特開 2022-175870 保護装置、負荷駆動システム、保護方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175870

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】保護装置、負荷駆動システム、保護方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/24 20060101AFI20221117BHJP

   G01K 7/01 20060101ALI20221117BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

G01K7/24 A

G01K7/01 C

H02M1/00 H

H02M1/00 R

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021082626

(22)【出願日】2021-05-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】吉野 雄介

(72)【発明者】

【氏名】中神 孝志

(72)【発明者】

【氏名】飯田 亮

【テーマコード（参考）】

2F056

5H740

【Ｆターム（参考）】

2F056JT01

2F056JT08

5H740BA12

5H740BB05

5H740BC01

5H740BC02

5H740MM08

5H740MM11

(57)【要約】

【課題】パワー半導体の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システムを保護することのできる保護装置を提供する。
【解決手段】保護装置は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力するキャパシタと、前記キャパシタが出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更する保護回路と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力するキャパシタと、
前記キャパシタが出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更する保護回路と、
を備える保護装置。

【請求項2】

前記保護回路は、
前記パワー半導体をオン状態にする場合にオン指令を出力し、前記キャパシタが出力する電圧が前記しきい値を超えたと判定した場合に前記オン指令の出力を停止する、
請求項１に記載の保護装置。

【請求項3】

前記保護回路は、
前記第２電流を生成する電流生成回路を備え、
前記電流生成回路は、
前記パワー半導体の温度に応じて値が変化する電圧を生成する電圧生成回路と、第１オペアンプと、第２オペアンプと、第１抵抗と、第２抵抗と、第３抵抗と、第４抵抗と、第５抵抗と、を備え、
前記第１オペアンプの正転入力端子は、前記電圧生成回路に接続され、前記第１オペアンプの反転入力端子は、前記第１オペアンプの出力端子および前記第１抵抗の第１端子に接続され、前記第２オペアンプの正転入力端子は、前記第３抵抗の第１端子および前記第４抵抗の第１端子に接続され、前記第２オペアンプの反転入力端子は、前記第１抵抗の第２端子および前記第２抵抗の第１端子に接続され、前記第２オペアンプの出力端子は、前記第２抵抗の第２端子および前記第５抵抗の第１端子に接続され、前記第４抵抗の第２端子は、前記第５抵抗の第２端子および前記キャパシタに接続され、前記第３抵抗の第２端子は、グラウンド端子に接続される、
請求項１または請求項２に記載の保護装置。

【請求項4】

前記電圧生成回路は、
前記パワー半導体の近傍に設けられたサーミスタと、定電流源と、を備え、前記定電流源が生成した電流が前記サーミスタに流れた場合に、前記サーミスタに生じる電圧を前記第１オペアンプの正転入力端子に印加する、
請求項３に記載の保護装置。

【請求項5】

前記電圧生成回路は、
前記パワー半導体の近傍に設けられたダイオードと、定電流源と、を備え、前記定電流源が生成した電流が前記ダイオードに流れた場合に、前記ダイオードに生じる電圧を前記第１オペアンプの正転入力端子に印加する、
請求項３に記載の保護装置。

【請求項6】

前記電圧生成回路は、
前記パワー半導体の温度変化に応じた電流を生成する電流源と、第６抵抗と、を備え、前記電流源が生成した電流が前記第６抵抗に流れた場合に、前記第６抵抗に生じる電圧を前記第１オペアンプの正転入力端子に印加する、
請求項３に記載の保護装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６の何れか一項に記載の保護装置と、
前記保護装置の保護対象となるパワー半導体を備える駆動装置と、
を備える負荷駆動システム。

【請求項8】

第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、
出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、
を含む保護方法。

【請求項9】

コンピュータに、
第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、
出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、保護装置、負荷駆動システム、保護方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体を用いて負荷を駆動する負荷駆動システムにおいて、パワー半導体が短絡した場合、許容値を超える大電流が流れる可能性がある。そのため、負荷駆動システムの中には、パワー半導体の短絡を検出した場合に負荷駆動システムに大電流が流れないようにする保護装置を備えるものもある。

