JP7211068B2 - switching circuit - Google Patents

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Description

本明細書に開示の技術は、スイッチング回路に関する。 The technology disclosed in this specification relates to switching circuits.

特許文献1には、スイッチング素子をスイッチングさせるスイッチング回路が開示されている。このスイッチング回路は、高電位配線と低電位配線の間に接続されたメインスイッチング素子を有している。また、高電位配線と低電位配線の間に、センススイッチング素子とセンス抵抗の直列回路が接続されている。メインスイッチング素子のゲートは、センススイッチング素子のゲートに接続されている。したがって、メインスイッチング素子がオンすると、センススイッチング素子もオンする。センススイッチング素子とセンス抵抗の直列回路は、メインスイッチング素子の電流を検出するために設けられている。メインスイッチング素子に電流が流れると、その電流の大きさと相関を有する大きさのセンス電流がセンススイッチング素子とセンス抵抗の直列回路に流れる。このため、センス抵抗に、センス電流の大きさに応じた電圧が生じる。特許文献1のスイッチング回路は、センス抵抗に生じる電圧を検出する比較器(差動増幅器)と、比較器の出力電圧をA/D変換するA/D変換器を有している。したがって、A/D変換器でセンス電流をデジタル値として検出することができる。 Patent Literature 1 discloses a switching circuit that switches a switching element. The switching circuit has a main switching element connected between a high potential wire and a low potential wire. A series circuit of a sense switching element and a sense resistor is connected between the high potential wiring and the low potential wiring. The gate of the main switching element is connected to the gate of the sense switching element. Therefore, when the main switching element turns on, the sense switching element also turns on. A series circuit of a sense switching element and a sense resistor is provided for sensing current in the main switching element. When a current flows through the main switching element, a sense current having a magnitude correlated with the magnitude of the current flows through the series circuit of the sense switching element and the sense resistor. Therefore, a voltage corresponding to the magnitude of the sense current is generated across the sense resistor. The switching circuit of Patent Document 1 has a comparator (differential amplifier) that detects the voltage generated in the sense resistor, and an A/D converter that A/D converts the output voltage of the comparator. Therefore, the A/D converter can detect the sense current as a digital value.

特開2006-271098号公報JP 2006-271098 A

高電位配線と低電位配線の間に、2つのメインスイッチング素子を並列に接続する場合がある。この場合、各メインスイッチング素子の電流を検出するために、高電位配線と低電位配線の間に、センススイッチング素子とセンス抵抗の直列回路を2つ並列に接続することができる。この場合に、各センス抵抗に対して比較器とA/D変換器を設けると、スイッチング回路が大型化する。したがって、本明細書では、2つのセンス抵抗に流れるセンス電流の値を、共通の比較器とA/D変換器によって検出可能な技術を提案する。 Two main switching elements may be connected in parallel between the high-potential wiring and the low-potential wiring. In this case, two series circuits of a sense switching element and a sense resistor can be connected in parallel between the high potential wiring and the low potential wiring in order to detect the current of each main switching element. In this case, if a comparator and an A/D converter are provided for each sense resistor, the size of the switching circuit will increase. Therefore, this specification proposes a technique that can detect the values of the sense currents flowing through the two sense resistors using a common comparator and A/D converter.

本明細書が開示するスイッチング回路は、高電位配線と、低電位配線と、前記高電位配線と前記低電位配線の間に接続された第1メインスイッチング素子と、前記高電位配線と前記低電位配線の間に直列に接続された第1センススイッチング素子及び第1センス抵抗と、前記高電位配線と前記低電位配線の間に接続された第2メインスイッチング素子と、前記高電位配線と前記低電位配線の間に直列に接続された第2センススイッチング素子及び第2センス抵抗と、前記第1センス抵抗に生じる電圧から前記第2センス抵抗に生じる電圧を減算した差分値と相関を有する出力電圧を出力する比較器と、前記比較器の前記出力電圧をA/D変換するA/D変換器を有する。前記第1メインスイッチング素子のゲートが前記第1センススイッチング素子のゲートに接続されている。前記第2メインスイッチング素子のゲートが前記第2センススイッチング素子のゲートに接続されている。 A switching circuit disclosed in this specification includes a high potential wiring, a low potential wiring, a first main switching element connected between the high potential wiring and the low potential wiring, the high potential wiring and the low potential wiring. a first sense switching element and a first sense resistor connected in series between wires; a second main switching element connected between the high potential wire and the low potential wire; A second sense switching element and a second sense resistor connected in series between potential wirings, and an output voltage correlated with a difference value obtained by subtracting the voltage generated across the second sense resistor from the voltage generated across the first sense resistor. and an A/D converter for A/D converting the output voltage of the comparator. A gate of the first main switching element is connected to a gate of the first sense switching element. A gate of the second main switching element is connected to a gate of the second sense switching element.

