JP6973335B2 - 過電流検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、過電流検出装置に関し、詳しくは、並列に接続された複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じているのを検出する過電流検出装置に関する。

従来、パワー半導体の過電流を検出する技術としては、パワー半導体のセンス電流の検出値を過電流を判定する判定値と比較した出力をディレイ回路を介して駆動回路に帰還するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、こうしたディレイ回路（フィルタ）を用いることによってノイズを除去し、過電流の誤検出を防止している。

また、並列接続された２つのパワー半導体のセンス電流をその平均値と比較するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術では、平均値より大きなセンス電流のパワー半導体に過電流が生じていると特定している。

特開平０３−４０５１７号公報 特開２００２−１４２４４４号公報

しかしながら、前者の技術（特許文献１の技術）では、パワー半導体を複数並列に駆動させる場合には、いずれかのパワー半導体に過電流が生じたときに誤検出を生じる場合がある。パワー半導体を並列接続すると、並列接続による構成に起因する寄生パラメータによりセンス電流にアンバランスが生じる。この電流アンバランスは、検出精度の悪化を招き、いずれかのパワー半導体に過電流が生じたときに誤検出を生じさせてしまう。

後者の技術（特許文献２の技術）では、センス電流と平均値との比較により判定しているから、単に大きなセンス電流のパワー半導体を特定することができるに過ぎず、そのパワーは半導体に過電流が生じているか否かを正確に判定することは困難となる。

本発明の過電流検出装置は、並列に接続された複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じているのを精度良く検出することを主目的とする。

本発明の過電流検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の過電流検出装置は、
並列に接続された複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じているのを検出する過電流検出装置であって、
前記複数のパワー半導体のセンス電流を第１閾値と比較し、該第１閾値より大きいセンス電流のパワー半導体を検出する検出回路と、
前記複数のパワー半導体のセンス電流の平均値を前記第１閾値より大きな第２閾値と比較し、前記平均値が前記第２閾値より大きいときに前記複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じていると判定する判定回路と、
前記検出回路による検出結果と前記判定回路による判定結果とに基づいて過電流が生じているパワー半導体を特定する特定回路と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の過電流検出装置では、検出回路により、並列に接続された複数のパワー半導体のセンス電流を第１閾値と比較し、第１閾値より大きいセンス電流のパワー半導体を検出する。また、判定回路により、複数のパワー半導体のセンス電流の平均値を第１閾値より大きな第２閾値と比較し、平均値が第２閾値より大きいときに複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じていると判定する。そして、特定回路により、検出回路による検出結果と判定回路による判定結果とに基づいて過電流が生じているパワー半導体を特定する。即ち、判定回路により各パワー半導体のいずれかに過電流が生じていると判定したときに検出回路により検出された第１閾値より大きいセンス電流のパワー半導体に過電流が生じていると特定するのである。これにより、並列に接続された複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じているのを精度良く検出することができる。

こうした本発明の過電流検出装置において、前記過電流判定回路の出力を遅延して前記特定回路に入力する遅延回路を備えるものとしてもよい。また、前記過電流判定回路は各パワー半導体のセンス電流の平均値を遅延して前記第２閾値と比較する遅延回路を備えるものとしてもよい。これらのように遅延回路（フィルタ）を用いることにより、ノイズによる誤検出を抑制することができる。

また、本発明の過電流検出装置において、各パワー半導体のセンス電流が前記第２閾値より大きな第３閾値より大きいときに該第３閾値より大きいセンス電流に対応するパワー半導体に短絡が生じていると検出する短絡検出回路を備えるものとしてもよい。こうすれば、パワー半導体の短絡を検出することができる。この場合、短絡検出回路の出力を遅延する遅延回路を備えるものとしてもよい。こうすれば、短絡検出におけるノイズによる誤検出を抑制することができる。

本発明の一実施例としての過電流検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の過電流検出装置１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例の過電流検出装置２２０の構成の概略を示す構成図である。