【0003】

特許文献１には、関連する技術として、負荷駆動システムにおいて、過電流を判定するためのしきい値をパワー半導体の温度に応じて変更することにより、パワー半導体の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システムを保護する保護装置に関する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１９８４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、パワー半導体の短絡耐量は、ジャンクション温度が高温になるにつれて小さくなる。よって、負荷駆動システムでは、パワー半導体のジャンクション温度が高い場合、ジャンクション温度が低い場合に比べて短時間で保護動作させる必要がある。そのため、パワー半導体の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システムを保護することのできる（特許文献１とは別の）技術が求められている。

【0006】

本開示は、上記の課題を解決することのできる保護装置、負荷駆動システム、保護方法及びプログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示に係る保護装置は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力するキャパシタと、前記キャパシタが出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更する保護回路と、を備える。

【0008】

本開示に係る負荷駆動システムは、上記の保護装置と、前記保護装置の保護対象となるパワー半導体を備える駆動装置と、を備える。

【0009】

本開示に係る保護方法は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、を含む。

【0010】

本開示に係るプログラムは、コンピュータに、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷を駆動するパワー半導体の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流を生成し、生成した前記第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、を実行させる。

【発明の効果】

【0011】

本開示の実施形態による保護装置、負荷駆動システム、保護方法及びプログラムによれば、パワー半導体の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システムを保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の一実施形態による負荷駆動システムの構成の第１の例を示す図である。

【図2】本開示の一実施形態による負荷駆動システムの構成の第２の例を示す図である。

【図3】本開示の一実施形態による保護回路の構成の一例を示す図である。

【図4】本開示の一実施形態による検出装置の構成の一例を示す図である。

【図5】本開示の一実施形態における電流Ｉｏｕｔの効果を説明するための図である。

【図6】本開示の別の実施形態による保護回路の構成の一例を示す図である。

【図7】本開示の別の実施形態による保護装置の構成の一例を示す図である。

【図8】少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜実施形態＞
以下、本開示の一実施形態による負荷駆動システムについて説明する。
（負荷駆動システムの構成）
図１は、本開示の一実施形態による負荷駆動システム１の構成の第１の例を示す図である。負荷駆動システム１は、図１に示すように、駆動装置１０および保護装置２０を備える。なお、図１には、駆動装置１０の駆動対象となる負荷３０が示されている。図２は、本開示の一実施形態による負荷駆動システム１の構成の第２の例を示す図である。図２に示す負荷駆動システム１は、図１に示す負荷駆動システム１の具体例の１つである。

【0014】

駆動装置１０は、パワー半導体により負荷３０を駆動する装置である。駆動装置１０は、例えば、図２に示すように、ＮチャネルＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタ（以下、ＮＭＯＳと記載）１０１、１０２を備える。ＮＭＯＳ１０１、１０２は、パワー半導体である。ＮＭＯＳ１０１がオン状態の場合、ＮＭＯＳ１０２はオフ状態であり、ＮＭＯＳ１０１から負荷３０に向かって電流を流し込む。また、ＮＭＯＳ１０１がオフ状態の場合、ＮＭＯＳ１０２はオン状態であり、負荷３０からＮＭＯＳ１０２に向かって電流を引き込む。ただし、ＮＭＯＳ１０１とＮＭＯＳ１０２とが同時にオン状態にならないように（すなわち、貫通電流が流れないように）、デッドタイムを設けるものであってもよい。なお、ＮＭＯＳ１０１のソースとＮＭＯＳ１０２のドレインの間には、電源４０が接続される。電源４０が出力する電圧は、例えば、数１００ボルトである。

【0015】

保護装置２０は、駆動装置１０が備えるパワー半導体の温度に応じたタイミングで負荷駆動システムを保護する装置である。保護装置２０は、図２に示すように、保護回路２０ａ、２０ｂを備える。保護回路２０ａ、２０ｂのそれぞれは、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する。そして、保護回路２０ａ、２０ｂのそれぞれは、端子Ｃと端子Ａの間に、電源５０が接続される。電源５０が出力する電圧は、例えば、数１０ボルトである。なお、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの具体例については後述する。

