JP6988734B2 - 制御回路 - Google Patents

Description

本明細書に記載の開示は、ＭＯＳＦＥＴの駆動を制御する制御回路に関するものである。

非特許文献１に示されるように、トランジスタの駆動を制御するゲートドライバが知られている。ゲートドライバはトランジスタのゲート電極と負電源（グランド）との接続を制御するためのスイッチを３つ有している。

"絶縁素子内蔵ゲートドライバシリーズ 絶縁電圧２５００Ｖｒｍｓ 電源内蔵絶縁素子内蔵１ｃｈ ゲートドライバ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成３０年４月２３日、［平成３０年５月３０日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：https://www.rohm.co.jp/datasheet/BM60054AFV-C/bm60054afv-c-j〉

非特許文献１に記載の構成では、スイッチの数が多く、体格の増大、という問題がある。

そこで本明細書に記載の開示物は、体格の増大の抑制された制御回路を提供することを目的とする。

開示の１つは、主としてワイドギャップ半導体から成るＭＯＳＦＥＴ（３５０）の駆動を制御する制御回路（６００）であって、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極（３５０ｃ）に蓄積された電荷を基準電位に引き抜くオフ回路（５０７）を有し、オフ回路は、ゲート電極と基準電位とを接続する第１配線（５４０，５５１）に設けられたオフ抵抗（５５３）および第１オフスイッチ（５５４）と、ゲート電極と基準電位とを接続する第２配線（５４０，５５２）に設けられた第２オフスイッチ（５５５）と、第１オフスイッチと第２オフスイッチの駆動を制御する制御部（５０２）と、ＭＯＳＦＥＴの通電状態を検出するセンサ（３５２）と、を有し、制御部は、通電状態に異常が生じていない場合、第１オフスイッチをオン状態にし、通電状態に異常が生じている場合、第１オフスイッチと第２オフスイッチとのうちの第２オフスイッチのみをオン状態にするように構成されている制御回路である。

このように本開示ではゲート電極（３５０ｃ）と基準電位とを接続するスイッチの数が少なくなっている。これにより制御回路（６００）の体格の増大が抑制される。

なお、本開示の制御回路（６００）の場合、ゲート電極（３５０ｃ）に電荷が溜まっている状態で第２オフスイッチ（５５５）を開状態から閉状態に遷移させると、ＭＯＳＦＥＴ（３５０）に瞬間的なサージ電圧が発生する虞がある。しかしながらＭＯＳＦＥＴ（３５０）は例えばＩＧＢＴと比べてアバランシェ耐量が高い性質を有する。ＭＯＳＦＥＴ（３５０）は主としてワイドギャップ半導体から成るために高耐量でもある。そのためにサージ電圧がＭＯＳＦＥＴ（３５０）に発生したとしても、ＭＯＳＦＥＴ（３５０）に損傷が生じることが抑制されている。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

車載システムを説明するための回路図である。 開閉部とゲートドライバを説明するための回路図である。 車載システムの変形例を示す回路図である。

以下、実施形態を図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
＜車載システム＞
先ず、図１に基づいて車載システム１００を説明する。この車載システム１００は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム１００は、バッテリ２００、電力変換器３００、および、モータ４００を有する。

また車載システム１００は複数のＥＣＵを有する。図１ではこれら複数のＥＣＵの代表として、電池ＥＣＵ５０１とＭＧＥＣＵ５０２を図示している。これら複数のＥＣＵはバス配線５００を介して相互に信号を送受信している。複数のＥＣＵは協調して電気自動車を制御している。複数のＥＣＵの制御により、バッテリ２００のＳＯＣに応じたモータ４００の回生と力行が制御される。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＥＣＵはelectronic control unitの略である。

なお、ＥＣＵは、少なくとも１つの演算処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムおよびデータを記憶する記憶媒体としての少なくとも１つのメモリ装置（ＭＭＲ）と、を有する。ＥＣＵはコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体はコンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。記憶媒体は半導体メモリまたは磁気ディスクなどによって提供され得る。以下、車載システム１００の構成要素を個別に概説する。

