特許 7552550 スイッチの過電流検出装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(54)【発明の名称】スイッチの過電流検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20240910BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240910BHJP

   H03K 17/082 20060101ALI20240910BHJP

   H03K 17/08 20060101ALN20240910BHJP

【ＦＩ】

H02M1/00 H

H02M7/48 M

H03K17/082

H03K17/08 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021170406

(22)【出願日】2021-10-18

(65)【公開番号】P2023060683

(43)【公開日】2023-04-28

【審査請求日】2023-09-22

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】浅野 敦紀

(72)【発明者】

【氏名】林 慶徳

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０５８０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０５６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２００４１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ １／００

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０３Ｋ １７／０８２

Ｈ０３Ｋ １７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動対象スイッチ（ＳＷＨ，ＳＷＬ）の一対の主端子のうち高電位端子側に第１端が接続された電気経路（Ｌ１，Ｌ２）と、
カソードを前記高電位端子側に向けた状態で前記電気経路に設けられたダイオード（４２）と、
前記電気経路の第２端に接続された過電流検出部（５４～５６）と、
を備え、
前記過電流検出部は、前記駆動対象スイッチに対する指令がオン指令に切り替えられた後、前記駆動対象スイッチの一対の主端子間の電圧を前記電気経路を介して検出し、検出した電圧が過電流閾値（Ｖα）を超えた場合、前記駆動対象スイッチの一対の主端子間に過電流が流れていると判定し、
前記電気経路に設けられ、所定周波数域におけるインピーダンスが、前記所定周波数域以外の周波数域におけるインピーダンスよりも相対的に高い特性を有するダンピング素子（４３Ａ～４３Ｆ）を備え、
前記所定周波数域は、前記駆動対象スイッチの駆動状態の切り替えに伴って発生する前記一対の主端子間の電圧のリンギング周波数域（Ｒｎｇｆ）を含む、スイッチの過電流検出装置。

【請求項2】

前記電気経路のうち前記ダイオードよりも前記過電流検出部側に設けられた抵抗体（４４）、及び前記電気経路のうち前記抵抗体よりも前記過電流検出部側と、前記一対の主端子のうち低電位端子とを接続するコンデンサ（４５）を有するフィルタ回路を備え、
前記過電流検出部は、前記駆動対象スイッチに対する指令がオン指令に切り替えられた後、検出された前記コンデンサの電圧が前記過電流閾値を超えた場合、前記一対の主端子間に過電流が流れていると判定する、請求項１に記載のスイッチの過電流検出装置。

【請求項3】

前記ダンピング素子（４３Ａ，４３Ｃ～４３Ｆ）は、前記電気経路のうち前記ダイオードよりも前記過電流検出部側に設けられている、請求項１又は２に記載のスイッチの過電流検出装置。

【請求項4】

前記電気経路のうち前記ダイオードよりも前記過電流検出部側に設けられた抵抗体（４４）、及び前記電気経路のうち前記抵抗体よりも前記過電流検出部側と、前記一対の主端子のうち低電位端子とを接続するコンデンサ（４５）を有するフィルタ回路を備え、
前記過電流検出部は、前記駆動対象スイッチに対する指令がオン指令に切り替えられた後、検出された前記コンデンサの電圧が前記過電流閾値を超えた場合、前記一対の主端子間に過電流が流れていると判定し、
前記ダンピング素子（４３Ａ）は、前記電気経路のうち、前記ダイオードと前記抵抗体との間に設けられている、請求項１に記載のスイッチの過電流検出装置。

【請求項5】

前記過電流検出部を有するドライブＩＣ（５０）を備え、
前記電気経路のうち、前記高電位端子と前記ドライブＩＣの検出端子（Ｔｄｅｓａｔ）とを接続する経路が第１電気経路（Ｌ１）であり、前記ドライブＩＣにおいて前記検出端子と前記過電流検出部とを接続する経路が第２電気経路（Ｌ２）であり、
前記ダンピング素子、前記抵抗体及び前記ダイオードは、前記第１電気経路に設けられ、
前記コンデンサは、前記第１電気経路と、前記ドライブＩＣの端子であって前記低電位端子と接続されるグランド端子（Ｔｇｎｄ）とを接続し、
前記過電流検出部は、前記グランド端子の電位を基準として、前記コンデンサの電圧を検出する、請求項２又は４に記載のスイッチの過電流検出装置。

