特許 7405143 不均衡故障検知回路

(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】

(24)【登録日】2023-12-18

(45)【発行日】2023-12-26

(54)【発明の名称】不均衡故障検知回路

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/00 20060101AFI20231219BHJP

【ＦＩ】

H03K17/00 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021538634

(86)(22)【出願日】2019-08-07

(86)【国際出願番号】 JP2019031221

(87)【国際公開番号】W WO2021024432

(87)【国際公開日】2021-02-11

【審査請求日】2022-01-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100189555

【弁理士】

【氏名又は名称】徳山 英浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091524

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 充夫

(72)【発明者】

【氏名】田内 宏憲

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 勇輝

(72)【発明者】

【氏名】兵頭 貴志

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５１２８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４９８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－７３２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－４２５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ１７／００

Ｈ０３Ｋ１７／０８－１７／０８２

Ｈ０２Ｍ１／０８－１／０９６

Ｇ０１Ｒ３１／０８－３１／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体スイッチ素子をそれぞれ含みかつ並列に接続された複数の電流経路を含むことで、複数の半導体スイッチ素子を備える電子デバイス装置の不均衡故障を検知するための不均衡故障検知回路であって、
直列に接続された複数のコイルであって、前記複数の電流経路をそれぞれ囲むように配置された複数のコイルを有し、前記複数の電流経路を流れる電流による前記複数のコイルの誘起電圧の和であるコイル和電圧を出力する検出部と、
前記検出部からのコイル和電圧が所定値の範囲を超えた場合に、前記電子デバイス装置の不均衡故障を検知する制御部とを備え、
前記複数のコイルは、前記コイル和電圧が０となるような巻数及び巻回方向を有し、
前記所定値の範囲は、正のしきい値電圧と、負のしきい値電圧との間の範囲であり、
前記不均衡故障は、前記複数の半導体スイッチ素子のうちのすべての半導体スイッチ素子に係る短絡故障および開放故障を除く、前記複数の半導体スイッチ素子のうちの少なくとも１つの半導体スイッチ素子に係る短絡故障または開放故障により発生し、
前記不均衡故障は、前記電子デバイス装置の複数の電流経路の組において、正常な所定の電流比から逸脱した比の電流が流れる故障であって、
前記複数の半導体スイッチ素子が、第１の電流が流れる第1の半導体スイッチ素子と、第２の電流が流れる第２の半導体スイッチ素子とを含む場合において、
（１）前記第1の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のうちのいずれか一方の抵抗値が他方と異なる値となり、前記第１の電流と前記第２の電流が互いに等しくなくなる第１の不均衡故障と、
（２）前記第1の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のうちのいずれか一方に短絡故障が発生し、前記第１の電流と前記第２の電流のうち、短絡故障している半導体スイッチ素子の電流経路に流れる電流が増加する第２の不均衡故障と、
（３）前記第1の半導体スイッチ素子と前記第２の半導体スイッチ素子のうちのいずれか一方に開放故障が発生し、前記第１の電流と前記第２の電流のうち、開放故障していない半導体スイッチ素子の電流経路に流れる電流が急激に増加する第３の不均衡故障とを含む、
不均衡故障検知回路。

【請求項2】

前記複数のコイルの巻数は、前記各電流経路に流れる電流をＩ_ｉとし、前記各電流経路に対応する各コイルの巻数をｎ_ｉとし、前記複数のコイルのうちの１つのコイルの巻回方向を基準巻回方向とし、前記基準巻回方向と同じ巻回方向を有するコイルの巻数を正値の巻数で表し、前記基準巻回方向と逆の巻回方向を有するコイルの巻数を負値の巻数で表したとき、次式を満たすように設定される

【数1】

請求項１に記載の不均衡故障検知回路。

【請求項3】

前記電子デバイス装置は電源により電力供給され、
前記制御部は、前記不均衡故障を検出した場合に、前記電力供給を停止させる、
請求項１又は２に記載の不均衡故障検知回路。

