特開 2024-114344 スイッチの駆動装置

(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】P2024114344

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】スイッチの駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20240816BHJP

【ＦＩ】

H02M1/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020048

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100207859

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 尚人

(72)【発明者】

【氏名】星野 修平

【テーマコード（参考）】

5H740

【Ｆターム（参考）】

5H740BA12

5H740BB09

5H740BB10

5H740BC01

5H740BC02

5H740HH05

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5H740MM08

5H740MM11

(57)【要約】

【課題】短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合の保護を極力迅速に行うことができるスイッチの駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動回路Ｄｒは、スイッチＳＷのドレイン及びソース間電圧を判定電圧Ｖｄｅｓａｔとして検出するダイオード６０及びコンデンサ６２と、第１，第２コンパレータ６６，６８とを備えている。第１コンパレータ６６は、判定電圧Ｖｄｅｓａｔと短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１とを比較し、第２コンパレータ６８は、スイッチＳＷのゲート電圧Ｖｇとマスク閾値Ｖｔｈｓｃ２とを比較する。判定回路７０は、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖをフィルタ期間遅延させて出力する。ＡＮＤ回路７１は、第１コンパレータ６６の出力信号Ｓｇｃと、判定回路７０の出力信号Ｓｇｆｖとに基づいて、異常信号Ｓｇｔを出力する。判定回路７０は、スイッチＳＷの温度Ｔｊが高い場合にフィルタ期間を短くする。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列接続された上下アームのスイッチ（ＳＷ）を駆動するスイッチの駆動装置において、
前記スイッチがオン状態とされている場合における前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧（Ｖｄｅｓａｔ）、又は前記スイッチがオン状態とされている場合における前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間に流れる電流のいずれかを検出するパラメータ検出部（６０～６５）と、
前記パラメータ検出部の検出値が短絡閾値（Ｖｔｈｓｃ１）を超えているか否かを判定する電流判定部（６６，６７）と、
前記スイッチのゲートに充電電流が供給され始めた後における前記スイッチのゲート電圧がマスク閾値（Ｖｔｈｓｃ２）を超えたか否かを判定する電圧判定部（６８，６９）と、
前記パラメータ検出部の検出値が前記短絡閾値を超えていると前記電流判定部により判定されている状態で、前記スイッチのゲート電圧が前記マスク閾値を超えたと前記電圧判定部により判定されてからフィルタ期間（Ｌｆ）経過したタイミングにおいて、前記スイッチに短絡電流が流れている旨の異常信号（Ｓｇｔ）を出力する信号出力部（７０，７１；５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，７１，１７２）と、
前記スイッチの温度（Ｔｊ）、又は前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧（ＶＨｒ）のいずれかを検出する状態検出部（４０，４１；４４，４５）と、
を備え、
前記状態検出部の検出値が高い場合、前記状態検出部の検出値が低い場合よりも前記フィルタ期間を短くする、スイッチの駆動装置。

【請求項2】

前記電流判定部は、前記パラメータ検出部の現在の検出値が前記短絡閾値を超えているか否かの判定結果を２値の論理信号により出力し、
前記電圧判定部は、前記スイッチの現在のゲート電圧が前記マスク閾値を超えているか否かの判定結果を２値の論理信号により出力し、
前記信号出力部は、
前記電圧判定部から出力される論理信号を前記フィルタ期間だけ遅らして出力する判定回路（７０）を有し、
前記判定回路から出力された論理信号と、前記電流判定部の論理信号とに基づいて、前記異常信号を出力し、
前記状態検出部の検出値が高い場合、前記状態検出部の検出値が低い場合よりも前記フィルタ期間を短くする、請求項１に記載のスイッチの駆動装置。

【請求項3】

前記電流判定部は、前記パラメータ検出部の現在の検出値が前記短絡閾値を超えているか否かの判定結果を２値の論理信号により出力し、
前記信号出力部は、前記スイッチのゲート電圧にローパスフィルタ処理を施して出力するフィルタ回路（５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ）を有し、
前記電圧判定部は、前記フィルタ回路において前記ローパスフィルタ処理が施されたゲート電圧が前記マスク閾値を超えているか否かの判定結果を２値の論理信号により出力し、
前記信号出力部は、
前記状態検出部の検出値が高い場合、前記状態検出部の検出値が低い場合よりも前記ローパスフィルタ処理の時定数を小さくすることにより前記フィルタ期間を短くし、
前記電圧判定部の論理信号と、前記電流判定部の論理信号とに基づいて、前記異常信号を出力する、請求項１に記載のスイッチの駆動装置。

【請求項4】

スイッチ保護部（２３）を備え、
前記スイッチ保護部は、前記異常信号を受信した場合、前記スイッチに対する駆動信号をオフ指令に切り替える、請求項１～３のいずれか１項に記載のスイッチの駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、直列接続された上下アームのスイッチを駆動するスイッチの駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されているように、上下アーム短絡が発生した場合にスイッチを短絡電流から保護する技術が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１８７２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

短絡電流からスイッチを保護する構成として、以下に説明する構成が挙げられる。スイッチの駆動装置は、スイッチ（例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）がオンされている場合におけるスイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧（例えばソース及びドレイン間電圧）、又はスイッチがオンされている場合におけるスイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間に流れる電流（例えばドレイン電流）のいずれかを検出するパラメータ検出部を備えている。

