JP7435809B2

JP7435809B2 - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの保護装置及び方法

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Publication number: JP7435809B2
Application number: JP2022553199A
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Inventors: 杰劉
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Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2024-02-21
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Description

本願の実施例は、半導体の技術分野に関し、特に、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ、ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の保護装置及び方法に関する。

ＩＧＢＴは、電力・電子分野において幅広く応用されている。しかし、適切な保護回路が欠けていると、ＩＧＢＴは、破損されやすい。ＩＧＢＴの破損を引き起こす原因としてよく見られるのは、過電流や短絡（例えば、インバータ回路における上下アームが直接接続されている場合）などである。

現在、幾つかのＩＧＢＴに向けた保護回路が既に現れた。例えば、参照文献１では、ＩＧＢＴの上下アームが直接接続されているのを回避するために、ハードウェア上のインターロックと遅延によるダブルプロテクション仕組みが提案されている。

ＣＮ１０６３８５００９Ａ

ここで注意すべきなのは、以上の背景技術に対する紹介は、本願の技術案を明瞭的かつ完全的に説明するためのものであって、当業者が理解しやすいように供するものに過ぎない。また、それらの方案は、本願の背景技術部分において既に説明されたという理由だけで、当業者によって公知されたものとして認定されるべきではない。

しかし、発明者は、参照文献１を含む従来技術では、ＩＧＢＴの駆動信号に対して、干渉除去や整形の処理を行ってから、ハードウェア上のインターロックと遅延の処理を行う必要があるので、駆動信号に影響を及ぼすだけではなく、整形処理回路と遅延処理回路のセットを２つも要するため、ＩＧＢＴの性能が低下し、かつ保護回路のコストが増加し、さらに、遅延処理にかかる時間が一定で長いものなので、ＩＧＢＴの制御に対する調節が不便であることを発見した。

上述した技術的課題の少なくとも１つを解決するために、本願の実施例は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）の保護装置及び方法を提供し、ＩＧＢＴの性能の向上及び保護回路のコストの削減が期待されている。また、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上することも望まれる。

本願の実施例の一態様によれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの保護装置であって、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力する収集回路と、
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧（Ｖ_ＣＥ）を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力する検出回路と、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが正常であると判定する判定回路と、を含む保護装置を提供する。

それにより、ＩＧＢＴの駆動信号のレベルに基づいて遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力するとともに、ＩＧＢＴのＶ_ＣＥと予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力し、第１信号も第２信号も有効である場合に、アラーム信号又は保護信号を出力することで、簡単な構成で遅延処理を行うことができ、過電流保護及び／又は短絡保護を図るとともに、駆動信号にも影響を及ぼすことがない。また、ＩＧＢＴの性能の向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、前記収集回路は、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルに変換した場合に、前記遅延処理を行わない。

それにより、駆動信号のレベルは、幾つかの場合のみに遅延処理が行われるが、他の幾つかの場合に遅延処理が行われないことで、ＩＧＢＴの制御上の低遅延を可能にするとともに、ＩＧＢＴの性能とＩＧＢＴの制御に対する調節容易性をさらに向上する。

幾つかの実施例では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする前記第１レベルはハイレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはローレベルである。

それにより、駆動信号のハイ・ローレベルに基づく駆動信号の収集を行い、ハイレベルの場合に遅延処理を行うが、ローレベルの場合に遅延処理を行わないことで、ＩＧＢＴの性能の更なる向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つ前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源が正常である場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオフにされ、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、
前記判定回路は、前記第１信号がハイレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がハイレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する。

それにより、簡単な構成でＩＧＢＴの状態を示す第２信号を出力することができるとともに、簡単な構成でＩＧＢＴに異常があったか否かを判定することもできる。

幾つかの実施例では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする前記第１レベルはローレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはハイレベルである。

それにより、駆動信号のハイ・ローレベルに基づく駆動信号の収集を行い、ローレベルの場合に遅延処理を行うが、ハイレベルの場合に遅延処理を行わないことで、ＩＧＢＴの性能の更なる向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つ前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源が正常である場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオフにされ、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、
前記判定回路は、前記第１信号がローレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がローレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する。

