JP7088115B2 - スイッチの駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、互いに並列接続された複数のスイッチの駆動制御を行うスイッチの駆動回路に関する。

この種の駆動回路としては、例えば特許文献１に記載されているように、ＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴとの駆動制御を行うものが知られている。

特開２００２－１６４８６号公報

駆動回路は、駆動対象となる複数のスイッチを過電流から保護するための構成として、電流検出部及び過電流保護部を備えている。電流検出部は、複数のスイッチそれぞれのセンス端子に流れる電流を検出する。過電流保護部は、複数のスイッチそれぞれに対応して設けられ、スイッチに対するオン指令がなされてからフィルタ時間経過した場合において電流検出部により検出された電流が閾値よりも大きくなっているとき、スイッチをオフ状態に切り替える。

フィルタ時間が設定されているのは、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れていると誤判定される事態の発生を抑制するためである。つまり、センス端子には、スイッチに流れる電流と相関を有する微小電流が流れる。しかしながら、スイッチがオン状態に切り替えられる場合において、センス端子に流れる電流が一時的に増加し、センス端子に流れる電流とスイッチに流れる電流との相関が大きく崩れる現象（以下、持ち上がり現象）が発生する。この現象が発生すると、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れていると駆動回路が誤判定するおそれがある。このため、フィルタ時間が設定されている。

ここで、持ち上がり現象の発生期間が複数のスイッチ間で異なることがある。この場合、各スイッチに対応する過電流保護部で用いられるフィルタ時間が互いに同じ時間に設定されていると、フィルタ時間が設定されているにもかかわらず、過電流が流れていると誤判定される懸念がある。

本発明は、過電流が流れていると誤判定される事態の発生を抑制できるスイッチの駆動回路を提供することを主たる目的とする。

本発明は、互いに並列接続された複数のスイッチの駆動制御を行うスイッチの駆動回路において、
複数の前記スイッチそれぞれのセンス端子に流れる電流を検出する電流検出部と、
複数の前記スイッチそれぞれについて、前記スイッチに対するオン指令がなされてからフィルタ時間経過した場合に前記電流検出部により検出された電流が閾値よりも大きくなっているとき、前記スイッチをオフ状態に切り替える過電流保護部と、を備え、
複数の前記スイッチには、ミラー期間が異なるスイッチが含まれており、
複数の前記スイッチそれぞれに対応する前記フィルタ時間は、前記スイッチのミラー期間が長いほど長く設定されている。

スイッチのミラー期間が長い場合、スイッチのミラー期間が短い場合よりも持ち上がり現象の発生期間が長くなる。この点に鑑み、本発明では、複数のスイッチそれぞれに対応するフィルタ時間が、スイッチのミラー期間が長いほど長く設定されている。これにより、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れていると誤判定される事態の発生を抑制することができる。

第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。 第１，第２スイッチの電流電圧特性を示す図。 短絡耐量を説明するためのタイムチャート。 駆動回路及びその周辺構成を示す図。 スイッチの寄生容量への充電態様を示す図。 ミラー期間を説明するためのタイムチャート。 通常動作時におけるセンス電圧等の推移を示すタイムチャート。 過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 第２実施形態に係る過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。 第３実施形態に係る過電流保護動作の一例を示すタイムチャート。

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る駆動回路を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、制御システムは、直流電源１０、インバータ２０、回転電機３０及び制御装置４０を備えている。回転電機３０は、例えば車載主機である。回転電機３０は、インバータ２０を介して直流電源１０に電気的に接続されている。本実施形態では、回転電機３０として、３相のものが用いられている。回転電機３０としては、例えば、永久磁石同期機を用いることができる。また、直流電源１０は、例えば百Ｖ以上となる端子電圧を有する蓄電池である。直流電源１０は、例えば、リチウムイオン蓄電池やニッケル水素蓄電池等の２次電池である。なお、直流電源１０には、コンデンサ１１が並列接続されている。

インバータ２０は、各相に対応する上，下アームスイッチ部２０Ｈ，２０Ｌを備えている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈと下アームスイッチ部２０Ｌとは直列接続されている。

各スイッチ部２０Ｈ，２０Ｌは、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の並列接続体を備えている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの第１端子には、直流電源１０の正極側が接続されている。各相において、下アームスイッチ部２０Ｌの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの第２端子には、直流電源１０の負極側が接続されている。各相において、上アームスイッチ部２０Ｈの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの第２端子には、下アームスイッチ部２０Ｌの第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２それぞれの第１端子と、回転電機３０の巻線３１の第１端とが接続されている。各相の巻線３１の第２端は、中性点で接続されている。

本実施形態において、第１スイッチＳＷ１は、ＳｉＣデバイスとしてのＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、第１スイッチＳＷ１において、第２端子はソースであり、第１端子はドレインである。また、第２スイッチＳＷ２は、ＳｉデバイスとしてのＩＧＢＴである。このため、第２スイッチＳＷ２において、第２端子はエミッタであり、第１端子はコレクタである。なお、第２スイッチＳＷ２には、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されており、第１スイッチＳＷ１には、ボディダイオードが形成されている。

