説明

電子装置

【課題】オン駆動用スイッチング素子のオン故障や誤動作によって発生する、スイッチング素子をオフできない異常状態を検出することができる電子装置を提供する。
【解決手段】制御回路128は、オン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aに電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であるとき、IGBT110dが異常状態にあると判断する。そして、駆動用電源回路120の動作を停止させ、駆動用電源回路120からの電圧の供給を遮断する。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低くなり、IGBT110dがオフする。そのため、オン駆動用FET121aのオン故障や誤動作によって発生する、IGBT110dをオフできない異常状態を検出することができ、IGBT110aの熱破壊を防止することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチング素子と、駆動回路とを備えた電子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、スイッチング素子と、駆動回路とを備えた電子装置として、例えば特許文献1に開示されている電力変換器がある。
【0003】
この電力変換器は、IGBTと、3つのMOSFETと、制御回路とを備えている。第1のMOSFETのソースは駆動回路電源に、ドレインはIGBTのゲートに、ゲートは制御回路にそれぞれ接続されている。第2及び第3のMOSFETのソースはIGBTのエミッタに、ドレインはIGBTのゲートに、ゲートは制御回路にそれぞれ接続されている。
【0004】
制御回路は、外部から入力される駆動信号に基づいて3つのMOSFETを制御してIGBTを駆動する。駆動信号がIGBTのオンを指示すると、制御回路は、第1のMOSFETをオンするとともに、第2のMOSFETをオフする。これにより、駆動回路電源からIGBTのゲートに電荷が充電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より高くなり、IGBTがオンする。
【0005】
一方、駆動信号がIGBTのオフを指示すると、制御回路は、第1のMOSFETをオフするとともに、第2のMOSFETをオンする。これにより、IGBTのゲートから電荷が放電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低くなり、IGBTがオフする。そして、ゲート電圧が所定値以下になると、制御回路は、第3のMOSFETをオンする。これにより、IGBTのゲートから電荷がさらに放電され、IGBTのオフ状態が保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第3430878号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、前述した電力変換器において、第1のMOSFETがオン故障や誤動作によってオンしたときに第2のMOSFETがオンすると、IGBTのゲート電圧が低下せず、IGBTをオフできない異常状態が発生する。このとき、IGBTのゲート電圧が、オン、オフの閾値電圧付近の所定範囲内の電圧であると、コレクタ−エミッタ間電圧、つまりオン電圧が増加し、IGBTの発熱が増大する。このような異常状態が継続すると、IGBTが発熱し熱破壊する可能性がある。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、第1のMOSFETに相当するオン駆動用スイッチング素子のオン故障や誤動作によって発生する、IGBTに相当するスイッチング素子をオフできない異常状態を検出することができる電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、オン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子に流れる電流と、その電流の差に基づいて、スイッチング素子をオフできない異常状態を検出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、請求項1に記載の電子装置は、制御端子の電圧を制御することで駆動される第1スイッチング素子と、第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで第1スイッチング素子の制御端子に電荷を充電するオン駆動用スイッチング素子と、第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ駆動用スイッチング素子と、入力される駆動信号に基づいてオン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子を制御することで、第1スイッチング素子の制御端子の電圧を制御して第1スイッチング素子を駆動する制御回路と、を備えた電子装置において、制御回路は、オン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子に電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であるとき、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断することを特徴とする。
【0011】
この構成によれば、オン駆動用スイッチング素子がオン故障や誤動作によってオンしたときにオフ駆動用スイッチング素子がオンすると、IGBTの制御端子の電圧が低下せず、IGBTをオフできない異常状態が発生する。このとき、オン駆動用スイッチング素子からオフ駆動用スイッチング素子に電流が流れる。しかも、オン駆動用スイッチング素子に流れる電流と、オフ駆動用スイッチング素子に流れる電流は等しい。そのため、オン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子に電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であるとき、第1スイッチング素子が異常状態であると判断することができる。
【0012】
