JP2009254034A - Current detector for power inverter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワースイッチング素子及びその入出力端子に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路について、これに流れる電流を検出する電力変換回路の電流検出装置に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit including a power switching element and a free wheel diode connected to an input / output terminal thereof, and relates to a current detection device for a power conversion circuit that detects a current flowing through the power conversion circuit.
この種の電力変換回路としては、直流電源の各端子と回転機の端子とを接続する高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の直列接続体を備えて構成されるもの(インバータ)が周知である。また、インバータは、上記スイッチング素子の入出力端子に接続されたフリーホイールダイオードを備えている。ここで、回転機に正弦波形状の電流を流すべく高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を操作するに際しては、これら高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を交互にオン状態及びオフ状態とすることで、これら一対のスイッチング素子を相補的に駆動する手法が一般に用いられている。 As this type of power conversion circuit, a circuit (inverter) including a series connection body of a high potential side switching element and a low potential side switching element for connecting each terminal of a DC power source and a terminal of a rotating machine is well known. It is. The inverter includes a free wheel diode connected to the input / output terminal of the switching element. Here, when operating the high-potential side switching element and the low-potential side switching element to flow a sinusoidal current to the rotating machine, the high-potential side switching element and the low-potential side switching element are alternately turned on and off. Generally, a method of driving these pair of switching elements in a complementary manner by setting the state is used.
一方、インバータのスイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられることがある。また、近年では、例えば下記特許文献1に見られるように、こうしたインバータを構成する半導体素子として、フリーホイールダイオードがIGBTと同一基板上に併設されたいわゆるダイオード内蔵型IGBTが提案され、実用化されている。
On the other hand, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) may be used as the switching element of the inverter. In recent years, for example, as can be seen in
ただし、上記IGBTはコレクタからエミッタへと進む方向を順方向とするものであるため、逆側には電流が流れない。このため、インバータの一対のスイッチング素子が相補的に駆動される場合、上記正弦波形状の電流の流通方向によっては、オン状態とされているスイッチング素子に電流が流れないことがある。そしてこの場合には、これに逆並列に接続されたフリーホイールダイオードに電流が流れることとなる。
ところで、上記ダイオード内蔵型IGBTにおいては、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電圧降下量が、IGBTのゲートに電圧が印加されることで増大することが知られている。このため、スイッチング素子を相補的に操作する場合には、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際のフリーホイールダイオードによる電力損失が大きくなるおそれがある。 By the way, in the diode built-in IGBT, it is known that the amount of voltage drop when a forward current flows through the freewheeling diode increases when a voltage is applied to the gate of the IGBT. For this reason, when operating a switching element complementarily, there exists a possibility that the power loss by a free wheel diode when a forward current may flow into a free wheel diode may become large.
なお、上記の例に限らず、パワースイッチング素子及びその入出力端子間に接続されるフリーホイールダイオードを備える電力変換回路にあっては、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電力損失がパワースイッチング素子をオン状態とすることで増大するこうした実情も概ね共通したものとなっている。 In addition to the above example, in a power conversion circuit including a power switching element and a freewheel diode connected between its input and output terminals, power loss is caused when a forward current flows through the freewheel diode. This fact that increases when the switching element is turned on is also generally common.
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、パワースイッチング素子及びその入出力端子間に接続されるフリーホイールダイオードを備える電力変換回路を操作するに際し、フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを高精度に検出することのできる電力変換回路の電流検出装置を提供することにある。また、本発明の目的は、フリーホイールダイオードに電流が流れていることが検出される場合に、その電力損失を低減することのできる電力変換回路の電流検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to operate a power conversion circuit including a power switching element and a free wheel diode connected between input and output terminals. It is an object of the present invention to provide a current detection device for a power conversion circuit that can detect with high accuracy whether or not a current is flowing in the circuit. Another object of the present invention is to provide a current detection device for a power conversion circuit capable of reducing the power loss when it is detected that a current flows through a freewheel diode.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項1記載の発明は、パワースイッチング素子及びその入出力端子に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードを備える電力変換回路について、これに流れる電流を検出する電力変換回路の電流検出装置において、前記フリーホイールダイオードに並列接続される検出用ダイオードと、該検出用ダイオードのアノード側に接続されて且つ前記検出用ダイオードに順方向電流が流れているか否かに応じて前記フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを判断する判断手段とを備えることを特徴とする。
The invention according to
フリーホイールダイオードに電流が流れる場合とこれに電流が流れずにパワースイッチング素子に電流が流れる場合とでは、電流の流通方向が相違するため、これらのいずれに電流が流れるかに応じて検出用ダイオードのアノードの電位が変動する。このため、フリーホイールダイオードに電流が流れる場合に検出用ダイオードに電流が流れて且つ、これに電流が流れずにパワースイッチング素子に電流が流れる場合に検出用ダイオードに電流が流れない設定が可能となる。上記発明では、この点に鑑み、検出用ダイオードに順方向電流が流れるか否かに応じて、フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを高精度に検出することができる。 The direction of current flow differs between the case where current flows through the freewheeling diode and the case where current flows through the power switching element without current flowing through the freewheeling diode. The anode potential fluctuates. For this reason, it is possible to set so that when a current flows through the freewheeling diode, a current flows through the detection diode, and when no current flows through the power switching element, no current flows through the detection diode. Become. In the above invention, in view of this point, it is possible to detect with high accuracy whether or not current flows through the freewheel diode, depending on whether or not forward current flows through the detection diode.
更に、上記発明では、検出用ダイオードを高耐圧の素子とすることで、判断手段を高耐圧の素子にて構成する必要が生じず、簡易か構成とすることができる。 Further, in the above invention, by making the detection diode a high breakdown voltage element, it is not necessary to configure the judging means with a high breakdown voltage element, and the configuration can be simplified or configured.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記検出用ダイオードの電圧降下量は、前記フリーホイールダイオードの電圧降下量より大きくなり得るものであり、前記フリーホイールダイオードのアノードを基準電位として前記検出用ダイオードのアノードの電位を上昇させるための電源を更に備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the voltage drop amount of the detection diode can be larger than the voltage drop amount of the freewheel diode, and the anode of the freewheel diode is used as a reference. A power supply for raising the potential of the anode of the detection diode as a potential is further provided.