【0005】

駆動装置は、更に、電流判定部、電圧判定部及び信号出力部を備えている。電流判定部は、パラメータ検出部の検出値が短絡閾値を超えているか否かを判定する。電圧判定部は、スイッチのゲートに充電電流が供給され始めた後におけるスイッチのゲート電圧がマスク閾値を超えたか否かを判定する。信号出力部は、パラメータ検出部の検出値が短絡閾値を超えていると電流判定部により判定されている状態で、スイッチのゲート電圧がマスク閾値を超えたと電圧判定部により判定されてからフィルタ期間経過したタイミングにおいて、スイッチに短絡電流が流れている旨の信号である異常信号を出力する。

【0006】

ここで、フィルタ期間が設定されているのは、スイッチに短絡電流が流れていないにもかかわらず、短絡電流が流れている旨誤判定される事態の発生を抑制するためである。つまり、スイッチがオフ状態からオンに切り替えられる過渡期間におけるパラメータ検出部の検出値は、スイッチがオン定常状態になる場合におけるパラメータ検出部の検出値よりも一時的に大きくなり得る。この場合、短絡電流が流れていないにもかかわらず、パラメータ検出部の検出値が短絡閾値を一時的に超えてしまい、短絡電流が流れていると誤判定され得る。

【0007】

誤判定の発生を抑制する上では、フィルタ期間が長めに設定されることが望ましい。しかしながら、この場合、実際に短絡電流が流れる場合におけるスイッチの保護が遅れてしまうおそれがある。

【0008】

本開示は、短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合のスイッチの保護を極力迅速に行うことができるスイッチの駆動装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示は、直列接続された上下アームのスイッチを駆動するスイッチの駆動装置において、
前記スイッチがオン状態とされている場合における前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧、又は前記スイッチがオン状態とされている場合における前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間に流れる電流のいずれかを検出するパラメータ検出部と、
前記パラメータ検出部の検出値が短絡閾値を超えているか否かを判定する電流判定部と、
前記スイッチのゲートに充電電流が供給され始めた後における前記スイッチのゲート電圧がマスク閾値を超えたか否かを判定する電圧判定部と、
前記パラメータ検出部の検出値が前記短絡閾値を超えていると前記電流判定部により判定されている状態で、前記スイッチのゲート電圧が前記マスク閾値を超えたと前記電圧判定部により判定されてからフィルタ期間経過したタイミングにおいて、前記スイッチに短絡電流が流れている旨の異常信号を出力する信号出力部と、
前記スイッチの温度、又は前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧のいずれかを検出する状態検出部と、
を備え、
前記状態検出部の検出値が高い場合、前記状態検出部の検出値が低い場合よりも前記フィルタ期間を短くする。

【0010】

本開示によれば、短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合の保護を極力迅速に行うことができる。

【0011】

ここで、本開示の駆動装置は、例えば以下のように具体化できる。

【0012】

前記状態検出部は、前記スイッチの温度を検出し、
前記駆動装置は、前記状態検出部により検出された温度が高い場合、前記状態検出部により検出された温度が低い場合よりも前記フィルタ期間を短くする。

【0013】

スイッチは、スイッチの温度が高いほど、スイッチング速度が低くなり、短絡耐量が小さくなる特性を有している。スイッチング速度が低いほど、スイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられる過渡期間において、パラメータ検出部の検出値のオン定常状態における検出値に対する一時的な増加期間は短くなる。増加期間が短くなることと、短絡耐量が小さくなることとを踏まえると、スイッチの温度が高い場合、フィルタ期間が短く設定されることが望ましい。

【0014】

一方、スイッチは、スイッチの温度が低いほど、スイッチング速度が高くなり、短絡耐量が大きくなる特性を有している。スイッチング速度が高いほど、スイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられる過渡期間において、パラメータ検出部の検出値のオン定常状態における検出値に対する一時的な増加期間は長くなる。増加期間が長くなることと、短絡耐量が大きくなることとを踏まえると、スイッチの温度が低い場合、フィルタ期間が長く設定されることが望ましい。

【0015】

この点に鑑み、状態検出部により検出された温度が高い場合、状態検出部により検出された温度が低い場合よりもフィルタ期間を短くする。

【0016】

また、本開示の駆動装置は、例えば以下のようにも具体化できる。

【0017】

前記状態検出部は、前記スイッチの高電位側端子及び低電位側端子の間の電圧である端子間電圧を検出し、
前記駆動装置は、前記状態検出部により検出された端子間電圧が高い場合、前記状態検出部により検出された端子間電圧が低い場合よりも前記フィルタ期間を短くする。

【0018】

スイッチがオフ状態とされている場合における端子間電圧が高いほど、スイッチに短絡電流が流れる場合においてスイッチにかかる短絡エネルギが大きくなる。このことを踏まえると、端子間電圧が高い場合、スイッチ保護の観点からフィルタ期間が短く設定されることが望ましい。

【0019】

この点に鑑み、状態検出部により検出された端子間電圧が高い場合、状態検出部により検出された端子間電圧が低い場合よりもフィルタ期間を短くする。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】制御システムの全体構成図。