バッテリ２００は複数の二次電池を有する。これら複数の二次電池は直列接続された電池スタックを構成している。この電池スタックのＳＯＣがバッテリ２００のＳＯＣに相当する。二次電池としてはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、および、有機ラジカル電池などを採用することができる。

電力変換器３００はバッテリ２００とモータ４００との間の電力変換を行う。電力変換器３００はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルの交流電力に変換する。電力変換器３００はモータ４００の発電（回生）によって生成された交流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルの直流電力に変換する。電力変換器３００については後で詳説する。

モータ４００は図示しない電気自動車の出力軸に連結されている。モータ４００の回転エネルギーは出力軸を介して電気自動車の走行輪に伝達される。逆に、走行輪の回転エネルギーは出力軸を介してモータ４００に伝達される。

モータ４００は電力変換器３００から供給される交流電力によって力行する。これにより走行輪への推進力の付与が成される。またモータ４００は走行輪から伝達される回転エネルギーによって回生する。この回生によって発生した交流電力は、電力変換器３００によって直流電力に変換されるとともに降圧される。この直流電力がバッテリ２００に供給される。また直流電力は電気自動車に搭載された各種電気負荷にも供給される。

＜電力変換器＞
次に電力変換器３００を説明する。電力変換器３００はコンバータ３１０とインバータ３２０を備えている。コンバータ３１０はバッテリ２００の直流電力をモータ４００の力行に適した電圧レベルに昇圧する。インバータ３２０はこの直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ４００に供給される。またインバータ３２０はモータ４００で生成された交流電力を直流電力に変換する。コンバータ３１０はこの直流電力をバッテリ２００の充電に適した電圧レベルに降圧する。

図１に示すようにコンバータ３１０は第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２を介してバッテリ２００と電気的に接続されている。コンバータ３１０は第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４を介してインバータ３２０と電気的に接続されている。

第１電力ライン３０１はバッテリ２００の正極に接続されている。第２電力ライン３０２はバッテリ２００の負極に接続されている。これら第１電力ライン３０１と第２電力ライン３０２に第１平滑コンデンサ３０５が接続されている。第１平滑コンデンサ３０５の有する２つの電極のうちの一方が第１電力ライン３０１に接続され、他方が第２電力ライン３０２に接続されている。

第３電力ライン３０３は後述のハイサイド開閉部３１１と接続されている。第４電力ライン３０４は第２電力ライン３０２と接続されている。これら第３電力ライン３０３と第４電力ライン３０４に第２平滑コンデンサ３０６が接続されている。第２平滑コンデンサ３０６の有する２つの電極のうちの一方が第３電力ライン３０３に接続され、他方が第４電力ライン３０４に接続されている。

インバータ３２０はＵ相バスバー３３１〜Ｗ相バスバー３３３を介してモータ４００のＵ相ステータコイル４０１〜Ｗ相ステータコイル４０３と電気的に接続されている。

＜コンバータ＞
コンバータ３１０は、ハイサイド開閉部３１１、ローサイド開閉部３１２、および、リアクトル３１３を有する。これらハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は、後で詳説するように、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴを有する。パワーＭＯＳＦＥＴは寄生ダイオードを有する。

図１に示すようにハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２は第３電力ライン３０３から第２電力ライン３０２（第４電力ライン３０４）に向かって順に直列接続されている。そしてハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２との間の中点に第１電力ライン３０１が接続されている。第１電力ライン３０１にリアクトル３１３が設けられている。これによりリアクトル３１３はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２との間の中点とバッテリ２００の正極とに接続されている。

コンバータ３１０のハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２はＭＧＥＣＵ５０２によって開閉制御される。ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号を生成し、それをゲートドライバ５０３に出力する。ゲートドライバ５０３は制御信号を増幅して開閉部の備えるＭＯＳＦＥＴのゲート電極に出力する。これによりＭＧＥＣＵ５０２はコンバータ３１０に入力される直流電力の電圧レベルを昇降圧する。