検出用ダイオードの電圧降下量の方が大きい場合、フリーホイールダイオードに電流が流れることで、検出用ダイオードのカソード側を基準とするそのアノード側の電位が上昇したとしても、この電位は、検出用ダイオードのカソード側の電位よりも低くなるおそれがある。この点、上記発明では、電源を用いることで、フリーホイールダイオードに電流が流れているときの検出用ダイオードのアノード側の電位をそのカソード側の電位よりも確実に高くすることができる。 If the voltage drop of the detection diode is larger, even if the current flows through the freewheeling diode and the potential on the anode side relative to the cathode side of the detection diode rises, this potential is There is a possibility that the potential is lower than the potential on the cathode side of the diode. In this respect, in the above-described invention, by using the power supply, the potential on the anode side of the detection diode when the current flows through the freewheel diode can be reliably made higher than the potential on the cathode side.
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記電源は、温度に応じてその電圧を可変とすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the voltage of the power source is variable according to temperature.
フリーホイールダイオードや検出用ダイオード、更にはパワースイッチング素子は、一般に温度特性を有する。このため、これらに電流が流れる際の電圧降下量は温度に依存する。したがって、検出用ダイオードに電流が流れているのか流れていないのかに応じて、フリーホイールダイオードに電流が流れているのか流れていないのかを識別可能とするための電源の電圧は、温度に依存するおそれがある。この点、上記発明では、温度に応じて電源電圧を可変とすることで、上記識別を的確に行うことができる。 Freewheel diodes, detection diodes, and power switching elements generally have temperature characteristics. For this reason, the amount of voltage drop when current flows through these depends on temperature. Therefore, the voltage of the power supply for making it possible to distinguish whether the current is flowing in the free wheel diode or not depending on whether the current is flowing in the detection diode depends on the temperature. There is a fear. In this regard, in the above invention, the identification can be performed accurately by making the power supply voltage variable according to the temperature.
請求項4記載の発明は、請求項2又は3記載の発明において、前記電源の電圧Vpは、前記フリーホイールダイオードの電圧降下量vf1、前記検出用ダイオードの電圧降下量vf2及び前記パワースイッチング素子の入出力端子間の電圧Vtを用いた不等式「vf2−vf1<Vp<vf2+Vt」を満たすことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the voltage Vp of the power source includes the voltage drop amount vf1 of the freewheel diode, the voltage drop amount vf2 of the detection diode, and the power switching element. An inequality “vf2−vf1 <Vp <vf2 + Vt” using the voltage Vt between the input and output terminals is satisfied.
上記発明では、フリーホイールダイオードに電流が流れている場合に検出用ダイオードに電流が流れて且つ、フリーホイールダイオードに電流が流れずにパワースイッチング素子に電流が流れている場合に検出用ダイオードに電流が流れないような設定を好適に実現することができる。 In the above invention, when a current flows through the freewheel diode, a current flows through the detection diode, and when a current flows through the power switching element without flowing through the freewheel diode, a current flows through the detection diode. It is possible to suitably realize a setting that does not flow.
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、前記判断手段は、前記検出用ダイオードのアノード側に設けられた抵抗体と、該抵抗体の両端の電圧に応じた電圧信号を生成する差動増幅回路と、該差動増幅回路の出力する電圧信号と閾値電圧との大小を比較する比較手段とを備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the judging means includes a resistor provided on the anode side of the detection diode, and both ends of the resistor. A differential amplifier circuit that generates a voltage signal corresponding to the voltage, and a comparison unit that compares the voltage signal output from the differential amplifier circuit with the threshold voltage.
上記検出用ダイオードに電流が流れる場合には上記抵抗体に電流が流れ、検出用ダイオードに電流が流れない場合には抵抗体にも電流が流れない。このため、抵抗体の電圧降下量は、検出用ダイオードに電流が流れているか否かを示すパラメータとなる。そして、上記閾値電圧を、検出用ダイオードに電流が流れていることを抵抗体の電圧降下量に基づき判断するための値とすることで、上記差動増幅回路の出力と閾値電圧との比較に基づき、検出用ダイオードに電流が流れているか否かを判断することができる。 When a current flows through the detection diode, a current flows through the resistor, and when no current flows through the detection diode, no current flows through the resistor. For this reason, the voltage drop amount of the resistor is a parameter indicating whether or not current is flowing through the detection diode. Then, the threshold voltage is set to a value for determining that a current is flowing through the detection diode based on the voltage drop amount of the resistor, thereby comparing the output of the differential amplifier circuit with the threshold voltage. Based on this, it can be determined whether or not a current flows through the detection diode.
請求項6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、前記判断手段は、前記フリーホイールダイオードのアノード側にコレクタが接続されて且つ前記検出用ダイオードのアノード側にベースが接続されたバイポーラトランジスタと、該バイポーラトランジスタのエミッタの電位を前記フリーホイールダイオードのアノード電位に対して上昇させるための電源と、前記バイポーラトランジスタを電流が流れるか否かに基づき前記フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを判断する手段とを備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the determination means includes a collector connected to the anode side of the freewheel diode and the anode side of the detection diode. A bipolar transistor having a base connected thereto, a power source for raising the potential of the emitter of the bipolar transistor relative to the anode potential of the freewheel diode, and whether the freewheel is based on whether or not current flows through the bipolar transistor Means for determining whether or not a current is flowing through the diode.
上記検出用ダイオードのカソードの電位に対するバイポーラトランジスタのエミッタの電位は、上記フリーホイールダイオードに電流が流れているか、これに電流が流れずにパワースイッチング素子に電流が流れているかに応じて相違する。すなわち、フリーホイールダイオードに電流が流れている場合の方がこれに電流が流れずにパワースイッチング素子に電流が流れている場合よりも高くなる。このため、この場合にのみバイポーラトランジスタのベース及びエミッタ間に、同トランジスタをオン状態とするための順バイアスを印加する設定が可能となる。そしてこうした設定によって、バイポーラトランジスタに電流が流れているか否かに応じて、フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを識別することが可能となる。 The potential of the emitter of the bipolar transistor relative to the potential of the cathode of the detection diode differs depending on whether current is flowing through the freewheeling diode or current is flowing through the power switching element without flowing through the freewheeling diode. That is, when the current is flowing through the freewheel diode, the current is higher than when the current is flowing through the power switching element without flowing the current. Therefore, only in this case, it is possible to apply a forward bias for turning on the transistor between the base and emitter of the bipolar transistor. With such a setting, it is possible to identify whether or not current is flowing through the free wheel diode according to whether or not current is flowing through the bipolar transistor.
