KR20060048120A

KR20060048120A - 전력용 반도체장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로

Info

Publication number: KR20060048120A
Application number: KR1020050044520A
Authority: KR
Inventors: 히로시 사카타; 신야 시라카와
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2006-05-18
Also published as: JP4627165B2; KR100719054B1; CN1744423A; CN1744423B; DE102005009069A1; US20060044726A1; DE102005009069B4; JP2006074908A

Abstract

제조 비용을 감소할 수 있는 전력용 반도체장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로를 제공하는 것을 그 과제로 한다. 이를 해결하기 위한 수단으로, 분로 저항(50)에 있어서 발생하는 분로 전압은, 과전류 검출수단(22)에 입력된다. 과전류 검출수단(22)은, 과전류를 검출했을 경우에는, 전류이상을 나타내는 전류이상 신호를 리셋신호 출력수단(24)에 입력시킨다. 리셋신호 출력수단(24)은, 입력되는 전류이상 신호에 의해 이상의 발생을 기억한 후, 이상의 회복을 기다린다. 그리고, 입력되는 전류이상 신호에 의해 과전류가 검출되지 않게 되었을 경우에는, 리셋신호 출력수단(24)은 이상이 회복되었다고 판단하여, 동작 개시를 위한 H레벨의 펄스 신호로 이루어지는 리셋 신호를 리셋 단자RESET로부터 폴트신호 출력회로(17)에 입력시킨다. 리셋 신호를 받은 폴트신호 출력회로(17)는, L레벨에서 H레벨로 이행시킨 H레벨의 폴트 신호를 하부 암 구동회로(14)에 입력시킨다.

분로저항, 과전류 검출수단, 리셋신호 출력수단, 폴트신호 출력회로

Description

전력용 반도체장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로{CONTROLLING CIRCUIT OF POWER SEMICONDUCTOR DEVICE AND CONTROLLING INTEGRATED CIRCUIT}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 관한 전력용 반도체장치 및 그 제어회로의 구성을 도시하는 블럭도,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 관한 전력용 반도체장치 및 그 제어회로의 동작을 도시하는 타이밍 차트이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10: 제어IC 11: 입력회로

12: 레벨 시프트 회로 13: 상부 암 구동회로

14: 하부 암 구동회로 15: 과전류 검출회로

16: UV이상 검출회로 17: 폴트 신호출력

20: 제어 마이컴 21: 제어신호 출력수단

22: 과전류 검출수단 23: UV이상검출수단

24: 리셋 신호 출력수단 30: IGBT 소자

40: 다상 모터 50: 분로 저항

본 발명은 전력용 반도체장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로에 관한 것으로, 특히, 보호 기능을 구비한 전력용 반도체장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로에 관한 것이다.

종래의 IGBT 소자 등을 이용하여 다상 모터 등의 제어를 행하는 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 대해 설명한다. 이와 같은 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 이용되는 제어IC에 있어서는, 전류검출 단자를 통해 제어 마이컴으로부터 입력되는 전류검출 신호는, 과전류 검출회로에 입력된다. 과전류 검출회로는, 입력된 전류검출 신호에 의해 과전류를 검출했을 경우에는, 전류 이상을 나타내는 전류이상 신호를 폴트신호 출력회로에 입력시킨다. 전류이상 신호를 받은 폴트신호 출력회로는, 동작 정지를 위한 폴트 신호를 출력하고, 폴트 단자를 통해 제어 마이컴에 입력시킨다. 제어 마이컴은, 입력된 폴트 신호에 의거하여 제어IC에 입력하고 있는 제어신호를 차단시킨다. 이 폴트 신호의 펄스 폭은, 제어 IC 내부에 설정되고 있으며, 제어 IC의 품종에 의해 다르지만, 대체로 100μs미만으로 짧은 것은 40μs정도가 되고 있다.

과전류 등으로부터의 보호를 위한 제어방법의 예는, 예를 들면 특허문헌 1 ∼ 4에 개시되고 있다.