請求項2に記載の電子装置は、第1スイッチング素子を駆動するための電圧を供給する駆動用電源回路を有し、制御回路は、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、駆動用電源回路からの電圧の供給を遮断して第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、第1スイッチング素子を駆動するための電圧を遮断することで第1スイッチング素子をオフする。そのため、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0013】
請求項3に記載の電子装置は、第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子を有し、制御回路は、第1スイッチング素子の制御端子の電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、オフ保持用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子のオフ状態を保持し、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、オフ保持用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、オフ保持用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電させることで、第1スイッチング素子をオフする。そのため、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0014】
請求項4に記載の電子装置は、第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子と、第1スイッチング素子の制御端子の電圧をオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下にクランプする電圧クランプ回路と、を有し、制御回路は、第1スイッチング素子の制御端子の電圧がオフ保持閾値以下になると、オフ保持用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子のオフ状態を保持し、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、電圧クランプ回路を作動させて第1スイッチング素子の制御端子の電圧をオフ保持閾値以下にクランプすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、電圧クランプ回路を作動させて第1スイッチング素子の制御端子の電圧をオフ保持閾値以下にする。そのため、オフ保持用スイッチング素子によって第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電し、第1スイッチング素子をオフすることができる。従って、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0015】
請求項5に記載の電子装置は、制御端子の電圧を制御することで駆動され、第1スイッチング素子に直列接続される第2スイッチング素子と、入力される駆動信号に基づいて第2スイッチング素子の制御端子の電圧を制御して第2スイッチング素子を駆動するとともに、第2スイッチング素子に異常電流が流れたとき、第2スイッチング素子をオフする駆動回路と、を有し、制御回路は、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、第1スイッチング素子をオンすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にある場合、第2スイッチング素子がオンすると、第1及び第2スイッチング素子がともにオン状態となり、第1及び第2スイッチング素子に異常電流が流れる。第2スイッチング素子に異常電流が流れると、第2駆動回路が、第2スイッチング素子をオフする。そのため、第1スイッチング素子に流れる異常電流を遮断することができる。従って、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0016】
請求項6に記載の電子装置は、制御回路は、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、第1スイッチング素子の制御端子を、オン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子から遮断して第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、第1スイッチング素子を駆動するための制御端子への電圧の供給を遮断することで、第1スイッチング素子をオフする。そのため、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0017】
請求項7に記載の電子装置は、第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電する遮断用スイッチング素子を有し、制御回路は、異常を検出したとき、オフ駆動用スイッチング素子に代わって遮断用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子をオフし、オン駆動用スイッチング素子とオフ駆動用スイッチング素子に電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であり、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したときだけは、遮断用スイッチング素子でなく、オフ駆動用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、遮断用スイッチング素子でなく、オフ駆動用スイッチング素子を制御して第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電させることで、第1スイッチング素子をオフする。そのため、第1スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0018】