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記判断手段の判断結果に基づき、前記パワースイッチング素子の駆動態様を変化させる可変手段を更に備えることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of
上記発明では、フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かの情報に基づきスイッチング素子を駆動することで、状況に応じたより適切なスイッチング操作を行うことが可能となる。 In the said invention, it becomes possible to perform more suitable switching operation according to a condition by driving a switching element based on the information whether the electric current is flowing into the freewheel diode.
請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記可変手段は、前記判断手段により前記フリーホイールダイオードに順方向の電流が流れていると判断される場合、前記パワースイッチング素子の導通制御端子への電圧印加を停止する停止手段を備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the seventh aspect, when the variable means determines that a forward current is flowing through the free wheel diode by the determining means, the power switching element is turned on. A stop means for stopping voltage application to the control terminal is provided.
フリーホイールダイオードに電流が流れているときにこれに逆並列に接続されるパワースイッチング素子をオン状態とする場合には、フリーホイールダイオードの電力損失が増大する傾向にある。上記発明では、この点に鑑み、停止手段を備えることで導通損失を低減することができる。 When the power switching element connected in antiparallel with the current flowing through the freewheel diode is turned on, the power loss of the freewheel diode tends to increase. In the above invention, in view of this point, the conduction loss can be reduced by providing the stopping means.
請求項9記載の発明は、請求項8記載の発明において、前記電力変換回路は、前記パワースイッチング素子として高電位側のスイッチング素子及び低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備えて且つ、これら一対のスイッチング素子は、交互にオン状態が指令されるものであることを特徴とする。
The invention according to
上記発明では、一対のパワースイッチング素子が相補的に駆動されるために、フリーホイールダイオードに電流が流れる際にもこれに接続されるパワースイッチング素子がオン状態とされる。このため、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際には、無駄なスイッチングがなされていることになるにもかかわらず、これにより、フリーホイールダイオードの電力損失が増大するおそれがある。このため、請求項8の発明特定事項の利用価値が特に高いものとなっている。 In the above invention, since the pair of power switching elements are driven in a complementary manner, the power switching elements connected to the pair of power switching elements are turned on even when a current flows through the freewheel diode. For this reason, when a forward current flows through the freewheeling diode, there is a possibility that the power loss of the freewheeling diode increases due to unnecessary switching. For this reason, the utility value of the invention specific matter of claim 8 is particularly high.
請求項10記載の発明は、請求項8又は9記載の発明において、前記電力変換回路は、車載低圧システムと絶縁された車載高圧システムを構成するものであり、前記停止手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする。
The invention according to
上記発明では、停止手段を高圧システム内に備えることで、停止手段を低圧システム側に備える場合と比較して、高圧システム及び低圧システム間を絶縁する手段の数を低減することができる。 In the above invention, by providing the stop means in the high pressure system, the number of means for insulating between the high pressure system and the low pressure system can be reduced as compared with the case where the stop means is provided on the low pressure system side.
請求項11記載の発明は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子及び前記フリーホイールダイオードは、同一半導体基板に併設されてなることを特徴とする。
The invention according to
パワースイッチング素子とその入出力端子間に接続されるフリーホイールダイオードとが同一半導体基板に併設される場合には、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電力損失がスイッチング素子のオン状態により増大する現象が特に顕著となる。このため、上記発明は、請求項7,8の発明特定事項の利用価値が特に高いものとなっている。 When a power switching element and a freewheel diode connected between its input / output terminals are provided on the same semiconductor substrate, power loss when a forward current flows through the freewheel diode increases due to the ON state of the switching element. This phenomenon becomes particularly prominent. For this reason, the above invention has a particularly high utility value of the invention specific matters of claims 7 and 8.
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電力変換回路の駆動装置をハイブリッド車の電力変換回路の駆動装置に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which a drive device for a power conversion circuit according to the present invention is applied to a drive device for a power conversion circuit of a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載回転機としてのモータジェネレータ10は、インバータIV及びコンバータCVを介して高圧バッテリ12に接続されている。コンバータCVは、高圧バッテリ12の電圧(例えば「288V」)を、所定の上限電圧(例えば「660V」)の範囲で昇圧する昇圧回路である。詳しくは、コンバータCVは、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体と、直列接続体の接続点を高圧バッテリ12に接続するコイルLと、パワースイッチング素子Swp及びパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間に接続される高電位側のフリーホイールダイオードFDp及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnを備えている。コンバータCVの電圧は、インバータIVに入力電圧として取り込まれる。
FIG. 1 shows the system configuration of this embodiment. As shown in the figure, a
インバータIVは、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各直列接続体の接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。これら高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間には、高電位側のフリーホイールダイオードFDp及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnが接続されている。
The inverter IV is configured by connecting three series-connected bodies of a high-potential side power switching element Swp and a low-potential side power switching element Swn in parallel. The connection points of these series connection bodies are connected to the respective phases of the
上記インバータIV及びコンバータCVを構成するパワースイッチング素子Swp,Swnの導通制御端子(ゲート)には、いずれも駆動回路DCが接続されている。これにより、パワースイッチング素子Swp,Swnは、駆動回路DC及びインターフェース14を介して、低圧バッテリ16を電源とするマイクロコンピュータ(マイコン20)にて駆動される。ここで、インターフェース14は、インバータIVやコンバータCVを備える高圧システムと、マイコン20を備える低圧システムとを絶縁するフォトカプラ等の絶縁手段を備えて構成されるものである。
A drive circuit DC is connected to the conduction control terminals (gates) of the power switching elements Swp and Swn constituting the inverter IV and the converter CV. Thereby, the power switching elements Swp and Swn are driven by the microcomputer (microcomputer 20) using the
図1には、マイコン20内でなされる処理のうち、特に、パワースイッチング素子Swp,Swnを操作するための処理の一部を模式的に示している。ここで、PWM信号生成部22は、所定の周波数で変調されたPWM信号として、インバータIVのU相、V相、及びW相、並びにコンバータCVのそれぞれのパワースイッチング素子を操作するための信号gu,gv,gw,gcvを生成する。相補信号生成部24は、これら各信号gu,gv,gw,gcvに基づき、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnを交互にオン状態とするための操作信号を生成する。すなわち、インバータIVのU相、V相、W相並びにコンバータCVのそれぞれの高電位側のパワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwp、gcpと、インバータIVのU相、V相、W相並びにコンバータCVのそれぞれの低電位側のパワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwn、gcnとを生成する。
FIG. 1 schematically shows a part of the process for operating the power switching elements Swp and Swn among the processes performed in the
上記パワースイッチング素子Swp,Swnは、いずれも、入力端子及び出力端子が一義に定義されており、出力端子から入力端子への電流の流通を阻止するスイッチング素子である。詳しくは、これらは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にて構成されている。特に、本実施形態では、IGBTとして、ダイオード内蔵型のものを用いている。すなわち、本実施形態では、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び高電位側のフリーホイールダイオードFDpは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されており、低電位側のパワースイッチング素子Swn及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnは互いに並列に同一半導体基板に隣接して形成されている。 Each of the power switching elements Swp and Swn is a switching element that has an input terminal and an output terminal that are uniquely defined and prevents a current from flowing from the output terminal to the input terminal. Specifically, these are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT). In particular, in the present embodiment, an IGBT with a built-in diode is used. That is, in this embodiment, the high-potential side power switching element Swp and the high-potential side freewheel diode FDp are formed adjacent to each other on the same semiconductor substrate. The freewheel diodes FDn on the side are formed adjacent to the same semiconductor substrate in parallel with each other.
