特許 6815137 半導体駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6815137

(24)【登録日】2020年12月24日

(45)【発行日】2021年1月20日

(54)【発明の名称】半導体駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/08 20060101AFI20210107BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20210107BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20210107BHJP

【ＦＩ】

   H03K17/08 C

   H02M1/08 A

   H02M1/00 H

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-173247(P2016-173247)

(22)【出願日】2016年9月6日

(65)【公開番号】特開2018-42042(P2018-42042A)

(43)【公開日】2018年3月15日

【審査請求日】2019年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114605

【弁理士】

【氏名又は名称】渥美 久彦

(72)【発明者】

【氏名】柳瀬 康行

(72)【発明者】

【氏名】権藤 貴一

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 哲治

(72)【発明者】

【氏名】拮石 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】高木 桂二

(72)【発明者】

【氏名】道岡 力

(72)【発明者】

【氏名】間所 和彦

【審査官】 工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−６２８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−９５０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５４７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−８２５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ１／００

Ｈ０２Ｍ１／０８−１／０９６

Ｈ０３Ｋ１７／０８−１７／０８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給電流供給部への入力信号の入力を契機として電源から供給された供給電流に基づいて、半導体素子を駆動させるための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
駆動時に前記半導体素子に対する過電流を検出する過電流検出部と、
前記過電流検出部によって前記過電流を検出した際に、前記供給電流を低下させて前記駆動信号の生成を停止させることにより、前記半導体素子に流れる電流を遮断する電流遮断部と
を備える半導体駆動装置であって、
前記電流遮断部は、前記供給電流の一部をバイパスさせる受動素子を含むバイパス回路を備えるとともに、
前記バイパス回路は、前記過電流の検出時に、前記供給電流の一部を、前記電源と前記駆動信号生成部とを繋ぐ配線から過電流信号生成部を介して前記供給電流供給部にバイパスさせることで、前記供給電流を徐々に低下させる
ことを特徴とする半導体駆動装置。

【請求項2】

前記受動素子は抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の半導体駆動装置。

【請求項3】

前記配線から前記バイパス回路が分岐し、
前記配線において、前記バイパス回路が分岐する分岐点と前記駆動信号生成部を構成する駆動用ＩＣとの間に駆動信号生成部側抵抗が配置されており、
前記抵抗の抵抗値は、前記駆動信号生成部側抵抗の抵抗値よりも高い
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体駆動装置。

【請求項4】

前記バイパス回路は、ダイオードと前記抵抗とを直列に接続してなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過電流の検出時に、電流を遮断して半導体素子を保護する機能を有した半導体駆動装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、半導体駆動装置は、供給電流に基づいて半導体素子を駆動させる機能を有している。ところが、半導体素子の駆動時に短絡等の異常が発生すると、半導体素子に過電流が流れることにより、半導体素子が破損してしまう可能性がある。このため、従来においては、過電流の検出時に半導体素子に流れる電流を遮断することにより、半導体素子を保護する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。詳述すると、特許文献１には、短絡検知時に、ゲート抵抗値の大きいスイッチング素子に切り替えてスイッチング速度を遅くすることにより、半導体素子を保護する技術が開示されている。また、特許文献２には、過電流の検出時に過電流を抑制する機能と、ゲート抵抗値を切り替えてスイッチング速度を遅くする機能とによって、半導体素子を保護する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１１７１１２号公報（図２等）

【特許文献2】特開２０１２−１９１３２０号公報（図１等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、特許文献１に記載の従来技術では、ゲート抵抗値を調整するための回路にゲート抵抗が複数存在するため、回路が複雑になる。その結果、半導体駆動装置の製造コストが上昇したり、小型化が困難になったりするおそれがある。また、特許文献２に記載の従来技術では、過電流を検出したことを契機として半導体素子に流れる電流を抑制する制御を行った後、抵抗値が高い抵抗素子に切り替えて半導体素子に流れる電流を遮断する制御を行っている。その結果、過電流を検出してから半導体素子に流れる電流の遮断を開始させるまでの時間が長くなってしまうという問題もある。

