JP6686352B2 - 温度検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、モーター駆動回路に使用される半導体素子からなるスイッチング素子の発熱を監視するための温度検出回路に関する。

モーターは、エンジンと組み合わせたハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として使用される。モーターの制御には半導体素子からなるスイッチング素子が使用されるが、スイッチング素子の高寿命化、高信頼性化を図るために、温度上昇を抑制する必要がある。このため、スイッチング素子の温度を監視し、スイッチング素子の温度上昇が大きい場合には、制御を変更したり、スイッチング素子を保護する必要がある。

上記モーターは、高圧で駆動され、安全面から一次側と二次側とを電気的に絶縁する必要がある。このため、温度検出部と制御部とは、電気的に絶縁する必要がある。このため、パルストランスを介して信号が伝達される。

パルストランスの一次側には制御系の低圧ブロックが配置される。二次側には、スイッチング素子やスイッチング素子を駆動する高圧ブロックが配置される。

図６は、従来の温度検出回路の回路構成図である。図６において、温度検出部３は、ダイオードからなり、ダイオードの順方向電圧ＶＦで、温度を電圧に変換することによりスイッチング素子の温度を検出し、温度信号をＡ／Ｄ変換器４に出力する。Ａ／Ｄ変換器４は、温度信号をデジタル信号に変換し、デジタル比較器５と発振器６とは、デジタル信号に基づきＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号からなる温度信号は、ドライブ回路９、パルストランス１１を介して一次側に出力される。

一方、コンパレータ７は、温度検出部３で検出された電圧が基準電圧８を超えた場合に異常としてフェール信号をドライブ回路１０、パルストランス１２を介して一次側に出力する。このため、図７に示すように、ＰＷＭ信号からなる温度信号とフェール信号とがパラレルに伝送される。

特開２０１２−２２７５１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された温度検出回路１は、図６に示すように、温度信号とフェール信号を一次側から二次側に伝達するために、２つのパルストランス１１，１２が必要であった。このため、温度検出回路１が大型化する。

また、温度信号は、ＰＷＭ信号であるため、ＰＷＭ信号にフェール信号を重畳することができなかった。特に、電位範囲固定のＡ／Ｄ変換器４であるため、特定の電圧範囲の分解能を向上するためには、全体のビット数を増加させる必要があった。このため、温度検出回路が大型化してしまう。

本発明の課題は、温度信号及びフェール信号を出力でき且つ小型化を図ることができる温度検出回路を提供することにある。

本発明に係る温度検出回路は、半導体素子の温度を検出して検出された温度に応じた温度信号を出力する温度検出部と、前記温度検出部に異常が発生した場合にフェール信号を出力するフェール信号出力部と、前記温度検出部で検出された温度信号と前記フェール信号出力部からのフェール信号とをシリアル信号に変換するシリアル変換回路と、一次巻線と一次巻線に電磁結合する二次巻とを有し、前記二次巻線に前記シリアル変換回路のシリアル信号を入力し、前記一次巻線からシリアル信号を集積回路に出力するパルストランスを備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度検出部で検出された温度信号とフェール信号出力部からのフェール信号とをシリアル変換回路で、シリアル信号に変換し、一つのパルストランスで、温度信号及びフェール信号をパルストランスの二次側から一次側に出力でき且つ温度検出回路を小型化することができる。

本発明の実施例１に係る温度検出回路の回路構成図である。 本発明の実施例１に係る温度検出回路において温度信号とフェール信号とをシリアルに転送するシリアル信号を示す図である。 本発明の実施例１に係る温度検出回路の基準電圧と温度検出電圧とコンパレータの出力電圧の関係を示す図である。 本発明の実施例２に係る温度検出回路の回路構成図である。 本発明の実施例３に係る温度検出回路の回路構成図である。 従来の温度検出回路の回路構成図である。 従来の温度検出回路において温度信号とフェール信号とのパラレル転送を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る温度検出回路について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る温度検出回路の回路構成図である。温度検出回路１５は、温度検出部１７、基準電圧回路２０、コンパレータ２１、シリアル変換回路２３、パルストランス２６を同一のパッケージである集積回路（ＩＣ）内に備えている。

温度検出部１７は、定電流源１６を介して直流電源Ｖｃｃに接続される。温度検出部１７は、半導体素子からなるスイッチング素子Ｑ１又はモノリシックＩＣの近傍に配置され、スイッチング素子Ｑ１又はモノリシックＩＣの温度を検出する。温度検知部１７は、ダイオードからなり、このダイオードに定電流源１６から定電流を流すことで、温度に応じた電圧を出力する。

スイッチング素子Ｑ１の発熱による温度により、温度検出部１７のダイオードの順方向電圧ＶＦが変化する。このため、温度検出部１７は、ダイオードの順方向電圧ＶＦで、温度を電圧に変換することにより、スイッチング素子Ｑ１の温度を検出し、検出された温度に応じた温度信号をコンパレータ２１の反転端子（−）に出力する。