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。

図１は、本発明の一実施例としての過電流検出装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の過電流検出装置２０は、図示するように、駆動／遮断切り替え回路１０により駆動や遮断が行なわれる並列接続されたパワー半導体Ｑ１，Ｑ２（例えば、ＩＧＢＴなど）のいずれかに過電流の発生を検出して駆動／遮断切り替え回路１０に出力する回路として構成されている。実施例の過電流検出装置２０は、検出回路３０と、平均値回路４０と、判定回路５０と、遅延回路６０と、特定回路７０とを備える。なお、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のコレクタ電流（センス電流）は、図示するように、センス電流線が抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して接地されていることにより、電圧として検出することができるようになっている。以下、このセンス電流を反映する電圧をセンス信号と称する。実施例では、抵抗Ｒ１，Ｒ２は同一の値とした。

検出回路３０は、第１比較器３２と、第２比較器３４とを備える。第１比較器３２のマイナス側入力端子にはパワー半導体Ｑ１からのセンス信号が入力されており、プラス側入力端子には基準電位Ｖ１が入力されている。第１比較器３２は、パワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きいときにＨｉ信号を出力し、逆にパワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ１より小さいときにＬｏｗ信号を出力する。基準電位Ｖ１は、パワー半導体Ｑ１のコレクタ電流の通常範囲の上限電流より若干大きな電流が流れたときのセンス信号に相当する電位として設定されている。このため、第１比較器３２からＨｉ信号が出力されたときには、パワー半導体Ｑ１に過電流が発生している可能性があると判断することができる。第２比較器３４のマイナス側入力端子にはパワー半導体Ｑ２からのセンス信号が入力されており、プラス側入力端子には基準電位Ｖ１が入力されている。第２比較器３４は、パワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きいときにＨｉ信号を出力し、逆にパワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ１より小さいときにＬｏｗ信号を出力する。第２比較器３４からＨｉ信号が出力されたときには、パワー半導体Ｑ２に過電流が発生している可能性があると判断することができる。

平均値回路４０は、比較器４２と、反転器４４と、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とを備える。比較器４４のマイナス側入力端子には、パワー半導体Ｑ１からのセンス信号が抵抗Ｒ３を介して入力されていると共にパワー半導体Ｑ２からのセンス信号が抵抗Ｒ４を介して入力されている。また、比較器４４のプラス側入力端子には仮想接地が接続されている。比較器４４の出力端子は、抵抗Ｒ５を介してマイナス側入力端子が接続されている。こうした負帰還回路によりマイナス側入力端子とプラス側入力端子との電位は等しく、仮想接地により０Ｖとなる。このため、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とに流れる電流を加算した電流が抵抗Ｒ５に流れる。実施例では、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４とを等しい値とし、抵抗Ｒ５を抵抗Ｒ３の半分の値とした。このため、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均の反転値が比較器４２から出力される。反転器４４は、入力した信号の符号を反転する周知の反転器として構成されており、比較器４２からの出力信号が入力されている。これらのことから、平均値回路４０からは、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が出力される。

判定回路５０は、比較器５２を備える。比較器５２のマイナス側入力端子には平均値回路４０からの出力（パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値）が入力されており、プラス側入力端子には基準電位Ｖ２が入力されている。したがって、判定回路５０からは、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より大きいときにＨｉ信号を出力し、逆にパワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より小さいときにＬｏｗ信号を出力する。基準電位Ｖ２は、基準電位Ｖ１より大きな値として設定されている。このため、比較器５２からＨｉ信号が出力されたときには、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のいずれかに過電流が発生していると判定することができる。

遅延回路６０は、入力された信号を一定時間遅延して出力する周知の回路として構成されており、判定回路５０からの出力信号が入力されている。

特定回路７０は、第１アンド回路７２と、第２アンド回路７４とを備える。第１アンド回路７２は、論理積を演算する周知のアンド回路として構成されており、検出回路５０の第１比較器３２からの出力信号と、遅延回路６０からの出力信号とが入力されている。したがって、第１アンド回路７２は、パワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きく、且つ、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より大きいときにＨｉ信号を出力する。このことから、第１アンド回路７２の出力信号がＨｉ信号のときは、パワー半導体Ｑ１に過電流が発生しているときとなる。第１アンド回路７２からの出力信号は、駆動／遮断切り替え回路１０に入力されている。

