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JP2011010441A - Drive device for power switching element - Google Patents

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JP2011010441A
JP2011010441A JP2009150984A JP2009150984A JP2011010441A JP 2011010441 A JP2011010441 A JP 2011010441A JP 2009150984 A JP2009150984 A JP 2009150984A JP 2009150984 A JP2009150984 A JP 2009150984A JP 2011010441 A JP2011010441 A JP 2011010441A
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JP
Japan
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power switching
switching element
current
pair
information
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Application number
JP2009150984A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Kamiya
靖弘 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To overcome the problem in a conventional system that is difficult to quickly switch the charge speed of the gate of a power switching element Sw by the direct detected value of a current which flows to an upper arm and a lower arm.SOLUTION: A current, which flows in a free wheel diode FDp connected in reverse parallel with the power switching element Swp, is detected by a shunt resistor 50, as a minute current output by a sense terminal ST. When this current is a threshold current corresponding to a reference voltage generated by a reference voltage generating circuit 56 or over, the resistance value of the gate resistor 44 of the power switching element Swn is switched into a smaller one.

Description

本発明は、低電位側電気経路及び高電位側電気経路に誘導性負荷に流れる電流を交互に流すべく、これら一対の電気経路の少なくとも一方に備えられる電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記低電位側電気経路及び高電位側電気経路のそれぞれに流れる電流を検出する各別の検出手段とを備えるパワースイッチング素子の駆動装置に関する。   The present invention drives a voltage-controlled power switching element provided in at least one of the pair of electric paths so that a current flowing through an inductive load flows alternately in the low potential side electric path and the high potential side electric path. The present invention relates to a drive device for a power switching element, comprising: a means for detecting a current flowing in each of the low potential side electrical path and the high potential side electrical path.

この種の駆動装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、パワーMOS型電界効果トランジスタに流れる電流が所定の電流よりも小さいか所定の電流以上かに応じてトランジスタのスイッチング状態の切替時間を可変設定するものも提案されている。これにより、トランジスタを流れる電流が小さい場合に、切替速度を低下させることでサージノイズを抑制することができる。また、トランジスタを流れる電流が大きい場合には、切替速度を大きくすることでスイッチング状態の切替に伴う電力損失を低減することができる。   As this type of driving device, as seen in, for example, Patent Document 1 below, switching of the switching state of a transistor is performed depending on whether the current flowing in the power MOS field effect transistor is smaller than a predetermined current or larger than a predetermined current. There is also a proposal that variably sets the time. Thereby, when the current flowing through the transistor is small, surge noise can be suppressed by reducing the switching speed. In addition, when the current flowing through the transistor is large, the power loss associated with switching of the switching state can be reduced by increasing the switching speed.

一方、例えば車載主機に接続されるインバータ等においては、上側アームと下側アームとのそれぞれを駆動する駆動回路同士が互いに絶縁される。また、これら上側アームと下側アームとには、交互に電流が流れる。これら上側アームに流れる電流や下側アームに流れる電流は、インバータの各相を流れる電流であるため、各相の出力端子の電流を検出することで検出が可能である。ただし、この電流は非常に大きなものとなり得るため、相電流を直接検出すると電力損失が過大となる。   On the other hand, for example, in an inverter or the like connected to the in-vehicle main unit, the drive circuits that drive the upper arm and the lower arm are insulated from each other. Further, current flows alternately between the upper arm and the lower arm. Since the current flowing through the upper arm and the current flowing through the lower arm are currents flowing through the respective phases of the inverter, they can be detected by detecting the currents at the output terminals of the respective phases. However, since this current can be very large, detecting the phase current directly results in excessive power loss.

そこで従来、例えば下記特許文献1に見られるように、インバータのスイッチング素子として、その入出力端子を流れる電流に応じた微少電流を出力するセンス端子を備えるものを採用し、センス端子の出力する微少電流に基づき上側アームに流れる電流や下側アームに流れる電流を検出することも提案されている。   Therefore, conventionally, as can be seen in, for example, Patent Document 1 below, as an inverter switching element, an inverter having a sense terminal that outputs a minute current corresponding to the current flowing through its input / output terminal is adopted, and the minute output from the sense terminal is adopted. It has also been proposed to detect the current flowing in the upper arm and the current flowing in the lower arm based on the current.