請求項8に記載の電子装置は、オン駆動用スイッチング素子は、オン駆動用抵抗を介して第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オフ駆動用スイッチング素子は、オフ駆動用抵抗を介して第1スイッチング素子の制御端子に接続され、制御回路は、オン駆動用抵抗の電圧に基づいてオン駆動用スイッチング素子に流れる電流を検出するともに、オフ駆動用抵抗の電圧に基づいてオフ駆動用スイッチング素子に流れる電流を検出することを特徴とする。この構成によれば、電流検出用の抵抗を新たに設けることなく、オン駆動用スイッチング素子に流れる電流と、オフ駆動用スイッチング素子に流れる電流を確実に検出することができる。
【0019】
請求項9に記載の電子装置は、制御回路は、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、異常信号を外部に出力することを特徴とする。この構成によれば、第1スイッチング素子が異常状態にあることを外部に知らせることができる。
【0020】
なお、第1及び第2スイッチング素子は、スイッチング素子を区別するために便宜的に導入したものである。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】第1実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。
【図2】図1における制御装置の回路図である。
【図3】第2実施形態における制御装置の回路図である。
【図4】第3実施形態における制御装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電子装置を、車両に搭載され、車両駆動用モータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。
【0023】
(第1実施形態)
まず、図1を参照して第1実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図1は、第1実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。
【0024】
図1に示すモータ制御装置1(電子装置)は、車体から絶縁された高電圧バッテリB1の出力する直流高電圧(例えば288V)を3相交流電圧に変換して車両駆動用モータM1に供給し、車両駆動用モータM1を制御する装置である。モータ制御装置1は、平滑コンデンサ10と、インバータ装置11と、制御装置12とを備えている。
【0025】
平滑コンデンサ10は、高電圧バッテリB1の直流高電圧を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ10の一端は、高電圧バッテリB1の正極端子に接続されている。また、他端は、高電圧バッテリB1の負極端子に接続されている。さらに、高電圧バッテリB1の負極端子は、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続されている。
【0026】
インバータ装置11は、平滑コンデンサ10によって平滑化された直流電圧を3相交流電圧に変換して車両駆動用モータM1に供給する装置である。インバータ装置11は、IGBT110a〜110fと、電流センス抵抗111a〜111fとを備えている。
【0027】
IGBT110a〜110fは、ゲート(制御端子)の電圧を制御することで駆動され、オン、オフすることで平滑コンデンサ10に平滑化された直流電圧を3相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。IGBT110a〜110fは、コレクタ電流に比例し、コレクタ電流より小さい電流が流れる電流センス端子を備えている。IGBT110a(第2スイッチング素子)、110d(第1スイッチング素子)、IGBT110b、110e及びIGBT110c、110fはそれぞれ直列接続されている。具体的には、IGBT110a〜110cのエミッタが、IGBT110d〜110fのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された3組のIGBT110a、110d、IGBT110b、110e及びIGBT110c、110fは並列接続されている。IGBT110a〜110cのコレクタは平滑コンデンサ10の一端に、IGBT110d〜110fのエミッタは平滑コンデンサ10の他端にそれぞれ接続されている。また、IGBT110a〜110fのゲートとエミッタは制御装置12にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたIGBT110a、110d、IGBT110b、110e及びIGBT110c、110fの直列接続点は、車両駆動用モータM1にそれぞれ接続されている。
【0028】
電流センス抵抗111a〜111fは、IGBT110a〜110fに流れる電流を電圧に変換するための素子である。具体的には、電流センス端子に流れる電流を電圧に変換する素子である。電流センス抵抗111a〜111fの一端はIGBT110a〜110fの電流センス端子に、他端はIGBT110a〜110fのエミッタにそれぞれ接続されている。また、電流センス抵抗111a〜111fの両端は、制御装置12にそれぞれ接続されている。
【0029】
制御装置12は、IGBT110a〜110fを制御する装置である。制御装置12は、IGBT110a〜110fのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、IGBT110a〜110fに流れる電流を検出するため、電流センス抵抗111a〜111fの両端にそれぞれ接続されている。
【0030】
次に、図2を参照して制御装置について詳細に説明する。ここで、図2は、図1における制御装置の回路図である。具体的には、1つのIGBTに対する回路部分を示す回路図である。
【0031】
図2に示すように、制御装置12は、IGBT110dに対して、駆動用電源回路120と、オン駆動用回路121と、オフ駆動用回路122と、オフ保持用回路123と、遮断用回路124と、過電流検出回路126と、短絡検出回路127と、制御回路128とを備えている。制御装置12は、他のIGBT110a〜110c、110e、110fに対しても、それぞれ同様に、駆動用電源回路と、オン駆動用回路と、オフ駆動用回路と、オフ保持用回路と、遮断用回路と、過電流検出回路と、短絡検出回路と、制御回路とを備えている。
