スイッチング素子の駆動装置
【課題】電圧制御形のスイッチング素子Ｓ＊＃の導通制御端子の電圧が正常時におけるシリーズレギュレータ２２の出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）よりも低くなる中間電圧異常に対処できないこと。
【解決手段】ウィンドウコンパレータ７０は、ゲート電圧Ｖｇｅが、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる電圧とゲート印加電圧ＶｇＨとの間の中間電圧であると判断されることで、論理「Ｈ」の信号を出力する。この信号は、ローパスフィルタ７２を介して中間電圧異常検出部７４に取り込まれる。中間電圧異常検出部７４では、ローパスフィルタ７２の出力が論理「Ｈ」となることで、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作して且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２をオフ状態に切り替える。
【解決手段】ウィンドウコンパレータ７０は、ゲート電圧Ｖｇｅが、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる電圧とゲート印加電圧ＶｇＨとの間の中間電圧であると判断されることで、論理「Ｈ」の信号を出力する。この信号は、ローパスフィルタ７２を介して中間電圧異常検出部７４に取り込まれる。中間電圧異常検出部７４では、ローパスフィルタ７２の出力が論理「Ｈ」となることで、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作して且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２をオフ状態に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の駆動装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、車載主機に接続されるインバータを構成するスイッチング素子の駆動装置がある。詳しくは、この駆動装置は、駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで、インバータをシャットダウンする機能が搭載されたものである。
【０００３】
ここで、駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となるのは、その導通制御端子に印加する電圧を高くしていることによる。すなわち、この場合、非飽和領域における電流が上記閾値電流を上回る。これは、駆動対象スイッチング素子の損失を低減するための設定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６０３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駆動装置に何らかの異常が生じることで駆動対象スイッチング素子に印加される電圧が低くなると、駆動対象スイッチング素子の損失が大きくなり、ひいては発熱に伴って急激な温度上昇を招くおそれがある。ただし、こうした異常が生じても、駆動対象スイッチング素子を流れる電流は閾値以下に維持されるため、上記シャットダウンする機能等によっては、これに対処することができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするものにあって、その導通制御端子の電圧異常による不都合を好適に抑制することのできるスイッチング素子の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置において、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子の電圧が前記駆動対象スイッチング素子の通常のオン状態時における電圧である通常時オン操作電圧よりも低くて且つ前記駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる閾値電圧以上である中間の電圧であるか否かを判断する判断手段と、該判断手段によって前記中間の電圧であると判断されることを条件に、前記駆動対象スイッチング素子を強制的にオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明では、中間の電圧であることを条件に駆動対象スイッチング素子が強制的にオフ操作されるため、駆動対象スイッチング素子が損失の大きい領域でオン状態とされ続けることを回避することができる。このため、導通制御端子の電圧異常による不都合を好適に抑制することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令に伴う前記通常時オン操作電圧への移行期間および前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令に伴う通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間のそれぞれとして想定される期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１１】
オン操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。また、オフ操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオフ状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令が入力される期間であって且つ通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１３】
オフ操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオフ状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１５】
オン操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記通常時オン操作電圧を生成する電源と、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と前記電源とを接続する充電経路と、該充電経路を開閉する充電用スイッチング素子と、前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を前記導通制御端子から放電させる通常時放電経路と、該通常時放電経路を開閉する放電用スイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子とをさらに備え、前記オフ操作手段は、前記ソフト遮断用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、ソフト遮断用放電経路を用いることで、駆動対象スイッチング素子がオフ状態に切り替わり速度を低くすることが可能となり、この場合、サージを抑制することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子をさらに備え、前記オフ操作手段は、前記オフ保持用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、オフ保持用スイッチング素子を用いることで、強制的なオフ操作の確実性を高めることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記電源の状態をオフ状態とすることで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、電源をオフ状態とすることで、駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷が導通制御端子に供給されることを回避することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項５〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記充電用スイッチング素子をオフ操作することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、請求項５〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記放電用スイッチング素子をオン操作することを特徴とする。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子及び出力端子のいずれかとの間に設けられる複数のツェナーダイオードおよびクランプ用スイッチング素子の直列接続体と、
前記駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧を規定電圧にクランプすべく前記クランプ用スイッチング素子をオン操作するクランプ制御手段と、前記複数のツェナーダイオードの一部に直列接続された迂回用スイッチング素子とを備え、前記迂回用スイッチング素子が前記ツェナーダイオードの残りと前記クランプ用スイッチング素子の直列接続体に並列接続され、前記オフ操作手段は、前記迂回用スイッチング素子をオン操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項１２記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子と、前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子とをさらに備え、前記オフ操作手段は、前記充電用スイッチング素子のオン状態からオフ状態への切り替え操作、前記放電用スイッチング素子のオフ状態からオン状態への切り替え操作、前記ソフト遮断用スイッチング素子のオン操作、前記オフ保持用スイッチング素子のオン操作、および前記電源のオフ操作のうちの少なくとも２つを行うことで、前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項１３記載の発明は、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、前記オフ操作手段は、前記電源の電圧を変更して前記中間の電圧を前記通常時オン操作電圧側へと移行させることで前記フェールセーフ手段を動作させて前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２８】
中間の電圧となる異常には、駆動対象スイッチング素子の操作信号がオン操作指令であるかオフ操作指令であるかにかかわらず常時中間の電圧が維持される異常もあると考えられる。この場合、一対のスイッチング素子が交互にオン操作されることで、双方がオン状態となる状態が生じる。しかし、導通制御端子の電圧が中間の電圧であるが故に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上とはならないおそれがある。この点、上記発明では、通常時オン操作電圧側に移行させることで、双方がオン状態となる際に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上となるようにすることができる。
【００２９】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記強制的なオフ操作をする際、その旨を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３０】
前記通知対象は、前記駆動対象スイッチング素子の操作信号を生成する生成手段であってもよい。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、前記通常時オン操作電圧によって前記駆動対象スイッチング素子を非飽和領域で駆動する際の電流が、前記閾値電流よりも大きいことを特徴とする。
【００３２】
中間の電圧となる異常には、駆動対象スイッチング素子の操作信号がオン操作指令であるかオフ操作指令であるかにかかわらず常時中間の電圧が維持される異常もあると考えられる。この場合、一対のスイッチング素子が交互にオン操作されることで、双方がオン状態となる状態が生じる。しかし、導通制御端子の電圧が中間の電圧であるが故に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上とはならないおそれがある。この点、上記発明では、判断手段およびオフ操作手段を備えることで、こうした事態に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図３】ゲート電圧とコレクタ電流およびコレクタエミッタ間電圧との関係を示す図。
【図４】ゲート電圧の推移を示すタイムチャート。
【図５】上記実施形態にかかる強制的なオフ操作を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図７】同実施形態にかかる中間電圧異常の検出処理の手順を示す流れ図。