【0005】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、過電流の検出時に半導体素子に流れる電流を確実に遮断しつつ、低コスト化や小型化を図ることができるとともに、過電流の検出から半導体素子に流れる電流の遮断開始までの動作を素早く行うことができる半導体駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、供給電流供給部への入力信号の入力を契機として電源から供給された供給電流に基づいて、半導体素子を駆動させるための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動時に前記半導体素子に対する過電流を検出する過電流検出部と、前記過電流検出部によって前記過電流を検出した際に、前記供給電流を低下させて前記駆動信号の生成を停止させることにより、前記半導体素子に流れる電流を遮断する電流遮断部とを備える半導体駆動装置であって、前記電流遮断部は、前記供給電流の一部をバイパスさせる受動素子を含むバイパス回路を備えるとともに、前記バイパス回路は、前記過電流の検出時に、前記供給電流の一部を、前記電源と前記駆動信号生成部とを繋ぐ配線から過電流信号生成部を介して前記供給電流供給部にバイパスさせることで、前記供給電流を徐々に低下させることを特徴とする半導体駆動装置がある。

【0007】

従って、上記手段１に記載の発明では、過電流検出部が過電流を検出した際に、電流遮断部が半導体素子に流れる電流を遮断することにより、半導体素子が確実に保護される。しかも、過電流を検出した際には、供給電流の一部が電流遮断部が備えるバイパス回路に流れることにより、半導体素子に流れる電流が遮断されるが、バイパス回路は、例えばＩＣチップ等の能動素子を用いずに、受動素子を用いて構成されるものである。即ち、バイパス回路がシンプルな回路となるため、過電流の検出時に半導体素子に流れる電流を確実に遮断しつつ、半導体駆動装置の低コスト化、小型化を図ることができる。

【0008】

また、上記手段１に記載の半導体駆動装置では、過電流を検出すると同時に、供給電流の一部をバイパス回路にバイパスさせることが可能である。このため、過電流を検出すると同時に、供給電流を低下させて駆動信号の生成を停止させ、半導体素子に流れる電流を遮断することができる。つまり、過電流の検出から半導体素子に流れる電流の遮断開始までの動作を素早く行うことができる。

【0009】

上記半導体駆動装置は、半導体素子に流れる電流を遮断する電流遮断部を備え、電流遮断部は、受動素子を含むバイパス回路を備えている。ここで、受動素子は特に限定される訳ではなく、例えば、抵抗や発光ダイオードなどを用いることができるが、受動素子は抵抗であることが好ましい。このようにした場合、抵抗の抵抗値を高くすることにより、供給電流の流れがバイパス回路側に切り替わる速度を遅くすることができる。その結果、半導体素子に流れる電流の遮断速度が低下するため、遮断時におけるサージ電圧の発生を防止することができ、ひいては、サージ電圧を起因とする半導体素子の破損を防止することができる。また、バイパス回路は、ダイオードと抵抗とを直列に接続してなることが好ましい。このようにすれば、バイパス回路を流れる電流の向きをダイオードによって一方向に設定できるため、バイパス回路に流れる供給電流を確実に抵抗に導くことができる。

【0010】

なお、電源と駆動信号生成部とを繋ぐ配線からバイパス回路が分岐し、配線において、バイパス回路が分岐する分岐点と駆動信号生成部を構成する駆動用ＩＣとの間に駆動信号生成部側抵抗が配置されており、抵抗の抵抗値は、駆動信号生成部側抵抗の抵抗値よりも高いことが好ましい。ところで、過電流の検出時においては、バイパス回路側に多くの供給電流を流すことにより、駆動用ＩＣ側に流れる供給電流を少なくしている。しかし、駆動用ＩＣ側の抵抗（駆動信号生成部側抵抗）の抵抗値を高くし過ぎると、過電流が検出されていない通常時においては、駆動用ＩＣ側に供給電流が殆ど流れなくなるという問題がある。そこで、上記手段１では、バイパス回路側の抵抗の抵抗値を駆動用ＩＣ側の抵抗の抵抗値よりも高くすることにより、過電流の検出時における、駆動用ＩＣ側に流れる供給電流の減少量を調整している。その結果、通常時においても、駆動用ＩＣ側に供給電流を確実に流すことができる。

