JP6686917B2 - Switching element control device - Google Patents

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Description

本明細書で開示する技術は、インバータやコンバータといった電力制御回路のスイッチング素子を制御する技術に関し、特に、並列に接続された二つのスイッチング素子を制御する技術に関する。   The technique disclosed in the present specification relates to a technique for controlling a switching element of a power control circuit such as an inverter or a converter, and particularly to a technique for controlling two switching elements connected in parallel.

特許文献1に、並列に接続された二つのスイッチング素子を制御する制御装置が開示されている。この制御装置は、二つのスイッチング素子のそれぞれに流れる電流を検出し、検出された電流に応じて、二つのスイッチング素子のそれぞれに印加するゲート電圧を変更する。具体的には、検出された電流が大きい方のスイッチング素子では、そのゲートに印加するゲート電圧(ゲート−エミッタ間の電圧)を低下させて、スイッチング素子に流れる電流を抑制する。これにより、二つのスイッチング素子に流れる電流のアンバランスが解消されると説明されている。   Patent Document 1 discloses a control device that controls two switching elements connected in parallel. This control device detects a current flowing through each of the two switching elements, and changes a gate voltage applied to each of the two switching elements according to the detected current. Specifically, in the switching element with the larger detected current, the gate voltage (voltage between the gate and the emitter) applied to the gate of the switching element is reduced to suppress the current flowing through the switching element. This explains that the imbalance of the currents flowing through the two switching elements is eliminated.

特開平5−145075号公報JP-A-5-145075

インバータやコンバータといった電力制御回路において、並列に接続された二つのスイッチング素子を同時にスイッチングしたときに、それぞれのスイッチング素子に流れる電流が逆位相で強く振動(発振)することがある。このような現象は、ゲート電圧の寄生発振によるものであり、二つのスイッチング素子に流れる電流のアンバランスによって誘発される。このようなスイッチング素子の発振は、無用なエネルギーの浪費につながるとともに、スイッチング素子の発振を放置したままでは、スイッチング素子を故障させるおそれがある。しかしながら、スイッチング素子の発振は高周波数であり、特許文献1の技術のようなフィードバック制御では、スイッチング素子の発振に追従することができず、スイッチング素子の発振を抑制することができない。   In a power control circuit such as an inverter or a converter, when two switching elements connected in parallel are switched at the same time, a current flowing through each switching element may vibrate (oscillate) strongly in an opposite phase. Such a phenomenon is due to the parasitic oscillation of the gate voltage, and is induced by the imbalance of the currents flowing through the two switching elements. Such oscillation of the switching element leads to unnecessary waste of energy, and if the oscillation of the switching element is left as it is, the switching element may fail. However, the oscillation of the switching element has a high frequency, and the feedback control as in the technique of Patent Document 1 cannot follow the oscillation of the switching element and cannot suppress the oscillation of the switching element.

上述の実情を鑑み、本明細書は、並列に接続された二つのスイッチング素子の発振を抑制し得る技術を提供する。   In view of the above situation, the present specification provides a technique capable of suppressing oscillation of two switching elements connected in parallel.

本明細書は、並列に接続された二つのスイッチング素子を制御する制御装置を開示する。この制御装置は、二つのスイッチング素子の各ゲート電圧の目標値をそれぞれ設定する設定回路と、二つのスイッチング素子の各ゲート電圧を設定回路によって設定された目標値にそれぞれ調節することによって各スイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、二つのスイッチング素子に流れる各電流の間の差分を検出する差分検出回路と、駆動回路によるスイッチング後、差分検出回路による検出値に生じた振動回数を計数する計数回路とを備える。設定回路は、計数回路による計数値が所定回数以上となったときに、二つのスイッチング素子の少なくとも一方のゲート電圧の目標値を変更する。 This specification discloses the control apparatus which controls two switching elements connected in parallel. This control device includes a setting circuit that sets a target value of each gate voltage of two switching elements, and each switching element by adjusting each gate voltage of the two switching elements to the target value set by the setting circuit. a drive circuit for switching, a difference detection circuit for detecting a difference between the current flowing through the two switching elements, after switching by driving dynamic circuit, counting circuit for counting the number of vibrations occurring in the value detected by the difference detecting circuit With. The setting circuit changes the target value of the gate voltage of at least one of the two switching elements when the count value of the counter circuit reaches or exceeds a predetermined number of times.