ＭＧＥＣＵ５０２は制御信号としてパルス信号を生成している。ＭＧＥＣＵ５０２はこのパルス信号のオンデューティ比と周波数を調整することで直流電力の昇降圧レベルを調整している。このようにＭＧＥＣＵ５０２はコンバータ３１０をＰＷＭ制御している。昇降圧レベルはモータ４００の目標トルクとバッテリ２００のＳＯＣに応じて決定される。

バッテリ２００の直流電力を昇圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はハイサイド開閉部３１１とローサイド開閉部３１２それぞれを交互に開閉する。これとは反対にインバータ３２０から供給された直流電力を降圧する場合、ＭＧＥＣＵ５０２はローサイド開閉部３１２に出力する制御信号をローレベルに固定する。それとともにＭＧＥＣＵ５０２はハイサイド開閉部３１１に出力する制御信号をハイレベルとローレベルに順次切り換える。

＜インバータ＞
インバータ３２０は第１開閉部３２１〜第６開閉部３２６を有する。第１開閉部３２１〜第６開閉部３２６は、コンバータ３１０の開閉部と同様にして、Ｎチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴを有する。このパワーＭＯＳＦＥＴも寄生ダイオードを有する。

第１開閉部３２１と第２開閉部３２２は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第１開閉部３２１と第２開閉部３２２によってＵ相レグが構成されている。第１開閉部３２１と第２開閉部３２２との間の中点にＵ相バスバー３３１の一端が接続されている。Ｕ相バスバー３３１の他端がモータ４００のＵ相ステータコイル４０１と接続されている。

第３開閉部３２３と第４開閉部３２４は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第３開閉部３２３と第４開閉部３２４によってＶ相レグが構成されている。第３開閉部３２３と第４開閉部３２４との間の中点にＶ相バスバー３３２の一端が接続されている。Ｖ相バスバー３３２の他端がモータ４００のＶ相ステータコイル４０２と接続されている。

第５開閉部３２５と第６開閉部３２６は第３電力ライン３０３から第４電力ライン３０４へ向かって順に直列接続されている。第５開閉部３２５と第６開閉部３２６によってＷ相レグが構成されている。第５開閉部３２５と第６開閉部３２６との間の中点にＷ相バスバー３３３の一端が接続されている。Ｗ相バスバー３３３の他端がモータ４００のＷ相ステータコイル４０３と接続されている。

以上に示したようにインバータ３２０はモータ４００のＵ相ステータコイル４０１〜Ｗ相ステータコイル４０３それぞれに対応する３相のレグを有する。これら３相のレグを構成する第１開閉部３２１〜第６開閉部３２６のゲート電極に、ゲートドライバ５０３によって増幅されたＭＧＥＣＵ５０２の制御信号が入力される。

モータ４００を力行する場合、ＭＧＥＣＵ５０２からの制御信号の出力によって第１開閉部３２１〜第６開閉部３２６がＰＷＭ制御される。これによりインバータ３２０で３相交流が生成される。モータ４００が発電（回生）する場合、ＭＧＥＣＵ５０２は例えば制御信号の出力を停止する。これによりモータ４００の発電によって生成された交流電力が開閉部の有するダイオードを通る。この結果、交流電力が直流電力に変換される。

＜開閉部＞
次に、図２に基づいて開閉部を説明する。図２には、電力変換器３００を構成する８つの開閉部のうちの代表として、第２開閉部３２２を示している。他の開閉部の構成は第２開閉部３２２の構成と同等である。そのためにその説明を省略する。

第２開閉部３２２はＭＯＳＦＥＴ３５０を有する。ＭＯＳＦＥＴ３５０は主としてワイドギャップ半導体で製造される。本実施形態ではＭＯＳＦＥＴ３５０は主としてＳｉＣで製造される。

ＭＯＳＦＥＴ３５０は、半導体チップに形成された数千個のトランジスタが連結されてなるパワートランジスタである。この数千個のトランジスタは、電力変換器３００を流れる電流を制御する役割を果たす第１トランジスタと、流れる電流を検出する役割を果たす第２トランジスタと、に種別される。

