JP2008178200A - Power semiconductor switching circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体スイッチング回路に関し、特にそのパワー半導体スイッチング素子の好適な断続動作の実現に関する。 The present invention relates to a power semiconductor switching circuit, and more particularly to realization of a suitable intermittent operation of the power semiconductor switching element.
たとえば車載三相交流モータの駆動には、合計6個のパワー半導体スイッチング素子を内蔵する三相インバータ回路が用いられる。パワー半導体スイッチング素子としては、パワーMOSトランジスタやIGBTなどが用いられる。これらのパワー半導体スイッチング素子を駆動するために、外部から入力されるパワー半導体スイッチング素子をスイッチング制御するための入力パルス信号電圧を増幅してパワー半導体スイッチング素子の制御電極に印加するドライブ回路が用いられる。このドライブ回路としては、たとえば相補CMOSインバータなどが用いられる。パワー半導体スイッチング素子の主電極端子にはバッテリなどから電源電圧Vccが給電される。たとえば、この種の電力用半導体スイッチング回路が下記の特許文献1に記載されている。
上記したパワー半導体スイッチング素子には種々の動作条件が要求される。動作条件の絶対的な一つはチップ温度が許容範囲を超えないことである。近年重視される動作条件の他の一つはスイッチングサージ電圧が許容範囲を超えないことである。その他にも種々の動作条件がある。 Various power conditions are required for the power semiconductor switching element described above. One absolute operating condition is that the chip temperature does not exceed an acceptable range. Another operating condition that has been emphasized in recent years is that the switching surge voltage does not exceed the allowable range. There are various other operating conditions.
本発明はパワー半導体スイッチング素子に要求されるこれらの複数の動作条件をバランス良く充足可能な電力用半導体スイッチング回路を提供することをその目的としている。 An object of the present invention is to provide a power semiconductor switching circuit capable of satisfying a plurality of operating conditions required for a power semiconductor switching element in a balanced manner.
上記課題を解決する本発明は、負荷電流をスイッチングするパワー半導体スイッチング素子と、入力パルス信号電圧を少なくとも電流増幅して形成した制御電圧を前記パワー半導体スイッチング素子の制御電極に印加するドライブ回路とを備える電力用半導体スイッチング回路において、安定化電源電圧を作成して前記ドライブ回路に印加する電源電圧安定化回路と、前記パワー半導体スイッチング素子の温度に相関を有する温度信号を検出する温度検出回路と、検出された温度信号に基づいて前記安定化電源電圧を変更する制御回路とを有し、前記制御回路が、前記温度が高くなった場合に前記電源電圧安定化回路に指令して前記安定化電源電圧を増大させることにより前記ドライブ回路が前記パワー半導体スイッチング素子に出力する前記制御電圧のハイレベルを増大させ、前記温度が低くなった場合に前記電源電圧安定化回路に指令して前記安定化電源電圧を減少させることにより前記ドライブ回路が前記パワー半導体スイッチング素子に出力する前記制御電圧のハイレベルを低下させることを特徴としている。 The present invention for solving the above problems includes a power semiconductor switching element that switches a load current, and a drive circuit that applies a control voltage formed by at least amplifying an input pulse signal voltage to a control electrode of the power semiconductor switching element. A power semiconductor switching circuit comprising: a power supply voltage stabilization circuit that creates a stabilized power supply voltage and applies the stabilized power supply voltage to the drive circuit; a temperature detection circuit that detects a temperature signal correlated with the temperature of the power semiconductor switching element; A control circuit that changes the stabilized power supply voltage based on the detected temperature signal, and the control circuit instructs the power supply voltage stabilization circuit when the temperature becomes high, and the stabilized power supply. Before the drive circuit outputs to the power semiconductor switching element by increasing the voltage The drive circuit outputs to the power semiconductor switching element by increasing the high level of the control voltage and instructing the power supply voltage stabilization circuit to decrease the stabilized power supply voltage when the temperature becomes low It is characterized by lowering the high level of the control voltage.
すなわち、この発明によれば、パワー半導体スイッチング素子が高温となったと判定した場合にドライブ回路に印加する電源電圧をアップする。これにより、パワー半導体スイッチング素子のオン抵抗が低下し、その抵抗損失(発熱量)が減少し、パワー半導体スイッチング素子の温度上昇を抑止乃至低下することができる。 That is, according to the present invention, the power supply voltage applied to the drive circuit is increased when it is determined that the power semiconductor switching element has reached a high temperature. As a result, the on-resistance of the power semiconductor switching element is lowered, the resistance loss (heat generation amount) is reduced, and the temperature rise of the power semiconductor switching element can be suppressed or lowered.