上記した制御装置では、二つのスイッチング素子に流れる各電流の間の差分に、所定回数以上の振動が生じたときに、スイッチング素子の発振が生じたものと判断され、少なくとも一方のスイッチング素子について、ゲート電圧の目標値が変更される。ゲート電圧の目標値が変更されることで、次回のスイッチング時では、二つのスイッチング素子に流れる電流のアンバランスが低減され、発振が抑制される。ここで、ゲート電圧の目標値を変更する態様としては、流れた電流が大きい方のスイッチング素子について、ゲート電圧の目標値を低下させるとよい。これに加えて、又は代えて、流れた電流が小さい方のスイッチング素子について、ゲート電圧の目標値を上昇させてもよい。これにより、電流のアンバランスが低減され、スイッチング素子の発振が抑制される。スイッチング素子の発振が抑制されることで、エネルギーの浪費やスイッチング素子の故障を避けることができる。   In the control device described above, the difference between the respective currents flowing in the two switching elements, when vibration occurs a predetermined number of times or more, it is determined that the oscillation of the switching element has occurred, at least one of the switching element, The target value of the gate voltage is changed. By changing the target value of the gate voltage, the imbalance of the currents flowing through the two switching elements is reduced and the oscillation is suppressed in the next switching. Here, as a mode of changing the target value of the gate voltage, it is preferable to lower the target value of the gate voltage for the switching element with the larger flowing current. In addition to or instead of this, the target value of the gate voltage may be increased for the switching element with the smaller flowing current. This reduces the current imbalance and suppresses the oscillation of the switching element. By suppressing the oscillation of the switching element, it is possible to avoid waste of energy and failure of the switching element.

実施例の制御装置10の構成を模式的に示すブロック図。The block diagram which shows typically the structure of the control apparatus 10 of an Example. 制御装置10の動作の流れを示すフローチャート。3 is a flowchart showing the flow of operation of the control device 10. (A)のグラフは、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れるコレクタ電流Ic1、Ic2の経時的変化をそれぞれ示す。(B)のグラフは、スイッチング素子SW1、SW2のコレクタ−エミッタ間電圧Vce1、Vce2の経時的変化をそれぞれ示す。(C)のグラフは、差動回路20が出力する差分電圧ΔVeの経時的変化を示す。The graph of (A) shows changes with time of the collector currents Ic1 and Ic2 flowing through the two switching elements SW1 and SW2, respectively. The graph of (B) shows changes over time of the collector-emitter voltages Vce1 and Vce2 of the switching elements SW1 and SW2, respectively. The graph of (C) shows the change over time of the differential voltage ΔVe output from the differential circuit 20.

図面を参照して、実施例の制御装置10について説明する。図1に示すように、本実施例の制御装置10は、インバータやDC−DCコンバータといった電力制御回路PCにおいて、並列に接続された二つのスイッチング素子SW1、SW2のスイッチングを制御する。一例ではあるが、本実施例の制御装置10は、電気自動車、ハイブリッド車又は燃料電池車といった車両の電力制御回路PCにおいて、好適に採用することができる。なお、電力制御回路PCが三相インバータである場合、二つのスイッチング素子SW1、SW2は、六つのアーム(U相、V相、W相の上下アーム)の一つに相当し、六つのアームのそれぞれに、図1に示す構成が設けられる。なお、電力制御回路PCでは、二つのスイッチング素子SW1、SW2に加えて、第3の又はそれ以上のスイッチング素子がさらに並列に接続されていてもよい。   A control device 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the control device 10 of the present embodiment controls switching of two switching elements SW1 and SW2 connected in parallel in a power control circuit PC such as an inverter or a DC-DC converter. As an example, the control device 10 of the present embodiment can be preferably used in the power control circuit PC of a vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell vehicle. When the power control circuit PC is a three-phase inverter, the two switching elements SW1 and SW2 correspond to one of the six arms (upper and lower arms of U-phase, V-phase, and W-phase). Each of them is provided with the configuration shown in FIG. In addition, in the power control circuit PC, in addition to the two switching elements SW1 and SW2, a third or more switching elements may be further connected in parallel.

二つのスイッチング素子SW1、SW2は、それぞれゲートG1、G2を有し、ゲートG1、G2に印加されるゲート電圧Vg1、Vg2に応じてスイッチング(即ち、ターンオン及びターンオフ)される。各スイッチング素子SW1、SW2は、特に限定されないが、シリコン、炭化ケイ素又は窒化ガリウムといった各種の半導体素子であってよく、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)又はIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の素子構造を有することができる。本実施例におけるスイッチング素子SW1、SW2は、それぞれIGBTであり、前述したゲートG1、G2に加えて、コレクタC1、C2及びエミッタE1、E2をそれぞれ有する。   The two switching elements SW1 and SW2 have gates G1 and G2, respectively, and are switched (that is, turned on and turned off) according to the gate voltages Vg1 and Vg2 applied to the gates G1 and G2. The switching elements SW1 and SW2 are not particularly limited, but may be various semiconductor elements such as silicon, silicon carbide or gallium nitride, and may be, for example, MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). ) Element structure. Each of the switching elements SW1 and SW2 in this embodiment is an IGBT, and has collectors C1 and C2 and emitters E1 and E2 in addition to the above-described gates G1 and G2.