第１トランジスタに流れる電流と第２トランジスタに流れる電流の比は、およそ８０００対１である。そのために第２トランジスタに流れる電流の量は微量となっている。

ＭＯＳＦＥＴ３５０は、ドレイン電極３５０ａ、ソース電極３５０ｂ、ゲート電極３５０ｃ、および、センサ電極３５０ｄを有する。これら４つの電極のうち、ドレイン電極３５０ａとゲート電極３５０ｃが第１トランジスタと第２トランジスタで共有となっている。これに対して、ソース電極３５０ｂとセンサ電極３５０ｄが第１トランジスタと第２トランジスタで分けられている。第１トランジスタがソース電極３５０ｂを有する。第２トランジスタがセンサ電極３５０ｄを有する。このセンサ電極３５０ｄに流れる電流の量が、ソース電極３５０ｂに流れる電流に比べて微量となっている。その比が１：８０００となっている。以下においてはこの比をセンサ比と示す。ＭＧＥＣＵ５０２はこのセンサ比を記憶している。

図２に示すようにＭＯＳＦＥＴ３５０は寄生ダイオード３５１を有する。この寄生ダイオード３５１のカソード電極がドレイン電極３５０ａに接続されている。寄生ダイオード３５１のアノード電極がソース電極３５０ｂに接続されている。これによって寄生ダイオード３５１はＭＯＳＦＥＴ３５０に逆並列接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ３５０のセンサ電極３５０ｄはセンサ抵抗３５２を介してグランドに接続されている。このためにセンサ抵抗３５２には、センサ電極３５０ｄからグランドに向かって微量な電流が流れる。この微量な電流は、ＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン−ソース間を流れる電流（ドレイン電流）に依存する。

センサ抵抗３５２に微量な電流が流動することによって、センサ抵抗３５２のセンサ電極３５０ｄ側の電圧が変動する。このセンサ抵抗３５２のセンサ電極３５０ｄ側の電圧が、ＭＧＥＣＵ５０２に入力される。ＭＧＥＣＵ５０２はセンサ抵抗３５２の抵抗値を記憶している。ＭＧＥＣＵ５０２は入力された電圧、記憶している抵抗値、および、センサ比に基づいてドレイン電流を検出する。ＭＧＥＣＵ５０２が制御部に相当する。センサ抵抗３５２がセンサに相当する。

＜ゲートドライバ＞
次に、図２に基づいてゲートドライバ５０３を説明する。図２には、ゲートドライバ５０３における第２開閉部３２２の駆動を制御する部位を示している。ゲートドライバ５０３の他の開閉部を制御する部位は、図２に示す部位と同等である。そのためにその説明を省略する。

なお、図２ではＭＧＥＣＵ５０２を図示していないが、ＭＧＥＣＵ５０２とゲートドライバ５０３を有する制御回路を明示するための符号６００を示す。制御回路６００は、ＭＧＥＣＵ５０２とゲートドライバ５０３の他にセンサ抵抗３５２を有する。

ゲートドライバ５０３はＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに接続されるオン回路５０６とオフ回路５０７を有する。

＜オン回路＞
オン回路５０６は、制御配線５４０、電源５４１、オンスイッチ５４２、および、オン抵抗５４３を有する。電源５４１とＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃとが制御配線５４０を介して接続されている。この制御配線５４０にオンスイッチ５４２とオン抵抗５４３が設けられている。オンスイッチ５４２とオン抵抗５４３は電源５４１からゲート電極３５０ｃに向かって順に直列接続されている。

オンスイッチ５４２はＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。オンスイッチ５４２のゲート電極にＭＧＥＣＵ５０２の出力する制御信号に基づく駆動信号が入力される。これによりオンスイッチ５４２がオンオフ制御される。

オンスイッチ５４２がオフ状態からオン状態になると、オン抵抗５４３によって電圧降下された電源５４１の電圧（電源電圧）がゲート電極３５０ｃに印加される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０はオフ状態からオン状態になる。これとは逆にオンスイッチ５４２がオン状態からオフ状態になると、電源電圧のゲート電極３５０ｃへの印加が停止する。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０はオン状態からオフ状態に遷移しようとする。