【請求項6】

前記ダンピング素子（４３Ｂ）は、前記電気経路のうち前記ダイオードよりも前記高電位端子側に設けられている、請求項１に記載のスイッチの過電流検出装置。

【請求項7】

前記ダンピング素子は、特定周波数（ｆｐ）においてインピーダンスが最大値となり、前記特定周波数に対して低周波側及び高周波側にいくほどインピーダンスが小さくなる特性を有し、
前記特定周波数は、前記リンギング周波数域に含まれている、請求項１～６のいずれか１項に記載のスイッチの過電流検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチの過電流検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の検出装置としては、上，下アームスイッチを備えるインバータ等の電力変換器に適用されるものが知られている。上，下アームスイッチのうち、一方である自アームスイッチと、他方である対向アームスイッチとは、交互にオン状態にされる。検出装置は、オン状態にされている自アームスイッチの一対の主端子間の電圧を検出し、検出した電圧が閾値を超えた場合、自アームスイッチに過電流が流れていると判定する。

【0003】

ところで、自アームスイッチ及び対向アームスイッチの駆動状態の切り替えに伴って、スイッチの主端子間の電圧にリンギングが発生する。リンギングは、スイッチの主端子に接続された配線等の寄生インダクタ成分と、スイッチの寄生容量成分との共振により発生する。リンギングが発生すると、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れていると判定される等、主端子間の電圧に基づく過電流の検出精度が低下する懸念がある。

【0004】

検出精度の低下を抑制するために、特許文献１には、自アームスイッチに対する指令がオン指令からオフ指令に切り替えられたタイミングにおいて、自アームスイッチの一対の主端子間の電圧を検出する故障検出装置が記載されている。故障検出装置は、検出した電圧が閾値を超えた場合、対向アームスイッチに短絡故障が発生していると判定する。自アームスイッチに対する指令がオン指令に切り替えられてから、自アームスイッチがオフ状態に切り替えられるまでにはタイムラグがあるため、上記タイミングにおける検出電圧にはリンギングノイズが重畳していない。このため、特許文献１に記載の故障検出装置によれば、自アームスイッチのオフ状態への切り替えに伴い発生するリンギングが、短絡故障の検出精度に及ぼす影響を抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１３－１１８７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

過電流を迅速に検出するためには、自アームスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられた直後において、検出された主端子間の電圧と閾値との比較が実施されることが要求される。しかしながら、オン状態に切り替えられた直後においては、主端子間の電圧にリンギングノイズが重畳し、過電流の検出精度が低下する懸念がある。このように、過電流を迅速に検出する技術については、未だ改善の余地がある。

【0007】

本発明は、スイッチに過電流が流れていることを迅速に検出できるスイッチの過電流検出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】

【0008】

本発明は、駆動対象スイッチの一対の主端子のうち高電位端子側に第１端が接続された電気経路と、
カソードを前記高電位端子側に向けた状態で前記電気経路に設けられたダイオードと、
前記電気経路の第２端に接続された過電流検出部と、
を備え、
前記過電流検出部は、前記駆動対象スイッチに対する指令がオン指令に切り替えられた後、前記駆動対象スイッチの一対の主端子間の電圧を前記電気経路を介して検出し、検出した電圧が過電流閾値を超えた場合、前記駆動対象スイッチの一対の主端子間に過電流が流れていると判定し、
前記電気経路に設けられ、所定周波数域におけるインピーダンスが、前記所定周波数域以外の周波数域におけるインピーダンスよりも相対的に高い特性を有するダンピング素子を備え、
前記所定周波数域は、前記駆動対象スイッチの駆動状態の切り替えに伴って発生する前記一対の主端子間の電圧のリンギング周波数域を含む。

【0009】

本発明では、電気経路に上記特性を有するダンピング素子が設けられている。このため、駆動対象スイッチのオフ状態への切り替えに伴い主端子間の電圧のリンギングが発生したとしても、電気経路を介して検出された電圧にリンギングノイズが重畳することを抑制できる。これにより、駆動対象スイッチがオン状態に切り替えられた後、リンギングが収束するのを待つことなく、検出電圧が過電流閾値を超えたか否かを把握できる。したがって、本発明によれば、過電流の検出精度の低下を抑制しつつ、過電流を迅速に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る制御システムの全体構成図。