なお、上記の「差分値と相関を有する出力電圧」は、差分値そのものであってもよいし、差分値を定数倍した電圧であってもよいし、差分値または差分値を定数倍した電圧をレベルシフトした電圧であってもよい。 The "output voltage having a correlation with the difference value" may be the difference value itself, a voltage obtained by multiplying the difference value by a constant, or a voltage obtained by multiplying the difference value or the difference value by a constant. may be a voltage level-shifted from .

このスイッチング回路では、第1センススイッチング素子と第1センス抵抗の直列回路に第1メインスイッチング素子に対応するセンス電流(以下、第1センス電流という)が流れ、第2センススイッチング素子と第2センス抵抗の直列回路に第2メインスイッチング素子に対応するセンス電流(以下、第2センス電流という)が流れる。第1センス電流が流れているとともに第2センス電流が流れていないときは、差分値は、第1センス抵抗に生じる電圧(すなわち、第1センス電流に比例する電圧)から第2センス抵抗に生じる電圧(すなわち、略0V)を減算した値となる。すなわち、差分値がプラスの値となり、その絶対値は第1センス電流の大きさに比例する。第2センス電流が流れているとともに第1センス電流が流れていないときは、差分値は、第1センス抵抗に生じる電圧(すなわち、略0V)から第2センス抵抗に生じる電圧(すなわち、第2センス電流に比例する電圧)を減算した値となる。すなわち、差分値がマイナスの値となり、その絶対値は第2センス電流の大きさに比例する。したがって、差分値がプラスであるかマイナスであるかによって、第1センス電流と第2センス電流の何れが流れているかが分かる。また、差分値の絶対値によって、第1センス電流と第2センス電流の大きさが分かる。比較器は、差分値と相関を有する出力電圧を出力し、その出力電圧はA/D変換器によってA/D変換される。したがって、A/D変換器でA/D変換された値から、第1センス電流と第2センス電流の何れが流れているか、及び、第1センス電流と第2センス電流の大きさが分かる。このように、このスイッチング回路によれば、共通の比較器とA/D変換器によって、第1センス電流と第2センス電流を検出することができる。 In this switching circuit, a sense current (hereinafter referred to as first sense current) corresponding to the first main switching element flows through the series circuit of the first sense switching element and the first sense resistor, and the second sense switching element and the second sense resistor flow through the series circuit. A sense current (hereinafter referred to as a second sense current) corresponding to the second main switching element flows through the series circuit of resistors. When the first sense current is flowing and the second sense current is not flowing, a difference value is developed across the second sense resistor from the voltage across the first sense resistor (i.e., a voltage proportional to the first sense current). It becomes a value obtained by subtracting the voltage (that is, approximately 0 V). That is, the difference value becomes a positive value, and its absolute value is proportional to the magnitude of the first sense current. When the second sense current is flowing and the first sense current is not flowing, the difference value is the voltage across the first sense resistor (i.e., approximately 0V) to the voltage across the second sense resistor (i.e., the second voltage proportional to the sense current). That is, the difference value becomes a negative value, and its absolute value is proportional to the magnitude of the second sense current. Therefore, depending on whether the difference value is positive or negative, it can be determined whether the first sense current or the second sense current is flowing. Also, the magnitudes of the first sense current and the second sense current can be known from the absolute values of the difference values. The comparator outputs an output voltage having a correlation with the difference value, and the output voltage is A/D converted by the A/D converter. Therefore, from the value A/D-converted by the A/D converter, it can be known which of the first sense current and the second sense current is flowing, and the magnitude of the first sense current and the second sense current. Thus, according to this switching circuit, the first sense current and the second sense current can be detected by the common comparator and A/D converter.

実施形態のスイッチング回路の回路図。1 is a circuit diagram of a switching circuit according to an embodiment; FIG. 実施形態のスイッチング回路の動作中の各電圧の変化を示すグラフ。4 is a graph showing changes in voltages during operation of the switching circuit of the embodiment; 第1変形例のスイッチング回路の回路図。The circuit diagram of the switching circuit of a 1st modification. 第1変形例のスイッチング回路の動作中の各電圧の変化を示すグラフ。7 is a graph showing changes in voltages during operation of the switching circuit of the first modified example; 第2変形例のスイッチング回路の回路図。The circuit diagram of the switching circuit of a 2nd modification.

図1に示す実施形態のスイッチング回路10は、高電位配線12と、グランド14(低電位配線)と、半導体チップ16と、半導体チップ18と、センス抵抗20と、センス抵抗22を有している。高電位配線12には、グランド14よりも高い電位が印加されている。半導体チップ16と半導体チップ18は、高電位配線12からグランド14へ流れる電流を制御するスイッチング素子を備えている。 The switching circuit 10 of the embodiment shown in FIG. 1 has a high potential wiring 12, a ground 14 (low potential wiring), a semiconductor chip 16, a semiconductor chip 18, a sense resistor 20, and a sense resistor 22. . A potential higher than the ground 14 is applied to the high potential wiring 12 . The semiconductor chip 16 and the semiconductor chip 18 have switching elements that control current flowing from the high-potential wiring 12 to the ground 14 .