二つのスイッチング素子SW1、SW2はさらに、センス端子ES1、ES2をそれぞれ有する。センス端子ES1、ES2は、スイッチング素子SW1、SW2に流れるコレクタ電流Ic1、IC2(以下、単に電流Ic1、Ic2と称する)に比例して、微小なセンス電流Is1、Is2を出力する。このような構成によると、センス電流Is1、Is2に基づいて、スイッチング素子SW1、SW2に流れる電流Ic1、Ic2を検出することができる。センス端子ES1、ES2は、制御装置10の後述する電流検出回路18に接続されている。   The two switching elements SW1 and SW2 further include sense terminals ES1 and ES2, respectively. The sense terminals ES1 and ES2 output minute sense currents Is1 and Is2 in proportion to collector currents Ic1 and IC2 (hereinafter, simply referred to as currents Ic1 and Ic2) flowing through the switching elements SW1 and SW2. According to such a configuration, the currents Ic1 and Ic2 flowing through the switching elements SW1 and SW2 can be detected based on the sense currents Is1 and Is2. The sense terminals ES1 and ES2 are connected to a current detection circuit 18 of the control device 10, which will be described later.

制御装置10は、第1ゲート電圧設定回路12と、第2ゲート電圧設定回路14と、駆動回路16とを備える。第1ゲート電圧設定回路12と第2ゲート電圧設定回路14は、二つのスイッチング素子SW1、SW2のゲート電圧Vg1、Vg2の目標値をそれぞれ設定する。詳しくは、第1ゲート電圧設定回路12が、第1スイッチング素子SW1のゲート電圧Vg1の目標値を設定し、第2ゲート電圧設定回路14が、第2スイッチング素子SW2のゲート電圧Vg2の目標値を設定する。これらの回路が設定する目標値は、各スイッチング素子SW1、SW2のゲートしきい値電圧よりもそれぞれ高く、各スイッチング素子SW1、SW2をターンオフさせるのに十分な値である。ここでいうゲート電圧Vg1、Vg2とは、ゲートG1、G2−エミッタE1、E2間の電圧を意味する。各スイッチング素子SW1、SW2では、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値が大きな値に設定されたときほど、ターンオンされたときに流れる電流Ic1、Ic2は大きくなる。   The control device 10 includes a first gate voltage setting circuit 12, a second gate voltage setting circuit 14, and a drive circuit 16. The first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14 respectively set target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 of the two switching elements SW1 and SW2. Specifically, the first gate voltage setting circuit 12 sets the target value of the gate voltage Vg1 of the first switching element SW1, and the second gate voltage setting circuit 14 sets the target value of the gate voltage Vg2 of the second switching element SW2. Set. The target values set by these circuits are higher than the gate threshold voltages of the switching elements SW1 and SW2, respectively, and are values sufficient to turn off the switching elements SW1 and SW2. Here, the gate voltages Vg1 and Vg2 mean voltages between the gates G1 and G2-emitters E1 and E2. In each of the switching elements SW1 and SW2, the currents Ic1 and Ic2 flowing when turned on increase as the target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 are set to larger values.

駆動回路16は、二つのスイッチング素子SW1、SW2の各ゲートG1、G2に接続されており、コントローラ30からの駆動指令に応じて、二つのスイッチング素子SW1、SW2をそれぞれスイッチングする。特に、駆動回路16は、第1スイッチング素子SW1をターンオンする場合、第1スイッチング素子SW1のゲート電圧Vg1を、第1ゲート電圧設定回路12によって設定された目標値に調節する。加えて、駆動回路16は、第2スイッチング素子SW2をターンオンする場合、第2スイッチング素子SW2のゲート電圧Vg2を、第2ゲート電圧設定回路14によって設定された目標値に調節する。一方、各スイッチング素子SW1、SW2をターンオフする場合は、各ゲート電圧Vg1、Vg2がゼロに調整される。二つのスイッチング素子SW1、SW2のスイッチングは、同位相で実質的に同時に行われる。   The drive circuit 16 is connected to the gates G1 and G2 of the two switching elements SW1 and SW2, and switches the two switching elements SW1 and SW2 in response to a drive command from the controller 30. In particular, the drive circuit 16 adjusts the gate voltage Vg1 of the first switching element SW1 to the target value set by the first gate voltage setting circuit 12 when turning on the first switching element SW1. In addition, the drive circuit 16 adjusts the gate voltage Vg2 of the second switching element SW2 to the target value set by the second gate voltage setting circuit 14 when turning on the second switching element SW2. On the other hand, when turning off the switching elements SW1 and SW2, the gate voltages Vg1 and Vg2 are adjusted to zero. The switching of the two switching elements SW1 and SW2 is performed in phase and substantially simultaneously.

