JP6292585B2 - Short-circuit detection device and short-circuit detection method - Google Patents

Short-circuit detection device and short-circuit detection method Download PDF

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Description

本発明は、短絡検出装置および短絡検出方法に関し、詳しくは、電源と接地との間に接続される縦型のパワートランジスタと、電源とパワートランジスタとの間に接続される負荷と、パワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置と、を備える電力変換装置における電源とパワートランジスタとの短絡を検出する短絡検出装置および短絡検出方法に関する。   The present invention relates to a short-circuit detection device and a short-circuit detection method, and more specifically, a vertical power transistor connected between a power source and a ground, a load connected between the power source and the power transistor, and a power transistor The present invention relates to a short-circuit detection device and a short-circuit detection method for detecting a short circuit between a power source and a power transistor in a power conversion device including a gate drive device that drives a gate.

従来、この種の短絡検出装置としては、電源に接続されるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、IGBTのゲートを駆動するゲート駆動回路と、を備える電力変換装置において、電源とIGBTとの短絡を検出するものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。IGBTでは、オンするためにゲート電圧を立ち上げる際に、短絡が生じていないときにはミラー容量によりIGBTに電流が流れ始める電圧付近でゲートへの入力容量が大きくなり、短絡が生じているときにはこうした入力容量の変化がほとんど見られなくなる。そのため、短絡が生じているときには短絡が生じていないときよりゲート電圧が迅速に立ち上がる。この装置では、こうしたIGBTの特性に基づいて、IGBTに電流が流れ始める電圧より高く電源の電圧より低い閾値電圧に至るまでのタイミングを予め定めて閾値時間とし、ゲート電圧が閾値電圧に至ったタイミングが閾値時間より速い場合に、短絡が生じていることを検出している。   Conventionally, as this type of short-circuit detection device, in a power conversion device including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) connected to a power source and a gate drive circuit that drives the gate of the IGBT, a short circuit between the power source and the IGBT is performed. What to detect is proposed (for example, refer nonpatent literature 1). In the IGBT, when the gate voltage is raised to turn on, the input capacitance to the gate increases near the voltage at which the current starts to flow through the IGBT due to the mirror capacitance when no short circuit occurs, and such an input when the short circuit occurs. Almost no change in capacity is seen. Therefore, when the short circuit occurs, the gate voltage rises more quickly than when the short circuit does not occur. In this device, based on such characteristics of the IGBT, the timing until reaching the threshold voltage higher than the voltage at which current starts to flow through the IGBT and lower than the voltage of the power supply is set as a threshold time in advance, and the timing at which the gate voltage reaches the threshold voltage. Is detected to be shorter than the threshold time, it is detected that a short circuit has occurred.

Rahul.s、他2名、"A Discussion on IGBT Short-Circuit Behavior and Fault Protection Schemes"、1995年3月、IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL 31, NO.2, p.256-263.Rahul.s and two others, "A Discussion on IGBT Short-Circuit Behavior and Fault Protection Schemes", March 1995, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL 31, NO.2, p.256-263.

しかしながら、上述の短絡検出装置では、IGBTのゲート容量が温度や製造ばらつきなどで異なることから、短絡を検出するための閾値時間を一定の値とすると、例えばゲート容量が大きくなる場合には、短絡が生じていてもゲート電圧が閾値電圧に至るタイミングが遅くなり、短絡が生じていないと誤検出してしまう。そのため、より適正に短絡の検出が可能なものが望まれている。   However, in the short-circuit detection device described above, the gate capacity of the IGBT varies depending on temperature, manufacturing variation, and the like. Therefore, if the threshold time for detecting a short-circuit is a constant value, for example, if the gate capacity increases, the short-circuit is short-circuited. Even if this occurs, the timing at which the gate voltage reaches the threshold voltage is delayed, and if the short circuit does not occur, it will be erroneously detected. Therefore, what can detect a short circuit more appropriately is desired.

本発明の短絡検出装置および短絡検出方法は、より適正に電源とパワートランジスタとの短絡を検出することを主目的とする。   The main object of the short circuit detection device and the short circuit detection method of the present invention is to detect a short circuit between a power supply and a power transistor more appropriately.

本発明の短絡検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。   The short-circuit detection device of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.

本発明の短絡検出装置は、
電源と接地との間に接続される縦型のパワートランジスタと、前記電源と前記パワートランジスタとの間に接続される負荷と、前記パワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置と、を備える電力変換装置における前記電源と前記パワートランジスタとの短絡を検出する短絡検出装置であって、
前記ゲート駆動装置によって前記パワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングから前記ゲート電圧が前記パワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成する閾値時間生成手段と、
前記開始タイミングから前記ゲート電圧が前記所定電圧より高く前記電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出する参照時間検出手段と、
前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときには、前記短絡が生じていることを検出する短絡検出手段と、
を備えることを要旨とする。
The short circuit detection device of the present invention is
A power conversion device comprising: a vertical power transistor connected between a power source and a ground; a load connected between the power source and the power transistor; and a gate driving device that drives a gate of the power transistor. A short-circuit detection device that detects a short circuit between the power source and the power transistor in the device,
A first reference time from a start timing at which the gate voltage of the power transistor is started to rise by the gate driving device to a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which the gate voltage starts to flow through the power transistor. Threshold time generation means for generating a threshold time multiplied by a predetermined coefficient;
A reference time detecting means for detecting a second reference time from the start timing to a second reference voltage in which the gate voltage is higher than the predetermined voltage and lower than the voltage of the power supply;
When the second reference time is shorter than the threshold time, short-circuit detecting means for detecting that the short-circuit has occurred,
It is a summary to provide.

この本発明の短絡検出装置では、ゲート駆動装置によって縦型のパワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングからゲート電圧がパワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成し、開始タイミングからゲート電圧が所定電圧より高く電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出し、第2参照時間が閾値時間より短いときには、短絡が生じていることを検出する。縦型のパワートランジスタでは、短絡が生じていないときにはミラー容量によりパワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧付近でゲートの入力容量が大きくなり、短絡が生じているときには所定電圧付近での入力容量の変化がほとんど見られなくなる。そのため、短絡が生じているときには短絡が生じていないときよりゲート電圧が迅速に立ち上がって第2参照時間が短くなる。したがって、第2参照時間が閾値時間より短いときに、短絡が生じていることを検出することができる。パワートランジスタの製造ばらつきや温度変化などに応じて開始タイミングからゲート電圧が第1参照電圧に至るまでの第1参照時間が変化する。したがって、第1参照時間に所定係数を乗じて閾値時間を生成し、こうして生成した閾値時間を用いて短絡が生じていることを検出することにより、パワートランジスタの製造ばらつきや温度変化などに拘わらず同一の閾値時間を用いて短絡を検出するものと比較すると、より適正に短絡が生じていることを検出することができる。   In this short-circuit detection device of the present invention, the gate voltage becomes a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which current starts to flow through the power transistor from the start timing when the gate drive device starts to raise the gate voltage of the vertical power transistor. Generating a threshold time obtained by multiplying the first reference time until the first reference time by a predetermined coefficient, and detecting a second reference time from the start timing to the second reference voltage where the gate voltage is higher than the predetermined voltage and lower than the power supply voltage; When the second reference time is shorter than the threshold time, it is detected that a short circuit has occurred. In a vertical power transistor, when there is no short circuit, the input capacitance of the gate increases near the predetermined voltage at which current starts to flow through the power transistor due to the mirror capacitance, and when the short circuit occurs, the input capacitance changes near the predetermined voltage. Can hardly be seen. For this reason, when the short circuit occurs, the gate voltage rises more quickly than when the short circuit does not occur, and the second reference time becomes shorter. Therefore, it is possible to detect that a short circuit has occurred when the second reference time is shorter than the threshold time. The first reference time from the start timing until the gate voltage reaches the first reference voltage changes according to manufacturing variations of the power transistors, temperature changes, and the like. Accordingly, the threshold time is generated by multiplying the first reference time by a predetermined coefficient, and the occurrence of a short circuit is detected using the threshold time thus generated, so that the power transistor can be manufactured regardless of manufacturing variations or temperature changes. Compared with the case where a short circuit is detected using the same threshold time, it is possible to detect that a short circuit has occurred more appropriately.