半導体チップ16は、メインIGBT(insulated gate bipolar transistor)16mとセンスIGBT16sを有している。メインIGBT16mとセンスIGBT16sは、共通のシリコン基板内に設けられており、略同一の構造を有している。センスIGBT16sのサイズは、メインIGBT16mのサイズよりも小さい。メインIGBT16mのコレクタは、高電位配線12に接続されている。メインIGBT16mのエミッタは、直接グランド14に接続されている。センスIGBT16sのコレクタは、高電位配線12に接続されている。センスIGBT16sのエミッタは、センス抵抗20を介してグランド14に接続されている。すなわち、高電位配線12とグランド14の間に、センスIGBT16sとセンス抵抗20の直列回路が接続されている。センス抵抗20は、抵抗値R20を有している。メインIGBT16mのゲートとセンスIGBT16sのゲートは、互いに接続されている。メインIGBT16mのゲートとセンスIGBT16sのゲートは、共通のゲート駆動回路24に接続されている。ゲート駆動回路24は、メインIGBT16mとセンスIGBT16sのゲート電圧Vg16を制御する。したがって、メインIGBT16mとセンスIGBT16sは同時にオン‐オフする。メインIGBT16mとセンスIGBT16sがオンすると、メインIGBT16mにメイン電流I16mが流れるとともにセンスIGBT16sにセンス電流I16sが流れる。センスIGBT16sのサイズはメインIGBT16mのサイズよりも小さいので、センス電流I16sはメイン電流I16mよりも小さい。センス電流I16sとメイン電流I16mの比は、センスIGBT16sのサイズとメインIGBT16mのサイズの比と略等しい。したがって、センス電流I16sは、メイン電流I16mよりも小さく、かつ、メイン電流I16mと相関を有する電流である。センス電流I16sは、センス抵抗20を通ってグランド14へ流れる。したがって、センス抵抗20の両端の間に、センス電流I16sに比例する電圧が生じる。すなわち、センスIGBT16sのエミッタの電位V16sは、センス電流I16sに比例する。電位V16sは、V16s=R20・I16sの関係を満たす。 The semiconductor chip 16 has a main IGBT (insulated gate bipolar transistor) 16m and a sense IGBT 16s. The main IGBT 16m and the sense IGBT 16s are provided in a common silicon substrate and have substantially the same structure. The size of sense IGBT 16s is smaller than the size of main IGBT 16m. A collector of the main IGBT 16 m is connected to the high potential wiring 12 . The emitter of the main IGBT 16m is directly connected to the ground 14. A collector of the sense IGBT 16 s is connected to the high potential wiring 12 . The emitter of sense IGBT 16 s is connected to ground 14 via sense resistor 20 . That is, a series circuit of the sense IGBT 16 s and the sense resistor 20 is connected between the high potential wiring 12 and the ground 14 . Sense resistor 20 has a resistance value R20. The gate of the main IGBT 16m and the gate of the sense IGBT 16s are connected together. A gate of the main IGBT 16 m and a gate of the sense IGBT 16 s are connected to a common gate drive circuit 24 . The gate drive circuit 24 controls the gate voltage Vg16 of the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s. Therefore, the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s are turned on and off at the same time. When the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s are turned on, the main current I16m flows through the main IGBT 16m and the sense current I16s flows through the sense IGBT 16s. Since the size of sense IGBT 16s is smaller than the size of main IGBT 16m, sense current I16s is smaller than main current I16m. The ratio between the sense current I16s and the main current I16m is approximately equal to the ratio between the size of the sense IGBT 16s and the size of the main IGBT 16m. Therefore, the sense current I16s is a current that is smaller than the main current I16m and has a correlation with the main current I16m. Sense current I 16 s flows through sense resistor 20 to ground 14 . Thus, a voltage is developed across sense resistor 20 that is proportional to sense current I16s. That is, the emitter potential V16s of the sense IGBT 16s is proportional to the sense current I16s. The potential V16s satisfies the relationship of V16s=R20·I16s.