逆に、パワー半導体スイッチング素子が低温となったと判定した場合にドライブ回路に印加する電源電圧をダウンする。これにより、特にパワー半導体スイッチング素子をオンする時に発生するスイッチングサージ電圧を低減することができる。更に説明すると、たとえばフルブリッジ回路などにおいて、一方のパワー半導体スイッチング素子のオン過渡期間に他方のパワー半導体スイッチング素子がオフする。この時、オフするパワー半導体スイッチング素子の寄生容量と配線インダクタンスとの共振による電圧振動がスイッチングサージ電圧として発生する。本発明によれば、パワー半導体スイッチング素子の温度が低い場合にはドライブ回路へ印加する電源電圧を低減するため、パワー半導体スイッチング素子のオン抵抗が増大してそのオン過渡期間が延長され、パワー半導体スイッチング素子の主電極端子の電圧変化率が緩和され、スイッチングサージ電圧が低下する。そのうえ、パワー半導体スイッチング素子の制御電極に印加する制御電圧の低下は、パワー半導体スイッチング素子の寿命延長も可能とする。 Conversely, when it is determined that the power semiconductor switching element has become low temperature, the power supply voltage applied to the drive circuit is reduced. Thereby, it is possible to reduce the switching surge voltage generated particularly when the power semiconductor switching element is turned on. More specifically, for example, in a full bridge circuit, the other power semiconductor switching element is turned off during an on-transition period of one power semiconductor switching element. At this time, voltage oscillation due to resonance between the parasitic capacitance of the power semiconductor switching element to be turned off and the wiring inductance is generated as a switching surge voltage. According to the present invention, when the temperature of the power semiconductor switching element is low, the power supply voltage applied to the drive circuit is reduced, so that the on-resistance of the power semiconductor switching element is increased and the on-transition period is extended. The voltage change rate of the main electrode terminal of the switching element is relaxed, and the switching surge voltage is reduced. In addition, a decrease in the control voltage applied to the control electrode of the power semiconductor switching element can extend the life of the power semiconductor switching element.
好適な態様において、前記電源電圧安定化回路は、出力電圧の分圧と所定のしきい値電圧との比較結果に基づいて前記ドライブ回路に印加する電源電圧を断続制御する電圧レギュレータからなり、前記制御回路は、前記温度信号に基づいて前記出力電圧の分圧又は前記しきい値電圧の少なくとも一方を変更する。このようにすれば、ドライブ回路に印加する電源電圧を簡素な回路構成で変更できるとともに、この電源電圧の電圧変動も低減することができる。言い換えれば、ドライブ回路の電源電圧変動による悪影響低減とパワー半導体スイッチング素子の温度によるドライブ回路の電源電圧切替とをほぼ共通の回路で実現することができる。 In a preferred aspect, the power supply voltage stabilization circuit includes a voltage regulator that intermittently controls the power supply voltage applied to the drive circuit based on a comparison result between the divided output voltage and a predetermined threshold voltage, The control circuit changes at least one of the divided voltage of the output voltage and the threshold voltage based on the temperature signal. In this way, the power supply voltage applied to the drive circuit can be changed with a simple circuit configuration, and voltage fluctuations of the power supply voltage can be reduced. In other words, it is possible to achieve a reduction in adverse effects caused by fluctuations in the power supply voltage of the drive circuit and switching of the power supply voltage of the drive circuit depending on the temperature of the power semiconductor switching element with a substantially common circuit.
好適な態様において、6個の前記パワー半導体スイッチング素子により構成される三相インバータ回路を有し、前記電源電圧安定化回路は、各相上アーム側の前記パワー半導体スイッチング素子を駆動するための3つの前記ドライブ回路に個別に電源電圧を給電する3つの上アーム側電圧レギュレータと、かつ各相下アーム側の前記パワー半導体スイッチング素子を駆動するための3つの前記ドライブ回路に個別に電源電圧を給電する1個の下アーム側電圧レギュレータとを有する。このようにすれば、電源電圧安定化回路の個数増大による回路規模の複雑化を抑止しつつ、三相インバータ回路の各パワー半導体スイッチング素子に対して上記温度による制御電圧の変更をそれぞれ実施することができる。 In a preferred embodiment, the power supply voltage stabilization circuit includes a three-phase inverter circuit configured by six power semiconductor switching elements, and the power supply voltage stabilization circuit is configured to drive the power semiconductor switching elements on each phase upper arm side. Three upper arm side voltage regulators that individually supply power supply voltage to the two drive circuits, and three power supply voltages individually supplied to the three drive circuits for driving the power semiconductor switching elements on the lower arm side of each phase One lower arm side voltage regulator. In this way, the control voltage is changed according to the temperature for each power semiconductor switching element of the three-phase inverter circuit while suppressing the complexity of the circuit scale due to the increase in the number of power supply voltage stabilizing circuits. Can do.