こうした本発明の短絡検出装置において、前記閾値時間生成手段は、第1電流に前記所定係数を乗じた第2電流を供給する第1定電流源と、前記第1定電流源に接続された第1コンデンサと、前記開始タイミングに前記第1定電流源による前記第1コンデンサの充電を開始し、前記ゲート電圧が前記第1参照電圧に至ったときに前記第1定電流源による前記第1コンデンサの充電を停止する第1充電開始停止回路と、を有し、前記閾値時間として前記第1充電開始停止回路によって前記第1定電流源により充電された前記第1コンデンサの電圧を出力する手段であり、前記参照時間検出手段は、前記第1電流を供給する第2定電流源と、前記第2定電流源に接続された第2コンデンサと、前記開始タイミングに前記第2定電流源による前記第2コンデンサの充電を開始し、前記ゲート電圧が前記第2参照電圧に至ったときに前記第2定電流源による前記第2コンデンサの充電を停止する第2充電開始停止回路と、を有し、前記第2参照時間として前記第2充電開始停止回路によって前記第2定電流源により充電された前記第2コンデンサの電圧を出力する手段であり、前記短絡検出手段は、前記第2参照時間として出力された前記第2コンデンサの電圧が前記閾値時間として出力された前記第1コンデンサの電圧より低いときには、前記短絡が生じていることを検出する手段である、ものとしてもよい。第1コンデンサと第2コンデンサとは同一の容量であり、第1コンデンサは、第1電流に所定係数を乗じた第2電流で充電され、第2コンデンサは第1電流で充電される。したがって、第1コンデンサの電圧は、時間に対して、第2コンデンサの電圧の所定係数倍で上昇するから、閾値時間として第1コンデンサの電圧を出力し、第2参照時間として第2コンデンサの電圧を出力することで、第1コンデンサの電圧と第2コンデンサの電圧とを用いて短絡を検出することができる。この場合において、前記第1定電流源は、前記第1電流を変更する電流変更部、を有していてもよい。こうすれば、第1電流を変更することで、第1のコンデンサを充電する際の第2電流を変更することができ、閾値時間として生成される第1コンデンサの電圧を変更することができる。これにより、より適正に短絡が生じていることを検出することができる。   In such a short-circuit detection device according to the present invention, the threshold time generation means includes a first constant current source for supplying a second current obtained by multiplying the first current by the predetermined coefficient, and a first constant current source connected to the first constant current source. And charging the first capacitor by the first constant current source at the start timing, and the first capacitor by the first constant current source when the gate voltage reaches the first reference voltage. And a first charge start / stop circuit for stopping the charging of the first capacitor, and a means for outputting the voltage of the first capacitor charged by the first constant current source by the first charge start / stop circuit as the threshold time. And the reference time detection means includes a second constant current source for supplying the first current, a second capacitor connected to the second constant current source, and the second constant current source at the start timing. First A second charging start / stop circuit that starts charging a capacitor and stops charging the second capacitor by the second constant current source when the gate voltage reaches the second reference voltage, and The second reference time is a means for outputting the voltage of the second capacitor charged by the second constant current source by the second charge start / stop circuit, and the short circuit detecting means is outputted as the second reference time. In addition, when the voltage of the second capacitor is lower than the voltage of the first capacitor output as the threshold time, it may be means for detecting that the short circuit has occurred. The first capacitor and the second capacitor have the same capacity, the first capacitor is charged with a second current obtained by multiplying the first current by a predetermined coefficient, and the second capacitor is charged with the first current. Therefore, since the voltage of the first capacitor rises by a predetermined coefficient times the voltage of the second capacitor with respect to time, the voltage of the first capacitor is output as the threshold time, and the voltage of the second capacitor is used as the second reference time. Is output, the short circuit can be detected using the voltage of the first capacitor and the voltage of the second capacitor. In this case, the first constant current source may include a current changing unit that changes the first current. If it carries out like this, the 2nd electric current at the time of charging a 1st capacitor | condenser can be changed by changing a 1st electric current, and the voltage of the 1st capacitor | condenser produced | generated as a threshold time can be changed. Thereby, it can detect that the short circuit has arisen more appropriately.

また、本発明の短絡検出装置において、前記参照時間検出手段は、前記第2参照時間を検出した後に前記ゲート電圧が前記第2参照電圧以下となったときには、前記ゲート電圧の低下を検出し、前記短絡検出手段は、前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときでも、前記第2参照時間が検出されてから所定時間以内に前記ゲート電圧の低下が検出されたときには、前記短絡が生じていないことを検出してもよい。ゲート電圧は、短絡が生じていない場合でも、パルスノイズ等で一時的に第2参照電圧を超える場合がある。この場合、ゲート時間が所定時間以内に低下することから、ゲート電圧が第2参照電圧を超えて第2参照時間が検出されたときでも、所定時間以内にゲート電圧の低下が検出されたときには、短絡が生じていないと判定することにより、短絡の誤検出を抑制できる。ここで、「所定時間」は、パルスノイズ等が生じる時間とすればよい。   Further, in the short circuit detection device of the present invention, the reference time detection means detects a decrease in the gate voltage when the gate voltage becomes equal to or lower than the second reference voltage after detecting the second reference time, The short-circuit detection means has the short circuit when a decrease in the gate voltage is detected within a predetermined time after the second reference time is detected even when the second reference time is shorter than the threshold time. The absence may be detected. Even when no short circuit occurs, the gate voltage may temporarily exceed the second reference voltage due to pulse noise or the like. In this case, since the gate time decreases within a predetermined time, even when the gate voltage exceeds the second reference voltage and the second reference time is detected, when a decrease in the gate voltage is detected within the predetermined time, By determining that no short circuit has occurred, erroneous detection of a short circuit can be suppressed. Here, the “predetermined time” may be a time during which pulse noise or the like occurs.