【図８】第３の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図９】第４の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動装置を車載主機としての回転機に接続されたインバータの駆動装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図１に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及び昇圧コンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＶは、コンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続された一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎと、一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎの接続点と高電圧バッテリ１２の正極とを接続するリアクトルＬとを備えている。そして、スイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎのオン・オフによって、高電圧バッテリ１２の電圧（例えば「２８８Ｖ」）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧するものである。一方、インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎ，Ｓｃｐ，Ｓｃｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎ，Ｄｕｐ，Ｄｕｎが逆並列に接続されている。
【００３６】
制御装置１８は、低電圧バッテリ１６を電源とする制御装置である。制御装置１８は、モータジェネレータ１０を制御対象とし、その制御量を所望に制御すべく、インバータＩＶやコンバータＣＶを操作する。詳しくは、コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎを操作すべく、操作信号ｇｃｐ、ｇｃｎをドライブユニットＤＵに出力する。また、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作すべく、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎをドライブユニットＤＵに出力する。ここで、高電位側の操作信号ｇｃｐ，ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する低電位側の操作信号ｇｃｎ，ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号となっている。換言すれば、高電位側のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する低電位側のスイッチング素子Ｓｃｎ，Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、交互にオン状態とされる。
【００３７】
ここで、高電圧バッテリ１２を備える高電圧システムと低電圧バッテリ１６を備える低電圧システムとは、互いに絶縁されており、これらの間の信号の授受は、例えばフォトカプラ等の絶縁素子を備えるインターフェース１４を介して行われる。
【００３８】
図２に、上記ドライブユニットＤＵの構成を示す。
【００３９】
図示されるように、ドライブユニットＤＵは、１チップ化された半導体集積回路であるドライブＩＣ２０を備えている。ドライブＩＣ２０の端子Ｔ１には、ドライブユニットＤＵの電源の電圧Ｖｆｂが印加される。ちなみに、この電源は、低電圧バッテリ１６の電力を変換するフライバックコンバータとすればよい。
【００４０】
上記電圧Ｖｆｂは、シリーズレギュレータ２２によって降圧され、スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ，ｃ、＃＝ｐ，ｎ）の導通制御端子（ゲート）に印加するための電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）とされる。シリーズレギュレータ２２の出力端子は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ２，Ｔ３を介して充電用スイッチング素子２４の入力端子に接続されている。充電用スイッチング素子２４の出力端子は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ４に接続され、端子Ｔ４は、充電用抵抗体２６を介してスイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに接続されている。
【００４１】
一方、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、放電用抵抗体２８を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ５に接続されており、端子Ｔ５は、放電用スイッチング素子３０を介して端子Ｔ６に接続されている。そして、端子Ｔ６は、スイッチング素子Ｓ＊＃の出力端子（エミッタ）に接続されている。
【００４２】
上記充電用スイッチング素子２４および放電用スイッチング素子３０は、ドライブＩＣ２０内の駆動制御部３２によって操作される。すなわち、駆動制御部３２では、端子Ｔ７を介して入力される上記操作信号ｇ＊＃に基づき、充電用スイッチング素子２４及び放電用スイッチング素子３０を相補的にオン・オフすることでスイッチング素子Ｓ＊＃を駆動する。すなわち、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令となることで、充電用スイッチング素子２４をオンして且つ放電用スイッチング素子３０をオフし、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令となることで、充電用スイッチング素子２４をオフして且つ放電用スイッチング素子３０をオンする。
【００４３】
上記端子Ｔ５は、また、ツェナーダイオード３６およびクランプ用スイッチング素子３８の直列接続体を介して端子Ｔ６に接続されている。ここで、ツェナーダイオード３６のブレークダウン電圧は、スイッチング素子Ｓ＊＃に過度の電流が流れない程度にスイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧を制限するものである。
【００４４】
上記端子Ｔ５は、さらに、ソフト遮断用抵抗体４０およびソフト遮断用スイッチング素子４２を介して端子Ｔ６に接続されている。
【００４５】
一方、上記スイッチング素子Ｓ＊＃は、その入力端子（コレクタ）及び出力端子（エミッタ）間に流れる電流（コレクタ電流）と相関を有する微少電流を出力するセンス端子Ｓｔを備えている。そして、センス端子Ｓｔは、抵抗体４４，４６の直列接続体を介してエミッタに電気的に接続されている。これにより、センス端子Ｓｔから出力される電流によって抵抗体４６に電圧降下が生じるため、抵抗体４６による電圧降下量を、スイッチング素子Ｓ＊＃の入力端子及び出力端子間を流れる電流と相関を有する電気的な状態量とすることができる。
【００４６】
上記抵抗体４６による電圧降下量は、端子Ｔ８を介して、コンパレータ４８の非反転入力端子に取り込まれる。一方、コンパレータ４８の反転入力端子には、基準電源５０の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。これにより、コレクタ電流が閾値電流以上となることで、コンパレータ４８の出力信号が論理「Ｌ」から論理「Ｈ」に反転する。コンパレータ４８の出力する論理「Ｈ」の信号は、クランプ用スイッチング素子３８に印加されるとともに、ディレイ５４に取り込まれる。ディレイ５４は、入力信号が所定時間に渡って論理「Ｈ」となることで、フェール信号ＦＬ１を出力する。フェール信号ＦＬ１は、スイッチング素子Ｓ＊＃を強制的にオフ状態とすべく、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作したり、充電用スイッチング素子２４および放電用スイッチング素子３０の駆動を停止させるべく駆動制御部３２に指令するものである。
【００４７】
こうした構成によれば、スイッチング素子Ｓ＊＃を過電流が流れる場合には、まずクランプ用スイッチング素子３８のオン操作に伴ってツェナーダイオード３６がオン状態とされることで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧が低下する。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃を流れる電流を制限することができる。そしてその後、過電流が所定時間継続する場合には、ソフト遮断用スイッチング素子４２がオン状態とされることから、スイッチング素子Ｓ＊＃が強制的にオフとされる。
【００４８】
これにより、コレクタ電流が閾値以上となる状態が所定時間以上継続することで、ソフト遮断用スイッチング素子４２がオンとされ、ソフト遮断用抵抗体４０および放電用抵抗体２８を介して、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートの電荷が放電される。ここで、ソフト遮断用抵抗体４０は、放電経路の抵抗値を高抵抗とするためのものである。これは、コレクタ電流が過大である状況下にあっては、スイッチング素子Ｓ＊＃をオン状態からオフ状態へと切り替える速度、換言すればコレクタ及びエミッタ間の遮断速度を大きくすると、サージが過大となるおそれがあることに鑑みたものである。このため、コレクタ電流が閾値以上となると判断される状況下にあっては、放電用抵抗体２８および放電用スイッチング素子３０を備える放電経路よりも抵抗値の大きい経路によってスイッチング素子Ｓ＊＃のゲートを放電させる。
【００４９】
なお、フェール信号ＦＬ１は、端子Ｔ９を介して低電圧システム（制御装置１８）に出力される。また、このフェール信号ＦＬ１によって、先の図１に示すフェール処理部１４ａでは、インバータＩＶやコンバータＣＶをシャットダウンする。ちなみに、フェール処理部１４ａの構成は、例えば特開２００９−６０３５８号公報の図３に記載のものとすればよい。
【００５０】
上記ドライブユニットＤＵは、さらに、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を短絡するためのＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ（オフ保持用スイッチング素子６０）を備えている。オフ保持用スイッチング素子６０は、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を低抵抗にて接続すべく、スイッチング素子Ｓ＊＃に極力近接して設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を接続させる経路のうち、オフ保持用スイッチング素子６０を備える経路のインピーダンスは、放電用抵抗体２８を備える経路のインピーダンスよりも低くなるように設定されている。これは、上記操作信号ｇ＊＃に応じてスイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態とされている際、スイッチング素子Ｓ＊＃の入力端子（コレクタ）や出力端子（エミッタ）とゲートとの間の寄生容量を介してゲートに高周波ノイズが重畳することでスイッチング素子Ｓ＊＃が誤ってオン状態となることを回避するためのものである。
【００５１】
上記オフ保持用スイッチング素子６０のゲートは、端子Ｔ１０を介して、ドライブＩＣ２０内のオフ保持回路６２に接続されている。オフ保持回路６２は、端子Ｔ４に印加される電圧に基づき、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧をモニタし、この電圧が所定電圧となることで、オフ保持用スイッチング素子６０をオン操作する処理を行うものである。また、駆動制御部３２から放電用スイッチング素子３０のゲートに出力する信号をモニタし、放電用スイッチング素子３０がオフ操作されることに同期してオフ保持用スイッチング素子６０をオフ操作する処理を行うものでもある。
【００５２】
上記スイッチング素子Ｓ＊＃の入出力端子間の電圧（コレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅ）と、コレクタ電流Ｉｃとの間には、図３に示すような関係がある。すなわち、一般に、スイッチング素子＊＃が非飽和領域で駆動されない場合には、コレクタ電流Ｉｃが大きいほどコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅが大きくなり、また、このコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅは、ゲート電圧Ｖｇｅが大きいほど小さくなる。これに対し、非飽和領域においては、コレクタ電流Ｉｃはゲート電圧Ｖｇｅに応じた一定値となる。
【００５３】
本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失低減の目的でこれを飽和領域で駆動すべく、上記ゲート印加電圧ＶｇＨを高く設定する。このため、非飽和領域の電流は、閾値電流Ｉｔｈよりも大きくなる。これが、スイッチング素子Ｓ＊＃に過電流が流れうる理由である。ちなみに、上記ツェナーダイオード３６のブレークダウン電圧は、スイッチング素子Ｓ＊＃の非飽和領域の電流が閾値電流Ｉｔｈよりも僅かに大きくなる程度の電圧に設定されている。
【００５４】
ところで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加される電圧がシリーズレギュレータ２２の本来の出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）よりも小さくなる異常が生じる場合、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失が想定外に大きくなるおそれがある。こうした異常は、例えば以下のような要因によって生じうると考えられる。