好適な態様において、合計4つの前記電圧レギュレータは、共通の前記温度検出回路からの前記温度信号により制御される。このようにすれば、回路構成を簡素化することができる。 In a preferred embodiment, a total of four voltage regulators are controlled by the temperature signal from a common temperature detection circuit. In this way, the circuit configuration can be simplified.
好適な態様において、前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を減少させる。このようにすれば、電源電圧安定化回路をなす電圧レギュレータは、その出力電圧すなわちドライブ回路の電源電圧が小さくてもよい場合には、相対的に低い入力電源電圧を受け取ればよいため、電圧レギュレータの内部損失を低減することができる。逆に、電圧レギュレータの出力電圧すなわちドライブ回路の電源電圧が大きい必要がある場合には、電圧レギュレータに相対的に高い入力電源電圧を入力するため、電圧レギュレータは、この入力電源電圧の範囲内で必要な高電圧の出力電圧をドライブ回路の電源電圧として出力することができる。 In a preferred aspect, the control circuit increases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when increasing the stabilized power supply voltage and increases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when decreasing the stabilized power supply voltage. Reduce the input power supply voltage. In this way, the voltage regulator forming the power supply voltage stabilization circuit only needs to receive a relatively low input power supply voltage when the output voltage, that is, the power supply voltage of the drive circuit may be small. Internal loss can be reduced. Conversely, when the output voltage of the voltage regulator, that is, the power supply voltage of the drive circuit needs to be large, a relatively high input power supply voltage is input to the voltage regulator. Therefore, the voltage regulator is within this input power supply voltage range. A necessary high output voltage can be output as the power supply voltage of the drive circuit.
好適な態様において、前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記安定化電源電圧が所定のハイレベルしきい値を超えた場合には前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記安定化電源電圧が前記ハイレベルしきい値より低い所定のローレベルしきい値未満となった場合には前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を減少させる。このようにすれば、たとえば電源電圧安定化回路としての電圧レギュレータが自己が現在受け取っている入力電源電圧の範囲内にてドライブ回路に必要な大きさの出力電圧を出力できる範囲内では電圧レギュレータへの入力電源電圧の増大を行わず、更に大きな電圧の出力が要求される場合に電源電圧安定化回路への入力電源電圧をアップするため、電圧使用効率を向上させ、電圧レギュレータの損失を低減することができる。 In a preferred aspect, the control circuit increases an input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when the stabilized power supply voltage exceeds a predetermined high level threshold when increasing the stabilized power supply voltage. In the case of increasing and decreasing the stabilized power supply voltage, if the stabilized power supply voltage becomes less than a predetermined low level threshold value lower than the high level threshold value, the input power supply of the power supply voltage stabilization circuit Reduce voltage. In this way, for example, the voltage regulator as the power supply voltage stabilization circuit can output the output voltage of the magnitude required for the drive circuit within the range of the input power supply voltage received by itself to the voltage regulator. In order to increase the input power supply voltage to the power supply voltage stabilization circuit when output of a larger voltage is required without increasing the input power supply voltage, the voltage use efficiency is improved and the loss of the voltage regulator is reduced. be able to.
なお、上記電圧レギュレータとしては、いわゆるシリーズレギュレータを採用することが好適である。 As the voltage regulator, it is preferable to employ a so-called series regulator.
好適な態様において、前記パワー半導体スイッチング素子は、ゲート電極からなる制御電極を有し、前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記ドライブ回路の出力インピーダンスを実質的に増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記ドライブ回路の出力インピーダンスを実質的に減少させる。このようにすれば、パワー半導体スイッチング素子の温度が上昇してドライブ回路の電源電圧を増大することによるパワー半導体スイッチング素子のスイッチングサージ電圧増大を抑止することができる。すなわち、パワー半導体スイッチング素子のオン過渡期間において、最終的なそのゲート電圧はハイレベルとなるが、ドライブ回路の出力インピーダンスの増大により、ゲート電圧の上昇レートすなわちゲート電圧変化率が緩和されるため、オン過渡期間における既述の共振電圧成分を低減することができる。 In a preferred aspect, the power semiconductor switching element has a control electrode composed of a gate electrode, and the control circuit substantially increases the output impedance of the drive circuit when the stabilized power supply voltage is increased. When the stabilized power supply voltage is decreased, the output impedance of the drive circuit is substantially decreased. In this way, an increase in the switching surge voltage of the power semiconductor switching element due to an increase in the power supply voltage of the drive circuit due to an increase in the temperature of the power semiconductor switching element can be suppressed. That is, in the on-transition period of the power semiconductor switching element, the final gate voltage becomes a high level, but the increase rate of the gate voltage, that is, the gate voltage change rate is mitigated by the increase in the output impedance of the drive circuit. The above-described resonance voltage component in the on-transition period can be reduced.
