JP6952641B2 - 制御回路及びパワーモジュール - Google Patents
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Description
前記正常状態は、前記パワー半導体素子の温度が第1温度値未満であり、且つ、前記パワー半導体素子に流れる電流が第1電流値未満である状態である。
前記予報状態は、前記温度が前記第1温度値以上であり前記第1温度値よりも高い第2温度値未満であるか、前記電流が前記第1電流値以上であり前記第1電流値よりも高い第2電流値未満である状態である。
前記異常温度状態は、前記温度が前記第2温度値以上である状態である。
前記異常電流状態は、前記電流が前記第2電流値以上である状態である。
以下、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。
図2は、本実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。
図3は、本実施形態に係るパワーモジュールの過熱時の動作を示すタイミングチャートである。
図4は、本実施形態に係るパワーモジュールの過電流時の動作を示すタイミングチャートである。
図5は、本実施形態における状態判別回路及びイネーブル制御回路の動作を示すフローチャートである。
初期状態において、信号DIAG1の値は「H」であり、信号DIAG2の値は「H」であり、出力停止信号SDの値は「L」である。一方、マイクロコンピュータ101はイネーブル信号ENの値を「L」とする。
先ず、正常動作時について説明する。
図1及び図3に示すように、マイクロコンピュータ101がドライバ入力信号VINを出力すると、ゲート駆動回路21がパワー半導体素子11のゲートに対して制御信号VOUTを出力する。これにより、パワー半導体素子11のドレイン電流が制御され、モータ102の動作が制御される。
次に、温度TSが予報温度値(検出)T1_1を超えた場合の動作について説明する。
図3に示すように、時刻t11において、温度TSが予報温度値(検出)T1_1を超えたとする。この場合、予報温度信号TWの値は「H」となるため、図5のステップS2からステップS4に進み、イネーブル制御回路25はイネーブル信号ENの入力を無効とする。これにより、マイクロコンピュータ101からイネーブル信号ENが入力されても、イネーブル制御回路25が状態判別回路24に対してリセット信号RESETを出力することはない。
次に、温度TSが異常温度値(検出)T2_1を超えた場合の動作について説明する。
図3に示すように、時刻t12において、温度TSが異常温度値(検出)T2_1を超えたとする。この場合、異常温度信号TEの値は「H」となるため、図5のステップS1からステップS3に進み、イネーブル制御回路25はイネーブル信号ENの入力を無効とする。また、ステップS6に示すように、状態判別回路24はパワー半導体素子11の状態を「状態3」(異常温度状態)と判定する。
パワー半導体素子11が停止すると、パワー半導体素子11がそれ以上加熱されなくなり、温度TSが低下する。時刻t13において温度TSが異常温度値(解除)T2_2未満になると、異常温度信号TEの値が「H」から「L」に変化するため、ステップS1からステップS2に進む。この時点では、温度TSは未だ予報温度値(解除)T1_2以上であるため、予報温度信号TWの値は「H」のままであり、ステップS2からステップS4に進む。そして、上述の「予報温度状態」の動作、すなわち、ステップS1→S2→S4→S7→S17→S1の動作を繰り返す。これにより、ステップS17において、信号DIAG2の値は「H」から「L」に切り替わるが、信号DIAG1の値はラッチされているため、「L」のままである。
パワー半導体素子11の温度が更に低下し、時刻t14において温度TSが予報温度値(解除)T1_2未満になると、予報温度信号TWの値が「L」に切り替わる。これにより、図5のステップS2からステップS5に進み、イネーブル制御回路25がイネーブル信号ENの入力を有効にする。
次に、電流CSが予報電流値C1を超えた場合の動作について説明する。
図4及び図2に示すように、初期状態においては、パワー半導体素子11は「状態1」(正常状態)であるとする。
次に、電流CSが異常電流値C2を超えた場合の動作について説明する。
時刻t23において、電流CSが予報電流値C1を超えており、信号DIAG2の値が「L」であるとする。その後、時刻t24において、電流CSが異常電流値C2を超えたとする。これにより、異常電流信号CEの値は「H」となる。この場合、図5のステップS9からステップS11に進み、状態判別回路24は、パワー半導体素子11が「状態4」(異常電流状態)であると判定する。
その後、マイクロコンピュータ101が所定の判断を行い、時刻t25において、イネーブル信号ENを「H」とする。これにより、ステップS8からステップS14に進み、「初期化」を行うと判断し、ステップS18に示すように、イネーブル制御回路25がリセット信号RESETの値を「H」としてラッチを解除し、ステップS23に示すように、状態判別回路24が信号DIAG1の値を「H」とし、ステップS25に示すように、状態判別回路24が出力停止信号SDの値を「L」とする。これにより、出力停止が解除され、ゲート駆動回路21が制御信号VOUTを出力可能な状態となる。