図2に、本実施形態にかかるダイオード内蔵型IGBTの断面構造を示す。図示されるように、IGBTセル30及びダイオードセル32が互いに同一半導体基板に併設されている。詳しくは、N型半導体基板34の主面側に、P型層36が形成されている。そして、P型層36の上面には、主面側N型層領域38及び主面側P型層領域40が形成されている。そして、主面側N型層領域38及び主面側P型層領域40並びに、P型層36を貫通するようにしてトレンチ42が形成され、トレンチ42には、IGBTセルのゲートを構成する電極44が埋め込まれている。一方、N型半導体基板34の裏面側には、裏面側P型層46及び裏面側N型層48が形成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the diode built-in IGBT according to the present embodiment. As shown in the figure, the
上記電極44のうちトレンチ42から突き出した上面は、層間絶縁膜49にて覆われている。そして、層間絶縁膜49、上記P型層36、主面側N型層領域38及び主面側P型層領域40の上面には、電極50が、IGBTセル30及びダイオードセル32の双方の領域を覆うようにして形成されている。この電極50は、IGBTセル30のエミッタ及びダイオードセル32のアノード間で共有されるものである。一方、上記裏面側P型層46及び裏面側N型層48は、電極52によって覆われている。この電極52は、IGBTセル30のコレクタ及びダイオードセル32のカソード間で共有されるものである。
An upper surface of the
ところで、上述したように、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnは、相補的にオン操作されるものであるため、これらに電流が流れず、これらに逆並列に接続されるフリーホイールダイオードFDp、FDnに順方向電流が流れる場合であっても、オン操作される。ただし、この場合には、フリーホイールダイオードFDp,FDnに順方向電流が流れる際の電力損失が、パワースイッチング素子Swp,Swnがオフ状態である場合よりも増大する。 By the way, as described above, since the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn are turned on complementarily, no current flows through them, and these are in antiparallel. Even when a forward current flows through the connected freewheeling diodes FDp and FDn, the ON operation is performed. However, in this case, the power loss when the forward current flows through the freewheeling diodes FDp and FDn is greater than when the power switching elements Swp and Swn are in the off state.
そこで本実施形態では、フリーホイールダイオードFDp,FDnに順方向電流が流れているか否かを判断し、流れていると判断される場合、これに逆並列に接続されるパワースイッチング素子Swp,Swnを、上記操作信号gup,gvp,gwp,gun,gvn,gwn、gcp、gcnにかかわらず、強制的にオフ状態とする。ただし、フリーホイールダイオードFDp,FDnを流れる電流をそのアノードにシャント抵抗を接続することで検出することは困難である。次にこれについて説明する。 Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not forward current flows through the free wheel diodes FDp and FDn. If it is determined that current flows, the power switching elements Swp and Swn connected in reverse parallel to the free wheel diodes FDp and FDn are determined. The operation signals gup, gvp, gwp, gun, gvn, gwn, gcp, gcn are forcibly turned off. However, it is difficult to detect the current flowing through the freewheel diodes FDp and FDn by connecting a shunt resistor to the anode. Next, this will be described.
図3に、IGBTのゲート及びエミッタ間の電圧Vgと、これに併設されるダイオードの電流、及びその電圧降下量との関係を示す。ここで、図3の縦軸に示すダイオード電流は、ダイオードのアノードに抵抗値「2kΩ」のシャント抵抗を接続してその電圧降下に基づき検出されたものである。なお、ここでは、IGBTの電流や電圧降下を基準として考えているため、ダイオード電流や電圧降下量は負とされている。図示されるように、ダイオードを流れる電流量の変化に対するシャント抵抗の電圧降下量の変化は微少となる。これは、ダイオードを流れる電流が「数百A」となることに起因している。すなわち、ダイオードを流れる電流が「0〜数百A」の範囲で変化する際の電圧降下量を電流検出回路の許容電圧範囲(数V)内に納めるためには、ダイオードを流れる電流が「数A」のときの電圧降下量は「1V」以下とならざるを得ない。そしてこの場合、ダイオードに「数A〜20A」以上の電流が流れているか否かを判断するためには、電圧検出回路に非常に高い精度が要求されることとなる。更に、図3に示されるように、電圧降下量は、IGBTのゲート及びエミッタ間の電圧Vgや温度に応じて変動する。このため、電圧降下量に基づきダイオードに電流が流れている旨の判断及び電流が流れていない旨の判断が頻繁に切り替わるハンチングを回避すべくヒステリシスを有して2つの閾値を設定することが特に困難となる。 FIG. 3 shows the relationship between the voltage Vg between the gate and the emitter of the IGBT, the current of the diode provided therewith, and the voltage drop amount. Here, the diode current shown on the vertical axis in FIG. 3 is detected based on the voltage drop when a shunt resistor having a resistance value of “2 kΩ” is connected to the anode of the diode. Here, since the current and voltage drop of the IGBT are considered as a reference, the diode current and the voltage drop amount are negative. As shown in the figure, the change in the voltage drop amount of the shunt resistor with respect to the change in the amount of current flowing through the diode is very small. This is due to the fact that the current flowing through the diode becomes “several hundred A”. That is, in order to keep the amount of voltage drop when the current flowing through the diode changes in the range of “0 to several hundred A” within the allowable voltage range (several V) of the current detection circuit, the current flowing through the diode is The amount of voltage drop at “A” must be “1V” or less. In this case, in order to determine whether or not a current of “several A to 20 A” or more flows through the diode, the voltage detection circuit is required to have very high accuracy. Furthermore, as shown in FIG. 3, the amount of voltage drop varies according to the voltage Vg and temperature between the gate and emitter of the IGBT. For this reason, it is particularly preferable to set two threshold values with hysteresis so as to avoid hunting in which the determination that current is flowing in the diode and the determination that current is not flowing are frequently switched based on the voltage drop amount. It becomes difficult.