【図2】ドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図3】過電流が流れない場合における駆動信号及び判定電圧等の推移を示すタイムチャート。

【図4】過電流が流れる場合における駆動信号及び判定電圧等の推移を示すタイムチャート。

【図5】過電流検出処理の手順を示すフローチャート。

【図6】リンギングノイズが重畳したドレイン及びソース間電圧等の推移を示すタイムチャート。

【図7】ダンピング素子のインピーダンスの周波数特性を示す図。

【図8】ＲＣフィルタ回路のゲインの周波数特性を示す図。

【図9】第１実施形態の変形例に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図10】第２実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図11】第３実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図12】第４実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図13】第５実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図14】第６実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【図15】第７実施形態に係るドライブＩＣ及びその周辺回路を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る過電流検出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。本実施形態の過電流検出装置が備えられる制御システムは、移動体、ロボット（例えば産業用ロボット）、発電機又はエレベータ等に適用することができる。移動体は、例えば、自動車、航空機、船舶又は鉄道車両である。

【0012】

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、直流電源２１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。回転電機１０は、例えば同期機である。なお、制御システムが自動車に適用される場合、回転電機１０は、自動車の駆動輪に一体に設けられるインホイールモータ、又は自動車の車体に備えられるオンボードモータであってもよいし、インバータ２０及び図示しない変速機と一体化されていてもよい。

【0013】

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。直流電源２１は、例えば２次電池である。直流電源２１の定格電圧は１００Ｖ以上である。インバータ２０は、平滑コンデンサ２２を備えている。なお、平滑コンデンサ２２は、インバータ２０の外部に設けられていてもよい。

【0014】

インバータ２０は、３相分の上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬを備えている。本実施形態において、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、具体的にはＳｉＣのＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。このため、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬにおいて、高電位端子はドレインであり、低電位端子はソースである。各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬは、ボディダイオードを有している。

【0015】

なお、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬは、例えばＩＧＢＴであってもよい。この場合、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬにおいて、高電位端子がコレクタであり、低電位端子がエミッタである。

【0016】

各相において、上アームスイッチＳＷＨのドレインには、平滑コンデンサ２２の第１端が接続されている。各相において、上アームスイッチＳＷＨのソースには、下アームスイッチＳＷＬのドレインが接続されている。各相において、下アームスイッチＳＷＬのソースには、平滑コンデンサ２２の第２端が接続されている。各相において、上アームスイッチＳＷＨのソースと、下アームスイッチＳＷＬのドレインとには、回転電機１０の巻線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。

【0017】

制御システムは、制御基板２５、マイコン３０、及びドライブＩＣ５０を備えている。本実施形態において、ドライブＩＣ５０は、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬに対応して個別に設けられている。

【0018】

マイコン３０は、回転電機１０の制御量を指令値に制御すべく、インバータ２０の各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング制御を行う。制御量は、例えばトルクである。マイコン３０は、各相において、上アームスイッチＳＷＨと、下アームスイッチＳＷＬとを交互にオン状態にすべく、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬに対応する駆動信号ＧＨ，ＧＬを生成する。

【0019】

マイコン３０は、低圧領域に設けられている。一方、回転電機１０、各スイッチＳＷＨ，ＳＷＬ、各ドライブＩＣ５０、直流電源２１及び平滑コンデンサ２２は、高圧領域に設けられている。

【0020】

続いて、図２を用いて、ドライブＩＣ５０及びその周辺回路について説明する。なお、各スイッチに対応するドライブＩＣは、基本的には同じ構成である。このため、下アームスイッチＳＷＬに対応するドライブＩＣ５０を例にして説明する。

【0021】

ドライブＩＣ５０の電源端子Ｔоｍには、電源４０が接続されている。電源４０は、出力電圧がＶｏｍの定電圧電源である。電源４０の出力電圧Ｖｏｍは、直流電源２１の出力電圧よりも低い。

【0022】

ドライブＩＣ５０は、充電スイッチＳＣ及び放電スイッチＳＤを備えている。本実施形態において、充電スイッチＳＣはＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、放電スイッチＳＤはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。充電スイッチＳＣのソースには、電源端子Ｔоｍが接続され、充電スイッチＳＣのドレインには、ドライブＩＣ５０の出力端子Ｔｏｕｔが接続されている。