好適な態様において、並列動作することにより同じ前記パワー半導体スイッチング素子を並列駆動する複数の前記ドライブ回路を有し、前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記複数のドライブ回路の一部を停止させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記複数のドライブ回路をすべて作動させる。このようにすれば、上記したドライブ回路の出力インピーダンス変更を簡素な回路構成により実現することができる。 In a preferred aspect, the drive circuit includes a plurality of drive circuits that drive the same power semiconductor switching elements in parallel by operating in parallel, and the control circuit includes a plurality of drive circuits that increase the stabilized power supply voltage. When a part is stopped and the stabilized power supply voltage is decreased, all of the plurality of drive circuits are operated. In this way, the output impedance change of the drive circuit described above can be realized with a simple circuit configuration.
本発明を適用した車載モータ駆動用の三相インバータ装置について図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明の技術思想を他の回路を用いて実現してもよいことはもちろんである。たとえば下記のマイコン内蔵のコントローラ3は、ハードウエア回路構成としてもよい。
A three-phase inverter device for driving an in-vehicle motor to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. However, it goes without saying that the technical idea of the present invention may be realized using other circuits. For example, the
(実施形態1)
(回路構成)
この三相インバータ装置を図1に示すその回路図を参照して説明する。この三相インバータ装置は、三相インバータ回路1、温度センサ2、マイコン内蔵のコントローラ(制御回路)3を有している。
(Embodiment 1)
(Circuit configuration)
The three-phase inverter device will be described with reference to the circuit diagram shown in FIG. This three-phase inverter device has a three-phase inverter circuit 1, a temperature sensor 2, and a controller (control circuit) 3 with a built-in microcomputer.
三相インバータ回路1は、三相の上アーム素子及び下アーム素子をなす合計6つのIGBT4〜9をもち、それらは3相のハーフブリッジ回路を構成している。これら3相のハーフブリッジ回路からなる回路は狭義の三相インバータ回路と一般的に呼称されるが、この実施例では単にパワー回路部と呼称するものとする。 The three-phase inverter circuit 1 has a total of six IGBTs 4 to 9 that form a three-phase upper arm element and a lower arm element, which constitute a three-phase half-bridge circuit. A circuit composed of these three-phase half-bridge circuits is generally called a three-phase inverter circuit in a narrow sense, but in this embodiment, it is simply called a power circuit section.
三相インバータ回路1は、上アーム側のIGBT4〜6のゲート電極及び下アーム側のIGBT7〜9のゲート電極を個別に駆動するドライブ回路10〜15と、ドライブ回路10〜12に個別に電源電圧を印加する電圧レギュレータ(本発明で言う電源電圧安定化回路)16〜18と、ドライブ回路13〜15に共通に電源電圧を印加する電圧レギュレータ(本発明で言う電源電圧安定化回路)19とを有している。
The three-phase inverter circuit 1 includes
いわゆる三相インバータ回路をなすパワー回路部自体は周知であるため、説明を省略する。 Since the power circuit section itself forming a so-called three-phase inverter circuit is well known, the description thereof is omitted.
ドライブ回路10〜15は、自己が駆動するIGBTのエミッタ電極電位を基準としてゲート電圧を形成し、それを自己が駆動するIGBTのゲート電極に印加する。電圧レギュレータ16〜19は、自己が電源電力を供給するドライブ回路が駆動するIGBTのエミッタ電位を基準として安定化電源電圧を形成してドライブ回路10〜15に印加する。したがって、電圧レギュレータ16〜19には、互いに基準電位が異なる4種類の入力電源電圧が個別に印加される。図1において、VHUはU相上アーム側の電圧レギュレータ16に印加される入力電源電圧であり、VHUーHはそのハイレベル電位、VHUーLはそのローレベル電位である。VHVはV相上アーム側の電圧レギュレータ17に印加される入力電源電圧であり、VHVーHはそのハイレベル電位、VHVーLはそのローレベル電位である。VHWはW相上アーム側の電圧レギュレータ18に印加される入力電源電圧であり、VHWーHはそのハイレベル電位、VHWーLはそのローレベル電位である。VLは三相下アーム側の電圧レギュレータ19に印加される入力電源電圧のハイレベル電位である。図1に示すように、入力電源電圧のローレベル電位は接地電位とされている。
The
これら4つの入力電源電圧を形成する絶縁型電源回路の一例を図2に示す。20は1個の一次コイル及び4個の二次コイルをもつトランスであり、バッテリ21から一次コイルに給電される電流はスイッチ220によりPWMフィードバック制御されている。スイッチ220としては好適にはMOSトランジスタが採用され、このMOSトランジスタにはフライホイルダイオードが逆並列接続されている。もしくは、フライホイルダイオードは、一次コイルと並列に接続されている。PWMフィードバック制御自体は良く知られており、後述する4つの整流回路の出力電圧のどれかと所定の目標電圧とを比較し、その結果によりスイッチ220のデューティ比を制御することにより、この整流回路の出力電圧(本発明で言う電圧レギュレータの入力電源電圧)を上記目標電圧に収束させる。
An example of an insulated power supply circuit that forms these four input power supply voltages is shown in FIG.