そこで本実施形態では、図4に示す回路を用いてフリーホイールダイオードFDp,FDnに電流が流れているか否かを判断する。図4は、駆動回路DCの回路構成を示す。なお、以下では、高電位側及び低電位側のパワースイッチング素子Swp,Swnをパワースイッチング素子Swとし、高電位側及び低電位側のフリーホイールダイオードFDp、FDnをフリーホイールダイオードFDと表記する。また、操作信号gup,gvp,gwp,gun,gvn,gwn、gcp、gcnを操作信号gと表記する。 Therefore, in the present embodiment, it is determined whether or not a current flows through the free wheel diodes FDp and FDn using the circuit shown in FIG. FIG. 4 shows a circuit configuration of the drive circuit DC. Hereinafter, the power switching elements Swp and Swn on the high potential side and the low potential side are referred to as power switching elements Sw, and the free wheel diodes FDp and FDn on the high potential side and the low potential side are referred to as free wheel diodes FD. Further, the operation signals gup, gvp, gwp, gun, gvn, gwn, gcp, and gcn are expressed as an operation signal g.
図示されるように、駆動回路DCは、フリーホイールダイオードFDのアノード及び電源62間にスイッチング素子64及びスイッチング素子66の直列接続体を備えており、これらの接続点がパワースイッチング素子Swの導通制御端子(ゲート)に接続されている。一方、インターフェース14を介して駆動回路DCに取り込まれる操作信号gは、駆動IC60に取り込まれ、駆動IC60では、これに基づきスイッチング素子64,66を操作する。ここで、スイッチング素子64がオン状態とされて且つスイッチング素子66がオフ状態とされることで、パワースイッチング素子Swのゲートが電源62からの電荷にて充電される。これに対し、スイッチング素子64がオフ状態とされて且つスイッチング素子66がオン状態とされることで、パワースイッチング素子Swのゲートの電荷が放電される。
As shown in the figure, the drive circuit DC includes a series connection body of a switching
ここで、上記パワースイッチング素子の入力端子(コレクタ)及びフリーホイールダイオードFDのカソードの接続点には、検出用ダイオード70のカソードが接続されている。詳しくは、この検出用ダイオード70のカソードは、電力変換回路(インバータIV、コンバータCV)の配線に接続される電流検出回路(駆動回路DC)内の配線L1に接続されるものである。検出用ダイオード70は、フリーホイールダイオードFDと比較すると定格電流が小さくなっているものの(例えば「1A未満〜数A」)、耐圧についてはフリーホイールダイオードFD程度(例えば「数百V」)を有する整流素子である。検出用ダイオード70は、フリーホイールダイオードFDを流れる電流を検出すべくフリーホイールダイオードFDのカソード側に電流検出回路を接続する場合にこれに高電圧が印加されるのを阻止する機能を有する。これにより、検出用ダイオード70のアノード側の部品については、高耐圧が要求されず、小電流低耐圧の部品にて構成することが可能となる。
Here, the cathode of the
検出用ダイオード70のアノード側には、シャント抵抗72が接続されている。そして、シャント抵抗72には、電源74の正極が接続されており、電源74の負極はフリーホイールダイオードFDのアノード側に接続されている。詳しくは、電源74の負極は、電力変換回路(インバータIV、コンバータCV)の配線に接続される電流検出回路(駆動回路DC)内の配線L2に接続されている。そして、シャント抵抗72の両端には、コンデンサ76が並列接続されている。コンデンサ76は、パワースイッチング素子SwやフリーホイールダイオードFDの入出力端子間に印加される電圧ノイズ(サージ)が電流検出に影響を及ぼすことを回避するためのフィルタとしての機能を有するものである。
A
シャント抵抗72(コンデンサ76)の両端には、差動増幅回路80が設けられている。差動増幅回路80は、オペアンプ80aを備えて構成されている。そして、オペアンプ80aの反転入力端子及び出力端子間を接続する抵抗体80bと、反転入力端子に接続される抵抗体80cと、非反転入力端子に接続される抵抗体80dとを備えている。
A
上記シャント抵抗72の電圧降下量に応じた差動増幅回路80の出力電圧は、コンパレータ82の非反転入力端子に印加される。コンパレータ82の反転入力端子には、基準電源84の正極が接続されており、基準電源84の負極は、上記配線L2に接続されている。これにより、コンパレータ82の非反転入力端子には、基準電源84の閾値電圧Vthが印加される。この閾値電圧Vthは、検出用ダイオード70に順方向電流が流れるか否かを判断するためのものである。
The output voltage of the
上記電源74の電圧Vpは、フリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる際の電圧降下量vf1と、パワースイッチング素子Swのコレクタ及びエミッタ間の電圧降下量Vceと、検出用ダイオード70に順方向電流が流れる際の電圧降下量vf2とを用いて、「vf2−vf1<Vp<vf2+Vce」の関係を満たす値に設定されている。これは、フリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる際に検出用ダイオード70に順方向電流を流して且つ、パワースイッチング素子Swに電流が流れる際に検出用ダイオード70に順方向電流が流れないようにする設定である。ここで、電源74を設けたのは、検出用ダイオード70の電圧降下量vf2の方がフリーホイールダイオードFDの電圧降下量vf1よりも大きいためである。すなわち、この場合、電源74を設けることなくフリーホイールダイオードFDに並列に検出用ダイオード70を接続するなら、フリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる場合であっても、検出用ダイオード70のアノード電位をそのカソード電位よりも電圧降下量vf2以上高くすることができない。
The voltage Vp of the
上記設定によれば、フリーホイールダイオードFDに電流が流れることで検出用ダイオード70に電流が流れ、シャント抵抗72に電圧降下が生じる。これにより、差動増幅回路80の出力電圧が閾値電圧Vthを上回るため、コンパレータ82からは、パワースイッチング素子Swのオフ指令信号としての論理値「H」の信号が出力される。これにより、駆動IC60では、操作信号gの値にかかわらず、パワースイッチング素子Swを強制的にオフ状態とする。これに対し、パワースイッチング素子Swに電流が流れている場合には、検出用ダイオード70に電流が流れないため、シャント抵抗72に電圧降下が生じない。このため、差動増幅回路80の出力電圧は、閾値電圧Vthよりも低くなり、コンパレータ82の出力信号は、論理「L」となる。これにより、駆動IC60では、操作信号gに応じて、パワースイッチング素子Swをオン・オフ操作する。
According to the above setting, when a current flows through the free wheel diode FD, a current flows through the
これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる際には、パワースイッチング素子Swがオフ状態とされることとなるため、フリーホイールダイオードFDの電力損失を低減させることができる。 As a result, when a current flows through the freewheel diode FD, the power switching element Sw is turned off, so that the power loss of the freewheel diode FD can be reduced.