＜オフ回路＞
オフ回路５０７は、第１基準配線５５１、第２基準配線５５２、オフ抵抗５５３、第１オフスイッチ５５４、および、第２オフスイッチ５５５を有する。オン回路５０６とオフ回路５０７は制御配線５４０を共有している。

第１基準配線５５１と第２基準配線５５２それぞれの一端は、制御配線５４０におけるオン抵抗５４３とゲート電極３５０ｃとの間に接続されている。そして第１基準配線５５１と第２基準配線５５２それぞれの他端はグランドに接続されている。なお、第１基準配線５５１と第２基準配線５５２それぞれの他端は例えば−５Ｖの負電源に接続されてもよい。

グランド若しくは負電源が基準電位に相当する。制御配線５４０と第１基準配線５５１が第１配線に相当する。制御配線５４０と第２基準配線５２１が第２配線に相当する。

第１基準配線５５１にオフ抵抗５５３と第１オフスイッチ５５４が設けられている。オフ抵抗５５３と第１オフスイッチ５５４は第１基準配線５５１の一端から他端に向かって順に直列接続されている。

第２基準配線５５２に第２オフスイッチ５５５が設けられている。第１オフスイッチ５５４と第２オフスイッチ５５５の性能と体格は同等になっている。なお第２基準配線５５２には、オフ抵抗５５３に比べて抵抗値の小さな抵抗が設けられてもよい。

第１オフスイッチ５５４と第２オフスイッチ５５５はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。第１オフスイッチ５５４と第２オフスイッチ５５５のゲート電極にＭＧＥＣＵ５０２の出力する制御信号に基づく駆動信号が入力される。これにより第１オフスイッチ５５４と第２オフスイッチ５５５がオンオフ制御される。

第１オフスイッチ５５４がオフ状態からオン状態になると、オフ抵抗５５３を介してゲート電極３５０ｃがグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３５０に電荷が蓄積されていた場合、その電荷がグランドに流れる。ＭＯＳＦＥＴ３５０はオン状態からオフ状態へと遷移する。

第２オフスイッチ５５５がオフ状態からオン状態になると、ゲート電極３５０ｃがグランドに接続される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０は低インピーダンスでグランドに接続される。ＭＯＳＦＥＴ３５０はオフ状態に固定される。

＜オンオフ制御＞
次に、ＭＧＥＣＵ５０２によるＭＯＳＦＥＴ３５０のオンオフ制御を説明する。ＭＧＥＣＵ５０２はＭＯＳＦＥＴ３５０に異常が発生したか否かを、例えばセンサ抵抗３５２に流れる電流に基づいて検出している。ＭＯＳＦＥＴ３５０に異常が発生していないと判断した場合、ＭＧＥＣＵ５０２はＭＯＳＦＥＴ３５０を通常制御する。ＭＯＳＦＥＴ３５０に異常が発生していると判断した場合、ＭＧＥＣＵ５０２はＭＯＳＦＥＴ３５０を緊急制御する。

＜通常制御＞
通常制御においてＭＯＳＦＥＴ３５０をオフ状態からオン状態に遷移させる場合、ＭＧＥＣＵ５０２はオンスイッチ５４２をオン状態、第１オフスイッチ５５４と第２オフスイッチ５５５をオフ状態にする。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに電源電圧が印加される。ＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに電荷が蓄積される。ＭＯＳＦＥＴ３５０の寄生容量が充電される。この結果、ＭＯＳＦＥＴ３５０がオン状態になる。

通常制御においてＭＯＳＦＥＴ３５０をオン状態からオフ状態に遷移させる場合、ＭＧＥＣＵ５０２はオンスイッチ５４２をオフ状態、第１オフスイッチ５５４をオン状態、第２オフスイッチ５５５をオフ状態にする。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに蓄積された電荷がオフ抵抗５５３を介してグランドに流れる。ＭＯＳＦＥＴ３５０がオフ状態になる。