【0032】
駆動用電源回路120は、IGBT110dを駆動するための電圧を供給する回路である。駆動用電源回路120は、電源回路(図略)から供給される電圧を安定化して出力する。また、制御回路128から指示に基づいて動作を停止する。駆動用電源回路120の入力端子は、電源回路に接続されている。また、正極端子はオン駆動用回路121に接続されている。さらに、負極端子は車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介してIGBT110dのエミッタに接続されている。加えて、制御端子は、制御回路128に接続されている。
【0033】
オン駆動用回路121は、IGBT110dをオンするための回路である。具体的には、IGBT110dのゲートに電荷を充電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より高くし、IGBT110dをオンする回路である。オン駆動回路121は、オン駆動用FET121a(オン駆動用スイッチング素子)と、オン駆動用抵抗121bとを備えている。
【0034】
オン駆動用FET121aは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでIGBTのゲートに電荷を充電するスイッチング素子である。具体的には、PチャネルMOSFETである。オン駆動用FET121aのソースは、駆動用電源回路120の正極端子に接続されている。また、ドレインは、オン駆動用抵抗121bを介してIGBT110dのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路128に接続されている。
【0035】
オフ駆動用回路122は、IGBT110dをオフするための回路である。具体的には、IGBT110dのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、IGBT110dをオフする回路である。オフ駆動用回路122は、オフ駆動用FET122a(オフ駆動用スイッチング素子)と、オフ駆動用抵抗122bとを備えている。
【0036】
オフ駆動用FET122aは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでIGBT110dのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、NチャネルMOSFETである。オフ駆動用FET122aのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路120の負極端子とIGBT110dのエミッタに接続されている。また、ドレインは、オフ駆動用抵抗122bを介してIGBT110dのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路128に接続されている。
【0037】
オフ保持用回路123は、IGBT110dのオフ状態を保持する回路である。具体的には、IGBT110dのゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、オフ駆動用回路122に比べ速やかにIGBT110dのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、IGBT110dのオフ状態を保持する回路である。オフ保持用回路123は、オフ保持用FET123a(オフ保持用スイッチング素子)と、ゲート抵抗123bとを備えている。
【0038】
オフ保持用FET123aは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでIGBT110dのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、NチャネルMOSFETである。オフ保持用FET123aのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路120の負極端子とIGBT110dのエミッタに接続されている。また、ドレインは、IGBT110dのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、ゲート抵抗123bを介して制御回路128に接続されている。
【0039】
遮断用回路124は、異常が発生したとき、オフ駆動用回路122に代わってIGBT110dをオフする回路である。具体的には、過電流や短絡等の異常が発生したとき、オフ駆動用回路122に比べ緩やかにIGBT110dのゲートから電荷を放電して、ゲート電圧をオン、オフする閾値電圧より低くし、オフ駆動用回路122に代わってIGBT110dのオフする回路である。遮断用回路124は、遮断用FET124a(遮断用スイッチング素子)と、遮断用抵抗124bとを備えている。
【0040】
遮断用FET124aは、ゲートの電圧を制御することで駆動され、オンすることでIGBT110dのゲートから電荷を放電するスイッチング素子である。具体的には、NチャネルMOSFETである。遮断用FET124aのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路120の負極端子とIGBT110dのエミッタに接続されている。また、ドレインは、遮断用抵抗124bを介してIGBTのゲートに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路128に接続されている。
【0041】
過電流検出回路126は、IGBT110dに過電流が流れているか否かを検出する回路である。具体的には、IGBT110dに流れる電流が過電流閾値より大きくなると、IGB110dTに過電流が流れていると判断する回路である。過電流検出回路126の入力端子は、電流センス抵抗111dの一端に接続されている。また、出力端子は、制御回路128に接続されている。
【0042】