［특허문헌 1］일본 특허공개2003-045637호 공보

［특허문헌 2］일본 특허공개2001-161086호 공보

［특허문헌 3］일본국 특개평09-199950호 공보

［특허문헌 4］일본국 특허공개2001-231290호 공보

상기한 바와 같이, 종래의 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서, 대체로 100μs미만의 짧은 펄스 폭을 갖는 폴트 신호를 제어 마이컴에 입력시키지만, 이와 같은 짧은 신호를 검출하기 위해서는 제어 마이컴으로서 비교적으로 고가인 것을 이용할 필요가 있다. 그 때문에 전력용 반도체장치의 제어용 회로의 제조 비용이 높아지게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 행해진 것으로, 제조원가를 저감할 수 있는 전력용 반도체 장치의 제어용 회로 및 제어용 집적회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명에 관한 전력용 반도체장치의 제어용 회로는, 전력용 반도체 장치를 제어용 집적회로를 통해 마이컴으로 제어하는 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서, 제어용 집적회로는, 전력용 반도체장치로부터 출력되는 전류검출 신호에 의해 이상을 검출하면, 내장하는 폴트신호 출력회로로부터 출력되는 폴트 신호에 의해 전력용 반도체장치를 턴오프하고, 마이컴은, 상기 전류검출 신호에 의해 이상의 회복을 검출하면, 리셋 신호를 출력하여 폴트 신호를 해제하는 것을 특징으로 한다.

［실시예 1］

도 1은 실시예 1에 관한 전력용 반도체장치 및 그 제어용 회로의 구성을 도시하는 블럭도이다.

도 1에 있어서, 전력용 반도체장치는, IGBT소자(30)(전력용 반도체소자)와, 다상 모터(40)와, 분로 저항(50)을 구비한다. 또한 제어용 회로는, 제어IC(10)(제어용 집적회로)와, 제어 마이컴(20)을 구비한다. 제어IC(10)는, 입력 회로(11)와, 레벨 시프트 회로(12)와, 상부 암 구동회로(13)(제 1구동회로)와, 하부 암 구동회로(14)(제 2구동회로)와, 과전류 검출회로(15)와, UV이상검출 회로(16)와, 폴트신호 출력회로(17)를 내장한다. 제어 마이컴(20)은, 도시하지 않은 CPU, ROM 및 RAM을 구비하는 마이크로 컴퓨터로 이루어지고, ROM내에 미리 기억된 소프트웨어 프로그램에 따라 동작하는 것으로 한다. 도 1과 같이, 제어 마이컴(20)에는, 제어신호 출력수단(21)과, 과전류 검출수단(22)과, UV이상(異常) 검출수단(23)과, 리셋신호 출력수단(24)이 포함된다. 또한 제어IC(10) 및 제어 마이컴(20)에는, 구동전압VCC과 접지전위GND가 공급된다.

도 1에 있어서, 제어신호 출력수단(21)으로부터 출력된 제어신호는, 입력 단자IN로부터 입력 회로(11)에 입력된다. 입력된 제어신호는, 입력 회로(11)로부터 레벨 시프트 회로(12)에 입력된다. 레벨 시프트 회로(12)는, 입력된 제어신호에 의거하여 고전위측 제어신호(제 1구동신호) 및 저전위측 제어신호(제 2구동신호)를 출력한다. 출력된 고전위측 제어신호 및 저전위측 제어신호는, 각각, 상부 암 구동회로(13) 및 하부 암 구동회로(14)에 입력된다. 상부 암 구동회로(13) 및 하부 암 구동회로(14)는, 입력된 고전위측 제어신호 및 저전위측 제어신호에 의거하여, 고전위측 구동신호 및 저전위측 구동신호를 각각 출력한다. 출력된 고전위측 구동신호 및 저전위측 구동신호는, 각각, 고전위측 구동단자HO 및 저전위측 구동단자LO로부터 IGBT소자(30)에 입력되고, 다상 모터(40)의 제어에 이용된다. 또한 하부 암 구동회로(14)의 기준전위는, 기준전위단자VNO로부터 공급된다.