【００５５】
１．放電用スイッチング素子３０がオン状態とならない異常が生じること：この場合、充電用スイッチング素子２４がオフ状態に切り替わっても、ゲートの電荷は、ゲートおよびエミッタ間を接続する抵抗体（図示略）等を介して緩やかに放電されるのみとなる。
【００５６】
２．放電用スイッチング素子３０が導通状態に維持される異常が生じること：この場合、充電用スイッチング素子２４がオン操作されることで、シリーズレギュレータ２２の出力電圧を、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８によって分圧した電圧がゲートに印加される。
【００５７】
３．スイッチング素子Ｓ＊＃自体に異常が生じること：例えばゲートおよびコレクタ間のリーク電流等によってゲート電圧Ｖｇｅが異常電圧となることが考えられる。
【００５８】
４．シリーズレギュレータ２２自体に異常が生じること：これにより、ゲート電圧Ｖｇｅが低下することが考えられる。
【００５９】
５．端子Ｔ３と端子Ｔ４との短絡異常が生じること：この場合、放電用スイッチング素子３０がオン状態となることで、シリーズレギュレータ２２の出力電圧を、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８によって分圧した電圧がゲートに印加される。
【００６０】
こうした異常が生じた場合、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失が増大することから温度が急激に上昇するおそれがある。そしてこの場合、温度が閾値温度以上となることでスイッチング素子Ｓ＊＃をオフ操作する保護手段（図示略）による対処が間にあわなくなるおそれがある。特に、上記要因１、５の場合には、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令となることで本来なら逆アームにのみ電流が流れる場合において、上下アームに短絡電流が流れるために、温度上昇速度が大きくなるおそれがある。ちなみに、この短絡電流は、低く抑えられたゲート電圧Ｖｇｅのために、閾値電流Ｉｔｈに達しないことがあり、この場合、上記過電流保護手段を動作させることもできない。
【００６１】
そこで本実施形態では、図４に示すように、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる電圧以上であって且つシリーズレギュレータ２２の本来の出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）よりも小さい電圧である中間電圧が継続することに基づき、中間電圧異常であると判断する。詳しくは、上記切り替わる電圧以上に設定された低圧側閾値ＶｔｈＬ以上であって且つゲート印加電圧ＶｇＨよりも小さく設定された高圧側閾値ＶｔｈＨ以下である場合に、中間電圧異常であると判断する。
【００６２】
具体的には、先の図２に示すように、中間電圧を検出するウィンドウコンパレータ７０に、端子Ｔ１１を介してゲート電圧Ｖｇｅが印加される。ウィンドウコンパレータ７０は、ゲート電圧Ｖｇｅと電源７０ｄの出力電圧（低圧側閾値ＶｔｈＬ）との大小を比較するコンパレータ７０ａと、ゲート電圧Ｖｇｅと電源７０ｃの出力電圧（高圧側閾値ＶｔｈＨ）との大小を比較するコンパレータ７０ｂとを備えている。そして、これらコンパレータ７０ａ，７０ｂの出力端子には、それぞれダイオード７０ｅ，７０ｆのカソードが接続されており、ダイオード７０ｅ，７０ｆのアノード側は、抵抗体７０ｇを介して電源７０ｈによってプルアップされている。このプルアップされたアノードが、ウィンドウコンパレータ７０の出力端子である。ウィンドウコンパレータ７０の出力信号は、ゲート電圧Ｖｇｅが低圧側閾値ＶｔｈＬと高圧側閾値ＶｔｈＨとの間の中間電圧となることで論理「Ｈ」となる。
【００６３】
ウィンドウコンパレータ７０の出力端子は、抵抗体７２ａおよびコンデンサ７２ｂを備えて構成されるＣＲ回路（ローパスフィルタ７２）を介して中間電圧異常検出部７４に取り込まれる。ここで、ローパスフィルタ７２は、先の図４に示したように、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる際に過渡的に中間電圧となる期間やスイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態に切り替わる際に過渡的に中間電圧となる期間のように短時間の間入力電圧が論理「Ｈ」に反転したとしても、これを出力しないように時定数が設定されたものである。なお、ローパスフィルタ７２は、上記ディレイ５４によって除去される短時間の間、入力電圧が論理「Ｈ」に判定したとしても、これを出力しない。一方、中間電圧異常検出部７４は、その入力電圧が論理「Ｈ」となることで、オン状態への切り替わりやオフ状態への切り替わりに際しての中間電圧となる時間よりも長い時間に渡って中間電圧が検出されることでフェール信号ＦＬ２を出力するものである。
【００６４】
このフェール信号ＦＬ２は、ＯＲ回路５６を介してソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作し、ＯＲ回路６４を介してオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作し、駆動制御部３２に入力されることで充電用スイッチング素子２４をオフ操作するとともに放電用スイッチング素子３０をオン操作し、シリーズレギュレータ２２をオフ操作するものである。また、フェール信号ＦＬ２は、端子Ｔ１２を介して低電圧側システム側（制御装置１８）に出力されることで、低電圧システムに中間電圧異常を通知するものである。
【００６５】
図５に、本実施形態にかかる中間電圧異常に関するフェールセーフ処理を示す。詳しくは、図５（ａ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐの操作信号ｇ＊ｐの推移を示し、図５（ｂ）に、低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎの操作信号ｇ＊ｎの推移を示し、図５（ｃ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐのゲート電圧Ｖｇｅの推移を示す。また、図５（ｄ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のウィンドウコンパレータ７０の出力信号の推移を示し、図５（ｅ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のローパスフィルタ７２の出力電圧の推移を示し、図５（ｆ）に、フェール信号ＦＬ２の推移を示す。さらに、図５（ｇ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用の充電用スイッチング素子２４の状態推移を示し、図５（ｈ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用の放電用スイッチング素子３０の状態推移を示し、図５（ｉ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のソフト遮断用スイッチング素子４２の状態推移を示し、図５（ｊ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のオフ保持用スイッチング素子６０の状態推移を示し、図５（ｋ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のシリーズレギュレータ２２の状態推移を示す。
【００６６】
図示されるように、操作信号ｇ＊ｐがオン操作指令に切り替わることで、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐのゲート電圧Ｖｇｅが上昇するものの、この電圧はシリーズレギュレータ２２が正常である場合のその出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）まで上昇することなく中間電圧にとどまる。この場合、ウィンドウコンパレータ７０の出力信号が論理「Ｈ」となる状態が継続することで、ローパスフィルタ７２の出力電圧も論理「Ｈ」に移行する。そしてこれにより、フェール信号ＦＬ２が立ち上がることで、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０がオン操作されて且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２がオフ状態に切り替えられる。
【００６７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６８】
（１）スイッチング素子Ｓ＊＃に対するオン操作指令に伴うオン状態への移行期間およびオフ操作指令に伴うオフ状態への移行期間以外において、ゲート電圧が中間電圧となることを条件に、スイッチング素子Ｓ＊＃を操作信号Ｇ＊＃の指示にかかわらずオフ操作した。これにより、中間電圧異常に好適に対処することができる。
【００６９】
（２）中間電圧異常が検出される場合、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作して且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２をオフ状態に切り替えた。これにより、これら操作対象のいずれかに異常があったとしても、スイッチング素子Ｓ＊＃を迅速且つ確実にオフ操作することができる。
【００７０】
（３）中間電圧異常が検出される場合、その旨を外部に通知した（フェール信号ＦＬ２を出力した）。これにより、異常が生じたことをユーザに通知することも可能となる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の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。
【００７１】
図６に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図６において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７２】
図示されるように、本実施形態では、ウィンドウコンパレータ７０の出力信号が中間電圧異常検出部７４に直接入力される。中間電圧異常検出部７４では、この信号と、操作信号ｇ＊＃とに基づき、中間電圧異常の有無を判断する。
【００７３】
図７に、中間電圧異常検出部７４の処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００７４】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、中間電圧異常の検出を禁止するマスキングフラグがオンとなっているか否かを判断する。そして否定判断される場合には、ステップＳ１２において、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令からオフ操作指令に切り替わったときであることとオフ操作指令からオン操作指令に切り替わったときであることとの論理和が真であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４においてマスキングフラグをオンとする。
【００７５】
一方、上記ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１６においてマスキング期間を計時するタイマＴの計時動作を開始する。続くステップＳ１８においては、タイマＴが閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。そしてステップＳ１８において肯定判断される場合、ステップＳ２０においてマスキングフラグをオフして且つタイマＴをリセットする。
【００７６】
一方、上記ステップＳ１２において否定判断される場合、ステップＳ２２においてウィンドウコンパレータ７０の出力信号が論理「Ｈ」であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２２において肯定判断される場合、ステップＳ２４において、フェール信号ＦＬ２を出力する。
【００７７】
なお、上記ステップＳ１４，Ｓ２０、Ｓ２４の処理が完了する場合や、ステップＳ１８，Ｓ２２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の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。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図８において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７９】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加する電圧を、シリーズレギュレータ２２の出力電圧とするか、シリーズレギュレータ２２の入力電圧とするかを切り替える切替部８０を備え、その切替状態がフェール信号ＦＬ２によって操作される。詳しくは、フェール信号ＦＬ２が入力されることで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加する電圧をシリーズレギュレータ２２の入力電圧に切り替える。
【００８０】