制御装置10は、電流検出回路18と、差動回路20と、立上り立下り検出回路22と、カウンタ24とをさらに備える。電流検出回路18は、前述したように、二つのスイッチング素子SW1、SW2の各センス端子ES1、ES2に接続されており、各センス端子ES1、ES2から出力されるセンス電流Is1、Is2が、電流検出回路18に入力される。電流検出回路18は、各センス端子ES1、ES2から出力されるセンス電流Is1、Is2に応じて、二つのセンス電圧Vs1、Vs2をそれぞれ出力する。一方のセンス電圧Vs1は、一方のセンス電流Is1に相関しており、第1スイッチング素子SW1に流れる電流Ic1に対応する。他方のセンス電圧Vs2は、他方のセンス電流Is2に相関しており、第2スイッチング素子SW2に流れる電流Ic2に対応する。   The control device 10 further includes a current detection circuit 18, a differential circuit 20, a rising / falling detection circuit 22, and a counter 24. As described above, the current detection circuit 18 is connected to the sense terminals ES1 and ES2 of the two switching elements SW1 and SW2, and the sense currents Is1 and Is2 output from the sense terminals ES1 and ES2 are detected as the current detection. It is input to the circuit 18. The current detection circuit 18 outputs two sense voltages Vs1 and Vs2 in accordance with the sense currents Is1 and Is2 output from the sense terminals ES1 and ES2, respectively. One sense voltage Vs1 is correlated with one sense current Is1 and corresponds to the current Ic1 flowing through the first switching element SW1. The other sense voltage Vs2 is correlated with the other sense current Is2 and corresponds to the current Ic2 flowing through the second switching element SW2.

差動回路20は、電流検出回路18に接続されており、電流検出回路18から出力される二つのセンス電圧Vs1、Vs2が、差動回路20に入力される。差動回路20は、二つのセンス電圧Vs1、Vs2の差分に応じた差分電圧ΔVeを出力する。これまでの説明で明らかなように、差分電圧ΔVeは、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れる各電流Ic1、Ic2の間の差分に対応する電圧信号である。ここで、差分電圧ΔVeは、正負の値をとり得る。一例ではあるが、本実施例の制御装置10では、差分電圧ΔVeが正の場合、第1スイッチング素子SW1の電流Ic1の方が、第2スイッチング素子SW2の電流Ic2よりも大きいことを示し、差分電圧ΔVeが負の場合は、第2スイッチング素子SW2の電流Ic2の方が、第1スイッチング素子SW1の電流Ic1よりも大きいことを示す。電流検出回路18と差動回路20は、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れる各電流Ic1、Ic2の間の差分を検出するための差分検出回路の一例である。なお、このような差分検出回路の構成は、本実施例で説明した構成(電流検出回路18と差動回路20との組み合わせ)に限定されず、様々に変更可能である。   The differential circuit 20 is connected to the current detection circuit 18, and the two sense voltages Vs1 and Vs2 output from the current detection circuit 18 are input to the differential circuit 20. The differential circuit 20 outputs a difference voltage ΔVe according to the difference between the two sense voltages Vs1 and Vs2. As is apparent from the above description, the difference voltage ΔVe is a voltage signal corresponding to the difference between the currents Ic1 and Ic2 flowing through the two switching elements SW1 and SW2. Here, the difference voltage ΔVe can take positive and negative values. As an example, in the control device 10 of the present embodiment, when the differential voltage ΔVe is positive, it is shown that the current Ic1 of the first switching element SW1 is larger than the current Ic2 of the second switching element SW2, and the difference When the voltage ΔVe is negative, it indicates that the current Ic2 of the second switching element SW2 is larger than the current Ic1 of the first switching element SW1. The current detection circuit 18 and the differential circuit 20 are an example of a difference detection circuit for detecting a difference between the currents Ic1 and Ic2 flowing in the two switching elements SW1 and SW2. The configuration of such a difference detection circuit is not limited to the configuration (combination of the current detection circuit 18 and the differential circuit 20) described in the present embodiment, and can be variously modified.