【図2】駆動回路及びその周辺構成を示す図。

【図3】判定回路の一例を示す図。

【図4】判定回路の動作態様を示すタイムチャート。

【図5】短絡保護制御の手順を示すフローチャート。

【図6】第２実施形態に係る駆動回路及びその周辺構成を示す図。

【図7】第３実施形態に係る駆動回路及びその周辺構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分及び／又は関連付けられる部分には同一の参照符号、又は百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分及び／又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

【0022】

＜第１実施形態＞
以下、本開示に係るスイッチの駆動装置を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0023】

図１に示すように、制御システムは、回転電機１０と、インバータ２０と、制御部２３とを備えている。本実施形態において、回転電機１０は、星形結線された３相の巻線１１を備えている。例えば、制御システムは、車両に搭載されている。この場合、回転電機１０のロータは、車両の駆動輪と動力伝達が可能なように接続されている。回転電機１０は、例えば同期機である。

【0024】

回転電機１０は、インバータ２０を介して、直流電源２１に接続されている。本実施形態において、直流電源２１は、リチウムイオン蓄電池又はニッケル水素蓄電池等の２次電池である。なお、インバータ２０は、平滑コンデンサ２２を備えている。

【0025】

インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれについて、上，下アームスイッチＳＷの直列接続体を備えている。本実施形態において、各スイッチＳＷは、電圧制御型の半導体スイッチング素子であり、具体的にはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。各スイッチＳＷは、ボディダイオードを有している。各スイッチＳＷにおいて、高電位側端子がドレインであり、低電位側端子がソースである。

【0026】

なお、各スイッチがＩＧＢＴであってもよい。この場合、各スイッチＳＷにフリーホイールダイオードが逆並列接続されていればよい。ＩＧＢＴにおいて、高電位側端子がコレクタであり、低電位側端子がエミッタである。

【0027】

各相において、上アームスイッチＳＷの低電位側端子と下アームスイッチＳＷの高電位側端子との接続点には、巻線１１の第１端が接続されている。各相の巻線１１の第２端は、中性点で接続されている。

【0028】

制御部２３は、マイコンを主体として構成されており、回転電機１０の制御量（例えばトルク）を指令値に制御すべく、インバータ２０の各スイッチＳＷのスイッチング制御を行う。制御部２３は、デッドタイムを挟みつつ上，下アームスイッチＳＷを交互にオン状態とすべく、上，下アームスイッチＳＷに対応する駆動信号Ｇ＊を、上，下アームスイッチＳＷに対して個別に設けられた駆動回路Ｄｒに出力する。駆動信号Ｇ＊は、スイッチＳＷのオンを指示するオン指令と、オフを指示するオフ指令とのいずれかをとる。

【0029】

続いて、図２を用いて、駆動回路Ｄｒについて説明する。本実施形態の上，下アームの各駆動回路Ｄｒは、基本的には同じ構成である。

【0030】

まず、スイッチＳＷのスイッチング制御機能について説明する。駆動回路Ｄｒは、充電スイッチ３１及び放電スイッチ３２を備えている。充電スイッチ３１の第１端には、駆動回路Ｄｒの電源端子Ｔｖｃｃが接続されている。電源端子Ｔｖｃｃには、定電圧電源３０が接続されている。定電圧電源３０から電源端子Ｔｖｃｃに供給される直流電圧が、駆動回路Ｄｒの電源電圧ＶＣＣ（例えば１５Ｖ）となる。

【0031】

充電スイッチ３１の第２端には、駆動回路Ｄｒの出力端子Ｔｇを介して、スイッチＳＷのゲートに接続されている。電源電圧ＶＣＣは、スイッチＳＷのゲート電圧の上限値に相当する。出力端子Ｔｇには、放電スイッチ３２を介して、スイッチＳＷのソースが接続されている。スイッチＳＷのソースは、グランド部に相当する。

【0032】

駆動回路Ｄｒは、スイッチング駆動部３３を備えている。スイッチング駆動部３３は、制御部２３から出力された駆動信号Ｇ＊を取得する。スイッチング駆動部３３は、取得した駆動信号Ｇ＊がオン指令である場合、充電処理を行う。充電処理は、充電スイッチ３１をオン状態にして、かつ、放電スイッチ３２をオフにする処理である。充電処理によれば、スイッチＳＷのゲート電圧がスイッチＳＷの閾値電圧（スレッショルド電圧）Ｖｔｈ以上となり、スイッチＳＷがオンに切り替えられる。

【0033】

スイッチング駆動部３３は、取得した駆動信号Ｇ＊がオフ指令である場合、放電処理を行う。放電処理は、充電スイッチ３１をオフにして、かつ、放電スイッチ３２をオンにする処理である。放電処理によれば、スイッチＳＷのゲート電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満となり、スイッチＳＷがオフに切り替えられる。

【0034】

なお、スイッチング駆動部３３が提供する機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供することができる。

【0035】

続いて、スイッチＳＷの過熱保護機能について説明する。

【0036】

駆動回路Ｄｒは、温度検出回路４１を備えている。温度検出回路４１には、駆動回路Ｄｒの第１温度検出端子Ｔｔ１及び第２温度検出端子Ｔｔ２を介して、温度センサ４０の出力信号が入力される。本実施形態の温度センサ４０は、感温ダイオードであり、スイッチＳＷの温度に応じた信号を出力する。温度検出回路４１は、温度センサ４０の出力信号に基づいて、スイッチＳＷの温度を検出する。なお、本実施形態において、温度センサ４０及び温度検出回路４１が「状態検出部」に相当する。