【0011】

上記半導体駆動装置は、駆動時に半導体素子に対する過電流を検出する過電流検出部を備える。なお、半導体駆動装置は、過電流検出部によって過電流を検出した際に、過電流の検出を示す過電流検出信号を生成する過電流信号生成部を備えることが好ましい。このようにすれば、生成された過電流検出信号を用いて、半導体素子に流れる電流を確実に遮断することができる。さらに、半導体駆動装置は、入力信号の入力を契機として、駆動信号生成部に対する供給電流の供給を開始させる供給電流供給部を備え、供給電流供給部は、過電流検出信号の入力を契機として、入力信号が入力されたか否かにかかわらず、駆動信号生成部に対する供給電流の供給を遮断させ、駆動信号生成部は、供給電流の供給が遮断されたことを契機として、半導体素子に流れる電流を遮断することが好ましい。このようにすれば、供給電流供給部に過電流検出信号が入力されると、入力信号が入力されたとしても、供給電流供給部から駆動信号生成部に対する供給電流の供給がなされなくなる。その結果、供給電流の供給が確実に遮断されるため、半導体素子に流れる電流を確実に遮断することができる。しかも、バイパス回路は、供給電流の一部を過電流信号生成部にバイパスさせることが好ましい。このようにすれば、供給電流を利用して容易に過電流検出信号を生成することができ、ひいては、供給電流を利用して半導体素子を容易に遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態における半導体駆動装置の電気的構成を示すブロック図。

【図2】半導体駆動装置の電気的構成を示す回路図。

【図3】半導体駆動装置の動作態様を示すタイミングチャート。

【図4】バイパス回路側の抵抗の抵抗値とフォトカプラに入力される入力電流の遮断速度との関係を示すグラフ。

【図5】他の実施形態における半導体駆動装置の電気的構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

【0014】

図１，図２に示されるように、本実施形態の半導体駆動装置１０は、プラズマリアクタを制御する半導体素子１１を駆動させるための装置である。プラズマリアクタは、自動車のエンジンの排ガスに含まれているＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を除去する装置であり、排気管に取り付けられている。また、プラズマリアクタは、放電電極が形成された複数のパネルを積層した構造を有している。この場合、電源から供給されてきたパルス電圧が隣接するパネル間に印加されると、誘電体バリア放電が生じ、放電電極間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。そして、プラズマの発生により、放電電極間を流通する排ガスに含まれるＰＭが酸化（燃焼）されて除去される。

【0015】

図２に示されるように、半導体駆動装置１０には制御基板（図示略）が設けられ、制御基板上には電気回路１２が形成されている。電気回路１２は、パルス生成部２０（供給電流供給部）、駆動信号生成部３０、過電流検出部４０及び電流遮断部５０を備えている。

【0016】

パルス生成部２０は、信号源２１から出力された入力信号の入力を契機として、駆動信号生成部３０に対する供給電流の供給を開始させるためのものである。パルス生成部２０は電気経路２２を有している。電気経路２２の始端は、電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続されている。また、電気経路２２上には抵抗２３，２４が設けられている。なお、抵抗２３の抵抗値は２２ｋΩに設定され、抵抗２４の抵抗値は８ｋΩに設定されている。また、抵抗２３の一端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続されている。抵抗２３の他端は抵抗２４の一端に接続され、抵抗２４の他端は過電流信号生成部６０に電気的に接続されている。また、抵抗２３の他端は、コンパレータ２５のプラス側入力端子に接続されている。なお、コンパレータ２５のマイナス側入力端子には、抵抗２６の一端と抵抗２７の一端とが接続されている。抵抗２６の抵抗値は１０ｋΩに設定され、抵抗２７の抵抗値は１５０ｋΩに設定されている。また、抵抗２６の他端には信号源２１が接続され、抵抗２７の他端は接地されている。そして、コンパレータ２５の出力端子は駆動信号生成部３０に接続されている。

【0017】

図２に示されるように、コンパレータ２５は、マイナス側入力端子に入力される信号（入力信号）の電圧が閾値よりも高い場合、即ち、プラス側入力端子に入力される信号の電圧よりも高い場合に、出力端子から駆動信号生成部３０に「Ｌ」レベルのパルス信号を出力するようになっている。また、コンパレータ２５は、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧が閾値よりも低い場合、即ち、プラス側入力端子に入力される信号の電圧よりも低い場合に、出力端子から駆動信号生成部３０に「Ｈ」レベルのパルス信号を出力するようになっている。

