。ここで、短絡閾値SCは、スイッチング素子S¥#の信頼性を維持可能なコレクタ電流Icの上限値に対応するセンス電圧Vseに設定されている。   Incidentally, the clamp filter time Tclamp is set to a time slightly longer than the maximum value of the time from when the gate voltage Vge reaches the predetermined voltage Vα until the sense voltage Vse exceeds the short-circuit threshold SC (corresponding to “threshold current”). do it. Here, the short-circuit threshold SC is set to the sense voltage Vse corresponding to the upper limit value of the collector current Ic that can maintain the reliability of the switching element S ¥ #.

続いて、図3を用いて、本実施形態にかかる過電流保護処理について説明する。ここで、図3は、上記処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、駆動制御部44によって例えば所定周期で繰り返し実行される。   Next, the overcurrent protection process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the above processing. This process is repeatedly executed by the drive control unit 44 at a predetermined cycle, for example.

この一連の処理では、まずステップS10において、現在のタイミングが過電流検出期間内であるか否かを判断する。ここで、過電流検出期間とは、第1のタイミング及び第2のタイミングによって定められる期間である。以下、第1のタイミング及び第2のタイミング、並びにこれらタイミングを定めるために必要な判定電圧Vjdeの設定手法について説明する。   In this series of processing, first, in step S10, it is determined whether or not the current timing is within the overcurrent detection period. Here, the overcurrent detection period is a period determined by the first timing and the second timing. Hereinafter, the first timing, the second timing, and a method for setting the determination voltage Vjde necessary for determining these timings will be described.

まず、判定電圧Vjdeについて説明すると、判定電圧Vjdeは、スイッチング素子S¥#のミラー電圧Vmilよりも高い電圧であって、上限電圧Vom以下の電圧(例えば14.5V)に設定されている。ここで、判定電圧Vjdeをミラー電圧よりも高い電圧に設定するのは、充電処理が行われる状況下において、スイッチング素子S¥#に過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れている旨誤判断される事態を回避するためである。   First, the determination voltage Vjde will be described. The determination voltage Vjde is higher than the mirror voltage Vmil of the switching element S ¥ # and is set to a voltage (for example, 14.5 V) that is equal to or lower than the upper limit voltage Vom. Here, the determination voltage Vjde is set to a voltage higher than the mirror voltage because the overcurrent flows in the switching element S ¥ # even though the overcurrent does not flow in the situation where the charging process is performed. This is to avoid a situation in which it is mistakenly determined that there is.

ここで、本実施形態において、判定電圧Vjdeは、スレッショルド電圧Vthの最大値Vthmax(>Vmil)以上の電圧であって、上限電圧Vom未満の電圧に設定されている。より詳しくは、判定電圧Vjdeは、クランプ電圧Vclampよりも高い電圧であって、上限電圧Vom未満の電圧に設定されている。   Here, in the present embodiment, the determination voltage Vjde is set to a voltage equal to or higher than the maximum value Vthmax (> Vmil) of the threshold voltage Vth and lower than the upper limit voltage Vom. More specifically, the determination voltage Vjde is higher than the clamp voltage Vclamp and is set to a voltage lower than the upper limit voltage Vom.

続いて、第1のタイミングについて説明すると、第1のタイミングは、充電処理の開始タイミング(充電手段による充電開始タイミング)から、スイッチング素子S¥#に過電流が流れると仮定した場合にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeに到達するタイミングまでの期間内に設定されている。ここで、第1のタイミングが取り得る範囲のうち最も遅いタイミングを上記到達するタイミングとしたのは、スイッチング素子S¥#に過電流が流れていることを早期に検出するためである。つまり、第1のタイミングを上記到達するタイミングよりも遅いタイミングとすると、上記到達するタイミングから第1のタイミングまでの時間だけ過電流の検出が遅れることとなる。ここで、本実施形態において、第1のタイミングは、充電処理の開始タイミングに設定されている。   Subsequently, the first timing will be described. The first timing is the gate voltage Vge when it is assumed that an overcurrent flows to the switching element S ¥ # from the charging processing start timing (charging start timing by the charging means). Is set within a period up to the timing when it reaches the determination voltage Vjde. Here, the reason why the latest timing in the range that can be taken by the first timing is set as the arrival timing is to detect early that an overcurrent flows through the switching element S ¥ #. In other words, if the first timing is set later than the arrival timing, the detection of the overcurrent is delayed by the time from the arrival timing to the first timing. Here, in the present embodiment, the first timing is set to the start timing of the charging process.