本発明の短絡検出方法は、
電源と接地との間に接続される縦型のパワートランジスタと、前記電源と前記パワートランジスタとの間に接続される負荷と、前記パワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置と、を備える電力変換装置における前記電源と前記パワートランジスタとの短絡を検出する短絡検出方法であって、
前記ゲート駆動装置によって前記パワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングから前記ゲート電圧が前記パワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成し、
前記開始タイミングから前記ゲート電圧が前記所定電圧より高く前記電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出し、
前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときには、前記短絡が生じていることを検出する、
ことを要旨とする。
The short circuit detection method of the present invention
A power conversion device comprising: a vertical power transistor connected between a power source and a ground; a load connected between the power source and the power transistor; and a gate driving device that drives a gate of the power transistor. A short-circuit detection method for detecting a short-circuit between the power source and the power transistor in an apparatus,
A first reference time from a start timing at which the gate voltage of the power transistor is started to rise by the gate driving device to a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which the gate voltage starts to flow through the power transistor. Generate a threshold time multiplied by a predetermined coefficient,
Detecting a second reference time from the start timing until the gate voltage reaches a second reference voltage higher than the predetermined voltage and lower than the voltage of the power source;
When the second reference time is shorter than the threshold time, it is detected that the short circuit has occurred.
This is the gist.

この本発明の短絡検出方法では、ゲート駆動装置によって縦型のパワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングからゲート電圧がパワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成し、開始タイミングからゲート電圧が所定電圧より高く電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出し、第2参照時間が閾値時間より短いときには、短絡が生じていることを検出する。縦型のパワートランジスタでは、短絡が生じていないときにはミラー容量によりパワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧付近でゲートの入力容量が大きくなり、短絡が生じているときには所定電圧付近でのゲートの入力容量の変化がほとんど見られなくなる。そのため、短絡が生じているときには短絡が生じていないときよりゲート電圧が第2参照電圧まで迅速に立ち上がって第2参照時間が短くなる。したがって、第2参照時間が閾値時間より短いときに、短絡が生じていることを検出することができる。パワートランジスタの製造ばらつきや温度変化などに応じて開始タイミングからゲート電圧が第1参照電圧に至るまでの第1参照時間が変化する。したがって、第1参照時間に所定係数を乗じて閾値時間を生成し、こうして生成した閾値時間を用いて短絡が生じていることを検出することにより、パワートランジスタの製造ばらつきや温度変化などに拘わらず同一の閾値時間を用いて短絡を検出するものと比較すると、より適正に短絡が生じていることを検出することができる。   In this short circuit detection method of the present invention, the gate voltage is set to a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which the gate voltage starts to flow through the power transistor from the start timing when the gate voltage of the vertical power transistor is started to rise. Generating a threshold time obtained by multiplying the first reference time until the first reference time by a predetermined coefficient, and detecting a second reference time from the start timing to the second reference voltage where the gate voltage is higher than the predetermined voltage and lower than the power supply voltage; When the second reference time is shorter than the threshold time, it is detected that a short circuit has occurred. In a vertical power transistor, when a short circuit does not occur, the input capacitance of the gate increases near a predetermined voltage at which current starts to flow through the power transistor due to the mirror capacitance, and when a short circuit occurs, the input capacitance of the gate near the predetermined voltage occurs. Almost no change can be seen. For this reason, when a short circuit occurs, the gate voltage rises to the second reference voltage more quickly than when the short circuit does not occur, and the second reference time becomes shorter. Therefore, it is possible to detect that a short circuit has occurred when the second reference time is shorter than the threshold time. The first reference time from the start timing until the gate voltage reaches the first reference voltage changes according to manufacturing variations of the power transistors, temperature changes, and the like. Accordingly, the threshold time is generated by multiplying the first reference time by a predetermined coefficient, and the occurrence of a short circuit is detected using the threshold time thus generated, so that the power transistor can be manufactured regardless of manufacturing variations or temperature changes. Compared with the case where a short circuit is detected using the same threshold time, it is possible to detect that a short circuit has occurred more appropriately.

本発明の一実施例としての短絡検出装置20を備える電力変換装置10の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the power converter device 10 provided with the short circuit detection apparatus 20 as one Example of this invention. 短絡検出装置20の回路構成の概略を示す回路図である。3 is a circuit diagram illustrating an outline of a circuit configuration of a short circuit detection device 20. FIG. 電源電圧VDCとIGBT12との短絡が生じていない場合において、ゲート駆動装置16でゲートGを駆動した場合におけるゲート電圧Vgの時間変化の一例を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a time change of the gate voltage Vg when the gate G is driven by the gate driving device 16 when the power supply voltage VDC and the IGBT 12 are not short-circuited. ゲート電圧Vg,電圧VT1,VT2の時間変化の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the time change of gate voltage Vg and voltage VT1, VT2. 従来の短絡検出方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the conventional short circuit detection method. 実施例の短絡検出方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the short circuit detection method of an Example. 変形例の短絡検出装置120の回路構成の概略を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the outline of the circuit structure of the short circuit detection apparatus 120 of a modification. ゲート電圧Vgに短時間のノイズパルスが発生しているときの電圧VT1,VT2,短絡検出信号Verrorの時間変化の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the time change of voltage VT1, VT2, and short circuit detection signal Error when the short-time noise pulse has generate | occur | produced in the gate voltage Vg.

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。   Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.

図1は、本発明の一実施例としての短絡検出装置20を備える電力変換装置10の構成の概略を示す構成図である。電力変換装置10は、電源VDCと接地との間に接続される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor,以下「IGBT」という)12と、IGBT12に並列に接続されているダイオードD1と、電源VDCとIGBT12との間に接続されている負荷14と、IGBT12のゲートGを駆動するゲート駆動装置16と、電源VDCとIGBT12との短絡を検出する短絡検出装置20と、を備えている。なお、電源VDCの電圧は、例えば、450V,500V,550Vなどとしてもよい。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a power conversion device 10 including a short circuit detection device 20 as an embodiment of the present invention. The power converter 10 includes an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as “IGBT”) 12 connected between a power source VDC and the ground, a diode D1 connected in parallel to the IGBT 12, and a power source VDC. And the IGBT 12, the gate drive device 16 that drives the gate G of the IGBT 12, and the short-circuit detection device 20 that detects a short circuit between the power supply VDC and the IGBT 12. Note that the voltage of the power source VDC may be 450 V, 500 V, 550 V, or the like, for example.

負荷14は、リアクトルLと、リアクトルLに並列に接続されるダイオードD2と、を備えている。   The load 14 includes a reactor L and a diode D2 connected in parallel to the reactor L.

ゲート駆動装置16は、ゲートGをオンするためのオン信号ONが入力され、オン信号ONが立ち上がっているときにIGBT12のゲートGの電圧Vgを立ち上げてゲートGを駆動する。   The gate driving device 16 receives the ON signal ON for turning on the gate G, and drives the gate G by raising the voltage Vg of the gate G of the IGBT 12 when the ON signal ON is rising.