第２アンド回路７４も第１アンド回路７２と同様に、論理積を演算する周知のアンド回路として構成されており、検出回路５０の第２比較器３４からの出力信号と、遅延回路６０からの出力信号とが入力されている。したがって、第２アンド回路７４は、パワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きく、且つ、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より大きいときにＨｉ信号を出力する。このことから、第２アンド回路７４の出力信号がＨｉ信号のときは、パワー半導体Ｑ２に過電流が発生しているときとなる。第２アンド回路７４からの出力信号は、駆動／遮断切り替え回路１０に入力されている。

次に、こうして構成された実施例の過電流検出装置２０の動作について説明する。いま、パワー半導体Ｑ１に過電流が発生したときを考える。このとき、検出回路３０の第１比較器３２からＨｉ信号が出力されると共に、判定回路５０からＨｉ信号が出力される。このため、特定回路５０の第１アンド回路７２からＨｉ信号が駆動／遮断切り替え回路１０に出力される。第１アンド回路７２からＨｉ信号が出力されるときは、パワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きく、且つ、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より大きいときであるから、駆動／遮断切り替え回路１０は、パワー半導体Ｑ１に過電流が発生していると判断し、パワー半導体Ｑ１を遮断する。

次に、パワー半導体Ｑ２に過電流が発生したときを考える。このとき、検出回路３０の第２比較器３４からＨｉ信号が出力されると共に、判定回路５０からＨｉ信号が出力される。このため、特定回路５０の第２アンド回路７４からＨｉ信号が駆動／遮断切り替え回路１０に出力される。第２アンド回路７４からＨｉ信号が出力されるときは、パワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ１より大きく、且つ、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２からのセンス信号（電圧）の平均値が基準電位Ｖ２より大きいときであるから、駆動／遮断切り替え回路１０は、パワー半導体Ｑ２に過電流が発生していると判断し、パワー半導体Ｑ１を遮断する。

以上説明した実施例の過電流検出装置２０では、検出回路３０によりパワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうち過電流が発生している可能性のあるパワー半導体を検出し、平均値回路４０と判定回路５０とによりパワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに過電流が発生しているのを判定する。そして、特定回路７０により検出回路３０の検出結果と平均値回路４０および判定回路５０による判定結果とに基づいて過電流の発生と過電流が発生しているパワー半導体とを特定する。これにより、並列に接続されたパワー半導体Ｑ１，Ｑ２のいずれかに過電流が生じているのを精度良く検出することができる。遅延回路６０により判定回路５０の出力信号を遅延して特定回路７０の第１アンド回路７２および第２アンド回路７４に入力するから、ノイズにより一時的に判定回路７０によりパワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに過電流が発生しているとする誤検出を抑制することができる。

実施例の過電流検出装置２０では、判定回路５０の出力信号を遅延して特定回路７０に入力するように判定回路５０の後段に遅延回路６０を設けるものとしたが、図２の変形例の過電流検出装置１２０に示すように、平均値回路４０からの出力信号を遅延して判定回路５０に入力するように平均値回路４０と判定回路５０との間に遅延回路６０を設けるものとしてもよい。なお、遅延回路６０はノイズによる誤検出を抑制するために設けているものであるから、ノイズによる誤検出が生じない場合には不要である。

実施例の過電流検出装置２０では、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに過電流が発生しているのを過電流が発生しているのを精度良く検出するものとして構成したが、図３の変形例の過電流検出装置２２０に示すように、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに短絡が生じているのを検出する短絡検出回路８０を備えるものとしてもよい。