【0018】

駆動信号生成部３０は、パルス生成部２０への入力信号の入力を契機として供給された供給電流に基づいて、半導体素子１１を駆動させるための駆動信号を生成するようになっている。駆動信号生成部３０は、１次側電気経路３１と２次側電気経路３２とを有している。１次側電気経路３１の始端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続され、１次側電気経路３１の終端はコンパレータ２５の出力端子に電気的に接続されている。よって、コンパレータ２５の出力端子から「Ｌ」レベルのパルス信号が出力されると、１次側電気経路３１の始端と終端との間に電位差が生じるため、電源（Ｖｃｃ）から１次側電気経路３１に供給電流が流れるようになる。また、１次側電気経路３１上には、駆動信号生成部側抵抗３３と、フォトカプラ３４（駆動用ＩＣ）を構成する発光ダイオード３５（発光素子）とが設けられている。なお、駆動信号生成部側抵抗３３の抵抗値は、５００Ω以上２ｋΩ以下（本実施形態では１ｋΩ）に設定されている。また、駆動信号生成部側抵抗３３の一端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続され、駆動信号生成部側抵抗３３の他端は、発光ダイオード３５のアノード端子に電気的に接続されている。なお、発光ダイオード３５のカソード端子は、コンパレータ２５の出力端子に電気的に接続されている。

【0019】

また、図２に示されるように、２次側電気経路３２の始端は、電気経路１３上に設けられた半導体素子１１のゲートに電気的に接続され、２次側電気経路３２の終端は接地されている。なお、本実施形態の半導体素子１１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor ）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）などの半導体素子である。また、２次側電気経路３２上には、ゲート抵抗３６と、フォトカプラ３４を構成するフォトトランジスタ３７（受光素子）とが設けられている。なお、ゲート抵抗３６の抵抗値は１０Ωに設定されている。ゲート抵抗３６の一端は半導体素子１１のゲートに電気的に接続され、ゲート抵抗３６の他端は、フォトトランジスタ３７のコレクタ端子に電気的に接続されている。また、フォトトランジスタ３７のエミッタ端子は接地されている。なお、フォトカプラ３４は、１次側電気経路３１を流れる供給電流を発光ダイオード３５によって光に変換し、その光をフォトトランジスタ３７で受光して再び電流に変換するようになっている。その結果、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に電流（駆動信号）が流れることにより、半導体素子１１がオン状態に切り替わり、半導体素子１１にドレイン電流が流れるようになる。

【0020】

図２に示されるように、過電流検出部４０は、半導体素子１１の駆動時に半導体素子１１に対する過電流を検出するためのものである。過電流検出部４０は電気経路４１を有している。電気経路４１の始端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続され、電気経路４１の終端は接地されている。また、電気経路４１上には抵抗４２，４３が設けられている。なお、抵抗４２の抵抗値は４５ｋΩに設定され、抵抗４３の抵抗値は３０ｋΩに設定されている。抵抗４２の一端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続されている。抵抗４２の他端は抵抗４３の一端に接続され、抵抗４３の他端は接地されている。また、抵抗４２の他端は、コンパレータ４４のプラス側入力端子に接続されている。なお、コンパレータ４４のマイナス側入力端子は、電気経路１３における半導体素子１１よりも始端側の部分に接続されている。そして、コンパレータ４４の出力端子は過電流信号生成部６０に接続されている。

【0021】

図２に示されるように、コンパレータ４４は、プラス側入力端子に入力される信号の電圧が、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧よりも低い場合に、出力端子から過電流信号生成部６０に「Ｌ」レベルの信号を出力するようになっている。また、コンパレータ４４は、プラス側入力端子に入力される信号の電圧が、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧よりも高い場合に、出力端子から過電流信号生成部６０に「Ｈ」レベルの信号を出力するようになっている。

