WO2020213316A1 - 負荷駆動装置 - Google Patents

負荷駆動装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2020213316A1
WO2020213316A1 PCT/JP2020/011014 JP2020011014W WO2020213316A1 WO 2020213316 A1 WO2020213316 A1 WO 2020213316A1 JP 2020011014 W JP2020011014 W JP 2020011014W WO 2020213316 A1 WO2020213316 A1 WO 2020213316A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
current
semiconductor element
drive device
overcurrent
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/011014
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
武 幾山
光一 八幡
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority to JP2021514830A priority Critical patent/JP7163486B2/ja
Priority to US17/603,059 priority patent/US11671089B2/en
Priority to CN202080028773.4A priority patent/CN113711478A/zh
Priority to DE112020001283.2T priority patent/DE112020001283T5/de
Publication of WO2020213316A1 publication Critical patent/WO2020213316A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • the present invention relates to a load drive device.
  • Patent Document 1 discloses a load drive device that detects an overcurrent state by comparing a drain-source voltage of a semiconductor element with a predetermined reference voltage.
  • Patent Document 1 has a problem that an overcurrent state is detected and the current stops even if a large current is intentionally passed when the semiconductor element is electrically connected at a high temperature.
  • the load drive device is arranged between electrodes through which a current flows, and a semiconductor element that supplies a current during an on operation and cuts off the current during an off operation, and an input voltage based on the voltage between the electrodes is equal to or less than a threshold voltage.
  • the overcurrent detection unit for detecting the presence and the voltage change circuit unit for changing the input voltage based on the voltage between the electrodes are provided, and the voltage change circuit unit applies a current of a predetermined value or more to the semiconductor element.
  • the input voltage is changed to the threshold voltage or less based on the allowable current control signal and the temperature detection signal indicating that the temperature of the semiconductor element is equal to or higher than a predetermined value.
  • the present invention it is possible to intentionally pass a large current when the semiconductor element is electrically connected at a high temperature.
  • (A) to (D) are time charts showing the operation of the load drive device when a large current is not allowed.
  • (A) to (D) are time charts showing the operation of the load drive device when a large current is allowed.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the load drive device 100.
  • the semiconductor element 1 is arranged, for example, between the electrodes of the positive electrode P and the negative electrode N. Then, the semiconductor element 1 supplies a current during the on operation and cuts off the current during the off operation.
  • the semiconductor element 1 is, for example, one of the semiconductor elements constituting the upper and lower arm series circuit of each phase in the UVW phase of the three-phase induction motor (motor), and corresponds to the upper arm of each phase or the lower arm of each phase. ..
  • the inverter is composed of the upper and lower arm series circuits in the UVW phase.
  • a temperature detecting element 2 for detecting the temperature of the semiconductor element 1 is arranged in the vicinity of the semiconductor element 1.
  • the temperature detection signal from the temperature detection element 2 is input to the control unit 10.
  • the control unit 10 outputs the temperature detection signal a when the detection signal from the temperature detection element 2 reaches a predetermined value.
  • the gate drive unit 3 is supplied with power from the power supply Vcc, and outputs a drive signal to the gate electrode of the semiconductor element 1 in response to a PWM signal or the like from the control unit 10.
  • the semiconductor element 1 is turned on when a drive signal is input from the gate drive unit 3. Further, when the overcurrent detection signal c indicating that the overcurrent has been detected is input from the overcurrent detection unit 4 described later, the gate drive unit 3 stops the output of the drive signal to the semiconductor element 1.
  • the voltage change circuit unit 5 includes a series circuit of resistors R1, R2, and R3 to which power is supplied from the power supply Vcc.
  • the connection point between the resistor R1 and the resistor R2 is connected to the positive electrode P side of the semiconductor element 1 via the diode D1 for preventing backflow.
  • the end of the resistor R3 is connected to the negative electrode N side of the semiconductor element 1.
  • the capacitor C1 is connected in parallel with the resistor R3, and the voltage of the circuit composed of the parallel circuit of the resistor R3 and the capacitor C1 is input to the overcurrent detection unit 4 as an input voltage Vin.
  • the semiconductor element 1 When the semiconductor element 1 is conducting, when the voltage Vds of the semiconductor element 1 rises and reaches a voltage at which the current flowing in the forward direction of the diode D1 disappears, the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 resists to reach the threshold voltage Vth.