【0023】

制御基板２５には、ゲート抵抗体４１Ａが設けられている。ゲート抵抗体４１Ａの第１端には、出力端子Ｔｏｕｔが接続され、ゲート抵抗体４１Ａの第２端には、下アームスイッチＳＷＬのゲートが接続されている。下アームスイッチＳＷＬのゲートには、ドライブＩＣ５０のグランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。出力端子Ｔｏｕｔには、放電スイッチＳＤのドレインが接続され、放電スイッチＳＤのソースには、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。

【0024】

制御基板２５には、ソフト遮断抵抗体４１Ｂが設けられている。ソフト遮断抵抗体４１Ｂの第１端には、下アームスイッチＳＷＬのゲートが接続されている。ソフト遮断抵抗体４１Ｂの第２端には、ドライブＩＣ５０の保護用端子Ｔｓｓが接続されている。ソフト遮断抵抗体４１Ｂの抵抗値は、ゲート抵抗体４１Ａの抵抗値よりも大きい。

【0025】

ドライブＩＣ５０は、ソフト遮断スイッチＳＳを備えている。本実施形態において、ソフト遮断スイッチＳＳはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。ソフト遮断スイッチＳＳのドレインには、保護用端子Ｔｓｓが接続され、ソフト遮断スイッチＳＳのソースには、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。

【0026】

制御基板２５には、第１電気経路Ｌ１が設けられている。第１電気経路Ｌ１の第１端には、下アームスイッチＳＷＬのドレイン側が接続されている。第１電気経路Ｌ１の第２端には、ドライブＩＣ５０の検出端子Ｔｄｅｓａｔが接続されている。

【0027】

制御基板２５には、ダイオード４２、ダンピング素子４３Ａ、フィルタ抵抗体４４及びコンデンサ４５が設けられている。ダイオード４２は、カソードを下アームスイッチＳＷＬのドレイン側に向けた状態で、第１電気経路Ｌ１に設けられている。第１電気経路Ｌ１において、ダイオード４２よりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側には、ダンピング素子４３Ａが設けられ、ダンピング素子４３Ａよりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側には、フィルタ抵抗体４４が設けられている。第１電気経路Ｌ１のうちフィルタ抵抗体４４よりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側には、コンデンサ４５の第１端が接続されている。コンデンサ４５の第２端には、グランド端子Ｔｇｎｄと、下アームスイッチＳＷＬのソースとが接続されている。本実施形態において、ダンピング素子４３は、受動素子であるインダクタ素子であり、具体的にはフェライトビーズである。

【0028】

制御基板２５には、保護用ダイオード４６と、保護用ツェナーダイオード４７とが設けられている。保護用ダイオード４６及び保護用ツェナーダイオード４７のカソードには、第１電気経路Ｌ１のうちコンデンサ４５との接続点よりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側が接続されている。保護用ダイオード４６及び保護用ツェナーダイオード４７のアノードには、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。保護用ダイオード４６は、検出端子Ｔｄｅｓａｔに対するグランド端子Ｔｇｎｄの電位が過度に高くなることを防止するために設けられている。保護用ツェナーダイオード４７は、グランド端子Ｔｇｎｄに対して検出端子Ｔｄｅｓａｔの電位が過度に高くなることを防止するために設けられている。

【0029】

ドライブＩＣ５０は、定電流電源５１、規制ダイオード５２、リセットスイッチ５３、コンパレータ５４、基準電源５５及び第２電気経路Ｌ２を備えている。本実施形態において、リセットスイッチ５３はＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。

【0030】

第２電気経路Ｌ２は、検出端子Ｔｄｅｓａｔとコンパレータ５４の非反転入力端子とを接続する。定電流電源５１は、電源端子Ｔоｍに接続され、電源４０から給電されて定電流を出力する。第２電気経路Ｌ２には、規制ダイオード５２のアノードが接続され、規制ダイオード５２のカソードには、リセットスイッチ５３のソースが接続されている。リセットスイッチ５３のドレインには、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。

【0031】

コンパレータ５４の非反転入力端子には、第２電気経路Ｌ２を介して、コンデンサ４５の端子間電圧である判定電圧Ｖｄｅａｓｔが入力される。コンパレータ５４の反転入力端子には、基準電源５５の正極端子が接続されている。基準電源５５の負極端子には、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。コンパレータ５４の反転入力端子には、基準電源５５の出力電圧である過電流閾値Ｖαが入力される。つまり、コンパレータ５４は、グランド端子Ｔｇｎｄの電位を基準電位（０Ｖ）として、コンデンサ４５の端子間電圧を検出し、検出電圧と過電流閾値Ｖαとを比較する。コンパレータ５４の出力信号Ｓｉｇは、ドライブＩＣ５０が備える駆動制御部５６に入力される。