各スイッチ部２０Ｈ，２０ＬをＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの並列接続体で構成した理由は、小電流領域においてオン抵抗が低いＭＯＳＦＥＴの方に電流を多く流通させることにより、小電流領域における損失を低減するためである。以下、損失低減について、図２を用いて説明する。図２は、スイッチに流れる電流とスイッチの高，低電位側端子間の電圧Ｖｏｎとの関係を示す図である。詳しくは、図２は、ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄｓとの電圧電流特性、並びにＩＧＢＴのコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅとコレクタ電流Ｉｃｅとの電圧電流特性を示す。

図２に示すように、電流が所定電流Ｉαよりも小さい小電流領域においては、ドレイン電流Ｉｄｓに対するドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓが、コレクタ電流Ｉｃｅに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅよりも低い。すなわち、小電流領域においては、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗がＩＧＢＴのオン抵抗よりも小さい。このため、小電流領域においては、互いに並列接続されたＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴのうち、ＭＯＳＦＥＴの方に電流が多く流れることとなる。一方、電流が所定電流Ｉαよりも大きい大電流領域においては、コレクタ電流Ｉｃｅに対するコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅがドレイン電流Ｉｄｓに対するドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓよりも低い。すなわち、大電流領域においては、ＩＧＢＴのオン抵抗がＭＯＳＦＥＴのオン抵抗よりも小さい。このため、大電流領域においては、互いに並列接続されたＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴのうち、ＩＧＢＴの方に電流が多く流れることとなる。なお、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流の定格電流は、例えば、第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流の定格電流よりも小さい。

第１スイッチＳＷ１の短絡耐量は、第２スイッチＳＷ２の短絡耐量よりも低い。このため、第１スイッチＳＷ１が低耐量スイッチに相当し、第２スイッチＳＷ２が高耐量スイッチに相当する。図３を用いて短絡耐量について説明する。図３（ａ）は、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｓ，Ｖｇｅの推移を示し、図３（ｂ）は、第１スイッチＳＷ１のドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓ及び第２スイッチＳＷ２のコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅの推移を示す。図３（ｃ）は、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流Ｉｄｓ及び第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流Ｉｃｅの推移を示し、図３（ｄ）は、第１スイッチＳＷ１で発生する損失（＝Ｖｄｓ×Ｉｄｓ）及び第２スイッチＳＷ２で発生する損失（＝Ｖｃｅ×Ｉｃｅ）の推移を示す。

短絡耐量は、図３（ｄ）に示すように、スイッチに電流が流れ始めてからスイッチの破損に至るまでにスイッチで発生するエネルギである。図３（ｄ）にハッチングで示す面積が、電流×電圧の時間積分値であるエネルギとなる。第１スイッチＳＷ１の短絡耐量が第２スイッチＳＷ２の短絡耐量よりも低いため、ドレイン電流Ｉｄｓが流れ始めてから第１スイッチＳＷ１が破損するタイミングｔ１までの期間は、コレクタ電流Ｉｃｅが流れ始めてから第２スイッチＳＷ２が破損するタイミングｔ２までの期間よりも短い。

図１の説明に戻り、制御装置４０は、回転電機３０の制御量をその指令値に制御すべく、インバータ２０を駆動する。制御量は、例えばトルクである。制御装置４０は、インバータ２０の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ駆動すべく、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２に対応する駆動信号Ｇｃを、各スイッチ部２０Ｈ，２０Ｌに対して個別に設けられた駆動回路５０に対して出力する。制御装置４０は、例えば、電気角で互いに位相が１２０°ずれた３相指令電圧と三角波等のキャリア信号との大小比較に基づくＰＷＭ処理により、各駆動回路５０に対応する駆動信号Ｇｃを生成する。駆動信号Ｇｃは、スイッチのオン駆動を指示するオン指令と、オフ駆動を指示するオフ指令とのいずれかをとる。各相において、上アーム側の駆動信号と、対応する下アーム側の駆動信号とは、交互にオン指令とされる。このため、各相において、上アームスイッチ部２０Ｈのスイッチと、下アームスイッチ部２０Ｌのスイッチとは交互にオン状態とされる。

なお、制御装置４０及び駆動回路５０が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

続いて、図４を用いて、駆動回路５０及びその周辺構成について説明する。

駆動回路５０は、第１充電スイッチ６０、第１定電圧電源６１及び第１充電抵抗体６２を備えている。本実施形態では、第１充電スイッチ６０として、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第１充電スイッチ６０のソースには、第１定電圧電源６１が接続され、第１充電スイッチ６０のドレインには、第１充電抵抗体６２の第１端が接続されている。第１充電抵抗体６２の第２端には、第１スイッチＳＷ１のゲートが接続されている。図４において、ＶＰ１は、第１定電圧電源６１の出力電圧である第１電源電圧を示す。

駆動回路５０は、第１放電抵抗体６３、第１放電スイッチ６４、第１ソフト遮断抵抗体６５及び第１ソフト遮断スイッチ６６を備えている。本実施形態では、第１放電スイッチ６４及び第１ソフト遮断スイッチ６６として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。