基準電圧回路２０は、基準電圧を発生すると共に、最大値である電圧Ｖ１と最小値である電圧Ｖ５と電圧Ｖ２と電圧Ｖ５とを抵抗で分圧した電圧Ｖ３，Ｖ４を設定する。電圧Ｖ２は、スイッチング素子Ｑ１の温度許容範囲に対応する上限値であり、電圧Ｖ４は、スイッチング素子Ｑ１の温度許容範囲に対応する下限値である。Ｖ１は、オープン検出のため、電圧が別設定になっている。

コンパレータ２１は、基準電圧回路２０で設定された基準電圧Ｖ２〜Ｖ４と温度検出部１７の温度検出電圧とを比較することにより温度信号を得てシリアル変換回路２３に出力する。また、コンパレータ２１は、温度検出部１７の温度検出電圧ＶＦが電圧Ｖ２以上又は電圧Ｖ４以下になったときに温度検出部１７の異常としてフェール信号をシリアル変換回路２３に出力する。

基準電圧回路２０は、直流電源Ｒｅｇ、抵抗Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３、セレクタ（ＳＥＬ）２０ａ、バッファアンプ２０ｂ，２０ｃ、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有している。抵抗Ｒ１は、抵抗Ｒ２からＲ４に比べ、抵抗値が大きくなっている。これは、Ｖ１を温度検出部のオープン検出することから、Ｖ１の電圧を高くするためである。

直流電源Ｒｅｇの正極とグランドとの間に、抵抗Ｒ０１と抵抗Ｒ０２と抵抗Ｒ０３との直列回路が接続されている。抵抗Ｒ０１と抵抗Ｒ０２との接続点には、バッファアンプ２０ｂの入力端子が接続されている。抵抗Ｒ０２と抵抗Ｒ０３との接続点には、バッファアンプ２０ｃの入力端子が接続されている。

バッファアンプ２０ｂの出力端子とバッファアンプ２０ｃの出力端子との間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との直列回路が接続されている。抵抗Ｒ１の一端から電圧Ｖ１が出力され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点から電圧Ｖ２が出力される。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点から電圧Ｖ３が出力され、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４との接続点から電圧Ｖ４が出力され、抵抗Ｒ４とバッファアンプ２０ｃとの接続点から電圧Ｖ５が出力される。

セレクタ２０ａは、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５のいずれか１つの基準電圧を選択して、選択された基準電圧をコンパレータ２１の非反転端子（＋）に出力する。

コンパレータ２１は、基準電圧回路２０から出力される基準電圧と、温度検出部１７から出力される温度信号である温度検出電圧とを比較することにより、温度信号をシリアル変換回路２３に出力する。

シリアル変換回路２３は、コンパレータ２１から出力される温度信号、温度フェール信号と、ＵＶＬＯ（低電圧誤動作防止回路）３０、ＯＣＰ（過電流保護回路）３１からのフェール信号を図２に示すようなシリアル信号に変換する。ＵＶＬＯ３０、ＯＣＰ３１は、本発明のフェール信号出力部に対応する。

パルストランス２６は、一次巻線Ｐ１と一次巻線Ｐ１に電磁結合する二次巻線Ｓ１とを有し、二次巻線Ｓ１にシリアル変換回路２３のシリアル信号を入力し、一次巻線Ｐ１からシリアル信号をデコーダ２７に出力する。いずれの回路も、パルストランス２６の二次側に配置される。

デコーダ２７は、一次側に設けられており、パルストランス２６からのシリアル変換されたシリアル信号をデコードして出力する。

制御信号部３３は、一次側に設けられており、マイクロコンピュータ（マイコンと略する。）からの信号に基づき制御信号を生成する。パルストランス３４は、一次巻線Ｐ２と一次巻線Ｐ２に電磁結合する二次巻線Ｓ２とを有し、制御信号部３３からの制御信号を一次側から二次側に設けられた駆動信号部３５に伝送する。

駆動信号部３５は、スイッチング素子Ｑ１を駆動する。ＵＶＬＯ３０は、直流電源Ｖｃｃが所定の電圧を下回った時に、直流電源Ｖｃｃに接続される回路の誤動作を防ぐため、動作することにより、直流電源Ｖｃｃに接続される回路の動作を停止させる。ＵＶＬＯ３０は、直流電源Ｖｃｃが所定の電圧を上回った場合は、ＵＶＬＯ３０の動作を解除し、正常な動作となる。ＵＶＬＯ３０が動作した場合には、直流電源Ｖｃｃが所定の電圧を下回ったとして、シリアル変換回路２３にフェール信号を出力する。フェール信号を出力する例として、ＵＶＬＯ３０、ＯＣＰ３１を例示しているが、その他の異常を知らせるフェール信号を用いてもよい。

次に、このように構成された実施例１に係る温度検出回路の動作を図３を参照しながら詳細に説明する。図３は、本発明の実施例１に係る温度検出回路の基準電圧（Ｖ１〜Ｖ５のいずれかＶｒｅｆ）の電圧と温度検出電圧ＶＦとコンパレータ２１の出力電圧（ＣＭＰ出力）の関係を示す図である。

