JP6257264B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

この発明は、IPM(Intelligent Power Module)等の半導体装置に関し、特に異常現象発生の履歴機能を有する半導体装置に関する。
従来のIPM等の半導体装置は、高温発生、電流過剰等の異常(エラー)発生時にIGBT(Insulated Gate Bipolor Transistor)等の半導体素子が搭載されたパワーチップを保護すべく、保護対象の半導体素子を遮断する(オフ状態にする)とともに、外部へエラー信号を出力する遮断保護機能を有しているが一般的である。このような遮断保護機能を有する半導体装置として例えば特許文献1で開示されたIPMがある。
特開2003−88093号公報
遮断保護機能を有する従来のIPMでは、保護対象の半導体素子を遮断し、エラー信号を外部に出力するものの、IPMの遮断原因となった異常現象の発生の有無に関する履歴が残らないため、種々の異常現象等の不具合が発生してIPMを遮断した後に、その原因を究明するのは非常に困難であった。すなわち、従来の遮断保護機能を有するIPMは半導体素子の遮断原因を認識することができないため、遮断後に適切なエラー対策を講じることができないという問題点があった。
また、従来の半導体装置の遮断保護機能は、ある一定の規定レベルを超えた時点で一律に遮断保護動作を働かせるのが一般的であった。すなわち、遮断原因となった異常現象が、注意すべきレベルなのか、致命的なエラーレベルなのかを判別することなく、保護対象の半導体素子を遮断してしまうため、ユーザーにとって使い勝手が悪いという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、検出対象となる特定の異常現象の発生の有無に関する履歴を残し、適切なエラー対策を施すことが可能な半導体装置を得ることを目的とする。
この発明に係る請求項1記載の半導体装置は、電源電圧が付与される第1の外部電源端子と、基準電位に設定される第2の外部電源端子と、検出対象となる特定の異常現象の有無を指示する特定異常検出信号を出力する異常検出動作を実行する異常検出回路と、前記第1及び第2の外部電源端子間に設けたヒューズを有し、前記特定異常検出信号が前記特定の異常現象の発生を指示するとき、前記ヒューズに電流を流し断線させる異常履歴動作を実行する異常履歴設定部とを備え、前記半導体装置は前記異常履歴設定部による前記異常履歴動作の実行後において、前記異常履歴設定部を除き継続使用できる。
請求項1記載の本願発明における半導体装置は、異常履歴設定部の異常履歴動作によるヒューズの断線の有無により、検出対象となる特定の異常現象発生の有無に関する履歴を認識することができる。その結果、特定の異常現象発生後における解析・対策を早期に行うことができるため、適切なエラー対策を施しながら半導体装置を使用することにより、装置の長寿命化を図ることができる。
この発明の実施の形態1であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態2であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態3であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 IGBT遮断信号による保護対象のIGBTの遮断制御系を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態4であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態5であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態6であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態7であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態8であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 この発明の実施の形態9であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。 実施の形態9のIPMの異常履歴動作及び第1〜第3の異常認識動作等を表形式で示す説明図である。 この発明の実施の形態10であるIPMの異常履歴設定部等を示す回路図である。
<実施の形態1>
図1はこの発明の実施の形態1であるIPM1の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。
IPM1は外部端子として電源電圧VD(電源21の正極)が付与される外部端子P1(第1の外部電源端子)と、基準電位である接地電圧GND(電源21の負極)に設定される外部端子P3(第2の外部電源端子)と、エラー出力信号FO(False Out)が出力される外部端子P2(外部検出用端子)とを有している。
異常出力部はFO検知用の(NPNバイポーラ)トランジスタQ1とFO用の抵抗R1とから構成されている。抵抗R1及びトランジスタQ1は外部端子P2,P3間に直列に介挿される。すなわち、抵抗R1の一端が外部端子P2に接続され、抵抗R1の他端がトランジスタQ1のコレクタに接続され、トランジスタQ1のエミッタが外部端子P3に接続される。
トランジスタQ1はベースに、異常検出回路14から異常検出信号SFを受ける。異常検出信号SFは通常、複数種の異常現象のうち少なくとも一つが発生した時、トランジスタQ1をオン状態にすべく“H”レベル(電源電圧VDレベル)となり、複数種の異常現象がいずれも発生していない通常時はトランジスタQ1をオフ状態にすべく“L”レベル(接地電圧GNDレベル)となる。
一方、フォトカプラ22は発光ダイオードD22とフォトトランジスタQ22とにより構成され、発光ダイオードD22のアノードが電源21の正極に接続され、カソードが外部端子P2に接続される。発光ダイオードD22が基準値以上の強度で発光するとフォトトランジスタQ22がオン状態となる。
したがって、異常出力部であるトランジスタQ1がオン状態になると、外部端子P2と外部端子P3とが抵抗R1及びトランジスタQ1を介して電気的に接続される。その結果、外部端子P2(の異常出力信号FO)が“L”に設定され、アノード,カソード間に発光可能な電位差が生じるため発光ダイオードD22が基準値以上の強度で発光する。したがって、フォトトランジスタQ22のオン状態,オフ状態を認識することにより、エラー出力信号FOの出力の有無を外部から検知することができる。
さらに、外部端子P1,外部端子P3間に、異常履歴設定部となるヒューズ13、抵抗R2及び(NPNバイポーラ)トランジスタQ2が直列に介挿される。すなわち、ヒューズ13の一端が外部端子P1に接続され、他端が抵抗R2の一端に接続され、抵抗R2の他端がトランジスタQ2のコレクタに接続され、トランジスタQ2のエミッタが外部端子P3に接続される。
トランジスタQ2はベースに、異常検出回路14から特定異常検出信号S14を受ける。特定異常検出信号S14は、通常、複数種の異常現象のうち、検出対象となる特定の異常現象が発生した時、トランジスタQ2をオン状態にすべく“H”レベル(電源電圧VDレベル)となり、特定の異常現象が発生していない時はトランジスタQ2をオフ状態にすべく“L”レベル(接地電圧GNDレベル)となる。
このような構成の異常履歴設定部(ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2)は、検出対象である特定の異常現象の発生を指示する“H”レベルの特定異常検出信号S14によってトランジスタQ2がオン状態になると、外部端子P1,外部端子P3間がヒューズ13,抵抗R2及びトランジスタQ2を介して電気的に接続され、ヒューズ13に断線レベルを超える電流を流し、ヒューズ13を断線させる異常履歴動作を実行する。
異常検出回路14は上述した特定異常検出信号S14及び異常検出信号SFを出力する異常検出動作を実行する。異常検出回路14は図示省略しているが、外部端子P1より得られる電源電圧VDを動作電圧としている。なお、異常検出信号SFの対象とする異常現象が特定異常検出信号S14による検出対象の特定の異常現象のみの場合、異常検出信号SFは特定異常検出信号S14に一致することになる。
このように、実施の形態1のIPM1は、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2より構成される異常履歴設定部の上記異常履歴動作によるヒューズ13の断線の有無によって、検出対象である特定の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