幾つかの実施例では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している。

それにより、ＩＧＢＴと保護回路に対して、電源を個別に配置することができ、製品種類の選択上の柔軟性を向上する。

幾つかの実施例では、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、インテリジェントパワーモジュールに配置されており、前記インテリジェントパワーモジュールは、１つ以上の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、前記１つ又は複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの各々には前記保護装置が配置されている。

それにより、１つ又は複数のＩＧＢＴに対して、保護回路を個別に配置することができ、製品種類の選択上の柔軟性を向上する。

幾つかの実施例では、前記インテリジェントパワーモジュールは、上ブリッジ回路を含み、前記上ブリッジ回路は、３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの各々には前記保護装置が配置されており、
前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、それぞれ異なるブートストラップ電源を有し、前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している。

それにより、上ブリッジ回路に対して、保護回路を個別に配置することができ、製品種類の選択上の柔軟性を向上するとともに、保護回路の電源と上ブリッジ回路における３つのＩＧＢＴの電源はそれぞれ、安全規則に従って離間しているため、３回路における駆動信号による共通接地の影響を受けることなく、信頼性をより一層向上することができる。

本願の実施例の別の態様によれば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの保護方法であって、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力するステップ、
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力するステップ、および、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが正常であると判定するステップ、を含む、保護方法を提供する。

本願の実施例による有益な効果の一つは以下の通りである。ＩＧＢＴの駆動信号のレベルに基づいて遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力するとともに、ＩＧＢＴのＶ_ＣＥと予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力し、第１信号も第２信号も有効である場合に、アラーム信号又は保護信号を出力することで、簡単な構成で遅延処理を行うことができ、過電流保護及び／又は短絡保護を図るとともに、駆動信号にも影響を及ぼすことがない。また、ＩＧＢＴの性能の向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

後述する説明と図面を参照して、本願の特定な実施の形態は詳しく開示され、本願の原理が使用されることも示された。理解すべきことは、本願の実施の形態は、範囲上にそれで限定されていない。添付される特許請求の範囲の精神及び請求項の範囲内において、本願の実施の形態は多くの変更、修正及び均等物を含む。

本明細書に含まれる添付図面は、本願の実施例をさらに理解するために供されるもので、明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示するとともに、文字記載と合わせて本発明の原理を説明するものである。自明なことに、後述する添付図面はただ本願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払わないことを前提として、それらの添付図面に基づいて、他の添付図面を取得することができる。

添付図面において、
本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の一模式図である。本願の実施例における保護装置、制御装置、および、ＩＰＭの一模式図である。本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の一例示図である。本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の別の例示図である。本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護方法の一模式図である。

図面を参照して、下記の明細書によれば、本願の上記及びその他の特徴がより明瞭になるであろう。明細書及び図面から、本願の特定実施形態は具体的に開示され、本願の原理を採用可能な実施形態の一部が示されるが、本願は記載される実施形態に限らないということにも注意すべきである。逆に、本願には、添付される請求の範囲内に属するすべての修正、変形及び均等物を含むこととする。

本願の実施例では、用語である「第１の」、「第２の」などは、異なる要素を、名称上に区別させるために用いられるが、それらの要素の空間的配列又は時間的順序などを示すものではなく、それらの要素はそれらの用語によって限られていない。用語である「及び／または」は、関連して挙げられた用語のうちの１つまたは複数のいずれか又は全ての組み合わせを含む。用語である「含む」、「備える」、「有する」などは、記述の特徴、要素、素子または部品の存在を指すが、１つまたは複数の他の特徴、要素、素子または部品の存在又は添加が排除されていない。

本願の実施例では、単数態様を示す「一」、「当該」などは、複数態様を含み、「１種」又は「１類」として広義的に理解されるべきであるが、「１つ」の意味に限られていない。また、用語である「前記」は、上下文に別途で説明した場合を除き、単数態様も複数態様も含むものとして理解されるべきである。また、用語である「による」は、上下文に別途で説明した場合を除き、「少なくとも一部は……による」と理解されるべきであり、用語である「基づく」は、上下文に別途で説明した場合を除き、「少なくとも一部は……に基づく」と理解されるべきである。