  • the values of R1, R2, and R3 are set.
  • the overcurrent detection unit 4 detects that the input voltage Vin reaches the threshold voltage Vth and outputs an overcurrent detection signal c to the gate drive unit 3.
  • the voltage change circuit unit 5 includes a voltage drop control unit 50.
  • the voltage drop control unit 50 includes a light emitting diode D2, a light receiving diode D3, an operational amplifier 51, and a transistor 52.
  • the light emitting diode D2 emits light when the temperature detection signal a and the current control signal b described later are input from the control unit 10 and there is an output signal from the AND circuit 6.
  • the light emitted from the light emitting diode D2 is received by the light receiving diode D3, and a drive signal is input to the gate electrode of the transistor 52 via the operational amplifier 51.
  • the collector and the emitter of the transistor 52 are connected to the input side of the overcurrent detection unit 4. That is, when the temperature detection signal a and the current control signal b are input, the transistor 52 is conducted and the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 becomes zero. Then, in this case, the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 does not reach the threshold voltage Vth.
  • the voltage change circuit unit 5 has shown an example of changing the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 to zero, the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 may be changed to the threshold voltage Vth or less.
  • the current control signal b will be described.
  • a three-phase short circuit is when the motor is rotated by an external force even though the inverter is stopped, in order to prevent the smoothing capacitor of the inverter from exceeding the withstand voltage due to the induced voltage of the motor. This is to short-circuit the windings of the motor by making all the semiconductor elements of the arm or the semiconductor elements of the lower arm of each phase conductive.
  • the overcurrent protection unit 4 operates the overcurrent protection. , The voltage between electrodes cannot be increased.
  • a command s instructing the three-phase short circuit is input to the control unit 10 from a higher-level control unit (not shown), and the control unit 10 receives this command and outputs a current control signal b.
  • FIG. 2 is a graph showing the resistance value characteristics of the semiconductor element 1.
  • the X-axis shows the temperature
  • the Y-axis shows the resistance value
  • the Z-axis shows the current value.
  • the resistance value of the semiconductor element 1 tends to increase as the temperature increases and as the current value increases.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of an increase in the voltage between electrodes due to temperature.
  • the horizontal axis of FIG. 3 shows the temperature, and the vertical axis shows the voltage between electrodes.
  • the semiconductor element 1 such as SiC has a characteristic that the resistance value increases when conducting at a high temperature, and the voltage between electrodes greatly increases at a large current. For example, if the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 becomes the threshold voltage Vth when the voltage between the electrodes is the detection voltage V0, and the temperature of the semiconductor element 1 rises to about 107 ° C., when this embodiment is not applied, , The overcurrent detection unit 4 operates the overcurrent protection.
  • the overcurrent detection unit 4 when a large current is desired to flow at a high temperature such as when a three-phase short circuit occurs, the overcurrent detection unit 4 provides unintended overcurrent protection by outputting the temperature detection signal a and the current control signal b. Stop.
  • 4 (A) to 4 (D) are time charts showing the operation of the load drive device 100 when a large current is not allowed, that is, when the temperature detection signal a and the current control signal b are not output. ..
  • FIG. 4 (A) shows the gate-source voltage Vgs (see FIG. 1)
  • FIG. 4 (B) shows the drain current Ids (see FIG. 1)
  • FIG. 4 (C) shows the drain-source voltage Vds. (See FIG. 1)
  • FIG. 4 (D) shows the input voltage Vin (see FIG. 1) of the overcurrent detection unit 4.
  • the gate drive unit 3 outputs a drive signal to the gate electrode of the semiconductor element 1 in response to a PWM signal or the like from the control unit 10.
  • this drive signal is applied to the semiconductor element 1 as a gate-source voltage Vgs at time t1, and the semiconductor element 1 conducts.
  • the drain current Ids increases from the time t1.
  • the drain-source voltage Vds decreases at time t1 and then gradually increases.
  • the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 increases as shown in FIG. 4 (D).
  • the overcurrent detection unit 4 detects this and gates the overcurrent detection signal c indicating that the overcurrent is overcurrent. It transmits to the drive unit 3.