IGBT소자(30)에 접속된 분로 저항(50)에 있어서 발생하는 분로 전압은 전류검출 신호로서, 전류검출 단자CIN로부터 과전류 검출회로(15)에 입력된다. 과전류 검출회로(15)는, 입력된 분로 전압과 소정의 한계값 전압을 비교하여, 분로 전압이 한계값 전압보다도 클 경우에는 과전류가 흘렀다고 판단한다. 과전류를 검출했을 경우, 과전류 검출회로(15)는, 전류이상 신호를 폴트신호 출력회로(17)를 향해 출력한다.

UV이상검출 회로(16)는, 구동전위VCC의 분압과 소정의 한계값 전압을 비교하여, 분압이 한계값 전압보다도 클 경우에는 UV이상이 발생했다고 판단한다. UV이상을 검출한 경우, UV이상검출 회로(16)는, UV이상신호를 폴트신호 출력회로(17)를 향해 출력한다.

또한 상부 암 구동회로(13)로부터 출력된 고전압측 구동신호는 IGBT소자(30) 내에 있어서, 예를 들면 병렬로 접속된 3개의 IGBT(제 1전력용 반도체소자)에 입력된다. 또 마찬가지로, 하부 암 구동회로(14)로부터 출력된 저전위측 구동신호는, IGBT소자(30)내에 있어서, 예를 들면 병렬로 접속된 3개의 IGBT(제 2전력용 반도체소자)에 입력된다. 전자의 3개의 IGBT와 후자의 3개의 IGBT는 탠덤형상으로 접속되어 인버터 회로를 형성하고 있다. 다상 모터(4)는, 이 인버터 회로에서 PWM(Pulse Width Modulation)구동된다.

폴트신호 출력회로(17)는, 과전류 또는 UV이상 중 어느 한 쪽이라도 이상을 검출한 경우에는, H레벨(비활성 상태)에서 L레벨(활성 상태)로 이행시킨 폴트 신호를 출력하고, 폴트 단자FO로부터 출력 시킴과 동시에, 하부 암 구동회로(14)에 입력시킨다. L레벨의 폴트 신호를 받은 하부 암 구동회로(14)는, 저전위측 구동단자LO로부터 출력되는 저전위측 구동신호를 차단하여 L레벨로 한다. 이에 따라 이상이 발생한 경우의 동작 정지가 가능해 진다.

분로 저항(50)에 있어서 발생하는 분로 전압은, 과전류 검출수단(22)에도 입력된다. 과전류 검출수단(22)에는, 입력된 분로 전압과 소정의 한계값 전압을 비교하여, 분로 전압이 한계값 전압보다도 클 경우에는 과전류가 흘렀다고 판단한다. 과전류를 검출한 경우, 과전류 검출수단(22)은, 전류이상 신호를 리셋신호 출력수단(24)을 향해 출력한다.

UV이상 검출수단(23)은, 구동전위VCC의 분압과 소정의 한계값 전압을 비교하여, 분압이 한계값 전압보다도 클 경우에는 UV이상이 발생했다고 판단한다. UV이상을 검출한 경우, UV이상 검출수단(23)은, UV이상신호를 리셋신호 출력수단(24)을 향해 출력한다.

리셋신호 출력수단(24)은, 입력되는 전류이상 신호 또는 UV이상신호에 의해 이상의 발생을 기억한 후, 이상의 회복을 기다린다. 그리고, 리셋신호 출력수단(24)은, 입력되는 전류이상 신호 및 UV이상신호에 의해 과전류 또는 UV이상 중 어느 것도 검출되지 않았을 경우에는 이상이 회복되었다고 판단하여, 동작 개시를 위한 H레벨의 펄스 신호로 이루어지는 리셋 신호를 리셋 단자RESET로부터 폴트신호 출력회로(17)에 입력시킨다. 리셋 신호를 받은 폴트신호 출력회로(17)는, L레벨에서 H레벨로 이행하도록 한 H레벨의 폴트 신호를 하부 암 구동회로(14)에 입력시킨다. H레벨의 폴트 신호를 받은 하부 암 구동회로(14)는, 저전위측 구동신호의 차단을 해제한다. 이에 따라 이상(異常)으로부터 회복했을 경우의 동작 개시가 가능해 진다.