続いて、第2のタイミングについて説明すると、第2のタイミングは、第1のタイミングよりも後のタイミングから、スイッチング素子S¥#に過電流が流れないと仮定した場合にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeに到達するタイミングよりも前のタイミングまでの期間内に設定されている。ここで、第2のタイミングが取り得る範囲のうち最も遅いタイミングを上記前のタイミングとしたのは、充電処理が行われる状況下、スイッチング素子S¥#に過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れている旨誤判断される事態を回避するためである。つまり、第2のタイミングを上記前のタイミング以降のタイミングに設定すると、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流検出期間内にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えることとなり、その結果、過電流が流れている旨誤判断されるおそれがある。   Subsequently, the second timing will be described. In the second timing, when it is assumed that no overcurrent flows to the switching element S ¥ # from the timing after the first timing, the gate voltage Vge is the determination voltage. It is set within a period up to the timing before the timing of reaching Vjde. Here, the latest timing in the range that can be taken by the second timing is the previous timing, even though the overcurrent does not flow through the switching element S ¥ # in the situation where the charging process is performed. This is to avoid a situation in which it is erroneously determined that an overcurrent is flowing. That is, when the second timing is set to a timing after the previous timing, the gate voltage Vge exceeds the determination voltage Vjde within the overcurrent detection period even though no overcurrent flows, and as a result, There is a risk of misjudging that overcurrent is flowing.

ここで、本実施形態において、第2のタイミングは、スイッチング素子S¥#に過電流が流れないと仮定した場合にスイッチング素子S¥#のミラー期間が終了するタイミングに設定されている。   Here, in the present embodiment, the second timing is set to a timing at which the mirror period of the switching element S ¥ # ends when it is assumed that no overcurrent flows through the switching element S ¥ #.

ステップS10において肯定判断された場合には、ステップS12、S14においてスイッチング素子S¥#に過電流が流れているか否かを判断する。詳しくは、ステップS12では、ゲート電圧Vgeが判定時間Tjde継続して判定電圧Vjdeを上回ったか否かを判断する。   If an affirmative determination is made in step S10, it is determined in steps S12 and S14 whether an overcurrent is flowing through the switching element S ¥ #. Specifically, in step S12, it is determined whether or not the gate voltage Vge has continued to exceed the determination voltage Vjde for the determination time Tjde.

ステップS12において肯定判断された場合には、ステップS14に進み、センス電圧Vseが短絡閾値SCを上回っているか否かを判断する。なお、本実施形態において、ステップS10〜S14の処理が「過電流判断手段」を構成する。   If an affirmative determination is made in step S12, the process proceeds to step S14 to determine whether or not the sense voltage Vse exceeds the short-circuit threshold value SC. In the present embodiment, the processing of steps S10 to S14 constitutes “overcurrent determination means”.

ステップS14において肯定判断された場合には、スイッチング素子S¥#に過電流が流れている旨判断し、ステップS16に進む。ステップS14では、充電用スイッチング素子26及び放電用スイッチング素子30をオフ操作してかつ、ソフト遮断用スイッチング素子40をオン操作するソフト遮断処理を行う。これにより、スイッチング素子S¥#が強制的にオフ状態に切り替えられる。   If an affirmative determination is made in step S14, it is determined that an overcurrent is flowing through the switching element S ¥ #, and the process proceeds to step S16. In step S14, a soft cutoff process is performed in which the charging switching element 26 and the discharging switching element 30 are turned off and the soft cutoff switching element 40 is turned on. Thereby, switching element S ¥ # is forcibly switched to the off state.

ちなみに、ソフト遮断用抵抗体38は、ゲート電荷の放電経路の抵抗値を大きくするために設けられる。これは、コレクタ電流Icが過大である状況下にあっては、スイッチング素子S¥#をオン状態からオフ状態へと切り替える速度(ゲート電荷の放電速度)を高くすると、サージ電圧が過大となるおそれがあることに鑑みた設定である。本実施形態では、ソフト遮断用抵抗体38の抵抗値Raが、放電用抵抗体28の抵抗値Rbよりも高く設定されている。すなわち、ソフト遮断用抵抗体38を介してゲート電荷を放電する場合の放電速度は、放電処理によって放電用抵抗体28を介してゲート電荷を放電する場合の放電速度よりも低くなる。   Incidentally, the soft blocking resistor 38 is provided to increase the resistance value of the discharge path of the gate charge. This is because, under a situation where the collector current Ic is excessive, if the switching element S ¥ # is switched from the on state to the off state (the discharge rate of the gate charge) is increased, the surge voltage may be excessive. This setting is based on the fact that In the present embodiment, the resistance value Ra of the soft blocking resistor 38 is set to be higher than the resistance value Rb of the discharging resistor 28. That is, the discharge rate when the gate charge is discharged via the soft blocking resistor 38 is lower than the discharge rate when the gate charge is discharged via the discharge resistor 28 by the discharge process.

続くステップS18では、フェール信号FLを出力する処理を行う。これにより、フェール信号FLは、ドライブIC20の第7の端子T7を介して低電圧システム(制御装置14)に出力される。このフェール信号FLによって、インバータ11のシャットダウンが行われる。   In the subsequent step S18, processing for outputting a fail signal FL is performed. Accordingly, the fail signal FL is output to the low voltage system (control device 14) via the seventh terminal T7 of the drive IC 20. The inverter 11 is shut down by the fail signal FL.

なお、上記ステップS10〜S14において否定判断された場合や、ステップS18の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。   If a negative determination is made in steps S10 to S14, or if the process of step S18 is completed, this series of processes is temporarily terminated.