立上り立下り検出回路22は、差動回路20に接続されており、差動回路20から出力される差分電圧ΔVeが、立上り立下り検出回路22に入力される。立上り立下り検出回路22は、差分電圧ΔVeに振動が生じたときに、その振動の立上り及び立下りの各エッジを検出して、所定のエッジ信号を出力する。立上り立下り検出回路22が出力するエッジ信号は、カウンタ24に入力される。カウンタ24は、所定回数のエッジ信号を受信したときに、所定の発振検出信号を出力する。カウンタ24が出力する発振検出信号は、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14にそれぞれ入力される。立上り立下り検出回路22とカウンタ24は、前記した差分検出回路(ここでは電流検出回路18と差動回路20との組み合わせ)による検出値(ここでは差分電圧ΔVe)に生じた振動回数を計数するための計数回路の一例である。なお、このような計数回路の構成は、本実施例で説明する構成(立上り立下り検出回路22とカウンタ24との組み合わせ)に限定されず、様々に変更可能である。   The rising / falling detection circuit 22 is connected to the differential circuit 20, and the differential voltage ΔVe output from the differential circuit 20 is input to the rising / falling detection circuit 22. When the difference voltage ΔVe vibrates, the rising / falling detection circuit 22 detects each rising and falling edge of the vibration and outputs a predetermined edge signal. The edge signal output by the rising / falling detection circuit 22 is input to the counter 24. The counter 24 outputs a predetermined oscillation detection signal when receiving the edge signal a predetermined number of times. The oscillation detection signal output from the counter 24 is input to the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14, respectively. The rising / falling detection circuit 22 and the counter 24 count the number of vibrations generated in the detection value (here, the difference voltage ΔVe) by the difference detection circuit (here, the combination of the current detection circuit 18 and the differential circuit 20). It is an example of a counting circuit for. The configuration of such a counting circuit is not limited to the configuration (combination of the rising / falling detection circuit 22 and the counter 24) described in the present embodiment, and can be variously modified.

加えて、立上り立下り検出回路22は、差分電圧ΔVeに振動が生じたときに、差分電圧ΔVeの振動開始時の符号(正/負)に応じて、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14へ、大電流特定信号と小電流特定信号を出力する。詳しくは、振動開始時の差分電圧ΔVeが正の場合、第1スイッチング素子SW1の電流Ic1の方が、第2スイッチング素子SW2の電流Ic2よりも大きいことを意味する。この場合、立上り立下り検出回路22は、大電流特定信号を第1ゲート電圧設定回路12へ出力し、小電流特定信号を第2ゲート電圧設定回路14へ出力する。それに対して、振動開始時の差分電圧ΔVeが負の場合は、第2スイッチング素子SW2の電流Ic2の方が、第1スイッチング素子SW1の電流Ic1よりも大きいことを意味する。この場合、立上り立下り検出回路22は、大電流特定信号を第2ゲート電圧設定回路14へ出力し、小電流特定信号を第1ゲート電圧設定回路12へ出力する。   In addition, when the difference voltage ΔVe oscillates, the rising / falling detection circuit 22 determines the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 12 according to the sign (positive / negative) of the difference voltage ΔVe at the start of oscillation. The large current specifying signal and the small current specifying signal are output to the gate voltage setting circuit 14. Specifically, when the difference voltage ΔVe at the start of vibration is positive, it means that the current Ic1 of the first switching element SW1 is larger than the current Ic2 of the second switching element SW2. In this case, the rise / fall detection circuit 22 outputs a large current identification signal to the first gate voltage setting circuit 12 and a small current identification signal to the second gate voltage setting circuit 14. On the other hand, when the differential voltage ΔVe at the start of vibration is negative, it means that the current Ic2 of the second switching element SW2 is larger than the current Ic1 of the first switching element SW1. In this case, the rising / falling detection circuit 22 outputs a large current identification signal to the second gate voltage setting circuit 14 and a small current identification signal to the first gate voltage setting circuit 12.

第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14は、カウンタ24から出力された発振検出信号に応じて、スイッチング素子SW1、SW2のゲート電圧Vg1、Vg2の目標値を変更することができる。例えば、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14は、カウンタ24から発振検出信号を受信するとともに、立上り立下り検出回路22から大電流特定信号を受信しているときに、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値を低下させることができる。これに加えて、又は代えて、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14は、カウンタ24から発振検出信号を受信するとともに、立上り立下り検出回路22から小電流特定信号を受信しているときに、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値を上昇させることができる。   The first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14 can change the target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 of the switching elements SW1 and SW2 according to the oscillation detection signal output from the counter 24. . For example, when the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14 receive the oscillation detection signal from the counter 24 and the large current specifying signal from the rising / falling detection circuit 22, The target values of the voltages Vg1 and Vg2 can be reduced. In addition to or instead of this, the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14 receive the oscillation detection signal from the counter 24 and the small current specifying signal from the rising / falling detection circuit 22. The target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 can be increased during the operation.