【0037】

駆動回路Ｄｒは、過熱保護コンパレータ４２、電源４３及び異常信号出力回路５０を備えている。過熱保護コンパレータ４２の非反転入力端子には、温度検出回路４１により検出されたスイッチＳＷの温度（以下、検出温度Ｔｊ）が入力される。過熱保護コンパレータ４２の反転入力端子には、電源４３から出力される直流電圧が入力される。電源４３の出力電圧が過熱閾値Ｔｔｈとなる。過熱閾値Ｔｔｈは、スイッチＳＷの許容上限温度、又はスイッチＳＷの許容上限温度未満の値に設定されている。

【0038】

過熱保護コンパレータ４２の出力端子は、異常信号出力回路５０に接続されている。検出温度Ｔｊが過熱閾値Ｔｔｈ未満の場合、過熱保護コンパレータ４２から異常信号出力回路５０への出力信号Ｓｔの論理がＬとなる。一方、検出温度Ｔｊが過熱閾値Ｔｔｈを超えた場合、過熱保護コンパレータ４２から異常信号出力回路５０への出力信号Ｓｔの論理がＨに切り替わる。異常信号出力回路５０は、過熱保護コンパレータ４２の出力信号Ｓｔの論理がＬからＨに切り替わったと判定した場合、異常が発生した旨の信号であるフェール信号Ｓｆの論理を反転させる（例えば、ＬからＨに切り替える）。フェール信号Ｓｆは、駆動回路Ｄｒのフェール端子Ｔｆから出力され、制御部２３に入力される。

【0039】

続いて、スイッチＳＷの過電流（短絡電流）保護機能について説明する。この保護機能は、回転電機１０や負荷の短絡時に発生する過電流から保護する機能である。具体的には例えば、この保護機能は、上，下アームのスイッチＳＷのうち、一方の対向アーム側のスイッチにショート故障が発生している状態で、他方の自アーム側のスイッチがオンに切り替えられる上下アーム短絡が発生する場合において、自アーム側のスイッチを短絡電流から保護する機能である。

【0040】

本実施形態の駆動回路Ｄｒは、Ｄｅｓａｔ方式の過電流保護機能を備えており、詳しくは、ダイオード６０、抵抗体６１、コンデンサ６２、定電流電源６３、供給スイッチ６４及びリセットスイッチ６５を備えている。

【0041】

ダイオード６０のカソードには、スイッチＳＷの高電位側端子であるドレインが接続されている。ダイオード６０のアノードには、抵抗体６１の第１端が接続されている。抵抗体６１の第２端には、コンデンサ６２の第１端と、駆動回路Ｄｒのモニタ端子Ｔｄｅｓａｔと接続されている。コンデンサ６２の第２端には、スイッチＳＷの低電位側端子であるソースが接続されている。なお、抵抗体６１は必須ではない。この場合、ダイオード６０のアノードとコンデンサ６２の第１端とが接続される。

【0042】

モニタ端子Ｔｄｅｓａｔには、供給スイッチ６４を介して定電流電源６３が接続されている。定電流電源６３は、定電圧電源３０から給電されて定電流を出力する機能を有している。また、モニタ端子Ｔｄｅｓａｔには、リセットスイッチ６５を介してスイッチＳＷのソースが接続されている。なお、本実施形態において、ダイオード６０、抵抗体６１、コンデンサ６２、供給スイッチ６４及びリセットスイッチ６５が「パラメータ検出部」に相当する。

【0043】

駆動回路Ｄｒは、過電流保護のための構成として、第１コンパレータ６６、第１電源６７、第２コンパレータ６８、第２電源６９、判定回路７０及びＡＮＤ回路７１を備えている。第１コンパレータ６６の非反転入力端子には、モニタ端子Ｔｄｅｓａｔが接続されている。これにより、第１コンパレータ６６の非反転入力端子には、コンデンサ６２の端子間電圧である判定電圧Ｖｄｅｓａｔが入力される。第１コンパレータ６６の反転入力端子には、第１電源６７の出力電圧である短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１が入力される。短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１は、上下アーム短絡が発生してスイッチＳＷに短絡電流が流れることを判定可能な値に設定されている。なお、本実施形態において、第１コンパレータ６６及び第１電源６７が「電流判定部」に相当する。

【0044】

第２コンパレータ６８の非反転入力端子には、出力端子Ｔｇに接続されている。これにより、第２コンパレータ６８の非反転入力端子には、スイッチＳＷのゲート電圧Ｖｇが入力される。第２コンパレータ６８の反転入力端子には、第２電源６９の出力電圧であるマスク閾値Ｖｔｈｓｃ２が入力される。本実施形態において、マスク閾値Ｖｔｈｓｃ２は、スイッチＳＷの閾値電圧Ｖｔｈ（具体化には例えば、スイッチＳＷのミラー電圧）以上であってかつ電源電圧ＶＣＣ未満の値に設定されている。なお、本実施形態において、第２コンパレータ６８及び第２電源６９が「電圧判定部」に相当する。