4つの整流回路は、ダイオード22〜25により構成されている。4個の二次コイルから出力される二次電圧は4つのダイオード22〜25で個別に半波整流された後、コンデンサ26〜29により個別に平滑化されて上記した4種類の入力電源電圧VHU、VHV、VHW、VLが形成される。
The four rectifier circuits are constituted by
図2に示すトランスを用いた絶縁型電源回路の他に、ブートストラップ回路型やチャージポンプ回路を用いた絶縁型電源回路を採用しても良い。 In addition to the insulated power supply circuit using the transformer shown in FIG. 2, an insulated power supply circuit using a bootstrap circuit type or a charge pump circuit may be adopted.
この実施形態で採用した電圧レギュレータ16の回路構成例を図3を参照して説明する。他の電圧レギュレータ及びドライブ回路は同一の回路構成をもつ。この実施形態で採用した電圧レギュレータ16は一般的な回路構成をもつため、簡単に説明する。
A circuit configuration example of the
電圧レギュレータ16は、ベース接地のPNPトランジスタからなる電流制御トランジスタ30と、電流制御トランジスタ30をスイッチングするコンパレータ31と、抵抗分圧回路32と、しきい値電圧発生回路33とを有している。
The
抵抗分圧回路32は、互いに直列接続されて電流制御トランジスタ30のコレクタ電圧を分圧するための抵抗分圧回路を構成する分圧抵抗34、35と、互いに直列接続されて分圧抵抗35と並列接続された調整抵抗36及び切替スイッチ37とを有している。しきい値電圧発生回路33はしきい値電圧Vrefを出力する定電圧回路である。
The resistance
動作を説明すると、切替スイッチ37がオフ状態にて、電圧レギュレータ16の入力電源電圧VHUがアップすると、コンパレータ31の+入力端に入力される分圧がしきい値電圧Vrefより高くなる。その結果、コンパレータ31が電流制御トランジスタ30にハイレベルを出力し、電流制御トランジスタ30がオフしてそのコレクタ電圧すなわちドライブ回路10の電源電圧を低下させ、これにより電圧レギュレータ16の出力電圧(ドライブ回路10の電源電圧)を安定化させる。
Explaining the operation, if the input power supply voltage VHU of the
逆に、電圧レギュレータ16の入力電源電圧がダウンすると、コンパレータ31の+入力端に入力される分圧がしきい値電圧Vrefより低くなる。その結果、コンパレータ31が電流制御トランジスタ30にローレベルを出力し、電流制御トランジスタ30がオンしてそのコレクタ電圧が増大する。これにより、電圧レギュレータ16の出力電圧(ドライブ回路10の電源電圧)を上昇させ、電圧レギュレータ16の出力電圧(ドライブ回路10の電源電圧)を安定化させる。
On the other hand, when the input power supply voltage of the
後述するコントローラ3からの指令により切替スイッチ37がオンすると、分圧抵抗35に調整抵抗36が並列接続されるため、コンパレータ31に入力される分圧が減少し、その分だけコンパレータのデューティ比が減少して、電流制御トランジスタ30の出力電圧(U相電源電圧)Vuの平均値が増大する。すなわち、図3に示す電圧レギュレータ16は出力電圧Vuを安定化させる回路機能の他に出力電圧Vuを2段階に切り替える回路機能をもつ。
When the
ドライブ回路10を図4に示す。この実施形態では、ドライブ回路10は、相補CMOSインバータ10a、10bを並列接続して用いる。相補CMOSインバータ10a、10bの合計4つのトランジスタには制御信号S1〜S4が印加される。ドライブ回路11〜15の回路構成は上記したドライブ回路10と同じである。もちろん、ドライブ回路10〜15として他の公知の回路を採用しても良い。
The
ドライブ回路10の電源電圧を切り替えるには、電圧レギュレータ16の抵抗分圧回路の抵抗値を切替スイッチ37により切り替える他、種々の変形例が可能である。たとえば、コンパレータ31の−入力端に印加するしきい値電圧Vrefを切り替えても良い。なお、しきい値電圧発生回路33は図3では一個のツエナーダイオードを用いて構成したが、公知の種々の定電圧発生回路を採用することができる。また、コントローラ3が出力するデジタル指令値をD/A変換してアナログしきい電圧を発生させ、これをホールド回路にホールドしてコンパレータ31の−入力端に印加してもよい。このようにすれば、連続的に電圧レギュレータ16の出力電圧(ドライブ回路10の電源電圧)を調整することができる。
In order to switch the power supply voltage of the
温度センサ2は、IGBT7の近傍に配置されたサーミスタ式温度検出回路が採用されている。したがって、温度センサ2は、ほぼIGBT7の温度を検出するものとみなすことができる。もちろん、各IGBTごとに温度センサを近接配置し、その最も高温の温度を選択使用してもよい。更に、温度センサ2を各IGBTに内蔵しても良い。たとえば、半導体チップに設けた温度検出用のpn接合に定電流を流し、その電圧降下を検出して温度信号としてもよい。検出した周囲温度とIGBTの電流積分値とによりIGBT温度を推定してもよい。コントローラ3の温度を検出してIGBT温度と見なしても良い。
The temperature sensor 2 employs a thermistor type temperature detection circuit arranged in the vicinity of the
(コントローラ3の動作説明)
次に、マイコン構成のコントローラ3の動作を図4に示すフローチャートを参照して説明する。
(Explanation of operation of controller 3)
Next, the operation of the