【0032】

駆動制御部５６には、電源端子Ｔоｍ及びグランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。駆動制御部５６は、ドライブＩＣ５０の信号端子Ｔｓｇを介して、マイコン３０から出力された駆動信号ＧＬを取得する。駆動制御部５６は、取得した駆動信号ＧＬがオン指令であると判定した場合、充電処理により、下アームスイッチＳＷＬをオン状態に切り替える。充電処理は、充電スイッチＳＣをオン状態にして、かつ、放電スイッチＳＤをオフ状態にする処理である。充電処理によれば、下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧がスレッショルド電圧Ｖｔｈ以上となり、下アームスイッチＳＷＬがオン状態に切り替えられる。

【0033】

駆動制御部５６は、駆動信号ＧＬがオフ指令であると判定した場合、放電処理により、下アームスイッチＳＷＬをオフ状態に切り替える。放電処理は、充電スイッチＳＣをオフ状態にして、かつ、放電スイッチＳＤをオン状態にする処理である。放電処理によれば、下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧がスレッショルド電圧Ｖｔｈ未満となり、下アームスイッチＳＷＬがオフ状態に切り替えられる。

【0034】

なお、駆動制御部５６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】

駆動制御部５６は、充電処理を行う場合において過電流検出処理を行う。本実施形態において、駆動制御部５６、コンパレータ５４及び基準電源５５が「過電流検出部」に相当する。以下、下アームスイッチＳＷＬを例にして、図３及び図４を用いて、この処理について説明する。

【0036】

図３は、下アームスイッチＳＷＬに過電流が流れない場合を示す。図３（ａ）は駆動制御部５６に入力される駆動信号ＧＬの推移を示し、図３（ｂ）は下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧Ｖｇｓの推移を示し、図３（ｃ）は下アームスイッチＳＷＬのドレイン電流Ｉｄｓの推移を示す。図３（ｄ）は判定電圧Ｖｄｅａｓｔの推移を示し、図３（ｅ）は下アームスイッチＳＷＬのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓの推移を示す。

【0037】

駆動制御部５６は、時刻ｔ１においてオン指令に切り替えられたと判定し、充電処理を開始する。これにより、ゲート電圧Ｖｇｓが上昇し始める。その後、駆動制御部５６は、時刻ｔ１からフィルタ時間ｔｆ経過した時刻ｔ２において、リセットスイッチ５３をオフ状態に維持しつつ、定電流電源５１からの定電流の出力を開始させる。これにより、定電流電源５１からコンデンサ４５へと電流が供給され始める。その結果、判定電圧Ｖｄｅａｓｔが０から上昇し始める。図３に示す例では、過電流が流れないことから、判定電圧Ｖｄｅａｓｔは過電流閾値Ｖαまで上昇しない。なお、図３に示す例では、フィルタ時間ｔｆの終了タイミングは、ゲート電圧Ｖｇｓがミラー電圧Ｖｍｉｌにされる期間の途中に設定されている。

【0038】

図４は、下アームスイッチＳＷＬに過電流が流れる場合を示す。詳しくは、対向アームスイッチとしての上アームスイッチＳＷＨに短絡故障が発生している場合において、自アームスイッチとしての下アームスイッチＳＷＬがオン状態に切り替えられ、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬに短絡電流が流れる場合を示す。なお、図４（ａ）～（ｅ）は、先の図３（ａ）～（ｅ）に対応している。

【0039】

駆動制御部５６は、時刻ｔ１においてオン指令に切り替えられたと判定し、充電処理を開始する。これにより、ゲート電圧Ｖｇｓが上昇し始める。その後、駆動制御部５６は、時刻ｔ１からフィルタ時間ｔｆ経過した時刻ｔ２において、リセットスイッチ５３をオフ状態に維持しつつ、定電流電源５１からの定電流の出力を開始させる。これにより、判定電圧Ｖｄｅａｓｔが０から上昇し始める。