続いて、図4及び図5に、過電流保護処理の一例を示す。詳しくは、図4は、過電流が流れていない通常時における過電流保護処理の一例であり、図5は、上下アーム短絡が生じた場合における過電流保護処理の一例である。   4 and 5 show an example of overcurrent protection processing. Specifically, FIG. 4 is an example of an overcurrent protection process at a normal time when no overcurrent flows, and FIG. 5 is an example of an overcurrent protection process when an upper and lower arm short circuit occurs.

まず、図4を用いて説明する。ここで、図4(a)は、ゲート電圧Vgeの推移を示し、図4(b)は、充電用スイッチング素子26の操作状態の推移を示し、図4(c)は、クランプ用スイッチング素子32の操作状態の推移を示す。また、図4(d)は、ソフト遮断用スイッチング素子40の操作状態の推移を示し、図4(e)は、センス電圧Vseの推移を示す。   First, it demonstrates using FIG. 4A shows the transition of the gate voltage Vge, FIG. 4B shows the transition of the operating state of the charging switching element 26, and FIG. 4C shows the switching element 32 for clamping. The transition of the operation state is shown. FIG. 4D shows the transition of the operating state of the soft cutoff switching element 40, and FIG. 4E shows the transition of the sense voltage Vse.

図示される例では、第1のタイミングである時刻t1において、充電処理が開始されることで、放電用スイッチング素子30がオフ操作に切り替えられ、また、充電用スイッチング素子26がオン操作に切り替えられる。これにより、ゲート電圧Vgeが上昇し始める。   In the illustrated example, at time t1 that is the first timing, the charging process is started, whereby the discharging switching element 30 is switched to the off operation, and the charging switching element 26 is switched to the on operation. . As a result, the gate voltage Vge begins to rise.

その後、時刻t2において、ゲート電圧Vgeがスレッショルド電圧Vthに到達することで、コレクタ電流Ic及びセンス電圧Vseが上昇し始める。   Thereafter, at time t2, when the gate voltage Vge reaches the threshold voltage Vth, the collector current Ic and the sense voltage Vse start to rise.

その後、時刻t3においてゲート電圧Vgeがミラー電圧Vmilに到達し、時刻t4においてミラー期間の終了タイミング(第2のタイミング)となる。ここで、過電流が流れない通常時においては、ミラー期間が存在するため、過電流検出期間内においてゲート電圧は判定電圧Vjdeを上回ることはない。   Thereafter, the gate voltage Vge reaches the mirror voltage Vmil at time t3, and the mirror period end timing (second timing) is reached at time t4. Here, in a normal time when no overcurrent flows, a mirror period exists, and therefore the gate voltage does not exceed the determination voltage Vjde within the overcurrent detection period.

その後、時刻t5において、ゲート電圧Vgeが所定電圧Vαに到達したと判断される。これにより、オペアンプ34に対してイネーブル信号が出力されることで、クランプ処理が開始される。その後、時刻t6において、ゲート電圧Vgeがクランプ電圧Vclampとなる。   Thereafter, at time t5, it is determined that the gate voltage Vge has reached the predetermined voltage Vα. As a result, an enable signal is output to the operational amplifier 34, whereby the clamping process is started. Thereafter, at time t6, the gate voltage Vge becomes the clamp voltage Vclamp.

そして、時刻t5からクランプフィルタ時間Tclampが経過する時刻t7において、クランプ処理が終了し、クランプ用スイッチング素子32がオフ操作に切り替えられる。これにより、その後、ゲート電圧Vgeは、定電圧電源22の出力電圧Vomに到達する。   Then, at time t7 when the clamp filter time Tclamp elapses from time t5, the clamping process ends, and the clamp switching element 32 is switched to the off operation. Thereby, after that, the gate voltage Vge reaches the output voltage Vom of the constant voltage power supply 22.

続いて、図5を用いて、上下アーム短絡が生じる場合の一例を示す。ここで、図5(a)〜図5(e)は、先の図4(a)〜図4(e)に対応している。   Subsequently, an example of a case where the upper and lower arms are short-circuited will be described with reference to FIG. Here, FIGS. 5A to 5E correspond to FIGS. 4A to 4E.

図示される例では、時刻t1において充電処理が開始されることで、ゲート電圧Vgeが上昇し始める。ここで、スイッチング素子S¥#に過電流が流れる場合、ミラー期間が無くなる。このため、時刻t1の後、ミラー期間を経ることなく、時刻t2においてゲート電圧Vgeが所定電圧Vαに到達したと判断される。これにより、クランプ処理が開始される。なお、本実施形態では、ゲート電圧Vgeが所定電圧Vαに到達してからクランプフィルタ時間Tclampが経過するまでの期間に、センス電圧Vseが短絡閾値SCを上回っていると判断された場合、時刻t2からクランプフィルタ時間Tclampが経過するときであっても、クランプ処理を継続する。   In the illustrated example, the gate voltage Vge starts to rise when the charging process is started at time t1. Here, when an overcurrent flows through the switching element S ¥ #, the mirror period is eliminated. Therefore, after time t1, it is determined that the gate voltage Vge has reached the predetermined voltage Vα at time t2 without passing through the mirror period. Thereby, the clamping process is started. In the present embodiment, when it is determined that the sense voltage Vse exceeds the short-circuit threshold SC during the period from when the gate voltage Vge reaches the predetermined voltage Vα until the clamp filter time Tclamp elapses, the time t2 Even when the clamp filter time Tclamp elapses, the clamp process is continued.