なお、上記シャント抵抗72は、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる際に、電力変換回路(インバータIV,コンバータCV)側から配線L2を介して検出用ダイオード70のアノード側へと電流が流れることを回避することができる値に設定されている。すなわち、本実施形態にかかるシャント抵抗72は、電流検出回路を構成するのみならず、電力変換回路からの電流の流入を阻止するための阻止手段としての機能をも有する。
In the
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。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
(1)検出用ダイオード70のアノード側に、検出用ダイオード70に順方向電流が流れるか否かに応じてフリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを判断する回路を設けた。これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているか否かを高精度に検出することができる。また、検出用ダイオード70を高耐圧の素子とすることで、上記判断する回路を高耐圧の素子にて構成する必要が生じない。
(1) A circuit is provided on the anode side of the
(2)フリーホイールダイオードFDのアノードを基準電位として検出用ダイオード70のアノードの電位を上昇させるための電源74を更に備えた。これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているときの検出用ダイオード70のアノード側の電位をそのカソード側の電位よりも確実に高くすることができる。
(2) A
(3)電源74の電圧Vpを「vf2−vf1<Vp<vf2+Vce」を満たすように設定した。これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れている場合に検出用ダイオード70に電流が流れて且つ、パワースイッチング素子Swに電流が流れている場合に検出用ダイオード70に電流が流れないような設定を好適に実現することができる。
(3) The voltage Vp of the
(4)検出用ダイオード70のアノード側に設けられた抵抗体(シャント抵抗72:線形素子としての抵抗体であって検出対象となる電流を電圧降下量として定量化するためのもの)と、シャント抵抗72の両端の電圧に応じた電圧信号を生成する差動増幅回路80と、差動増幅回路80の出力する電圧信号と閾値電圧Vthとの大小を比較するコンパレータ82とを備えて電流検出回路を構成した。これにより、検出用ダイオード70に電流が流れているか否かを判断することができる。
(4) A resistor provided on the anode side of the detection diode 70 (shunt resistor 72: a resistor as a linear element for quantifying the current to be detected as a voltage drop), and a shunt A current detection circuit includes a
(5)フリーホイールダイオードFDに順方向の電流が流れていると判断される場合、パワースイッチング素子Swの導通制御端子(ゲート)への電圧印加を停止した。これにより、導通損失を低減することができる。 (5) When it is determined that a forward current flows through the freewheeling diode FD, voltage application to the conduction control terminal (gate) of the power switching element Sw is stopped. Thereby, conduction loss can be reduced.
(6)高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体を交互にオン状態とするよう指令した。これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる際にもこれに逆並列に接続されるパワースイッチング素子Swがオン状態とされるため、フリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる際には、無駄なスイッチングがなされていることになるにもかかわらず、これにより、フリーホイールダイオードFDの電力損失が増大するおそれがある。このため、上記電圧印加を停止する機能の利用価値が特に高いものとなっている。 (6) A command was made to alternately turn on the series connection body of the power switching element Swp on the high potential side and the power switching element Swn on the low potential side. As a result, even when a current flows through the freewheel diode FD, the power switching element Sw connected in antiparallel to the freewheel diode FD is turned on. Therefore, when a forward current flows through the freewheel diode FD, it is useless. This may increase the power loss of the freewheeling diode FD, despite being switched. For this reason, the utility value of the function to stop the voltage application is particularly high.
(7)電圧印加を停止する機能を、インバータIVやコンバータCVを備える車載高圧システム内に備えた。これにより、この機能を低圧システム側に備える場合と比較して、高圧システム及び低圧システム間を絶縁する手段の数を低減することができる。 (7) The function of stopping the voltage application is provided in an in-vehicle high voltage system including the inverter IV and the converter CV. Thereby, compared with the case where this function is provided on the low pressure system side, the number of means for insulating between the high pressure system and the low pressure system can be reduced.
(8)パワースイッチング素子Sw及びフリーホイールダイオードFDを、同一半導体基板に併設した。これにより、フリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる際の電力損失がパワースイッチング素子Swがオン状態とされることで増大する現象が特に顕著となる。このため、電圧印加を停止する機能の利用価値が特に高いものとなっている。 (8) The power switching element Sw and the free wheel diode FD are provided on the same semiconductor substrate. Thereby, the phenomenon that the power loss when the forward current flows through the freewheeling diode FD increases when the power switching element Sw is turned on becomes particularly remarkable. For this reason, the utility value of the function to stop voltage application is particularly high.
(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.
図5に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図5において、先の図4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。 FIG. 5 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 5, members corresponding to those shown in FIG. 4 are given the same reference numerals for convenience.
図示されるように、本実施形態では、フリーホイールダイオードFDやパワースイッチング素子Swの近傍の温度を感知する感温ダイオードSDを備えている。ただし、この感温ダイオードSDは、駆動回路DCに対して外付けされるものである。詳しくは、感温ダイオードSDは、そのカソードがフリーホイールダイオードFDのアノードに接続され、そのアノードは、電源92を給電手段とする定電流源90の出力端子に接続されている。これにより、感温ダイオードSDのアノード側の電圧は、フリーホイールダイオードFDやパワースイッチング素子Swの近傍の温度に応じた値となる。
As shown in the figure, the present embodiment includes a temperature sensitive diode SD that senses the temperature in the vicinity of the free wheeling diode FD and the power switching element Sw. However, the temperature sensitive diode SD is externally attached to the drive circuit DC. Specifically, the temperature-sensitive diode SD has its cathode connected to the anode of the freewheel diode FD, and its anode is connected to the output terminal of the constant
感温ダイオードSDのアノード側の電圧は、調節回路94に取り込まれる。調節回路94は、検出用ダイオード70のアノード電位を上昇させるための電圧可変機能を有する可変電源74aの電圧を感温ダイオードSDのアノード側の電圧に応じて調節する。換言すれば、フリーホイールダイオードFDやパワースイッチング素子Swの近傍の温度に応じて調節する。
The voltage on the anode side of the temperature sensitive diode SD is taken into the adjusting
これは、フリーホイールダイオードFDの電圧降下量vf1や、検出用ダイオード70の電圧降下量vf2、パワースイッチング素子Swの電圧降下量Vceが温度に依存して変動することに鑑みてなされるものである。すなわち、図6に示されるように、温度が高いほどフリーホイールダイオードFDの電圧降下量vf1は増大し、検出用ダイオード70の電圧降下量vf2は減少し、パワースイッチング素子Swの電圧降下量Vceは増大する。このため、本実施形態では、可変電源74aの電圧を、温度が高いほど低くする。
This is done in view of the fact that the voltage drop amount vf1 of the freewheel diode FD, the voltage drop amount vf2 of the
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to the present embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment.