半導体チップ18は、メインFET(field effect transistor)18mとセンスFET18sを有している。メインFET18mとセンスFET18sは、共通の炭化珪素基板内に設けられており、略同一の構造を有している。センスFET18sのサイズは、メインFET18mのサイズよりも小さい。メインFET18mのドレインは、高電位配線12に接続されている。メインFET18mのソースは、直接グランド14に接続されている。センスFET18sのドレインは、高電位配線12に接続されている。センスFET18sのソースは、センス抵抗22を介してグランド14に接続されている。すなわち、高電位配線12とグランド14の間に、センスFET18sとセンス抵抗22の直列回路が接続されている。センス抵抗22は、抵抗値R22を有している。メインFET18mのゲートとセンスFET18sのゲートは互いに接続されている。メインFET18mのゲートとセンスFET18sのゲートは、共通のゲート駆動回路26に接続されている。ゲート駆動回路26は、メインFET18mとセンスFET18sのゲート電圧Vg18を制御する。したがって、メインFET18mとセンスFET18sは同時にオン‐オフする。メインFET18mとセンスFET18sがオンすると、メインFET18mにメイン電流I18mが流れるとともにセンスFET18sにセンス電流I18sが流れる。センスFET18sのサイズはメインFET18mのサイズよりも小さいので、センス電流I18sはメイン電流I18mよりも小さい。センス電流I18sとメイン電流I18mの比は、センスFET18sのサイズとメインFET18mのサイズの比と略等しい。したがって、センス電流I18sは、メイン電流I18mよりも小さく、かつ、メイン電流I18mと相関を有する電流である。センス電流I18sは、センス抵抗22を通ってグランド14へ流れる。したがって、センス抵抗22の両端の間に、センス電流I18sに比例する電圧が生じる。すなわち、センスFET18sのソースの電位V18sは、センス電流I18sに比例する。電位V18sは、V18s=R22・I18sの関係を満たす。 The semiconductor chip 18 has a main FET (field effect transistor) 18m and a sense FET 18s. The main FET 18m and sense FET 18s are provided in a common silicon carbide substrate and have substantially the same structure. The size of sense FET 18s is smaller than the size of main FET 18m. A drain of the main FET 18m is connected to the high-potential wiring 12 . The source of the main FET 18m is directly connected to the ground 14. A drain of the sense FET 18 s is connected to the high potential wiring 12 . The source of sense FET 18 s is connected to ground 14 through sense resistor 22 . That is, a series circuit of the sense FET 18 s and the sense resistor 22 is connected between the high potential wiring 12 and the ground 14 . The sense resistor 22 has a resistance value R22. The gate of the main FET 18m and the gate of the sense FET 18s are connected together. The gate of the main FET 18m and the gate of the sense FET 18s are connected to a common gate drive circuit 26. FIG. Gate drive circuit 26 controls gate voltage Vg18 of main FET 18m and sense FET 18s. Therefore, main FET 18m and sense FET 18s are turned on and off at the same time. When the main FET 18m and the sense FET 18s are turned on, the main current I18m flows through the main FET 18m and the sense current I18s flows through the sense FET 18s. Since the size of sense FET 18s is smaller than the size of main FET 18m, sense current I18s is smaller than main current I18m. The ratio of sense current I18s to main current I18m is substantially equal to the ratio of the size of sense FET 18s to the size of main FET 18m. Therefore, the sense current I18s is a current that is smaller than the main current I18m and has a correlation with the main current I18m. Sense current I 18 s flows through sense resistor 22 to ground 14 . Thus, a voltage is developed across sense resistor 22 that is proportional to sense current I18s. That is, the source potential V18s of the sense FET 18s is proportional to the sense current I18s. The potential V18s satisfies the relationship of V18s=R22·I18s.

スイッチング回路10は、比較器30、温度センサ32、及び、制御基板40を有している。 The switching circuit 10 has a comparator 30 , a temperature sensor 32 and a control board 40 .

比較器30の非反転入力端子は、センスIGBT16sのエミッタに接続されている。非反転入力端子には、センスIGBT16sのエミッタの電位V16sが印加される。比較器30の反転入力端子は、センスFET18sのソースに接続されている。反転入力端子には、センスFET18sのソースの電位V18sが印加される。比較器30は、電位V16sから電位V18sを減算した差分値に増幅率Aを乗算した値と等しい大きさの電位を出力電圧Voutとして出力する。すなわち、Vout=A(V16s-V18s)の関係が満たされる。 A non-inverting input terminal of the comparator 30 is connected to the emitter of the sense IGBT 16s. A potential V16s of the emitter of the sense IGBT 16s is applied to the non-inverting input terminal. The inverting input terminal of comparator 30 is connected to the source of sense FET 18s. A source potential V18s of the sense FET 18s is applied to the inverting input terminal. The comparator 30 outputs a potential equal in magnitude to a value obtained by multiplying the difference value obtained by subtracting the potential V18s from the potential V16s by the amplification factor A as the output voltage Vout. That is, the relationship of Vout=A(V16s-V18s) is satisfied.

温度センサ32は、半導体チップ16、18の温度を測定する。 A temperature sensor 32 measures the temperature of the semiconductor chips 16 and 18 .