【請求項4】

前記複数の半導体スイッチ素子を、同一の駆動信号により制御することで、電流の導通と非導通を選択的に切り替える駆動信号発生器をさらに備える、
請求項１～３のいずれか１つに記載の不均衡故障検知回路。

【請求項5】

並列に接続されかつ、半導体スイッチ素子をそれぞれ含む複数の電流経路と、
請求項１～４のいずれか１つに記載の不均衡故障検知回路とを備える
電子デバイス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、例えば半導体スイッチ素子である電子デバイスを含む電子デバイス装置の不均衡故障を検知する不均衡故障検知回路および，前記不均衡故障検知回路を備えた電子デバイス装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、並列接続した複数の半導体スイッチ素子を共通の駆動回路からの動作信号で同時に動作させる構成の装置で、いずれかの半導体スイッチ素子に過電流を生じたことを、簡単な回路で確実に検出できるようにすることを課題とする。

【0003】

特許文献１では、複数の（例えば２つの）ＩＧＢＴを並列にしてこれらに共通の駆動信号をゲート駆動回路が与える際に、ゲート駆動回路と各ＩＧＢＴとの間の各配線にゲート電流検出器を挿入する。いずれかのＩＧＢＴに過電流が流れるとゲート電流検出器の間で検出電流の極性が異なることを極性検出器及び排他的論理和素子で検出して、アーム短絡電流発生を検知する。または、２つのゲート電流検出器の間での検出電流のいずれかが所定値を超えたことを過電流検出器及び論理和素子で検出する回路を付加し、この論理和素子の出力と排他的論理和素子の出力との論理積を論理積素子で演算し、アーム短絡電流の発生を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１０－０４２５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の回路は、部品点数が多く、小型化が難しい。

【0006】

本開示は、従来技術に比較して少ない部品点数で電子デバイスの不均衡故障を検出可能な、電子デバイス装置の不均衡故障検知回路を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る不均衡故障検知回路は、電子デバイスをそれぞれ含みかつ並列に接続された複数の電流経路を含む電子デバイス装置の不均衡故障を検知するための不均衡故障検知回路であって、複数の電流経路をそれぞれ囲むように配置されかつ直列に接続された複数のコイルを有し、複数の電流経路を流れる電流による複数のコイルの誘起電圧の和であるコイル和電圧を出力する検出部と、検出部からのコイル和電圧が所定値の範囲を超えた場合に、電子デバイス装置の不均衡故障を検知する制御部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示の不均衡故障検知回路によれば、従来技術に比較して少ない部品点数で不均衡故障を検知することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る故障検知システム１０の構成例を示すブロック図である。

【図2】図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形の例を示すタイミングチャートである。

【図3】図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形の別の例を示すタイミングチャートである。

【図4】図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形のまた別の例を示すタイミングチャートである。

【図5】図１の故障検知システム１０のプリント回路基板５００上での実装例を示す上面図である。

【図6】図５のプリント回路基板５００を破線ＶＩ－ＶＩ’で切断した断面図である。

【図7】図５のプリント回路基板５００を破線ＶＩＩ－ＶＩＩ’で切断した断面図である。

【図8】実施の形態２に係る故障検知システム１０Ａの構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に係る実施の形態を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する各実施の形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、添付の図面において、同一又は類似の構成には同一の符号を付している。

【0011】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る故障検知システム１０の構成例を示すブロック図である。図１において、故障検知システム１０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をそれぞれ挿入された２つの電流経路を含む電子デバイス装置のための故障検知システム１０であり、直流電流源２０と、駆動信号発振器３０と、並列に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、故障検知回路１００とを含む。故障検知回路１００は、直列に接続された２つのコイル１１１，１１２を有する検出部１１０と、制御部１２０とを備える。