(9)可変電源74aの電圧Vpを温度に応じて可変設定した。これにより、電圧降下量vf1,vf2,Vceの温度変動にかかわらず、条件「vf2−vf1<Vp<vf2+Vce」を確実に満たすようにすることができる。
(9) The voltage Vp of the
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第2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。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the second embodiment.
図7に、本実施形態にかかる駆動回路DCの回路構成を示す。なお、図7において、先の図5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。 FIG. 7 shows a circuit configuration of the drive circuit DC according to the present embodiment. In FIG. 7, members corresponding to those shown in FIG. 5 are given the same reference numerals for the sake of convenience.
図示されるように、本実施形態では、検出用ダイオード70のアノードに、PNP型のバイポーラトランジスタ100のベースを接続する。バイポーラトランジスタ100のコレクタは、フリーホイールダイオードFDのアノードと同電位とすべく、配線L2に接続されている。また、バイポーラトランジスタ100のエミッタには、抵抗体102を介して、可変電源74aの正極が接続されている。可変電源74aは、配線L2に負極側が接続されることでその正極電位を、フリーホイールダイオードFDのアノード側の電位に対して電圧Vpだけ上昇させるものである。この電圧Vpは、調節回路94によって調節される。可変電源74aの電圧Vpは、抵抗体104及び抵抗体106によって分圧される。コンパレータ82の非反転入力端子にはこの分圧が印加され、コンパレータ82の反転入力端子には、バイポーラトランジスタ100のエミッタ電圧が印加される。
As illustrated, in the present embodiment, the base of a PNP
ここでも、可変電源74aの電圧Vpは、条件「vf2−vf1<Vp<vf2+Vce」を確実に満たすように設定されている。これにより、コンパレータ82の出力電圧は、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているか、パワースイッチング素子Swに電流が流れているかに応じて相違するものとなる。
Again, the voltage Vp of the
すなわち、パワースイッチング素子Swに電流が流れているときには、バイポーラトランジスタ100のエミッタ電位は、検出用ダイオード70のカソード電位に対して、「−Vce+Vp」だけ高くなる。ただし、上記条件より、この値は、検出用ダイオード70の電圧降下量vf2よりも小さい。このため、バイポーラトランジスタ100のエミッタ及びベース間に順方向バイアスを印加することができない。したがって、パワースイッチング素子Swに電流が流れているときには、バイポーラトランジスタ100はオフ状態となる。したがって、フリーホイールダイオードFDのアノード電位を基準とするバイポーラトランジスタ100のエミッタ電圧は、可変電源74aの電圧Vp程度となり、抵抗体104,106による電圧Vpの分圧値よりも高くなる。このため、パワースイッチング素子Swに電流が流れているときには、コンパレータ82の出力電圧は、論理「L」となる。
That is, when a current flows through the power switching element Sw, the emitter potential of the
これに対し、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているときには、バイポーラトランジスタ100のエミッタの電位は、検出用ダイオード70のカソード電位よりも、「vf1+Vp」だけ高くなる。上記条件よりこの値は、検出用ダイオード70の電圧降下量vf2よりも大きい。このため、バイポーラトランジスタ100のエミッタ及びベース間に順バイアスが印加され、バイポーラトランジスタ100がオン状態となる。このため、抵抗体102に電流が流れることによる電圧降下によって、バイポーラトランジスタ100のエミッタの電位は、フリーホイールダイオードFDのアノード電位程度まで低下する。したがって、バイポーラトランジスタ100のエミッタの電位は、抵抗体104,106による電圧Vpの分圧値よりも低くなる。したがって、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているときには、コンパレータ82の出力電圧は、論理「H」となる。このため、コンパレータ82の出力電圧が論理「H」となる場合を、オフ指令信号が出力される場合とすることで、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているときに、パワースイッチング素子Swを強制的にオフ状態とすることができる。
On the other hand, when a current flows through the freewheel diode FD, the potential of the emitter of the
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(3)、(5)〜(8)の効果や、先の第2の実施形態の上記(9)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。 According to this embodiment described above, the effects (1) to (3) and (5) to (8) of the previous first embodiment and the above (9) of the previous second embodiment. In addition to the above effects, the following effects can be obtained.
(10)バイポーラトランジスタ100を電流が流れているか否かに基づきフリーホイールダイオードFDに電流が流れているか否かを判断した。これにより、フリーホイールダイオードFDに電流が流れているかパワースイッチング素子Swに電流が流れているかを識別することが可能となる。
(10) Based on whether or not current is flowing through the
(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。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記第2の実施形態では、温度が高いほど電源74aの電圧を低下させたがこれに限らない。要は、パワースイッチング素子やフリーホイールダイオード、更には、検出用ダイオード70等の温度特性に応じて、温度による電圧の可変設定態様を調節すればよい。
In the second embodiment, the voltage of the
・上記第1及び第2の実施形態では、検出用ダイオード70に並列な寄生キャパシタを介してサージが電流検出系に重畳されることを回避するためのフィルタとして、差動増幅回路80の入力側のコンデンサ76を備えたがこれに限らない。例えば差動増幅回路80の出力側にCRフィルタを備えてもよい。
In the first and second embodiments, the input side of the
・上記第1及び第2の実施形態では、シャント抵抗72を検出用ダイオード70のアノード及び電源74の正極端子間に設けたがこれに限らない。例えば、配線L2及び電源74の負極端子間に設けてもよい。
In the first and second embodiments, the
・上記第1及び第2の実施形態では、シャント抵抗72に、電力変換回路(インバータIV、コンバータCV)側から電流検出系へと流入する電流を制限する制限手段としての機能をも持たせたが、これに限らない。例えば、シャント抵抗72とは別に電流制限用の抵抗体を備えてもよい。また例えば、検出用ダイオード70のアノード及び電源74の正極端子間に、定電流ダイオード等の定電流出力手段を備えてもよい。
In the first and second embodiments, the
・上記第2及び第3の実施形態において、パワースイッチング素子やフリーホイールダイオード近傍の温度を感知する感知手段としては、感温ダイオードSDに限らず、例えばサーミスタ等であってもよい。 In the second and third embodiments, the sensing means for sensing the temperature in the vicinity of the power switching element and the free wheel diode is not limited to the temperature sensitive diode SD, and may be a thermistor, for example.