  • the drain-source voltage Vds becomes equal to the voltage Vdet related to the resistors R3 and R4 and no forward current flows through the diode D1
  • the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 becomes the threshold voltage Vth.
  • the gate drive unit 3 stops the output of the drive signal at time t3, as shown in FIG. 4 (A).
  • the semiconductor element 1 When the output of the drive signal is stopped at time t3, the semiconductor element 1 is shut off. Then, as shown in FIG. 4B, the drain current Ids decreases from the time t3. As shown in FIG. 4C, the drain-source voltage Vds rises. Since the semiconductor element 1 is cut off, the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 decreases as shown in FIG. 4D.
  • 5 (A) to 5 (D) are time charts showing the operation of the load drive device 100 when a large current is allowed, that is, when the temperature detection signal a and the current control signal b are output. ..
  • FIG. 5 (A) shows the gate-source voltage Vgs (see FIG. 1)
  • FIG. 5 (B) shows the drain current Ids (see FIG. 1)
  • FIG. 5 (C) shows the drain-source voltage Vds. (See FIG. 1)
  • FIG. 5 (D) shows the input voltage Vin (see FIG. 1) of the overcurrent detection unit 4.
  • the gate drive unit 3 outputs a drive signal to the gate electrode of the semiconductor element 1 in response to a PWM signal or the like from the control unit 10.
  • this drive signal is applied to the semiconductor element 1 as a gate-source voltage Vgs at time t1, and the semiconductor element 1 conducts.
  • the drain current Ids increases from the time t1.
  • the drain-source voltage Vds decreases at time t1 and then gradually increases.
  • the light emitting diode D2 emits light by the output signal from the AND circuit 6. This light emission is received by the light receiving diode D3, the transistor 52 is conducted through the operational amplifier 51, and the input voltage Vin of the overcurrent detection unit 4 becomes zero as shown in FIG. 5 (D).
  • the overcurrent detection unit 4 does not detect that it is an overcurrent. Therefore, the drive signal output from the gate drive unit 3 does not stop its output even after the time t3. Therefore, as shown in FIG. 5B, a large current can flow through the drain current Ids.
  • the drive signal from the gate drive unit 3 is stopped at the end of the three-phase short circuit or the like in accordance with the output stop of the PWM signal or the like from the control unit 10.
  • the load drive device 100 is arranged between electrodes through which a current flows, and a semiconductor element 1 that supplies a current during an on operation and cuts off the current during an off operation, and an input voltage Vin based on the voltage between the electrodes are threshold voltages.