【0022】

電流遮断部５０は、過電流検出部４０によって過電流を検出した際に、供給電流を低下させて駆動信号の生成を停止させることにより、半導体素子１１に流れる電流を遮断するためのものである。詳述すると、電流遮断部５０はバイパス回路５１を備えている。バイパス回路５１は、上記した１次側電気経路３１を構成する配線のうち、電源（Ｖｃｃ）と駆動信号生成部３０とを繋ぐ配線５２から分岐している。具体的に言うと、バイパス回路５１の始端は、配線５２上に設けられた抵抗５３と上記した駆動信号生成部側抵抗３３とを繋ぐ配線に接続されている。なお、抵抗５３の抵抗値は５ｋΩに設定されている。そして、バイパス回路５１の終端は、過電流検出部４０のコンパレータ４４の出力端子と過電流信号生成部６０とを繋ぐ配線に接続されている。また、バイパス回路５１は、ダイオード５４と抵抗５５（受動素子）とを直列に接続してなる回路である。なお、抵抗５５の抵抗値は、１ｋΩ以上２００ｋΩ以下（本実施形態では１００ｋΩ）に設定されている。また、ダイオード５４のアノード端子は、配線５２においてバイパス回路５１が分岐する分岐点Ａ１に電気的に接続され、ダイオード５４のカソード端子は、抵抗５５の一端に電気的に接続されている。そして、抵抗５５の他端は、コンパレータ４４の出力端子と過電流信号生成部６０とを繋ぐ配線に電気的に接続されている。なお、抵抗５５は、１次側電気経路３１を流れる供給電流の一部をバイパスさせる機能を有している。

【0023】

図２に示されるように、上記した駆動信号生成部側抵抗３３は、配線５２において分岐点Ａ１とフォトカプラ３４との間に配置されている。また、上記したように、駆動信号生成部側抵抗３３の抵抗値は１ｋΩに設定され、抵抗５５の抵抗値は１００ｋΩに設定されている。即ち、バイパス回路５１側の抵抗５５の抵抗値は、１次側電気経路３１側の駆動信号生成部側抵抗３３の抵抗値よりも高く設定されている。その結果、バイパス回路５１は、過電流の検出時に、１次側電気経路３１側に流れる供給電流の一部を後述する過電流信号生成部６０にバイパスさせることにより、供給電流を徐々に低下させることができる。なお、フォトカプラ３４の仕様に応じて、フォトカプラ３４がオン状態に切り替わるために必要な電流が変化したり、ダイオード５４の仕様に応じて、バイパス回路５１側に流れる電流が変化したりする可能性がある。このため、駆動信号生成部側抵抗３３や抵抗５５等の抵抗値は、フォトカプラ３４やダイオード５４の仕様に応じて変更されるようになる。

【0024】

図１，図２に示されるように、上記電気回路１２は、過電流検出部４０によって過電流を検出した際に、過電流の検出を示す過電流検出信号を生成する過電流信号生成部６０を備えている。過電流信号生成部６０は電気経路６１を有している。電気経路６１の始端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続され、電気経路６１の終端は接地されている。また、電気経路６１上には抵抗６２，６３が設けられている。なお、抵抗６２，６３の抵抗値は、それぞれ１０ｋΩに設定されている。抵抗６２の一端は電源（Ｖｃｃ）に電気的に接続されている。抵抗６２の他端は抵抗６３の一端に接続され、抵抗６３の他端は接地されている。また、抵抗６２の他端は、コンパレータ６４のプラス側入力端子に接続されている。なお、コンパレータ６４のマイナス側入力端子には、過電流検出部４０側のコンパレータ４４の出力端子が接続されている。そして、コンパレータ６４の出力端子は、パルス生成部２０が備える抵抗２４の他端に接続されている。

【0025】

図２に示されるように、コンパレータ６４は、プラス側入力端子に入力される信号の電圧が、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧よりも低い場合に、出力端子からパルス生成部２０側のコンパレータ２５のプラス側入力端子に「Ｌ」レベルの信号を出力するようになっている。また、コンパレータ６４は、プラス側入力端子に入力される信号の電圧が、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧よりも高い場合に、出力端子からパルス生成部２０に「Ｈ」レベルの信号（過電流検出信号）を出力するようになっている。