制御基板40は、A/D変換器42、A/D変換器44、演算器46、及び、メモリ48を有している。A/D変換器42は、比較器30の出力電圧VoutをA/D変換する。A/D変換器44は、温度センサ32の出力電圧(すなわち、温度を示す値)をA/D変換する。メモリ48は、半導体チップ16、18の制御ルールを記憶している。演算器46は、A/D変換器42の出力値(すなわち、出力電圧Vout)と、A/D変換器44の出力値(すなわち、温度)と、メモリ48が記憶する制御ルールに従って、ゲート駆動回路24、26に指令値を送信する。ゲート駆動回路24、26は、指令値に従って、半導体チップ16、18を制御する。 The control board 40 has an A/D converter 42 , an A/D converter 44 , a calculator 46 and a memory 48 . The A/D converter 42 A/D-converts the output voltage Vout of the comparator 30 . The A/D converter 44 A/D-converts the output voltage of the temperature sensor 32 (that is, the value indicating the temperature). The memory 48 stores control rules for the semiconductor chips 16 and 18 . The calculator 46 drives the gate according to the output value of the A/D converter 42 (that is, the output voltage Vout), the output value of the A/D converter 44 (that is, temperature), and the control rule stored in the memory 48. A command value is sent to the circuits 24 and 26 . The gate drive circuits 24, 26 control the semiconductor chips 16, 18 according to the command values.

演算器46は、メインIGBT16mとメインFET18mを繰り返しスイッチングさせることで、高電位配線12からグランド14へ流れる電流を制御する。メインIGBT16mは、メインFET18mよりも電流容量が大きい一方で、メインFET18mよりも損失が生じやすい。演算器46は、高電位配線12からグランド14へ流れる電流が小さい場合には、メインIGBT16mをオフ状態に維持し、メインFET18mをスイッチングさせてこの電流を制御する。これによって、スイッチング素子で生じる損失を低減する。また、演算器46は、高電位配線12からグランド14へ流れる電流が大きい場合には、メインFET18mをオフ状態に維持し、電流容量が大きいメインIGBT16mをスイッチングさせてこの電流を制御する。 The calculator 46 controls the current flowing from the high-potential wiring 12 to the ground 14 by repeatedly switching the main IGBT 16m and the main FET 18m. The main IGBT 16m has a larger current capacity than the main FET 18m, but is more susceptible to loss than the main FET 18m. When the current flowing from the high-potential wiring 12 to the ground 14 is small, the arithmetic unit 46 keeps the main IGBT 16m in an off state and switches the main FET 18m to control this current. This reduces the loss caused by the switching element. Further, when the current flowing from the high-potential wiring 12 to the ground 14 is large, the calculator 46 keeps the main FET 18m in an OFF state and switches the main IGBT 16m having a large current capacity to control this current.

図2は、スイッチング回路10の動作中における各電位の変化を示している。図2の期間T1では、ゲート電圧Vg16がゲートオン電圧Vgonに維持され、ゲート電圧Vg18がゲートオフ電圧Vgoffに維持される。したがって、期間T1では、メインIGBT16mとセンスIGBT16sがオンしており、メインFET18mとセンスFET18sがオフしている。この場合、メインIGBT16mにメイン電流I16mが流れるとともに、センスIGBT16sにセンス電流I16sが流れる。このため、センスIGBT16sのエミッタの電位V16sが、センス電流I16sに比例する電位となる。他方、メインFET18mとセンスFET18sには電流が流れないので、センス電流I18sは略ゼロとなる。したがって、センスFET18sのソースの電位V18sは、略0Vとなる。このため、期間T1では、比較器30の出力電圧Voutが、Vout=A・V16sの関係を満たす。このように、期間T1では、出力電圧Voutがプラスの値となり、出力電圧Voutの絶対値がセンス電流I16sの大きさを示す。センス電流I16sはメイン電流I16mに相関を有するので、期間T1における出力電圧Voutの絶対値は、メイン電流I16mの大きさを示す。 FIG. 2 shows changes in each potential during operation of the switching circuit 10 . In the period T1 of FIG. 2, the gate voltage Vg16 is maintained at the gate-on voltage Vgon, and the gate voltage Vg18 is maintained at the gate-off voltage Vgoff. Therefore, during the period T1, the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s are on, and the main FET 18m and the sense FET 18s are off. In this case, the main current I16m flows through the main IGBT 16m, and the sense current I16s flows through the sense IGBT 16s. Therefore, the emitter potential V16s of the sense IGBT 16s becomes a potential proportional to the sense current I16s. On the other hand, since no current flows through the main FET 18m and the sense FET 18s, the sense current I18s becomes substantially zero. Therefore, the potential V18s of the source of the sense FET18s is approximately 0V. Therefore, in the period T1, the output voltage Vout of the comparator 30 satisfies the relationship Vout=A·V16s. Thus, in the period T1, the output voltage Vout has a positive value, and the absolute value of the output voltage Vout indicates the magnitude of the sense current I16s. Since the sense current I16s has a correlation with the main current I16m, the absolute value of the output voltage Vout in the period T1 indicates the magnitude of the main current I16m.