その後、時刻t3において、ゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えたと判断される。そして、過電流検出期間(時刻t1〜t5)内である時刻t4において、時刻t3から判定時間Tjdeに渡って継続してゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えたとの条件、及びセンス電圧Vseが短絡閾値SCを超えたとの条件の論理積が真であると判断される。これにより、ソフト遮断用スイッチング素子40がオン操作に切り替えられることで、スイッチング素子S*#が強制的にオフ状態とされる。   Thereafter, at time t3, it is determined that the gate voltage Vge has exceeded the determination voltage Vjde. Then, at time t4 within the overcurrent detection period (time t1 to t5), the condition that the gate voltage Vge continuously exceeds the determination voltage Vjde from time t3 over the determination time Tjde, and the sense voltage Vse is short-circuited. It is determined that the logical product of the condition that the threshold value SC has been exceeded is true. Accordingly, the switching element S * # is forcibly turned off by switching the soft cutoff switching element 40 to the on operation.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)過電流検出期間内において、ゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを判定時間Tjde継続して上回ったとの条件、及びセンス電圧Vseが短絡閾値SCを超えたとの条件の論理積が真であると判断された場合、スイッチング素子S¥#に過電流が流れている旨判断した。これにより、過電流が流れていることを適切に検出することができる。   (1) In the overcurrent detection period, the logical product of the condition that the gate voltage Vge continuously exceeds the determination voltage Vjde and the determination time Tjde and the condition that the sense voltage Vse exceeds the short-circuit threshold SC is true. When it is determined, it is determined that an overcurrent flows through the switching element S ¥ #. Thereby, it can detect appropriately that overcurrent is flowing.

特に本実施形態では、過電流の検出にセンス電圧Vseを用いたことが、ノイズ等に起因した過電流の誤検出を回避し、過電流の検出精度を向上させることに寄与している。   In particular, in the present embodiment, the use of the sense voltage Vse for overcurrent detection contributes to avoiding erroneous detection of overcurrent caused by noise or the like and improving the overcurrent detection accuracy.

(2)スイッチング素子S¥#に過電流が流れていると判断された場合、ソフト遮断処理を行った。これにより、スイッチング素子S¥#をオフ状態に切り替える場合に生じるサージ電圧を抑制することができ、ひいてはスイッチング素子S¥#の信頼性が低下することを回避できる。   (2) When it is determined that an overcurrent flows through the switching element S ¥ #, a soft shut-off process is performed. As a result, a surge voltage generated when switching element S ¥ # is switched to the off state can be suppressed, and as a result, it is possible to avoid a decrease in reliability of switching element S ¥ #.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

本実施形態では、図6に示すように、センス端子、センス抵抗42及び第5の端子T5が除去されている。そして、ゲート電圧Vgeのみを用いてスイッチング素子S¥#に過電流が流れていることを検出する。なお、図6は、本実施形態にかかる駆動回路DUを示す図である。図6において、先の図2に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the sense terminal, the sense resistor 42, and the fifth terminal T5 are removed. Then, it is detected that an overcurrent flows through the switching element S ¥ # using only the gate voltage Vge. FIG. 6 is a diagram illustrating the drive circuit DU according to the present embodiment. 6, the same members as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

図7に、本実施形態にかかる処理の手順を示す。この処理は、駆動制御部44によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図7において、先の図3に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付している。   FIG. 7 shows a processing procedure according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the drive control unit 44 at a predetermined cycle, for example. In FIG. 7, the same steps as those shown in FIG. 3 are given the same step numbers for the sake of convenience.

本実施形態では、先の図3におけるステップS14の処理が除去されている。すなわち、本実施形態では、過電流検出期間内において、判定時間Tjde継続してゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを上回ったと判断された場合、スイッチング素子S¥#に過電流が流れている旨判断する。   In the present embodiment, the process of step S14 in FIG. 3 is removed. In other words, in the present embodiment, if it is determined that the gate voltage Vge has exceeded the determination voltage Vjde in the overcurrent detection period and continues for the determination time Tjde, it is determined that an overcurrent flows through the switching element S ¥ #. .

なお、上記ステップS10、S12において否定判断された場合や、ステップS18の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。   If a negative determination is made in steps S10 and S12 described above, or if the process in step S18 is completed, this series of processes is temporarily terminated.

以上説明した本実施形態によれば、上記第1の実施形態の(2)の効果に加えて、以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effect (2) of the first embodiment.

(3)過電流検出期間内において、ゲート電圧Vgeが判定時間Tjde継続して判定電圧Vjdeを上回ったことのみをもってスイッチング素子S¥#に過電流が流れている旨判断した。これにより、過電流が流れていることを適切に検出することができる。   (3) In the overcurrent detection period, it was determined that the overcurrent flows through the switching element S ¥ # only by the fact that the gate voltage Vge continuously exceeded the determination voltage Vjde for the determination time Tjde. Thereby, it can detect appropriately that overcurrent is flowing.