【0012】

図１において、直流電流源２０は直流の入力電流Ｉｉｎを出力して電力を供給する電源である。駆動信号発振器３０は、同一の駆動信号Ｓｄｒｖによりスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンオフ制御する。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子であり、いずれもスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖにより制御されて導通の状態を切り替える。すなわち、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を含む電流経路をそれぞれ流れる電流Ｉ１，Ｉ２は、駆動信号Ｓｄｒｖがローレベルのときに０になり、駆動信号Ｓｄｒｖがハイレベルのときに最も大きくなる。

【0013】

検出部１１０のコイル１１１，１１２は、２本の電流経路の近傍の各々を囲んで配置され、電流Ｉ１，Ｉ２により誘起電圧を生じる。制御部１２０は、コイル１１１，１１２の誘起電圧の和であるコイル和電圧Ｖｃを検出し、その値が所定のしきい値Ｖｔｈよりも大きいか、－Ｖｔｈよりも小さいときに、電子デバイス装置において不均衡故障が生じていることを検知する。ここで、不均衡故障とは、電子デバイス装置の複数の電流経路の組において、正常な所定の電流比から逸脱した比の電流が流れる故障をいい、以下の３つを含む。
（１）スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれか一方の抵抗値が他方と異なる値となり、電流Ｉ１，Ｉ２が互いに等しくなくなる第１の不均衡故障。
（２）スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれか一方に短絡故障が発生し、電流Ｉ１，Ｉ２のうち、短絡故障しているスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電流経路に流れる電流Ｉ１，Ｉ２が増加する第２の不均衡故障。
（３）スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のうちのいずれか一方に開放故障が発生し、電流Ｉ１，Ｉ２のうち、開放故障していないスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の電流経路に流れる電流Ｉ１，Ｉ２が急激に増加する第３の不均衡故障。

【0014】

制御部１２０は不均衡故障を検知すると、直流電流源２０および駆動信号発振器３０に停止信号Ｓｃ２０，Ｓｃ３０を出力し、直流電流源２０および駆動信号発振器３０の動作を停止させる。

【0015】

以上のように構成された故障検知システム１０の動作について以下説明する。

【0016】

図１の故障検知システム１０において、コイル１１１，１１２は、巻数が同じで、かつ巻回方向が互いに逆であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を流れる電流の電流経路の近傍にそれぞれ配置される。

【0017】

電流Ｉ１，Ｉ２によりコイル１１１，１１２に発生する誘起電圧は、コイル１１１，１１２の巻線の内側を通過する磁束の変化の傾きに比例し、電流Ｉ１，Ｉ２により生じる磁束は、電流Ｉ１，Ｉ２比例する。従って、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が正常に動作しているとき、電流Ｉ１，Ｉ２の値は常に等しいため、コイル１１１，１１２における誘起電圧は、大きさが等しく、向きが逆の電圧となる。よって、２つの誘起電圧は互いに打ち消し合い、コイル和電圧Ｖｃの値は０となる。

【0018】

図２は、図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形の例を示すタイミングチャートである。図２において、時刻ｔ１０～ｔ２９は、故障検知システム１０のスイッチング動作の時刻を示す。時刻ｔ１０～ｔ２０の時間期間は電流Ｉ１，Ｉ２が等しい定常動作の期間Ｔ１であり、時刻ｔ２０～ｔ２９の時間期間は電流Ｉ１，Ｉ２が等しくない定常動作の期間Ｔ２であり、時刻ｔ２９以降は上記「第１の不均衡故障」が検知され、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作が停止された停止の期間Ｔ３である。

【0019】

図２において、時刻ｔ１０～ｔ１１では、駆動信号発振器３０からのスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖが立ち上がり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に電流Ｉ１，Ｉ２が流れ始める。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は同一のスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖにより制御されており、電流Ｉ１，Ｉ２は同じ傾きで増加するため、コイル１１１，１１２により生じる誘起電圧は互いに打ち消しあい、コイル和電圧Ｖｃの値は０となる。時刻ｔ１１では、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖはハイレベルとなり、電流Ｉ１，Ｉ２の増加が止まる。