以上、制御装置10の構成について説明した。以下、制御装置10の動作及び作用効果について説明する。図2は、制御装置10の動作の流れを示すフローチャートである。先ず、制御装置10は通常動作を実行する(ステップS12)。この通常動作では、駆動回路16が、コントローラ30からの駆動指令に基づいて、二つのスイッチング素子SW1、SW2のスイッチングを実施する。この駆動指令は、例えばパルス幅変調制御に基づくものであってよい。前述したように、二つのスイッチング素子SW1、SW2がターンオンされるときは、各スイッチング素子SW1、SW2のゲート電圧Vg1、Vg2が、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14によって設定された目標値まで上昇するように、それぞれ調節される。   The configuration of the control device 10 has been described above. Hereinafter, the operation and effect of the control device 10 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing a flow of operations of the control device 10. First, the control device 10 executes a normal operation (step S12). In this normal operation, the drive circuit 16 switches the two switching elements SW1 and SW2 based on the drive command from the controller 30. This drive command may be based on pulse width modulation control, for example. As described above, when the two switching elements SW1 and SW2 are turned on, the gate voltages Vg1 and Vg2 of the respective switching elements SW1 and SW2 are set by the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14. Each is adjusted so as to rise to the set target value.

図3(A)、(B)に示すように、並列に接続された二つのスイッチング素子SW1、SW2を同時にスイッチングしたときに、各スイッチング素子SW1、SW2に流れる電流Ic1、Ic2が逆位相で強く振動(発振)することがある。このような現象は、ゲート電圧Vg1、Vg2の寄生発振によるものであり、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れる電流Ic1、Ic2のアンバランスによって誘発される。このようなスイッチング素子SW1、SW2の発振は、無用なエネルギーの浪費につながるとともに、スイッチング素子SW1、SW2の発振を放置したままでは、スイッチング素子SW1、SW2を故障させるおそれがある。   As shown in FIGS. 3A and 3B, when two switching elements SW1 and SW2 connected in parallel are simultaneously switched, the currents Ic1 and Ic2 flowing through the respective switching elements SW1 and SW2 are strongly in antiphase. May vibrate (oscillate). Such a phenomenon is due to parasitic oscillation of the gate voltages Vg1 and Vg2, and is induced by the imbalance of the currents Ic1 and Ic2 flowing through the two switching elements SW1 and SW2. Such oscillations of the switching elements SW1 and SW2 lead to unnecessary waste of energy, and there is a possibility that the switching elements SW1 and SW2 may fail if the oscillations of the switching elements SW1 and SW2 are left unattended.

上記の点に関して、本実施例の制御装置10では、スイッチング素子SW1、SW2の間で発振が生じると、図3(C)に示すように、差動回路20から出力される差分電圧ΔVeが激しく振動する。差分電圧ΔVeに生じた振動は、立上り立下り検出回路22によって検出される(S14でYES)。前述したように、立上り立下り検出回路22は、差分電圧ΔVeに振動が生じると(図中の時刻T1)、差分電圧ΔVeの振動開始時の符号(正/負)に応じて、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14へ、大電流特定信号と小電流特定信号を出力する。図3(C)に示す例では、差分電圧ΔVeが負であることから、第1ゲート電圧設定回路12に小電流特定信号が出力され、第2ゲート電圧設定回路14に大電流特定信号が出力される。小電流特定信号及び大電流特定信号は、それぞれ第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14において一時的に記憶される(図2のS16)。   With regard to the above point, in the control device 10 of the present embodiment, when oscillation occurs between the switching elements SW1 and SW2, the differential voltage ΔVe output from the differential circuit 20 becomes severe as shown in FIG. Vibrate. The vibration generated in the differential voltage ΔVe is detected by the rising / falling detection circuit 22 (YES in S14). As described above, when the differential voltage ΔVe oscillates (time T1 in the figure), the rising / falling detection circuit 22 causes the first gate to respond to the sign (positive / negative) of the oscillation of the differential voltage ΔVe. The large current specifying signal and the small current specifying signal are output to the voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14. In the example shown in FIG. 3C, since the differential voltage ΔVe is negative, the small current specifying signal is output to the first gate voltage setting circuit 12 and the large current specifying signal is output to the second gate voltage setting circuit 14. To be done. The small current specifying signal and the large current specifying signal are temporarily stored in the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14, respectively (S16 in FIG. 2).