図2の期間T2では、ゲート電圧Vg18がゲートオン電圧Vgonに維持され、ゲート電圧Vg16がゲートオフ電圧Vgoffに維持される。したがって、期間T2では、メインFET18mとセンスFET18sがオンしており、メインIGBT16mとセンスIGBT16sがオフしている。この場合、メインFET18mにメイン電流I18mが流れるとともに、センスFET18sにセンス電流I18sが流れる。このため、センスFET18sのソースの電位V18sが、センス電流I18sに比例する電位となる。他方、メインIGBT16mとセンスIGBT16sには電流が流れないので、センス電流I16sは略ゼロとなる。したがって、センスIGBT16sのエミッタの電位V16sは、略0Vとなる。このため、期間T2では、比較器30の出力電圧Voutが、Vout=-A・V18sの関係を満たす。このように、期間T2では、出力電圧Voutがマイナスの値となり、出力電圧Voutの絶対値がセンス電流I18sの大きさを示す。センス電流I18sはメイン電流I18mに相関を有するので、期間T2における出力電圧Voutの絶対値は、メイン電流I18mの大きさを示す。 In the period T2 of FIG. 2, the gate voltage Vg18 is maintained at the gate-on voltage Vgon, and the gate voltage Vg16 is maintained at the gate-off voltage Vgoff. Therefore, during the period T2, the main FET 18m and the sense FET 18s are on, and the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s are off. In this case, the main current I18m flows through the main FET 18m, and the sense current I18s flows through the sense FET 18s. Therefore, the source potential V18s of the sense FET 18s becomes a potential proportional to the sense current I18s. On the other hand, since no current flows through the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s, the sense current I16s becomes substantially zero. Therefore, the potential V16s of the emitter of the sense IGBT 16s is approximately 0V. Therefore, in the period T2, the output voltage Vout of the comparator 30 satisfies the relationship of Vout=-A·V18s. Thus, in the period T2, the output voltage Vout has a negative value, and the absolute value of the output voltage Vout indicates the magnitude of the sense current I18s. Since the sense current I18s has a correlation with the main current I18m, the absolute value of the output voltage Vout in the period T2 indicates the magnitude of the main current I18m.

以上に説明したように、半導体チップ16(すなわち、メインIGBT16mとセンスIGBT16s)がオンしているときには、出力電圧Voutがプラスの値となり、その絶対値がメイン電流I16mの大きさを示す。また、半導体チップ18(すなわち、メインFET18mとセンスFET18s)がオンしているときには、出力電圧Voutがマイナスの値となり、その絶対値がメイン電流I18mの大きさを示す。A/D変換器42は、出力電圧Voutをデジタル値に変換し、そのデジタル値を演算器46に送信する。演算器46は、受信した出力電圧Voutがプラスの値であるかマイナスの値であるかを判定することにより、半導体チップ16がオンしているか、半導体チップ18がオンしているかを判別することができる。また、演算器46は、受信した出力電圧Voutの絶対値から、メイン電流I16mまたはメイン電流I18mの大きさを特定することができる。したがって、演算器46は、特定した電流値に基づいて、ゲート駆動回路24、26へ指令を送ることができる。 As described above, when the semiconductor chip 16 (that is, the main IGBT 16m and the sense IGBT 16s) is on, the output voltage Vout has a positive value and its absolute value indicates the magnitude of the main current I16m. Also, when the semiconductor chip 18 (that is, the main FET 18m and the sense FET 18s) is on, the output voltage Vout has a negative value, and its absolute value indicates the magnitude of the main current I18m. The A/D converter 42 converts the output voltage Vout into a digital value and transmits the digital value to the calculator 46 . The calculator 46 determines whether the semiconductor chip 16 is on or the semiconductor chip 18 is on by determining whether the received output voltage Vout is a positive value or a negative value. can be done. Further, the calculator 46 can specify the magnitude of the main current I16m or the main current I18m from the received absolute value of the output voltage Vout. Therefore, the calculator 46 can send commands to the gate drive circuits 24, 26 based on the specified current value.

以上に説明したように、実施形態のスイッチング回路10によれば、共通の比較器30及びA/D変換器42によって、半導体チップ16に流れる電流と半導体チップ18に流れる電流の両方を検出することができる。半導体チップ毎に比較器とA/D変換器を設ける必要がないので、スイッチング回路を小型化することができる。 As described above, according to the switching circuit 10 of the embodiment, both the current flowing through the semiconductor chip 16 and the current flowing through the semiconductor chip 18 can be detected by the common comparator 30 and A/D converter 42. can be done. Since it is not necessary to provide a comparator and an A/D converter for each semiconductor chip, the size of the switching circuit can be reduced.