なお、ヒューズ13の断線の有無は、IPM1の内部の制御回路(図示せず)にヒューズ13の導通チェック機能を設けることにより比較的容易にIPM1内にて確認することができる。
したがって、ヒューズ13の断線の有無により検出対象となる特定の異常現象発生の有無を確実に認識することができるため、異常現象発生後における解析・対策を早期に行うことができ、適切なエラー対策を施しながらIPM1を使用することにより、IPM1の長寿命化を図ることができる。
<実施の形態2>
図2はこの発明の実施の形態2であるIPM2の異常出力部、異常履歴設定部及びヒューズ断線報知部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部(Q1,R1)、異常検出回路14、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM2の異常履歴設定部は、実施の形態1と同一構成のヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2に加え、ラッチ回路15をさらに備えて構成される。IPM2はさらに、外部端子P4(ヒューズ断線報知端子)及び外部端子P4に接続される発光ダイオードD4(LED;発光素子)並びに内部に抵抗R3、トランジスタQ2及びラッチ回路15からなるヒューズ断線報知部を備えている。したがって、トランジスタQ2及びラッチ回路15は異常履歴設定部及びヒューズ断線報知部間で共用される。
ヒューズ断線報知部において、発光ダイオードD4のアノードは外部で電源21の正極に接続され、カソードが外部端子P4に接続され、外部端子P4に抵抗R3の一端が接続され、抵抗R3の他端が抵抗R2の他端(トランジスタQ2のコレクタ)に接続される。
ラッチ回路15は、フリップフロップ等で構成され、検出対象である特定の異常現象の発生時に“H”の特定異常検出信号S14を受けると保持し、制御電源リセット動作がなされるまで、“H”状態を維持するラッチ動作を実行する。なお、ラッチ回路15は図示省略しているが、外部端子P1より得られる電源電圧VDを動作電圧としている。また、制御電源リセット動作は、電源21による電源電圧VDの供給を一旦停止した後、電源電圧VDを再開する動作を意味する。
このような構成の実施の形態2の異常履歴設定部は、検出対象である特定の異常現象の発生時に“H”の特定異常検出信号S14がラッチ回路15にラッチされることをトリガとして、実施の形態1の異常履歴設定部と同様の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13を断線することができる。ただし、ラッチ回路15を備える分、ヒューズ13が断線するまでの確実な期間を確保することができる利点がある。
一方、ヒューズ断線報知部において、ラッチ回路15により特定異常検出信号S14の“H”レベルがラッチされているため、特定の異常現象発生時におけるヒューズ13の断線時及びその後において、制御電源リセット動作が実行されるまで、発光ダイオードD4及び抵抗R3の電流経路に、発光ダイオードD4が発光可能な電流量の電源21による電流が流れる。
その結果、発光ダイオードD4が発光するため、特定の異常現象発生の有無を発光ダイオードD4の発光の有無により外部から容易に視覚認識することができる。
このように、実施の形態2のIPM2は、実施の形態1のIPM1と同様、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2から構成される異常履歴設定部の上記異常履歴動作によるヒューズ13の断線の有無によって、特定の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
加えて、実施の形態2のIPM2は、特定異常検出信号S14の異常現象発生の指示(“H”レベル)に応答して発光ダイオードD4を発光制御するヒューズ断線報知部(ラッチ回路15、トランジスタQ2、抵抗R3、外部端子P4及び発光ダイオードD4の組合せ)をさらに備えている。
上記ヒューズ断線報知部は、ラッチ回路15への“H”の特定異常検出信号S14のラッチの有無、すなわち、特定異常検出信号S14の特定の異常現象の発生指示内容に基づき、発光ダイオードD4の発光の有無を制御するため、特定の異常現象発生時に伴いヒューズ13の断線されたことを速やかに視覚認識可能に外部に報知することができる。
<実施の形態3>
図3はこの発明の実施の形態3であるIPM3の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部、異常検出回路14、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM3の異常履歴設定部は、実施の形態1と同一構成のヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2に加え、IGBT遮断信号SB1を出力するコンパレータ16をさらに備えている。
すなわち、コンパレータ16の正入力(+)に基準電圧Vrefが付与され、負入力(−)に抵抗R2の他端(トランジスタQ2のコレクタ)が接続される。基準電圧Vrefはヒューズ13の断線時にオープン状態となる抵抗R2の他端の電圧(オープン電圧)より高く、電源電圧VDより低い電圧に設定される。したがって、通常時は、抵抗R2の他端の電圧は電源電圧VD付近であるため、“L”のIGBT遮断信号SB1を出力する。なお、コンパレータ16に関し、図示省略しているが、外部端子P1より得られる電源電圧VDを動作電圧としている。
このような構成の実施の形態3の異常履歴設定部は、検出対象である特定の異常現象の発生時に特定異常検出信号S14が“H”となることをトリガとして、実施の形態1の異常履歴設定部と同様の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13を断線させることができる。
ヒューズ13が断線すると、コンパレータ16の負入力が上記オープン電圧となって基準電圧Vrefより低くなるため、IGBT遮断信号SB1が“L”から“H”に変化する。この“H”のIGBT遮断信号SB1により対象となる半導体素子をオフ状態にする遮断制御が行える。
図4はIGBT遮断信号SB1による保護対象のIGBTの遮断制御系を模式的に示す説明図である。IPM3はスイッチング動作を行う半導体素子であるIGBT56を有するパワースイッチング部50とIGBT56のスイッチング動作を制御する制御回路52とを有している。なお、先の述べたIPM1,IPM2及び後述するIPM4〜IPM10も、パワースイッチング部50及び制御回路52に相当する構成を有している。
同図に示すように、制御回路52はIGBT遮断信号SB1を受け、IGBT遮断信号SB1が“H”のとき、パワースイッチング部50に存在するIGBT56を強制的にオフ状態にする制御信号S52を出力する。なお、図4では、制御回路52は駆動回路を兼ねた回路として示している。
このように、実施の形態3のIPM3は、実施の形態1のIPM1と同様、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2より構成される異常履歴設定部の上記異常履歴動作によるヒューズ13の断線の有無によって、検出対象となる特定の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
加えて、実施の形態の異常履歴設定部は、ヒューズ13に接続され、ヒューズ13の断線時にIGBT56のスイッチング動作を停止させる遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SBを出力するコンパレータ16を遮断指示部として有している。
そして、制御回路52はIGBT遮断信号SB1による遮断設定の指示(“H”)に応答して、IGBT56のスイッチング動作を停止させている。
このように、実施の形態3のIPM3は異常履歴設定部の遮断指示部であるコンパレータ16は、ヒューズ13の断線時に遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SB1(断線指示信号)を出力することにより、ヒューズ13が断線状態の異常時にIGBT56がスイッチング動作を行うことを確実に回避して、IGBT56の安全使用を図ることができる。
<実施の形態4>