差分電圧ΔVeに振動が生じている間、立上り立下り検出回路22からカウンタ24へ、エッジ検出信号が出力される。前述したように、カウンタ24は、所定回数のエッジ検出信号を受信すると、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14へ発振検出信号を出力する。即ち、差分電圧ΔVeに所定回数の振動が生じたときに、二つのスイッチング素子SW1、SW2の間で発振が生じたとして、カウンタ24から発振検出信号が出力される(図2のS18、図3の時刻T2)。   While the difference voltage ΔVe is vibrating, the rising / falling detection circuit 22 outputs the edge detection signal to the counter 24. As described above, the counter 24 outputs the oscillation detection signal to the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14 when receiving the edge detection signal a predetermined number of times. That is, when the difference voltage ΔVe vibrates a predetermined number of times, it is determined that oscillation occurs between the two switching elements SW1 and SW2, and the oscillation detection signal is output from the counter 24 (S18 in FIG. 2 and FIG. 3). Time T2).

カウンタ24から発振検出信号が出力されると、第1ゲート電圧設定回路12及び第2ゲート電圧設定回路14の少なくとも一方において、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値が変更される。図3(C)に示す例では、例えば大電流特定信号を受信して記憶している第2ゲート電圧設定回路14において、第2スイッチング素子SW2のゲート電圧Vg2の目標値が、低下するように変更される。これに加えて、又は代えて、小電流特定信号を受信して記憶している第1ゲート電圧設定回路12では、第1スイッチング素子SW1のゲート電圧Vg1の目標値が、上昇するように変更される。その後、通常動作(図2のS12)へ戻る。これにより、次回のスイッチングから、二つのスイッチング素子SW1、SW2の間で電流Ic1、Ic2のアンバランスが低減され、スイッチング素子SW1、SW2の発振を抑制することができる。これらの目標値を変更するときの幅や割合は特に限定されず、例えば試験や計算に基づいて適宜設定するとよい。   When the oscillation detection signal is output from the counter 24, the target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 are changed in at least one of the first gate voltage setting circuit 12 and the second gate voltage setting circuit 14. In the example shown in FIG. 3C, for example, in the second gate voltage setting circuit 14 that receives and stores the large current specifying signal, the target value of the gate voltage Vg2 of the second switching element SW2 is lowered. Be changed. In addition to or instead of this, in the first gate voltage setting circuit 12 that receives and stores the small current specifying signal, the target value of the gate voltage Vg1 of the first switching element SW1 is changed so as to increase. It After that, the operation returns to the normal operation (S12 in FIG. 2). Accordingly, the imbalance of the currents Ic1 and Ic2 between the two switching elements SW1 and SW2 is reduced from the next switching, and the oscillation of the switching elements SW1 and SW2 can be suppressed. The range and ratio when changing these target values are not particularly limited, and may be appropriately set based on, for example, tests and calculations.

以上のように、並列に接続された二つのスイッチング素子SW1、SW2を有する電力制御回路PCでは、二つのスイッチング素子SW1、SW2のスイッチング時に、それらに流れる電流Ic1、Ic2のアンバランスに起因して、スイッチング素子SW1、SW2の間で発振が生じることがある。このような場合に、本実施例の制御装置10では、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れる電流Ic1、Ic2のアンバランスが解消されるように、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値が変更される。これにより、スイッチング素子SW1、SW2の発振が早期に抑制され、エネルギーの浪費やスイッチング素子SW1、SW2の故障を避けることができる。   As described above, in the power control circuit PC having the two switching elements SW1 and SW2 connected in parallel, when switching the two switching elements SW1 and SW2, due to the imbalance of the currents Ic1 and Ic2 flowing through them, Oscillation may occur between the switching elements SW1 and SW2. In such a case, in the control device 10 of the present embodiment, the target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 are changed so that the imbalance of the currents Ic1 and Ic2 flowing through the two switching elements SW1 and SW2 is eliminated. . As a result, the oscillations of the switching elements SW1 and SW2 are suppressed at an early stage, and waste of energy and failure of the switching elements SW1 and SW2 can be avoided.