【0020】

時刻ｔ１１～ｔ１２では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２は変化しないため、コイル１１１，１１２に誘起電圧は生じず、コイル和電圧Ｖｃの値は０である。時刻ｔ１２～ｔ１３では、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖが立ち下がり、電流Ｉ１，Ｉ２が減少する。コイル１１１，１１２には時刻ｔ１０～ｔ１１とは逆の向きに誘起電圧が生じるが、これらの誘起電圧は互いに打ち消し合い、コイル和電圧Ｖｃの値は０となる。時刻ｔ１３～ｔ１４ではスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖはローレベルであり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は絶縁状態のため電流Ｉ１，Ｉ２は０となり、コイル和電圧Ｖｃは０となる。時刻ｔ１４～ｔ１７は時刻ｔ１０～ｔ１３の繰り返しである。このように、期間Ｔ１においてコイル和電圧Ｖｃは常にゼロレベルである。

【0021】

時刻ｔ２０では、時刻ｔ１０～ｔ１３と同様の制御が開始されるが、上記「第１の不均衡故障」が発生し、電流Ｉ２より電流Ｉ１のほうが大きくなる。この電流Ｉ１，Ｉ２の間の差により、時刻ｔ２０～ｔ２１における電流Ｉ１，Ｉ２の変化の傾きにも差が生じ、電流Ｉ２の傾きより電流Ｉ１の傾きのほうが大きくなる。従って、コイル１１１に生じる誘起電圧は、コイル１１２の誘起電圧よりも大きくなり、コイル和電圧Ｖｃは正の値となる。しかし、電流Ｉ１，Ｉ２の傾きの差は、コイル和電圧Ｖｃがしきい値Ｖｔｈを超えるほど大きくはないため、制御部１２０は不均衡故障を検知しない。

【0022】

時刻ｔ２１～ｔ２２では、電流Ｉ１，Ｉ２の値は一定のままであり、時刻ｔ１１～ｔ１２と同様に、コイル和電圧Ｖｃの値が０である。時刻ｔ２２～ｔ２３では、時刻ｔ１２～ｔ１３と同様に電流Ｉ１，Ｉ２が減少し、コイル１１１，１１２に誘起電圧が発生する。コイル１１１の誘起電圧はコイル１１２の誘起電圧よりも大きいため、コイル和電圧Ｖｃは（時刻ｔ２０～ｔ２１のときと逆に）負の値となる。しかし、この値も、しきい値電圧－Ｖｔｈを下回ることはなく、制御部１２０は不均衡故障を検知しない。時刻ｔ２４～ｔ２７は時刻ｔ２０～ｔ２３の繰り返しである。このように、期間Ｔ２では「第１の不均衡故障」が発生し、これによりコイル和電圧Ｖｃは、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖの立ち上がり及び立ち下がりのタイミングで非ゼロレベルとなる。しかしながら、コイル和電圧Ｖｃの値は常に式－Ｖｔｈ＜Ｖｃ＜Ｖｔｈを満たし、制御部１２０は第１の不均衡故障を検知しない。

【0023】

時刻ｔ２８では、上記「第１の不均衡故障」の程度が悪化し、電流Ｉ１，Ｉ２の変化の傾きの差は、時刻ｔ２０における値よりも大きくなる。時刻ｔ２８～ｔ２９では、コイル和電圧Ｖｃが時刻ｔ２０～ｔ２１における値よりも大きくなり、時刻ｔ２９ではしきい値Ｖｔｈを超える。制御部１２０はコイル和電圧Ｖｃがしきい値Ｖｔｈを超えたことに応答して「第１の不均衡故障」を検知し、駆動信号発振器３０に停止信号Ｓｃ３０を送信する。時刻ｔ３０では、駆動信号発振器３０が停止信号Ｓｃ３０に応答してスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖの出力を停止することで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はオフされ、故障検知システム１０の動作は停止する。このように、期間Ｔ３では「第１の不均衡故障」の程度が悪化し、コイル和電圧Ｖｃが－Ｖｔｈよりも小さいか、又はＶｔｈよりも大きくなる。制御部１２０はそれに応答して、駆動信号発生部においてスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖの出力を停止させる。