図5はこの発明の実施の形態4であるIPM4の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部、異常検出回路14、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM4の異常履歴設定部は、実施の形態1と同一構成のヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2に加え、外部端子P5(外部ヒューズ接続端子)及び外部端子P1,P間の外部に介挿されるスイッチ23(端子間スイッチ)をさらに備えている。
スイッチ23は、例えば、DIPスイッチ等の機械スイッチにより実現され、外部端子P1,P5間の電気的接続の有無を切換設定することができる。IPM4において、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQは、スイッチ23及び外部端子Pを介して、外部端子P1,外部端子P3間に介挿されることになる。
したがって、スイッチ23の閉状態時(電気的接続時)には図1で示した実施の形態1のIPM1と等価な回路構成となる。すなわち、スイッチ23を閉状態にすると、検出対象の異常現象の発生時に特定異常検出信号S14が“H”となることをトリガとして、実施の形態1の異常履歴設定部と同様の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13を断線させることができる。
一方、スイッチ23の開状態時(電気的開放状態時)には異常履歴設定部は電気的に開放状態(フローティング状態)となり異常履歴動作が無効化され、ヒューズ13を断線することはできない。
このように、実施の形態4のIPM4は、実施の形態1のIPM1と同様、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2を主要構成部とする異常履歴設定部の上記異常履歴動作によるヒューズ13の断線の有無によって、検出対象である特定の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
加えて、実施の形態4のIPM4は、スイッチ23の閉/開設定により、外部端子P1,P5間の電気的接続の有/無を切換設定することができるため、異常履歴設定部による上記異常履歴動作の有効/無効を選択的に設定することができる。
その結果、上記異常履歴動作を無効にして、IPM4の検査時に意図的にエラーを発生させて保護機能の確認試験等を比較的容易に行うことができるため、装置の利便性の向上を図ることができる。
<実施の形態5>
図6はこの発明の実施の形態5であるIPM5の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部、異常検出回路14、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM5の異常履歴設定部は、実施の形態1と同一構成のヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2に加え、外部端子P6及びP7(第1及び第2の外部ヒューズ断線検知端子)並びに外部端子P6,P7間の外部に介挿される抵抗R11をさらに備えている。
このように、実施の形態5のIPM5は、実施の形態1のIPM1と同様、ヒューズ13、抵抗R2及びトランジスタQ2より構成される異常履歴設定部の上記異常履歴動作によるヒューズ13の断線の有無によって、検出対象である特定の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
加えて、実施の形態5のIPM5は、部端子P6,P7間の電気的接続状況(導通状態,オープン状態)により、ヒューズ13の断線の有無を外部から比較的簡単に認識することができる。
さらに、部端子P6,P7間に設ける抵抗R11の抵抗値を調整して、抵抗R11とヒューズ13に流れる電流の分流比を制御することにより、上記異常履歴動作の有効/無効を選択設定することができる。
具体的には、抵抗R11の抵抗値をヒューズ13及び抵抗R2の合成抵抗値より十分小さくすることにより、検出対象の異常現象発生時にヒューズ13に流れる電流を断線不可能レベルにまで小さくして異常履歴設定部の異常履歴動作の無効化を図ることができる。逆に、抵抗R11の抵抗値をヒューズ13及び抵抗R2の合成抵抗値より十分大きくすることにより、異常履歴設定部の異常履歴動作の有効にすることができる。
<実施の形態6>
図7はこの発明の実施の形態6であるIPM6の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM6は、後に詳述する温度上昇異常現象、短絡異常現象及び電圧低下異常現象からなる3種類の異常現象(複数種の異常現象)に対応している。
IPM6は、異常履歴設定部として、ヒューズ13A、抵抗R2A及び(NPNバイポーラ)トランジスタQ2A並びにラッチ回路15Aよりなる第1の異常履歴設定部と、ヒューズ13B、抵抗R2B及び(NPNバイポーラ)トランジスタQ2B並びにラッチ回路15Bよりなる第2の異常履歴設定部とを有している。
第1の異常履歴設定部において、外部端子P1,外部端子P3間に、ヒューズ13A、抵抗R2A及びトランジスタQ2Aが直列に介挿される。すなわち、ヒューズ13Aの一端が外部端子P1に接続され、他端が抵抗R2Aの一端に接続され、抵抗R2Aの他端がトランジスタQ2Aのコレクタに接続され、トランジスタQ2Aのエミッタが外部端子P3(接地電圧GNDレベル)に接続される。さらに、トランジスタQ2Aのベースには、特定異常検出信号S14Aをラッチするラッチ回路15Aの出力が付与される。
第2の異常履歴設定部において、外部端子P1,外部端子P3間に、ヒューズ13B、抵抗R2B及びトランジスタQ2Bが直列に介挿される。すなわち、ヒューズ13Bの一端が外部端子P1に接続され、他端が抵抗R2Bの一端に接続され、抵抗R2Bの他端がトランジスタQ2Bのコレクタに接続され、トランジスタQ2Bのエミッタが外部端子P3に接続される。さらに、トランジスタQ2Bのベースには、特定異常検出信号S14Bをラッチするラッチ回路15Bの出力が付与される。
ラッチ回路15A及び15Bは、実施の形態2のラッチ回路15と同様、検出対象の異常現象(温度上昇異常現象あるいは短絡異常現象)の発生時に“H”の特定異常検出信号S14A及びS14Bを受けると保持し、制御電源リセット動作が実行されるまで、“H”状態を維持するラッチ動作を実行する。ラッチ回路15A及び15Bは図示省略しているが、外部端子P1より得られる電源電圧VDを動作電圧としている。
トランジスタQ2Aはベースに、ラッチ回路15Aを介して異常検出回路14Aから特定異常検出信号S14Aを受ける。異常検出回路14Aは過熱検出回路31からの温度検知信号S31を受ける。温度検知信号S31は過熱保護(OT:Over Temperature protection)用の検知信号であり、IPM6のIGBT56(図4参照)近傍に搭載された温度検出回路(図示せず)によって検知される温度が基準温度を超えた場合に、温度上昇異常現象の発生を指示する“H”状態となる。
異常検出回路14Aは、温度検知信号S31が“H”のとき、すなわち、3種類の異常現象のうち、検出対象である特定の異常現象に該当する温度上昇異常現象が発生した時、トランジスタQ2Aをオン状態にする“H”レベルの特定異常検出信号S14Aを出力し、温度上昇異常現象が発生していない時はトランジスタQ2をオフ状態にする“L”レベルの特定異常検出信号S14Bを出力する第1の異常検出動作を実行する。
トランジスタQ2Bはベースに、ラッチ回路15Bを介して異常検出回路14Bから特定異常検出信号S14Bを受ける。異常検出回路14Bは短絡検出回路32からの電流検知信号S32を受ける。電流検知信号S32は短絡保護(SC:Short Circuit protection)用の検知信号であり、負荷短絡などによりIGBT56に基準電流量以上の電流が流れた場合に短絡異常現象の発生を指示する“H”状態となる。
異常検出回路14Bは、電流検知信号S32が“H”のとき、すなわち、3種類の異常現象のうち、検出対象である特定の異常現象に該当する短絡異常現象が発生した時、トランジスタQ2Bをオン状態にする“H”レベルの特定異常検出信号S14Bを出力し、短絡異常現象が発生していない時はトランジスタQ2をオフ状態にする“L”レベルの特定異常検出信号S14Bを出力する第2の異常検出動作を実行する。
トランジスタQ1のベースは総合異常検出回路17より異常検出信号SFを受ける。総合異常検出回路17はORゲートG17の総合検知信号S17の“H”/“L”により、“H”/“L”の異常検出信号SFを出力する。