第１スイッチＳＷ１のゲートには、第１放電抵抗体６３を介して第１放電スイッチ６４のドレインが接続されている。第１放電スイッチ６４のソースには、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。第１スイッチＳＷ１のゲートには、第１ソフト遮断抵抗体６５を介して第１ソフト遮断スイッチ６６のドレインが接続されている。第１ソフト遮断スイッチ６６のソースには、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。

駆動回路５０は、第２充電スイッチ７０、第２定電圧電源７１及び第２充電抵抗体７２を備えている。本実施形態では、第２充電スイッチ７０として、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第２充電スイッチ７０のソースには、第２定電圧電源７１が接続され、第２充電スイッチ７０のドレインには、第２充電抵抗体７２の第１端が接続されている。第２充電抵抗体７２の第２端には、第２スイッチＳＷ２のゲートが接続されている。図４において、ＶＰ２は、第２定電圧電源７１の出力電圧である第２電源電圧を示す。

駆動回路５０は、第２放電抵抗体７３、第２放電スイッチ７４、第２ソフト遮断抵抗体７５及び第２ソフト遮断スイッチ７６を備えている。本実施形態では、第２放電スイッチ７４及び第２ソフト遮断スイッチ７６として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。

第２スイッチＳＷ２のゲートには、第２放電抵抗体７３及び第２放電スイッチ７４を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２スイッチＳＷ２のゲートには、第２ソフト遮断抵抗体７５及び第２ソフト遮断スイッチ７６を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２ソフト遮断抵抗体７５の抵抗値Ｒｓ１は、第１ソフト遮断抵抗体６５の抵抗値Ｒｓ２よりも大きく設定されている。

駆動回路５０は、クランプ回路を備えている。クランプ回路は、ツェナーダイオード７７及びクランプスイッチ７８を有している。本実施形態では、クランプスイッチ７８として、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられている。第２スイッチＳＷ２のゲートには、ツェナーダイオード７７のカソードが接続され、アノードには、クランプスイッチ７８を介して第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。

第１スイッチＳＷ１は、第１センス端子Ｓｔ１を備えている。第１センス端子Ｓｔ１には、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流と相関を有する微少電流が流れる。第１センス端子Ｓｔ１には、第１センス抵抗体８１の第１端が接続され、第１センス抵抗体８１の第２端には、第１スイッチＳＷ１のソースが接続されている。この構成によれば、第１センス端子Ｓｔ１に流れる微少電流によって第１センス抵抗体８１に電圧降下が生じる。このため、第１センス抵抗体８１の電位差（以下、第１センス電圧Ｖｓｅ１）を、ドレイン電流の相関値として用いることができる。本実施形態では、第１センス抵抗体８１の両端のうち、第２端よりも第１端の電位が高い場合の第１センス電圧Ｖｓｅ１を正と定義する。なお、第１センス抵抗体８１が、第１スイッチＳＷ１に対応する電流検出部を構成する。

第２スイッチＳＷ２は、第２センス端子Ｓｔ２を備えている。第２センス端子Ｓｔ２には、第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流と相関を有する微少電流が流れる。第２センス端子Ｓｔ２には、第２センス抵抗体８２の第１端が接続され、第２センス抵抗体８２の第２端には、第２スイッチＳＷ２のエミッタが接続されている。第２センス抵抗体８２の電位差（以下、第２センス電圧Ｖｓｅ２）は、コレクタ電流の相関値として用いられる。本実施形態では、第２センス抵抗体８２の両端のうち、第２端よりも第１端の電位が高い場合の第２センス電圧Ｖｓｅ２を正と定義する。なお、第２センス抵抗体８２が、第２スイッチＳＷ２に対応する電流検出部を構成する。

駆動回路５０は、第１コンパレータ９０及び第１基準電源９１を備えている。第１コンパレータ９０の非反転入力端子には、第１センス電圧Ｖｓｅ１が入力される。第１コンパレータ９０の反転入力端子には、第１基準電源９１の出力電圧である第１短絡閾値ＳＣ１が入力される。第１コンパレータ９０の出力信号である第１判定信号Ｆ１は、駆動回路５０の駆動制御部８３に入力される。第１短絡閾値ＳＣ１は、第１スイッチＳＷ１のドレイン電流の定格電流よりも大きい値に設定されている。

駆動回路５０は、第２コンパレータ１００及び第２基準電源１０１を備えている。第２コンパレータ１００の非反転入力端子には、第２センス電圧Ｖｓｅ２が入力される。第２コンパレータ１００の反転入力端子には、第２基準電源１０１の出力電圧である第２短絡閾値ＳＣ２が入力される。第２コンパレータ１００の出力信号である第２判定信号Ｆ２は、駆動制御部８３に入力される。第２短絡閾値ＳＣ２は、第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流の定格電流よりも大きい値に設定されている。