図2は、短絡検出装置20の回路構成の概略を示す回路図である。短絡検出装置20は、閾値時間生成部22と、参照時間検出部30と、短絡検出部40と、を備えている。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an outline of a circuit configuration of the short-circuit detection device 20. The short circuit detection device 20 includes a threshold time generation unit 22, a reference time detection unit 30, and a short circuit detection unit 40.

閾値時間生成部22は、電流I1に所定係数αを乗じた電流I2を供給する定電流源IS1と、定電流源IS1に接続された容量CtのコンデンサC1と、定電流源IS1によるコンデンサC1の充電を開始したり充電を停止する充電開始停止回路24と、を備えている。   The threshold time generator 22 supplies a constant current source IS1 that supplies a current I2 obtained by multiplying the current I1 by a predetermined coefficient α, a capacitor C1 having a capacitance Ct connected to the constant current source IS1, and a capacitor C1 by the constant current source IS1. And a charge start / stop circuit 24 for starting or stopping charging.

充電開始停止回路24は、定電流源IS1とコンデンサC1との間に接続されるPMOSトランジスタにより構成されたスイッチング素子SW1と、スイッチング素子SW1をオンオフするための制御回路26と、を備えている。制御回路26は、ゲート電圧Vgと参照電圧Vref1とを比較するコンパレータCMP1と、コンパレータCMP1の出力とオン信号ONとの否定論理積を演算して結果をスイッチング素子SW1のゲートGSW1に出力するNAND回路28と、を備えている。図3は、電源電圧VDCとIGBT12との短絡が生じていない場合(以下、この場合を「正常時」という)において、ゲート駆動装置16でゲートGを駆動した場合におけるゲート電圧Vgの時間変化の一例を示す説明図である。ゲート電圧Vgは、図示するように、IGBT12のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ始める電圧Vs(例えば、5Vなど)において、ミラー容量によりその電圧が所定時間略一定となる。参照電圧Vref1は、電圧Vsより低い電圧(例えば、3V,3.5V,4Vなど)としている。制御回路26は、オン信号ONが立ち上がっていない場合、すなわち、ゲート電圧Vgを立ち上げない場合には、スイッチング素子SW1をオフにする。制御回路26は、オン信号ONが立ち上がったとき、すなわち、ゲート電圧Vgの立ち上げが開始された開始タイミングでスイッチング素子SW1をオンして定電流源IS1によるコンデンサC1の充電を開始し、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref1に至ったときにスイッチング素子SW1をオフして定電流源IS1によるコンデンサC1の充電を停止する。   The charge start / stop circuit 24 includes a switching element SW1 configured by a PMOS transistor connected between the constant current source IS1 and the capacitor C1, and a control circuit 26 for turning on / off the switching element SW1. The control circuit 26 compares the gate voltage Vg with the reference voltage Vref1, a NAND circuit that calculates a negative logical product of the output of the comparator CMP1 and the ON signal ON, and outputs the result to the gate GSW1 of the switching element SW1. 28. FIG. 3 shows the time change of the gate voltage Vg when the gate G is driven by the gate driving device 16 when the power supply voltage VDC and the IGBT 12 are not short-circuited (hereinafter, this case is referred to as “normal time”). It is explanatory drawing which shows an example. As shown in the figure, the gate voltage Vg becomes substantially constant for a predetermined time due to the mirror capacitance at a voltage Vs (for example, 5 V) at which current starts to flow between the collector and emitter of the IGBT 12. The reference voltage Vref1 is a voltage lower than the voltage Vs (eg, 3V, 3.5V, 4V, etc.). The control circuit 26 turns off the switching element SW1 when the ON signal ON is not raised, that is, when the gate voltage Vg is not raised. The control circuit 26 turns on the switching element SW1 when the ON signal ON rises, that is, at the start timing when the rise of the gate voltage Vg is started, and starts charging the capacitor C1 by the constant current source IS1. When Vg reaches the reference voltage Vref1, the switching element SW1 is turned off to stop the charging of the capacitor C1 by the constant current source IS1.

スイッチング素子SW3は、コンデンサC1に並列に接続され、オン信号ONの逆相の信号がゲートに入力されるNMOSトランジスタとして構成されている。スイッチング素子SW3は、オン信号ONが立ち上がらない場合、すなわち、ゲート電圧Vgを立ち上げない場合にオンしてコンデンサC1を放電する。   The switching element SW3 is connected to the capacitor C1 in parallel, and is configured as an NMOS transistor in which a signal having a phase opposite to the ON signal ON is input to the gate. The switching element SW3 is turned on to discharge the capacitor C1 when the ON signal ON does not rise, that is, when the gate voltage Vg is not raised.

閾値時間生成部22は、こうした構成により、充電開始停止回路24により定電流源IS1により電流I2(=I1・α)で充電されたコンデンサC1の電圧Vc1を閾値時間Tthとして出力する。閾値時間Tthについては後述する。   With this configuration, the threshold time generation unit 22 outputs the voltage Vc1 of the capacitor C1 charged with the current I2 (= I1 · α) by the constant current source IS1 by the charge start / stop circuit 24 as the threshold time Tth. The threshold time Tth will be described later.

参照時間検出部30は、電流I1を供給する定電流源IS2と、定電流源IS2に接続された容量CtのコンデンサC2と、定電流源IS2によるコンデンサC2の充電を開始したり充電を停止する充電開始停止回路34と、を備えている。   The reference time detector 30 starts or stops charging the constant current source IS2 that supplies the current I1, the capacitor C2 having the capacitance Ct connected to the constant current source IS2, and the capacitor C2 by the constant current source IS2. And a charging start / stop circuit 34.

充電開始停止回路34は、定電流源IS2とコンデンサC2との間に接続されるPMOSトランジスタにより構成されたスイッチング素子SW2と、スイッチング素子SW2をオンオフするための制御回路36と、を備えている。制御回路36は、ゲート電圧Vgと参照電圧Vref2とを比較するコンパレータCMP2と、コンパレータCMP2の出力とオン信号ONとの否定論理積を演算して結果をスイッチング素子SW2のゲートGSW2に出力するNAND回路38と、を備えている。参照電圧Vref2は、図3に示すように、電圧Vsより高く電源VDCの電圧より低い電圧(例えば、10V,11V,12Vなど)である。制御回路36は、オン信号ONが立ち上がっていない場合、すなわち、ゲート電圧Vgを立ち上げない場合には、スイッチング素子SW2をオフにする。制御回路26は、オン信号ONが立ち上がったとき、すなわち、ゲート電圧Vgの立ち上げが開始された開始タイミングでスイッチング素子SW2をオンして定電流源IS2によるコンデンサC2の充電を開始し、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2に至ったときにスイッチング素子SW1をオフして定電流源IS2によるコンデンサC1の充電を停止する。   The charge start / stop circuit 34 includes a switching element SW2 formed of a PMOS transistor connected between the constant current source IS2 and the capacitor C2, and a control circuit 36 for turning on / off the switching element SW2. The control circuit 36 compares the gate voltage Vg and the reference voltage Vref2, and calculates the negative logical product of the output of the comparator CMP2 and the ON signal ON, and outputs the result to the gate GSW2 of the switching element SW2. 38. As shown in FIG. 3, the reference voltage Vref2 is higher than the voltage Vs and lower than the voltage of the power supply VDC (for example, 10V, 11V, 12V, etc.). The control circuit 36 turns off the switching element SW2 when the ON signal ON is not raised, that is, when the gate voltage Vg is not raised. The control circuit 26 turns on the switching element SW2 when the ON signal ON rises, that is, at the start timing at which the rise of the gate voltage Vg is started, and starts charging the capacitor C2 by the constant current source IS2. When Vg reaches the reference voltage Vref2, the switching element SW1 is turned off to stop the charging of the capacitor C1 by the constant current source IS2.