【0026】

なお、パルス生成部２０は、過電流検出信号の入力を契機として、入力信号が入力されたか否かにかかわらず、駆動信号生成部３０に対する供給電流の供給を遮断させるようになっている。即ち、コンパレータ２５のプラス側入力端子に過電流検出信号が入力された場合には、コンパレータ２５のマイナス端子に入力信号が入力されたとしても、マイナス側入力端子に入力される信号の電圧が、プラス側入力端子に入力される信号の電圧よりも高くなることはない。その結果、入力信号が入力されたか否かにかかわらず、コンパレータ２５の出力端子からは常時「Ｈ」レベルのパルス信号が出力されるため、駆動信号生成部３０に対する供給電流の供給が遮断されるようになる。さらに、駆動信号生成部３０は、供給電流の供給が遮断されたことを契機としてフォトカプラ３４が作動しなくなるため、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に流れる電流が遮断される。

【0027】

次に、半導体駆動装置１０の動作態様を説明する。

【0028】

まず、過電流が検出されない通常動作、具体的には、半導体素子１１をオン状態に切り替える際の動作について説明する（図３のタイミング（ａ）を参照）。この場合、信号源２１から出力され、コンパレータ２５のマイナス側入力端子に入力される入力信号が、「Ｌ」レベル→「Ｈ」レベルに変化する。これに伴い、コンパレータ２５のマイナス側入力端子に入力された入力信号の電圧が閾値（即ち、コンパレータ２５のプラス側入力端子に入力される信号の電圧）よりも高くなるため、コンパレータ２５の出力端子から出力されるパルス信号が、「Ｈ」レベル→「Ｌ」レベルに変化する。その結果、コンパレータ２５の出力端子に接続された１次側電気経路３１の始端と終端との間に電位差が生じるため、電源（Ｖｃｃ）から１次側電気経路３１に供給電流が流れ始めるようになる。よって、フォトカプラ３４がオン状態になり、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に電流（駆動信号）が流れるため、半導体素子１１がオン状態に切り替わり、半導体素子１１にドレイン電流が流れ始める。

【0029】

次に、通常動作、具体的には、半導体素子１１をオフ状態に切り替える際の動作について説明する（図３のタイミング（ｂ）を参照）。この場合、コンパレータ２５のマイナス側入力端子に入力される入力信号が、「Ｈ」レベル→「Ｌ」レベルに変化する。これに伴い、マイナス側入力端子に入力された入力信号の電圧が閾値よりも低くなるため、コンパレータ２５の出力端子から出力されるパルス信号が、「Ｌ」レベル→「Ｈ」レベルの信号に変化する。その結果、１次側電気経路３１の始端と終端との間の電位差がなくなるため、電源（Ｖｃｃ）から１次側電気経路３１に対して供給電流が流れなくなる。よって、フォトカプラ３４がオフ状態になり、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に対して電流（駆動信号）が流れなくなるため、半導体素子１１がオフ状態に切り替わるようになる。

【0030】

さらに、過電流を検出する検出動作、具体的には、半導体素子１１をオン状態に切り替える際の動作について説明する（図３のタイミング（ｃ）を参照）。本実施形態のタイミング（ｃ）では、上記したタイミング（ａ）と同様の動作が行われる。即ち、コンパレータ２５のマイナス側入力端子に入力される入力信号が「Ｈ」レベルに変化し、コンパレータ２５の出力端子から出力されるパルス信号が「Ｌ」レベルに変化すると、１次側電気経路３１の始端と終端との間に電位差が生じ、１次側電気経路３１に供給電流が流れ始める。その結果、フォトカプラ３４がオン状態になり、半導体素子１１がオン状態に切り替わるようになる。

【0031】

次に、検出動作、具体的には、半導体素子１１をオフ状態に切り替える際の動作について説明する（図３のタイミング（ｄ）を参照）。この場合、半導体素子１１に流れる電流が急激に増加し、過電流の状態になったことを検知する。具体的には、過電流検出部４０のコンパレータ４４を用いて、電気経路１３上にある半導体素子１１のドレイン−ソース間の電圧をモニタする。そして、電気経路１３に過電流が流れることにより、電気経路１３からコンパレータ４４のマイナス側入力端子に入力される信号の電圧が、電気経路４１からコンパレータ４４のプラス側入力端子に入力される信号の電圧よりも高くなると、コンパレータ４４の出力端子から出力される信号が、「Ｈ」レベル→「Ｌ」レベルに変化する。その結果、コンパレータ４４の出力端子とコンパレータ６４のマイナス側入力端子とを繋ぐ配線に接続されたバイパス回路５１の両端間に電位差が生じるため、電源（Ｖｃｃ）からバイパス回路５１に供給電流が流れ始めるようになる。そして、バイパス回路５１に供給電流の一部が流れ始めるのに伴い、１次側電気経路３１上にあるフォトカプラ３４の発光ダイオード３５に入力される供給電流（入力電流）が徐々に低下し、フォトカプラ３４がオフ状態になる。なお、本実施形態では、バイパス回路５１側の抵抗５５の抵抗値が大きくなるに従って、フォトカプラ３４に入力される入力電流の遮断速度が遅くなる（図４参照）。そして、フォトカプラ３４がオフ状態になると、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に対して電流が流れなくなるため、半導体素子１１が遮断される（オフ状態に切り替わる）ようになる。