なお、駆動制御部８３、第１コンパレータ９０、第１基準電源９１、第２コンパレータ１００及び第２基準電源１０１が過電流保護部を構成する。

駆動制御部８３は、制御装置４０から出力された駆動信号Ｇｃに基づいて、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンオフ駆動する。詳しくは、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令になっていると判定している場合、第１充電スイッチ６０及び第２充電スイッチ７０をオン駆動し、第１放電スイッチ６４及び第２放電スイッチ７４をオフ駆動する。これにより、第１定電圧電源６１から第１スイッチＳＷ１のゲートへと充電電流が流れ、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１以上となる。その結果、第１スイッチＳＷ１がオフ状態からオン状態に切り替えられる。また、第２定電圧電源７１から第２スイッチＳＷ２のゲートへと充電電流が流れ、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２以上となる。その結果、第２スイッチＳＷ２がオフ状態からオン状態に切り替えられる。

駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオフ指令になっていると判定している場合、第１充電スイッチ６０及び第２充電スイッチ７０をオフ駆動し、第１放電スイッチ６４及び第２放電スイッチ７４をオン駆動する。これにより、第１スイッチＳＷ１のゲートからソースへと放電電流が流れ、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧が第１閾値電圧Ｖｔｈ１未満となる。その結果、第１スイッチＳＷ１がオン状態からオフ状態に切り替えられる。また、第２スイッチＳＷ２のゲートからエミッタへと放電電流が流れ、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧が第２閾値電圧Ｖｔｈ２未満となる。その結果、第２スイッチＳＷ２がオン状態からオフ状態に切り替えられる。

第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１短絡閾値ＳＣ１よりも高くなると、第１判定信号Ｆ１の論理がＬからＨに反転する。駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられたと判定したタイミングから第１フィルタ時間Ｔｆ１経過したタイミングにおいて、第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっていると判定した場合、第１ソフト遮断スイッチ６６をオフ状態に切り替える。これにより、第１スイッチＳＷ１を過電流から保護する。

一方、第２センス電圧Ｖｓｅ２が第２短絡閾値ＳＣ２よりも高くなると、第２判定信号Ｆ２の論理がＬからＨに反転する。駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられたと判定したタイミングから第２フィルタ時間Ｔｆ２経過したタイミングにおいて、第２判定信号Ｆ２の論理がＨになっていると判定した場合、クランプスイッチ７８を所定期間に渡ってオン駆動する。クランプスイッチ７８がオン状態にされている期間において、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧は、ツェナーダイオード７７のブレークダウン電圧（以下、クランプ電圧Ｖｃｐ）に制限される。クランプ電圧Ｖｃｐは、第２電源電圧ＶＰ２よりも低い。駆動制御部８３は、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧がクランプ電圧Ｖｃｐに制限されている期間において、第２ソフト遮断スイッチ７６をオフ状態に切り替える。これにより、第２スイッチＳＷ２を過電流から保護する。なお、各フィルタ時間が経過したか否かの判定は、例えば、カウンタやＲＣフィルタを用いて実施されればよい。

過電流（短絡電流）は、上下アーム短絡が発生した場合に流れる。上，下アームスイッチ部２０Ｈ，２０Ｌのうち、一方を対向アームとし、他方を自アームとすると、上下アーム短絡は、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障した状態で、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン状態にされると発生する。この上下アーム短絡を、タイプ１の上下アーム短絡と称すこととする。また、上下アーム短絡は、自アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン状態にされた状態で、対向アームの第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち少なくとも一方がショート故障すると発生する。この上下アーム短絡を、タイプ２の上下アーム短絡と称すこととする。なお、過電流は、上下アーム短絡の他に、例えば、相間短絡や地絡によっても流れる。

本実施形態では、第２フィルタ時間Ｔｆ２が、第１フィルタ時間Ｔｆ１よりも短く設定されている。この設定は、第２スイッチＳＷ２のミラー期間が、第１スイッチＳＷ１のミラー期間よりも短いためになされる。以下、図５及び図６を用いて、ミラー期間について第２スイッチＳＷ２を例にして説明する。図５は、第２スイッチＳＷ２に形成された寄生容量及び各容量への充電態様を示し、図６（ａ）は第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅの推移を示し、図６（ｂ）は第２スイッチＳＷ２のコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅの推移を示す。

図５（ａ）に示すように、第２スイッチＳＷ２は、寄生容量として、ゲート及びエミッタ間に形成された入力容量Ｃｇｅ、ゲート及びコレクタ間に形成された帰還容量Ｃｇｃ、並びにコレクタ及びエミッタ間に形成された出力容量Ｃｃｅを有している。図５（ａ）は、ゲートに充電電流が供給される前の状態を示し、この状態は、図６の期間Ｔａに対応している。

図５（ｂ）及び図６の期間Ｔｂに示すように、ゲートよりもコレクタの方が電位が高いため、入力容量Ｃｇｅのみに充電される。期間Ｔｂでは、第２スイッチＳＷ２はオフ状態である。