特許第3287009公報Japanese Patent No. 3287909 特開2000−14161号公報JP 2000-14161 A

ところで、上記のようにトランジスタのスイッチング状態の切り替え時間を可変設定する上記特許文献1の技術における電流検出手法として上記特許文献2に記載の技術を採用する場合、例えば上側アームのトランジスタをオフ状態からオン状態へと切り替る際には、上側アームを流れる電流を検出することができない。このため、上側アームの上記トランジスタが前回オン状態とされている際の電流の検出値に基づき切替時間の可変設定処理がなされることとなる。ただし、この場合、トランジスタのオフ期間において電流が大きく変化することで、トランジスタを流れる電流に見合った切替速度への設定が遅れるおそれがある。   By the way, when the technique described in Patent Document 2 is adopted as the current detection technique in the technique of Patent Document 1 in which the switching time of the switching state of the transistor is variably set as described above, for example, the transistor of the upper arm is changed from the OFF state. When switching to the ON state, the current flowing through the upper arm cannot be detected. For this reason, the variable setting process of the switching time is performed based on the detected value of the current when the transistor of the upper arm was previously turned on. However, in this case, since the current greatly changes during the off-period of the transistor, there is a possibility that the setting to the switching speed corresponding to the current flowing through the transistor may be delayed.

なお、上記インバータの駆動回路に限らず、誘導性負荷に流れる電流の経路として低電位側電気経路及び高電位側電気経路の少なくとも一方に備えられる電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動するものにあっては、これら各経路に流れる電流の直接の検出に基づきスイッチング状態の切替速度を適切に変更することが困難なこうした実情も概ね共通したものとなっている。   It should be noted that the present invention is not limited to the inverter drive circuit described above, and is used to drive a voltage-controlled power switching element provided in at least one of a low potential side electrical path and a high potential side electrical path as a path of current flowing through the inductive load. Thus, such a situation that it is difficult to appropriately change the switching speed of the switching state based on the direct detection of the current flowing through each of these paths is generally common.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誘導性負荷に流れる電流の経路として低電位側電気経路及び高電位側電気経路の少なくとも一方に備えられる電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動するに際し、これら各経路に流れる電流の直接の検出に基づきパワースイッチング状態の切替速度を適切に変更することを可能とするパワースイッチング素子の駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a voltage control type provided in at least one of a low-potential side electrical path and a high-potential side electrical path as a path of a current flowing through an inductive load. It is an object of the present invention to provide a power switching element drive device that can appropriately change the switching speed of the power switching state based on the direct detection of the current flowing through each of the paths when driving the power switching element.

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、低電位側電気経路及び高電位側電気経路に誘導性負荷に流れる電流を交互に流すべく、これら一対の電気経路の少なくとも一方に備えられる電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記低電位側電気経路及び高電位側電気経路のそれぞれに流れる電流を検出する各別の検出手段とを備えるパワースイッチング素子の駆動装置において、前記パワースイッチング素子を駆動するに際し、前記一対の電気経路のうちの前記駆動対象の備えられた経路でない側の経路に流れる電流についての前記駆動対象のオフ状態時における情報に基づき、前記駆動対象の導通制御端子の電荷の変化速度を可変とする可変手段を備えることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a voltage-controlled power switching element provided in at least one of the pair of electric paths so that a current flowing through the inductive load is alternately passed through the low potential side electric path and the high potential side electric path. Driving device for driving the power switching element, and driving means for driving the power switching element, each of the detecting means for detecting the current flowing in each of the low potential side electrical path and the high potential side electrical path At the time, based on the information in the OFF state of the driving target about the current flowing through the path on the side that is not the driving target of the pair of electric paths, the change in the charge of the conduction control terminal of the driving target A variable means for varying the speed is provided.

高電位側電気経路と低電位側電気経路とを流れる電流の合計値は略連続性を有していると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、駆動対象となるパワースイッチング素子の備えられた経路でない側の経路に流れる電流を利用することで、駆動対象のオン状態時に極力近接した電流を利用して導通制御端子の電荷の変化速度を可変とすることができる。   It is considered that the total value of the currents flowing through the high potential side electrical path and the low potential side electrical path is substantially continuous. In the above invention, in view of this point, the conduction control is performed by using the current flowing through the path on the side other than the path provided with the power switching element to be driven by using the current as close as possible when the drive target is in the ON state. The change rate of the terminal charge can be made variable.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記可変手段は、前記情報に基づき、前記パワースイッチング素子のオン操作に際しての前記変化速度を可変とすることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the variable means may vary the rate of change when the power switching element is turned on based on the information.