１つの実施の形態の記載及び／又は示された特徴に対して、同様又は類似する様態で１つ又は更に多くのその他の実施の形態に使用され、その他の実施の形態の特徴と組み合わせ、或はその他の実施の形態の特徴を切り替えることができる。強調すべきことは、術語である「備える／含む」は本文で特徴、整体部材、ステップ又は部材の存在を示すために使われているが、１つ又は更に多くのその他の特徴、整体部材、ステップ又は部材の存在或は付加が排除されるわけではない。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置は、単独の製品又は部材として、ＩＧＢＴと組み合せられてもよいし、ＩＧＢＴと集積されて１つの製品または部材とされてもよいし、ＩＧＢＴを含むインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ、ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）に集積されてもよいが、本願では、それらに限定されていない。

第１の態様による実施例
本願の実施例は、ＩＧＢＴの保護装置を提供する。図１は、本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の一模式図である。図１に示されるように、ＩＧＢＴの保護装置１００は、
ＩＧＢＴの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号が前記ＩＧＢＴをオン（ＯＮ）にする第１レベルであり、又は、前記ＩＧＢＴをオフ（ＯＦＦ）にする第２レベルから前記ＩＧＢＴをオン（ＯＮ）にする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力する収集回路１０１と、
前記ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧（Ｖ_ＣＥ）を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力する検出回路１０２と、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが正常であると判定する判定回路１０３と、を含む。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴの駆動信号は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ、ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号であってもよい。当該ＰＷＭ信号は、ハイレベルの場合、当該ＩＧＢＴをオン（ＯＮ）にするが、ローレベルの場合、当該ＩＧＢＴをオフ（ＯＦＦ）にする。ただし、本願では、それに限定されておらず、例えば、他の駆動信号であってもよい。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴの駆動信号は、例えば、中央処理器（ＣＰＵ、ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓＵｎｉｔ）又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ、Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）のような制御装置から、ＩＧＢＴを含むインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ、ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）に出力されてもよいが、本願では、それに限定されていない。

図２は、本願の実施例における保護装置、制御装置、および、ＩＰＭの一模式図である。図２に示されるように、ＣＰＵ／ＦＰＧＡ２０１は、ＰＷＭ信号を出力することができ、当該ＰＷＭ信号がＩＰＭ２０２におけるＩＧＢＴを制御可能なものである。図２に示されるように、ＩＧＢＴの保護装置１００は、当該ＰＷＭ信号を収集してもよい。例えば、当該ＰＷＭ信号がハイレベルであり、又は、ローレベルからハイレベルに変換した場合に、遅延処理を行うとともに、遅延処理後の信号と当該ＰＷＭ信号を、ＡＮＤゲート処理して、第１信号を生成してもよい。

図２に示されるように、ＩＧＢＴの保護装置１００は、ＩＰＭ２０２におけるＩＧＢＴの電圧Ｖ_ＣＥを収集してもよい。例えば、前記Ｖ_ＣＥが予め設定された閾値を超え且つＩＧＢＴのブートストラップ電源が正常である場合に、ハイレベルを出力し、前記Ｖ_ＣＥが前記予め設定された閾値以下であり、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオフにされ、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ローレベルを出力して、第２信号を生成してもよい。

例えば、ＩＧＢＴの保護装置１００は、ハイレベルの第１信号と第２信号を有効なものとして判定してもよい。第１信号も第２信号も有効である場合、ＩＧＢＴの保護装置１００は、ＩＰＭ２０２におけるＩＧＢＴの運転に異常があったと判定して、ＣＰＵ／ＦＰＧＡ２０１に対してアラーム信号または保護信号を出力してもよいし、又は、ＩＰＭ２０２に対してアラーム信号又は保護信号を直接に出力してもよい。第１信号及び／又は第２信号が無効である場合、ＩＧＢＴの保護装置１００は、ＩＰＭ２０２におけるＩＧＢＴの運転が正常であると判定し、アラーム信号又は保護信号を出力しない。