【0016】

図３は、本開示の一実施形態による保護回路２０ａ、２０ｂの構成の一例を示す図である。保護回路２０ａ、２０ｂのそれぞれは、図３に示すように、オペレーショナルアンプリファイア（以下、オペアンプと記載）２０１、２０２、サーミスタ２０３（電圧生成回路の一例）、抵抗２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、ダイオード２１２、およびキャパシタ２１３、および検出装置２１４を備える。

【0017】

オペアンプ２０１の正転入力端子は、サーミスタ２０３の第１端子および検出装置２１４の第１端子に接続される。オペアンプ２０１の反転入力端子は、オペアンプ２０１の出力端子および抵抗２０７の第１端子に接続される。

【0018】

オペアンプ２０２の正転入力端子は、抵抗２０９の第１端子および抵抗２１０の第１端子に接続される。オペアンプ２０２の反転入力端子は、抵抗２０７の第２端子および抵抗２０８の第１端子に接続される。オペアンプ２０２の出力端子は、抵抗２０８の第２端子および抵抗２１１の第１端子に接続される。

【0019】

サーミスタ２０３の第２端子は、グラウンド端子に接続される。抵抗２０４の第１端子は、電源端子に接続される。抵抗２０４の第２端子は、抵抗２０５の第１端子およびダイオード２１２のアノードに接続される。抵抗２０５の第２端子は、抵抗２０６の第１端子、抵抗２１０の第２端子、抵抗２１１の第２端子、キャパシタ２１３の第１端子、および検出装置２１４の第２端子に接続される。抵抗２０６の第２端子、抵抗２０９の第２端子、キャパシタ２１３の第２端子、検出装置２１４の第３端子、および検出装置２１４の第４端子は、グラウンド端子に接続される。なお、電源端子は、保護回路２０ａ、２０ｂの端子Ａの具体例である。また、ダイオード２１２のカソードは、保護回路２０ａ、２０ｂの端子Ｂの具体例である。また、グラウンド端子は、保護回路２０ａ、２０ｂの端子Ｃの具体例である。また、検出装置２１４の第５端子は、保護回路２０ａ、２０ｂの端子Ｄの具体例である。

【0020】

検出装置２１４は、駆動装置１０におけるＮＭＯＳ１０１、１０２の短絡を検出する装置である。図４は、本開示の一実施形態による検出装置２１４の構成の一例を示す図である。検出装置２１４は、図４に示すように、判定部２１４１、電流生成部２１４２、および駆動部２１４３を備える。なお、検出装置２１４は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）内で実現されるものであってもよい。

【0021】

判定部２１４１は、キャパシタ２１３に流れる電流（第１電流の一例）により蓄積した電荷に応じてキャパシタ２１３が出力する電圧を検出する。判定部２１４１は、キャパシタ２１３が出力する電圧が、予め定めた一定のしきい値を超えるか否かを判定する。そして、判定部２１４１は、キャパシタ２１３が出力する電圧が、そのしきい値を超えたと判定した場合、パワー半導体が短絡していると判定する。つまり、判定部２１４１は、グラウンド端子を基準に検出装置２１４の第２端子における電位がしきい値を超えた場合にパワー半導体が短絡していると判定する。駆動部２１４３がパワー半導体にオン指令を出力していない場合、検出装置２１４の第２端子の電位が上昇しないように、検出装置２１４の第２端子を検出装置２１４内部でグラウンド端子に短絡する。なお、パワー半導体の短絡の具体例については、後述する。

【0022】

電流生成部２１４２（電圧生成回路の一例）は、電流を生成し、生成した電流をサーミスタ２０３に流す。これにより、保護回路２０ａ、２０ｂは、負荷３０を駆動する駆動装置１０が備えるＮＭＯＳ１０１、１０２（パワー半導体の一例）の温度に係る情報に応じた大きさの電流（第２電流の一例）を生成する。そして、保護回路２０ａ、２０ｂは、生成した電流に基づいてキャパシタ２１３に流れる電流の大きさを変更する。