オン操作前には、当該パワースイッチング素子を電流を流れないため、これに流れる電流を検出する手段を有していたとしても、その検出値を利用することはできない。このため、上記発明は、請求項1記載の発明特定事項の利用価値が特に大きい。   Since no current flows through the power switching element before the on operation, even if a means for detecting the current flowing through the power switching element is provided, the detected value cannot be used. For this reason, the said invention has especially big utility value of the invention specific matter of Claim 1.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明において、前記可変手段は、前記変化速度の基準値を保持するものであって且つ、前記オフ状態時における1の前記情報に基づき前記変化速度を前記基準値よりも大きくする処理を行った後、次回のオン操作に先立って前記変化速度を前記基準値へと一旦戻す処理を行うことを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the variable means holds a reference value of the change speed, and the change speed is based on the information of 1 in the off state. After the process of making the value larger than the reference value, the process of temporarily returning the change speed to the reference value is performed prior to the next ON operation.

変化速度が大きいほどサージが大きくなる傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、1の情報に基づき変化速度を基準値よりも大きくする処理を行った後、基準値へと一旦戻す処理を行うことで、サージが過度に大きくなる事態を確実に回避することができる。   The surge tends to increase as the rate of change increases. In the above invention, in view of this point, after performing the process of making the change speed larger than the reference value based on the information of 1, the process of returning to the reference value is performed, thereby ensuring that the surge becomes excessively large. Can be avoided.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記可変手段は、前記パワースイッチング素子のオン操作の後にオフ状態への切替指令が出されることをトリガとして、前記基準値へと一旦戻す処理を行うことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the variable means is temporarily set to the reference value by using a trigger to switch to the off state after the power switching element is turned on. A returning process is performed.

上記発明では、オフ状態への切替指令を利用して基準値へと一旦戻す処理を行うことができる。   In the said invention, the process which once returns to a reference value using the switch command to an OFF state can be performed.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記パワースイッチング素子は、これに逆並列に接続される態様にてこれと同一半導体基板に併設されたフリーホイールダイオードが設けられた半導体デバイスに搭載されるものであり、前記半導体デバイスは、前記フリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有する微少電流を出力する端子を備え、前記情報は、前記微少電流の検出値に基づく情報であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the power switching element is provided on the same semiconductor substrate as that connected in reverse parallel to the power switching element. The semiconductor device is mounted on a semiconductor device provided with a freewheel diode, and the semiconductor device includes a terminal that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the freewheel diode, and the information includes the minute current. The information is based on the detected value.

請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記一対の電気経路は、それぞれパワースイッチング素子を備えて構成され、前記一対のパワースイッチング素子は、互いに相補的に駆動されるものであり、前記一対のパワースイッチング素子のいずれか一方の導通制御端子の電荷の前記変化速度の可変設定に利用される前記情報は、いずれか他方の導通制御端子の電圧を加味して生成される情報であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the pair of electrical paths includes a power switching element, and the pair of power switching elements are mutually connected. The information that is driven in a complementary manner and that is used to variably set the change rate of the charge at one of the conduction control terminals of the pair of power switching elements is the voltage at the other conduction control terminal. It is the information generated in consideration of.

パワースイッチング素子に流れる電流の検出値は、その導通制御端子に印加される電圧値に依存する傾向がある。また、パワースイッチング素子に逆並列にフリーホイールダイオードが接続されている場合、フリーホイールダイオードに流れる電流の検出値も、パワースイッチング素子の導通制御端子に印加される電圧に依存する傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、導通制御端子に印加される電圧を加味することで、電流の検出に際し上記印加電圧依存性を除去することができる。   The detected value of the current flowing through the power switching element tends to depend on the voltage value applied to the conduction control terminal. When a freewheel diode is connected in antiparallel to the power switching element, the detected value of the current flowing through the freewheel diode also tends to depend on the voltage applied to the conduction control terminal of the power switching element. In the above invention, in view of this point, the applied voltage dependency can be removed in detecting the current by taking into account the voltage applied to the conduction control terminal.