【0024】

このように、故障検知システム１０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の故障により電流Ｉ１，Ｉ２の間に差が生じ、コイル和電圧Ｖｃが電圧値の範囲－Ｖｔｈ～Ｖｔｈを超えたことに応答して不均衡故障を検知し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を停止させる。

【0025】

図３は、図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形の別の例を示すタイミングチャートである。図３の例は、図２の例と比較して、期間Ｔ２における「第１の不均衡故障」の悪化が、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖがオンの間に発生する点で異なる。図３において、時刻ｔ１０～ｔ２７の動作は図２と同様のため説明を省略する。時刻ｔ３１～ｔ３２の動作は、時刻ｔ２０～ｔ２１と同様であり、期間Ｔ２では「第１の不均衡故障」が発生している。

【0026】

図３において、時刻ｔ３３では、「第１の不均衡故障」の程度が悪化し、電流Ｉ１が急激に増加し始めると同時に、既に流れていた電流Ｉ２は減少し始める。従って、コイル１１１には非常に大きな誘起電圧が発生し、一方でコイル１１２には、時刻ｔ１０～ｔ１１とは逆方向の誘起電圧が発生する。電流Ｉ２の方向が期間Ｔ１とは逆のため、２つのコイル１１１，１１２の誘起電圧は互いに同じ方向となっており、打ち消しあうことはない。これにより、時刻ｔ３４において２つのコイル１１１，１１２のコイル和電圧Ｖｃはしきい値Ｖｔｈを超えて、制御部１２０は「第２の不均衡故障」を検知して駆動信号発振器３０を停止させ、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を停止させる（図２の時刻ｔ２９と同様）。これによって、時刻ｔ３５において故障検知システム１０の動作が停止する（図２の時刻ｔ３０と同様）。

【0027】

このように、故障検知システム１０は、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖがハイレベルの間であっても、コイル和電圧Ｖｃが電圧値の範囲－Ｖｔｈ～Ｖｔｈを超えたことに応答して不均衡故障を検知し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に入力されるスイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖを停止させることで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の動作を停止させる。なお、上記「第３の不均衡故障」についても、同様に検知及び停止が可能である。

【0028】

図４は、図１の故障検知システム１０の各部における、信号等の波形のまた別の例を示すタイミングチャートである。図４の例は、図３の例と比較して、スイッチング素子Ｑ１が短絡故障を生じ、スイッチング素子駆動信号Ｓｄｒｖを停止させても短絡状態が維持される点で異なる。図４において、時刻ｔ１０～ｔ３２の動作は図３と同様のため説明を省略する。

【0029】

図４において、時刻ｔ４０では、制御部１２０は、コイル和電圧Ｖｃの値が電圧値の範囲－Ｖｔｈ～Ｖｔｈを超えたことを検知して、停止信号Ｓｃ２０，Ｓｃ３０を直流電流源２０および駆動信号発振器３０に出力する。これによりスイッチング素子Ｑ２は停止するが、スイッチング素子Ｑ１は短絡状態が維持されている。従って、スイッチング素子Ｑ１は、図３の時刻ｔ３４のようには停止されず、電流Ｉ１を通したままである。その後、時刻ｔ４２では、直流電流源２０は停止信号Ｓｃ２０を受けて入力電流Ｉｉｎを０にし、短絡故障のスイッチング素子Ｑ１に流れる電流を停止させる。