短絡検出回路８０は、第１比較器８２と、第２比較器８４とを備える。第１比較器８２のマイナス側入力端子にはパワー半導体Ｑ１からのセンス信号が入力されており、プラス側入力端子には基準電位Ｖ３が入力されている。第１比較器８２は、パワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ３より大きいときにＨｉ信号を出力し、逆にパワー半導体Ｑ１からのセンス信号が基準電位Ｖ３より小さいときにＬｏｗ信号を出力する。基準電位Ｖ３は、過電流を判定する基準電位Ｖ２より大きな電位として設定されている。このため、第１比較器８２からＨｉ信号が出力されたときには、パワー半導体Ｑ１に短絡が発生していると判断することができる。第１比較器８２からの出力信号は遅延回路８６（ノイズ除去フィルタ）を介して駆動／遮断切り替え回路１０に入力されている。このため、駆動／遮断切り替え回路１０は、第１比較器８２からＨｉ信号を入力したときに、パワー半導体Ｑ１に短絡が発生していると判断し、これに対処することができる。

第２比較器８４のマイナス側入力端子にはパワー半導体Ｑ２からのセンス信号が入力されており、プラス側入力端子には基準電位Ｖ３が入力されている。第２比較器８４は、パワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ３より大きいときにＨｉ信号を出力し、逆にパワー半導体Ｑ２からのセンス信号が基準電位Ｖ３より小さいときにＬｏｗ信号を出力する。このため、第２比較器８４からＨｉ信号が出力されたときには、パワー半導体Ｑ２に短絡が発生していると判断することができる。第２比較器８４からの出力信号は遅延回路８８（ノイズ除去フィルタ）を介して駆動／遮断切り替え回路１０に入力されている。このため、駆動／遮断切り替え回路１０は、第２比較器８４からＨｉ信号を入力したときに、パワー半導体Ｑ２に短絡が発生していると判断し、これに対処することができる。

こうして構成された変形例の過電流検出装置２２０では、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに過電流が発生しているのを過電流が発生しているのを精度良く検出することができると共に、パワー半導体Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれかに短絡が生じているのも精度良く検出することができる。

実施例の過電流検出装置２０では、並列接続されたパワー半導体として２個のパワー半導体Ｑ１，Ｑ２を備えるものに適用して説明したが、３個以上のパワー半導体を並列接続したものに適用するものとしてもよい。この場合、検出回路は、各パワー半導体毎に比較器によりセンス信号と基準電位Ｖ１とを比較するものとし、平均値回路は、各パワー半導体のセンス信号の平均値を基準電位Ｖ２と比較するものとすればよい。なお、平均値回路は、各パワー半導体のセンス信号のうちの２つのセンス信号の各組み合わせの平均値を基準電位Ｖ２と比較し、いずれか１つの組み合わせの平均値が基準電位Ｖ２より大きいときにＨｉ信号を出力する回路としてもよい。

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。

本発明は、過電流検出装置の製造産業などに利用可能である。

１０ 駆動／遮断切り替え回路、２０，１２０，２２０ 過電流検出装置、３０ 検出回路、３２ 第１比較器、３４ 第２比較器、４０ 平均値回路、４２ 比較器、４４ 反転器、５０ 判定回路、５２ 比較器、６０ 遅延回路、７０ 特定回路、７２ 第１アンド回路、７４ 第２アンド回路、８０ 短絡検出回路、８２ 第１比較器、８４ 第２比較器、８６，８８ 遅延回路、Ｑ１，Ｑ２ パワー半導体、Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗。

Claims (1)

1. 並列に接続された複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じているのを検出する過電流検出装置であって、
   前記複数のパワー半導体のセンス電流を第１閾値と比較し、該第１閾値より大きいセンス電流のパワー半導体を検出する検出回路と、
   前記複数のパワー半導体のセンス電流の平均値を前記第１閾値より大きな第２閾値と比較し、前記平均値が前記第２閾値より大きいときに前記複数のパワー半導体のいずれかに過電流が生じていると判定する判定回路と、
   前記検出回路による検出結果と前記過電流判定回路による判定結果とに基づいて過電流が生じているパワー半導体を特定する特定回路と、
   を備える過電流検出装置。

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