請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記一対の電気経路は、それぞれパワースイッチング素子を備えて構成され、前記一対のパワースイッチング素子は、互いに相補的に駆動されるものであり、前記一対のパワースイッチング素子のいずれか一方の導通制御端子の電荷の前記変化速度の可変設定に利用される前記情報は、いずれか他方のオフ状態への切替開始タイミング以降における前記電流に基づく情報であることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein each of the pair of electric paths includes a power switching element, and the pair of power switching elements are mutually connected. The information that is driven in a complementary manner and that is used to variably set the change rate of the charge at one of the conduction control terminals of the pair of power switching elements is switched to the other off state. The information is based on the current after the start timing.

上記発明では、いずれか一方のパワースイッチング素子のオン期間に極力近似したタイミングにおける電流に関する情報を利用することができる。なお、上記発明は、前記可変設定に利用する情報を、いずれか一方のパワースイッチング素子のオン指令信号に基づき取り込むようにしてもよい。   In the said invention, the information regarding the electric current in the timing approximated as much as possible to the ON period of any one power switching element can be utilized. In the above invention, the information used for the variable setting may be fetched based on an ON command signal of one of the power switching elements.

請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記一対のパワースイッチング素子は、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムに備えられる車載主機及び高電圧バッテリの少なくとも一方に接続される電力変換回路を構成するものであって且つ、これら一対のパワースイッチング素子のそれぞれには、前記可変手段が各別に接続されており、前記一対のパワースイッチング素子の一方に対応する前記可変手段が、他方に対応する前記情報を受け取るための高耐圧通信経路を更に備えることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the pair of power switching elements is connected to at least one of an in-vehicle main unit and a high-voltage battery provided in an in-vehicle high-voltage system insulated from the in-vehicle low-voltage system. And the variable means is connected to each of the pair of power switching elements, and the variable means corresponding to one of the pair of power switching elements. Is further provided with a high voltage communication path for receiving the information corresponding to the other.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. 同実施形態にかかるIGBT及びフリーホイールダイオードの断面構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of IGBT and free wheel diode concerning the embodiment. 同実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive unit concerning the embodiment. 同実施形態にかかるゲート充電速度の可変設定手法を示すタイムチャート。The time chart which shows the variable setting method of the gate charge speed concerning the embodiment. センス端子の出力電流によるシャント抵抗の電圧降下量を示す図。The figure which shows the voltage drop amount of shunt resistance by the output current of a sense terminal. 第2の実施形態にかかるドライブユニットの回路構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the circuit structure of the drive unit concerning 2nd Embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかるパワースイッチング素子の駆動装置をハイブリッド車に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a drive device for a power switching element according to the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載主機としてのモータジェネレータ10は、誘導性負荷であり、インバータIV及びコンバータCVを介して高電圧バッテリ12に接続されている。インバータIVは、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各パワースイッチング素子Swp及びパワースイッチング素子Swnの接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。また、コンバータCVは、コンデンサCと、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体と、パワースイッチング素子Swp及びパワースイッチング素子Swnの接続点と高電圧バッテリ12とを接続する誘導性負荷(リアクトルL)とを備えている。   FIG. 1 shows the system configuration of this embodiment. As shown in the figure, a motor generator 10 as an in-vehicle main machine is an inductive load, and is connected to a high voltage battery 12 via an inverter IV and a converter CV. The inverter IV is configured by connecting three series-connected bodies of a high-potential side power switching element Swp and a low-potential side power switching element Swn in parallel. Connection points of these power switching elements Swp and power switching elements Swn are connected to the respective phases of the motor generator 10. Further, the converter CV includes a capacitor C, a series connection body of the power switching element Swp on the high potential side and the power switching element Swn on the low potential side, a connection point of the power switching element Swp and the power switching element Swn, and the high voltage battery 12. And an inductive load (reactor L).

上記高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(コレクタ及びエミッタ間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFDp及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnのカソード及びアノードが接続されている。   Between the input / output terminals (between the collector and the emitter) of the high potential side power switching element Swp and the low potential side power switching element Swn, there is a high potential side freewheel diode FDp and a low potential side freewheel diode. The cathode and anode of FDn are connected.