【0023】

例えば、電流生成部２１４２は、温度が変化するパワー半導体近傍に設けられたサーミスタ２０３に定電流Ｉを流す。これにより、保護回路２０ａ、２０ｂは、温度特性を有する電圧Ｖｔを生成する。そして、その電圧Ｖｔからその電圧値に応じて変化する電流Ｉｏｕｔが生成される。この電流Ｉｏｕｔは、図３に示すように、キャパシタ２１３の充電を妨げるように働く。一般的に、サーミスタ２０３は、高温になるにつれて抵抗値が小さくなる。そのため、後に詳細を示すように、パワー半導体が高温になるにつれて（すなわち、サーミスタ２０３が高温になるにつれて）、電流Ｉｏｕｔは小さくなる。つまり、キャパシタ２１３を充電する電流は、パワー半導体が高温になるにつれて増加する。その結果、キャパシタ２１３に掛かる電圧は、パワー半導体が低温である場合に比べてパワー半導体が高温である場合の方が短時間で上昇する。判定部２１４１が判定時に用いるしきい値は一定値であるため、判定部２１４１は、パワー半導体が低温である場合に比べてパワー半導体が高温である場合の方が早期に短絡を判定することができることになる。

【0024】

ここで、図３を参照して、電流Ｉｏｕｔを導出する。なお、オペアンプ２０１の正転入力端子の電位をＶｔとする。また、オペアンプ２０２の正転入力端子の電位をＶ１とする。また、オペアンプ２０２の出力端子の電位をＶ２とする。また、検出装置２１４の第２端子の電位をＶ３とする。また、抵抗２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１それぞれの抵抗値を、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８とする。また、サーミスタ２０３の抵抗値をＲｔとする。また、抵抗２０７に流れる電流をＩ１とする。また、抵抗２０９に流れる電流をＩ２とする。また、抵抗２１１に流れる電流をＩ３とする。

【0025】

オペアンプ２０２の正転入力端子の電位Ｖ１は、式（１）で表すことができる。

【0026】

【数1】

【0027】

オペアンプ２０２の正転入力端子の電位がＶ１であるため、オペアンプ２０２について仮想接地を考えると、オペアンプ２０２の反転入力端子の電位はＶ１となる。よって、電流Ｉ１について、式（２）が成り立つ。

【0028】

【数2】

【0029】

抵抗２０８に流れる電流はＩ１であるため、電位Ｖ２は、式（３）で表すことができる。

【0030】

【数3】

【0031】

また、電流Ｉ３は、式（４）で表すことができる。

【0032】

【数4】

【0033】

また、電流Ｉ２について、式（５）が成り立つ。

【0034】

【数5】

【0035】

電流Ｉ２と電流Ｉ３の和が電流Ｉｏｕｔである。そのため、電流Ｉｏｕｔは、式（６）で表すことができる。

【0036】

【数6】

【0037】

ここで、Ｒ４・（Ｒ７＋Ｒ８）＝Ｒ５・Ｒ６とすると、式（７）が成り立つ。

【0038】

【数7】

【0039】

ここで、式（７）における電圧Ｖｔは、電流生成部２１４２が出力する定電流Ｉに温度特性を有するサーミスタ２０３の抵抗値Ｒｔを掛けたものである。よって、抵抗値をＲ４・（Ｒ７＋Ｒ８）＝Ｒ５・Ｒ６が成り立つように調整し、Ｒ５とＲ４・Ｒ８との比および電圧Ｖｔ（すなわち、電流生成部２１４２が生成した電流）を調整することにより、保護回路２０ａ、２０ｂは、パワー半導体が高温になるにつれて、電流値が小さくなる電流Ｉｏｕｔを生成することができる。

【0040】

図５は、本開示の一実施形態における電流Ｉｏｕｔの効果を説明するための図である。次に、図５を参照して、電流Ｉｏｕｔによる効果について説明する。図５において、横軸はジャンクション温度あるいはサーミスタ温度を示す。また、縦軸は、時間を示す。図５における線（Ａ）は、短絡耐量であり、この時間までに保護動作が実行されなければパワー半導体に不具合が発生することを示している。また、図５における線（Ｂ）は、パワー半導体がスイッチングするのに必要な時間を示している。つまり、線（Ａ）を超えるタイミングで保護回路が動作した場合、パワー半導体に不具合が発生し、線（Ｂ）未満のタイミングで保護回路が動作した場合、パワー半導体のスイッチングが完了していないため、短絡していると誤判断されてしまう。そのため、保護回路を動作させるタイミングは、線（Ａ）と線（Ｂ）の間のタイミングでなければならない。しかしながら、電流Ｉｏｕｔを用いない温度によらず一定条件が成立した場合に動作させる従来の保護回路では、図５に示す低温時のスイッチングに必要な時間以上でかつ短絡耐量に対してマージンが確保できる線（Ｃ）に保護回路が動作するように設定されることが多い。この場合、高温時に線（Ａ）と線（Ｂ）の差が大きくなっており、高温時に短絡耐量に対してマージンを持たせることができる状況にあるにも関わらず、マージンを持たせることができない。