【0045】

第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖは、判定回路７０に入力される。判定回路７０の出力信号である電圧判定信号Ｓｇｆｖと、第１コンパレータ６６の出力信号である電流判定信号Ｓｇｃとは、ＡＮＤ回路７１に入力される。ＡＮＤ回路７１は、電圧判定信号Ｓｇｆｖ及び電流判定信号Ｓｇｃの双方の論理がＨである場合に論理Ｈの異常信号Ｓｇｔを出力する。論理Ｈの異常信号Ｓｇｔは、スイッチＳＷのドレイン及びソース間に短絡電流が流れている旨を示す信号である。一方、ＡＮＤ回路７１は、電圧判定信号Ｓｇｆｖ及び電流判定信号Ｓｇｃの少なくとも一方の論理がＬである場合に論理Ｌの異常信号Ｓｇｔを出力する。論理Ｌの異常信号Ｓｇｔは、スイッチＳＷのドレイン及びソース間に短絡電流が流れていない旨を示す信号である。異常信号出力回路５０は、ＡＮＤ回路７１の異常信号Ｓｇｔの論理がＬからＨに切り替わったと判定した場合、フェール信号Ｓｆの論理を反転させる（例えば、ＬからＨに切り替える）。なお、本実施形態において、判定回路７０及びＡＮＤ回路７１が「信号出力部」に相当する。

【0046】

スイッチング駆動部３３は、供給スイッチ６４及びリセットスイッチ６５の駆動制御を行う。詳しくは、スイッチング駆動部３３は、駆動信号Ｇ＊がオン指令に切り替えられたと判定した場合、リセットスイッチ６５をオフに維持した状態で、供給スイッチ６４をオンに切り替える。これにより、定電流電源６３からコンデンサ６２へと電流が供給され始め、判定電圧Ｖｄｅｓａｔが０から上昇し始める。

【0047】

スイッチＳＷに短絡電流が流れない場合、オン指令がなされる期間において、判定電圧Ｖｄｅｓａｔは短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１まで上昇しない。一方、スイッチＳＷに短絡電流が流れる場合、オン指令がなされる期間において、判定電圧Ｖｄｅｓａｔは短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１を超える。この場合、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃの論理がＬからＨに切り替わる。

【0048】

スイッチング駆動部３３は、駆動信号Ｇ＊がオフ指令とされる期間において、リセットスイッチ６５を一時的にオンする。これにより、判定電圧Ｖｄｅｓａｔが０にリセットされる。

【0049】

判定回路７０は、第２コンパレータ６８から出力される論理信号Ｓｇｖをフィルタ期間Ｌｆだけ遅らして出力する処理回路である。判定回路７０は、スイッチＳＷに短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合のスイッチＳＷの保護を迅速に行うためのものである。

【0050】

つまり、充電処理によってスイッチＳＷがオフ状態からオンに切り替えられる過渡期間における判定電圧Ｖｄｅｓａｔは、例えばスイッチＳＷのドレイン電流のリンギングに起因して、スイッチＳＷがオン定常状態になる場合における判定電圧Ｖｄｅｓａｔよりも一時的に大きくなり得る。オン定常状態とは、例えば、スイッチＳＷのゲート電圧が電源電圧ＶＣＣに到達している状態である。この場合、短絡電流が流れていないにもかかわらず、判定電圧Ｖｄｅｓａｔが短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１を一時的に超えてしまい、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃの論理が一時的にＨになってしまう。

【0051】

ここで、充電処理が開始された後、ゲート電圧がマスク閾値Ｖｔｈｓｃ２を超える第２タイミングは、判定電圧Ｖｄｅｓａｔが短絡閾値Ｖｔｈｓｃ１を超える第１タイミングよりも後になる。第２タイミングが第１タイミングよりも後になることを利用して、判定電圧Ｖｄｅｓａｔが一時的に大きくなる期間において、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃが、短絡電流が流れているか否かの判定に用いられないようにする。このためには、フィルタ期間を適正に調整する必要がある。そこで、本実施形態では、駆動回路Ｄｒに判定回路７０が備えられている。

【0052】

特に本実施形態の判定回路７０は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ（＜過熱閾値Ｔｔｈ）を超えている場合のフィルタ期間Ｌｆを、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ以下の場合のフィルタ期間Ｌｆよりも短くする機能を有している。この機能は、スイッチＳＷに短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合のスイッチＳＷの保護を迅速に行う効果を高めるためのものである。

【0053】

つまり、スイッチＳＷは、スイッチＳＷの温度が高いほど、スイッチング速度が低くなり、短絡耐量が小さくなる特性を有している。スイッチング速度が低いほど、スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替えられる過渡期間において、判定電圧Ｖｄｅｓａｔの一時的な増加期間は短くなる。増加期間が短くなることと、短絡耐量が小さくなることとを踏まえると、スイッチＳＷの温度が高い場合、フィルタ期間Ｌｆが短く設定されることが望ましい。