ORゲートG17は第1入力に温度検知信号S31,第2入力に電流検知信号S32、及び第3入力に電源検知信号S33を受ける。電源検知信号S33は電源電圧低下保護(UV:Under Voltage)用の検知信号であり、電源電圧VD(正確には電源電圧VD,接地電位GND間の電位差)が設定値以下になった場合に電源電圧低下異常現象の発生を指示する“H”状態となる。
したがって、総合異常検出回路17は、検知信号S31〜S33の少なくとも一つが“H”、すなわち、3種類の異常現象である温度常用異常現象、短絡異常現象及び電源電圧低下異常現象のうち、少なくとも一つの異常現象が発生したとき、“H”の異常検出信号SFを出力する。
“H”の異常検出信号SFによって異常出力部であるトランジスタQ1がオン状態になると、実施の形態1で説明したように、外部端子P2(の異常出力信号FO)が“L”に設定され、アノード,カソード間に発光可能な電位差が生じるため発光ダイオードD22が基準値以上の強度で発光する。
上述した構成の第1の異常履歴設定部(ヒューズ13A、抵抗R2A、トランジスタQ2A及びラッチ回路15A)は、温度上昇異常現象の発生を指示する“H”の特定異常検出信号S14Aのラッチ回路15AへのラッチによってトランジスタQ2Aがオン状態になると、外部端子P1,外部端子P3間がヒューズ13A,抵抗R2A及びトランジスタQ2Aを介して電気的に接続され、ヒューズ13Aに断線レベルを超える電流を流し、ヒューズ13Aを断線させる第1の異常履歴動作を実行する。
同様にして、第2の異常履歴設定部(ヒューズ13B、抵抗R2B、トランジスタQ2B及びラッチ回路15B)は、短絡異常現象の発生を指示する“H”の特定異常検出信号S14Bのラッチ回路15BへのラッチによってトランジスタQ2Bがオン状態になると、外部端子P1,外部端子P3間がヒューズ13B,抵抗R2B及びトランジスタQ2Bを介して電気的に接続され、ヒューズ13Bに断線レベルを超える電流を流し、ヒューズ13Bを断線させる第2の異常履歴動作を実行する。
なお、ラッチ回路15A及び15Bはヒューズ13A及び13Bが確実に断線する時間を確保する点では有効であるが、省略して特定異常検出信号S14A及びS14BがトランジスタQ2A及びQ2Bのベースに直接付与される構成にしても、上述した第1及び第2の異常履歴設定動作は実行可能である。
このように、実施の形態6のIPM6における第1及び第2の異常履歴設定部は第1及び第2の異常履歴動作をそれぞれ独立して行うため、ヒューズ13A及び13Bの断線の有無によって、温度上昇異常現象及び短絡異常現象それぞれ発生の有無に関する履歴を、温度上昇異常現象及び短絡異常現象間で識別可能に残すことができる。すなわち、ヒューズ13Aとヒューズ13Bとの断線を識別することにより、2つの特定異常現象のうちいずれの異常現象がIPM6に発生したのかを正確に識別することができる。
なお、ヒューズ13A及び13Bの断線の有無は、IPM6の内部の制御回路(図示せず)にヒューズ13A及び13Bの導通チェック機能を設けることにより比較的容易にIPM内部で確認することができる。
その結果、温度上昇異常現象あるいは短絡異常現象の発生後において、温度上昇異常現象及び短絡異常現象それぞれに対する解析・対策を早期に行うことができるため、適切なエラー対策を施しながらIPM6を使用することにより、装置の長寿命化を図ることができる。
また、IPM6の異常出力部(トランジスタQ1、抵抗R1)はORゲートG17の総合検知信号S17に基づき、総合異常検出回路17より生成される異常検出信号SFを受けるため、3種類の異常現象(温度上昇異常現象、短絡異常現象及び電源電圧低下異常現象)のうち少なくとも一つの異常現象が発生したとき、外部端子P2から異常現象を指示する“L”レベルのエラー出力信号FOを出力している。
したがって、外部端子P2から“L”レベルにエラー出力信号FOを検知することにより、複数種の異常現象のいずれかが発生したことを、外部から比較的容易に認識することができる。
なお、実施の形態6では、異常履歴設定部が2つ存在する場合を示したが、実施の形態6のIPM6を拡張して、3以上の異常履歴設定部からなる構成も実現可能なのは勿論である。
すなわち、特定異常検出信号は第1〜第N(N≧2)の特定異常現象を検出する第1〜第Nの特定異常検出信号を含み、異常検出動作は第1〜第Nの異常検出動作を含み、ヒューズは第1〜第Nのヒューズを含み、異常履歴動作は第1〜第Nの異常履歴動作を含んでも良い。
この際、異常検出回路は、複数種の異常現象に含まれる第1〜第Nの異常現象の有無を指示する第1〜第Nの異常検出信号を出力する第1〜第Nの異常検出動作を実行する第1〜第Nの異常検出回路を含むことになる。
異常履歴設定部は、第1〜第Nの異常検出回路に対応して設けられ、上記第1〜第Nのヒューズを有する第1〜第Nの異常履歴設定部を含む。そして、上記第1〜第Nの異常履歴設定部は、上記第1〜第Nの異常検出信号が異常現象の発生を指示するとき、上記第1〜第Nのヒューズに電流を流し断線させる上記第1〜第Nの異常履歴動作を実行する。
<実施の形態7>
図8はこの発明の実施の形態7であるIPM7の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図7で示した構成と同一構成部分(異常出力部、異常検出回路14A及び14B、ラッチ回路15A及び15B、総合異常検出回路17、ORゲートG17、電源21及びフォトカプラ22、過熱検出回路31、短絡検出回路32、電圧低下検出回路33及び外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPM7の第1の異常履歴設定部は、実施の形態6と同一構成のヒューズ13A、抵抗R2A及びトランジスタQ2A並びにラッチ回路15Aにより構成される。IPM7は、さらに、外部端子P4A(第1のヒューズ断線報知端子)及び外部端子P4Aに接続される発光ダイオードD4A(LED;第1の発光素子)並びに内部に抵抗R3A、トランジスタQ2A及びラッチ回路15Aより構成される第1のヒューズ断線報知部をさらに備えている。
同様に第2の異常履歴設定部は、実施の形態6と同一構成のヒューズ13B、抵抗R2B及びトランジスタQ2B並びにラッチ回路15Bにより構成される。IPM7は、さらに、外部端子P4B(第2のヒューズ断線報知端子)及び外部端子P4Bに接続される発光ダイオードD4B(LED;第2の発光素子)並びに内部に抵抗R3B、トランジスタQ2B及びラッチ回路15を備えた第2のヒューズ断線報知部をさらに備えている。
したがって、トランジスタQ2A及びラッチ回路15Aは第1の異常履歴設定部及び第1のヒューズ断線報知部間で共用され、トランジスタQ2B及びラッチ回路15Bは第2の異常履歴設定部及び第2のヒューズ断線報知部間で共用される。
すなわち、発光ダイオードD4A及びD4Bのアノードは電源21の正極に共通に接続され、カソードが外部端子P4A及びP4Bに接続され、外部端子P4A及びP4Bに抵抗R3A及びR3Bの一端が接続され、抵抗R3A及びR3Bの他端が抵抗R2A及びR2Bの他端(トランジスタQ2A及びQ2Bのコレクタ)に接続される。
このような構成の実施の形態7の第1の異常履歴設定部は、温度上昇異常現象の発生時に“H”の特定異常検出信号S14Aがラッチ回路15Aにラッチされることをトリガとして、実施の形態6の第1の異常履歴設定部と同様の第1の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Aを断線することができる。
この際、ラッチ回路15Aにより特定異常検出信号S14Aの“H”レベルがラッチされているため、温度上昇異常現象の発生時におけるヒューズ13Aの断線時及びその後において、発光ダイオードD4A及び抵抗R3Aの電流経路に電源21による電流が流れる。
その結果、発光ダイオードD4Aが発光するため、温度上昇異常現象の発生の有無を発光ダイオードD4Aの発光の有無により視覚認識可能に外部に報知することができる。
同様にして、第2の異常履歴設定部は、短絡異常現象の発生時に“H”の特定異常検出信号S14Bがラッチ回路15Bにラッチされることをトリガとして、実施の形態6の第2の異常履歴設定部と同様の第2の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Bを断線することができる。
この際、ラッチ回路15Bにより特定異常検出信号S14Bの“H”レベルがラッチされているため、短絡異常現象の発生時におけるヒューズ13Bの断線時及びその後において、発光ダイオードD4B及び抵抗R3Bの電流経路に電源21による電流が流れる。