スイッチング素子SW4は、コンデンサC2に並列に接続され、オン信号ONの逆相の信号がゲートに入力されるNMOSトランジスタとして構成されている。スイッチング素子SW4は、オン信号ONが立ち上がらない場合、すなわち、ゲート電圧Vgを立ち上げない場合にオンして、コンデンサC2を放電する。   The switching element SW4 is connected in parallel to the capacitor C2, and is configured as an NMOS transistor in which a signal having a phase opposite to the ON signal ON is input to the gate. The switching element SW4 is turned on when the ON signal ON does not rise, that is, when the gate voltage Vg is not raised, and discharges the capacitor C2.

参照時間検出部30は、こうした構成により、定電流源IS2により電流I1で充電されたコンデンサC2の電圧Vc2を参照時間Tref2として出力する。参照時間Tref2については後述する。   With this configuration, the reference time detection unit 30 outputs the voltage Vc2 of the capacitor C2 charged with the current I1 by the constant current source IS2 as the reference time Tref2. The reference time Tref2 will be described later.

短絡検出部40は、コンデンサC1の電圧VT1とコンデンサC2の電圧VT2とを比較するコンパレータCMP3と、制御回路36からのスイッチング素子SW2をオンオフするための信号を反転するインバータINV1と、インバータINV1の出力とコンパレータCMP3の出力との否定論理積を演算して出力するNAND回路42と、を備えている。短絡検出部40は、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2に至ったときにコンデンサC1の電圧VT1がコンデンサC2の電圧VT2より低い場合に、つまり、電圧Vc2が電圧Vc1より小さい場合には、電源電圧VDCとIGBT12との短絡を示す短絡検出信号Verrorを出力する。   The short circuit detector 40 includes a comparator CMP3 that compares the voltage VT1 of the capacitor C1 with the voltage VT2 of the capacitor C2, an inverter INV1 that inverts a signal for turning on and off the switching element SW2 from the control circuit 36, and an output of the inverter INV1. And a NAND circuit 42 that calculates and outputs a negative AND of the output of the comparator CMP3. When the gate voltage Vg reaches the reference voltage Vref2, the short-circuit detection unit 40 determines that the power supply voltage VDC when the voltage VT1 of the capacitor C1 is lower than the voltage VT2 of the capacitor C2, that is, when the voltage Vc2 is smaller than the voltage Vc1. And a short circuit detection signal Verror indicating a short circuit between the IGBT 12 and the IGBT 12.

図4は、ゲート電圧Vg,電圧VT1,VT2の時間変化の一例を示す説明図である。図中、ゲート電圧Vgにおいて、実線は正常時であり、破線は電源電圧VDCとIGBT12との短絡が生じているとき(以下、この場合を「短絡時」とも言う)を示している。正常時は、図示するように、ゲート電圧Vgが立ち上がると、充電開始停止回路24,34からの充電によりコンデンサC1,C2の電圧VT1,VT2が立ち上がる。コンデンサC1,C2は容量が同じであり、コンデンサC1は充電開始停止回路24により電流I2(=電流I1×α)で充電され、コンデンサC2は充電開始停止回路34により電流I1で充電されている。そのため、電圧VT1は、時間に対して、電圧VT2のα倍速く立ち上がる。そして、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref1に至る参照時間Tref1において、充電開始停止回路24による充電が停止し、コンデンサC1の電圧VT1は電圧Vc1で保持される。ゲート電圧Vgは、電圧Vsに至るとミラー容量によりしばらく電圧Vsで保持された後再び上昇する。そして、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2に至る参照時間Tref2において、充電開始停止回路34によるコンデンサC2の充電が停止し、コンデンサC2の電圧VT1は、電圧Vc2で保持される。このように、正常時は、電圧Vgが電圧Vsで保持されている間にコンデンサC2が充電されるから、電圧Vc2は電圧Vc1より高くなる。短絡発生時は、ゲート電圧Vgが電圧Vsで保持されることなく上昇し、正常時より早期に参照電圧Vref2に至る。そのため、コンデンサC2の充電は正常時より早期に停止され、図示するように、電圧Vc2は電圧Vc1より低くなる。したがって、電圧Vc2と電圧Vc1とを比較することにより、短絡を検出することができる。短絡検出部40は、参照時間Tref2で電圧Vc2が電圧Vc1より低いときに、短絡検出信号Verrorを出力するから、短絡の発生を検出することができる。なお、こうした短絡の検出のために、コンデンサC1を充電する充電開始停止回路24における定電流源IS1の電流I2(=I1・α)は、短絡時の電圧Vc2が電圧Vc1より低くなるように調整されている。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of temporal changes in the gate voltage Vg and the voltages VT1 and VT2. In the figure, in the gate voltage Vg, a solid line indicates a normal time, and a broken line indicates a time when the power supply voltage VDC and the IGBT 12 are short-circuited (hereinafter, this case is also referred to as “short-circuit time”). Under normal conditions, as shown in the figure, when the gate voltage Vg rises, the voltages VT1 and VT2 of the capacitors C1 and C2 rise due to charging from the charge start / stop circuits 24 and 34. The capacitors C1 and C2 have the same capacity, the capacitor C1 is charged with the current I2 (= current I1 × α) by the charge start / stop circuit 24, and the capacitor C2 is charged with the current I1 by the charge start / stop circuit 34. Therefore, voltage VT1 rises α times faster than voltage VT2 with respect to time. Then, at the reference time Tref1 when the gate voltage Vg reaches the reference voltage Vref1, charging by the charging start / stop circuit 24 is stopped, and the voltage VT1 of the capacitor C1 is held at the voltage Vc1. When the gate voltage Vg reaches the voltage Vs, it is held at the voltage Vs for a while by the mirror capacitance and then rises again. Then, at the reference time Tref2 when the gate voltage Vg reaches the reference voltage Vref2, the charging of the capacitor C2 by the charging start / stop circuit 34 is stopped, and the voltage VT1 of the capacitor C2 is held at the voltage Vc2. As described above, during normal operation, the capacitor C2 is charged while the voltage Vg is held at the voltage Vs, so that the voltage Vc2 is higher than the voltage Vc1. When a short circuit occurs, the gate voltage Vg rises without being held at the voltage Vs, and reaches the reference voltage Vref2 earlier than normal. Therefore, the charging of the capacitor C2 is stopped earlier than normal, and the voltage Vc2 becomes lower than the voltage Vc1 as illustrated. Therefore, a short circuit can be detected by comparing the voltage Vc2 with the voltage Vc1. Since the short circuit detection unit 40 outputs the short circuit detection signal Verror when the voltage Vc2 is lower than the voltage Vc1 at the reference time Tref2, it can detect the occurrence of a short circuit. In order to detect such a short circuit, the current I2 (= I1 · α) of the constant current source IS1 in the charging start / stop circuit 24 that charges the capacitor C1 is adjusted so that the voltage Vc2 at the time of the short circuit is lower than the voltage Vc1. Has been.