ルーチンは電源電圧の印加により開始され、内部状態のリセット及び初期化を行う(S100)。この時、切替スイッチ37はオフされる。これにより、各電圧レギュレータ16〜19の出力電圧(ドライブ回路10〜15の電源電圧)は相対的に小さくなる。その後、温度センサ2が出力する温度Tを読み込み(S102)、温度Tと予め記憶する所定しきい値Tthとを比較し(S104)、温度Tがしきい値Tth未満であれば切替スイッチ37のオフを指令し(S106)、ドライブ回路10〜15にダブル駆動を指令する。なお、ここで言うダブル駆動とは、図4に示す並列接続された2つの相補CMOSインバータ10a、10bを両方とも駆動する動作を意味する。
The routine is started by applying the power supply voltage, and the internal state is reset and initialized (S100). At this time, the
ステップS104にて、温度Tがしきい値Tth以上と判断したら切替スイッチ37のオンを指令し(S108)、ドライブ回路10〜15にシングル駆動を指令する。なお、ここで言うシングル駆動とは、図4に示す並列接続された2つの相補CMOSインバータ10a、10bのどちらか一方だけ又は交互に駆動する動作を意味する。
If it is determined in step S104 that the temperature T is equal to or higher than the threshold value Tth, the
これにより、温度が上昇すると電圧レギュレータ16〜19がドライブ回路10〜15に出力する電源電圧がアップし、温度が低下すると電圧レギュレータ16〜19がドライブ回路10〜15に出力する電源電圧がダウンするため、簡素な回路構成により、ゲート電圧を安定化させるとともに、IGBT4〜9の温度上昇を抑止し、かつ、スイッチングサージ電圧を抑止することができる。
Thereby, when the temperature rises, the power supply voltage output from the
また、温度が上昇して電圧レギュレータ16〜19がドライブ回路10〜15に出力する電源電圧がアップする時には、ドライブ回路10〜15の出力インピーダンス(出力抵抗)が増大するため、IGBT4〜9のオン過渡期間が延長され、スイッチングサージ電圧の増大が抑止される。
Further, when the power supply voltage output from the
(実施形態2)
次に、検出した温度に応じて電圧レギュレータ16〜19がドライブ回路10〜15に出力する電源電圧を多段階乃至連続的に変更するとともに、それに応じて電圧レギュレータ16〜19に印加する入力電源電圧も連動して変更する制御例について図6に示すフローチャートを参照して説明する。
(Embodiment 2)
Next, the power supply voltage output from the
なお、この実施形態では、電圧レギュレータ16〜19の出力電圧は連続的に変更可能とした。もちろん、この出力電圧を段階的に変化させてもよい。なお、電圧レギュレータ16〜19の出力電圧を連続的に変更可能するには、たとえばコントローラ3が出力するデジタル指令値をD/A変換してアナログしきい電圧を発生させ、これをサンプルホールド回路にホールドしてコンパレータ31の−入力端に印加すればよい。これにより、電圧レギュレータ16の出力電圧(ドライブ回路10の電源電圧)を連続的に調整することができる。
In this embodiment, the output voltages of the
図6において、ルーチンは電源電圧の印加により開始され、内部状態のリセット及び初期化を行う(S200)。次に、温度センサ2が出力する温度Tを読み込み(S202)、予め記憶するマップに温度Tを代入して電圧レギュレータ16の出力電圧の最適値を求める(S204)。次に、Vuを増大する必要があるかどうかを調べ(S206)、必要があれば図2にて説明した絶縁型電源回路のPWMフィードバック制御における目標電圧値すなわちコンパレータに入力するしきい値をハイレベル値とする(S208)。これにより、スイッチ22のPWMフィードバック制御のデューティ比が増加し、図2の電源回路が電圧レギュレータ16〜19に入力する入力電源電圧がアップする。
In FIG. 6, the routine is started by applying the power supply voltage, and the internal state is reset and initialized (S200). Next, the temperature T output from the temperature sensor 2 is read (S202), and the optimum value of the output voltage of the
次に、Vuを増大する必要がなければ、Vuを低減する必要があるかどうかを調べ(S210)、必要があれば図2にて説明した絶縁型電源回路のPWMフィードバック制御における目標電圧値すなわちコンパレータに入力するしきい値をローレベル値とする(S212)。これにより、スイッチ22のPWMフィードバック制御のデューティ比が減少し、図2の電源回路が電圧レギュレータ16〜19に入力する入力電源電圧がダウンする。
Next, if it is not necessary to increase Vu, it is checked whether or not Vu needs to be reduced (S210). If necessary, the target voltage value in the PWM feedback control of the isolated power supply circuit described with reference to FIG. The threshold value input to the comparator is set to a low level value (S212). As a result, the duty ratio of the PWM feedback control of the
このようにすれば、電圧レギュレータ16〜19の出力可能電圧範囲では、図2に示す電源回路が電圧レギュレータ16〜19に入力する入力電源電圧をアップせず、電圧レギュレータ16〜19の出力可能電圧範囲を超えた場合にこの入力電源電圧をアップするため、電圧レギュレータ16〜19の損失を低減することができる。