その結果、発光ダイオードD4Bが発光するため、短絡異常現象の発生の有無を発光ダイオードD4Bの発光の有無により認識可能に外部に報知することができる。
このように、実施の形態7のIPM7は、実施の形態6のIPM6と同様、ヒューズ13A及び13B、抵抗R2A及びR2B並びにトランジスタQ2A及びQ2Bにより構成される第1及び第2の異常履歴設定部の上記第1及び第2の異常履歴動作によるヒューズ13A及び13Bの断線の有無によって、温度上昇異常現象及び短絡異常現象間で識別可能にして検出対象の異常現象発生の有無に関する履歴を残すことができる。
加えて、実施の形態7のIPM7は、特定異常検出信号S14A及びS14Bの異常現象発生の指示内容(“H”,“L”レベル)に基づき、発光ダイオードD4A及びD4Bの発光の有無を制御する第1及び第2のヒューズ断線報知部(異常現象報知部)をさらに備えている。
上記第1及び第2のヒューズ断線報知部は、特定異常検出信号S14A及びS14Bの指示内容に基づき発光ダイオードD4A及びD4Bの発光の有無を制御するため、温度上昇異常現象あるいは短絡異常現象の発生時に伴うヒューズ13A及び13Bの断線の有無を速やかに外部(フォトカプラ22、発光ダイオードD4A及びD4B等を用いるユーザー側)に報知することができる。
<実施の形態8>
図9はこの発明の実施の形態8であるIPM8の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図7で示した構成と同一構成部分(異常出力部、第1及び第2の異常履歴設定部、異常検出回路14A及び14B、ラッチ回路15A及び15B、総合異常検出回路17、電源21及びフォトカプラ22、及び外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
異常検出回路14Aはコンパレータ検出信号S18Aを入力し、コンパレータ検出信号S18Aの“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の特定異常検出信号S14Aを出力する。
異常検出回路14Bはコンパレータ検出信号S18Bを入力し、コンパレータ検出信号S18Bの“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の特定異常検出信号S14Bを出力する。
パラメータ検出回路である温度検出回路34はIPM8のIGBT56(図4参照)近傍に搭載され、検知される温度(IPM8の動作状態を示す状態パラメータ)に基づく電圧を示す検出温度信号S34を出力する。
コンパレータ18Aは負入力に比較電圧V175(検出温度信号S34が175℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V175と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Aを出力する。すなわち、コンパレータ18Aは検出温度信号S34が175℃を超える温度を指示するとき“H”となり、175℃未満の温度を指示するとき“L”となるコンパレータ検出信号S18Aを出力する。
コンパレータ18Bは負入力に比較電圧V150(検出温度信号S34が150℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V150と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Bを出力する。すなわち、コンパレータ18Bは検出温度信号S34が150℃を超える温度を指示するとき“H”となり、150℃未満の温度を指示するとき“L”となるコンパレータ検出信号S18Bを出力する。
このようにコンパレータ18A及び18Bは、検出温度信号S34の指示する検出温度に基づき分類された2つの異常現象(検出温度が150℃以上(超)、175℃以上(超))の発生の有無を指示する2つのパラメータ分類信号をコンパレータ検出信号S18A及びS18Bとして出力するパラメータ分類部として機能する。
総合異常検出回路17はコンパレータ検出信号S18Bを受け、コンパレータ検出信号S18の“H”/“L”に基づき、異常検出信号SFを“H”/“L”に設定する。したがって、検出温度信号S34が150℃を超える温度を指示するとき、異常出力部により“L”のエラー出力信号FOが外部端子P2から出力される。
このような構成の実施の形態8の第1の異常履歴設定部は、コンパレータ検出信号S18Aが“H”となる175℃を超える過熱状態である重要度大の温度上昇異常現象の発生時に特定異常検出信号S14Aが“H”とな(り、ラッチ回路15Aにラッチされ)ることをトリガとして、実施の形態6の第1の異常履歴設定部と同様の第1の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Aを断線することができる。
同様にして、実施の形態8の第2の異常履歴設定部は、コンパレータ検出信号S18Bが“H”となる150℃を超える過熱状態である重要度中の温度上昇異常現象の発生時に特定異常検出信号S14Bが“H”となることをトリガとして、実施の形態6の第2の異常履歴設定部と同様の第2の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Bを断線することができる。
このように、実施の形態8のIPM8は、実施の形態6のIPM6と同様、ヒューズ13A及び13B、抵抗R2A及びR2B並びにトランジスタQ2A及びQ2Bにより構成される第1及び第2の異常履歴設定部の上記第1及び第2の異常履歴動作によるヒューズ13A及び13Bの断線の有無によって、温度上昇異常現象が150℃〜175℃の範囲の重要度中と、175℃を超える重要度大との間で識別可能にして温度上昇異常現象の有無及びレベル(重要度)に関する履歴を残すことができる。
すなわち、ヒューズ13A及びヒューズ13Bが共に断線した時、重要度大の温度上昇異常現象が生じ、ヒューズ13Bのみが断線した時、重要度中の温度上昇異常現象が生じ、ヒューズ13A及び13Bが共に断線していない時、温度上昇異常現象が生じていないことを識別することができる。
上述したように、実施の形態8のIPM8は、共通の状態パラメータである検出温度信号S34の指示する検知温度の値に基づき分類された2つのレベル(重要度大、重要度中)の温度上昇異常現象(少なくとも2つの異常現象)に対応する2つのヒューズ13A及び13Bの断線の有無により、温度上昇度合が異なる2つの温度上昇異常現象の発生の有無に関する履歴を認識することができる。その結果、2つのレベルの温度上昇異常現象の発生後において、検知温度レベルに応じた解析・対策を早期に行うことができるため、適切なエラー対策を施しながらIPM8を使用することにより、装置の長寿命化を図ることができる。
<実施の形態9>
図10はこの発明の実施の形態9であるIPM9の第1〜第3の異常現象認識及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図1で示した構成と同一構成部分(異常出力部、電源21及びフォトカプラ22、外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
IPMの異常履歴設定部は、ヒューズ19、抵抗R12A及び(NPNバイポーラ)トランジスタQ12A並びにラッチ回路25Aより構成され、外部端子P1,外部端子P3間に、ヒューズ19、抵抗R12A及びトランジスタQ12Aが直列に介挿される。
すなわち、ヒューズ19の一端が外部端子P1に接続され、他端が抵抗R12Aの一端に接続され、抵抗R12Aの他端がトランジスタQ12Aのコレクタに接続され、トランジスタQ12Aのエミッタが外部端子P3(接地電圧GNDレベル)に接続される。さらに、トランジスタQ12Aのベースには、特定異常検出信号S24Aをラッチするラッチ回路25Aの出力が付与される。
異常履歴設定部はさらにコンパレータ16を備えている。コンパレータ16の正入力に基準電圧Vrefが付与され、負入力に抵抗R12Aの他端(トランジスタQ12Aのコレクタ)が接続される。基準電圧Vrefはヒューズ19の断線時にオープン状態となる抵抗R12Aの他端の電圧(オープン電圧)より高く、電源電圧VDより低い電圧に設定される。したがって、ヒューズ19が遮断されていない通常時は“L”のIGBT遮断信号SB1を出力する。
IPMは、さらに、各々がヒューズを有さない異常現象認識部として以下の第1〜第3の異常現象認識部を有している。