特に本実施形態では、過電流の検出にゲート電圧Vgeのみを用いる構成を採用した。こうした構成により、過電流を検出するために、センス端子St、センス抵抗42及び第5の端子T5等、コレクタ電流Icを検出する手段を不要とすることができる。これにより、駆動回路DU等の構成の簡素化を図ることができ、ひいては駆動回路DUが実装される基板の小型化を図ることができる。   In particular, in the present embodiment, a configuration in which only the gate voltage Vge is used for overcurrent detection is employed. With such a configuration, in order to detect an overcurrent, means for detecting the collector current Ic, such as the sense terminal St, the sense resistor 42, and the fifth terminal T5, can be made unnecessary. Thereby, the configuration of the drive circuit DU and the like can be simplified, and as a result, the substrate on which the drive circuit DU is mounted can be reduced in size.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

本実施形態では、駆動回路DUとして、コレクタ電流Icが上昇する状況下、ゲートに接続された充電経路Lchaにおいてゲートに向かって電荷が移動するように、充電経路Lchaと、コレクタ及びエミッタのうち少なくとも一方に接続された主電流流通経路(コレクタ電流Icの流通経路)とが磁気結合されているものを用いる。   In the present embodiment, as the drive circuit DU, in a state where the collector current Ic increases, at least one of the charge path Lcha and the collector and emitter such that the charge moves toward the gate in the charge path Lcha connected to the gate. A main current flow path (flow path of collector current Ic) connected to one side is magnetically coupled.

まず、図8及び図9を用いて、磁気結合のメカニズムについて説明する。ここで、図8及び図9は、先の図2に示した駆動回路DUにおける低電位側のスイッチング素子S¥n周辺の構成を示す図である。なお、図8及び図9では、充電用スイッチング素子26やドライブIC20の端子等の図示を省略している。   First, the mechanism of magnetic coupling will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams showing the configuration around the switching element S ¥ n on the low potential side in the drive circuit DU shown in FIG. 8 and 9, illustration of the charging switching element 26, the terminals of the drive IC 20, and the like are omitted.

図示されるように、コレクタ及びエミッタのうち少なくとも一方に接続された主電流流通経路、及びゲートに接続された充電経路Lchaには、配線インダクタンスが存在する。図8及び図9には、一対の主電流流通経路のうちコレクタに接続された経路に配線インダクタンス「lm」が存在することを示し、充電経路Lchaに配線インダクタンス「lg」が存在することを示した。本実施形態では、これら配線インダクタンスlm,lgが磁気結合されている。詳しくは、図8に示すように、コレクタ電流Icが上昇する(コレクタ電流Icの変化速度が正の値となる)状況下、充電経路Lchaにおいて定電流電源24側からゲートへと電荷が移動するように、これら配線インダクタンスlm,lgが磁気結合されている。ここで、定電流電源24側からゲートへと電荷が移動するのは、スイッチング素子S¥nのゲート及びエミッタ間容量を介してゲート側からエミッタ側へと電流が流れ込むことに起因する。   As shown in the figure, wiring inductance exists in the main current flow path connected to at least one of the collector and the emitter, and the charging path Lcha connected to the gate. 8 and 9 show that the wiring inductance “lm” exists in the path connected to the collector of the pair of main current flow paths, and shows that the wiring inductance “lg” exists in the charging path Lcha. It was. In this embodiment, these wiring inductances lm and lg are magnetically coupled. Specifically, as shown in FIG. 8, under the situation where the collector current Ic increases (the change rate of the collector current Ic becomes a positive value), the charge moves from the constant current power supply 24 side to the gate in the charging path Lcha. Thus, these wiring inductances lm and lg are magnetically coupled. Here, the movement of charge from the constant current power supply 24 side to the gate is due to the current flowing from the gate side to the emitter side via the gate and emitter capacitance of the switching element S ¥ n.

なお、図9に示すように、コレクタ電流Icが減少する(コレクタ電流Icの変化速度が負の値となる)状況下においては、充電経路Lchaにおいてゲート電荷が放電されるように、上記配線インダクタンスlm,lgが磁気結合されている。ここで、ゲート電荷が放電されるのは、ゲート及びエミッタ間容量を介してエミッタ側からゲート側へと電流が流れ込むことに起因する。   As shown in FIG. 9, under the situation where the collector current Ic decreases (the rate of change of the collector current Ic becomes a negative value), the wiring inductance is set so that the gate charge is discharged in the charging path Lcha. lm and lg are magnetically coupled. Here, the gate charge is discharged because current flows from the emitter side to the gate side via the gate-emitter capacitance.

図10に、本実施形態にかかる過電流保護処理の一例を示す。なお、図10は、先の図5(a)に対応している。   FIG. 10 shows an example of overcurrent protection processing according to the present embodiment. FIG. 10 corresponds to the previous FIG.