これにより、ゲート電圧Ｖｇｅを上昇させることで中間電圧異常を解消することができるため、中間電圧となった要因が上記要因１、５の場合、低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎと高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐとの双方がオン状態となることで貫通電流が流れる際、フェール信号ＦＬ１が出力されてインバータＩＶがシャットダウンされる。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第１の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。
【００８１】
図９に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８２】
図示されるように、本実施形態では、ツェナーダイオード３６の一部とクランプ用スイッチング素子３８とに並列に迂回用スイッチング素子８２を接続する。そして、フェール信号ＦＬ２の出力時にこの迂回用スイッチング素子８２がオン状態に切り替えられることで、スイッチング素子Ｓ＊＃をオフ操作する。
＜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。
【００８３】
「判断手段について」
中間電圧であるか否かを判断する判断手段としては、ウィンドウコンパレータを備えるもの等、アナログ回路によって構成されるものに限らない。例えば、ゲート電圧ＶｇｅをＡ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換し、デジタル処理によって中間電圧であるか否かを判断する手段であってもよい。
【００８４】
判断手段としては、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８とゲートとの間の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用するものに限らない。例えば、充電用スイッチング素子２４のオフ状態時には、端子Ｔ４の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用するものであってもよい。ただし、充電用スイッチング素子２４のオフ操作時にもかかわらず充電用スイッチング素子２４が実際にはオン状態となる異常によって中間電圧となる異常が生じる可能性があるなら、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８とゲートとの間の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用することが中間電圧を検出する上で望ましい。
【００８５】
「中間電圧異常検出のマスキング期間について」
マスキング期間の生成手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、端子Ｔ１１の電圧をローパスフィルタに印加して且つ、ローパスフィルタの出力信号をウィンドウコンパレータに入力するものであってもよい。さらに、このようにアナログ回路にてマスキング期間を生成するものにおいても、中間電圧異常検出部７４において、先の第２の実施形態の要領で、操作信号ｇ＊＃に基づきデジタル処理によってマスキング期間をさらに設定してもよい。
【００８６】
また、操作信号ｇ＊＃を入力とする場合であっても、マスキング期間をアナログ回路によって生成するものとしてもよい。
【００８７】
「強制的なオフ操作に利用する手段について」
強制的なオフ操作に利用する手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、上記第１、２の実施形態において、ソフト遮断用スイッチング素子４２、オフ保持用スイッチング素子６０、シリーズレギュレータ２２のうちの１つまたは２つを利用してもよい。この際、第４の実施形態における迂回用スイッチング素子８２をさらに利用してもよい。また、操作信号ｇ＊＃がオン状態を指令する場合、充電用スイッチング素子２４をオフ且つ放電用スイッチング素子３０をオンするものであってもよい。この際、ソフト遮断用スイッチング素子４２、オフ保持用スイッチング素子６０、シリーズレギュレータ２２のうちの１つまたは２つをさらに利用してもよい。さらに、この際、第４の実施形態における迂回用スイッチング素子８２を利用してもよい。
【００８８】
なお、複数の手段を利用する場合、これらを同時に操作するものに限らない。例えば、ソフト遮断用スイッチング素子４２とオフ保持用スイッチング素子６０とを利用する場合において、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作した後にオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作してもよい。このように、インピーダンスの大きい経路を先に利用することで、強制的なオフ操作に伴うサージを抑制することができる。
【００８９】
「通常時放電経路について」
通常時放電経路としては、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートとエミッタとの間を接続する経路に限らない。例えば、スイッチング素子Ｓ＊＃のエミッタよりも電位の低い端子とゲートとを接続する経路であってもよい。
【００９０】
「駆動対象スイッチング素子について」
駆動対象スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ等であってもよい。この際、ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタであってもよい。この場合、駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を放電するための放電経路は、例えば導通制御端子および入力端子間を接続する経路とすればよい。
【００９１】
また、駆動対象スイッチング素子としては、インバータＩＶや昇降圧チョッパ回路（コンバータＣＶ）を構成するものに限らない。例えば、高電圧バッテリ１２の電圧を降圧して低電圧バッテリ１６に印加する降圧コンバータを構成するものであってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０…モータジェネレータ、１４ａ…フェール処理部、１８…制御装置、７０…ウィンドウコンパレータ、７２…ローパスフィルタ、７４…中間電圧異常検出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の駆動装置としては、例えば下記特許文献１に見られるように、車載主機に接続されるインバータを構成するスイッチング素子の駆動装置がある。詳しくは、この駆動装置は、駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで、インバータをシャットダウンする機能が搭載されたものである。
【０００３】
ここで、駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となるのは、その導通制御端子に印加する電圧を高くしていることによる。すなわち、この場合、非飽和領域における電流が上記閾値電流を上回る。これは、駆動対象スイッチング素子の損失を低減するための設定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６０３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、駆動装置に何らかの異常が生じることで駆動対象スイッチング素子に印加される電圧が低くなると、駆動対象スイッチング素子の損失が大きくなり、ひいては発熱に伴って急激な温度上昇を招くおそれがある。ただし、こうした異常が生じても、駆動対象スイッチング素子を流れる電流は閾値以下に維持されるため、上記シャットダウンする機能等によっては、これに対処することができない。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするものにあって、その導通制御端子の電圧異常による不都合を好適に抑制することのできるスイッチング素子の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１記載の発明は、電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置において、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子の電圧が前記駆動対象スイッチング素子の通常のオン状態時における電圧である通常時オン操作電圧よりも低くて且つ前記駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる閾値電圧以上である中間の電圧であるか否かを判断する判断手段と、該判断手段によって前記中間の電圧であると判断されることを条件に、前記駆動対象スイッチング素子を強制的にオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記発明では、中間の電圧であることを条件に駆動対象スイッチング素子が強制的にオフ操作されるため、駆動対象スイッチング素子が損失の大きい領域でオン状態とされ続けることを回避することができる。このため、導通制御端子の電圧異常による不都合を好適に抑制することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令に伴う前記通常時オン操作電圧への移行期間および前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令に伴う通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間のそれぞれとして想定される期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１１】
オン操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。また、オフ操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオフ状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令が入力される期間であって且つ通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１３】
オフ操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオフ状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１５】
オン操作指令に応じて駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる際には、導通制御端子の電圧が中間の電圧を通過する。上記発明では、この点に鑑み、移行期間にあって中間の電圧となる場合に強制的なオフ操作を行わない。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記通常時オン操作電圧を生成する電源と、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と前記電源とを接続する充電経路と、該充電経路を開閉する充電用スイッチング素子と、前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を前記導通制御端子から放電させる通常時放電経路と、該通常時放電経路を開閉する放電用スイッチング素子とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子とをさらに備え、前記オフ操作手段は、前記ソフト遮断用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記発明では、ソフト遮断用放電経路を用いることで、駆動対象スイッチング素子がオフ状態に切り替わり速度を低くすることが可能となり、この場合、サージを抑制することができる。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子をさらに備え、前記オフ操作手段は、前記オフ保持用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、オフ保持用スイッチング素子を用いることで、強制的なオフ操作の確実性を高めることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記電源の状態をオフ状態とすることで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２２】
上記発明では、電源をオフ状態とすることで、駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷が導通制御端子に供給されることを回避することができる。
【００２３】
請求項９記載の発明は、請求項５〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記充電用スイッチング素子をオフ操作することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、請求項５〜９のいずれか１項に記載の発明において、前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記放電用スイッチング素子をオン操作することを特徴とする。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子及び出力端子のいずれかとの間に設けられる複数のツェナーダイオードおよびクランプ用スイッチング素子の直列接続体と、