短絡検出回路127は、IGBT110dが短絡状態にあるか否かを検出する回路である。具体的には、IGBT110dに流れる電流が、過電流閾値より大きい短絡電流閾値より大きくなると、IGBT110a、110dがともにオンした短絡状態となり、IGBT110dに短絡電流が流れていると判断する回路である。短絡検出回路127の入力端子は、電流センス抵抗111dの一端に接続されている。また、出力端子は、制御回路128に接続されている。
【0043】
制御回路128は、外部から入力される駆動信号に基づいてオン駆動用回路121とオフ駆動用回路122を制御して、IGBT110dを駆動するとともに、IGBT110dのゲート電圧に基づいてオフ保持用回路123を制御して、IGBT110dのオフ状態を保持する回路である。また、オン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aに電流が流れ、かつ、それらに流れている電流の差が所定値以下のとき、IGBT110dが異常状態にあると判断し、駆動用電源回路120の動作を停止して、IGBT110dをオフするとともに、異常信号を外部に出力する回路でもある。ここで、所定値は、検出したオン駆動用FET121aに流れる電流と、オフ駆動用FET122aに流れる電流が、検出誤差を考慮した上で等しいと判定できる値に設定されている。さらに、制御回路128は、IGBT110dに過電流が流れる、IGBT110dが短絡状態になる等の異常が発生したとき、オフ駆動用回路122に代わって遮断用回路124を制御して、IGBT110dをオフする回路でもある。
【0044】
制御回路128は、オン駆動用FET121a及びオフ駆動用FET122aのゲートにそれぞれ接続されている。また、IGBT110dのゲートに接続されるとともに、ゲート抵抗123bを介してオフ保持用FET123aのゲートに接続されている。さらに、オン駆動用FET121aのドレイン及びソース、オフ駆動用FET122aのドレイン及びソース、並びに、駆動用電源回路120の制御端子にそれぞれ接続されている。加えて、過電流検出回路126及び短絡検出回路127の出力端子、並びに、遮断用FET124aのゲートにそれぞれ接続されている。
【0045】
ここで、駆動用電源回路120、オン駆動用FET120a、オフ駆動用FET122a、遮断用FET124a、過電流検出回路126、短絡検出回路127及び制御回路128は、ICとして一体的に構成されている。
【0046】
次に、図1を参照してモータ制御装置の動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ(図略)がオンすると、図1に示すモータ制御装置1が動作を開始する。高電圧バッテリB1の直流高電圧は、平滑コンデンサ10によって平滑化される。制御装置12は、外部から入力される駆動信号に基づいて、インバータ装置11を構成するIGBT110a〜110fを制御する。具体的には、IGBT110a〜110fを所定周期でオン、オフする。インバータ装置11は、平滑コンデンサ10によって平滑化された直流高電圧を3相交流電圧に変換して車両駆動用モータM1に供給する。このようにして、モータ制御装置1が車両駆動用モータM1を制御する。
【0047】
次に、図2を参照してIGBTの駆動動作と、IGBTが異常状態にあると判断した場合の動作について説明する。図2に示すように、制御回路128は、外部から入力される駆動信号に基づいてオン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aを制御してIGBT110dを駆動する。
【0048】
駆動信号がIGBT110dのオンを指示すると、制御回路128は、オン駆動用FET121aをオンするとともに、オフ駆動用FET122aをオフする。これにより、駆動用電源回路120からオン駆動用抵抗121bを介してIGBT110dのゲートに電荷が充電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より高くなり、IGBT110dがオンする。
【0049】
一方、駆動信号がIGBT110dのオフを指示すると、制御回路128は、オン駆動用FET121aをオフするとともに、オフ駆動用FET122aをオンする。これにより、IGBT110dのゲートからオフ駆動用抵抗122bを介して電荷が放電される。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低くなり、IGBT110dがオフする。そして、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、制御回路128は、オフ保持用FET123aをオンする。これにより、IGBT110dのゲートからオフ保持用FET123aを介して電荷がさらに放電され、IGBT110dのオフ状態が保持される。
【0050】
ところで、制御回路128は、オン駆動用抵抗121bの端子間電圧に基づいてオン駆動用FET121aに流れる電流を検出する。また、オフ駆動用抵抗122bの端子間電圧に基づいてオフ駆動用FET122aに流れ電流を検出する。そして、オン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aに電流が流れ、かつ、それらに流れている電流の差が所定値以下のとき、オン駆動用FET121aがオン故障や誤動作によってオンしており、IGBT110dのゲート電圧が低下せず、IGBT110dが異常状態にあると判断する。IGBT110dが異常状態にあると判断すると、制御回路128は、駆動用電源回路120の動作を停止させ、駆動用電源回路120からの電圧の供給を遮断するとともに、異常信号を外部に出力する。その結果、ゲート電圧がオン、オフする閾値電圧より低くなり、IGBT110dがオフする。
【0051】
また、IGBT110dに流れる電流が過電流閾値より大きくなると、過電流検出回路126は、IGBT110dに過電流が流れていると判断する。IGBT110dに流れる電流が短絡電流閾値より大きくなると、短絡検出回路127は、IGBT、110a、110dがともにオンした短絡状態にあると判断する。制御回路128は、IGBT110dに過電流が流れる、IGBT110dが短絡状態になる等の異常が発生したと判断すると、オフ駆動用FET122aに代わって遮断用FET124aをオンする。これにより、IGBT110dのゲートから遮断抵抗124bを介して電荷が放電される。その結果、ゲート電圧が、オフ駆動回路122に比べ緩やかにオン、オフする閾値電圧より低くなり、IGBT110dがオフする。