本願の実施例では、ＩＧＢＴの運転に異常があったことは、ＩＧＢＴに対して破壊又は損害作用を与える可能性があると理解されてもよい。例えば、過電流及び／又は短絡の場合が挙げられる。ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオフにされ、又は、ブートストラップ電源がオンにされたが異常（例えば、低圧など）があった場合について、他の回路または部材に検出や保護を行ってもよい。本願の実施例では、それらの場合に、ＩＧＢＴが破壊又は損害作用を受けることがないので、正常の場合として見なされる。

図２に示されるように、ＰＷＭ信号に対して、（選択的に）信号処理、信号分離などを行ってもよい。当該構成は、サーボドライバに適用されてもよい。図２に示す構成は、コンバータ、インバータなどに適用されてもよい。本願は、それに限定されておらず、ＩＧＢＴが応用された場面であれば、本願の実施例における保護装置の適用が考えられる。

本願の実施例では、ＩＧＢＴの駆動信号のレベルに基づいて遅延処理を行い、遅延処理後の信号と駆動信号に基づき、第１信号を出力するとともに、ＩＧＢＴのＶ_ＣＥと予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力し、第１信号も第２信号も有効である場合に、アラーム信号又は保護信号を出力することで、簡単な構成で遅延処理を行うことができ、過電流保護及び／又は短絡保護を図るとともに、駆動信号にも影響を及ぼすことがない。また、ＩＧＢＴの性能の向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御上の調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、収集回路１０１は、前記駆動信号が前記ＩＧＢＴをオフにする第２レベルであり、又は、前記ＩＧＢＴをオンにする第１レベルから前記ＩＧＢＴをオフにする第２レベルに変換した場合に、遅延処理を行わない。

それにより、駆動信号のレベルに基づいて、幾つかの場合のみに遅延処理が行われるが、他の幾つかの場合に遅延処理が行われないことで、ＩＧＢＴの制御の低遅延を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性をさらに向上する。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴをオンにする前記第１レベルはハイレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはローレベルである。

それにより、駆動信号のハイ・ローレベルに基づいて駆動信号の収集を行い、ハイレベルの場合に遅延処理を行うが、ローレベルの場合に遅延処理を行わないことで、ＩＧＢＴの性能の更なる向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、検出回路１０２は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つＩＧＢＴのブートストラップ電源が正常である場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、検出回路１０２は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオフにされ、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、
判定回路１０３は、前記第１信号がハイレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がハイレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する。

ここで注意すべきなのは、第１レベルと第２レベルは、それらに限定されておらず、例えば、第１レベルがローレベルであり、第２レベルがハイレベルであってもよく、相応に処理してもよい。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴをオンにする前記第１レベルはローレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはハイレベルである。

それにより、駆動信号のハイ・ローレベルに基づいて駆動信号の収集を行い、ローレベルの場合に遅延処理を行うが、ハイレベルの場合に遅延処理を行わないことで、ＩＧＢＴの性能の更なる向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

幾つかの実施例では、検出回路１０２は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つＩＧＢＴのブートストラップ電源が正常である場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、検出回路１０２は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオフにされ、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、
判定回路１０３は、前記第１信号がローレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がローレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する。

以下は、説明の便宜上、第１レベルがハイレベルであり、第２レベルがローレベルである場合を例にして、回路により、本願の実施例における保護装置を例示的に説明する。

図３は、本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の一例示図である。図３に示されるように、保護装置３００は、収集回路３０１と、検出回路３０２と、判定回路３０３を含む。

収集回路３０１について、図３に示されるように、分岐路３０１１によって、ＰＷＭ信号が遅延処理されるとともに、遅延処理の信号がＡＮＤゲート３０１３の１つの入力端に入力されてもよい。また、分岐路３０１２によって、当該ＰＷＭ信号は、ＡＮＤゲート３０１３のもう１つの入力端に入力される。