第1の異常現象認識部は、抵抗R12B、(NPNバイポーラ)トランジスタQ12B、ラッチ回路25B並びに外部端子P14及び発光ダイオードD5より構成される。第2の異常現象認識部は、抵抗R12C及び(NPNバイポーラ)トランジスタQ12C並びにラッチ回路25Cより構成される。
第1の異常現象認識部において、外部端子P1,外部端子P14間の外部に発光ダイオードD5が介挿される。すなわち、発光ダイオードD5のアノードが外部端子P1に接続され、カソードが外部端子P14に接続される。そして、外部端子P14,外部端子P3間に、抵抗R12B及びトランジスタQ12Bが直列に介挿される。すなわち、抵抗R12Bの一端が外部端子P14に接続され、抵抗R12Bの他端がトランジスタQ12Bのコレクタに接続され、トランジスタQ12Bのエミッタが外部端子P3に接続される。さらに、トランジスタQ12Bのベースには、特定異常検出信号S24Bをラッチするラッチ回路25Bの出力が付与される。
第2の異常現象認識部において、外部端子P2,P3間に、抵抗R12C及びトランジスタQ12Cが直列に介挿される。すなわち、抵抗R12Cの一端が外部端子P2に接続され、抵抗R12Cの他端がトランジスタQ12Cのコレクタに接続され、トランジスタQ12Cのエミッタが外部端子P3に接続される。さらに、トランジスタQ12Cのベースには、特定異常検出信号S24Cをラッチするラッチ回路25Cの出力が付与される。
ラッチ回路25A〜25Cは、実施の形態2のラッチ回路15と同様、“H”の特定異常検出信号S24A〜S24Cを受けると保持し、制御電源リセット動作が実行されるまで、“H”状態を維持するラッチ動作を実行する。ラッチ回路25A〜25Cは図示省略しているが、外部端子P1より得られる電源電圧VDを動作電圧としている。
さらに、外部端子P2,P3間に設けられる抵抗R1及びトランジスタQ1が第3の異常現象認識部として設けられる。第3の異常現象認識部は実施の形態1〜実施の形態8で述べた異常出力部と同等の構成を有しているが、異常検出回路24Dから出力される異常検出信号SF(=特定異常検出信号S24D)をトランジスタQ1のベースに受ける点で異なる。
異常検出回路24A〜24Dはコンパレータ検出信号S18A〜S18Dを入力し、コンパレータ検出信号S18A〜S18Dの“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の特定異常検出信号S24A〜S24Dを出力する第1〜第4の異常検出動作をそれぞれ実行する。
異常検出回路24Bは“H”の特定異常検出信号S24を出力する際、IGBT56の遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SB2を併せて出力する(図4参照)。同様に、異常検出回路24Cは“H”の特定異常検出信号S24Cを出力する際、IGBT56の遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SB3(図4参照)を併せて出力する。
温度検出回路34は実施の形態8と同様、IPM8のIGBT56の近傍に搭載され、検知される温度に基づく電圧を示す検出温度信号S34を出力する。
コンパレータ18Aは負入力に比較電圧V175(検出温度信号S34が175℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V175と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Aを出力する。
コンパレータ18Bは負入力に比較電圧V150(検出温度信号S34が150℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V150と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Bを出力する。
コンパレータ18Cは負入力に比較電圧V135(検出温度信号S34が135℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V135と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Cを出力する。
コンパレータ18Dは負入力に比較電圧V100(検出温度信号S34が100℃を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出温度信号S34を受け、比較電圧V100と検出温度信号S34との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S18Dを出力する。
したがって、異常検出回路24Aは検出温度が175℃を超え、温度上昇異常現象における異常度合が最も高い重大異常現象に対し第1の異常検出動作を実行する重大異常検出回路となる。そして、異常検出回路24B〜24による第2〜第4の異常検出動作に関し、異常度合が高い方から第2、第3及び第4の順となる。
図11は実施の形態9のIPM9の異常履歴動作及び第1〜第3の異常認識動作の並びに解除条件の内容を表形式で示す説明図である。
まず、第3の異常現象認識部である異常出力部(抵抗R1及びトランジスタQ1)による第3の異常認識動作(異常出力動作)について説明する。第3の異常現象認識部は温度検出回路34より出力される検出温度信号S34が「100℃以上(超)」を指示する際の「警告」モードに対応して第3の異常認識動作を実行する。
すなわち、第3の異常現象認識部は、異常検出信号SF(特定異常検出信号S24D)が“H”の期間(Error期間)、エラー出力信号FOを“L”にする第3の異常認識動作(異常出力動作)を実行する。したがって、「警告」モードでは、IGBT56の遮断、発光ダイオードD5の発光、及びヒューズ19の断線は行われない。
また、コンパレータ18Dはヒステリシス機能を有しており、コンパレータ検出信号S18Dが“H”に変化した後、検出温度信号S34による検出温度が100℃から所定のヒステリシス温度(例えば30℃程度)低下したリセットレベル(例えば70℃程度)を下回ると、コンパレータ検出信号S18Dが“H”から“L”に変化する。すると、異常検出信号SF(S24D)が“L”に立ち下がり、エラー出力信号FOは“L”から開放状態となり、「警告」モードは解除される。
次に、第2の異常現象認識部(抵抗R12C、トランジスタQ12C及びラッチ回路25C)による第2の異常認識動作について説明する。第2の異常現象認識部は検出温度信号S34が「135℃以上(超)」を指示する際の「危険度:低」モードに対応して第2の異常認識動作を実行する。
すなわち、第2の異常現象認識部は、“H”のIGBT遮断信号SB3を出力して制御回路52を介してIGBT56を遮断し(図4参照)、ラッチ回路25Cにより“L”の異常検出信号SFを常時出力する。ただし、「危険度:低」モードでは、発光ダイオードD5は発光されず、ヒューズ19も断線されない。
また、コンパレータ18Cはヒステリシス機能を有しており、コンパレータ検出信号S18Cが“H”に変化した後、検出温度信号S34による検出温度が135℃から所定のヒステリシス温度(例えば20℃程度)低下したリセットレベル(例えば115℃程度)を下回ると、コンパレータ検出信号S18Cが“L”に変化する。すると、特定異常検出信号S24C及びIGBT遮断信号SB3を“L”に立ち下げることにより、IGBT56の遮断設定が解除される。
ただし、“H”の特定異常検出信号S24は、ラッチ回路25Cにラッチされているため、制御電源リセット動作を行うまではエラー出力信号FOの“L”の常時出力状態は維持される。すなわち、エラー出力信号FOの常時出力状態の解除には制御電源リセット動作を行う必要がある。
次に、第1の異常現象認識部(抵抗R12B、トランジスタQ12B及びラッチ回路25B並びに発光ダイオードD5及び外部端子P14)による第1の異常認識動作について説明する。第1の異常現象認識部は検出温度信号S34が「150℃以上(超)」を指示する際の「危険度:中」モードに対応して第1の異常認識動作を実行する。
すなわち、第1の異常現象認識部は、“H”のIGBT遮断信号SB2を出力して制御回路52を介してIGBT56を遮断するとともに(図4参照)、トランジスタQ12Bをオンさせて発光ダイオードD5を発光させる。この際、第2の異常現象認識部のラッチ回路25Cにより“L”のエラー出力信号FOが常時出力される。ただし、ヒューズ19は断線されない。
そして、「危険度:中」モードになった後に、IGBT56の遮断、エラー出力信号FOの常時出力、及び発光ダイオードD5の発光を解除するには、上記制御リセット動作を行う必要がある。