・上記第3の実施形態において、可変電源74aに代えて、先の第1の実施形態によるように、電圧値が固定される電源74を用いてもよい。
In the third embodiment, instead of the
・バイポーラトランジスタを電流が流れるか否かに基づきフリーホイールダイオードに電流が流れるか否かを判断する手段としては、上記第3の実施形態において例示したように、バイポーラトランジスタ100のエミッタの電圧を閾値電圧と比較することでバイポーラトランジスタ100に電流が流れているか否かを判断する手段に限らない。例えば、バイポーラトランジスタのコレクタ及びフリーホイールダイオードFDp(FDn)間にシャント抵抗を設けて、その電圧降下量に基づきバイポーラトランジスタ100に電流が流れているか否かを判断する手段であってもよい。
As a means for determining whether or not a current flows through the free wheel diode based on whether or not a current flows through the bipolar transistor, the voltage of the emitter of the
・上記各実施形態では、インバータIVやコンバータCVのフリーホイールダイオードFDp、FDnに順方向電流が流れる場合に、パワースイッチング素子Swp,Swnを強制的にオフとすべく、順方向電流を検出したがこれに限らない。例えば、モータジェネレータ10の力行、回生判定をすべくフリーホイールダイオードを流れる電流を検出する際に、本発明を適用してもよい。これによれば、例えば、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnを相補的に駆動しない制御設定において、力行、回生のうちの制御において要求されている側と実際とが相違する場合に、パワースイッチング素子Swp,Swnの駆動態様をフリーホイールダイオードの電流検出結果に基づき補正することも可能である。
In each of the above embodiments, the forward current is detected in order to forcibly turn off the power switching elements Swp and Swn when the forward current flows through the freewheeling diodes FDp and FDn of the inverter IV and the converter CV. Not limited to this. For example, the present invention may be applied when detecting the current flowing through the freewheel diode so as to determine whether the
・フリーホイールダイオードとしては、先の図2に例示したようにIGBTと同一の半導体基板に形成されるものに限らない。例えば、「モータ制御用RC−IGBT 高橋秀樹、他2名 7(315) 三菱電機技報、VOl81、NO.5,2007」に記載されているように、IGBTとフリーホイールダイオードとが別々に形成されたものであってもよい。この場合であっても、同技報の図5に示されるように、IGBTをオン状態とすることでフリーホイールダイオードの順方向電圧が上昇するために、本発明の適用は有効である。 The free wheel diode is not limited to the one formed on the same semiconductor substrate as the IGBT as illustrated in FIG. For example, as described in “RC-IGBT for motor control Hideki Takahashi, 2 others 7 (315) Mitsubishi Electric Technical Report, Vol 81, No. 5, 2007”, the IGBT and the free wheel diode are formed separately. It may be what was done. Even in this case, as shown in FIG. 5 of the same technical report, since the forward voltage of the freewheeling diode is increased by turning on the IGBT, the application of the present invention is effective.
・電力変換回路としては、上記インバータIVや、ブーストコンバータとしてのコンバータCVに限らない。例えば、高圧バッテリ12の電圧を降圧して低圧バッテリ16に印加する降圧コンバータであってもよい。
The power conversion circuit is not limited to the inverter IV and the converter CV as a boost converter. For example, a step-down converter that steps down the voltage of the
・電力変換回路としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。 -As a power converter circuit, not only what is mounted in a hybrid vehicle, For example, you may mount in an electric vehicle.
10…モータジェネレータ、12…高圧バッテリ、24…相補信号生成部、70…検出用ダイオード、72…シャント抵抗、74…電源、80…差動増幅回路、82…コンパレータ、Swp,Swn,Sw…パワースイッチング素子、FDp、FDn,FD…フリーホイールダイオード、IV…インバータ、CV…コンバータ、DC…駆動回路。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記フリーホイールダイオードに並列接続される検出用ダイオードと、
該検出用ダイオードのアノード側に接続されて且つ前記検出用ダイオードに順方向電流が流れているか否かに応じて前記フリーホイールダイオードに電流が流れているか否かを判断する判断手段とを備えることを特徴とする電力変換回路の電流検出装置。 For a power conversion circuit comprising a power switching element and a freewheeling diode connected in antiparallel to its input / output terminal, in a current detection device of the power conversion circuit for detecting a current flowing therethrough,
A detection diode connected in parallel to the freewheel diode;
Determining means connected to the anode side of the detection diode and determining whether or not a current flows in the free wheel diode according to whether or not a forward current flows in the detection diode; A current detection device for a power conversion circuit.
前記フリーホイールダイオードのアノードを基準電位として前記検出用ダイオードのアノードの電位を上昇させるための電源を更に備えることを特徴とする請求項1記載の電力変換回路の電流検出装置。 The voltage drop amount of the detection diode may be larger than the voltage drop amount of the freewheel diode,
2. The current detection device for a power conversion circuit according to claim 1, further comprising a power supply for raising the anode potential of the detection diode with the anode of the freewheeling diode as a reference potential.
前記停止手段は、車載高圧システム内に備えられてなることを特徴とする請求項8又は9記載の電力変換回路の電流検出装置。 The power conversion circuit constitutes an in-vehicle high voltage system insulated from an in-vehicle low voltage system,
The current detecting device for a power conversion circuit according to claim 8 or 9, wherein the stop means is provided in an in-vehicle high voltage system.
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JP2008095787A JP2009254034A (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Current detector for power inverter circuit |
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JP2013021890A (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-31 | Toyota Motor Corp | Drive unit and vehicle mounted with the same, and control method of the same |
US9793825B2 (en) | 2013-10-31 | 2017-10-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Power conversion device with a voltage generation part that is configured to supply current to a sense diode and a sense resistor in select situations |
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2008
- 2008-04-02 JP JP2008095787A patent/JP2009254034A/en active Pending
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