【0052】
次に、効果について説明する。第1実施形態によれば、オン駆動用FET121aがオン故障や誤動作によってオンしたときにオフ駆動用FET122aがオンすると、IGBT110dのゲート電圧が低下せず、IGBT110dをオフできない異常状態が発生する。このとき、オン駆動用FET121aからオフ駆動用FET122aに電流が流れる。しかも、オン駆動用FET121aに流れる電流と、オフ駆動用FET122aに流れる電流は等しい。そのため、オン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aに電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であるとき、IGBT110dが異常状態であると判断することができる。
【0053】
また、第1実施形態によれば、制御回路128は、IGBT110dが異常状態にあると判断したとき、駆動用電源回路120の動作を停止させ、駆動用電源回路120からの電圧の供給を遮断する。その結果、ゲート電圧がオン、オフの閾値電圧より低くなり、IGBT110dがオフする。従って、IGBT110dの熱破壊を防止することができる。
【0054】
さらに、第1実施形態によれば、制御回路228は、オン駆動用抵抗221bの端子間電圧に基づいてオン駆動用FET221aに流れる電流を検出する。また、オフ駆動用抵抗122bの端子間電圧に基づいてオフ駆動用FET122aに流れ電流を検出する。電流検出用の抵抗を新たに設けることなく、オン駆動用FET121aに流れる電流とオフ駆動用FET122aに流れる電流を確実に検出することができる。
【0055】
加えて、第1実施形態によれば、制御回路128は、IGBT110dが異常状態にあるとき、異常信号を外部に出力する。そのため、IGBT110dが異常状態にあることを外部に知らせることができる。
【0056】
なお、第1実施形態では、制御回路128は、IGBT110dが異常状態にあると判断したとき、駆動用電源回路120の動作を停止させ、駆動用電源回路120からの電圧の供給を遮断することでIGBT110dをオフする例を挙げているが、これに限られるものではない。オフ保持用FET123aを制御してIGBT110dをオフしてもよい。この場合、オフ保持用FET123aをオンしてIGBT110dのゲートから電荷を放電させことで、IGBT110dをオフすることができる。そのため、IGBT110dの熱破壊を防止することができる。
【0057】
また、IGBT110dをオンしてもよい。図2に示すIGBT110aがオンすると、直列接続されたIGBT110a、110dがともにオン状態となり、IGBT110a、110dに短絡電流(異常電流)が流れる。IGBT110aに短絡電流が流れると、IGBT110aを制御する制御回路(駆動回路)が、IGBT110dの場合と同様に、IGBT110aをオフする。そのため、IGBT110dに流れる短絡電流を遮断することができる。従って、IGBT110dの熱破壊を防止することができる。
【0058】
さらに、遮断用FET123aでなく、オフ駆動FET122aを制御してIGBT110dをオフしてもよい。通常、異常を検出すると、制御回路128は、オフ駆動用FET122aに代わって遮断用FET123aを制御してIGBT110dをオフする。しかし、オン駆動用FET121aとオフ駆動用FET122aに電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であり、IGBT110dが異常状態にあると判断したときだけは、遮断用FET123aでなく、オフ駆動FET122aを制御してIGBT110dをオフするようにしてもよい。オフ駆動用FET122aを制御してIGBT110dのゲートから電荷を放電させることで、IGBT110dをオフする。そのため、IGBT110dの熱破壊を防止することができる。
【0059】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態のモータ制御装置について説明する。第2実施形態のモータ制御装置は、第1実施形態のモータ制御装置が、IGBTが異常状態にあると判断したときに駆動電源回路を遮断してIGBTをオフするのに対して、IGBTのゲート電圧をオフ保持閾値以下にクランプし、オフ保持回路によってIGBTをオフするようにしたものである。第2実施形態のモータ制御装置は、制御装置を除いて第1実施形態のモータ制御装置と同一構成である。
【0060】
まず、図3を参照して制御装置の構成について説明する。ここで、図3は、第2実施形態における制御装置の回路図である。ここでは、第1実施形態の制御装置との相違部分について説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。
【0061】
図3に示すように、制御装置22は、IGBT210dに対して、駆動用電源回路220と、オン駆動用回路221と、オフ駆動用回路222と、オフ保持用回路223と、遮断用回路224と、過電流検出回路226と、短絡検出回路227と、制御回路228とを備えている。さらに、電圧クランプ回路229を備えている。IGBT210d及び電流センス抵抗211dは、第1実施形態のIGBT110d及び電流センス抵抗111dに相当する。駆動用電源回路220、オン駆動用回路221、オフ駆動用回路222、オフ保持用回路223、遮断用回路224、過電流検出回路226及び短絡検出回路227は、第1実施形態の駆動用電源回路120、オン駆動用回路121、オフ駆動用回路122、オフ保持用回路123、遮断用回路124、過電流検出回路126及び短絡検出回路127と同一構成である。
【0062】
電圧クランプ回路229は、IGBT210dのゲート電圧をオフ保持閾値以下にクランプする回路である。電圧クランプ回路229は、電圧クランプ用FET229aと、定電圧ダイオード229bとを備えている。定電圧ダイオード229bの電圧は、オフ保持閾値以下の一定電圧となるように設定されている。電圧クランプ用FET229aは、オンすることでIGBT220dのゲートに定電圧ダイオード229bを接続するスイッチング素子である。具体的には、NチャネルMOSFETである。電圧クランプ用FET229aのソースは、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続され、高電圧バッテリ用のグランドを介して駆動用電源回路220の負極端子とIGBT210dのエミッタに接続されている。また、ドレインは、定電圧ダイオード229bを介してIGBT220dのゲートに接続されている。具体的には、定電圧ダイオード229bのアノードに接続され、定電圧ダイオード229bのカソードがIGBT220dのゲートに接続されている。さらに、電圧クランプ用FET229aのゲートは、制御回路228に接続されている。