この際、上記したようにゲート電極３５０ｃに蓄積された電荷はオフ抵抗５５３を介してグランドに流れる。そのために電荷は緩やかにグランドに流れる。ＭＯＳＦＥＴ３５０はオン状態からオフ状態へと緩やかに遷移する。ＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン電極３５０ａとソース電極３５０ｂとの間を流れるドレイン電流の時間変化が緩やかになる。したがって、ドレイン電流の時間変化に比例するサージ電圧の発生が抑制される。

なお、ＭＧＥＣＵ５０２は、第１オフスイッチ５５４をオン状態にしてから所定時間経過後に第２オフスイッチ５５５をオン状態にする。この所定時間は、ＭＯＳＦＥＴ３５０がオン状態からオフ状態に切り換わるのに要する時間に基づいて予め求められている。ＭＧＥＣＵ５０２にこの所定時間が記憶されている。

第２オフスイッチ５５５がオン状態になったことにより、ＭＯＳＦＥＴ３５０は低インピーダンスでグランドに接続される。この際、ＭＯＳＦＥＴ３５０にドレイン電流は流れていない。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧は発生しない。

＜緊急制御＞
緊急制御においてＭＯＳＦＥＴ３５０をオン状態からオフ状態に遷移させる場合、ＭＧＥＣＵ５０２はオンスイッチ５４２をオフ状態、第２オフスイッチ５５５をオン状態にする。この際、第１オフスイッチ５５４はオフ状態のままである。第２オフスイッチ５５５がオン状態になったことにより、ＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃに蓄積された電荷が速やかにグランドに流れる。

この際、ＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生する。しかしながらＭＯＳＦＥＴ３５０は、リーク電流が少なく、サージ電圧の発生時間が短い場合、アバランシェ降伏しない性質を有する。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０は例えばＩＧＢＴと比べてアバランシェ耐量が高い性質を有する。また本実施形態のＭＯＳＦＥＴ３５０はＳｉＣで製造されている。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０は高耐量ともなっている。これらのため、上記のサージ電圧の発生によるＭＯＳＦＥＴ３５０の損傷が抑制されている。

＜作用効果＞
上記したようにオフ回路５０７はオフスイッチを２つしか有さない。そのために制御対象のＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生する虞がある。しかしながら上記したようにＭＯＳＦＥＴ３５０はＩＧＢＴと比べてアバランシェ耐量が高い性質を有する。ＭＯＳＦＥＴ３５０はＳｉＣで製造されているために高耐量でもある。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０はサージ電圧の発生によって損傷することが抑制されている。

したがって、上記したようにオフ回路５０７の有するオフスイッチの数が２つになったとしても、ＭＯＳＦＥＴ３５０に損傷が生じることが抑制される。オフスイッチの数の減少により、制御回路６００の体格の増大が抑制される。また、オフ回路５０７が例えば１つのＩＣチップで構成される場合、オフスイッチに接続される端子の数が減少する。これによっても、制御回路６００の体格の増大が抑制される。

通常制御においてＭＧＥＣＵ５０２は、第１オフスイッチ５５４をオン状態にしてＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜いた後、第２オフスイッチ５５５をオン状態にする。

これによれば、ゲート電極３５０ｃはオン状態の第１オフスイッチ５５４とオフ抵抗５５３を介してグランドに接続される。これによりゲート電極３５０ｃの電荷が緩やかにグランドに引き抜かれる。ＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン電流が緩やかに減少する。この後に、ゲート電極３５０ｃはオン状態の第２オフスイッチ５５５を介してグランドに接続される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生することが抑制されるとともに、ゲート電極３５０ｃが低インピーダンスでグランドに接続される。

緊急制御においてＭＧＥＣＵ５０２は、第２オフスイッチ５５５をオン状態にする。

この場合、ゲート電極３５０ｃの電荷は速やかにグランドに引き抜かれる。ＭＯＳＦＥＴ３５０のドレイン電流が急激に減少する。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生する。