【0041】

一方、本開示の一実施形態では、温度特性を有する電流Ｉｏｕｔを用いることで、図５における線（Ｄ）のように、保護回路を動作させるタイミングを調整することが可能になる。よって、高温時に短絡耐量に対してマージンを持たせることができる。

【0042】

駆動部２１４３は、駆動装置１０のパワー半導体（すなわち、ＮＭＯＳ）を駆動する。例えば、駆動部２１４３は、ＮＭＯＳをオン状態にする間、そのＮＭＯＳのゲートにオン指令を出力する。また、駆動部２１４３は、ＮＭＯＳをオフ状態にする間、ＮＭＯＳのゲートにはオン指令を出力しない。つまり、駆動部２１４３は、ＮＭＯＳをオン状態にする間のみ、そのＮＭＯＳのゲートにオン指令を出力する。

【0043】

（保護回路の動作）
次に、本開示の一実施形態による保護回路２０ａ、２０ｂの動作について、図２および図３を参照して説明する。本開示の一実施形態による保護回路２０ａ、２０ｂは、電流生成部２１４２が生成する電流Ｉをサーミスタ２０３に流すことにより、温度特性を有する電圧Ｖｔを生成する回路であり、その電圧Ｖｔの値に応じて変化する電流Ｉｏｕｔ（温度に係る情報に応じた大きさの電流）を生成することで、パワー半導体の温度変化に応じてキャパシタ２１３を充電する電流を変化させ充電時間を変化させる回路である。

【0044】

なお、電源４０が出力する電圧は、例えば、数１００ボルトであるものとする。また、電源５０が出力する電圧は、例えば、数１０ボルトであるものとする。つまり、電源４０が出力する電圧は、電源５０が出力する電圧に比べて充分に大きいものとする。

【0045】

まず、パワー半導体であるＮＭＯＳ１０１、１０２が共に短絡していない場合の保護回路２０ａ、２０ｂの動作について説明する。図２に示すＮＭＯＳ１０１、１０２が共に短絡していない場合、ＮＭＯＳ１０１、１０２のそれぞれは、オン指令を受けた場合にオン状態になる。その場合、オン状態になっているＮＭＯＳ（ＮＭＯＳ１０１またはＮＭＯＳ１０２）のソースとドレインとの間に掛かる電圧は、電源５０が出力する電圧に比べて充分に低い電圧（例えば、１ボルト）である。したがって、図３に示すダイオード２１２は、順方向バイアスとなり、電流を流す。この場合、電源５０からダイオード２１２を介してオン状態になっているＮＭＯＳ（ＮＭＯＳ１０１またはＮＭＯＳ１０２）に電流が流れる。その結果、ダイオード２１２がオン状態になった場合、ダイオード２１２のアノードとグラウンド端子（端子Ｃ）との間の電圧は、ＮＭＯＳ（ＮＭＯＳ１０１またはＮＭＯＳ１０２）の静特性の線形領域におけるソース－ドレイン間電圧と、ダイオード２１２の順方向電圧の和になる。なお、この場合の静特性は、ソース－ドレイン間電圧とドレイン電流との関係を示す特性である。そのため、抵抗２０５、２０６、キャパシタ２１３に流れる電流は、ダイオード２１２がオフ状態の場合に比べて小さく、検出装置２１４の第２端子における電位は、低いままである。その結果、判定部２１４１は、キャパシタ２１３が出力する電圧がしきい値を超えていない、つまりパワー半導体は短絡していないと判定する。