  • the overcurrent detection unit 4 for detecting that the voltage is Vth or less and the voltage change circuit unit 5 for changing the input voltage Vin based on the voltage between the electrodes are provided, and the voltage change circuit unit 5 has a predetermined value on the semiconductor element 1.
  • the input voltage Vin is changed to the threshold voltage Vth or less based on the current control signal b that allows the above current and the temperature detection signal a that indicates that the temperature of the semiconductor element 1 is equal to or higher than a predetermined value. This makes it possible to intentionally pass a large current when the semiconductor element is electrically connected at a high temperature.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

半導体素子の高温導通時に意図的に大きな電流を流そうとしても、過電流状態が検出されてしまい、電流が停止する問題があった。本発明において、過電流検出部４は、入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈに達すると過電流であることを検出して、過電流検出信号ｃをゲート駆動部３へ出力する。一方、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂが入力された場合に、トランジスタ５２が導通され、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎはゼロになる。そして、この場合、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎは閾値電圧Ｖｔｈに達しなくなる。このためゲート駆動部３から出力されている駆動信号は、その出力を停止しない。このため、ドレイン電流Ｉｄｓには大電流を流すことができる。

Description

負荷駆動装置
　本発明は、負荷駆動装置に関する。
　負荷駆動装置は、電極間に半導体素子を設け、半導体素子のスイッチング制御によって、負荷へ電流を供給している。そして、半導体素子の電極間の電位差をモニタすることで過電流の検出を行っている。一方で、SiC（炭化ケイ素）などの半導体素子は、高温導通時に抵抗値が上昇する特性があり、大電流においては電極間の電圧が大きく上昇する。
　特許文献１には、半導体素子のドレイン－ソース間電圧と所定の基準電圧とを比較し、過電流状態を検出する負荷駆動装置が開示されている。
特開２０１６－２０１５９３号公報
　上述した、特許文献１に記載の装置では、半導体素子の高温導通時に意図的に大きな電流を流そうとしても、過電流状態が検出されてしまい、電流が停止する問題があった。
　本発明による負荷駆動装置は、電流が流れる電極間に配置され、オン動作時に電流を供給し、オフ動作時に電流を遮断する半導体素子と、前記電極間の電圧に基づく入力電圧が閾値電圧以下であることを検出する過電流検出部と、前記電極間の電圧に基づく前記入力電圧を変更する電圧変更回路部と、を備え、前記電圧変更回路部は、前記半導体素子に所定値以上の電流を許容する電流制御信号、および、前記半導体素子が所定値以上の温度であることを示す温度検出信号に基づいて、前記入力電圧を前記閾値電圧以下に変更する。
　本発明によれば、半導体素子の高温導通時に意図的に大きな電流を流すことが可能になる。
負荷駆動装置の回路構成図である。 半導体素子の抵抗値特性を示すグラフである。 温度による電極間電圧の上昇例を示すグラフである。 （Ａ）～（Ｄ）は、大電流を許容しない場合の負荷駆動装置の動作を示すタイムチャートである。 （Ａ）～（Ｄ）は、大電流を許容する場合の負荷駆動装置の動作を示すタイムチャートである。
　図１は、負荷駆動装置１００の回路構成図である。
　半導体素子１は、例えば、正極Ｐと負極Ｎとの電極間に配置される。そして、半導体素子１は、オン動作時に電流を供給し、オフ動作時に電流を遮断する。半導体素子１は、例えば、三相誘導電動機（モータ）のＵＶＷ相における各相の上下アーム直列回路を構成する半導体素子の一つであり、各相の上アームもしくは各相の下アームに相当する。ＵＶＷ相における上下アーム直列回路によってインバータが構成される。
　半導体素子１の近傍には、半導体素子１の温度を検出する温度検出素子２が配置されている。温度検出素子２からの温度検出信号は制御部１０へ入力される。制御部１０は、温度検出素子２からの検出信号が所定値に達した場合に、温度検出信号ａを出力する。
　ゲート駆動部３は、電源Ｖｃｃより電源が供給され、制御部１０からのＰＷＭ信号等に応答して半導体素子１のゲート電極へ駆動信号を出力する。半導体素子１は、ゲート駆動部３より駆動信号が入力されるとオン動作する。また、ゲート駆動部３は、後述する過電流検出部４より過電流が検出されたことを示す過電流検出信号ｃが入力された場合は、半導体素子１への駆動信号の出力を停止する。
　電圧変更回路部５は、電源Ｖｃｃより電源が供給される抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の直列回路を備える。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点は、逆流防止用のダイオードＤ１を介して半導体素子１の正極Ｐ側に接続される。抵抗Ｒ３の終端は半導体素子１の負極Ｎ側に接続される。また、抵抗Ｒ３と並列にコンデンサＣ１が接続され、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１の並列回路で構成される回路の電圧は入力電圧Ｖｉｎとして過電流検出部４へ入力される。
　半導体素子１が導通時に、半導体素子１の電圧Ｖｄｓが上昇してダイオードＤ１の順方向に流れる電流が無くなる電圧に達すると、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈに達するように抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の値が設定されている。過電流検出部４は、入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈに達すると過電流であることを検出して、過電流検出信号ｃをゲート駆動部３へ出力する。