図５（ｃ）及び図６の期間Ｔｃに示すように、第２スイッチＳＷ２がオン状態になると、ゲートよりもコレクタの電位が低くなるため、帰還容量Ｃｇｃ及び出力容量Ｃｃｅにも充電される。ゲート電圧Ｖｇｅがミラー電圧Ｖｍ２となる期間が、第２スイッチＳＷ２のミラー期間である。帰還容量Ｃｇｃ及び出力容量Ｃｃｅに、第２閾値電圧Ｖｔｈ２分の電荷が充電されるまでは、ゲート電圧Ｖｇｅがミラー電圧Ｖｍ２に維持される。

帰還容量Ｃｇｃ及び出力容量Ｃｃｅに第２閾値電圧Ｖｔｈ２分の電荷が充電されると、図５（ｄ）及び図６の期間Ｔｄに示すように、ゲート電圧Ｖｇｅが第２電源電圧ＶＰ２に向かって上昇し始める。ゲート電圧Ｖｇｅが第２電源電圧ＶＰ２になると、ゲートの充電が完了し、図５（ｅ）及び図６の期間Ｔｅに示すように、ゲートへと充電電流が流れなくなる。

第１スイッチＳＷ１は、寄生容量として、ゲート及びソース間に形成された入力容量Ｃｇｓ、ゲート及びドレイン間に形成された帰還容量Ｃｇｄ、並びにドレイン及びソース間に形成された出力容量Ｃｄｓを有している。第１スイッチＳＷ１の各寄生容量は、第２スイッチＳＷ２の各寄生容量よりも小さい。このため、第１スイッチＳＷ１のミラー期間は、第２スイッチＳＷ２のミラー期間よりも短い。

図７を用いて、上下アーム短絡等が発生していない通常時の駆動回路５０の動作について説明する。図７（ａ）は第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅの推移を示し、図７（ｂ）は第２スイッチＳＷ２のコレクタ電流Ｉｃｅの推移を示し、図７（ｃ）は第２センス電圧Ｖｓｅ２の推移を示し、図７（ｄ）は第２スイッチＳＷ２のコレクタ及びエミッタ間電圧Ｖｃｅの推移を示す。図７（ｅ）は第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓの推移を示し、図７（ｆ）は第１スイッチＳＷ１のドレイン電流Ｉｄｓの推移を示し、図７（ｇ）は第１センス電圧Ｖｓｅ１の推移を示し、図７（ｈ）は第１スイッチＳＷ１のドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓの推移を示す。

時刻ｔ１において、駆動制御部８３は、入力される駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替わったと判定する。このため、駆動制御部８３は、第１充電スイッチ６０及び第２充電スイッチ７０を同時にオン駆動に切り替える。これにより、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｓ，Ｖｇｅが上昇し始める。その後、図７（ａ）に示すように、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅがミラー電圧Ｖｍ２に維持されるミラー期間Ｔｍ２が出現し、図７（ｅ）に示すように、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓがミラー電圧Ｖｍ１に維持されるミラー期間Ｔｍ１（＜Ｔｍ２）が出現する。

図７（ｃ）に示すように、第２スイッチＳＷ２がオン状態に切り替えられる場合に、第２センス電圧Ｖｓｅ２が増加する持ち上がり現象が発生し、図７（ｇ）に示すように、第１スイッチＳＷ１がオン状態に切り替えられる場合に、第１センス電圧Ｖｓｅ１が増加する持ち上がり現象が発生する。第１スイッチＳＷ１の持ち上がり現象の発生期間は、第２スイッチＳＷ２の持ち上がり現象の発生期間よりも短い。このため、第１フィルタ時間Ｔｆ１は、第２フィルタ時間Ｔｆ２よりも短く設定されている。

図７に示す例では、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられてから第１フィルタ時間Ｔｆ１経過したタイミングにおいて、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１短絡閾値ＳＣ１を下回っている。このため、駆動制御部８３は、第１ソフト遮断スイッチ６６をオン駆動に切り替えない。また、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられてから第２フィルタ時間Ｔｆ２経過したタイミングにおいて、第２センス電圧Ｖｓｅ２が第２短絡閾値ＳＣ２を下回っている。このため、駆動制御部８３は、クランプスイッチ７８及び第２ソフト遮断スイッチ７６をオン駆動に切り替えない。

続いて、図８を用いて、タイプ１の上下アーム短絡が発生する場合における自アームの過電流保護動作について説明する。図８（ａ）～（ｅ）は、第１充電スイッチ６０、第１ソフト遮断スイッチ６６、第２充電スイッチ７０、クランプスイッチ７８及び第２ソフト遮断スイッチ７６の駆動状態の推移を示す。