【0032】

その後、コンパレータ４４の出力端子から出力された「Ｌ」レベルの信号が、過電流信号生成部６０にあるコンパレータ６４のマイナス側入力端子に入力される。この場合、コンパレータ６４のマイナス側入力端子に入力される信号の電圧が、電気経路６１からコンパレータ６４のプラス側入力端子に入力される信号の電圧よりも低くなるため、コンパレータ６４の出力端子から出力される過電流検出信号が、「Ｌ」レベル→「Ｈ」レベルに変化する。なお、本実施形態の過電流検出信号は、「Ｈ」レベルの信号である。その後、過電流電出信号は、パルス生成部２０にあるコンパレータ２５のプラス側入力端子に入力される。

【0033】

また、過電流を検出したにもかかわらず、入力信号の停止が間に合わずに、次のパルス信号が入力されてしまう場合の動作について説明する（図３のタイミング（ｅ）を参照）。この場合、信号源２１から出力され、コンパレータ２５のマイナス側入力端子に入力される入力信号は、「Ｌ」レベル→「Ｈ」レベルに変化してしまう。

【0034】

しかしながら、過電流を検出した時点で、バイパス回路５１側には供給電流の一部が流れているため、駆動信号生成部３０には、フォトカプラ３４をオン状態にするための供給電流が十分に流れなくなっている。その結果、半導体素子１１のゲートから２次側電気経路３２に電流が流れなくなるため、半導体素子１１がオン状態に至ることはない。また、過電流検出信号がコンパレータ２５のプラス側入力端子に入力されているため、入力信号をコンパレータ２５のマイナス側端子に入力したとしても、コンパレータ２５の出力端子から出力されるパルス信号が「Ｈ」レベル→「Ｌ」レベルに反転することはない。よって、何らかの不具合によってバイパス回路５１が機能しない場合においても、１次側電気経路３１にはフォトカプラ３４をオン状態にする供給電流が流れないため、半導体素子１１がオン状態に至ることはない。以上のことから、過電流の検出時には、半導体素子１１に流れる電流が確実に遮断されるようになる。

【0035】

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

【0036】

（１）本実施形態の半導体駆動装置１０では、過電流検出部４０が過電流を検出した際に、電流遮断部５０が半導体素子１１に流れる電流を遮断することにより、半導体素子１１が確実に保護される。しかも、過電流を検出した際には、供給電流の一部がバイパス回路５１に流れることにより、半導体素子１１に流れる電流が遮断されるが、バイパス回路５１は、例えばＩＣチップ等の能動素子を用いずに、受動素子である抵抗５５のみを用いて構成されるものである。即ち、バイパス回路５１がシンプルな回路となるため、過電流の検出時に半導体素子１１に流れる電流を確実に遮断しつつ、半導体駆動装置１０の低コスト化、小型化を図ることができる。

【0037】

また、本実施形態では、過電流を検出すると同時に、供給電流の一部をバイパス回路５１にバイパスさせることが可能である。このため、過電流を検出すると同時に、フォトカプラ３４に流れる供給電流を低下させて、半導体素子１１を駆動させる駆動信号の生成を停止させるとともに、半導体素子１１に流れる電流を遮断することができる。つまり、過電流の検出から半導体素子１１に流れる電流の遮断開始までの動作を素早く行うことができる。

