JP6549451B2 - 半導体集積回路装置および電子装置 - Google Patents
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Description
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
すなわち、半導体集積回路装置は電力用半導体装置のセンス電流から検出した通常電流に基づいて駆動回路の駆動能力を制御する駆動能力制御回路を備える。
図1は比較例に係る電動機システムの一部を示すブロック図である。図2はIGBTのセンス電流を説明するための図である。電動機システム1Rは三相モータ10とインバータ回路20とドライバIC30Rと制御回路40Rとを備える。三相モータ10は3個の変流器(コイル)11を備える。なお、2つの位相電流検出ができれば、各相の電流計算は可能であるので、変流器は2個でもよい。インバータ回路20は6個の電力用半導体装置21によって三相ブリッジ構成する。図2に示すように、電力用半導体装置21はスイッチングトランジスタであるIGBT22を備え、IGBT22はゲート端子Gとコレクタ端子Cと駆動電流を流すエミッタ端子Eとセンス電流を流す電流検出端子SEとを備える。ドライバIC30Rは電力用半導体21を駆動し、制御回路40はドライバIC30を制御する。
(1)各位相のモータ駆動電流を変流器11、制御回路40のA/D変換器などを使ってモニタし、通常電流検出用としてモータ駆動制御に利用する。
(2)センス電流をドライバIC30での電圧比較回路やA/D変換器などを使ってモニタし、主に過電流検出用として異常電流時にドライバ信号を遮断するために利用する。
Vab=(1600A/4000)×5Ω=2V
一方で通常動作における電流検出電圧(Vn)は、下記のとおりである。
Vn=(400/4000)×5Ω=0.5V
さらに、モータの低速領域では駆動電流は小さくなるためダイナミックレンジは非常に小さいものになる。
図14は実施形態に係る半導体集積回路装置を説明するためのブロック図である。半導体集積回路装置30は、電力用半導体装置21を駆動する駆動回路31と、駆動回路31の駆動能力を制御する駆動能力制御回路34と、を備える。駆動回路31は、電力用半導体装置21のセンス電流から検出した異常電流に基づいて電力用半導体装置21の駆動を停止する。駆動能力制御回路34は、電力用半導体装置21のセンス電流から検出した通常電流に基づいて駆動回路31の駆動能力を制御する。
電力用半導体装置の駆動能力が向上し、例えばモータを高トルクで駆動することが可能になる。
図3は実施例1に係る電動機システムの構成を示すブロック図である。図3の電動機システム1は三相モータ10と電力用半導体装置を6個用いたインバータ回路20と6個のドライバIC30と制御回路40と直流電源50とを備える。インバータ回路20、6個のドライバIC30および制御回路40で構成される部分を電子装置2という。インバータ回路20は、車両等の駆動時には直流電源(DC)50の電圧から、三相モータ10の各相に電流を流すように、インバータ回路20内部のスイッチングトランジスタ22をON/OFF制御し、このスイッチングの周波数により車両等の速度を変化させる。また、車両等の制動時には、三相モータ10の各相に生じる電圧に同期してスイッチングトランジスタ22をON/OFF制御し、いわゆる整流動作を行い、直流電圧に変換して回生を行う。
図4は図3の電動機システムの一部である電子装置を示すブロック図である。ドライバIC30は駆動回路31と電流検出回路32と保護検出回路33とアイソレータ34とドライブ能力制御回路35とを備える。電流検出回路32は異常電流を検出する電流増幅回路(CURRENT AMP)32−1と通常電流を検出する電流増幅回路32−2を備える。電流増幅回路(CURRENT AMP)32−1はセンス電流を電圧(V1)に変換し、保護検出回路33はその電圧に基づいて異常電流を検出して駆動回路31に送られIGBT22の駆動信号を遮断するとともに、アイソレータ34、制御回路40のI/Oインタフェース44を介してCPU41に送られる。電流増幅回路32−2は通常電流を電圧(V2)に変換し、ドライブ能力制御回路35に送られ駆動回路31の駆動能力を制御する。なお、アイソレータ34はドライバIC30と制御回路40との間を伝送する信号を磁気結合によって伝達する。アイソレータ34は配線で形成されたオンチップトランスを層間膜で絶縁することにより構成される。
V1=Iγ1×RS1
V2=Iγ2×RS2
となる。
トランジスタQ2の電流をIγ×1
トランジスタQ3の電流をIγ×10
とすることができる。
V3はV2が小さいときはV3が大きくなり、V2が大きいときはV3が小さくなる。
図13は図11のドライブ能力制御部を説明するためのブロック図である。実施例1の基準電圧(VREF2)を調整可能な機能を有し、その他の構成は実施例1と同様である。制御回路40BはA/D変換器36を経由して得られた電圧(Vn)に基づいて制御信号(RVC)を生成する。ドライブ能力制御回路35Cの基準電圧生成回路355Cの基準電圧(VREF2)は可変であり、端子T8から入力される制御信号(RVC)に基づいて基準電圧の調整が可能とされる。通常電流検出用電圧(Vn)のフィードバックゲインを調整できる機能(基準電圧生成回路355Cの基準電圧(VREF2)を調整できる機能)を有することで、通常電流検出用抵抗322の抵抗値(RS2)のバラツキにあわせて、当該ゲインを調整することで、精度の高い駆動能力制御が可能となる。
10・・・三相モータ
11・・・変流器
20・・・インバータ回路
21・・・電力用半導体装置
22・・・IGBT
30・・・ドライバIC
31・・・駆動回路
311・・・ドライバ
312・・・ANDゲート
313・・・状態保持回路
32・・・電流検出回路
321・・・カレントミラー回路
322・・・異常電流検出抵抗
323・・・通常電流検出抵抗
33・・・保護検出回路
331・・・コンパレータ
332・・・基準電圧
333・・・フィルタ回路
34・・・アイソレータ
35・・・ドライブ能力制御回路
351・・・増幅回路
352・・・オペアンプ
353・・・抵抗
354・・・抵抗
355・・・基準電圧生成回路
356・・・切替回路
357・・・電圧または電流制御回路