　さらに、電圧変更回路部５は、電圧低下制御部５０を備える。電圧低下制御部５０は、発光ダイオードＤ２、受光ダイオードＤ３、オペアンプ５１、トランジスタ５２を備える。発光ダイオードＤ２は、制御部１０より温度検出信号ａおよび後述の電流制御信号ｂが入力されてアンド回路６からの出力信号があった場合に発光する。
　発光ダイオードＤ２の発光は受光ダイオードＤ３で受光され、オペアンプ５１を介してトランジスタ５２のゲート電極に駆動信号を入力する。トランジスタ５２のコレクタとエミッタとの間は過電流検出部４の入力側に接続されている。すなわち、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂが入力された場合に、トランジスタ５２が導通され、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎはゼロになる。そして、この場合、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎは閾値電圧Ｖｔｈに達しなくなる。なお、電圧変更回路部５は、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎをゼロに変更する例を示したが、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎを閾値電圧Ｖｔｈ以下に変更してもよい。
　電流制御信号ｂについて説明する。インバータによる過電圧保護として、三相短絡がある。三相短絡とは、インバータが機能停止しているにもかかわらず、モータが外力によって回されている場合、モータの誘起電圧によってインバータの平滑コンデンサが耐圧を超えるのを防ぐため、各相の上アームの半導体素子または各相の下アームの半導体素子を全て導通状態にして、モータの巻線を短絡することである。三相短絡を維持するために、半導体素子１のドレイン－ソース間の電極間電圧を上げる必要があるが、本実施形態を適用しない場合は、過電流検出部４により過電流保護が動作して、電極間電圧を上げることができない。なお、三相短絡時には、図示省略した上位の制御部より制御部１０へ三相短絡を指示する指令ｓが入力され、制御部１０はこの指令を受けて電流制御信号ｂを出力する。
　図２は、半導体素子１の抵抗値特性を示すグラフである。図２のＸ軸は温度を、Ｙ軸は抵抗値を、Ｚ軸は電流値を示す。図２に示すように、半導体素子１の抵抗値は、温度が高くなるほど、また、電流値が多くなるほど高くなる傾向にある。
　図３は、温度による電極間電圧の上昇例を示すグラフである。図３の横軸は温度を、縦軸は電極間電圧を示す。図３に示すように、SiCなどの半導体素子１は、高温導通時に抵抗値が上昇する特性があり、大電流においては電極間電圧が大きく上昇する。例えば、電極間電圧が検出電圧Ｖ0の時に過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈになるとすれば、半導体素子１の温度が約１０７℃まで上昇すると、本実施形態を適用しない場合は、過電流検出部４により過電流保護が動作する。
　本実施形態では、三相短絡時等のように高温で大電流を流したい場合に、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂを出力することによって、過電流検出部４による意図しない過電流保護を停止する。
　以下、負荷駆動装置１００の動作について説明する。
　図４（Ａ）～図４（Ｄ）は、大電流を許容しない場合、すなわち、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂが出力されていない場合の負荷駆動装置１００の動作を示すタイムチャートである。
　図４（Ａ）は、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓ（図１参照）を、図４（Ｂ）は、ドレイン電流Ｉｄｓ（図１参照）を、図４（Ｃ）は、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ（図１参照）を、図４（Ｄ）は、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎ（図１参照）を示す。
　制御部１０からのＰＷＭ信号等に応答してゲート駆動部３が半導体素子１のゲート電極へ駆動信号を出力する。この駆動信号は、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ１でゲート－ソース間電圧Ｖｇｓとして半導体素子１に印加され、半導体素子１は導通する。そして、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１からドレイン電流Ｉｄｓが増加する。図４（Ｃ）に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが時刻ｔ１で低下した後、徐々に上昇する。ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓの上昇に伴って、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎが、図４（Ｄ）に示すように増加する。時刻ｔ２で、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈに達した場合には、過電流検出部４でこれを検出して、過電流であることを示す過電流検出信号ｃをゲート駆動部３へ送信する。なお、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが抵抗Ｒ３、Ｒ４に係る電圧Ｖｄｅｔに等しくなり、ダイオードＤ１に順方向の電流が流れなくなると、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎは閾値電圧Ｖｔｈになる。ゲート駆動部３は、過電流検出信号ｃに応答して、図４（Ａ）に示すように、時刻ｔ３で駆動信号の出力を停止する。
　時刻ｔ３で駆動信号の出力が停止されると、半導体素子１は遮断する。そして、図４（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３からドレイン電流Ｉｄｓが減少する。図４（Ｃ）に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓは上昇する。半導体素子１は遮断されているので、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎは、図４（Ｄ）に示すように減少する。