【0030】

以上のように、実施の形態１に係る故障検知回路１００は、例えばスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２等の電子デバイスをそれぞれ挿入された複数の電流経路を含む電子デバイス装置のための不均衡故障検知回路であり、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が正常に動作しているときにコイル１１１，１１２誘起電圧の和電圧Ｖｃが実質的に０となるように構成された検出部１１０と、コイル１１１，１１２誘起電圧の和電圧Ｖｃが０から正負に所定幅（しきい値Ｖｔｈ）だけ離れた値までの範囲を超えた場合に、電子デバイス装置の不均衡故障を検知する制御部１２０とを備える。制御部１２０は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の開放故障および短絡故障等による電子デバイス装置の不均衡故障を検知すると、直流電流源２０および駆動信号発振器３０を停止させることで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に流れる電流Ｉ１，Ｉ２を停止させる。検出部１１０は２つのコイル１１１，１１２のみで構成され、制御部１２０が検出する値はコイル和電圧Ｖｃのみであるため、故障検知システム１０は、部品点数が少ない構成で不均衡故障を検知することができる。

【0031】

図５は、図１の故障検知システム１０のプリント回路基板５００上での実装例を示す上面図である。また、図６は、図５のプリント回路基板５００をＶＩ－ＶＩ’を通る平面で切断した断面図であり、図７は、図５のプリント回路基板５００をＶＩＩ－ＶＩＩ’を通る平面で切断した断面図である。図５～図７において、故障検知システム１０の構成は図１の故障検知システム１０と同様だが、図面の簡単のため、直流電流源２０と、駆動信号発振器３０と、一部の配線を省略している。

【0032】

図５のコイル１１１，１１２および制御部１２０を含む回路の配線において、実線はプリント回路基板５００の上面（表面）における導線を示し、点線はプリント回路基板５００の下面（裏面）における導線を示す。また、コイル１１１，１１２に含まれる小円は、プリント回路基板５００を貫通して上下面の両方に導通する導線を示す。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース端子（図５のＳ）には、それぞれ紙面奥向きの電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。

【0033】

プリント回路基板５００の上下面にこのように配線を行うことで、プリント回路基板５００上の導線はらせん形状のコイル１１１，１１２が構成される。互いに逆の向きで直列に接続されたコイル１１１，１１２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のソース端子に流れる電流Ｉ１，Ｉ２によりそれぞれ誘起電圧を生じ、制御部１２０がコイル和電圧Ｖｃを検出する。

【0034】

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る故障検知システム１０Ａの構成例を示すブロック図である。図８において、故障検知システム１０Ａは、図１の故障検知システム１０と比較して以下の点で異なる。
（１）スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されたスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をさらに備える。
（２）故障検知回路１００Ａは、検出部１１０に代えて、コイル１１１，１１２に直列に接続されたコイル１１３，１１４をさらに有する検出部１１０Ａを備える。コイル１１３，１１４は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４を通る電流経路の近傍にそれぞれ配置され、巻数は同じで、巻回方向は互いに逆である。

【0035】

図８において、例えばスイッチング素子Ｑ４にのみ開放故障が発生して電流Ｉ４が０になった場合、他のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ３に流れる電流Ｉ１～Ｉ３は均等に増加する。その結果、コイル１１１～１１３が生じる誘起電圧が増加し、コイル１１４に生じる誘起電圧は減少する。これによりコイル和電圧Ｖｃは、図３の時刻ｔ３０と同様に大きく増加してしきい値Ｖｔｈを超える。制御部１２０は、コイル和電圧がしきい値Ｖｔｈを超えると不均衡故障を検知する。

【0036】

なお、図８の故障検知システム１０Ａが故障を検知する電流経路は、２つまたは４つに限らず、自然数ｎに対して２×ｎ個で表せる任意の数であり得る。そのとき、検出部１１０Ａは、直列に接続され、同じ巻数で、かつ巻回方向が互いに逆の２つのコイルの組をｎ組含む。