【0054】

一方、スイッチＳＷは、スイッチＳＷの温度が低いほど、スイッチング速度が高くなり、短絡耐量が大きくなる特性を有している。スイッチング速度が高いほど、スイッチＳＷがオフ状態からオン状態に切り替えられる過渡期間において、判定電圧Ｖｄｅｓａｔの一時的な増加期間は長くなる。増加期間が長くなることと、短絡耐量が大きくなることとを踏まえると、スイッチＳＷの温度が低い場合、フィルタ期間Ｌｆが長く設定されることが望ましい。そこで、判定回路７０は、検出温度Ｔｊに基づいて、フィルタ期間Ｌｆの長さを調整する。

【0055】

図３を用いて、判定回路７０の一例について説明する。

【0056】

判定回路７０は、スイッチ部７２、低温側処理回路８０、高温側処理回路９０、クロック生成回路７３及びＯＲ回路１００を備えている。

【0057】

スイッチ部７２には、検出温度Ｔｊが入力される。スイッチ部７２は、高温側スイッチ７１Ｈ及び低温側スイッチ７１Ｌを備えている。スイッチ部７２は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ以下の場合、低温側スイッチ７１Ｌをオンにして、かつ、高温側スイッチ７１Ｈをオフにする。これにより、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖは、低温側処理回路８０に入力される。一方、スイッチ部７２は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈを超えている場合、低温側スイッチ７１Ｌをオフにして、かつ、高温側スイッチ７１Ｈをオンにする。これにより、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖは、高温側処理回路９０に入力される。

【0058】

低温側処理回路８０は、ｍ個のＤ型フリップフロップ回路８１を備えるシフトレジスタ回路である。各Ｄ型フリップフロップ回路８１のＣ端子には、クロック生成回路７３から出力されたクロック信号ＣＬＯＣＫが入力される。各Ｄ型フリップフロップ回路８１のうち、最上段のＤ型フリップフロップ回路８１のＤ端子には、スイッチ部７２を介して第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖが入力される。上段側のＤ型フリップフロップ回路８１のＱ端子には、下段側のＤ型フリップフロップ回路８１のＤ端子が接続されている。各Ｄ型フリップフロップ回路８１のうち、最下段のＤ型フリップフロップ回路８１のＱ端子には、ＯＲ回路１００が接続されている。

【0059】

高温側処理回路９０は、ｎ個のＤ型フリップフロップ回路９１を備えるシフトレジスタ回路である。高温側処理回路９０は、低温側処理回路８０と基本的には同じ構成である。ただし、「ｎ＜ｍ」であり、図３に示す例では、「ｎ＝２，ｍ＝３」とされている。高温側処理回路９０における各Ｄ型フリップフロップ回路９１のうち、最下段のＤ型フリップフロップ回路９１のＱ端子には、ＯＲ回路１００が接続されている。なお、各処理回路８０，９０のフリップフロップ回路の個数は、図３に示した個数に限らず、また、各処理回路８０，９０のいずれかのフリップフロップ回路の個数は１個であってもよい。

【0060】

低温側処理回路８０の出力信号ＳｇＬ（つまり、最下段のＤ型フリップフロップ回路８１が有するＱ端子の出力信号）と、高温側処理回路９０の出力信号ＳｇＨ（つまり、最下段のＤ型フリップフロップ回路９１が有するＱ端子の出力信号）とは、ＯＲ回路１００に入力される。ＯＲ回路１００は、低温側処理回路８０の出力信号ＳｇＬ及び高温側処理回路９０の出力信号ＳｇＨの少なくとも一方の論理がＨの場合、論理Ｈの電圧判定信号Ｓｇｆｖを出力する。一方、ＯＲ回路１００は、低温側処理回路８０の出力信号ＳｇＬ及び高温側処理回路９０の出力信号ＳｇＨの双方の論理がＬの場合、論理Ｌの電圧判定信号Ｓｇｆｖを出力する。

【0061】

図４に、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ以下の場合と温度閾値Ｔｆｔｈを超える場合とにおける判定回路７０の出力信号等の推移を示す。図４において、クロック生成回路７３のクロック信号ＣＬＯＣＫの１周期をｔｃｋにて示している。なお、図４に示す例において、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃの論理はＨになっているものとする。

【0062】

まず、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ以下の場合について説明する。

【0063】

時刻ｔ０においてクロック信号ＣＬＯＣＫの論理がＨに反転し、クロック信号ＣＬＯＣＫの論理がＬに反転する前の時刻ｔ１において、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖの論理がＨに反転する。

【0064】

その後、時刻ｔ０から「（ｎ－１）×ｔｃｋ」（つまり、クロック信号ＣＬＯＣＫの１周期）だけ経過する時刻ｔ２において、高温側処理回路９０の出力信号ＳｇＨの論理がＨに反転し、これにより、ＯＲ回路１００の電圧判定信号Ｓｇｆｖの論理もＨに反転する。

【0065】

続いて、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈを超えている場合について説明する。

【0066】

時刻ｔ０においてクロック信号ＣＬＯＣＫの論理がＨに反転し、クロック信号ＣＬＯＣＫの論理がＬに反転する前の時刻ｔ１において、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖの論理がＨに反転する。

【0067】

その後、時刻ｔ０から「（ｍ－１）×ｔｃｋ」（つまり、クロック信号ＣＬＯＣＫの２周期）だけ経過する時刻ｔ３において、低温側処理回路８０の出力信号ＳｇＬの論理がＨに反転し、これにより、ＯＲ回路１００の電圧判定信号Ｓｇｆｖの論理もＨに反転する。