IGBT12のゲート電圧Vgは、IGBT12の温度や製造ばらつきなどにより立ち上がりにばらつきが生じる。図5は、従来の短絡検出方法を説明するための説明図である。図6は、実施例の短絡検出方法を説明するための説明図である。図中、一点鎖線は、電源VDCとIGBT12とに短絡が生じた場合のゲート電圧Vgの時間変化を示している。図中、太線と細線とは、こうした変化が生じる前後のゲート電圧Vgの時間変化の一例を示している。従来の短絡検出方法では、図5に示すように、予め参照電圧Vrefと閾値時間Tthとを定めておき、図中、太線で示すように、ゲート電圧Vgが参照電圧Vrefに至った時間Trefと閾値時間Tthとを比較し、時間Trefが閾値時間Tthより小さいときに短絡が生じていると検出している。この場合、図中細線で示すように、IGBT12の温度変化などによりゲート電圧Vgの立ち上がりが遅くなると、短絡が生じている場合でも時間Trefが閾値時間Tthより大きくなり、短絡が生じていないと誤判定してしまう。このように、予め閾値時間Tthや参照電圧Vrefを定める手法では、誤判定する場合がある。したがって、図6に示すように、閾値時間Tthを、開始タイミングからゲート電圧Vgが参照電圧Vref1に至るまでの参照時間Tref1にαを乗じたものとし、参照時間Tref2が閾値時間Tthより短いときに、短絡を検出するようにする。参照時間Tref1は、ゲート電圧Vgの立ち上がりに応じて変化するから、閾値時間Tthもゲート電圧Vgの立ち上がりに応じて変化する。これにより、短絡の誤判定を抑制することができる。実施例では、上述したようにコンデンサC1の電圧VT1は、時間に対して、コンデンサC2の電圧VT2の所定係数倍速く上昇するから、閾値時間生成部22から閾値時間Tthとしてコンデンサの電圧Vc1を出力し、参照時間検出部30から参照時間Tref2としてコンデンサC2の電圧Vc2を出力し、短絡検出部40で、電圧Vc2が閾値としての電圧Vc1より小さいときに、短絡検出信号Verrorを出力し、短絡を検出する。上述したように参照時間Tref1は、ゲート電圧Vgの立ち上がりに応じて変化するから、参照時間Tref1に値αを乗じた閾値時間Tth、すなわち、電圧Vc1も変化する。このように、実施例では、ゲート電圧Vgの立ち上がりの変化に応じて変化する電圧Vc1を閾値として短絡を検出するから、IGBT12の製造ばらつきや温度変化などに拘わらず同一の閾値時間Tthを用いて短絡を検出する従来のものと比較すると、より適正に短絡が生じていることを検出することができる。   The rise of the gate voltage Vg of the IGBT 12 varies depending on the temperature of the IGBT 12 and manufacturing variations. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a conventional short-circuit detection method. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a short circuit detection method according to the embodiment. In the figure, the alternate long and short dash line indicates the time change of the gate voltage Vg when a short circuit occurs between the power supply VDC and the IGBT 12. In the figure, the thick line and the thin line show an example of the time change of the gate voltage Vg before and after such a change occurs. In the conventional short-circuit detection method, as shown in FIG. 5, a reference voltage Vref and a threshold time Tth are determined in advance, and as shown by a thick line in the figure, a time Tref when the gate voltage Vg reaches the reference voltage Vref. The threshold time Tth is compared, and it is detected that a short circuit has occurred when the time Tref is smaller than the threshold time Tth. In this case, as indicated by a thin line in the figure, when the rise of the gate voltage Vg is delayed due to a temperature change of the IGBT 12, the time Tref becomes larger than the threshold time Tth even when a short circuit occurs, and it is erroneous that a short circuit does not occur. I will judge. As described above, the method of determining the threshold time Tth and the reference voltage Vref in advance may cause an erroneous determination. Accordingly, as shown in FIG. 6, when the threshold time Tth is obtained by multiplying the reference time Tref1 from the start timing until the gate voltage Vg reaches the reference voltage Vref1 by α, and the reference time Tref2 is shorter than the threshold time Tth. To detect short circuit. Since the reference time Tref1 changes according to the rise of the gate voltage Vg, the threshold time Tth also changes according to the rise of the gate voltage Vg. Thereby, the erroneous determination of a short circuit can be suppressed. In the embodiment, as described above, the voltage VT1 of the capacitor C1 rises by a predetermined coefficient times the voltage VT2 of the capacitor C2 with respect to time, so that the capacitor voltage Vc1 is output from the threshold time generator 22 as the threshold time Tth. Then, the voltage Vc2 of the capacitor C2 is output as the reference time Tref2 from the reference time detection unit 30, and when the voltage Vc2 is smaller than the voltage Vc1 as the threshold value, the short circuit detection unit 40 outputs the short circuit detection signal Verror. To detect. As described above, the reference time Tref1 changes in response to the rise of the gate voltage Vg, so that the threshold time Tth obtained by multiplying the reference time Tref1 by the value α, that is, the voltage Vc1 also changes. As described above, in the embodiment, since the short circuit is detected using the voltage Vc1 that changes according to the rising change of the gate voltage Vg as a threshold value, the same threshold time Tth is used regardless of the manufacturing variation of the IGBT 12 or the temperature change. Compared with the conventional one that detects a short circuit, it is possible to detect that a short circuit has occurred more appropriately.

以上説明した実施例の電力変換装置10によれば、閾値時間生成部22で電圧Vc1を値α・Tref1として出力し、参照時間検出部30で電圧Vc2を参照時間Tref2として出力し、短絡検出部40で電圧Vc2が閾値としての電圧Vc1より小さいときに、短絡が生じていることを検出するから、より適正に短絡が生じていることを検出することができる。   According to the power conversion device 10 of the embodiment described above, the threshold time generation unit 22 outputs the voltage Vc1 as the value α · Tref1, the reference time detection unit 30 outputs the voltage Vc2 as the reference time Tref2, and the short circuit detection unit. When the voltage Vc2 is smaller than the voltage Vc1 as the threshold value at 40, it is detected that a short circuit has occurred, so that it is possible to detect that a short circuit has occurred more appropriately.