図示される例では、時刻t1において充電処理によってゲート電圧が上昇し始める。ここで、磁気結合する駆動回路DUにおけるゲート電圧Vgeの上昇速度は、磁気結合しない駆動回路DUにおけるゲート電圧Vgeの上昇速度よりも高い。このため、磁気結合する駆動回路DUにおいてゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeに到達するタイミング(時刻t2)は、磁気結合ない駆動回路DUにおいてゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeに到達するタイミング(時刻t3)よりも早くなる。すなわち、磁気結合する駆動回路DUにおける過電流検出タイミングは、磁気結合しない駆動回路DUにおける過電流検出タイミングよりも早くなる。   In the illustrated example, the gate voltage starts to rise due to the charging process at time t1. Here, the rising speed of the gate voltage Vge in the drive circuit DU that is magnetically coupled is higher than the rising speed of the gate voltage Vge in the drive circuit DU that is not magnetically coupled. Therefore, the timing (time t2) at which the gate voltage Vge reaches the determination voltage Vjde in the drive circuit DU that is magnetically coupled is from the timing (time t3) at which the gate voltage Vge reaches the determination voltage Vjde in the drive circuit DU that is not magnetically coupled. Will also be faster. That is, the overcurrent detection timing in the drive circuit DU that is magnetically coupled is earlier than the overcurrent detection timing in the drive circuit DU that is not magnetically coupled.

これにより、磁気結合する駆動回路DUにおいてソフト遮断処理が開始されるタイミング(時刻t4)は、磁気結合しない駆動回路DUにおいてソフト遮断処理が開始されるタイミング(時刻t5)よりも早くなる。したがって、本実施形態によれば、上記第1の実施形態で得られる効果に加えて、過電流が流れる場合にスイッチング素子S¥#を迅速にオフ状態に切り替えることができるといった効果を得ることができる。   As a result, the timing (time t4) at which the soft cutoff process is started in the drive circuit DU that is magnetically coupled is earlier than the timing (time t5) at which the soft cutoff process is started in the drive circuit DU that is not magnetically coupled. Therefore, according to the present embodiment, in addition to the effect obtained in the first embodiment, it is possible to obtain an effect that the switching element S ¥ # can be quickly switched to an off state when an overcurrent flows. it can.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・過電流検出期間の開始タイミングを定める第1のタイミングとしては、充電処理の開始タイミングに限らない。例えば、第1のタイミングを、スイッチング素子S¥#に過電流が流れると仮定した場合にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeに到達するタイミングに設定してもよい。また、例えば、第1のタイミングを、充電処理の開始タイミングよりもやや前のタイミングに設定してもよい。   The first timing that determines the start timing of the overcurrent detection period is not limited to the start timing of the charging process. For example, the first timing may be set to a timing at which the gate voltage Vge reaches the determination voltage Vjde when it is assumed that an overcurrent flows through the switching element S ¥ #. Further, for example, the first timing may be set to a timing slightly before the start timing of the charging process.

また、過電流検出期間の終了タイミングを定める第2のタイミングとしては、ミラー期間の終了タイミングに限らない。例えば、第2のタイミングを、ミラー期間の終了タイミングよりも後のタイミングから、ゲート電圧Vgeが上限電圧Vomに到達する前のタイミングまでの期間内に設定してもよい。   The second timing for determining the end timing of the overcurrent detection period is not limited to the end timing of the mirror period. For example, the second timing may be set within a period from a timing later than the end timing of the mirror period to a timing before the gate voltage Vge reaches the upper limit voltage Vom.

・上記第1,第2の実施形態において、図3,図7のステップS12の処理を、ゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えたか否かを判断する処理に変更してもよい。すなわち、この場合、判定時間Tjdeが「0」となるため、例えば上記第2の実施形態において、過電流検出期間内にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えたタイミングでソフト遮断処理が開始されることとなる。   In the first and second embodiments, the process of step S12 of FIGS. 3 and 7 may be changed to a process of determining whether or not the gate voltage Vge exceeds the determination voltage Vjde. That is, in this case, since the determination time Tjde becomes “0”, for example, in the second embodiment, the soft cutoff process is started at the timing when the gate voltage Vge exceeds the determination voltage Vjde within the overcurrent detection period. It will be.

・判定電圧Vjdeを上限電圧Vomに設定してもよい。   The determination voltage Vjde may be set to the upper limit voltage Vom.

・上記各実施形態では、スイッチング素子S¥#に過電流が流れることで、ミラー期間が無くなる状況を例示したがこれに限らない。例えば、過電流の大きさによっては、ミラー期間が無くならないまでも、ミラー期間が短くなることが考えられる。この場合であっても、過電流が流れるときには、過電流検出期間内にゲート電圧Vgeが判定電圧Vjdeを超えることから、過電流が流れていることを検出できる。   In each of the above embodiments, the situation where the mirror period disappears due to the overcurrent flowing through the switching element S ¥ # is exemplified, but the present invention is not limited thereto. For example, depending on the magnitude of the overcurrent, the mirror period can be shortened even if the mirror period does not disappear. Even in this case, when overcurrent flows, the gate voltage Vge exceeds the determination voltage Vjde within the overcurrent detection period, so that it can be detected that the overcurrent flows.