【0068】

続いて、図５を用いて、スイッチＳＷを短絡電流から保護する処理について説明する。

【0069】

ステップＳ１０において、スイッチ部７２は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈを超えているか否かを判定する。

【0070】

スイッチ部７２は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈを超えていると判定した場合、ステップＳ１１に進み、高温側スイッチ７１Ｈをオンし、低温側スイッチ７１Ｌをオフする。一方、スイッチ部７２は、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈ以下であると判定した場合、ステップＳ１２に進み、低温側スイッチ７１Ｌをオンし、高温側スイッチ７１Ｈをオフする。

【0071】

続くステップＳ１３において、ＡＮＤ回路７１は、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃの論理がＨであるか否かを判定する。

【0072】

続くステップＳ１４において、ＡＮＤ回路７１は、判定回路７０から出力された電圧判定信号Ｓｇｆｖの論理がＨであるか否かを判定する。ＡＮＤ回路７１は、第１コンパレータ６６の電流判定信号Ｓｇｃの論理がＨであり、かつ、判定回路７０から出力された電圧判定信号Ｓｇｆｖの論理がＨであると判定した場合、異常信号Ｓｇｔの論理をＨに反転させる。これにより、ステップＳ１６において、異常信号出力回路５０は、フェール信号Ｓｆの論理をＨに反転させる。

【0073】

ステップＳ１７において、制御部２３は、受信したフェール信号Ｓｆの論理がＨであると判定した場合、各駆動回路Ｄｒに出力する駆動信号Ｇ＊をオフ指令にする短絡保護制御を行う。なお、本実施形態において、制御部２３が「スイッチ保護部」に相当する。

【0074】

以上詳述した本実施形態によれば、スイッチＳＷに短絡電流が流れている旨の誤判定の発生を抑制しつつ、短絡電流が実際に流れる場合のスイッチＳＷの保護を迅速に行うことができる。

【0075】

＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態について、第１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。本実施形態では、スイッチＳＷの温度に代えて、オフされているスイッチＳＷのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓに基づいて、フィルタ期間Ｌｆの長さが調整される。

【0076】

図６に、本実施形態の駆動回路Ｄｒ及びその周辺構成を示す。

【0077】

制御システムは、ラダー検出回路としての複数の分圧抵抗体４４を備え、駆動回路Ｄｒは、電圧検出回路４５を備えている。分圧抵抗体４４は、スイッチＳＷのドレインと駆動回路Ｄｒの電圧検出端子Ｔｖｄとを接続している。電圧検出回路４５は、スイッチＳＷのドレイン及びソース間電圧の分圧値を検出する。なお、本実施形態において、分圧抵抗体４４及び電圧検出回路４５が「状態検出部」に相当する。

【0078】

駆動回路Ｄｒは、コンパレータ４６と、電源４７とを備えている。コンパレータ４６の非反転入力端子には、電圧検出回路４５の検出電圧ＶＨｒが入力される。コンパレータ４６の反転入力端子には、電源４７の出力電圧である電圧閾値ＶＨｔｈが入力される。

【0079】

本実施形態の判定回路７０のうち、第１実施形態との相違点について説明する。

【0080】

判定回路７０が備えるスイッチ部７２には、コンパレータ４６の出力信号と、駆動信号Ｇ＊とが入力される。スイッチ部７２は、駆動信号Ｇ＊が前回オフ指令とされている期間においてコンパレータ４６の出力信号の論理がＨであると判定した場合、高温側スイッチ７１Ｈをオンにして、かつ、低温側スイッチ７１Ｌをオフにする。これにより、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖは、高温側処理回路９０に入力される。

【0081】

一方、スイッチ部７２は、駆動信号Ｇ＊が前回オフ指令とされている期間においてコンパレータ４６の出力信号の論理がＬであると判定した場合、低温側スイッチ７１Ｌをオンにして、かつ、高温側スイッチ７１Ｈをオフにする。これにより、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖは、低温側処理回路８０に入力される。

【0082】

以上説明した本実施形態によれば、例えば、回転電機１０等の直流電源２１の給電対象機器の使用電力が変化したり、インバータ２０と直流電源２１との間にＤＣＤＣコンバータが設けられる制御システムにおいてＤＣＤＣコンバータの出力電圧が変化したりする場合において、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0083】

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について、第１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。本実施形態では、図７に示すように、フィルタ期間の長さを調整する構成が変更されている。

【0084】

図７に示すように、インバータ２０は、第１抵抗体５１ａ及び第１コンデンサ５１ｂを有する第１ローパスフィルタ回路と、第２抵抗体５２ａ及び第２コンデンサ５２ｂを有する第２ローパスフィルタ回路とを備えている。第１抵抗体５１ａの抵抗値をＲ１、第１コンデンサ５１ｂの静電容量をＣ１、第２抵抗体５２ａの抵抗値をＲ２、第２コンデンサ５２ｂの静電容量をＣ２とする。この場合、第１ローパスフィルタ回路の時定数τ１（＝Ｒ１×Ｃ１）は、第２ローパスフィルタ回路の時定数τ２（＝Ｒ２×Ｃ２）よりも小さい。