図3は、第1変形例のスイッチング回路を示している。図3のスイッチング回路では、比較器30の入力側にレベルシフト回路34が設けられている。図3のスイッチング回路のその他の構成は、図1のスイッチング回路10と等しい。 FIG. 3 shows a switching circuit of a first modification. In the switching circuit of FIG. 3, a level shift circuit 34 is provided on the input side of the comparator 30 . Other configurations of the switching circuit of FIG. 3 are the same as the switching circuit 10 of FIG.

レベルシフト回路34には、センスIGBT16sのエミッタの電位V16sが入力される。レベルシフト回路34は、電位V16sを参照電圧Vrefだけ上昇させた電位(V16s+Vref)を出力する。電位(V16s+Vref)は、比較器30の非反転入力端子に入力される。また、レベルシフト回路34には、センスFET18sのソースの電位V18sが入力される。レベルシフト回路34は、電位V18sを参照電圧Vrefだけ低下させた電位(V18s-Vref)を出力する。電位(V18s-Vref)は、比較器30の反転入力端子に入力される。したがって、比較器30の出力電圧Voutは、Vout=A(V16s-V18s+2Vref)の関係を満たす。 The potential V16s of the emitter of the sense IGBT 16s is input to the level shift circuit 34 . The level shift circuit 34 outputs a potential (V16s+Vref) obtained by increasing the potential V16s by the reference voltage Vref. A potential (V16s+Vref) is input to the non-inverting input terminal of the comparator 30. FIG. Also, the potential V18s of the source of the sense FET 18s is input to the level shift circuit 34 . The level shift circuit 34 outputs a potential (V18s-Vref) obtained by lowering the potential V18s by the reference voltage Vref. A potential (V18s-Vref) is input to the inverting input terminal of the comparator 30. FIG. Therefore, the output voltage Vout of the comparator 30 satisfies the relationship of Vout=A(V16s-V18s+2Vref).

図4は、第1変形例のスイッチング回路の動作中における各電位の変化を示している。図4に示すように、半導体チップ16がオンしている期間T1では、出力電圧Voutが、Vout=A(V16s+2Vref)の関係を満たす。また、半導体チップ18がオンしている期間T2では、出力電圧Voutが、Vout=A(-V18s+2Vref)の関係を満たす。期間T2の出力電圧Voutがプラスの値となるように、参照電圧Vrefは設定されている。このように、レベルシフト回路34を設けることで、出力電圧Voutを常にプラスの値とすることができる。このため、A/D変換器42の入力電圧範囲がプラスの電圧のみに制限されている場合であっても、A/D変換器42が正常に動作することが可能となる。演算器46は、出力電圧Voutが参照電圧2A・Vrefよりも高い場合に半導体チップ16がオンしていると判定することができる。この場合、演算器46は、出力電圧Voutと参照電圧2A・Vrefの差分値(すなわち、A・V16s)の絶対値を、メイン電流I16mを示す値として検出することができる。また、演算器46は、出力電圧Voutが参照電圧2A・Vrefよりも低い場合に半導体チップ18がオンしていると判定することができる。この場合、演算器46は、出力電圧Voutと参照電圧2A・Vrefの差分値(すなわち、-A・V18s)の絶対値を、メイン電流I18mを示す値として検出することができる。 FIG. 4 shows changes in each potential during operation of the switching circuit of the first modified example. As shown in FIG. 4, during the period T1 in which the semiconductor chip 16 is on, the output voltage Vout satisfies the relationship of Vout=A(V16s+2Vref). Also, during the period T2 in which the semiconductor chip 18 is on, the output voltage Vout satisfies the relationship of Vout=A(-V18s+2Vref). The reference voltage Vref is set so that the output voltage Vout in the period T2 has a positive value. By providing the level shift circuit 34 in this manner, the output voltage Vout can always be a positive value. Therefore, even if the input voltage range of the A/D converter 42 is limited to only positive voltages, the A/D converter 42 can operate normally. The calculator 46 can determine that the semiconductor chip 16 is on when the output voltage Vout is higher than the reference voltage 2A·Vref. In this case, the calculator 46 can detect the absolute value of the difference between the output voltage Vout and the reference voltage 2A·Vref (that is, A·V16s) as a value indicating the main current I16m. Further, the calculator 46 can determine that the semiconductor chip 18 is on when the output voltage Vout is lower than the reference voltage 2A·Vref. In this case, the computing unit 46 can detect the absolute value of the difference value between the output voltage Vout and the reference voltage 2A·Vref (that is, −A·V18s) as the value indicating the main current I18m.

なお、図3のレベルシフト回路34に代えてまたはレベルシフト回路34に加えて、比較器30の出力端子とA/D変換器42の入力端子の間にレベルシフト回路を設けてもよい。このような構成でも、A/D変換器42の入力端子に常にプラスの電圧を印加することができる。 A level shift circuit may be provided between the output terminal of the comparator 30 and the input terminal of the A/D converter 42 instead of or in addition to the level shift circuit 34 of FIG. Even with such a configuration, a positive voltage can always be applied to the input terminal of the A/D converter 42 .