次に、異常履歴設定部(ヒューズ19、抵抗R12A、トランジスタQ12A及びラッチ回路25A並びにコンパレータ16)による異常履歴動作について説明する。異常履歴設定部は検出温度信号S34が「175℃以上(超)」を指示する際の重要度大の「致命的」モードに対応して異常履歴動作を実行する。
すなわち、異常履歴設定部は、コンパレータ16より“H”のIGBT遮断信号SB1を出力して制御回路52を介してIGBT56を遮断し(図4参照)、トランジスタQ12Aがオンすることによりヒューズ19に断線レベルを超える電流を流しヒューズ19を断線させる。この際、第1及び第2の異常現象認識部により、発光ダイオードD5は発光され、“L”のエラー出力信号FOも常時出力される。
そして、IGBT56の遮断、エラー出力信号FOの常時出力、発光ダイオードD5の発光及びヒューズ19の断線を解除するには、ヒューズ19を取り替えた後、上記制御リセット動作を行う必要がある。
なお、第1〜第3の異常現象認識部にはそれぞれIGBT遮断信号SB1が入力されており、IGBT遮断信号SB1が“H”の期間は、対応のモード(「警告」モード、「危険度:低」モード及び「危険度:中」モード)を維持すべく第1〜第3の異常認識動作を実行する。すなわち、一旦、「致命的」モードなる重大異常現象が発生すると、断線したヒューズ19を取り替えるまでは、制御電源リセット動作を行った後も、第1〜第3の異常現象認識部による第1〜第3の異常認識動作が続行される。
実施の形態9のIPM9は、上記異常履歴設定部の異常履歴動作によるヒューズ19の断線の有無により、致命的な温度上昇異常現象(重大異常現象)の発生の有無に関する履歴を認識することができる。
さらに、第1〜第3の異常現象認識部による第1〜第3の履歴認識動作によって、外部より多様な認識(発光ダイオードD5の発光、“L”のエラー出力信号FOの常時出力あるいは一定期間出力)を可能にすることにより、温度上昇異常現象の発生の有無を温度上昇度合応じた認識レベル(警告、重要度:低、重要度:中)で分類して認識することができる。
以下、この点を詳述する。温度上昇異常現象の発生時において、IGBT56のチップ温度の温度上昇勾配は異なり、検知遅れや、IGBT56の遮断等の処置までの遅れの間において最大到達温度は異なる。実施の形態9のIPM9は、異なる判定レベルを持つ4つのコンパレータ18A〜18D設け、それぞれに対して、異常履歴設定部及び第1〜第3の異常現象認識部を設けることにより、IGBT56の遮断、エラー出力信号FOの出力、発光ダイオードD5の発光、ヒューズ19の断線等断等の多様な処置を行うことができる。
その結果、温度上昇という共通の異常現象発生後において、重要度合に応じた解析・対策を早期に行うことができるため、適切なエラー対策を施しながらIPM9を使用することにより、IPM9の長寿命化を図ることができる。
さらに、異常履歴設定部の遮断指示部であるコンパレータ16による遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SB1(遮断指示信号)により、ヒューズ19が断線状態の異常時にIGBT56がスイッチング動作を行うことを確実に回避することにより、IGBT56の安全使用を図ることができる。
加えて、第1〜第3の異常現象認識部は、IGBT遮断信号SB1が“H”の期間、第1〜第3の異常認識動作を実行するため、「致命的」モードなる重大異常現象の発生後の上記制御電源リセット動作後においても、断線したヒューズ19を取り替えることを積極的に促すことができる。
<実施の形態10>
図12はこの発明の実施の形態10であるIPM10の異常出力部及び異常履歴設定部並びにその周辺を模式的に示す回路図である。なお、図7で示した構成と同一構成部分(異常出力部、第1及び第2の異常履歴設定部、異常検出回路14A及び14B、ラッチ回路15A及び15B、電源21及びフォトカプラ22、及び外部端子P1〜P3等)については同一符号を付して説明を適宜省略する。
異常検出回路14Aはカウンター検出信号S44を入力し、カウンター検出信号S44の“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の特定異常検出信号S14Aを出力する。
異常検出回路14Bはコンパレータ検出信号S43を入力し、コンパレータ検出信号S43の“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の特定異常検出信号S14Bを出力する。
電流検出回路35はIPM10のIGBT56(図4参照)のコレクタ電流Icを検出し、検出されたコレクタ電流Icに基づく電圧値を示す検出電流信号S35を出力する。
コンパレータ42は負入力に比較電圧V2(検出電流信号S35が定格電流の2倍の2倍電流を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出電流信号S35を受け、比較電圧V2と検出電流信号S35との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S42を出力する。すなわち、コンパレータ42は検出電流信号S35が2倍電流を超えるコレクタ電流Ic(の電流量)を指示するとき“H”となり、2倍電流未満のコレクタ電流Icを指示するとき“L”となるコンパレータ検出信号S42を出力する。
カウンター回路44はコンパレータ検出信号S42が“H”となる回数(初期値“0”)をカウントし、カウント値が設定値に達すると“H”のカウンター検出信号S44を出力する。すなわち、コンパレータ42は検出電流信号S35が2倍電流を超えるコレクタ電流Icを設定値回数分指示するとき“H”のカウンター検出信号S44をはじめて出力する。
コンパレータ43は負入力に比較電圧V3(検出電流信号S35が定格電流の3倍の3倍電流を指示する際に相当する電圧)を受け、正入力に検出電流信号S35を受け、比較電圧V3と検出電流信号S35との比較結果に基づきコンパレータ検出信号S43を出力する。すなわち、コンパレータ43は検出電流信号S35が3倍電流を超えるコレクタ電流Icを指示するとき“H”となり、3倍電流未満のコレクタ電流Icを指示するとき“L”となるコンパレータ検出信号S43を出力する。
このように、コンパレータ42,43及びカウンター回路44は、状態パラメータであるコレクタ電流Icの電流量に加え、その発生回数に基づき、2つの異常現象(2倍定格電流が設定値回発生、3倍定格電流が1回発生)を分類して、2つのパラメータ分類信号をコンパレータ検出信号S43及びカウンター検出信号S44として出力する、パラメータ分類部として機能する。
ORゲートG20は一方入力にカウンター検出信号S44を受け、他方入力にコンパレータ検出信号S43を受け、カウンター検出信号S44及びコンパレータ検出信号S43の論理和信号を総合検知信号S20として出力する。
総合異常検出回路20は総合検知信号S20の“H”/“L”に基づき、“H”/“L”の異常検出信号SFを出力する。したがって、検出電流信号S35が2倍電流を超えるコレクタ電流Icを設定値回数分指示したとき、あるいは検出電流信号S35が3倍電流を超えるコレクタ電流Icを指示したとき、異常出力部により“L”のエラー出力信号FOが外部端子P2から出力される。
さらに、“H”の異常検出信号SFの出力時に、IGBT56の遮断設定を指示する“H”のIGBT遮断信号SB20を出力する。なお、IGBT遮断信号SB20は、前述したIGBT遮断信号SB1〜SB3に相当する信号であるため、“H”のIGBT遮断信号SB20により制御回路52を介してIGBT56を遮断することができる。
このような構成の実施の形態10の第1の異常履歴設定部は、カウンター検出信号S44が“H”となる、コレクタ電流Icの2倍電流超現象が設定値回発生した第1種の短絡異常現象の発生時に特定異常検出信号S14Aが“H”となることをトリガとして、実施の形態6の第1の異常履歴設定部と同様の第1の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Aを断線することができる。
同様にして、実施の形態10の第2の異常履歴設定部は、コンパレータ検出信号S43が“H”となる、コレクタ電流Icの3倍電流超現象が発生した第2種の短絡異常現象の発生時に特定異常検出信号S14Bが“H”となることをトリガとして、実施の形態6の第2の異常履歴設定部と同様の第2の異常履歴動作を実行するため、ヒューズ13Bを断線することができる。
このように、実施の形態10のIPM10は、実施の形態6のIPM6と同様、ヒューズ13A及び13B、抵抗R2A及びR2B並びにトランジスタQ2A及びQ2Bにより構成される第1及び第2の異常履歴設定部の上記第1及び第2の異常履歴動作によるヒューズ13A及び13Bの断線の有無によって、短絡異常現象が第1種の異常の場合と、第2種の異常の場合とを識別可能にして短絡異常現象の有無及び異常種別に関する履歴を残すことができる。