【0046】

次に、パワー半導体が短絡した場合の保護回路２０ａの動作について説明する。ここでは、ＮＭＯＳ１０２が短絡した場合の保護回路２０ａの動作について、図２および図３を参照して説明する。図２に示すＮＭＯＳ１０２が短絡した場合、保護回路２０ａのグラウンド端子の電位は、保護回路２０ｂのグラウンド端子の電位まで低下する。その結果、ＮＭＯＳ１０１のソースとドレインとの間には、電源４０が出力する電圧が印加される。したがって、保護回路２０ａが備えるダイオード２１２は、逆方向バイアスとなり、電流を流さない。その結果、抵抗２０５、２０６、キャパシタ２１３に電流が流れる。このとき流れる電流は、上述したように、電流Ｉｏｕｔによって温度特性を有する電流であり、パワー半導体が高温になるにつれて電流が大きくなる。その結果、キャパシタ２１３が出力する電圧は高温になるにつれて早期にしきい値を超えるため、判定部２１４１は、パワー半導体の温度に応じた適切なタイミングでパワー半導体の短絡を検出することができる。そして、判定部２１４１がパワー半導体の短絡を検出したタイミングに応じて、駆動部２１４３がＮＭＯＳを制御する（例えば、オン指令の出力を停止する）ことにより、実際に保護回路２０ａを動作させることができ、負荷駆動システム１を保護することができる。なお、ＮＭＯＳ１０１が短絡した場合の保護回路２０ｂの動作についても、回路の対称性を考慮して同様に考えることができる。

【0047】

（作用、効果）
以上、本開示の一実施形態による負荷駆動システム１について説明した。負荷駆動システム１の保護装置２０において、キャパシタ２１３は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力する。また、保護回路２０ａ、２０ｂは、キャパシタ２１３が出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定する。保護回路２０ａ、２０ｂは、負荷３０を駆動するパワー半導体（ＮＭＯＳ１０１、１０２）の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流（Ｉｏｕｔ）を生成し、生成した第２電流に基づいて、前記第１電流の大きさを変更する。
こうすることで、保護装置２０は、パワー半導体（ＮＭＯＳ１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム１を保護することができる。

【0048】

なお、本開示の一実施形態では、ＮＭＯＳ１０１、１０２のスイッチングの制御（すなわち、ＮＭＯＳ１０１、１０２のゲートに印加する電圧の制御）は、保護装置２０が行うものとして説明した。しかしながら、本開示の別の実施形態では、ＮＭＯＳ１０１、１０２のスイッチングの制御は、図示していない制御装置が行うものであってもよい。

【0049】

なお、本開示の一実施形態では、サーミスタ２０３の温度特性を利用して電流Ｉｏｕｔに温度特性を持たせるものとして負荷駆動システム１を説明した。しかしながら、本開示の別の実施形態では、サーミスタ２０３以外の温度特性を利用して電流Ｉｏｕｔに温度特性を持たせるものであってもよい。例えば、パワー半導体近傍に設けられたダイオードの温度特性を利用して、電流Ｉｏｕｔに温度特性を持たせるものであってもよい。具体的には、図６に示すように、ダイオード２１５に電流生成部２１４２が生成した定電流Ｉを流すことにより、電圧Ｖｔに温度特性を持たせ、その結果、電流Ｉｏｕｔに温度特性を持たせるものであってもよい。また、例えば、パワー半導体近傍にＰＮ接合の温度特性を用いた温度検出手段を設け、検出した温度に応じた電圧をＡＤ変換することで温度に応じた電圧のデジタル値を生成する。このデジタル値を用いて、図７に示すように、電流生成部２１４２が温度特性を有する電流を生成し、生成した電流を抵抗２１６に流すことで、電圧Ｖｔに温度特性を持たせる、または第１電流に直接温度特性を持たせるものであってもよい。

【0050】

なお、本開示の別の実施形態では、保護装置２０は、例えば、図７に示すように、検出装置２１４の第２端子から抵抗を介さずダイオード２１２を介してパワー半導体に電流を供給するものであってもよい。そして、そのパワー半導体に供給する電流に電流Ｉｏｕｔを用いて温度特性を持たせるものであってもよい。なお、保護装置２０が検出装置２１４の第２端子から抵抗を介さずダイオード２１２を介してパワー半導体に電流を供給する場合であっても、電流Ｉｏｕｔに温度特性を持たせる方法は、電流生成部２１４２が温度特性を有する電流を生成し、生成した電流を抵抗２１６に流すものに限らず、上述の何れの方法を用いるものであってもよい。