【0063】
次に、図3を参照してIGBTが異常状態にあると判断した場合の動作について説明する。制御回路228は、IGBT210dが異常状態にあると判断すると、電圧クランプ回路229を作動させてIGBT210dのゲート電圧をオフ保持閾値以下にする。具体的には、電圧クランプ用FET229aをオンして、IGBT210dのゲート電圧を定電圧ダイオード229bによって設定されたオフ保持閾値以下にする。その結果、オフ保持用FET223aがオンしてIGBT210dのゲートから電荷が放電され、IGBT210dがオフする。
【0064】
次に、効果について説明する。第2実施形態によれば、制御回路228は、IGBT210dが異常状態にあると判断したとき、電圧クランプ回路229を作動させてIGBT210dのゲート電圧をオフ保持閾値以下にする。そのため、オフ保持用FET223aによってIGBT210dのゲートから電荷を放電し、IGBT210dをオフすることができる。従って、IGBT210dの熱破壊を防止することができる。
【0065】
(第3実施形態)
次に、第3実施形態のモータ制御装置について説明する。第3実施形態のモータ制御装置は、第1実施形態のモータ制御装置が、IGBTが異常状態にあると判断したときに駆動電源回路を遮断してIGBTをオフするのに対して、IGBTのゲートをオン駆動用FETとオフ駆動用FETから遮断してIGBTを遮断するようにしたものである。第3実施形態のモータ制御装置は、制御装置を除いて第1実施形態のモータ制御装置と同一構成である。
【0066】
まず、図4を参照して制御装置の構成について説明する。ここで、図4は、第3実施形態における制御装置の回路図である。ここでは、第1実施形態の制御装置との相違部分について説明し、共通する部分については必要とされる箇所以外説明を省略する。
【0067】
図4に示すように、制御装置32は、IGBT310dに対して、駆動用電源回路320と、オン駆動用回路321と、オフ駆動用回路322と、オフ保持用回路323と、遮断用回路324と、過電流検出回路326と、短絡検出回路327と、制御回路328とを備えている。さらに、ゲート遮断用FET329を備えている。IGBT310d及び電流センス抵抗311dは、第1実施形態のIGBT110d及び電流センス抵抗111dに相当する。駆動用電源回路320、オン駆動用回路321、オフ駆動用回路322、オフ保持用回路323、遮断用回路324、過電流検出回路326及び短絡検出回路327は、第1実施形態の駆動用電源回路120、オン駆動用回路121、オフ駆動用回路122、オフ保持用回路123、遮断用回路124、過電流検出回路126及び短絡検出回路127と同一構成である。
【0068】
ゲート遮断用FET329は、IGBT310dのゲートをオン駆動用FET321aとオフ駆動用FET322aから遮断するスイッチング素子である。具体的には、NチャネルMOSFETである。ゲート遮断用FET329のソースは、IGBT310dのゲートに接続されている。また、ドレインは、オン駆動用抵抗321bを介してオン駆動用FET321aに接続されるとともに、オフ駆動用抵抗322bを介してオフ駆動用FET322aに接続されている。さらに、ゲートは、制御回路328に接続されている。
【0069】
次に、図4を参照してIGBTが異常状態にあると判断した場合の動作について説明する。制御回路328は、IGBT310dが異常状態にあると判断すると、ゲート遮断用FET329をオフして、IGBT310dのゲートを、オン駆動用FET321aとオフ駆動用FET322aから遮断する。その結果、IGBT310dを駆動するためのゲートへの電圧の供給が遮断され、IGBT310dがオフする。
【0070】
次に、効果について説明する。第3実施形態によれば、制御回路328は、IGBT310dが異常状態にあると判断したとき、IGBT310dのゲートをオン駆動用FET321aとオフ駆動用FET322aから遮断する。そのため、IGBT310dを駆動するためのゲートへの電圧の供給が遮断され、IGBT310dがオフする。従って、IGBT310dの熱破壊を防止することができる。
【符号の説明】
【0071】
1・・・モータ制御装置(電子装置)、10・・・平滑コンデンサ、11・・・インバータ装置、110a・・・IGBT(第2スイッチング素子)、110b、110c、110e、110f・・・IGBT、110d・・・IGBT(第1スイッチング素子)、111a〜111f・・・電流センス抵抗、12、22、32・・・制御装置、120、220、320・・・駆動用電源回路、121、221、321・・・オン駆動用回路、121a、221a、321a・・・オン駆動用FET(オン駆動用スイッチング素子)、121b、221b、321b・・・オン駆動用抵抗、122、222、322・・・オフ駆動用回路、122a、222a、322a・・・オフ駆動用FET(オフ駆動用スイッチング素子)、122b、222b、322b・・・オフ駆動用抵抗、123、223、323・・・オフ保持用回路、123a、223a、323a・・・オフ保持用FET(オフ保持用スイッチング素子)、123b、223b、323b・・・ゲート抵抗、124、224、324・・・遮断用回路、124a、224a、324a・・・遮断用FET(遮断用スイッチング素子)、124b、224b、324b・・・遮断用抵抗、126、226、326・・・過電流検出回路、127、227、327・・・短絡検出回路、128、228、328・・・制御回路、229・・・電圧クランプ回路、229a・・・電圧クランプ用FET、229b・・・定電圧ダイオード、329・・・ゲート遮断用FET、B1・・・高電圧バッテリ、M1・・・車両駆動用モータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御端子の電圧を制御することで駆動される第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記第1スイッチング素子の制御端子に電荷を充電するオン駆動用スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ駆動用スイッチング素子と、