時刻ｔ１において、駆動制御部８３は、入力される駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替わったと判定し、第１充電スイッチ６０及び第２充電スイッチ７０をオン駆動に切り替える。駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第１フィルタ時間Ｔｆ１経過した時刻ｔ２において、第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第１充電スイッチ６０をオフ駆動に切り替え、第１ソフト遮断スイッチ６６をオン駆動に切り替える。これにより、第１スイッチＳＷ１がオフ状態に切り替えられる。この際、第１ソフト遮断抵抗体６５の抵抗値Ｒｓ１が、第２ソフト遮断抵抗体７５の抵抗値Ｒｓ２よりも小さく設定されているため、第１スイッチＳＷ１をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度を、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替える場合のスイッチング速度よりも高くできる。この速度設定と、第１フィルタ時間Ｔｆ１が第２フィルタ時間Ｔｆ２よりも短い設定とにより、第２スイッチＳＷ２のオフ状態への切り替えが開始される前に、第１スイッチＳＷ１を的確にオフ状態に切り替えることができる。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第２フィルタ時間Ｔｆ２経過した時刻ｔ３において、第２判定信号Ｆ２の論理がＨになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第２充電スイッチ７０をオフ駆動に切り替え、クランプスイッチ７８をオン駆動に切り替える。これにより、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅが、第２電源電圧ＶＰ２からクランプ電圧Ｖｃｐまで低下する。そして、クランプ電圧Ｖｃｐで制限中の時刻ｔ４において、駆動制御部８３は、第２ソフト遮断スイッチ７６をオン駆動に切り替えられる。これにより、第２スイッチＳＷ２がオフ状態に切り替えられる。

Ｓｉデバイスで構成される第２スイッチＳＷ２について、ゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃｐで制限してからオフ状態に切り替えるのは、Ｓｉデバイスで構成される第１スイッチＳＷ１では発生しない電流破損モードが第２スイッチＳＷ２に存在するためである。つまり、第２スイッチＳＷ２に大電流が流れている状態で第２ソフト遮断スイッチ７６がオン駆動に切り替えられると、第２スイッチＳＷ２をオフ状態に切り替えようとしているにもかかわらず、第２スイッチＳＷ２がラッチアップされ、第２スイッチＳＷ２に大電流が流れ続けてしまう。その結果、第２スイッチＳＷ２が破損してしまう。

そこで、第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃｐで制限する。この制限により、第２スイッチＳＷ２に流れるコレクタ電流が低下する。コレクタ電流が低下した状態で第２ソフト遮断スイッチ７６がオン駆動に切り替えられると、第２スイッチＳＷ２がラッチアップされない。これにより、第２スイッチＳＷ２の破損を防止できる。

これに対し、第１スイッチＳＷ１には電流破損モードが存在しないため、第１ソフト遮断スイッチ６６を迅速にオン駆動に切り替える。これにより、短絡耐量が低い第１スイッチＳＷ１と短絡耐量が高い第２スイッチＳＷ２とのそれぞれを過電流から適切に保護できる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得られる。

ミラー期間が長い第２スイッチＳＷ２に対応する第２フィルタ時間Ｔｆ２が、ミラー期間が短い第１スイッチＳＷ１に対応する第１フィルタ時間Ｔｆ１よりも長く設定されている。これにより、持ち上がり現象が発生したとしても、過電流が流れていると誤判定される事態の発生を抑制することができる。また、第１フィルタ時間Ｔｆ１が短いため、短絡耐量が低い第１スイッチＳＷ１に発生するエネルギを低減することができる。

第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２それぞれがオン状態とされている場合において、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち先にオフ状態に切り替えられたスイッチ以外のスイッチには、オフ状態に切り替えられたスイッチに流れていた電流が流れ込む。このため、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２のうち、短絡耐量が高い第２スイッチＳＷ２を先にオフ状態に切り替えてしまうと、短絡耐量が低い第１スイッチＳＷ１に流れるドレイン電流が増加し、短絡耐量が低い第１スイッチＳＷ１が破損する懸念がある。そこで、過電流保護動作中において、第１スイッチＳＷ１が第２スイッチＳＷ２よりも先にオフ状態に切り替えられる。これにより、短絡耐量が低い第１スイッチＳＷ１に電流が流れ込む事態の発生を抑制でき、第１スイッチＳＷ１を適切に過電流から保護できる。

第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃｐで制限した状態で第２ソフト遮断スイッチ７６がオン駆動に切り替えられる。これにより、過電流保護動作に伴って第２スイッチＳＷ２が破損してしまうことを防止できる。

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられてから第２フィルタ時間Ｔｆ２が経過したタイミングにおいて、第２判定信号Ｆ２の論理がＨであると判定している場合であっても、第１判定信号Ｆ１の論理がＬに切り替わったと判定するまでは、第２スイッチＳＷ２の過電流保護動作に移行しない。

図９を用いて、タイプ１の上下アーム短絡が発生する場合における自アームの過電流保護動作について説明する。図９（ａ）は第１判定信号Ｆ１の推移を示し、図９（ｄ）は第２判定信号Ｆ２の推移を示し、図９（ｂ），（ｃ），（ｅ）～（ｇ）は先の図８（ａ）～（ｅ）に対応している。