図5は、第2変形例のスイッチング回路を示している。図5では、A/D変換器42、44が制御基板40から分離されている。図5のスイッチング回路では、A/D変換器42、44はグランド14を基準電位として動作する一方で、制御基板40はグランド14よりも低い電位を基準電位として動作する。このため、A/D変換器42と制御基板40の間に絶縁素子60(例えば、フォトカプラ等)が介装されており、A/D変換器42から制御基板40に絶縁素子60を介して信号が送信される。また、A/D変換器44と制御基板40の間に絶縁素子62が介装されており、A/D変換器44から制御基板40に絶縁素子62を介して信号が送信される。このように、制御基板40とA/D変換器42、44の間が絶縁された状態で、これらの間での信号の送受信が可能とされている。 FIG. 5 shows a switching circuit of a second modification. 5, the A/D converters 42, 44 are separated from the control board 40. In FIG. In the switching circuit of FIG. 5, the A/D converters 42 and 44 operate with the ground 14 as a reference potential, while the control board 40 operates with a potential lower than the ground 14 as a reference potential. For this reason, an isolation element 60 (for example, a photocoupler or the like) is interposed between the A/D converter 42 and the control board 40 . A signal is sent. An insulating element 62 is interposed between the A/D converter 44 and the control board 40 , and signals are transmitted from the A/D converter 44 to the control board 40 via the insulating element 62 . Thus, signals can be transmitted and received between the control board 40 and the A/D converters 42 and 44 while they are insulated from each other.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの1つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, they are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.

10 :スイッチング回路
12 :高電位配線
14 :グランド
16 :半導体チップ
16m:メインIGBT
16s:センスIGBT
18 :半導体チップ
18m:メインFET
18s:センスFET
20 :センス抵抗
22 :センス抵抗
24 :ゲート駆動回路
26 :ゲート駆動回路
30 :比較器
32 :温度センサ
40 :制御基板
42 :A/D変換器
44 :A/D変換器
46 :演算器
48 :メモリ
10: switching circuit 12: high potential wiring 14: ground 16: semiconductor chip 16m: main IGBT
16s: sense IGBT
18: Semiconductor chip 18m: Main FET
18s: Sense FET
20 : Sense resistor 22 : Sense resistor 24 : Gate drive circuit 26 : Gate drive circuit 30 : Comparator 32 : Temperature sensor 40 : Control board 42 : A/D converter 44 : A/D converter 46 : Calculator 48 : memory

Claims (1)

スイッチング回路であって、
高電位配線と、
低電位配線と、
前記高電位配線と前記低電位配線の間に接続された第1メインスイッチング素子と、
前記高電位配線と前記低電位配線の間に直列に接続された第1センススイッチング素子及び第1センス抵抗と、
前記高電位配線と前記低電位配線の間に接続された第2メインスイッチング素子と、
前記高電位配線と前記低電位配線の間に直列に接続された第2センススイッチング素子及び第2センス抵抗と、
前記第1センス抵抗に生じる電圧を参照電圧だけ上昇させた第1電圧を出力し、前記第2センス抵抗に生じる電圧を前記参照電圧だけ低下させた第2電圧を出力するレベルシフト回路と、
前記第1電圧から前記第2電圧を減算した差分値と相関を有する出力電圧を出力する比較器と、
前記比較器の前記出力電圧をA/D変換するA/D変換器、
を有し、
前記第1メインスイッチング素子のゲートが前記第1センススイッチング素子のゲートに接続されており、
前記第2メインスイッチング素子のゲートが前記第2センススイッチング素子のゲートに接続されており
前記参照電圧が、前記第2センス抵抗に生じる電圧の1/2よりも大きい、
スイッチング回路。
A switching circuit,
high potential wiring,
low potential wiring and
a first main switching element connected between the high potential wiring and the low potential wiring;
a first sense switching element and a first sense resistor connected in series between the high potential wiring and the low potential wiring;
a second main switching element connected between the high potential wiring and the low potential wiring;
a second sense switching element and a second sense resistor connected in series between the high potential wiring and the low potential wiring;
a level shift circuit for outputting a first voltage obtained by increasing the voltage generated across the first sense resistor by a reference voltage and outputting a second voltage obtained by decreasing the voltage generated across the second sense resistor by the reference voltage;
a comparator that outputs an output voltage correlated with a difference value obtained by subtracting the second voltage from the first voltage ;
an A/D converter that A/D converts the output voltage of the comparator;
has
a gate of the first main switching element is connected to a gate of the first sense switching element;
a gate of the second main switching element is connected to a gate of the second sense switching element;
wherein the reference voltage is greater than half the voltage developed across the second sense resistor;
switching circuit.
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