入力される駆動信号に基づいて前記オン駆動用スイッチング素子と前記オフ駆動用スイッチング素子を制御することで、前記第1スイッチング素子の制御端子の電圧を制御して前記第1スイッチング素子を駆動する制御回路と、
を備えた電子装置において、
前記制御回路は、前記オン駆動用スイッチング素子と前記オフ駆動用スイッチング素子に電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であるとき、第1スイッチング素子が異常状態にあると判断することを特徴とする電子装置。
【請求項2】
前記第1スイッチング素子を駆動するための電圧を供給する駆動用電源回路を有し、
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、前記駆動用電源回路からの電圧の供給を遮断して前記第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項3】
前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子を有し、
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子の制御端子の電圧がオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下になると、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記第1スイッチング素子のオフ状態を保持し、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項4】
前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電するオフ保持用スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の制御端子の電圧をオン、オフの閾値電圧より低いオフ保持閾値以下にクランプする電圧クランプ回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子の制御端子の電圧がオフ保持閾値以下になると、前記オフ保持用スイッチング素子を制御して前記第1スイッチング素子のオフ状態を保持し、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、前記電圧クランプ回路を作動させて前記第1スイッチング素子の制御端子の電圧をオフ保持閾値以下にクランプすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項5】
制御端子の電圧を制御することで駆動され、前記第1スイッチング素子に直列接続される第2スイッチング素子と、
入力される駆動信号に基づいて前記第2スイッチング素子の制御端子の電圧を制御して前記第2スイッチング素子を駆動するとともに、前記第2スイッチング素子に異常電流が流れたとき、前記第2スイッチング素子をオフする駆動回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、前記第1スイッチング素子をオンすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項6】
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、前記第1スイッチング素子の制御端子を、前記オン駆動用スイッチング素子と前記オフ駆動用スイッチング素子から遮断して前記第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項7】
前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、オンすることで前記第1スイッチング素子の制御端子から電荷を放電する遮断用スイッチング素子を有し、
前記制御回路は、異常を検出したとき、前記オフ駆動用スイッチング素子に代わって前記遮断用スイッチング素子を制御して前記第1スイッチング素子をオフし、前記オン駆動用スイッチング素子と前記オフ駆動用スイッチング素子に電流が流れており、かつ、流れている電流の差が所定値以下であり、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したときだけは、前記遮断用スイッチング素子でなく、前記オフ駆動用スイッチング素子を制御して前記第1スイッチング素子をオフすることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
【請求項8】
前記オン駆動用スイッチング素子は、オン駆動用抵抗を介して前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、
前記オフ駆動用スイッチング素子は、オフ駆動用抵抗を介して前記第1スイッチング素子の制御端子に接続され、
前記制御回路は、前記オン駆動用抵抗の電圧に基づいて前記オン駆動用スイッチング素子に流れる電流を検出するともに、前記オフ駆動用抵抗の電圧に基づいて前記オフ駆動用スイッチング素子に流れる電流を検出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子装置。
【請求項9】
前記制御回路は、前記第1スイッチング素子が異常状態にあると判断したとき、異常信号を外部に出力することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−100437(P2012−100437A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−246263(P2010−246263)
【出願日】平成22年11月2日(2010.11.2)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】