도 2는, 도 1에 도시되는 전력용 반도체 장치 및 그 제어용 회로의 동작을 도시하는 타이밍 차트이다.

도 2(a)는, 제어 마이컴(20)으로 입력 단자IN에 입력되는 입력 신호를 나타내고 있다. 입력 단자IN에는 이상의 유무에 관계 없이, 주기적으로 펄스 신호가 입력된다. 도 2(b)는, 저전위측 구동단자LO로부터 IGBT소자(30)를 향해 출력되는 저전위측 구동신호를 도시하고 있다. 저전위측 구동신호는, 정상 시에는 입력 신호와 동기한 펄스 신호이지만, 과전류가 발생하면 리셋 신호가 입력될 때 까지 L레벨을 나타내고 있다.

다음에 도 2(c)에 도시한 것과 같이, 과전류가 발생하여 전류검출 단자CIN로부터 입력되는 전류검출 신호가 한계값 전위VO에 달했을 경우에는, 도 2(d)와 같이, 폴트 단자FO로부터 출력되는 폴트 신호는, L레벨로 떨어진다. L레벨의 폴트 신호를 받은 하부 암 구동회로(14)는, 저전위측 구동단자LO로부터 출력되는 저전위측 구동신호를 차단하여 L레벨로 한다.

도 2(d)(e)와 같이, L레벨로 떨어진 폴트 신호는, H레벨의 펄스 신호로 이루어지는 리셋 신호가 폴트신호 출력회로(17)에 입력될 때 까지는 L레벨로 유지된다. 과전류로부터의 회복이 과전류 검출수단(22)에서의 전류이상 신호에 의해 검출되면, 리셋신호 출력수단(24)은, 리셋 신호를 폴트신호 출력회로(17)에 입력시킨다. 리셋 신호를 받은 폴트신호 출력회로(17)는, 폴트 신호를 H레벨로 올린다. 이에 따라 하부 암 구동회로(14)는, 다음의 사이클에서, 저전위측 구동신호의 차단을 해제한다.

또, 도 2에 있어서는, 과전류이상의 경우에 대해 설명했지만, UV이상인 경우도, 전류이상 신호 대신에 UV이상신호를 이용함으로써, 같은 동작을 행하는 것이 가능해 진다.

이와 같이, 제어IC(10)는, 제어 마이컴(20)으로 출력되는 펄스 형의 리셋 신호에 의거하여 동작이 복귀한다. 제어 마이컴(20)은, 과전류를 검출하기 위해 소정의 한계값과 비교하는 데 필요할 뿐이므로, 폭이 짧은 펄스 신호를 검출하는 경우에 비해 저렴한 구성으로 할 수 있다. 따라서, 전력용 반도체장치의 제어용 회로의 제조 비용을 감소할 수 있게 된다.

또한 본 실시예에 관한 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서는, 제어IC(10)에 내장되는 과전류 검출회로(15) 및 UV이상검출 회로(16)에 더하여, 제어 마이컴(20)에 포함된 과전류 검출수단(22) 및 UV이상 검출수단(23)을 이용하고, 이 상이 회복되었을 때 저전위측 구동신호의 차단을 해제한다. 따라서, 이상의 원인이 제거되지 않았음에도 불구하고 전류검출 신호나 구동전위VCC가 일시적으로 정상값이 된 경우에, 회복되었다고 오판단하여 차단을 해제하는 것을 줄일 수 있다. 따라서, 이러한 오동작에 근거하는 단락 등이나 그것에 의해 발생하는 고장 등을 방지 할 수 있다.

특히, UV이상의 경우에는, 일시적인 이상은 적고 복구 작업이 필요한 경우가 많기 때문에, 제어 마이컴(20)에서의 리셋 신호에 의거하여 동작 개시를 행함으로써, 오동작을 대폭적으로 감소할 수 있다.