【0040】

図４に示す例では、過電流（短絡電流）が流れることから、判定電圧Ｖｄｅａｓｔは、その後時刻ｔ３において過電流閾値Ｖαに到達する。その結果、コンパレータ５４の出力信号Ｓｉｇの論理がＨに切り替えられ、駆動制御部５６は、過電流が流れていると判定し、ソフト遮断処理を行う。なお、短絡電流は、下アームスイッチＳＷＬがオン状態にされている期間の途中に上アームスイッチＳＷＨに短絡故障が発生した場合にも流れる。

【0041】

図５に、駆動制御部５６により実行される過電流検出処理の手順を示す。

【0042】

ステップＳ１０では、駆動信号ＧＬがオフ指令からオン指令に切り替わったか否かを判定する。

【0043】

ステップＳ１０において肯定判定した場合には、ステップＳ１１に進み、充電スイッチＳＣをオン状態にし、放電スイッチＳＤをオフ状態にする充電処理を行う。また、ソフト遮断スイッチＳＳをオフ状態にする。

【0044】

ステップＳ１２では、ステップＳ１０において肯定判定してからフィルタ時間ｔｆが経過したと判定するまで待機する。

【0045】

ステップＳ１２において肯定判定した場合には、ステップＳ１３に進み、リセットスイッチ５３をオフ状態にし、定電流電源５１からの定電流の出力を開始させる。これにより、定電流電源５１からコンデンサ４５に電流が供給され始める。

【0046】

ステップＳ１４では、コンパレータ５４の出力信号Ｓｉｇの論理がＬであるか否かを判定する。ステップＳ１４において論理がＬであると判定した場合には、ステップＳ１５に進み、駆動信号ＧＬがオン指令からオフ指令に切り替えられたか否かを判定する。ステップＳ１５においてオン指令がなされていると判定した場合には、ステップＳ１４に移行する。

【0047】

一方、ステップＳ１５においてオフ指令に切り替えられたと判定した場合、又はステップＳ１０において否定判定した場合には、ステップＳ１６に進み、充電スイッチＳＣをオフ状態にし、放電スイッチＳＤをオン状態にする放電処理を行う。また、定電流電源５１からの定電流の出力を停止させる。なお、駆動信号ＧＬがオフ指令とされている期間に、リセットスイッチ５３を一時的にオン駆動し、判定電圧Ｖｄｅａｓｔを０にリセットする。

【0048】

ステップＳ１４においてコンパレータ５４の出力信号Ｓｉｇの論理がＨであると判定した場合には、過電流が流れていると判定し、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、充電スイッチＳＣ及び放電スイッチＳＤをオフ状態にし、ソフト遮断スイッチＳＳをオン状態にするソフト遮断処理を行う。これにより、下アームスイッチＳＷＬのターンオフに伴って発生するサージ電圧を抑制しつつ、下アームスイッチＳＷＬをオフ状態に切り替える。

【0049】

続くステップＳ１８では、マイコン３０に出力するフェール信号ＦＬの論理を切り替える。例えば、ＬからＨに切り替える。フェール信号ＦＬの論理が切り替えられることにより、マイコン３０は、下アームスイッチＳＷＬに過電流が流れていることを把握できる。

【0050】

ところで、図３（ｅ），図４（ｅ）での図示は省略したが、実際には、図６（ｅ）に示すように、下アームスイッチＳＷＬのオン状態への切り替えに伴い、ドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓのリンギングが発生する。図６（ａ）～（ｅ）は、先の図３（ａ）～（ｅ）に対応している。リンギングは、図２に示すように、下アームスイッチＳＷＬのソース，ドレインに接続された配線等の寄生インダクタ成分Ｌ、及び下アームスイッチＳＷＬの寄生容量成分Ｃの共振により発生する。なお、リンギング周波数ｆｒは、例えば下式（ｅｑ１）で表される。

【0051】

【数1】

ダンピング素子４３Ａが設けられていない比較例では、リンギングが発生すると、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ２以降において判定電圧Ｖｄｅａｓｔが過電流閾値Ｖαを超えてしまう。その結果、過電流が流れていないにもかかわらず、過電流が流れていると誤判定されてしまう。

【0052】

また、リンギングが発生すると、リンギングノイズがグランド端子Ｔｇｎｄ側にも伝播し、グランド端子Ｔｇｎｄの電位が変動する。その結果、比較例では、過電流閾値Ｖαの値が適正な値から大きくずれ、過電流の検出精度が低下する懸念もある。