例えば、ＰＷＭ信号がハイレベル（Ｈ）である場合、又は、ローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）に変換した場合、ＰＷＭ信号は、収集回路３０１におけるコンデンサなどの素子によって遅延される。遅延時間は、抵抗やコンデンサの大きさなどによって決められてもよい。例えば、当該遅延時間は、ＩＧＢＴの最大許容時間よりも短く、ＩＧＢＴのオン時間とソフトウェアによる処理時間の和よりも大きいとしている。抵抗やコンデンサなどの素子の値を調整することにより、遅延時間の大きさを調節することができ、調節容易性を向上することもできる。

図３に示されるように、ＰＷＭ信号がローレベル（Ｌ）である場合、又は、ハイレベル（Ｈ）からローレベル（Ｌ）に変換した場合に、分岐路３０１２における当初収集された駆動信号とのＡＮＤゲート処理が行われたので、分岐路３０１１での遅延処理がキャンセルされ、即ち、遅延処理が行わないこととなる。それにより、遅延を低減することができ、ＩＧＢＴの性能を向上する。

検出回路３０２について、図３に示されるように、ＩＧＢＴのブートストラップ電源（例えば、図３に示す検出電源Ｖ_Ｂと関係するもの）がオンにされて正常に作動し、且つ、Ｖ_ＣＥが予め設定された閾値（例えば、検出電源Ｖ_Ｂによって決められるもの）よりも大きい場合、検出回路３０２により、信号が位置Ａで生成され、フォトカプラ３０２１により、第２信号がハイレベルとなる。Ｖ_ＣＥが予め設定された閾値以下であり、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオフにされ、又は、ＩＧＢＴのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、検出回路３０２により、信号が位置Ａで生成されることなく、フォトカプラ３０２１により、第２信号がローレベルとなる。

判定回路３０３について、図３に示されるように、第１信号がＡＮＤゲート３０３１の１つの入力端に入力され、第２信号がＡＮＤゲート３０３１のもう１つの入力端に入力される。

例えば、前記第１信号がハイレベルである場合、前記第１信号が有効であり、前記第２信号がハイレベルである場合、前記第２信号が有効である。判定回路３０３は、第１信号も第２信号もハイレベルである場合、ハイレベルを出力するとともに、ＩＧＢＴが異常であると判定し、当該ハイレベルがアラーム信号または保護信号として出力される。第１信号及び／又は第２信号がローレベルである場合、ローレベルを出力するとともに、ＩＧＢＴが正常であると判定する。

以上の図３は、本願の実施例を例示的に説明するものに過ぎず、本願では、それに限定されておらず、実際な必要に応じて、具体的な部品を調整することができる。例えば、収集回路３０１では、ＡＮＤゲート３０１３のみを例にして第１信号を例示的に説明していたが、本願は、それに限定されておらず、例えば、他の素子又は部材又は回路を用いて同一または類似した機能を実現させてもよい。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴの駆動電源（例えば、図３に示す電源Ｖ_Ｎ）は、保護装置の検出電源（例えば、図３に示す電源Ｖ_Ｂ）とは異なるものであって、安全規則に従って離間している。例えば、図３に示されるように、Ｖ_ＢとＶ_Ｎは、個別的に配置されるとともに、安全規則に従って互いに離間している。

幾つかの実施例では、ＩＧＢＴは、ＩＰＭに配置されており、前記ＩＰＭは、１つ又は複数のＩＧＢＴを含み、前記１つ又は複数のＩＧＢＴの各々には前記保護装置が配置されている。

幾つかの実施例では、前記ＩＰＭは、上ブリッジ回路を含み、前記上ブリッジ回路は、３つのＩＧＢＴを含み、前記３つのＩＧＢＴの各々には前記保護装置が配置されており、前記３つのＩＧＢＴは、それぞれ異なるブートストラップ電源を有し、前記３つのＩＧＢＴの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している。

図４は、本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護装置の別の例示図である。図４に示されるように、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相に向けて、それぞれの保護装置が配置されてもよい。しかも、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相に対応する３つのＩＧＢＴの駆動電源（図４に示すＶ_Ｎ）及び保護装置の検出電源（図４に示すＶ_Ｂ（Ｕ）、Ｖ_Ｂ（Ｖ）、Ｖ_Ｂ（Ｗ））の合計４路の電源は、個別的に配置されるとともに、安全規則に従って互いに離間している。