時刻ｔ１において、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替ったと判定する。その後、第１判定信号Ｆ１の論理がＨに反転し、第２判定信号Ｆ２の論理がＨに反転する。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第１フィルタ時間Ｔｆ１経過した時刻ｔ２において、第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第１充電スイッチ６０をオフ駆動に切り替え、第１ソフト遮断スイッチ６６をオン駆動に切り替える。これにより、第１スイッチＳＷ１のゲート電圧Ｖｇｓが低下し始め、第１スイッチＳＷ１に流れるドレイン電流Ｉｄｓが低下し始める。その後、時刻ｔ３において、第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１短絡閾値ＳＣ１を下回るため、第１判定信号Ｆ１の論理がＬに反転する。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第２フィルタ時間Ｔｆ２経過した時刻ｔ４において、第２判定信号Ｆ２の論理がＨになっていると判定し、また、第１判定信号Ｆ１の論理がＬになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第２充電スイッチ７０をオフ駆動に切り替え、クランプスイッチ７８をオン駆動に切り替える。第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃｐに制限されている時刻ｔ５において、駆動制御部８３は、第２ソフト遮断スイッチ７６をオン駆動に切り替える。

なお、第１判定信号Ｆ１の論理がＬに反転するタイミングは、クランプスイッチ７８がオン駆動に切り替えられる時刻ｔ４よりも前のタイミングに限らず、時刻ｔ４以降のタイミングにもなり得る。

以上説明した本実施形態によれば、過電流保護動作により第１スイッチＳＷ１で発生するエネルギ損失をより低減することができる。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態において、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられてから第１フィルタ時間Ｔｆ１が経過したタイミングにおいて、第１判定信号Ｆ１の論理がＨであると判定している場合、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２双方の過電流保護動作に移行する。また、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替えられてから第２フィルタ時間Ｔｆ２が経過したタイミングにおいて、第２判定信号Ｆ２の論理がＨであると判定している場合にも、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２双方の過電流保護動作に移行する。

図１０及び図１１を用いて、タイプ１の上下アーム短絡が発生する場合における自アームの過電流保護動作について説明する。

まず、図１０を用いて、第１フィルタ時間Ｔｆ１が経過したタイミングにおいて、第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっている場合について説明する。図１０（ａ）～（ｇ）は先の図９（ａ）～（ｇ）に対応している。

時刻ｔ１において、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替ったと判定する。その後、第１判定信号Ｆ１の論理がＨに反転し、第２判定信号Ｆ２の論理がＨに反転する。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第１フィルタ時間Ｔｆ１経過した時刻ｔ２において、第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第１充電スイッチ６０及び第２充電スイッチ７０をオフ駆動に切り替え、第１ソフト遮断スイッチ６６及びクランプスイッチ７８をオン駆動に切り替える。その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ３において第２ソフト遮断スイッチ７６をオン駆動に切り替える。

図１０に示した例によれば、フィルタ時間が長い方の第２スイッチＳＷ２の過電流保護動作を、フィルタ時間が短い方の第１スイッチＳＷ１の過電流保護動作と同時に開始できるため、第２スイッチＳＷ２で発生するエネルギ損失を低減できる。

続いて、図１１を用いて、第１フィルタ時間Ｔｆ１が経過したタイミングにおいて第１判定信号Ｆ１の論理がＨになっておらず、第２フィルタ時間Ｔｆ２が経過したタイミングにおいて第２判定信号Ｆ２の論理がＨになっている場合について説明する。図１１（ａ）～（ｇ）は先の図１０（ａ）～（ｇ）に対応している。

時刻ｔ１において、駆動制御部８３は、駆動信号Ｇｃがオン指令に切り替ったと判定する。その後、第１判定信号Ｆ１の論理がＨに反転し、第２判定信号Ｆ２の論理がＨに反転する。ただし、図１１に示す例では、タイプ１の上下アーム短絡が発生しているにもかかわらず、時刻ｔ３において、第１判定信号Ｆ１の論理がＬに反転してしまう。この反転は、例えば、上下アーム短絡が発生しているにもかかわらず第１センス電圧Ｖｓｅ１が第１短絡閾値ＳＣ１よりもやや低い値になったり、駆動制御部８３に入力される第１判定信号Ｆ１に異常が発生したりすることにより発生する。ちなみに、上下アーム短絡が発生しているにもかかわらず、第１判定信号Ｆ１の論理がＨに反転しないこともあり得る。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第１フィルタ時間Ｔｆ１経過した時刻ｔ３において、第１判定信号Ｆ１の論理がＬになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第１充電スイッチ６０のオン駆動を維持する。

その後、駆動制御部８３は、時刻ｔ１から第２フィルタ時間Ｔｆ２経過した時刻ｔ４において、第２判定信号Ｆ２の論理がＨになっていると判定する。このため、駆動制御部８３は、第２充電スイッチ７０をオフ駆動に切り替え、クランプスイッチ７８をオン駆動に切り替える。第２スイッチＳＷ２のゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃｐに制限されている時刻ｔ５において、駆動制御部８３は、第２ソフト遮断スイッチ７６をオン駆動に切り替える。

図１１に示した例によれば、第１，第２スイッチＳＷ１，ＳＷ２の過電流保護動作の冗長性を高めることができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・ミラー期間の長さは、スイッチの寄生容量でなくても、スイッチの各端子間に、寄生容量を模擬した外付けの容量（例えばコンデンサ）が設けられることによっても変えることができる。詳しくは、スイッチの帰還容量及び出力容量のうち少なくとも一方を模擬した容量を外付けすればよい。