【0053】

こうした事態の発生を防止すべく、本実施形態では、ダンピング素子４３Ａが設けられている。ダンピング素子４３Ａは、図７に示すように、特定周波数ｆｐにおいてインピーダンスＺが最大値Ｚｍａｘ（例えば１１００Ω）となり、特定周波数ｆｐから離れるほどインピーダンスＺが小さくなる特性を有している。図７に示す例では、下アームスイッチＳＷＬの駆動状態の切り替えに伴って発生するドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓのリンギング周波数域Ｒｎｇｆの中間値が上記特定周波数ｆｐになっている。リンギング周波数域Ｒｎｇｆは、ドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓに重畳するリンギングノイズが取り得る周波数の範囲であり、例えば実験又は計算により定めることができる。

【0054】

ちなみに、ダンピング素子４３Ａの特性及び上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのスイッチング周波数ｆｓｗは、例えば以下のように定められればよい。インピーダンスの最大値Ｚｍａｘの１／１００となるインピーダンスに対応する周波数を基準周波数ｆｓｔとする。スイッチング周波数ｆｓｗを基準周波数ｆｓｔ以下の周波数にする。この場合、スイッチング周波数ｆｓｗにおけるダンピング素子４３ＡのインピーダンスＺを０に近い値にできる。スイッチング周波数ｆｓｗは、例えば、５ｋＨｚ～２５ｋＨｚの範囲内の値にすることができる。スイッチング速度の高速化を図るために、スイッチング周波数ｆｓｗは、例えば、１８ｋＨｚ～２５ｋＨｚの範囲内の値にすることができる。なお、スイッチング周波数ｆｓｗは、スイッチング周期Ｔｓｗの逆数である。スイッチング周期Ｔｓｗは、例えば下アームを例に説明すると、駆動信号ＧＬがオン指令に切り替えられてから、駆動信号ＧＬが再度オン指令に切り替えられるまでの期間である。

【0055】

ダンピング素子４３Ａが設けられることにより、図６（ｅ）に示すようにリンギングが発生した場合であっても、図３（ｄ），図４（ｄ）に示すように、判定電圧Ｖｄｅａｓｔにリンギングノイズが重畳することを好適に防止できる。その結果、過電流の検出精度の低下を抑制しつつ、過電流を迅速に検出することができる。特に、スイッチング周波数ｆｓｗが高くされる場合においては、過電流を迅速に検出できるメリットが大きい。また、迅速に過電流を検出してソフト遮断処理が行われることにより、上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬの定格電流，電流容量を小さくでき、パワー素子としての上，下アームスイッチＳＷＨ，ＳＷＬのチップサイズを小さくできる。その結果、制御システムのコストを削減することができる。

【0056】

ちなみに、ＲＣフィルタ回路を構成するフィルタ抵抗体４４の抵抗値や、コンデンサ４５の静電容量を大きくすることにより、リンギングを減衰させることはできる。図８に、ＲＣフィルタ回路の周波数特性を示す。しかし、抵抗値を大きくすると、実際のドレイン及びソース間電圧と検出電圧との差が大きくなり、静電容量を大きくすると、コンデンサ４５の電圧上昇速度が低くなる。その結果、過電流の検出が遅れてしまう。つまり、リンギングを低減させるために、ＲＣフィルタ回路の時定数を最適設計するのが困難である。このため、本実施形態のように、リンギングを低減させるためにダンピング素子４３Ａが必要となる。

【0057】

ダンピング素子４３Ａが、第１電気経路Ｌ１のうちダイオード４２よりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側に設けられている。これにより、ダンピング素子４３Ａとして低耐圧の素子を用いることができる。

【0058】

ダンピング素子４３Ａが、第１電気経路Ｌ１のうち、ダイオード４２とフィルタ抵抗体４４との間に設けられている。これにより、第１電気経路Ｌ１のうち下アームスイッチＳＷＬのドレイン側でリンギングノイズを低減できるため、ノイズ低減効果を大きくできる。例えば、コンデンサ４５経由でグランド端子Ｔｇｎｄへとリンギングノイズが伝播することを抑制でき、グランド端子Ｔｇｎｄの電位の変動を好適に抑制できる。