또한 종래의 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서는, 전원상승 시에, 상부 암 구동회로와 하부 암 구동회로 사이에서 암 단락이 발생하는 경우가 있었다. 본 실시예에 관한 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서는, 전원상승 시에 구동전위VCC가 변동함에 따른 UV이상을 더욱 정확하게 검출할 수 있으므로, 이와 같은 전원상승 시의 암 단락의 발생을 감소할 수 있게 된다. 이에 따라 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

또, 이상의 설명에 있어서는, 과전류 검출회로(15)에서의 전류이상 신호 및 UV이상검출 회로(16)에서의 UV이상신호에 의거하여, 하부 암 구동회로(14)에서의 저전위측 구동신호의 출력을 차단하는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 이에 한정하지 않고, 과전류 검출수단(22)에서의 전류이상 신호 및 UV이상 검출수단(23)에서의 UV이상신호에 의거하여, 제어신호 출력수단(21)에서의 제어신호도 아울러 차단하도록 구성해도 좋다.

또한 이상의 설명에 있어서는, 리셋 신호가 제어 마이컴(20)으로부터 출력되는 경우에 대해 설명했지만, 제어 마이컴(20)에 한정되지 않고, 다른 장치로부터 출력되어도 좋다.

본 발명에 관한 전력용 반도체 장치의 제어용 회로에 있어서는, 제어용 집적회로는 마이컴으로부터 출력되는 펄스모양의 리셋신호에 의거하여 동작이 복귀된다. 따라서 마이컴은 과전류를 검출하기 위해 소정의 한계값과 비교하는 데 필요할 뿐이므로, 폭이 짧은 펄스신호를 검출하는 경우에 비해 저가의 구성으로 할 수 있다. 따라서 전력용 반도체 장치의 제어용 회로의 제조원가를 저감할 수 있게 된다.

Claims

전력용 반도체장치를 제어용 집적회로를 통해 마이컴으로 제어하는 전력용 반도체장치의 제어용 회로에 있어서,

상기 제어용 집적회로는, 상기 전력용 반도체장치에서 출력되는 전류검출 신호에 의해 이상을 검출하면, 내장하는 폴트신호 출력회로에서 출력되는 폴트 신호에 의해 상기 전력용 반도체장치를 턴오프하고,

상기 마이컴은, 상기 전류검출 신호에 의해 이상의 회복을 검출하면, 리셋 신호를 출력하여 상기 폴트 신호를 해제하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체장치의 제어용 회로.
전력용 반도체소자를 제어하기 위한 제어신호가 입력되는 입력 회로와,

상기 입력 회로에서의 출력을 복수의 레벨로 변환하는 레벨 시프트 회로와,

상기 레벨 시프트 회로에서의 출력에 의거하여 제 1전력용 반도체소자에 대한 제 1구동신호를 출력하는 제 1구동회로와,

상기 레벨 시프트 회로에서의 출력에 의거하여 제 2전력용 반도체소자에 대한 제 2구동신호를 출력함과 동시에, 입력되는 폴트 신호가 비활성 상태로부터 활성 상태로 이행하면 상기 제 2구동신호의 출력을 정지하는 제 2구동회로와,

상기 제 2전력용 반도체소자에 의한 전류검출 신호에 의거하여 이상신호를 출력하는 과전류 검출회로와,

상기 과전류 검출회로로부터 상기 이상신호가 출력되면 상기 폴트 신호를 상기 활성 상태로 이행하고, 또한 외부로부터 입력되는 리셋 신호를 검지하면 상기 폴트 신호를 상기 비활성 상태로 이행하는 폴트신호 출력회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어용 집적회로.
제 2항에 있어서,

상기 전력용 반도체소자를 구동하기 위한 구동전위의 이상을 검출하는 이상검출 회로를 구비하고,

상기 폴트신호 출력회로는, 상기 이상검출 회로가 이상을 검출하면 상기 폴트 신호를 상기 활성 상태로 이행하는 것을 특징으로 하는 제어용 집적회로.