・各相各アームのスイッチ部を構成するスイッチの数としては、３つ以上であってもよい。例えば、各スイッチ部が３つのスイッチを備える場合、短絡耐量の小さい方から順に、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチとする。また、ミラー期間が短い方から順に、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチとする。この場合、第１スイッチに対応するフィルタ時間が第２スイッチに対応するフィルタ時間よりも短く設定され、第２スイッチに対応するフィルタ時間が第３スイッチに対応するフィルタ時間よりも短く設定されればよい。

・各相各アームのスイッチ部を構成するスイッチとしては、同じ種類のスイッチに限らない。例えば、第１，第２スイッチの双方がＳｉＣデバイスで構成されたＭＯＳＦＥＴであったとしても、チップサイズの相違により短絡容量が異なることがある。このような場合であっても、本発明の適用が有効である。

・電力変換回路としては、インバータに限らず、例えば、上，下アームスイッチを備えるフルブリッジ回路であってもよい。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

５０…駆動回路、８１，８２…第１，第２センス抵抗体、８３…駆動制御部８３、９０…第１コンパレータ、９１…第１基準電源、１００…第２コンパレータ、１０１…第２基準電源、ＳＷ１，ＳＷ２…第１，第２スイッチ、Ｓｔ１，Ｓｔ２…第１，第２センス端子。

Claims (7)

1. 互いに並列接続された複数のスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２）の駆動制御を行うスイッチの駆動回路（５０）において、
   複数の前記スイッチそれぞれのセンス端子（Ｓｔ１，Ｓｔ２）に流れる電流を検出する電流検出部（８１，８２）と、
   複数の前記スイッチそれぞれについて、前記スイッチに対するオン指令がなされてからフィルタ時間経過した場合に前記電流検出部により検出された電流が閾値（ＳＣ１，ＳＣ２）よりも大きくなっているとき、前記スイッチをオフ状態に切り替える過電流保護部（８３，９０，９１，１００，１０１）と、を備え、
   複数の前記スイッチには、ミラー期間が異なるスイッチが含まれており、
   複数の前記スイッチそれぞれに対応する前記フィルタ時間は、前記スイッチのミラー期間が長いほど長く設定されているスイッチの駆動回路。
2. 複数の前記スイッチそれぞれについて、ミラー期間が短いほど、短絡耐量が低くなっており、
   前記過電流保護部は、複数の前記スイッチのうち、短絡耐量が低いスイッチ（ＳＷ１）を短絡耐量が高いスイッチ（ＳＷ２）よりも先にオフ状態に切り替える請求項１に記載のスイッチの駆動回路。
3. 複数の前記スイッチは、低耐量スイッチ（ＳＷ１）と、該低耐量スイッチよりも短絡耐量が高い高耐量スイッチ（ＳＷ２）とであり、
   前記過電流保護部は、前記電流検出部により検出された前記高耐量スイッチのセンス端子（Ｓｔ２）に流れる電流が、前記高耐量スイッチに対応する前記閾値（ＳＣ２）よりも大きくなっている場合であっても、前記電流検出部により検出された前記低耐量スイッチのセンス端子（Ｓｔ１）に流れる電流が、前記低耐量スイッチに対応する前記閾値（ＳＣ１）を下回るまでは、前記高耐量スイッチをオフ状態に切り替えない請求項２に記載のスイッチの駆動回路。
4. 前記過電流保護部は、前記電流検出部により検出された前記高耐量スイッチのセンス端子に流れる電流が、前記高耐量スイッチに対応する前記閾値よりも大きくなった場合、前記高耐量スイッチのゲート電圧を、前記高耐量スイッチのゲートに印加される電源電圧（ＶＰ２）よりも低いクランプ電圧（Ｖｃｐ）で制限した後、前記高耐量スイッチをオフ状態に切り替える請求項３に記載のスイッチの駆動回路。
5. 前記過電流保護部は、前記電流検出部により検出された前記各センス端子に流れる電流のうちいずれか１つが前記閾値を超えた場合、複数の前記スイッチ全てをオフ状態に切り替える請求項１に記載のスイッチの駆動回路。
6. 複数の前記スイッチのそれぞれは、第１端子及び第２端子を有し、
   複数の前記スイッチにおいて、前記第１端子同士が接続されるとともに、前記第２端子同士が接続されており、
   複数の前記スイッチのそれぞれは、前記第２端子に対するゲートの電位差が閾値電圧以上になることにより前記第１端子と前記第２端子との間の電流の流通を許容するオン状態とされ、前記第２端子に対する前記ゲートの電位差が前記閾値電圧未満になることにより前記第１端子から前記第２端子へと向かう方向の電流の流通を阻止するオフ状態とされ、
   複数の前記スイッチそれぞれについて、前記ゲートと前記第１端子との間の容量、及び前記第１端子と前記第２端子との間の容量それぞれの大きさが小さいほど、ミラー期間が短い請求項１～５のいずれか１項に記載のスイッチの駆動回路。
7. 前記容量は、前記スイッチの寄生容量である請求項６に記載のスイッチの駆動回路。

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