実施例の電力変換装置10では、定電流源IS1,定電流源IS2は、電流I2,I1を供給しているが、定電流源IS1,IS2を電流値を切替可能な定電流源として構成してもよい。こうすれば、IGBT12の特性に応じて定電流源IS1,IS2の電流を適宜切り替えることにより、より適正に短絡を検出することができる。   In the power conversion device 10 of the embodiment, the constant current source IS1 and the constant current source IS2 supply currents I2 and I1, but the constant current sources IS1 and IS2 are configured as constant current sources whose current values can be switched. May be. In this way, a short circuit can be detected more appropriately by appropriately switching the currents of the constant current sources IS1 and IS2 according to the characteristics of the IGBT 12.

実施例の電力変換装置10では、短絡検出部40として、コンパレータCMP3と、インバータINV1と、NAND回路42と、を備えているものとしたが、図7の変形例の短絡検出装置120に例示するように、NAND回路42の出力を遅延時間Td遅延させる遅延回路150と、NAND回路42の出力と遅延回路150の出力との論理積を演算して短絡検出信号Verrorとして出力するAND回路152と、を備えていてもよい。図8は、ゲート電圧Vgに短時間のノイズパルスが発生しているときの電圧VT1,VT2,短絡検出信号Verrorの時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線は変形例の短絡検出装置120を備える電力変換装置における各種電圧、信号の時間変化を示し、破線は、実施例の短絡検出装置20における短絡検出信号Verrorを示している。ゲート電圧Vgに短時間のノイズパルスが発生すると、ゲート電圧Vgがノイズパルスで比較的早い時期に瞬時的に上昇して参照電圧Vref2を超え、その後、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2未満に下がる。短絡検出装置20では、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2を超えたときに電圧Vc2が電圧Vc1より低いと短絡と判定するから、短絡検出信号Verrorが出力されてしまう。変形例の短絡検出装置120では、NAND回路42の出力とNAND回路42の出力を遅延回路150で時間Td遅延させたものとの論理積を出力Verrorとして出力することにより、ゲート電圧Vgが参照電圧Vref2を超えた時間が時間Td以上継続したときに短絡検出信号Verrorを出力する。したがって、遅延回路150における遅延時間Tdを想定されるノイズパルスが発生する時間より長くすることにより、ノイズパルスによる短絡の誤検出を抑制することができる。   In the power conversion device 10 of the embodiment, the short circuit detection unit 40 includes the comparator CMP3, the inverter INV1, and the NAND circuit 42. However, the short circuit detection device 120 of the modification of FIG. As described above, the delay circuit 150 that delays the output of the NAND circuit 42 by the delay time Td, the AND circuit 152 that calculates a logical product of the output of the NAND circuit 42 and the output of the delay circuit 150, and outputs the logical product as the short circuit detection signal Verror, May be provided. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of temporal changes in the voltages VT1, VT2, and the short circuit detection signal Verror when a short-time noise pulse is generated in the gate voltage Vg. In the figure, the solid line indicates the time variation of various voltages and signals in the power conversion device including the short-circuit detection device 120 of the modification, and the broken line indicates the short-circuit detection signal Verror in the short-circuit detection device 20 of the embodiment. When a short-time noise pulse is generated in the gate voltage Vg, the gate voltage Vg instantaneously rises at a relatively early time due to the noise pulse and exceeds the reference voltage Vref2, and then the gate voltage Vg falls below the reference voltage Vref2. Since the short circuit detection device 20 determines that a short circuit occurs when the voltage Vc2 is lower than the voltage Vc1 when the gate voltage Vg exceeds the reference voltage Vref2, the short circuit detection signal “Error” is output. In the short-circuit detection device 120 according to the modified example, the gate voltage Vg is obtained as a reference voltage by outputting the logical product of the output of the NAND circuit 42 and the output of the NAND circuit 42 delayed by the time Td by the delay circuit 150 as the output Error. When the time exceeding Vref2 continues for the time Td or longer, the short circuit detection signal Verror is output. Therefore, by making the delay time Td in the delay circuit 150 longer than the time when the expected noise pulse is generated, it is possible to suppress erroneous detection of a short circuit due to the noise pulse.

実施例の電力変換装置10では、短絡検出部40において、閾値時間生成部22を閾値時間Tthとして電圧VT1を出力し、参照時間検出部30を参照時間Tref2として電圧VT2を出力し、電圧VT2が電圧VT1より低い場合に短絡が生じていることを検出している。閾値時間生成部22はゲート電圧Vgを検出する電圧センサからのゲート電圧Vgから参照時間Tref1を検出して参照時間Tref1にαを乗じて閾値時間Tthを生成し、参照時間検出部30を電圧センサからのゲート電圧Vgが参照電圧Vref2に至るまでの時間から参照時間Tref2を検出し、参照時間Tref2が閾値時間Tthより小さいときに、短絡が生じていることを検出してもよい。   In the power conversion device 10 of the embodiment, the short-circuit detection unit 40 outputs the voltage VT1 with the threshold time generation unit 22 as the threshold time Tth, outputs the voltage VT2 with the reference time detection unit 30 as the reference time Tref2, and the voltage VT2 is When the voltage is lower than VT1, it is detected that a short circuit has occurred. The threshold time generation unit 22 detects the reference time Tref1 from the gate voltage Vg from the voltage sensor that detects the gate voltage Vg, multiplies the reference time Tref1 by α to generate the threshold time Tth, and sets the reference time detection unit 30 as the voltage sensor. The reference time Tref2 may be detected from the time until the gate voltage Vg from the reference voltage Vref2 reaches the reference voltage Vref2, and the short circuit may be detected when the reference time Tref2 is smaller than the threshold time Tth.

実施例の電力変換装置10では、IGBT12を備えるものとしたが、いわゆる縦型のパワートランジスタであれば如何なるものを備えていてもよく、例えば、縦型のMOSFETを備えていてもよい。   The power conversion device 10 of the embodiment is provided with the IGBT 12, but any device may be provided as long as it is a so-called vertical power transistor. For example, a vertical MOSFET may be provided.

実施例では、本発明を電源VDCとIGBT12との短絡を検出する短絡検出装置に適用する場合について例示したが、本発明をこうした短絡を検出する方法の形態としても構わない。   In the embodiment, the case where the present invention is applied to a short-circuit detection device that detects a short-circuit between the power supply VDC and the IGBT 12 is illustrated, but the present invention may be used as a method for detecting such a short-circuit.

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.

本発明は、短絡検出装置の製造産業などに利用可能である。   The present invention can be used in the manufacturing industry of short-circuit detection devices.

10 電力変換装置、12 IGBT、14 負荷、16 ゲート駆動装置、20,120 短絡検出装置、22 閾値時間生成部、24,34 充電開始停止回路、26 制御回路、28,38,42 NAND回路、30 参照時間検出部、36 制御回路、40 短絡検出部、150 遅延回路、152 AND回路、C1,C2 コンデンサ、CMP1〜CMP3 コンパレータ、D1,D2 ダイオード、G,GSW1,GSW2 ゲート、INV1 インバータ、IS1,IS2 定電流源、L リアクトル、SW1〜SW4 スイッチング素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power converter device, 12 IGBT, 14 Load, 16 Gate drive device, 20, 120 Short circuit detection device, 22 Threshold time generation part, 24, 34 Charge start stop circuit, 26 Control circuit, 28, 38, 42 NAND circuit, 30 Reference time detection unit, 36 control circuit, 40 short circuit detection unit, 150 delay circuit, 152 AND circuit, C1, C2 capacitor, CMP1 to CMP3 comparator, D1, D2 diode, G, GSW1, GSW2 gate, INV1 inverter, IS1, IS2 Constant current source, L reactor, SW1 to SW4 switching element.