温度検出部１７は、検出された温度に対応した温度検出電圧ＶＦを出力する。コンパレータ２１は、温度検出部１７で検出された温度に対応した温度検出電圧ＶＦと基準電圧Ｖｒｅｆを比較する。温度検出電圧ＶＦと基準電圧との差電圧に応じて、何度から何度の温度範囲に入っているかを判別することができる。このため、コンパレータ２１は、温度信号をシリアル変換回路２３に出力することができる。

また、基準電圧設定回路２０は、スイッチング素子Ｑ１の温度許容範囲に対応する基準電圧として、基準電圧Ｖ２、基準電圧Ｖ４を設定することによって、温度検出部１７の異常状態を検出することもできる。

ここで、基準電圧設定回路２０は、基準電圧を最大値Ｖ１、上限値Ｖ２、分圧値Ｖ３、下限値Ｖ４、最小値Ｖ５と階段状に変化させる。

基準電圧の最大値、最小値、分解能は、外部抵抗Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３で任意に設定できる。分解能は、５段階に設定され、５段階全てを温度信号にも使用できるが、図１に示すように、電圧が高いほうから1段（Ｖ１）とすると、1段は過熱、温度検出部１７のショートの検出、2〜4段（Ｖ２〜Ｖ４）は、温度検出、5段（Ｖ５）は、温度検出部１７のオープンの検出にも使用できる。図１では、５段階で基準電圧を変化させているが、５段階より多くても、少なくてもよい。

コンパレータ２１は、図３に示すように、温度検出電圧ＶＦが基準電圧Ｖ２以上になった場合には、温度検出部１７がオープンであると判断する。また、コンパレータ２１は、図３に示すように、温度検出電圧ＶＦが電圧Ｖ４以下の電圧になった場合は、温度検出部１７のショートや、過熱状態になっていると判断する。コンパレータ２１は、温度検出電圧ＶＦが基準電圧Ｖ２以上又は電圧Ｖ４以下の場合に、温度検出部１７の異常と判断し、フェール信号をシリアル変換回路２３に出力する。

さらに、ＵＶＬＯ３０からのフェール信号、ＯＣＰ３１からのフェール信号もシリアル変換回路２３に入力され、シリアル変換回路２３の出力は、温度検出部１７の異常、ＵＶＬＯ３０、ＯＣＰ３１のフェール信号と温度信号が、決められたビットに出力されることで、一つのシリアル信号に、温度信号とフェール信号を入れることができる。

このため、従来の温度検出回路では、温度信号用及びフェール信号用と２つのパルストランス１１，１２が必要であったが、実施例１では、１つのパルストランス２６で、温度信号とフェール信号を送信することができる。従って、温度検出回路１５を小型化することができる。

パルストランス２６の2次側で生成されたシリアル信号は、パルストランス２６を介して一次側に伝達される。一次側に伝達された信号は、一次側の制御系にフィードバックされ、温度信号、フェール信号に応じた制御に切り替わる。

図４は、本発明の実施例２に係る温度検出回路の回路構成図である。実施例２に係る温度検出回路は、実施例１に係る温度検出回路に対して、抵抗Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３、Ｒ０４、Ｒ０５の全てをＩＣからなる温度検出回路１５の外側に設けている。

これにより、抵抗Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３、Ｒ０４、Ｒ０５を適宜選択することにより、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を任意に設定することができる。これにより、基準電圧の分解能を自由に設定することができる。

図５は、本発明の実施例３に係る温度検出回路の回路構成図である。実施例３に係る温度検出回路は、実施例２に係る温度検出回路に対して、抵抗Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３、Ｒ０４、Ｒ０５の全てをＩＣ内に内蔵している。これにより、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５をＩＣ内部で設定することができる。

ＩＣ内のアルミ配線を変更することで、最大値、最小値、分解能を自由に設定できる。これにより、ＩＣの端子指数を削減しつつ、実施例２と同じ機能を構成することができる。

１，１５ 温度検出回路
２，１６ 定電流回路
３，１７ 温度検出部
４ Ａ／Ｄ変換回路
５ デジタル変換回路
６ 発振器
７ コンパレータ
９ 温度出力回路
１０ フェール出力回路
１１，１２，２６ パルストランス
１３，１４ 出力回路
２０ 基準電圧回路
２０ａ セレクタ
２０ｂ，２０ｃ バッファアンプ
２１ コンパレータ
２３ シリアル変換回路
２７ デコーダ
３０ ＵＶＬＯ回路
３１ ＯＣＰ回路

Claims (1)

1. 半導体素子の温度を検出して検出された温度に応じた温度信号を出力する温度検出部と、
   前記温度検出部に異常が発生した場合にフェール信号を出力するフェール信号出力部と、
   前記温度検出部で検出された温度信号と前記フェール信号出力部からのフェール信号とをシリアル信号に変換するシリアル変換回路と、
   一次巻線と一次巻線に電磁結合する二次巻線とを有し、前記二次巻線に前記シリアル変換回路のシリアル信号を入力し、前記一次巻線からシリアル信号を集積回路に出力するパルストランスと、
   を備えることを特徴とする温度検出回路。

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