本実施形態においては、状態判別回路24が、パワー半導体素子11の状態が4つの状態のうちのいずれの状態であるかを、マイクロコンピュータ101等の外部制御機構に対して出力することができる。これにより、マイクロコンピュータ101は、パワー半導体素子11が「正常状態」(状態1)であるか、異常状態(状態3及び状態4)であるかを識別するだけでなく、「予報状態」(状態2)であることを識別することができる。
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。
図6は、本変形例に係るパワーモジュールを示すブロック図である。
図7は、本変形例におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。
図1に示すように、信号DIAG1はオープンドレイントランジスタN1のドレインに接続されているため、オープンドレイントランジスタN1がオン状態になると、信号DIAG1は接地電位となる。このため、図6に示すように、制御回路20a及び20bのうち、いずれか一方の信号DIAG1の値が「L」になると、入力端子IN1の電位は「L」となる。図7に示すように、本変形例においては、マイクロコンピュータ101は、以下の規則に従って、パワー半導体素子11の状態を判断する。
本変形例によれば、信号DIAG1の入力端子を共通化することにより、信号DIAG1の入力端子をパワーモジュール毎に設ける場合と比較して、配線数を低減することができる。これにより、ポート数が少ないマイクロコンピュータを選択することが可能となり、コストを低減できると共に、配線が単純化されるため、メンテナンス性が向上する。
本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
次に、第2の実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。
図9は、本実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。
図10は、本実施形態に係るパワーモジュールの動作を示すタイミングチャートである。
本実施形態における状態判別回路及びイネーブル制御回路の動作を示すフローチャートは、図5と同様である。
本実施形態において、初期状態は第1の実施形態と同様であり、信号DIAG1の値は「H」であり、信号DIAG2の値は「H」であり、出力停止信号SDの値は「L」であり、イネーブル信号ENの値は「L」である。以下、図8〜図10、図5を参照して説明する。
ANDゲート回路31には、値が「H」である信号DIAG2が入力される。また、ANDゲート回路31には外部から入力信号VSWが入力される。このため、ANDゲート回路31は、入力信号VSWと同じ値のドライバ入力信号VINをゲート駆動回路21に対して出力する。これにより、パワー半導体素子11が駆動され、モータ102が駆動される。このとき、信号DIAG1の値は「H」であるため、パルス発生手段32はイネーブル信号ENを出力しない。但し、イネーブル制御回路25はイネーブル信号ENの入力を有効としている。
時刻t31において、温度TSが予報温度値(検出)T1_1を超えたとする。この場合、温度検出回路22が予報温度信号TWの値を「H」とし、状態判別回路24が温度モニタ信号TMの値を「H」とする。これにより、図5のステップS2からステップS4に進み、イネーブル制御回路25はイネーブル信号ENの入力を無効とする。
時刻t32において温度TSが予報温度値(解除)T1_2未満になると、予報温度信号TWの値及び温度モニタ信号TMの値が「L」に戻る。これにより、ステップS2からステップS5に進み、イネーブル制御回路25がイネーブル信号ENの入力を有効にする。また、ステップS13に示すように、状態判別回路24が「状態1」(正常状態)と判定し、ステップS21に示すように、信号DIAG2の値を「H」とする。これにより、ANDゲート回路31は、入力信号VSWと同じ値のドライバ入力信号VINを、ゲート駆動回路21に対して出力し、パワー半導体素子11の駆動を再開させる。
次に、電流CSが異常電流値C2を超えた場合の動作について説明する。
例えば、短絡等の突発的な不具合により、時刻t33において、電流CSが異常電流値C2を超えたとする。この場合は、ステップS9からステップS11を経てステップS19に進み、信号DIAG2の値が「L」にラッチされる。これにより、ドライバ入力信号VINの値が「L」に固定され、パワー半導体素子11は停止する。
その後、パワー半導体素子11が冷却され、時刻t34において温度TSが予報温度値(解除)T1_2未満になると、ステップS1→S2→S5→S8→S14と進み、初期化を行う。すなわち、ステップS18に示すように、イネーブル制御回路25がリセット信号RESETを出力することによりラッチが解除され、ステップS23に示すように、信号DIAG1の値が「H」となり、パルス発生手段32はイネーブル信号ENを停止する。また、ステップS25に示すように、状態判別回路24が出力停止信号SDを「L」とする。
本実施形態によれば、マイクロコンピュータ101等の外部制御機構がなくても、パワーモジュール2が「状態1」と「状態2」を繰り返すことにより、「状態3」(異常温度状態)を回避することができる。また、パワーモジュール2は「状態4」(異常電流状態)から自律的に再起動し、「状態1」(正常状態)に復帰することができる。これにより、マイクロコンピュータが設けられていない単純なアクチュエータ、例えば、自動車のパワーシートのように、運転者の操作をそのままモータに伝えるだけのアクチュエータにも、本実施形態を適用し、パワー半導体素子11の状態を適切に管理することができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