40・・・制御回路
41・・・CPU
42・・・PWM回路
43・・・I/Oインタフェース
44・・・I/Oインタフェース
Claims (6)
- 電力用半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動能力を制御する駆動能力制御回路と、
前記電力用半導体装置のセンス電流に基づいて異常電流検出用電圧を出力する第1の電流検出回路と、
前記電力用半導体装置の前記センス電流に基づいて通常電流検出用電圧を出力する第2の電流検出回路と、
前記電力用半導体装置の異常電流検出用抵抗を外部に接続するための第1の端子と、
前記電力用半導体装置の通常電流検出用抵抗を外部に接続するための第2の端子と、
を備え、
前記駆動回路は、前記電力用半導体装置の前記センス電流から検出した異常電流に基づいて前記電力用半導体装置の駆動を停止するよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、前記電力用半導体装置の前記センス電流から検出した通常電流に基づいて前記駆動回路の駆動能力を制御するよう構成され、
前記第1の電流検出回路および前記第2の電流検出回路はカレントミラー回路で構成される半導体集積回路装置。 - 電力用半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動能力を制御する駆動能力制御回路と、
前記電力用半導体装置のセンス電流に基づいて異常電流検出用電圧を出力する第1の電流検出回路と、
前記電力用半導体装置の前記センス電流に基づいて通常電流検出用電圧を出力する第2の電流検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記電力用半導体装置の前記センス電流から検出した異常電流に基づいて前記電力用半導体装置の駆動を停止するよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、前記電力用半導体装置の前記センス電流から検出した通常電流に基づいて前記駆動回路の駆動能力を制御するよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、
前記通常電流検出用電圧に基づいた電圧を生成する回路と、
前記電圧に基づいて前記駆動回路の電圧または電流を制御する制御回路と、
を備え、
前記回路は、
オペアンプとループ抵抗を有する増幅回路と、
基準電圧を生成する回路と、
を備え、
前記ループ抵抗の抵抗値または前記基準電圧は制御信号に基づいて変更することが可能である半導体集積回路装置。 - 請求項2の半導体集積回路装置において、さらに、
前記通常電流検出用電圧を変換するA/D変換回路と、
前記A/D変換回路の出力を出力する端子と、
前記A/D変換回路の出力に基づいて生成された前記制御信号を入力する端子と、
を備える半導体集積回路装置。 - 電力用半導体装置と、
第1の半導体集積回路装置と、
第2の半導体集積回路装置と、
を備え、
前記電力用半導体装置は、
負荷を駆動するための電流を供給する第1の端子と、
駆動電流をモニタするための電流を供給する第2の端子と、
を備え、
前記第1の半導体集積回路装置は、
前記電力用半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動能力を制御する駆動能力制御回路と、
前記第2の端子からの電流に基づいて異常電流検出用電圧を出力する第1の電流検出回路と、
前記第2の端子からの電流に基づいて通常電流検出用電圧を出力する第2の電流検出回路と、
前記電力用半導体装置の異常電流検出用抵抗を外部に接続するための第4の端子と、
前記電力用半導体装置の通常電流検出用抵抗を外部に接続するための第5の端子と、
を備え、
前記駆動回路は、前記電力用半導体装置のセンス電流から検出した異常電流に基づいて前記電力用半導体装置の駆動を停止するよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、前記電力用半導体装置のセンス電流から検出した通常電流に基づいて前記駆動回路の駆動能力を制御するよう構成され、
前記第1の電流検出回路および前記第2の電流検出回路は、カレントミラー回路で構成され、
前記カレントミラー回路は前記第4の端子および第5の端子に接続される電子装置。 - 電力用半導体装置と、
第1の半導体集積回路装置と、
第2の半導体集積回路装置と、
を備え、
前記電力用半導体装置は、
負荷を駆動するための電流を供給する第1の端子と、
駆動電流をモニタするための電流を供給する第2の端子と、
を備え、
前記第1の半導体集積回路装置は、
前記電力用半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動能力を制御する駆動能力制御回路と、
前記第2の端子からの電流に基づいて異常電流検出用電圧を出力する第1の電流検出回路と、
前記第2の端子からの電流に基づいて通常電流検出用電圧を出力する第2の電流検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記電力用半導体装置のセンス電流から検出した異常電流に基づいて前記電力用半導体装置の駆動を停止すよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、前記電力用半導体装置のセンス電流から検出した通常電流に基づいて前記駆動回路の駆動能力を制御するよう構成され、
前記駆動能力制御回路は、
前記通常電流検出用電圧に基づいた電圧を生成する回路と、
前記電圧に基づいて前記駆動回路の電圧または電流を制御する制御回路と、
を備え、
前記回路は、
オペアンプとループ抵抗を有する増幅回路と、
基準電圧を生成する回路と、
を備え、
前記ループ抵抗の抵抗値または前記基準電圧は制御信号に基づいて変更することが可能である電子装置。 - 請求項5の電子装置において、
前記第1の半導体集積回路装置は、さらに前記通常電流検出用電圧を変換するA/D変換回路を備え、
前記第2の半導体集積回路装置は、前記前記A/D変換回路の出力に基づいて前記制御信号を生成するCPUを備える電子装置。
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