【0051】

なお、本開示の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

【0052】

本開示の実施形態における記憶部、その他の記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部、その他の記憶装置のそれぞれは、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。

【0053】

本開示の実施形態について説明したが、上述の保護装置２０、検出装置２１４、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。

【0054】

図８は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ５は、図８に示すように、ＣＰＵ６、メインメモリ７、ストレージ８、インターフェース９を備える。
例えば、上述の保護装置２０、検出装置２１４、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ５に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ８に記憶されている。ＣＰＵ６は、プログラムをストレージ８から読み出してメインメモリ７に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ６は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ７に確保する。

【0055】

ストレージ８の例としては、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ８は、コンピュータ５のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース９または通信回線を介してコンピュータ５に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ５に配信される場合、配信を受けたコンピュータ５が当該プログラムをメインメモリ７に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ８は、一時的でない有形の記憶媒体である。

【0056】

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【0057】

なお、他の実施形態においては、保護装置２０、検出装置２１４、その他の制御装置のそれぞれは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などのカスタムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、及びこれらに類する処理装置を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＧＡＬ（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ａｒｒａｙ Ｌｏｇｉｃ）、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。

【0058】

本開示のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、開示の範囲を限定しない。これらの実施形態は、開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、省略、置き換え、変更を行ってよい。

【0059】

＜付記＞
本開示の各実施形態に記載の保護装置２０、負荷駆動システム１保護方法及びプログラムは、例えば以下のように把握される。

【0060】

（１）第１の態様に係る保護装置（２０）は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力するキャパシタ（２１３）、前記キャパシタ（２１３）が出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷（３０）を駆動するパワー半導体（１０１、１０２）の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流（Ｉｏｕｔ）を生成し、生成した前記第２電流（Ｉｏｕｔ）に基づいて、前記第１電流の大きさを変更する保護回路（２０ａ、２０ｂ）と、を備える。

【0061】

この保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0062】

（２）第２の態様に係る保護装置（２０）は、（１）の保護装置（２０）であって、前記保護回路（２０ａ、２０ｂ）は、前記パワー半導体（１０１、１０２）をオン状態にする場合にオン指令を出力し、前記キャパシタ（２１３）が出力する電圧が前記しきい値を超えたと判定した場合に前記オン指令の出力を停止するものであってもよい。

【0063】

この保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0064】

（３）第３の態様に係る保護装置（２０）は、（１）または（２）の保護装置（２０）であって、前記保護回路（２０ａ、２０ｂ）は、前記第２電流を生成する電流生成回路を備え、前記電流生成回路は、前記パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて値が変化する電圧を生成する電圧生成回路（２０３、２１５、２１６、２１４２）と、第１オペアンプ（２０１）と、第２オペアンプ（２０２）と、第１抵抗（２０４）と、第２抵抗（２０５）と、第３抵抗（２０６）と、第４抵抗（２０７）と、第５抵抗（２０８）と、を備え、前記第１オペアンプ（２０１）の正転入力端子は、前記電圧生成回路（２０３、２１５、２１６、２１４２）に接続され、前記第１オペアンプ（２０１）の反転入力端子は、前記第１オペアンプ（２０１）の出力端子および前記第１抵抗（２０７）の第１端子に接続され、前記第２オペアンプ（２０２）の正転入力端子は、前記第３抵抗（２０９）の第１端子および前記第４抵抗（２１０）の第１端子に接続され、前記第２オペアンプ（２０２）の反転入力端子は、前記第１抵抗（２０７）の第２端子および前記第２抵抗（２０８）の第１端子に接続され、前記第２オペアンプ（２０２）の出力端子は、前記第２抵抗（２０８）の第２端子および前記第５抵抗（２１１）の第１端子に接続され、前記第４抵抗（２１０）の第２端子は、前記第５抵抗（２１１）の第２端子および前記キャパシタ（２１３）に接続され、前記第３抵抗（２０９）の第２端子は、グラウンド端子に接続されるものであってもよい。