In this way, in the output voltage range of the voltage regulators 16-19, the power supply circuit shown in FIG. 2 does not increase the input power supply voltage input to the voltage regulators 16-19, and the output possible voltage of the voltage regulators 16-19. Since this input power supply voltage is increased when the range is exceeded, the loss of the
なお、上記説明では、電圧レギュレータ16〜19の入力電源電圧の変更を段階的に行ったが、電圧レギュレータ16〜19の出力電圧に応じて連続的に行っても良いことは明白である。
In the above description, the input power supply voltage of the
(変形態様)
上記各実施形態では、温度センサ2を共用したが、温度センサ2を各IGBT4〜9に別々に設け、それぞれの検出温度に応じて電圧レギュレータ16〜19を個別に制御してもよい。
(Modification)
In each of the above embodiments, the temperature sensor 2 is shared, but the temperature sensor 2 may be separately provided in each of the IGBTs 4 to 9 and the
1 三相インバータ回路
2 温度センサ
3 コントローラ
10〜15 ドライブ回路
16〜19 電圧レギュレータ
17 電圧レギュレータ
18 電圧レギュレータ
19 電圧レギュレータ
21 バッテリ
22〜25 ダイオード
26〜29 コンデンサ
30 電流制御トランジスタ
31 コンパレータ
32 抵抗分圧回路
33 しきい値電圧発生回路
34 分圧抵抗
35 分圧抵抗
36 調整抵抗
37 切替スイッチ
220 スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-phase inverter circuit 2
Claims (8)
入力パルス信号電圧を少なくとも電流増幅して形成した制御電圧を前記パワー半導体スイッチング素子の制御電極に印加するドライブ回路と、
を備える電力用半導体スイッチング回路において、
安定化電源電圧を作成して前記ドライブ回路に印加する電源電圧安定化回路と、
前記パワー半導体スイッチング素子の温度に相関を有する温度信号を検出する温度検出回路と、
検出された温度信号に基づいて前記安定化電源電圧を変更する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、
前記温度が高くなった場合に前記電源電圧安定化回路に指令して前記安定化電源電圧を増大させることにより前記ドライブ回路が前記パワー半導体スイッチング素子に出力する前記制御電圧のハイレベルを増大させ、前記温度が低くなった場合に前記電源電圧安定化回路に指令して前記安定化電源電圧を減少させることにより前記ドライブ回路が前記パワー半導体スイッチング素子に出力する前記制御電圧のハイレベルを低下させることを特徴とする電力用半導体スイッチング回路。 A power semiconductor switching element for switching a load current;
A drive circuit for applying a control voltage formed by at least current amplification of the input pulse signal voltage to the control electrode of the power semiconductor switching element;
In a power semiconductor switching circuit comprising:
A power supply voltage stabilizing circuit for creating a stabilized power supply voltage and applying the stabilized power supply voltage to the drive circuit;
A temperature detection circuit for detecting a temperature signal having a correlation with the temperature of the power semiconductor switching element;
A control circuit for changing the stabilized power supply voltage based on the detected temperature signal;
Have
The control circuit includes:
Instructing the power supply voltage stabilization circuit when the temperature is increased to increase the stabilized power supply voltage, thereby increasing the high level of the control voltage that the drive circuit outputs to the power semiconductor switching element, Instructing the power supply voltage stabilization circuit to reduce the stabilized power supply voltage when the temperature becomes low, thereby reducing the high level of the control voltage output from the drive circuit to the power semiconductor switching element. A semiconductor switching circuit for power.