　図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、大電流を許容する場合、すなわち、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂが出力されている場合の負荷駆動装置１００の動作を示すタイムチャートである。
　図５（Ａ）は、ゲート－ソース間電圧Ｖｇｓ（図１参照）を、図５（Ｂ）は、ドレイン電流Ｉｄｓ（図１参照）を、図５（Ｃ）は、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓ（図１参照）を、図５（Ｄ）は、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎ（図１参照）を示す。
　制御部１０からのＰＷＭ信号等に応答してゲート駆動部３が半導体素子１のゲート電極へ駆動信号を出力する。この駆動信号は、図５（Ａ）に示すように、時刻ｔ１でゲート－ソース間電圧Ｖｇｓとして半導体素子１に印加され、半導体素子１は導通する。そして、図５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１からドレイン電流Ｉｄｓが増加する。図５（Ｃ）に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが時刻ｔ１で低下した後、徐々に上昇する。ここで、制御部１０より、温度検出信号ａおよび電流制御信号ｂが出力されているので、アンド回路６からの出力信号により発光ダイオードＤ２が発光する。この発光は、受光ダイオードＤ３で受光され、オペアンプ５１を介してトランジスタ５２が導通され、図５（Ｄ）に示すように、過電流検出部４の入力電圧Ｖｉｎはゼロになる。
　したがって、図５（Ｃ）に示すように、ドレイン－ソース間電圧Ｖｄｓが時刻ｔ２で電圧Ｖｄｅｔより上昇しても、過電流検出部４は過電流であることを検出しない。このためゲート駆動部３から出力されている駆動信号は、時刻ｔ３以降もその出力を停止しない。
このため、図５（Ｂ）に示すように、ドレイン電流Ｉｄｓには大電流を流すことができる。なお、ゲート駆動部３からの駆動信号は、三相短絡等の終了時に、制御部１０からのＰＷＭ信号等の出力停止に合わせて停止する。
　以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）負荷駆動装置１００は、電流が流れる電極間に配置され、オン動作時に電流を供給し、オフ動作時に電流を遮断する半導体素子１と、電極間の電圧に基づく入力電圧Ｖｉｎが閾値電圧Ｖｔｈ以下であることを検出する過電流検出部４と、電極間の電圧に基づく入力電圧Ｖｉｎを変更する電圧変更回路部５と、を備え、電圧変更回路部５は、半導体素子１に所定値以上の電流を許容する電流制御信号ｂ、および、半導体素子１が所定値以上の温度であることを示す温度検出信号ａに基づいて、入力電圧Ｖｉｎを閾値電圧Ｖｔｈ以下に変更する。これにより、半導体素子の高温導通時に意図的に大きな電流を流すことが可能になる。
　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
１　半導体素子
２　温度検出素子
３　ゲート駆動部
４　過電流検出部
５　電圧変更回路部
６　アンド回路
１０　制御部
５０　電圧低下制御部
５１　オペアンプ
５２　トランジスタ
１００　負荷駆動装置
ａ　温度検出信号
ｂ　電流制御信号
ｃ　過電流検出信号
ｓ　三相短絡の指令
Ｃ１　コンデンサ
Ｄ１　ダイオード
Ｄ２　発光ダイオード
Ｄ３　受光ダイオード
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３　抵抗

Claims (4)

  1. 　電流が流れる電極間に配置され、オン動作時に電流を供給し、オフ動作時に電流を遮断する半導体素子と、
    　前記電極間の電圧に基づく入力電圧が閾値電圧以下であることを検出する過電流検出部と、
    　前記電極間の電圧に基づく前記入力電圧を変更する電圧変更回路部と、を備え、
    　前記電圧変更回路部は、前記半導体素子に所定値以上の電流を許容する電流制御信号、および、前記半導体素子が所定値以上の温度であることを示す温度検出信号に基づいて、前記入力電圧を前記閾値電圧以下に変更する負荷駆動装置。
  2. 　請求項１に記載の負荷駆動装置において、
    　前記電圧変更回路部は、前記電流制御信号、および前記温度検出信号に基づいて、前記入力電圧をゼロに変更する負荷駆動装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置において、
    　モータの三相短絡時に前記電流制御信号を出力する制御部を備える負荷駆動装置。
  4. 　請求項３に記載の負荷駆動装置において、
    　前記半導体素子の近傍に配置される温度検出素子を備え、
    　前記制御部は、前記温度検出素子により検出された温度が所定値以上でれば前記温度検出信号を出力する負荷駆動装置。
PCT/JP2020/011014 2019-04-17 2020-03-13 負荷駆動装置 WO2020213316A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021514830A JP7163486B2 (ja) 2019-04-17 2020-03-13 負荷駆動装置
US17/603,059 US11671089B2 (en) 2019-04-17 2020-03-13 Load driver
CN202080028773.4A CN113711478A (zh) 2019-04-17 2020-03-13 负载驱动装置
DE112020001283.2T DE112020001283T5 (de) 2019-04-17 2020-03-13 Lasttreiber

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-078466 2019-04-17
JP2019078466 2019-04-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020213316A1 true WO2020213316A1 (ja) 2020-10-22

Family

ID=72837459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/011014 WO2020213316A1 (ja) 2019-04-17 2020-03-13 負荷駆動装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11671089B2 (ja)