例えば通電状態の異常が、通電電流量の増大の場合、ＭＯＳＦＥＴ３５０に生じるサージ電圧は大きくなる。しかしながらこの際に生じるサージ電圧は瞬間的なものである。そしてこれまでに説明したようにＭＯＳＦＥＴはＩＧＢＴと比べてアバランシェ耐量が高い性質を有する。ＭＯＳＦＥＴ３５０はＳｉＣで製造されるために高耐量ともなっている。これらのため、ＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生したとしても、ＭＯＳＦＥＴ３５０に損傷が生じることが抑制される。

また、このような異常は幾度も起こることは想定されない。１度や数度の異常発生時の制御によってＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生したとしても、それによってＭＯＳＦＥＴ３５０に損傷が生じる可能性は高くなりがたいことが想定される。

ＭＯＳＦＥＴ３５０はＳｉＣで製造されている。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０はターンオン遅延時間とターンオフ遅延時間が短くなっている。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０で生じるスイッチング損失が低減されている。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。以下に示す各実施形態にかかる回路構成は上記した実施形態によるものと共通点が多い。そのため以下においては共通部分の説明を省略し、異なる部分を重点的に説明する。また以下においては上記した実施形態で示した要素と同一の要素には同一の符号を付与する。

第１実施形態では、通常制御において、第１オフスイッチ５５４を介してＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜く例を示した。これに対して本実施形態では、通常制御において、第２オフスイッチ５５５を介してＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜く。

このゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜く際、ＭＯＳＦＥＴ３５０にはドレイン電流が流れている。したがって第２オフスイッチ５５５をオン状態にした際、ＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生する。

しかしながら通常制御時においては、ＭＯＳＦＥＴ３５０に流れるドレイン電流の電流量は、ＭＧＥＣＵ５０２が異常と判断するほどに過剰とはなっていない。またＭＯＳＦＥＴ３５０は高耐圧となっている。そのために上記のサージ電圧の発生によってＭＯＳＦＥＴ３５０に損傷が生じることが抑制される。

第１実施形態では、緊急制御において、第２オフスイッチ５５５を介してＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜く例を示した。これに対して本実施形態では、緊急制御において、第１オフスイッチ５５４を介してＭＯＳＦＥＴ３５０のゲート電極３５０ｃの電荷を引き抜く。

この場合、ゲート電極３５０ｃに蓄積された電荷は、オフ抵抗５５３を介してグランドに流れる。そのためにＭＯＳＦＥＴ３５０のオン状態からオフ状態への遷移が緩やかになる。例えＭＯＳＦＥＴ３５０に大電流の流れる異常が発生していたとしても、ＭＯＳＦＥＴ３５０を流れているドレイン電流の時間変化が急峻となることが抑制される。これによりＭＯＳＦＥＴ３５０にサージ電圧が発生することが抑制される。

なおＭＧＥＣＵ５０２は、ゲート電極３５０ｃに蓄積された電荷がグランドに引き抜かれた後、第２オフスイッチ５５５をオン状態にする。これによりゲート電極３５０ｃが低インピーダンスでグランドに接続される。なお、第１基準配線５５１と第２基準配線５５２それぞれの他端が負電源に接続される場合、第２オフスイッチ５５５をオン状態にしなくともよい。

本構成においても、これまでに記載した各種形態と同等の構成要素を有するとともに同等の動作をする。そのために同等の作用効果を奏することは言うまでもない。したがって作用効果の記載を省略する。

以上、本開示物の好ましい実施形態について説明したが、本開示物は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示物の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
電力変換器３００を構成する８つの開閉部それぞれがＭＯＳＦＥＴ３５０を有する例を示した。しかしながら開閉部は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ３５０の他に、このＭＯＳＦＥＴ３５０に並列接続されたＩＧＢＴを有してもよい。

ＩＧＢＴはＭＯＳＦＥＴ３５０と比べてサージ電圧に対して耐量が低くなっている。そのためにＩＧＢＴのゲート電極をグランドに接続するオフ回路は、３つのオフスイッチと、２つのオフ抵抗を有する。話を簡便とするため、以下においてはこれら３つのオフスイッチを第３オフスイッチ、第４オフスイッチ、第５オフスイッチと示す。２つのオフ抵抗を第２オフ抵抗、第３オフ抵抗と示す。第３オフ抵抗は第２オフ抵抗よりも抵抗値が高くなっている。