前記駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧を規定電圧にクランプすべく前記クランプ用スイッチング素子をオン操作するクランプ制御手段と、前記複数のツェナーダイオードの一部に直列接続された迂回用スイッチング素子とを備え、前記迂回用スイッチング素子が前記ツェナーダイオードの残りと前記クランプ用スイッチング素子の直列接続体に並列接続され、前記オフ操作手段は、前記迂回用スイッチング素子をオン操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項１２記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子と、前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子とをさらに備え、前記オフ操作手段は、前記充電用スイッチング素子のオン状態からオフ状態への切り替え操作、前記放電用スイッチング素子のオフ状態からオン状態への切り替え操作、前記ソフト遮断用スイッチング素子のオン操作、前記オフ保持用スイッチング素子のオン操作、および前記電源のオフ操作のうちの少なくとも２つを行うことで、前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項１３記載の発明は、請求項５〜１１のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、前記オフ操作手段は、前記電源の電圧を変更して前記中間の電圧を前記通常時オン操作電圧側へと移行させることで前記フェールセーフ手段を動作させて前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする。
【００２８】
中間の電圧となる異常には、駆動対象スイッチング素子の操作信号がオン操作指令であるかオフ操作指令であるかにかかわらず常時中間の電圧が維持される異常もあると考えられる。この場合、一対のスイッチング素子が交互にオン操作されることで、双方がオン状態となる状態が生じる。しかし、導通制御端子の電圧が中間の電圧であるが故に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上とはならないおそれがある。この点、上記発明では、通常時オン操作電圧側に移行させることで、双方がオン状態となる際に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上となるようにすることができる。
【００２９】
請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発明において、前記強制的なオフ操作をする際、その旨を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３０】
前記通知対象は、前記駆動対象スイッチング素子の操作信号を生成する生成手段であってもよい。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の発明において、前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、前記通常時オン操作電圧によって前記駆動対象スイッチング素子を非飽和領域で駆動する際の電流が、前記閾値電流よりも大きいことを特徴とする。
【００３２】
中間の電圧となる異常には、駆動対象スイッチング素子の操作信号がオン操作指令であるかオフ操作指令であるかにかかわらず常時中間の電圧が維持される異常もあると考えられる。この場合、一対のスイッチング素子が交互にオン操作されることで、双方がオン状態となる状態が生じる。しかし、導通制御端子の電圧が中間の電圧であるが故に駆動対象スイッチング素子に流れる電流が閾値電流以上とはならないおそれがある。この点、上記発明では、判断手段およびオフ操作手段を備えることで、こうした事態に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図３】ゲート電圧とコレクタ電流およびコレクタエミッタ間電圧との関係を示す図。
【図４】ゲート電圧の推移を示すタイムチャート。
【図５】上記実施形態にかかる強制的なオフ操作を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図７】同実施形態にかかる中間電圧異常の検出処理の手順を示す流れ図。
【図８】第３の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【図９】第４の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動装置を車載主機としての回転機に接続されたインバータの駆動装置に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３５】
図１に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及び昇圧コンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＶは、コンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続された一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎと、一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎの接続点と高電圧バッテリ１２の正極とを接続するリアクトルＬとを備えている。そして、スイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎのオン・オフによって、高電圧バッテリ１２の電圧（例えば「２８８Ｖ」）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧するものである。一方、インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎ，Ｓｃｐ，Ｓｃｎとして、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤｕｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｐ，Ｄｖｎ，Ｄｗｐ，Ｄｗｎ，Ｄｕｐ，Ｄｕｎが逆並列に接続されている。
【００３６】
制御装置１８は、低電圧バッテリ１６を電源とする制御装置である。制御装置１８は、モータジェネレータ１０を制御対象とし、その制御量を所望に制御すべく、インバータＩＶやコンバータＣＶを操作する。詳しくは、コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎを操作すべく、操作信号ｇｃｐ、ｇｃｎをドライブユニットＤＵに出力する。また、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作すべく、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎをドライブユニットＤＵに出力する。ここで、高電位側の操作信号ｇｃｐ，ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する低電位側の操作信号ｇｃｎ，ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号となっている。換言すれば、高電位側のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する低電位側のスイッチング素子Ｓｃｎ，Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、交互にオン状態とされる。
【００３７】
ここで、高電圧バッテリ１２を備える高電圧システムと低電圧バッテリ１６を備える低電圧システムとは、互いに絶縁されており、これらの間の信号の授受は、例えばフォトカプラ等の絶縁素子を備えるインターフェース１４を介して行われる。
【００３８】
図２に、上記ドライブユニットＤＵの構成を示す。
【００３９】
図示されるように、ドライブユニットＤＵは、１チップ化された半導体集積回路であるドライブＩＣ２０を備えている。ドライブＩＣ２０の端子Ｔ１には、ドライブユニットＤＵの電源の電圧Ｖｆｂが印加される。ちなみに、この電源は、低電圧バッテリ１６の電力を変換するフライバックコンバータとすればよい。
【００４０】
上記電圧Ｖｆｂは、シリーズレギュレータ２２によって降圧され、スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｕ，ｖ，ｗ，ｃ、＃＝ｐ，ｎ）の導通制御端子（ゲート）に印加するための電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）とされる。シリーズレギュレータ２２の出力端子は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ２，Ｔ３を介して充電用スイッチング素子２４の入力端子に接続されている。充電用スイッチング素子２４の出力端子は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ４に接続され、端子Ｔ４は、充電用抵抗体２６を介してスイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに接続されている。
【００４１】
一方、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、放電用抵抗体２８を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ５に接続されており、端子Ｔ５は、放電用スイッチング素子３０を介して端子Ｔ６に接続されている。そして、端子Ｔ６は、スイッチング素子Ｓ＊＃の出力端子（エミッタ）に接続されている。
【００４２】
上記充電用スイッチング素子２４および放電用スイッチング素子３０は、ドライブＩＣ２０内の駆動制御部３２によって操作される。すなわち、駆動制御部３２では、端子Ｔ７を介して入力される上記操作信号ｇ＊＃に基づき、充電用スイッチング素子２４及び放電用スイッチング素子３０を相補的にオン・オフすることでスイッチング素子Ｓ＊＃を駆動する。すなわち、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令となることで、充電用スイッチング素子２４をオンして且つ放電用スイッチング素子３０をオフし、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令となることで、充電用スイッチング素子２４をオフして且つ放電用スイッチング素子３０をオンする。
【００４３】
上記端子Ｔ５は、また、ツェナーダイオード３６およびクランプ用スイッチング素子３８の直列接続体を介して端子Ｔ６に接続されている。ここで、ツェナーダイオード３６のブレークダウン電圧は、スイッチング素子Ｓ＊＃に過度の電流が流れない程度にスイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧を制限するものである。
【００４４】
上記端子Ｔ５は、さらに、ソフト遮断用抵抗体４０およびソフト遮断用スイッチング素子４２を介して端子Ｔ６に接続されている。
【００４５】
一方、上記スイッチング素子Ｓ＊＃は、その入力端子（コレクタ）及び出力端子（エミッタ）間に流れる電流（コレクタ電流）と相関を有する微少電流を出力するセンス端子Ｓｔを備えている。そして、センス端子Ｓｔは、抵抗体４４，４６の直列接続体を介してエミッタに電気的に接続されている。これにより、センス端子Ｓｔから出力される電流によって抵抗体４６に電圧降下が生じるため、抵抗体４６による電圧降下量を、スイッチング素子Ｓ＊＃の入力端子及び出力端子間を流れる電流と相関を有する電気的な状態量とすることができる。
【００４６】
上記抵抗体４６による電圧降下量は、端子Ｔ８を介して、コンパレータ４８の非反転入力端子に取り込まれる。一方、コンパレータ４８の反転入力端子には、基準電源５０の基準電圧Ｖｒｅｆが印加されている。これにより、コレクタ電流が閾値電流以上となることで、コンパレータ４８の出力信号が論理「Ｌ」から論理「Ｈ」に反転する。コンパレータ４８の出力する論理「Ｈ」の信号は、クランプ用スイッチング素子３８に印加されるとともに、ディレイ５４に取り込まれる。ディレイ５４は、入力信号が所定時間に渡って論理「Ｈ」となることで、フェール信号ＦＬ１を出力する。フェール信号ＦＬ１は、スイッチング素子Ｓ＊＃を強制的にオフ状態とすべく、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作したり、充電用スイッチング素子２４および放電用スイッチング素子３０の駆動を停止させるべく駆動制御部３２に指令するものである。
【００４７】
こうした構成によれば、スイッチング素子Ｓ＊＃を過電流が流れる場合には、まずクランプ用スイッチング素子３８のオン操作に伴ってツェナーダイオード３６がオン状態とされることで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧が低下する。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃を流れる電流を制限することができる。そしてその後、過電流が所定時間継続する場合には、ソフト遮断用スイッチング素子４２がオン状態とされることから、スイッチング素子Ｓ＊＃が強制的にオフとされる。