【0038】

（２）本実施形態では、抵抗５５の抵抗値（１００ｋΩ）が駆動信号生成部側抵抗３３の抵抗値（１ｋΩ）よりも高くなることにより、フォトカプラ３４側への供給電流の流れがバイパス回路５１側に切り替わる速度を遅くすることができる。その結果、フォトカプラ３４の発光ダイオード３５に入力される供給電流の遮断速度、ひいては、半導体素子１１に流れる電流の遮断速度が低下するため、遮断時におけるサージ電圧の発生を防止することができ、ひいては、サージ電圧を起因とする半導体素子１１の破損を防止することができる。

【0039】

（３）本実施形態では、過電流を検出した時点でバイパス回路５１側に供給電流の一部を流すことにより、フォトカプラ３４をオン状態にする供給電流を徐々に低下させるようにしている。しかも、本実施形態では、過電流を検出した時点で過電流検出信号をコンパレータ２５のプラス側入力端子に入力させ、出力端子から出力されるパルス信号が「Ｈ」レベル→「Ｌ」レベルに反転しないようにすることにより、１次側電気経路３１に、フォトカプラ３４をオン状態にする供給電流を流さないようにしている。即ち、フォトカプラ３４に流れる供給電流が２段階で遮断されるため、半導体素子１１に流れる電流を確実に遮断することができる。

【0040】

なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

【0041】

・上記実施形態のバイパス回路５１は、ダイオード５４と抵抗５５とを直列に接続してなる回路であり、始端側にダイオード５４が配置され、ダイオード５４よりも終端側に抵抗５５が配置されていた。しかし、バイパス回路５１の始端側に抵抗５５を配置し、抵抗５５よりもバイパス回路５１の終端側にダイオード５４を配置してもよい。

【0042】

・上記実施形態では、過電流の検出方法として、半導体素子１１のドレイン−ソース間の電圧をモニタする方法が用いられていた。しかし、カレントセンスで電流をモニタする方法（ＩＧＢＴなどの素子内部でコレクタ電流を分流（１：１０００程度）し、微小電流で間接的にコレクタ電流をモニタする方法）や、シャント抵抗によりドレイン電流（ＩＧＢＴの場合コレクタ電流）をモニタする方法などを用いてもよい。

【0043】

・上記実施形態の半導体駆動装置１０は、１つの半導体素子１１に対する過電流を検出した際に、半導体素子１１に流れる電流を遮断するようになっていた。しかし、半導体駆動装置は、半導体素子１１に対する過電流を検出した際に電流を遮断する電気回路１２を複数（例えば３つ）備えたものであってもよい。この場合、半導体駆動装置は、複数（例えば３つ）の半導体素子１１のうち、過電流を検出した半導体素子１１のみの電流を遮断するようになっている。また、図５に示されるように、半導体駆動装置７０は、複数（ここでは３つ）の半導体素子７１に対する過電流を検出した際に電流を遮断する電気回路７２を備えたものであってもよい。この場合、半導体駆動装置７０は、少なくとも１つの半導体素子７１に対する過電流を検出すれば、全ての半導体素子７１の電流を遮断するようになる。

【0044】

・上記実施形態の半導体駆動装置１０は、自動車に搭載したプラズマリアクタに用いられていたが、例えば、船舶等に搭載したプラズマリアクタに用いてもよい。また、上記実施形態の半導体駆動装置１０は、半導体検査装置等の他の装置に用いられていてもよい。

【0045】

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

【0046】

（１）上記手段１において、前記駆動信号生成部を構成する駆動用ＩＣはフォトカプラであることを特徴とする半導体駆動装置。

【0047】

（２）上記手段１において、電源と前記駆動信号生成部とを繋ぐ配線から前記バイパス回路が分岐し、前記バイパス回路は、ダイオードと前記抵抗とを直列に接続してなり、前記ダイオードは、前記抵抗よりも前記配線において前記バイパス回路が分岐する分岐点寄りに配置されていることを特徴とする半導体駆動装置。

【符号の説明】

【0048】

１０，７０…半導体駆動装置
１１，７１…半導体素子
２０…供給電流供給部としてのパルス生成部
３０…駆動信号生成部
３３…駆動信号生成部側抵抗
３４…駆動用ＩＣとしてのフォトカプラ
４０…過電流検出部
５０…電流遮断部
５１…バイパス回路
５２…電源と駆動信号生成部とを繋ぐ配線
５４…ダイオード
５５…受動素子としての抵抗
６０…過電流信号生成部
Ａ１…分岐点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】