【0085】

スイッチＳＷのゲート電圧Ｖｇは、第１ローパスフィルタ回路においてローパスフィルタ処理が施された後、駆動回路Ｄｒの第１検出端子ＴＶ１から取り込まれる。また、スイッチＳＷのゲート電圧Ｖｇは、第２ローパスフィルタ回路においてローパスフィルタ処理が施された後、駆動回路Ｄｒの第２検出端子ＴＶ２から取り込まれる。

【0086】

駆動回路Ｄｒは、スイッチ部１７２を備えている。スイッチ部１７２は、高温側スイッチ１７３Ｈ、低温側スイッチ１７３Ｌ、反転回路１７４、コンパレータ１７５及び電源１７６を備えている。高温側スイッチ１７３Ｈは、第１検出端子ＴＶ１と第２コンパレータ６８の非反転入力端子とを接続する。低温側スイッチ１７３Ｌは、第２検出端子ＴＶ２と第２コンパレータ６８の非反転入力端子とを接続する。

【0087】

コンパレータ１７５の非反転入力端子には、検出温度Ｔｊが入力される。コンパレータ１７５の反転入力端子には、電源１７６の出力電圧である温度閾値Ｔｆｔｈが入力される。コンパレータ１７５の出力信号は、高温側スイッチ１７３Ｈと、反転回路１７４とに供給される。反転回路１７４の出力信号は、低温側スイッチ１７３Ｌに供給される。なお、本実施形態において、第１抵抗体５１ａ、第１コンデンサ５１ｂ、第２抵抗体５２ａ、第２コンデンサ５２ｂ、ＡＮＤ回路７１及びスイッチ部１７２が「信号出力部」に相当する。

【0088】

続いて、スイッチ部１７２の動作について説明する。

【0089】

検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈよりも低く、コンパレータ１７５の出力信号の論理がＬになる場合、低温側スイッチ１７３Ｌがオンにされ、高温側スイッチ１７３Ｈがオフにされる。これにより、第２コンパレータ６８の非反転入力端子には、時定数が相対的に小さい第１ローパスフィルタ回路においてローパスフィルタ処理が施されたゲート電圧Ｖｇが入力される。

【0090】

一方、検出温度Ｔｊが温度閾値Ｔｆｔｈを超え、コンパレータ１７５の出力信号の論理がＨになる場合、低温側スイッチ１７３Ｌがオフにされ、高温側スイッチ１７３Ｈがオンにされる。これにより、第２コンパレータ６８の非反転入力端子には、時定数が相対的に大きい第２ローパスフィルタ回路においてローパスフィルタ処理が施されたゲート電圧Ｖｇが入力される。

【0091】

本実施形態において、ＡＮＤ回路７１には、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖが入力される。ＡＮＤ回路７１は、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖ及び電流判定信号Ｓｇｃの双方の論理がＨである場合に論理Ｈの異常信号Ｓｇｔを出力する。一方、ＡＮＤ回路７１は、第２コンパレータ６８の出力信号Ｓｇｖ及び電流判定信号Ｓｇｃの少なくとも一方の論理がＬである場合に論理Ｌの異常信号Ｓｇｔを出力する。

【0092】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態に準じた効果を奏することができる。

【0093】

＜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。

【0094】

・フィルタ期間の長さの調整は、２段階に限らず、３段階以上であってもよい。また、フィルタ期間の長さの調整は、段階的ではなく、連続的であってもよい。

【0095】

・第１，第３実施形態において、温度センサは、例えばサーミスタであってもよい。

【0096】

・第２実施形態において、スイッチＳＷのドレイン及びソース間電圧を検出する電圧検出部である「状態検出部」としては、分圧抵抗体４４及び電圧検出回路４５に限らず、例えば、高電圧モニタＩＣであってもよい。高電圧モニタＩＣは、例えば、第１端子及び第２端子を有する１パッケージ化された集積回路であり、第１，第２端子間の電圧を直接検出する。第１端子がドレインに接続され、第２端子がソースに接続される。

【0097】

・オンされているスイッチＳＷに流れるドレイン電流を検出する構成としては、Ｄｅｓａｔ方式の構成に限らない。例えば、スイッチＳＷのセンス端子と、センス端子に流れる電流に応じた電圧降下を生じさせるセンス抵抗体とを備え、センス抵抗体の電位差であるセンス電圧に基づいて、ドレイン電流を検出する構成であってもよい。この場合、センス電圧が例えば図２の第１コンパレータ６６の非反転入力端子に入力されればよい。

【0098】

・駆動回路Ｄｒが備える判定回路７０等の構成は、アナログ回路に限らず、プロセッサと、プログラムが記憶されるメモリとを備え、プロセッサにより記憶されたプログラムが実行されるソフトウェアにて実現されていてもよい。

【0099】

・本開示の駆動装置の適用対象となる電力変換回路としては、インバータに限らず、例えば、上下アームスイッチを備えるＤＣＤＣコンバータ（例えば昇降圧ＤＣＤＣコンバータ）であってもよい。

【符号の説明】

【0100】

２０…インバータ、６０…ダイオード、６２…コンデンサ、６６…第１コンパレータ、６７…第１電源、６８…第２コンパレータ、６９…第２電源、ＳＷ…スイッチ、Ｄｒ…駆動回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】