前記電源電圧安定化回路は、
出力電圧の分圧と所定のしきい値電圧との比較結果に基づいて前記ドライブ回路に印加する電源電圧を断続制御する電圧レギュレータからなり、
前記制御回路は、
前記温度信号に基づいて前記出力電圧の分圧又は前記しきい値電圧の少なくとも一方を変更する電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 1,
The power supply voltage stabilization circuit includes:
It consists of a voltage regulator that intermittently controls the power supply voltage applied to the drive circuit based on the comparison result of the divided output voltage and a predetermined threshold voltage,
The control circuit includes:
A power semiconductor switching circuit that changes at least one of the divided output voltage and the threshold voltage based on the temperature signal.
6個の前記パワー半導体スイッチング素子により構成される三相インバータ回路を有し、
前記電源電圧安定化回路は、
各相上アーム側の前記パワー半導体スイッチング素子を駆動するための3つの前記ドライブ回路に個別に電源電圧を給電する3つの上アーム側電圧レギュレータと、かつ各相下アーム側の前記パワー半導体スイッチング素子を駆動するための3つの前記ドライブ回路に個別に電源電圧を給電する1個の下アーム側電圧レギュレータと、
を有する電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 1,
Having a three-phase inverter circuit composed of six power semiconductor switching elements;
The power supply voltage stabilization circuit includes:
Three upper arm side voltage regulators for individually supplying power supply voltages to the three drive circuits for driving the power semiconductor switching elements on each phase upper arm side, and the power semiconductor switching elements on each phase lower arm side One lower arm side voltage regulator for individually supplying a power supply voltage to the three drive circuits for driving the power supply;
A power semiconductor switching circuit comprising:
合計4つの前記電圧レギュレータは、
共通の前記温度検出回路からの前記温度信号により制御される電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 3,
A total of four voltage regulators
A power semiconductor switching circuit controlled by the temperature signal from a common temperature detection circuit.
前記制御回路は、
前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を減少させる電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 4,
The control circuit includes:
A power semiconductor that increases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when increasing the stabilized power supply voltage and decreases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when decreasing the stabilized power supply voltage Switching circuit.
前記制御回路は、
前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記電源電圧安定化回路の入力電源電圧を減少させる電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 5,
The control circuit includes:
A power semiconductor that increases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when increasing the stabilized power supply voltage and decreases the input power supply voltage of the power supply voltage stabilization circuit when decreasing the stabilized power supply voltage Switching circuit.
前記パワー半導体スイッチング素子は、ゲート電極からなる制御電極を有し、
前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記ドライブ回路の出力インピーダンスを実質的に増大させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記ドライブ回路の出力インピーダンスを実質的に減少させる電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 1,
The power semiconductor switching element has a control electrode composed of a gate electrode,
The control circuit substantially increases the output impedance of the drive circuit when increasing the stabilized power supply voltage, and substantially decreases the output impedance of the drive circuit when decreasing the stabilized power supply voltage. Power semiconductor switching circuit.
並列動作することにより同じ前記パワー半導体スイッチング素子を並列駆動する複数の前記ドライブ回路を有し、
前記制御回路は、前記安定化電源電圧を増大させる場合に前記複数のドライブ回路の一部を停止させ、前記安定化電源電圧を減少させる場合に前記複数のドライブ回路をすべて作動させる電力用半導体スイッチング回路。 The power semiconductor switching circuit according to claim 1,
A plurality of the drive circuits for driving the same power semiconductor switching elements in parallel by operating in parallel;
The control circuit stops a part of the plurality of drive circuits when increasing the stabilized power supply voltage, and operates all of the plurality of drive circuits when decreasing the stabilized power supply voltage. circuit.
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