【0037】

（他の実施の形態）
実施の形態１および２では、偶数個の電流経路に流れる電流がすべて等しいか否かを判断する故障検知システム１０，１０Ａを開示した。しかしながら、故障検知システムの電流経路は奇数個であってもよいし、定常動作の期間Ｔ１において各電流経路に流れる電流は互いに異なる値であってもよい。例えば、複数Ｎ個のスイッチング素子Ｑ１～ＱＮを備えるＮ個の電流経路に、期間Ｔ１において電流Ｉ_１～Ｉ_Ｎを流す場合を考える。この場合、電流Ｉ_１～Ｉ_Ｎに対してコイル和電圧Ｖｃが０となるような複数Ｎ個のコイル（例えば、図１において１１１，１１２；図８において、１１１～１１４）を、Ｎ個の電流経路の近傍をそれぞれ囲むように配置することで、不均衡故障を検出することができる。具体的には、電流Ｉ１を検出する第１のコイルの巻回方向を基準とし、基準の方向と逆の巻回方向を有するコイルの巻数を負の値として扱ったときに、各電流経路を流れる電流値と当該電流経路を囲むコイルの巻数との積の、全ての電流経路についての合計値が０となるようにすればよい。すなわち、次式が成り立つようにすれば、コイル和電圧Ｖｃが０となる。

【0038】

【数1】

【0039】

ここで、ｎ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は電流Ｉ_ｉを流す第ｉの電流経路を囲んで配置されたコイルの巻数を示し、当該巻数は、上述のように、巻回方向が第１のコイルと逆ならば負の値とする。ただし、複数のコイルの巻数が互いに異なる場合、スイッチング素子Ｑ１～ＱＮのいずれに故障が発生したかによってコイル和電圧Ｖｃの変化量が異なるため、しきい値Ｖｔｈの設定には注意すべきである。

【0040】

さらに、実施の形態１および２では、全てのスイッチング素子が正常に動作している定常動作の期間Ｔ１にコイル和電圧Ｖｃが０となることを前提としている。従って、制御部１２０は、コイル和電圧Ｖｃが電圧値の範囲－Ｖｔｈ～Ｖｔｈを超えた場合に不均衡故障を検知する。しかしながら、例えばスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を個別に制御するとき、またはコイルの巻数ｎ_１～ｎ_４が電流Ｉ_１～Ｉ_４の比の値と反比例していないとき等、期間Ｔ１においてもコイル和電圧Ｖｃが０とならないような設定も可能である。この場合、期間Ｔ１のコイル和電圧Ｖｃの上限値および下限値を測定し、当該上限値から下限値までの範囲が含まれる所定値の範囲を超えた場合に、制御部１２０が不均衡故障を検知するようにすればよい。

【0041】

なお、実施の形態１では、図５のようなプリント回路基板の上下面における表面実装の例を説明した。しかしながら、複数のスイッチング素子及び複数のコイルが製造時に基板内に埋め込まれて、上述の表面実装と同様の動作を行うディスクリート半導体素子（所定の機能のみを達成する半導体素子）による実装も可能である。また、実施の形態１及び２の不均衡故障検知回路は、直流電流源２０を用いる直流回路における不均衡故障を検出の対象とした。しかしながら、本開示の不均衡故障検知回路は、交流回路における電流の不均衡故障も検出可能である。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本開示の不均衡故障検知回路は、並列に接続されかつ電子デバイスをそれぞれ挿入された複数の電流経路を含む電子デバイス装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０，１０Ａ 故障検知システム
２０ 直流電流源
３０ 駆動信号発振器
１００，１００Ａ 故障検知回路
１１０，１１０Ａ 検出部
１１１，１１２，１１３，１１４ コイル
１２０ 制御部
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッチング素子
Ｖｃ コイル和電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】