【００４８】
これにより、コレクタ電流が閾値以上となる状態が所定時間以上継続することで、ソフト遮断用スイッチング素子４２がオンとされ、ソフト遮断用抵抗体４０および放電用抵抗体２８を介して、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートの電荷が放電される。ここで、ソフト遮断用抵抗体４０は、放電経路の抵抗値を高抵抗とするためのものである。これは、コレクタ電流が過大である状況下にあっては、スイッチング素子Ｓ＊＃をオン状態からオフ状態へと切り替える速度、換言すればコレクタ及びエミッタ間の遮断速度を大きくすると、サージが過大となるおそれがあることに鑑みたものである。このため、コレクタ電流が閾値以上となると判断される状況下にあっては、放電用抵抗体２８および放電用スイッチング素子３０を備える放電経路よりも抵抗値の大きい経路によってスイッチング素子Ｓ＊＃のゲートを放電させる。
【００４９】
なお、フェール信号ＦＬ１は、端子Ｔ９を介して低電圧システム（制御装置１８）に出力される。また、このフェール信号ＦＬ１によって、先の図１に示すフェール処理部１４ａでは、インバータＩＶやコンバータＣＶをシャットダウンする。ちなみに、フェール処理部１４ａの構成は、例えば特開２００９−６０３５８号公報の図３に記載のものとすればよい。
【００５０】
上記ドライブユニットＤＵは、さらに、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を短絡するためのＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ（オフ保持用スイッチング素子６０）を備えている。オフ保持用スイッチング素子６０は、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を低抵抗にて接続すべく、スイッチング素子Ｓ＊＃に極力近接して設けられている。そして、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートおよびエミッタ間を接続させる経路のうち、オフ保持用スイッチング素子６０を備える経路のインピーダンスは、放電用抵抗体２８を備える経路のインピーダンスよりも低くなるように設定されている。これは、上記操作信号ｇ＊＃に応じてスイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態とされている際、スイッチング素子Ｓ＊＃の入力端子（コレクタ）や出力端子（エミッタ）とゲートとの間の寄生容量を介してゲートに高周波ノイズが重畳することでスイッチング素子Ｓ＊＃が誤ってオン状態となることを回避するためのものである。
【００５１】
上記オフ保持用スイッチング素子６０のゲートは、端子Ｔ１０を介して、ドライブＩＣ２０内のオフ保持回路６２に接続されている。オフ保持回路６２は、端子Ｔ４に印加される電圧に基づき、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧をモニタし、この電圧が所定電圧となることで、オフ保持用スイッチング素子６０をオン操作する処理を行うものである。また、駆動制御部３２から放電用スイッチング素子３０のゲートに出力する信号をモニタし、放電用スイッチング素子３０がオフ操作されることに同期してオフ保持用スイッチング素子６０をオフ操作する処理を行うものでもある。
【００５２】
上記スイッチング素子Ｓ＊＃の入出力端子間の電圧（コレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅ）と、コレクタ電流Ｉｃとの間には、図３に示すような関係がある。すなわち、一般に、スイッチング素子＊＃が非飽和領域で駆動されない場合には、コレクタ電流Ｉｃが大きいほどコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅが大きくなり、また、このコレクタエミッタ間電圧Ｖｃｅは、ゲート電圧Ｖｇｅが大きいほど小さくなる。これに対し、非飽和領域においては、コレクタ電流Ｉｃはゲート電圧Ｖｇｅに応じた一定値となる。
【００５３】
本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失低減の目的でこれを飽和領域で駆動すべく、上記ゲート印加電圧ＶｇＨを高く設定する。このため、非飽和領域の電流は、閾値電流Ｉｔｈよりも大きくなる。これが、スイッチング素子Ｓ＊＃に過電流が流れうる理由である。ちなみに、上記ツェナーダイオード３６のブレークダウン電圧は、スイッチング素子Ｓ＊＃の非飽和領域の電流が閾値電流Ｉｔｈよりも僅かに大きくなる程度の電圧に設定されている。
【００５４】
ところで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加される電圧がシリーズレギュレータ２２の本来の出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）よりも小さくなる異常が生じる場合、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失が想定外に大きくなるおそれがある。こうした異常は、例えば以下のような要因によって生じうると考えられる。
【００５５】
１．放電用スイッチング素子３０がオン状態とならない異常が生じること：この場合、充電用スイッチング素子２４がオフ状態に切り替わっても、ゲートの電荷は、ゲートおよびエミッタ間を接続する抵抗体（図示略）等を介して緩やかに放電されるのみとなる。
【００５６】
２．放電用スイッチング素子３０が導通状態に維持される異常が生じること：この場合、充電用スイッチング素子２４がオン操作されることで、シリーズレギュレータ２２の出力電圧を、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８によって分圧した電圧がゲートに印加される。
【００５７】
３．スイッチング素子Ｓ＊＃自体に異常が生じること：例えばゲートおよびコレクタ間のリーク電流等によってゲート電圧Ｖｇｅが異常電圧となることが考えられる。
【００５８】
４．シリーズレギュレータ２２自体に異常が生じること：これにより、ゲート電圧Ｖｇｅが低下することが考えられる。
【００５９】
５．端子Ｔ３と端子Ｔ４との短絡異常が生じること：この場合、放電用スイッチング素子３０がオン状態となることで、シリーズレギュレータ２２の出力電圧を、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８によって分圧した電圧がゲートに印加される。
【００６０】
こうした異常が生じた場合、スイッチング素子Ｓ＊＃の損失が増大することから温度が急激に上昇するおそれがある。そしてこの場合、温度が閾値温度以上となることでスイッチング素子Ｓ＊＃をオフ操作する保護手段（図示略）による対処が間にあわなくなるおそれがある。特に、上記要因１、５の場合には、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令となることで本来なら逆アームにのみ電流が流れる場合において、上下アームに短絡電流が流れるために、温度上昇速度が大きくなるおそれがある。ちなみに、この短絡電流は、低く抑えられたゲート電圧Ｖｇｅのために、閾値電流Ｉｔｈに達しないことがあり、この場合、上記過電流保護手段を動作させることもできない。
【００６１】
そこで本実施形態では、図４に示すように、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる電圧以上であって且つシリーズレギュレータ２２の本来の出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）よりも小さい電圧である中間電圧が継続することに基づき、中間電圧異常であると判断する。詳しくは、上記切り替わる電圧以上に設定された低圧側閾値ＶｔｈＬ以上であって且つゲート印加電圧ＶｇＨよりも小さく設定された高圧側閾値ＶｔｈＨ以下である場合に、中間電圧異常であると判断する。
【００６２】
具体的には、先の図２に示すように、中間電圧を検出するウィンドウコンパレータ７０に、端子Ｔ１１を介してゲート電圧Ｖｇｅが印加される。ウィンドウコンパレータ７０は、ゲート電圧Ｖｇｅと電源７０ｄの出力電圧（低圧側閾値ＶｔｈＬ）との大小を比較するコンパレータ７０ａと、ゲート電圧Ｖｇｅと電源７０ｃの出力電圧（高圧側閾値ＶｔｈＨ）との大小を比較するコンパレータ７０ｂとを備えている。そして、これらコンパレータ７０ａ，７０ｂの出力端子には、それぞれダイオード７０ｅ，７０ｆのカソードが接続されており、ダイオード７０ｅ，７０ｆのアノード側は、抵抗体７０ｇを介して電源７０ｈによってプルアップされている。このプルアップされたアノードが、ウィンドウコンパレータ７０の出力端子である。ウィンドウコンパレータ７０の出力信号は、ゲート電圧Ｖｇｅが低圧側閾値ＶｔｈＬと高圧側閾値ＶｔｈＨとの間の中間電圧となることで論理「Ｈ」となる。
【００６３】
ウィンドウコンパレータ７０の出力端子は、抵抗体７２ａおよびコンデンサ７２ｂを備えて構成されるＣＲ回路（ローパスフィルタ７２）を介して中間電圧異常検出部７４に取り込まれる。ここで、ローパスフィルタ７２は、先の図４に示したように、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替わる際に過渡的に中間電圧となる期間やスイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態に切り替わる際に過渡的に中間電圧となる期間のように短時間の間入力電圧が論理「Ｈ」に反転したとしても、これを出力しないように時定数が設定されたものである。なお、ローパスフィルタ７２は、上記ディレイ５４によって除去される短時間の間、入力電圧が論理「Ｈ」に判定したとしても、これを出力しない。一方、中間電圧異常検出部７４は、その入力電圧が論理「Ｈ」となることで、オン状態への切り替わりやオフ状態への切り替わりに際しての中間電圧となる時間よりも長い時間に渡って中間電圧が検出されることでフェール信号ＦＬ２を出力するものである。
【００６４】
このフェール信号ＦＬ２は、ＯＲ回路５６を介してソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作し、ＯＲ回路６４を介してオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作し、駆動制御部３２に入力されることで充電用スイッチング素子２４をオフ操作するとともに放電用スイッチング素子３０をオン操作し、シリーズレギュレータ２２をオフ操作するものである。また、フェール信号ＦＬ２は、端子Ｔ１２を介して低電圧側システム側（制御装置１８）に出力されることで、低電圧システムに中間電圧異常を通知するものである。
【００６５】
図５に、本実施形態にかかる中間電圧異常に関するフェールセーフ処理を示す。詳しくは、図５（ａ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐの操作信号ｇ＊ｐの推移を示し、図５（ｂ）に、低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎの操作信号ｇ＊ｎの推移を示し、図５（ｃ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐのゲート電圧Ｖｇｅの推移を示す。また、図５（ｄ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のウィンドウコンパレータ７０の出力信号の推移を示し、図５（ｅ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のローパスフィルタ７２の出力電圧の推移を示し、図５（ｆ）に、フェール信号ＦＬ２の推移を示す。さらに、図５（ｇ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用の充電用スイッチング素子２４の状態推移を示し、図５（ｈ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用の放電用スイッチング素子３０の状態推移を示し、図５（ｉ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のソフト遮断用スイッチング素子４２の状態推移を示し、図５（ｊ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のオフ保持用スイッチング素子６０の状態推移を示し、図５（ｋ）に、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ用のシリーズレギュレータ２２の状態推移を示す。
【００６６】
図示されるように、操作信号ｇ＊ｐがオン操作指令に切り替わることで、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐのゲート電圧Ｖｇｅが上昇するものの、この電圧はシリーズレギュレータ２２が正常である場合のその出力電圧（ゲート印加電圧ＶｇＨ）まで上昇することなく中間電圧にとどまる。この場合、ウィンドウコンパレータ７０の出力信号が論理「Ｈ」となる状態が継続することで、ローパスフィルタ７２の出力電圧も論理「Ｈ」に移行する。そしてこれにより、フェール信号ＦＬ２が立ち上がることで、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０がオン操作されて且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２がオフ状態に切り替えられる。