本実施例の制御装置10では、二つのスイッチング素子SW1、SW2に流れる電流Ic1、Ic2の差分(ここでは、差分電圧ΔVe)を監視することによって、スイッチング素子SW1、SW2に生じた発振を検出する。このような構成によると、電流Ic1、Ic2の大きさによらず、スイッチング素子SW1、SW2の発振をより確実に検出することができ、早期の対策(ここでは、ゲート電圧Vg1、Vg2の目標値の変更)を図ることができる。   In the control device 10 of this embodiment, the oscillation generated in the switching elements SW1 and SW2 is detected by monitoring the difference (here, the difference voltage ΔVe) between the currents Ic1 and Ic2 flowing in the two switching elements SW1 and SW2. . With such a configuration, the oscillations of the switching elements SW1 and SW2 can be detected more reliably regardless of the magnitudes of the currents Ic1 and Ic2, and early countermeasures (here, the target values of the gate voltages Vg1 and Vg2 are set). Can be changed).

また、本実施例の制御装置10は、差分電圧ΔVeの振動回数に基づいて、スイッチング素子SW1、SW2の発振の有無を判定することから、電流Ic1、Ic2の大きさに基づいて発振を判定する方式と比較して、電流Ic1、Ic2が比較的に小さい段階(例えば、定格電流の範囲内)で、発振を早期に検出することができる。そして、発振がより確実に抑制されることから、例えばゲートG1、G2と駆動回路16との間に介挿するゲート抵抗(図示省略)の抵抗値を比較的に小さくすることによって、スイッチング素子SW1、SW2のスイッチングに伴う損失のさらなる低減を図ることもできる。   Further, the control device 10 of the present embodiment determines whether or not the switching elements SW1 and SW2 are oscillating based on the number of oscillations of the differential voltage ΔVe, and thus determines the oscillation based on the magnitudes of the currents Ic1 and Ic2. Oscillation can be detected earlier at a stage where the currents Ic1 and Ic2 are relatively small (for example, within the range of the rated current) compared to the method. Then, since the oscillation is suppressed more reliably, for example, by making the resistance value of the gate resistance (not shown) interposed between the gates G1 and G2 and the drive circuit 16 relatively small, the switching element SW1 , SW2 switching loss can be further reduced.

以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present technology have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. The technique illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving the one purpose among them has technical utility.

10:制御装置
12:第1ゲート電圧設定回路
14:第2ゲート電圧設定回路
16:駆動回路
18:電流検出回路
20:差動回路
22:立上り立下り検出回路
24:カウンタ
30:コントローラ
C1、C2:コレクタ
E1、E2:エミッタ
ES1、ES2:センス端子
G1、G2:ゲート
Ic1、Ic2:コレクタ電流(電流)
Is1、Is2:センス電流
PC:電力制御回路
SW1、SW2:スイッチング素子
Vce1、Vce2:コレクタ−エミッタ間電圧
Vg1、Vg2:ゲート電圧
Vs1、Vs2:センス電圧
ΔVe:差分電圧
10: control device 12: first gate voltage setting circuit 14: second gate voltage setting circuit 16: drive circuit 18: current detection circuit 20: differential circuit 22: rising / falling detection circuit 24: counter 30: controllers C1, C2 : Collectors E1 and E2: emitters ES1 and ES2: sense terminals G1 and G2: gates Ic1 and Ic2: collector current (current)
Is1, Is2: Sense current PC: Power control circuits SW1, SW2: Switching elements Vce1, Vce2: Collector-emitter voltage Vg1, Vg2: Gate voltage Vs1, Vs2: Sense voltage ΔVe: Differential voltage

Claims (1)

並列に接続された二つのスイッチング素子を制御する制御装置であって、
前記二つのスイッチング素子の各ゲート電圧の目標値をそれぞれ設定する設定回路と、
前記二つのスイッチング素子の各ゲート電圧を、前記設定回路によって設定された前記目標値に調節することによって、前記二つのスイッチング素子をスイッチングする駆動回路と、
前記二つのスイッチング素子に流れる各電流の間の差分を検出する差分検出回路と、
記駆動回路によるスイッチング後、前記差分検出回路による検出値に生じた振動回数を計数する計数回路と、
を備え、
前記設定回路は、前記計数回路による計数値が所定回数以上となったときに、前記二つのスイッチング素子の少なくとも一方の前記ゲート電圧の前記目標値を変更する、
制御装置。
A control device for controlling two switching elements connected in parallel,
A setting circuit for setting a target value of each gate voltage of the two switching elements,
By adjusting each gate voltage of the two switching elements to the target value set by the setting circuit, a drive circuit for switching the two switching elements,
A difference detection circuit for detecting the difference between the currents flowing through the two switching elements,
After switching by pre hear dynamic circuit, a counter circuit for counting the number of vibrations occurring in the detection value by the difference detection circuit,
Equipped with
The setting circuit changes the target value of the gate voltage of at least one of the two switching elements when the count value of the counting circuit is equal to or more than a predetermined number of times,
Control device.
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