・「電流検出手段」としては、センス端子St及びセンス抵抗42を備えるものに限らない。例えば、センス端子Stからエミッタまでの電気経路を流れる電流を検出可能であるなら、ホール素子を備えるもの等、他の電流検出手段であってもよい。また、例えば、コレクタ及びエミッタ間電圧Vceを検出する電圧検出手段(電圧センサ)を駆動回路DUに備え、電圧センサの検出値に基づきコレクタ電流を検出するものであってもよい。   The “current detection unit” is not limited to the one having the sense terminal St and the sense resistor 42. For example, as long as the current flowing through the electrical path from the sense terminal St to the emitter can be detected, other current detection means such as one equipped with a Hall element may be used. Further, for example, a voltage detection means (voltage sensor) for detecting the collector-emitter voltage Vce may be provided in the drive circuit DU, and the collector current may be detected based on the detection value of the voltage sensor.

・「ソフト遮断手段」としては、ゲート電荷の放電経路の抵抗値を増大させることで、ゲート電荷の放電速度を低下させるものに限らない。例えば、以下(A),(B)に説明するものであってもよい。   The “soft blocking means” is not limited to one that decreases the gate charge discharge rate by increasing the resistance value of the gate charge discharge path. For example, it may be described in the following (A) and (B).

(A)先の図2において、ソフト遮断用抵抗体38、第4の端子T4及びソフト遮断用スイッチング素子40を除去する。そして、第3の端子T3及び放電用スイッチング素子30の接続点にスイッチング素子(例えばMOSFET)を介して電源(定電流電源)を接続する。そして、上記スイッチング素子をオン操作して電源から上記接続点に電荷を供給することで、ソフト遮断処理時におけるゲート電荷の放電速度を、過電流が流れない通常時の放電速度よりも低くする構成をソフト遮断手段として用いてもよい。これは、上記接続点に電源から電荷を供給することで、ゲート電荷の放電が妨げられることを利用したものである。   (A) In FIG. 2, the soft blocking resistor 38, the fourth terminal T4, and the soft blocking switching element 40 are removed. Then, a power source (constant current power source) is connected to a connection point between the third terminal T3 and the discharging switching element 30 via a switching element (eg, MOSFET). A configuration in which the discharge rate of the gate charge during the soft shut-off process is made lower than the normal discharge rate at which no overcurrent flows by supplying the charge from the power source to the connection point by turning on the switching element. May be used as a soft shut-off means. This utilizes the fact that the gate charge is prevented from being discharged by supplying a charge from the power source to the connection point.

(B)先の図2において、ソフト遮断用抵抗体38、第4の端子T4及びソフト遮断用スイッチング素子40を除去する。そして、放電用スイッチング素子30のソースを、スイッチング素子S¥#のエミッタ又はエミッタよりも高電位となる部位(例えば、エミッタ電位よりも高い電位を出力電位とする電源)のうちいずれかとを選択的に接続可能な通電操作式のスイッチング素子(例えばMOSFET)によって接続する。そして、上記スイッチング素子の通電操作により、ソフト遮断処理時において、放電用スイッチング素子30のソース及び上記高電位となる部位を接続することで、ゲート電荷の放電速度を低くする構成をソフト遮断手段として用いてもよい。   (B) In FIG. 2, the soft cutoff resistor 38, the fourth terminal T4, and the soft cutoff switching element 40 are removed. Then, the source of the discharge switching element 30 is selectively selected from either the emitter of the switching element S ¥ # or a part having a higher potential than the emitter (for example, a power source having an output potential higher than the emitter potential). Are connected by an energizing operation type switching element (for example, MOSFET). Then, the soft shut-off means has a configuration in which the discharge rate of the gate charge is lowered by connecting the source of the discharge switching element 30 and the portion having the high potential by the energization operation of the switching element during the soft shut-off process. It may be used.

・ゲート電圧Vgeをクランプ電圧Vclampで制限するクランプ回路としては、先の図2に例示したものに限らない。例えば、第2の端子T2及びクランプ用スイッチング素子32の間に第2の端子T2側をカソードとしたツェナーダイオードを設けるとともに、オペアンプ34に代えてコンパレータを用いる構成としてもよい。なお、クランプ回路は必須ではない。   The clamp circuit that limits the gate voltage Vge with the clamp voltage Vclamp is not limited to that illustrated in FIG. For example, a Zener diode with the second terminal T2 side as a cathode may be provided between the second terminal T2 and the clamping switching element 32, and a comparator may be used instead of the operational amplifier 34. Note that the clamp circuit is not essential.

・「充電手段」としては、定電流制御によってゲートを充電するものに限らない。例えば、先の図2において、定電流電源24を除去してかつ定電圧電源22を第1の端子T1に接続し、定電圧制御によってゲートを充電するものであってもよい。   -"Charging means" is not limited to charging the gate by constant current control. For example, in FIG. 2, the constant current power supply 24 may be removed, the constant voltage power supply 22 may be connected to the first terminal T1, and the gate may be charged by constant voltage control.