【００６７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６８】
（１）スイッチング素子Ｓ＊＃に対するオン操作指令に伴うオン状態への移行期間およびオフ操作指令に伴うオフ状態への移行期間以外において、ゲート電圧が中間電圧となることを条件に、スイッチング素子Ｓ＊＃を操作信号Ｇ＊＃の指示にかかわらずオフ操作した。これにより、中間電圧異常に好適に対処することができる。
【００６９】
（２）中間電圧異常が検出される場合、放電用スイッチング素子３０、ソフト遮断用スイッチング素子４２およびオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作して且つ、充電用スイッチング素子２４およびシリーズレギュレータ２２をオフ状態に切り替えた。これにより、これら操作対象のいずれかに異常があったとしても、スイッチング素子Ｓ＊＃を迅速且つ確実にオフ操作することができる。
【００７０】
（３）中間電圧異常が検出される場合、その旨を外部に通知した（フェール信号ＦＬ２を出力した）。これにより、異常が生じたことをユーザに通知することも可能となる。
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、先の第１の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。
【００７１】
図６に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図６において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７２】
図示されるように、本実施形態では、ウィンドウコンパレータ７０の出力信号が中間電圧異常検出部７４に直接入力される。中間電圧異常検出部７４では、この信号と、操作信号ｇ＊＃とに基づき、中間電圧異常の有無を判断する。
【００７３】
図７に、中間電圧異常検出部７４の処理の手順を示す。この処理は、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００７４】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、中間電圧異常の検出を禁止するマスキングフラグがオンとなっているか否かを判断する。そして否定判断される場合には、ステップＳ１２において、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令からオフ操作指令に切り替わったときであることとオフ操作指令からオン操作指令に切り替わったときであることとの論理和が真であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４においてマスキングフラグをオンとする。
【００７５】
一方、上記ステップＳ１０において肯定判断される場合、ステップＳ１６においてマスキング期間を計時するタイマＴの計時動作を開始する。続くステップＳ１８においては、タイマＴが閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判断する。そしてステップＳ１８において肯定判断される場合、ステップＳ２０においてマスキングフラグをオフして且つタイマＴをリセットする。
【００７６】
一方、上記ステップＳ１２において否定判断される場合、ステップＳ２２においてウィンドウコンパレータ７０の出力信号が論理「Ｈ」であるか否かを判断する。そして、ステップＳ２２において肯定判断される場合、ステップＳ２４において、フェール信号ＦＬ２を出力する。
【００７７】
なお、上記ステップＳ１４，Ｓ２０、Ｓ２４の処理が完了する場合や、ステップＳ１８，Ｓ２２において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第１の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。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図８において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７９】
図示されるように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加する電圧を、シリーズレギュレータ２２の出力電圧とするか、シリーズレギュレータ２２の入力電圧とするかを切り替える切替部８０を備え、その切替状態がフェール信号ＦＬ２によって操作される。詳しくは、フェール信号ＦＬ２が入力されることで、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに印加する電圧をシリーズレギュレータ２２の入力電圧に切り替える。
【００８０】
これにより、ゲート電圧Ｖｇｅを上昇させることで中間電圧異常を解消することができるため、中間電圧となった要因が上記要因１、５の場合、低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎと高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐとの双方がオン状態となることで貫通電流が流れる際、フェール信号ＦＬ１が出力されてインバータＩＶがシャットダウンされる。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第１の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。
【００８１】
図９に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材と対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８２】
図示されるように、本実施形態では、ツェナーダイオード３６の一部とクランプ用スイッチング素子３８とに並列に迂回用スイッチング素子８２を接続する。そして、フェール信号ＦＬ２の出力時にこの迂回用スイッチング素子８２がオン状態に切り替えられることで、スイッチング素子Ｓ＊＃をオフ操作する。
＜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。
【００８３】
「判断手段について」
中間電圧であるか否かを判断する判断手段としては、ウィンドウコンパレータを備えるもの等、アナログ回路によって構成されるものに限らない。例えば、ゲート電圧ＶｇｅをＡ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換し、デジタル処理によって中間電圧であるか否かを判断する手段であってもよい。
【００８４】
判断手段としては、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８とゲートとの間の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用するものに限らない。例えば、充電用スイッチング素子２４のオフ状態時には、端子Ｔ４の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用するものであってもよい。ただし、充電用スイッチング素子２４のオフ操作時にもかかわらず充電用スイッチング素子２４が実際にはオン状態となる異常によって中間電圧となる異常が生じる可能性があるなら、充電用抵抗体２６および放電用抵抗体２８とゲートとの間の電圧をゲート電圧Ｖｇｅとして利用することが中間電圧を検出する上で望ましい。
【００８５】
「中間電圧異常検出のマスキング期間について」
マスキング期間の生成手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、端子Ｔ１１の電圧をローパスフィルタに印加して且つ、ローパスフィルタの出力信号をウィンドウコンパレータに入力するものであってもよい。さらに、このようにアナログ回路にてマスキング期間を生成するものにおいても、中間電圧異常検出部７４において、先の第２の実施形態の要領で、操作信号ｇ＊＃に基づきデジタル処理によってマスキング期間をさらに設定してもよい。
【００８６】
また、操作信号ｇ＊＃を入力とする場合であっても、マスキング期間をアナログ回路によって生成するものとしてもよい。
【００８７】
「強制的なオフ操作に利用する手段について」
強制的なオフ操作に利用する手段としては、上記各実施形態において例示したものに限らない。例えば、上記第１、２の実施形態において、ソフト遮断用スイッチング素子４２、オフ保持用スイッチング素子６０、シリーズレギュレータ２２のうちの１つまたは２つを利用してもよい。この際、第４の実施形態における迂回用スイッチング素子８２をさらに利用してもよい。また、操作信号ｇ＊＃がオン状態を指令する場合、充電用スイッチング素子２４をオフ且つ放電用スイッチング素子３０をオンするものであってもよい。この際、ソフト遮断用スイッチング素子４２、オフ保持用スイッチング素子６０、シリーズレギュレータ２２のうちの１つまたは２つをさらに利用してもよい。さらに、この際、第４の実施形態における迂回用スイッチング素子８２を利用してもよい。
【００８８】
なお、複数の手段を利用する場合、これらを同時に操作するものに限らない。例えば、ソフト遮断用スイッチング素子４２とオフ保持用スイッチング素子６０とを利用する場合において、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作した後にオフ保持用スイッチング素子６０をオン操作してもよい。このように、インピーダンスの大きい経路を先に利用することで、強制的なオフ操作に伴うサージを抑制することができる。
【００８９】
「通常時放電経路について」
通常時放電経路としては、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートとエミッタとの間を接続する経路に限らない。例えば、スイッチング素子Ｓ＊＃のエミッタよりも電位の低い端子とゲートとを接続する経路であってもよい。
【００９０】
「駆動対象スイッチング素子について」
駆動対象スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ等であってもよい。この際、ＮチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタに限らず、ＰチャネルＭＯＳ型電界効果トランジスタであってもよい。この場合、駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を放電するための放電経路は、例えば導通制御端子および入力端子間を接続する経路とすればよい。
【００９１】
また、駆動対象スイッチング素子としては、インバータＩＶや昇降圧チョッパ回路（コンバータＣＶ）を構成するものに限らない。例えば、高電圧バッテリ１２の電圧を降圧して低電圧バッテリ１６に印加する降圧コンバータを構成するものであってもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１０…モータジェネレータ、１４ａ…フェール処理部、１８…制御装置、７０…ウィンドウコンパレータ、７２…ローパスフィルタ、７４…中間電圧異常検出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置において、
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子の電圧が前記駆動対象スイッチング素子の通常のオン状態時における電圧である通常時オン操作電圧よりも低くて且つ前記駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる閾値電圧以上である中間の電圧であるか否かを判断する判断手段と、
該判断手段によって前記中間の電圧であると判断されることを条件に、前記駆動対象スイッチング素子を強制的にオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置。
【請求項２】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令に伴う前記通常時オン操作電圧への移行期間および前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令に伴う通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間のそれぞれとして想定される期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項３】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令が入力される期間であって且つ通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項４】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項５】
前記通常時オン操作電圧を生成する電源と、
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と前記電源とを接続する充電経路と、
該充電経路を開閉する充電用スイッチング素子と、
前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を前記導通制御端子から放電させる通常時放電経路と、
該通常時放電経路を開閉する放電用スイッチング素子とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項６】