図４に示されるように、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相にそれぞれ配置された保護装置の出力信号は、トランジスタ４０１に入力されてもよい。当該トランジスタ４０１により、上ブリッジ回路における３路のＩＧＢＴに対する過電流保護及び／又は短絡を総合的に判断することができ、そのうちのいずれか１路から信号（例えば、有効なハイレベルを示すもの）が出力された場合、アラーム信号又は保護信号を出力することにより、回路保護の信頼性をさらに向上することができる。

それにより、上ブリッジ回路に対して、保護回路を個別に配置することができ、製品種類の選択上の柔軟性を向上するとともに、保護回路の検出電源と上ブリッジ回路における３つのＩＧＢＴの駆動電源はそれぞれ、安全規則に従って離間しているため、３回路における駆動信号による共通接地の影響を受けることなく、信頼性をより一層向上することができる。

ここで注意すべきなのは、図１～図４は、本願の実施例を例示的に説明するものに過ぎず、本願ではそれらに限定されていない。例えば、他の部材または装置が設けられてもよい。具体的には、関連する技術を参照されたい。ここでは説明を省略されたい。図１～図４には、特に明記されていない部材または素子について、関連する技術を参照されたい。本願では、それらについて限定されていない。

また、以上は、各装置または部材を例示的に説明していたが、本願では、それらに限定されていない。各装置または部材に関する具体的な内容について、関連する技術を参照されたい。また、図１～４に示されていない装置または部材を増加したり、図１～４に示す１つ又は複数の装置または部材を減少したりしてもよい。

以上の実施例から分かるように、ＩＧＢＴの駆動信号のレベルに基づいて遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力するとともに、ＩＧＢＴのＶ_ＣＥと予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力し、第１信号も第２信号も有効である場合に、アラーム信号又は保護信号を出力することで、簡単な構成で遅延処理を行うことができ、過電流保護及び／又は短絡保護を図るとともに、駆動信号にも影響を及ぼすことがない。また、ＩＧＢＴの性能の向上及び保護回路のコストの削減を可能にするとともに、ＩＧＢＴの制御に対する調節容易性を向上する。

第２の態様による実施例
本願の実施例は、ＩＧＢＴの保護方法をさらに提供し、第１の態様による実施例と同一の内容を有する部分への説明を省略されたい。

図５は、本願の実施例におけるＩＧＢＴの保護方法の一模式図である。図５に示されるように、当該方法では、
ＩＧＢＴの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号がＩＧＢＴをオンにする第１レベルであり、又は、ＩＧＢＴをオフにする第２レベルからＩＧＢＴをオンにする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号に基づき、第１信号を出力するステップ５０１、
ＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間の電圧を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力するステップ５０２、および、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、ＩＧＢＴに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、ＩＧＢＴが正常であると判定するステップ５０３、を含む。

ここに注意すべきなのは、上記図５が本願の実施例を例示的に説明するためのものに過ぎず、本願は、それらに限られていない。例えば、各ステップ間の実行順序を調整することができ、また、他のいくつかのステップを追加することができ、あるいは、その中からいくつかのステップを削減することもできる。当業者は、上記内容に応じて適宜に変形することができるが、上記図５の記載に限られていない。

本願の実施例は、ＩＰＭをさらに提供し、第１の態様による実施例と同一の内容を有する部分への説明を省略されたい。

本願の実施例におけるＩＰＭは、１つ又は複数のＩＧＢＴを含み、前記ＩＰＭは、第１の態様による実施例に記載の保護装置１００をさらに含み、例えば、第１の態様による実施例に記載の１つ又は複数の保護装置１００が当該ＩＰＭに集積化されてもよい。

幾つかの実施例では、当該ＩＰＭは、上ブリッジ回路を含み、前記上ブリッジ回路は、３つのＩＧＢＴを含み、前記３つのＩＧＢＴの各々には前記保護装置が配置されており、前記３つのＩＧＢＴは、それぞれ異なるブートストラップ電源を有し、前記３つのＩＧＢＴの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している。