Claims (5)

電源と接地との間に接続される縦型のパワートランジスタと、前記電源と前記パワートランジスタとの間に接続される負荷と、前記パワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置と、を備える電力変換装置における前記電源と前記パワートランジスタとの短絡を検出する短絡検出装置であって、
前記ゲート駆動装置によって前記パワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングから前記ゲート電圧が前記パワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成する閾値時間生成手段と、
前記開始タイミングから前記ゲート電圧が前記所定電圧より高く前記電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出する参照時間検出手段と、
前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときには、前記短絡が生じていることを検出する短絡検出手段と、
を備える短絡検出装置。
A power conversion device comprising: a vertical power transistor connected between a power source and a ground; a load connected between the power source and the power transistor; and a gate driving device that drives a gate of the power transistor. A short-circuit detection device that detects a short circuit between the power source and the power transistor in the device,
A first reference time from a start timing at which the gate voltage of the power transistor is started to rise by the gate driving device to a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which the gate voltage starts to flow through the power transistor. Threshold time generation means for generating a threshold time multiplied by a predetermined coefficient;
A reference time detecting means for detecting a second reference time from the start timing to a second reference voltage in which the gate voltage is higher than the predetermined voltage and lower than the voltage of the power supply;
When the second reference time is shorter than the threshold time, short-circuit detecting means for detecting that the short-circuit has occurred,
A short-circuit detection device comprising:
請求項1記載の短絡検出装置であって、
前記閾値時間生成手段は、
第1電流に前記所定係数を乗じた第2電流を供給する第1定電流源と、
前記第1定電流源に接続された第1コンデンサと、
前記開始タイミングに前記第1定電流源による前記第1コンデンサの充電を開始し、前記ゲート電圧が前記第1参照電圧に至ったときに前記第1定電流源による前記第1コンデンサの充電を停止する第1充電開始停止回路と、
を有し、
前記閾値時間として前記第1充電開始停止回路によって前記第1定電流源により充電された前記第1コンデンサの電圧を出力する手段であり、
前記参照時間検出手段は、
前記第1電流を供給する第2定電流源と、
前記第2定電流源に接続された第2コンデンサと、
前記開始タイミングに前記第2定電流源による前記第2コンデンサの充電を開始し、前記ゲート電圧が前記第2参照電圧に至ったときに前記第2定電流源による前記第2コンデンサの充電を停止する第2充電開始停止回路と、
を有し、
前記第2参照時間として前記第2充電開始停止回路によって前記第2定電流源により充電された前記第2コンデンサの電圧を出力する手段であり、
前記短絡検出手段は、前記第2参照時間として出力された前記第2コンデンサの電圧が前記閾値時間として出力された前記第1コンデンサの電圧より低いときには、前記短絡が生じていることを検出する手段である、
短絡検出装置。
The short-circuit detection device according to claim 1,
The threshold time generation means includes
A first constant current source for supplying a second current obtained by multiplying the first current by the predetermined coefficient;
A first capacitor connected to the first constant current source;
The charging of the first capacitor by the first constant current source is started at the start timing, and the charging of the first capacitor by the first constant current source is stopped when the gate voltage reaches the first reference voltage. A first charge start / stop circuit to perform,
Have
Means for outputting the voltage of the first capacitor charged by the first constant current source by the first charge start / stop circuit as the threshold time;
The reference time detecting means is
A second constant current source for supplying the first current;
A second capacitor connected to the second constant current source;
The charging of the second capacitor by the second constant current source is started at the start timing, and the charging of the second capacitor by the second constant current source is stopped when the gate voltage reaches the second reference voltage. A second charge start / stop circuit that
Have
Means for outputting the voltage of the second capacitor charged by the second constant current source by the second charge start / stop circuit as the second reference time;
The short circuit detection means detects that the short circuit has occurred when the voltage of the second capacitor output as the second reference time is lower than the voltage of the first capacitor output as the threshold time. Is,
Short-circuit detection device.
請求項2記載の短絡検出装置であって、
前記第1定電流源は、前記第1電流を変更する電流変更部、を有する、
短絡検出装置。
The short-circuit detection device according to claim 2,
The first constant current source includes a current changing unit that changes the first current.
Short-circuit detection device.
請求項1ないし3のいずれか1つの請求項に記載の短絡検出装置であって、
前記参照時間検出手段は、前記第2参照時間を検出した後に前記ゲート電圧が前記第2参照電圧以下となったときには、前記ゲート電圧の低下を検出し、
前記短絡検出手段は、前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときでも、前記第2参照時間が検出されてから所定時間以内に前記ゲート電圧の低下が検出されたときには、前記短絡が生じていないことを検出する、
短絡検出装置。
The short-circuit detection device according to any one of claims 1 to 3,
The reference time detection means detects a decrease in the gate voltage when the gate voltage becomes equal to or lower than the second reference voltage after detecting the second reference time,
The short-circuit detection means has the short circuit when a decrease in the gate voltage is detected within a predetermined time after the second reference time is detected even when the second reference time is shorter than the threshold time. To detect that,
Short-circuit detection device.
電源と接地との間に接続される縦型のパワートランジスタと、前記電源と前記パワートランジスタとの間に接続される負荷と、前記パワートランジスタのゲートを駆動するゲート駆動装置と、を備える電力変換装置における前記電源と前記パワートランジスタとの短絡を検出する短絡検出方法であって、
前記ゲート駆動装置によって前記パワートランジスタのゲート電圧の立ち上げが開始された開始タイミングから前記ゲート電圧が前記パワートランジスタに電流が流れ始める所定電圧より低い第1参照電圧に至るまでの第1参照時間に所定係数を乗じた閾値時間を生成し、
前記開始タイミングから前記ゲート電圧が前記所定電圧より高く前記電源の電圧より低い第2参照電圧に至るまでの第2参照時間を検出し、
前記第2参照時間が前記閾値時間より短いときには、前記短絡が生じていることを検出する、
短絡検出方法。
A power conversion device comprising: a vertical power transistor connected between a power source and a ground; a load connected between the power source and the power transistor; and a gate driving device that drives a gate of the power transistor. A short-circuit detection method for detecting a short-circuit between the power source and the power transistor in an apparatus,
A first reference time from a start timing at which the gate voltage of the power transistor is started to rise by the gate driving device to a first reference voltage lower than a predetermined voltage at which the gate voltage starts to flow through the power transistor. Generate a threshold time multiplied by a predetermined coefficient,
Detecting a second reference time from the start timing until the gate voltage reaches a second reference voltage higher than the predetermined voltage and lower than the voltage of the power source;
When the second reference time is shorter than the threshold time, it is detected that the short circuit has occurred.
Short circuit detection method.
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