JP (1) JP7163486B2 (ja)
CN (1) CN113711478A (ja)
DE (1) DE112020001283T5 (ja)
WO (1) WO2020213316A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004312924A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体デバイスの駆動回路
JP2010536032A (ja) * 2007-08-08 2010-11-25 アドバンスト・アナロジック・テクノロジーズ・インコーポレイテッド ディスクリートパワー半導体デバイスのカスコード電流センサ
JP2014060581A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Renesas Electronics Corp 負荷駆動回路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5129582B2 (ja) * 2008-01-09 2013-01-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 負荷駆動診断装置およびその制御方法
JP5724730B2 (ja) * 2010-12-14 2015-05-27 富士電機株式会社 半導体素子の駆動装置
JP6201302B2 (ja) * 2012-11-22 2017-09-27 富士電機株式会社 半導体素子の駆動装置
JP2016201593A (ja) 2015-04-07 2016-12-01 株式会社デンソー 過電流保護回路及び誘導性負荷駆動装置
CN109005673B (zh) * 2016-09-02 2020-09-08 富士电机株式会社 半导体元件的驱动装置
US11025245B2 (en) * 2017-08-24 2021-06-01 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
JP6824142B2 (ja) * 2017-11-22 2021-02-03 三菱電機株式会社 電力半導体モジュールおよび電力変換装置
JP6952641B2 (ja) * 2018-04-24 2021-10-20 株式会社東芝 制御回路及びパワーモジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004312924A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体デバイスの駆動回路
JP2010536032A (ja) * 2007-08-08 2010-11-25 アドバンスト・アナロジック・テクノロジーズ・インコーポレイテッド ディスクリートパワー半導体デバイスのカスコード電流センサ
JP2014060581A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Renesas Electronics Corp 負荷駆動回路

Also Published As

Publication number Publication date
US11671089B2 (en) 2023-06-06
US20220190817A1 (en) 2022-06-16
JPWO2020213316A1 (ja) 2020-10-22
CN113711478A (zh) 2021-11-26
JP7163486B2 (ja) 2022-10-31
DE112020001283T5 (de) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10236677B2 (en) Semiconductor device
US10281941B2 (en) Voltage generating circuit and overcurrent detecting circuit
US7924542B2 (en) Power supply controller and semiconductor device
JP6132640B2 (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
JP5989265B2 (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
JP5168413B2 (ja) 電圧駆動型素子を駆動する駆動装置
WO2010150488A1 (ja) 電源保護回路およびそれを備えたモータ駆動装置
WO2015146040A1 (ja) 駆動装置
TWI571031B (zh) 保護裝置、系統及維持閘極驅動器端子上的穩定輸出的方法
US20180145668A1 (en) Voltage clamping circuit
JP2017527131A (ja) Ｄｖ／ｄｔ検出および保護装置ならびにｄｖ／ｄｔ検出および保護方法
JP6048164B2 (ja) 過電流保護回路
WO2015064206A1 (ja) 半導体装置
JP4459689B2 (ja) スイッチング素子の駆動回路
WO2020213316A1 (ja) 負荷駆動装置
KR101659088B1 (ko) Ｌｅｄ 전원 장치
JP2014215733A (ja) 定電流保護回路
JP2016131465A (ja) ゲート駆動回路
JP2015220932A (ja) 半導体装置
US11658652B2 (en) Semiconductor device
JP6642074B2 (ja) スイッチング素子の駆動装置
JP2020167860A (ja) 処理回路および電源装置
JP2020129867A (ja) 過電流検出回路及び電流出力回路
JP7361675B2 (ja) 半導体装置
JP7222202B2 (ja) 駆動装置及び電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20790736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021514830

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20790736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1