10、10a、10b:駆動素子部
11:パワー半導体素子
11a:ゲート線
11b:電流検出線
12:ダイオード
12a:温度検出線
20、20a、20b:制御回路
21:ゲート駆動回路
22:温度検出回路
23:電流検出回路
24:状態判別回路
25:イネーブル制御回路
31:ANDゲート回路
32:パルス発生手段
101:マイクロコンピュータ
102:モータ
C1:予報電流値
C2:異常電流値
CE:異常電流信号
CS:電流
CW:予報電流信号
DIAG1、DIAG2:信号
EN:イネーブル信号
IN1〜IN3:入力端子
N1、N2:オープンドレイントランジスタ
OUT1、OUT2、OUT3:出力端子
R1〜R3:抵抗
RESET:リセット信号
SD:出力停止信号
T1:予報温度値
T1_1:予報温度値(検出)
T1_2:予報温度値(解除)
T2:異常温度値
T2_1:異常温度値(検出)
T2_2:異常温度値(解除)
TE:異常温度信号
TM:温度モニタ信号
TS:温度
TW:予報温度信号
VIN:ドライバ入力信号
VOUT:制御信号
VSW:入力信号
Claims (8)
- パワー半導体素子を制御する制御回路であって、
前記パワー半導体素子の状態が、
前記パワー半導体素子の温度が第1温度値未満であり、且つ、前記パワー半導体素子に流れる電流が第1電流値未満である正常状態、
前記温度が前記第1温度値以上であり前記第1温度値よりも高い第2温度値未満であるか、前記電流が前記第1電流値以上であり前記第1電流値よりも高い第2電流値未満である予報状態、
前記温度が前記第2温度値以上である異常温度状態、又は、
前記電流が前記第2電流値以上である異常電流状態
のうち、いずれの状態であるかを表す信号を出力する制御回路。 - 前記パワー半導体素子の状態が、前記異常温度状態、又は、前記異常電流状態であるときに、前記パワー半導体素子の駆動を停止し、
外部からイネーブル信号が入力され、且つ、前記温度が所定の温度未満となったときに、前記パワー半導体素子の駆動を再開させる請求項1記載の制御回路。 - 外部から入力された駆動信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するゲート駆動回路と、
前記パワー半導体素子の温度を表す信号が入力され、前記温度が前記第1温度値以上であるか否かを表す第1温度信号、及び、前記温度が前記第2温度値以上であるか否かを表す第2温度信号を出力する温度検出回路と、
前記パワー半導体素子に流れる電流を表す信号が入力され、前記電流が前記第1電流値以上であるか否かを表す第1電流信号、及び、前記電流が前記第2電流値以上であるか否かを表す第2電流信号を出力する電流検出回路と、
前記第1温度信号、前記第2温度信号、前記第1電流信号、及び、前記第2電流信号に基づいて、前記正常状態、前記予報状態、前記異常温度状態、及び、前記異常電流状態を区別する2値の第1信号及び2値の第2信号を出力すると共に、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態又は前記異常電流状態であるときに、前記ゲート駆動回路を停止させる状態判別回路と、
を備えた請求項1または2に記載の制御回路。 - 前記第1信号の値は、前記パワー半導体素子の状態が前記正常状態又は前記予報状態であるときと、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態又は前記異常電流状態であるときとで異なり、
前記第2信号の値は、前記パワー半導体素子の状態が前記正常状態又は前記異常温度状態であるときと、前記パワー半導体素子の状態が前記予報状態又は前記異常電流状態であるときとで異なる
請求項3記載の制御回路。 - イネーブル信号に基づいて、前記状態判別回路に対してリセット信号を出力するイネーブル制御回路をさらに備え、
前記状態判別回路は、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態であるときは前記第2信号の値をラッチせず、前記パワー半導体素子の状態が前記異常電流状態であるときは前記第2信号の値をラッチし、前記リセット信号が入力されたときに前記ラッチを解除する請求項4記載の制御回路。 - 請求項5記載の制御回路と、
前記駆動信号及び前記第2信号の論理積を前記ゲート駆動回路に対して出力するANDゲート回路と、
前記第1信号に基づいて前記イネーブル信号としてパルス信号を出力するパルス発生手段と、
を備えたパワーモジュール。 - 請求項5記載の制御回路と、
前記パワー半導体素子と、
前記駆動信号及び前記第2信号の論理積を前記ゲート駆動回路に対して出力するANDゲート回路と、
前記第1信号に基づいて前記イネーブル信号としてパルス信号を出力するパルス発生手段と、
を備えたパワーモジュール。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の制御回路と、
前記パワー半導体素子と、
を備えたパワーモジュール。
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