幾つかの実施例では、上ブリッジ回路における３つのＩＧＢＴに向けて、それぞれ配置された保護装置の出力信号は、トランジスタに入力されてもよい。当該トランジスタにより、上ブリッジ回路における３路のＩＧＢＴに対する過電流保護及び／又は短絡を総合的に判断することができ、そのうちのいずれか１路から信号（例えば、有効なハイレベルを示すもの）が出力された場合、アラーム信号又は保護信号を出力することにより、回路保護の信頼性をさらに向上することができる。

以上、具体的な実施の形態を結び付けて、本願を説明した。しかし、当業者が理解すべきことは、それらの記載はいずれも例示的なものに過ぎず、本願の保護範囲に対する限定ではない。当業者は本願の精神と原理に基づいて、本願に対して種々変形や修正を行うことができるが、それらの変形と修正も本発明の範囲内に入っている。

以上は、本願における好ましい実施の形態を添付図面を参照しながら説明していた。それらの実施形態の多くの特徴や利点は、上記の明細書の詳細からすれば、明瞭なものとなるため、添付される特許請求の範囲は、それらの実施形態における、その真の精神や範囲内に入っているそれらの特徴や利点を全部カバーすることを目的にしている。また、当業者であれば、多くの修正や変形を容易に想到できるはずであるため、本願における実施の形態は、例示や説明した精確な構造と操作に限定されるものではなく、その範囲内に入っている全ての適切な修正、変形、や均等物をカバーできるものである。

Claims

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの保護装置であって、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号をＡＮＤゲート処理して第１信号を生成し、当該第１信号を出力する収集回路と、
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力する検出回路と、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが正常であると判定する判定回路と、を含む、
ことを特徴とする保護装置。
前記収集回路は、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルに変換した場合に、前記遅延処理を行わない、ことを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする前記第１レベルはハイレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはローレベルである、ことを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つ前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源が正常である場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、
前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオフにされ、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、
前記判定回路は、前記第１信号がハイレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がハイレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の保護装置。
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする前記第１レベルはローレベルであり、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする前記第２レベルはハイレベルである、ことを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値を超え且つ前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源が正常である場合に、ローレベルの前記第２信号を出力し、
前記検出回路は、前記電圧が前記予め設定された閾値以下であり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオフにされ、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのブートストラップ電源がオンにされたが異常があった場合に、ハイレベルの前記第２信号を出力し、
前記判定回路は、前記第１信号がローレベルである場合、前記第１信号が有効であると判定し、前記第２信号がローレベルである場合、前記第２信号が有効であると判定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の保護装置。
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している、ことを特徴とする請求項１に記載の保護装置。
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、インテリジェントパワーモジュールに配置されており、
前記インテリジェントパワーモジュールは、１つ又は複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、
前記１つ又は複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの各々には前記保護装置が配置されている、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の保護装置。
前記インテリジェントパワーモジュールは、上ブリッジ回路を含み、前記上ブリッジ回路は、３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの各々には前記保護装置が配置されており、
前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、それぞれ異なるブートストラップ電源を有し、
前記３つの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動電源は、前記保護装置の検出電源とは異なるものであって、安全規則に従って離間している、
ことを特徴とする請求項８に記載の保護装置。
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの保護方法であって、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの駆動信号を収集するとともに、前記駆動信号が前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルであり、又は、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオフにする第２レベルから前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタをオンにする第１レベルに変換した場合に、遅延処理を行い、遅延処理後の信号と前記駆動信号をＡＮＤゲート処理して第１信号を生成し、当該第１信号を出力するステップ、
前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の電圧を検出するとともに、前記電圧と予め設定された閾値に基づき、第２信号を出力するステップ、および、
前記第１信号も前記第２信号も有効である場合に、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに異常があったと判定して、アラーム信号又は保護信号を出力し、前記第１信号と前記第２信号のうち少なくとも１つの信号が無効である場合、前記絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが正常であると判定するステップ、を含む、ことを特徴とする保護方法。