前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、
該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子とをさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記ソフト遮断用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項７】
前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子をさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記オフ保持用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５または６記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項８】
前記オフ操作手段は、前記電源の状態をオフ状態とすることで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項９】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記充電用スイッチング素子をオフ操作することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１０】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記放電用スイッチング素子をオン操作することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１１】
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子及び出力端子のいずれかとの間に設けられる複数のツェナーダイオードおよびクランプ用スイッチング素子の直列接続体と、
前記駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧を規定電圧にクランプすべく前記クランプ用スイッチング素子をオン操作するクランプ制御手段と、
前記複数のツェナーダイオードの一部に直列接続された迂回用スイッチング素子とを備え、
前記迂回用スイッチング素子が前記ツェナーダイオードの残りと前記クランプ用スイッチング素子の直列接続体に並列接続され、
前記オフ操作手段は、前記迂回用スイッチング素子をオン操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１２】
前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、
該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子と、
前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子とをさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記充電用スイッチング素子のオン状態からオフ状態への切り替え操作、前記放電用スイッチング素子のオフ状態からオン状態への切り替え操作、前記ソフト遮断用スイッチング素子のオン操作、前記オフ保持用スイッチング素子のオン操作、および前記電源のオフ操作のうちの少なくとも２つを行うことで、前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、
前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、
前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記電源の電圧を変更して前記中間の電圧を前記通常時オン操作電圧側へと移行させることで前記フェールセーフ手段を動作させて前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１４】
前記強制的なオフ操作をする際、その旨を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１５】
前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、
前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、
前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、
前記通常時オン操作電圧によって前記駆動対象スイッチング素子を非飽和領域で駆動する際の電流が、前記閾値電流よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１】
電圧制御形のスイッチング素子を駆動対象スイッチング素子とするスイッチング素子の駆動装置において、
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子の電圧が前記駆動対象スイッチング素子の通常のオン状態時における電圧である通常時オン操作電圧よりも低くて且つ前記駆動対象スイッチング素子のスイッチング状態がオン状態に切り替わる閾値電圧以上である中間の電圧であるか否かを判断する判断手段と、
該判断手段によって前記中間の電圧であると判断されることを条件に、前記駆動対象スイッチング素子を強制的にオフ操作するオフ操作手段とを備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置。
【請求項２】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令に伴う前記通常時オン操作電圧への移行期間および前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令に伴う通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間のそれぞれとして想定される期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項３】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオフ操作指令が入力される期間であって且つ通常時のオフ状態時の電圧である通常時オフ操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１または２記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項４】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断されることを条件に前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項５】
前記通常時オン操作電圧を生成する電源と、
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と前記電源とを接続する充電経路と、
該充電経路を開閉する充電用スイッチング素子と、
前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を前記導通制御端子から放電させる通常時放電経路と、
該通常時放電経路を開閉する放電用スイッチング素子とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項６】
前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、
該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子とをさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記ソフト遮断用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項７】
前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子をさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記オフ保持用スイッチング素子を操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５または６記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項８】
前記オフ操作手段は、前記電源の状態をオフ状態とすることで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項９】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記充電用スイッチング素子をオフ操作することを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１０】
前記オフ操作手段は、前記駆動対象スイッチング素子に対するオン操作指令が入力される期間であって且つ前記通常時オン操作電圧への移行期間以外の期間において、前記判断手段によって中間の電圧であると判断される場合、前記放電用スイッチング素子をオン操作することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１１】
前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子及び出力端子のいずれかとの間に設けられる複数のツェナーダイオードおよびクランプ用スイッチング素子の直列接続体と、
前記駆動対象スイッチング素子を流れる電流が閾値電流以上となることで前記スイッチング素子の導通制御端子の電圧を規定電圧にクランプすべく前記クランプ用スイッチング素子をオン操作するクランプ制御手段と、
前記複数のツェナーダイオードの一部に直列接続された迂回用スイッチング素子とを備え、
前記迂回用スイッチング素子が前記ツェナーダイオードの残りと前記クランプ用スイッチング素子の直列接続体に並列接続され、
前記オフ操作手段は、前記迂回用スイッチング素子をオン操作することで前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１２】
前記通常時放電経路よりもインピーダンスの高いソフト遮断用放電経路と、
該ソフト遮断用放電経路を開閉するソフト遮断用スイッチング素子と、
前記放電用スイッチング素子とは別に、前記駆動対象スイッチング素子の導通制御端子と入力端子および出力端子のいずれかとの間を短絡することで前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に保持するオフ保持用スイッチング素子とをさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記充電用スイッチング素子のオン状態からオフ状態への切り替え操作、前記放電用スイッチング素子のオフ状態からオン状態への切り替え操作、前記ソフト遮断用スイッチング素子のオン操作、前記オフ保持用スイッチング素子のオン操作、および前記電源のオフ操作のうちの少なくとも２つを行うことで、前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、
前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、
前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、
前記オフ操作手段は、前記電源の電圧を変更して前記中間の電圧を前記通常時オン操作電圧側へと移行させることで前記フェールセーフ手段を動作させて前記強制的なオフ操作を行うことを特徴とする請求項５〜１１のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１４】
前記強制的なオフ操作をする際、その旨を通知する通知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【請求項１５】
前記駆動対象スイッチング素子は、高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の一対のスイッチング素子の直列接続体を構成するそれぞれのスイッチング素子であり、
前記一対のスイッチング素子は、その一方がオン且つ他方がオフとなる第１の状態と前記一方がオフ且つ前記他方がオンとなる第２の状態とを周期的に繰り返すように操作されるものであり、
前記一対のスイッチング素子の少なくとも一方について、これを流れる電流が閾値電流以上である場合に前記一対のスイッチング素子の双方を強制的にオフ状態とするフェールセーフ手段をさらに備え、
前記通常時オン操作電圧によって前記駆動対象スイッチング素子を非飽和領域で駆動する際の電流が、前記閾値電流よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３４４５０（Ｐ２０１２−３４４５０Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９９４４（Ｐ２０１０−１６９９４４）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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