【0059】

＜第１実施形態の変形例＞
図９に示すように、フィルタ抵抗体４４及びコンデンサ４５を有するＲＣフィルタ回路が設けられていなくてもよい。この場合であっても、例えば、保護用ダイオード４６，保護用ツェナーダイオード４７の寄生容量成分がコンデンサの役割を果たし、ＤＥＳＡＴ方式の過電流検出を行うことができる。なお、図９において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0060】

＜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、図１０に示すように、第１電気経路Ｌ１のうち、ダイオード４２よりも下アームスイッチＳＷＬのドレイン側にダンピング素子４３Ｂが設けられている。なお、図１０において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0061】

以上説明した本実施形態によれば、リンギングノイズがダイオード４２に印加されることを抑制できる。このため、ダイオード４２として低耐圧の素子を用いることができる。

【0062】

＜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１１に示すように、第１電気経路Ｌ１のうち、コンデンサ４５との接続点と、保護用ダイオード４６，保護用ツェナーダイオード４７との接続点との間にダンピング素子４３Ｃが設けられている。なお、図１１において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0063】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

【0064】

＜第４実施形態＞
以下、第４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１２に示すように、第１電気経路Ｌ１のうち、コンデンサ４５との接続点と、フィルタ抵抗体４４との間にダンピング素子４３Ｄが設けられている。なお、図１２において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0065】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

【0066】

＜第５実施形態＞
以下、第５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１３に示すように、第１電気経路Ｌ１のうち、保護用ダイオード４６，保護用ツェナーダイオード４７との接続点よりも検出端子Ｔｄｅｓａｔ側にダンピング素子４３Ｅが設けられている。なお、図１３において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0067】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

【0068】

＜第６実施形態＞
以下、第６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１４に示すように、第１電気経路Ｌ１のうち、保護用ダイオード４６との接続点と、保護用ツェナーダイオード４７との接続点との間にダンピング素子４３Ｆが設けられている。なお、図１４において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0069】

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

【0070】

＜第７実施形態＞
以下、第７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１５に示すように、ドライブＩＣ５０は、オフ保持スイッチＳｏｆｆを備えている。なお、図１５において、先の図２に示した構成と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付している。

【0071】

オフ保持スイッチＳｏｆｆはＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。オフ保持スイッチＳｏｆｆのドレインには、ドライブＩＣ５０の保持端子Ｔｏｆｆが接続され、オフ保持スイッチＳｏｆｆのソースには、グランド端子Ｔｇｎｄが接続されている。保持端子Ｔｏｆｆには、下アームスイッチＳＷＬのゲートが接続されている。

【0072】

駆動制御部５６には、保持端子Ｔｏｆｆが接続されている。駆動制御部５６は、グランド端子Ｔｇｎｄの電位を基準電位（０Ｖ）として、下アームスイッチＳＷＬのゲート電圧Ｖｇｄを検出する。

【0073】

駆動制御部５６は、充電処理を行う場合、オフ保持スイッチＳｏｆｆをオフ状態にする。一方、駆動制御部５６は、放電処理を行う場合において、検出したゲート電圧Ｖｇｄが規定電圧よりも高いとき、オフ保持スイッチＳｏｆｆをオフ状態にし、検出したゲート電圧Ｖｇｄが規定電圧以下のとき、オフ保持スイッチＳｏｆｆをオン状態にする。規定電圧は、下アームスイッチＳＷＬのスレッショルド電圧Ｖｔｈ以下の電圧に設定されている。

【0074】

リンギングの発生によりグランド端子Ｔｇｎｄの電位が変動する場合、ゲート電圧Ｖｇｄの検出精度が低下し、オフ保持スイッチＳｏｆｆが誤動作する懸念がある。ここで、本実施形態では、ダンピング素子４３Ａが設けられているため、リンギングの発生に起因したオフ保持スイッチＳｏｆｆの誤動作の発生を抑制することができる。

【0075】

＜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。

【0076】

・ダンピング素子は、例えば抵抗体であってもよい。この場合、図２を例に説明すると、フィルタ抵抗体４４と、ダンピング素子としての抵抗体との双方が制御基板２５に設けられる。

【0077】

・上，下アームスイッチを備える電力変換器としては、インバータに限らず、例えばＤＣＤＣコンバータであってもよい。

【0078】

・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0079】

２０…インバータ、４２…ダイオード、４３Ａ～４３Ｆ…ダンピング素子、４５…コンデンサ、５０…ドライブＩＣ、ＳＷＨ，ＳＷＬ…上，下アームスイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】