ＩＧＢＴのゲート電極とグランドとの間で、第３オフスイッチと第２オフ抵抗が直列接続されている。ＩＧＢＴのゲート電極とグランドとの間で、第４オフスイッチと第３オフ抵抗が直列接続されている。ＩＧＢＴのゲート電極とグランドとの間に、第５オフスイッチが設けられている。

通常制御時にＩＧＢＴをオフ状態にする場合、ＭＧＥＣＵ５０２は第３オフスイッチをオン状態にして電荷を緩やかにグランドに引き抜いた後、第５オフスイッチをオン状態にする。緊急制御時にＩＧＢＴをオフ状態にする場合、ＭＧＥＣＵ５０２は第４オフスイッチをオン状態にして電荷を緩やかにグランドに引き抜いた後に、第５オフスイッチをオン状態にする。以上に示した制御により、ＩＧＢＴでのサージ電圧の発生が抑制されるとともに、ＩＧＢＴのゲート電極が低インピーダンスでグランドに接続される。

なお、開閉部が並列接続された２つのＭＯＳＦＥＴ３５０を有する場合、これら２つのＭＯＳＦＥＴ３５０それぞれのゲート電極３５０ｃに、これまでに記載したオフ回路５０７が個別に接続される。若しくは、２つのＭＯＳＦＥＴ３５０それぞれのゲート電極３５０ｃに共通の１つのオフ回路５０７が接続される。

（その他の変形例）
各実施形態では、制御回路６００に含まれるゲートドライバの例として、電気自動車用の車載システムを構成する電力変換器３００のゲートドライバ５０３を示した。しかしながら制御回路６００に含まれるゲートドライバの適用としては特に上記例に限定されない。例えばモータと内燃機関を備えるハイブリッドシステムの電力変換器のゲートドライバに適用することができる。

各実施形態では電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と１つのインバータ３２０を有する例を示した。しかしながら、例えば図３に示すように車載システム１００がモータ４００を２つ有する構成の場合、電力変換器３００が１つのコンバータ３１０と２つのインバータ３２０を有する構成を採用することもできる。

各実施形態では制御回路６００が、ＭＧＥＣＵ５０２、ゲートドライバ５０３、および、センサ抵抗３５２を有する例を示した。しかしながら体格の増大抑制という課題解決のためであれば、制御回路６００がゲートドライバ５０３だけを有してもよい。

３５０…ＭＯＳＦＥＴ、３５０ｃ…ゲート電極、３５２…センサ抵抗、４００…モータ、５０２…ＭＧＥＣＵ、５０３…ゲートドライバ、５０７…オフ回路、５４０…制御配線、５５１…第１基準配線、５５２…第２基準配線、５５３…オフ抵抗、５５４…第１オフスイッチ、５５５…第２オフスイッチ、６００…制御回路

Claims (1)

1. 主としてワイドギャップ半導体から成るＭＯＳＦＥＴ（３５０）の駆動を制御する制御回路（６００）であって、
   前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電極（３５０ｃ）に蓄積された電荷を基準電位に引き抜くオフ回路（５０７）を有し、
   前記オフ回路は、
   前記ゲート電極と前記基準電位とを接続する第１配線（５４０，５５１）に設けられたオフ抵抗（５５３）および第１オフスイッチ（５５４）と、
   前記ゲート電極と前記基準電位とを接続する第２配線（５４０，５５２）に設けられた第２オフスイッチ（５５５）と、
   前記第１オフスイッチと前記第２オフスイッチの駆動を制御する制御部（５０２）と、
   前記ＭＯＳＦＥＴの通電状態を検出するセンサ（３５２）と、を有し、
   前記制御部は、
   前記通電状態に異常が生じていない場合、前記第１オフスイッチをオン状態にし、
   前記通電状態に異常が生じている場合、前記第１オフスイッチと前記第２オフスイッチとのうちの前記第２オフスイッチのみをオン状態にするように構成されている制御回路。

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