【0065】

この保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0066】

（４）第４の態様に係る保護装置（２０）は、（３）の保護装置（２０）であって、前記電圧生成回路（２０３、２１４２）は、前記パワー半導体（１０１、１０２）の近傍に設けられたサーミスタ（２０３）と、定電流源（２１４２）と、を備え、前記定電流源（２１４２）が生成した電流が前記サーミスタ（２０３）に流れた場合に、前記サーミスタ（２０３）に生じる電圧を前記第１オペアンプ（２０１）の正転入力端子に印加するものであってもよい。

【0067】

この保護装置（２０）により、サーミスタ（２０３）が有する温度特性に応じた第２電流を生成することができ、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0068】

（５）第５の態様に係る保護装置（２０）は、（３）の保護装置（２０）であって、前記電圧生成回路（２１５、２１４２）は、前記パワー半導体（１０１、１０２）の近傍に設けられたダイオード（２１５）と、定電流源（２１４２）と、を備え、前記定電流源（２１４２）が生成した電流が前記ダイオード（２１５）に流れた場合に、前記ダイオード（２１５）に生じる電圧を前記第１オペアンプ（２０１）の正転入力端子に印加するものであってもよい。

【0069】

この保護装置（２０）により、ダイオード（２１５）のＰＮ接合が有する温度特性に応じた第２電流を生成することができ、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0070】

（６）第６の態様に係る保護装置（２０）は、（３）の保護装置（２０）であって、前記電圧生成回路（２１６、２１４２）は、前記パワー半導体（１０１、１０２）の温度変化に応じた電流を生成する電流源（２１４２）と、第６抵抗（２１６）と、を備え、前記電流源（２１４２）が生成した電流が前記第６抵抗（２１６）に流れた場合に、前記第６抵抗（２１６）に生じる電圧を前記第１オペアンプ（２０１）の正転入力端子に印加するものであってもよい。

【0071】

この保護装置（２０）により、温度に応じた電流を抵抗（２１６）に流すことにより第２電流を生成することができ、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護装置（２０）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0072】

（７）第７の態様に係る負荷駆動システム（１）は、（１）から（６）の保護装置（２０）と、前記保護装置（２０）の保護対象となるパワー半導体（１０１、１０２）を備える駆動装置（１０）と、を備える。

【0073】

この負荷駆動システム（１）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、負荷駆動システム（１）により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0074】

（８）第８の態様に係る保護方法は、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷（３０）を駆動するパワー半導体（１０１、１０２）の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流（Ｉｏｕｔ）を生成し、生成した前記第２電流（Ｉｏｕｔ）に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、を含む。

【0075】

この保護方法により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、保護方法により、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【0076】

（９）第９の態様に係るプログラムは、コンピュータに、第１電流により蓄積した電荷に応じた電圧を出力することと、出力する電圧が一定のしきい値を超えるか否かを判定するとともに、負荷（３０）を駆動するパワー半導体（１０１、１０２）の温度に係る情報に応じた大きさの第２電流（Ｉｏｕｔ）を生成し、生成した前記第２電流（Ｉｏｕｔ）に基づいて、前記第１電流の大きさを変更することと、を実行させる。

【0077】

このプログラムにより、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じたタイミングでパワー半導体（１０１、１０２）の短絡を検出することができる。その結果、プログラムにより、パワー半導体（１０１、１０２）の温度に応じて適切なタイミングに負荷駆動システム（１）を保護することができる。

【符号の説明】

【0078】

１・・・負荷駆動システム
５・・・コンピュータ
６・・・ＣＰＵ
７・・・メインメモリ
８・・・ストレージ
９・・・インターフェース
１０・・・駆動装置
２０・・・保護装置
２０ａ、２０ｂ・・・保護回路
３０・・・負荷
４０、５０・・・電源
１０１、１０２・・・ＮＭＯＳ
２０１、２０２・・・オペアンプ
２０３・・・サーミスタ
２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１６・・・抵抗
２１２、２１５・・・ダイオード
２１３・・・キャパシタ
２１４・・・検出装置
２１４１・・・判定部
２１４２・・・電流生成部
２１４３・・・駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】