すなわち、ヒューズ13Aが断線した時、第1種の短絡異常現象が生じ、ヒューズ13Bが断線した時、第2種の短絡異常現象が生じ、ヒューズ13A及び13Bが共に断線していない時、短絡異常現象が生じていないことを識別することができる。
上述したように、実施の形態10のIPM10は、状態パラメータである検出電流信号S35の指示するコレクタ電流Icの電流量に基づき分類された2つの種別の短絡異常現象に対応する2つのヒューズ13A及び13Bの断線の有無により、電流上昇度合が異なる2つの短絡異常現象の発生の有無に関する履歴を認識することができる。
すなわち、IPM10は、状態パラメータであるコレクタ電流Icの電流及び発生回数に基づき分類された2種類の短絡異常現象に対応するヒューズ13A及び13Bの断線の有無により、共通のコレクタ電流Ic間で発生回数を含めた異常度合が異なる2つの短絡異常現象それぞれの発生の有無に関する履歴を認識することができる。
以下、この点を詳述する。短絡異常現象の判定基準が一つ(例えば、3倍電流をSCレベル(短絡異常)とする等)であれば、短時間で3倍電流に到達しない状況下ではIGBT56は遮断されずに繰り返し短絡(2倍電流を超えるレベルの短絡)が発生してしまう懸念がある。しかしながら、実施の形態10のIPM10のように第1及び第2の異常履歴設定部を設けることにより、ピーク電流が低い(2倍電流を超えるが3倍電流を超えない)繰り返し短絡も保護できる。その結果、短絡異常現象がどのような種別で発生したか(大電流(3倍電流)の単発発生、または低電流(2倍電流〜3倍電流の間)の繰り返し発生か)を正確に認識することができる。
このように、実施の形態10のIPM10では、第1及び第2の異常履歴設定部により、短絡時のピーク電流が3倍定格以上の場合は勿論、短絡時のピーク電流が2倍定格以上3倍定格未満でも複数回(設定値回)発生すると、IGBT56を遮断して保護するとともに、異常発生を指示するエラー出力信号FOを出力することができる。その結果、短絡異常種別に応じた解析・対策を早期に行うことができるため、適切なエラー対策を施しながらIPM10を使用することにより、装置の長寿命化を図ることができる。
また、IPM10の異常出力部(トランジスタQ1、抵抗R1)はORゲートG20の総合検知信号S20に基づき、総合異常検出回路20より生成される異常検出信号SFを受けるため、2種類の短絡異常現象のうち少なくとも一つの異常現象が発生したとき、外部端子P2から異常現象を指示する“L”レベルのエラー出力信号FOを出力している。
したがって、外部端子P2から“L”レベルにエラー出力信号FOを検知することにより、第1種及び第2種の短絡異常現象のいずれかが発生したことを、外部から比較的容易に認識することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1〜10 IPM、13,13A,13B,19 ヒューズ、14,14A〜14D,24A〜24D 異常検出回路、15,15A,15B,25A〜25C ラッチ回路、16,18A〜18D,42,43 コンパレータ、17 総合異常検出回路、23 スイッチ、31 過熱温度検出回路、32 短絡検出回路、33 電圧低下検出回路、34 温度検出回路、35 電流検出回路、44 カウンター回路、52 制御回路、56 IGBT、D4,D4A,D4B 発光ダイオード、P1〜P7,P14 外部端子、Q1,Q2,Q2A,Q2B,Q12A〜Q12C トランジスタ、R1〜R3,R2A,R2B,R3A,R3B,R11,R12A〜R12D 抵抗。

Claims (9)

  1. 電源電圧が付与される第1の外部電源端子と、
    基準電位に設定される第2の外部電源端子と、
    検出対象となる特定の異常現象の有無を指示する特定異常検出信号を出力する異常検出動作を実行する異常検出回路と、
    前記第1及び第2の外部電源端子間に設けたヒューズを有し、前記特定異常検出信号が前記特定の異常現象の発生を指示するとき、前記ヒューズに電流を流し断線させる異常履歴動作を実行する異常履歴設定部とを備え、
    前記異常履歴設定部による前記異常履歴動作の実行後において、前記異常履歴設定部を除き継続使用できる、
    半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置であって、
    ヒューズ断線報知端子、及び外部に設けられ前記ヒューズ断線報知端子に電気的に接続される発光素子を有するヒューズ断線報知部をさらに備え、
    前記ヒューズ断線報知部は、前記特定異常検出信号による特定の異常現象の発生指示内容に基づき前記発光素子を発光の有無を制御する、
    半導体装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の半導体装置であって、
    前記ヒューズの一端に電気的に接続される外部ヒューズ接続端子と、
    外部に設けられ、前記第1の外部電源端子,前記外部ヒューズ接続端子間の電気的接続の有無を切換設定する端子間スイッチとをさらに備え、
    前記ヒューズは前記端子間スイッチを介して前記第1及び第2の外部電源端子間に設けられる、
    半導体装置。
  4. 請求項1〜請求項のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
    前記ヒューズの一端に電気的に接続される第1の外部ヒューズ断線検知端子と、
    前記ヒューズの他端に電気的に接続される第2の外部ヒューズ断線検知端子とを備える、
    半導体装置。
  5. 請求項1記載の半導体装置であって、
    前記特定の異常現象は複数種の異常現象を含み、
    前記特定異常検出信号は第1〜第N(N≧2)の特定異常検出信号を含み、前記異常検出動作は第1〜第Nの異常検出動作を含み、前記ヒューズは第1〜第Nのヒューズを含み、前記異常履歴動作は第1〜第Nの異常履歴動作を含み、
    前記異常検出回路は、前記複数種の異常現象に含まれる第1〜第Nの異常現象の有無を指示する前記第1〜第Nの特定異常検出信号を出力する前記第1〜第Nの異常検出動作を実行する第1〜第Nの異常検出回路を含み、
    前記異常履歴設定部は、第1〜第Nの異常検出回路に対応して設けられ、前記第1〜第Nのヒューズを有する第1〜第Nの異常履歴設定部を含み、
    前記第1〜第Nの異常履歴設定部は、前記第1〜第Nの特定異常検出信号が異常現象の発生を指示するとき、前記第1〜第Nのヒューズに電流を流し断線させる前記第1〜第Nの異常履歴動作を実行する、
    半導体装置。
  6. 請求項記載の半導体装置であって、
    第1〜第Nのヒューズ断線報知端子と、第1〜第Nのヒューズ断線報知端子に対応して外部に設けられ、前記第1〜第Nのヒューズ断線報知端子に電気的に接続される第1〜第Nの発光素子とを有する第1〜第Nの異常現象報知部をさらに備え、
    前記第1〜第Nの異常現象報知部は、前記第1〜第Nの特定異常検出信号による異常現象の発生指示内容に基づき、前記第1〜第Nの発光素子の発光の有無を制御する、
    半導体装置。
  7. 請求項または請求項記載の半導体装置であって、
    前記半導体装置の動作状態を示す状態パラメータを検出するパラメータ検出回路と、
    前記状態パラメータの値に基づき分類された少なくとも2つの異常現象の発生の有無を指示する少なくとも2つのパラメータ分類信号を出力するパラメータ分類部とをさらに備え、
    前記第1〜第Nの異常検出回路のうち少なくとも2つの異常検出回路は、前記少なくとも2つのパラメータ分類信号に基づき、前記第1〜第Nの異常検出動作のうち対応する異常検出動作を実行する、
    半導体装置。
  8. 請求項記載の半導体装置であって、
    前記パラメータ分類部は、前記状態パラメータの値に加え、その発生回数に基づき、前記少なくとも2つの異常現象を分類して、前記少なくとも2つのパラメータ分類信号を出力する、
    半導体装置。
  9. 請求項〜請求項のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
    外部検出用端子と、
    前記複数種の異常現象のうち少なくとも一つが異常現象の発生時に、前記外部検出用端子から異常現象の発生を指示する異常出力信号を出力する異常出力部とをさらに備える、
    半導体装置。
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