・「スイッチング素子」としては、IGBTに限らず、例えばMOSFETであってもよい。   The “switching element” is not limited to the IGBT but may be a MOSFET, for example.

24…定電流電源、26…充電用スイッチング素子、S¥#…スイッチング素子。   24 ... constant current power source, 26 ... switching element for charging, S ¥ # ... switching element.

Claims (4)

スイッチング素子(S¥#)をオン状態に切り替えるべく、前記スイッチング素子の開閉制御端子に電荷を充電する充電手段(24,26)と、
第1のタイミングから第2のタイミングまでの過電流検出期間内に前記開閉制御端子の電圧が判定電圧を上回った場合、前記スイッチング素子の一対の主端子間に過電流が流れている旨判断する過電流判断手段と、
を備え、
前記判定電圧は、前記スイッチング素子のミラー電圧よりも高い電圧であって、前記開閉制御端子の上限電圧以下の電圧に設定され、
前記第1のタイミングは、前記一対の主端子間に過電流が流れると仮定した場合に前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧に到達するタイミング以前のタイミングに設定され、
前記第2のタイミングは、前記第1のタイミングよりも後のタイミングから、前記一対の主端子間に過電流が流れないと仮定した場合に前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧に到達するタイミングよりも前のタイミングまでの期間内に設定され
前記一対の主端子間に流れる電流が上昇する状況下、前記開閉制御端子に接続された電流流通経路において前記開閉制御端子に向かって電荷が移動するように、前記開閉制御端子に接続された電流流通経路と、前記一対の主端子のうち少なくとも一方に接続された主電流流通経路とが磁気結合されていることを特徴とするスイッチング素子の駆動回路。
Charging means (24, 26) for charging the opening / closing control terminal of the switching element in order to switch the switching element (S ¥ #) to the ON state;
If the voltage at the switching control terminal exceeds the determination voltage within the overcurrent detection period from the first timing to the second timing, it is determined that an overcurrent flows between the pair of main terminals of the switching element. Overcurrent determination means;
With
The determination voltage is a voltage higher than a mirror voltage of the switching element, and is set to a voltage equal to or lower than an upper limit voltage of the switching control terminal,
The first timing is set to a timing before the timing when the voltage of the switching control terminal reaches the determination voltage when it is assumed that an overcurrent flows between the pair of main terminals.
The second timing is a timing at which the voltage at the switching control terminal reaches the determination voltage when it is assumed that an overcurrent does not flow between the pair of main terminals from a timing later than the first timing. Set in the period up to the earlier timing ,
The current connected to the open / close control terminal so that the charge moves toward the open / close control terminal in the current flow path connected to the open / close control terminal under a situation where the current flowing between the pair of main terminals rises. A switching element drive circuit , wherein a flow path and a main current flow path connected to at least one of the pair of main terminals are magnetically coupled .
前記一対の主端子間に流れる電流を検出する電流検出手段(St,42)をさらに備え、
前記過電流判断手段は、前記過電流検出期間内において、前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧を上回ったことに加えて、前記電流検出手段によって検出された電流が閾値電流を超えた場合、前記一対の主端子間に過電流が流れている旨判断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駆動回路。
Current detection means (St, 42) for detecting current flowing between the pair of main terminals;
In the overcurrent detection period, the overcurrent determination means, in addition to the voltage of the switching control terminal exceeds the determination voltage, in addition, when the current detected by the current detection means exceeds a threshold current, 2. The switching element drive circuit according to claim 1, wherein it is determined that an overcurrent flows between the pair of main terminals.
前記過電流判断手段は、前記過電流検出期間内において、前記開閉制御端子の電圧が前記判定電圧を上回ったことのみをもって前記一対の主端子間に過電流が流れている旨判断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駆動回路。   The overcurrent determination means determines that overcurrent flows between the pair of main terminals only when the voltage of the switching control terminal exceeds the determination voltage within the overcurrent detection period. The switching element drive circuit according to claim 1. 前記過電流判断手段によって過電流が流れている旨判断された場合、前記過電流が流れない場合に前記スイッチング素子をオフ状態に切り替えるときにおける前記開閉制御端子の電荷の放電速度よりも低い放電速度で電荷を放電させることで、前記スイッチング素子を強制的にオフ状態に切り替えるソフト遮断手段(38,40)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動回路。 When it is determined by the overcurrent determination means that an overcurrent is flowing, a discharge rate lower than a charge discharge rate of the switching control terminal when the switching element is switched to an off state when the overcurrent does not flow The switching element according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a soft shut-off means (38, 40) for forcibly switching the switching element to an OFF state by discharging electric charge at Drive circuit.
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JP4920434B2 (en) * 2007-01-25 2012-04-18 三菱電機株式会社 Semiconductor switching element drive circuit
JP5029678B2 (en) * 2009-12-07 2012-09-19 株式会社デンソー Driving device for switching element
JP5544873B2 (en) * 2009-12-25 2014-07-09 株式会社デンソー Driving device for switching element
JP5480750B2 (en) * 2010-08-09 2014-04-23 本田技研工業株式会社 Semiconductor device driving apparatus and method

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