上記インバータIVを構成するパワースイッチング素子Swp,Swnの導通制御端子(ゲート)には、いずれもドライブユニットDUが接続されている。なお、高電位側のパワースイッチング素子Swpを駆動するドライブユニットDUと、低電位側のパワースイッチング素子Swnを駆動するドライブユニットDUとは、インターフェースを介して双方向の通信が可能となっている。ここで、パワースイッチング素子Swp、Swnのそれぞれを駆動するドライブユニットDUを互いに絶縁すべく、上記インターフェースは、例えばフォトカプラ等の絶縁手段を備えている。   The drive unit DU is connected to the conduction control terminals (gates) of the power switching elements Swp and Swn constituting the inverter IV. The drive unit DU that drives the high-potential side power switching element Swp and the drive unit DU that drives the low-potential side power switching element Swn are capable of bidirectional communication via an interface. Here, in order to insulate the drive units DU that drive each of the power switching elements Swp and Swn from each other, the interface includes an insulating means such as a photocoupler.

パワースイッチング素子Swp,Swnは、ドライブユニットDUを介して、低電圧バッテリ14を電源とする制御装置16によって駆動される。制御装置16は、図示しない各種センサの検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、及びW相のそれぞれについてのパワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、パワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。また、コンバータCVのパワースイッチング素子Swp、Swnを操作する操作信号gcp,gcnを生成し出力する。これにより、パワースイッチング素子Swp,Swnは、ドライブユニットDUを介して制御装置16により操作される。これら高電位側の操作信号gup,gvp,gwp、gcpのそれぞれと、低電位側の操作信号gun,gvn,gwn、gcnのそれぞれとは、高電位側のスイッチング素子Swpと低電位側のスイッチング素子Swnとを互いに相補的に駆動するものである。すなわち、いずれか一方の操作信号がオン状態とするための信号である期間、他方の操作信号がオフ状態とするための信号となる。   The power switching elements Swp and Swn are driven by the control device 16 using the low voltage battery 14 as a power source via the drive unit DU. The control device 16 controls operation signals gup, gvp, and gwp for operating the power switching elements Swp for the U phase, V phase, and W phase of the inverter IV based on detection values of various sensors (not shown), and power switching. Operation signals gn, gvn, and gwn for operating the element Swn are generated and output. Further, operation signals gcp and gcn for operating the power switching elements Swp and Swn of the converter CV are generated and output. Thereby, the power switching elements Swp and Swn are operated by the control device 16 via the drive unit DU. The high-potential side operation signals gup, gvp, gwp, and gcp and the low-potential side operation signals gun, gvn, gwn, and gcn are respectively divided into a high-potential side switching element Swp and a low-potential side switching element. Swn is driven complementary to each other. That is, during the period when one of the operation signals is a signal for turning on, the other operation signal is a signal for turning off.

なお、インバータIVやコンバータCVを備える高電圧システムと、制御装置16を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高圧システムに出力される。   Note that the high voltage system including the inverter IV and the converter CV and the low voltage system including the control device 16 are insulated by an insulating means such as a photocoupler (not shown), and the operation signal is high-voltage via the insulating means. Output to the system.

上記パワースイッチング素子Swp,Swnは、いずれも、入力端子及び出力端子が一義に定義されており、出力端子から入力端子への電流の流通を阻止するスイッチング素子である。詳しくは、これらは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にて構成されている。また、パワースイッチング素子Swp,Swnは、その入力端子及び出力端子間に流れる電流やフリーホイールダイオードFDp、FDnに流れる電流と相関を有する微少電流を出力するセンス端子STを備えている。センス端子STのこの機能は、IGBTとして、ダイオード内蔵型のものを用いることで可能となったものである。すなわち、本実施形態では、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び高電位側のフリーホイールダイオードFDpは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されており、低電位側のパワースイッチング素子Swn及び低電位側のフリーホイールダイオードFDnは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されている。   Each of the power switching elements Swp and Swn is a switching element that has an input terminal and an output terminal that are uniquely defined and prevents a current from flowing from the output terminal to the input terminal. Specifically, these are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT). The power switching elements Swp and Swn include a sense terminal ST that outputs a minute current having a correlation with a current flowing between the input terminal and the output terminal and a current flowing through the freewheel diodes FDp and FDn. This function of the sense terminal ST is made possible by using a diode built-in type IGBT. That is, in this embodiment, the high-potential side power switching element Swp and the high-potential side freewheel diode FDp are formed adjacent to each other on the same semiconductor substrate. The free wheel diodes FDn on the side are formed adjacent to the same semiconductor substrate.

図2(a)に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swp(Swn)及びフリーホイールダイオードFDp(FDn)の断面構成を示す。なお、以下では、パワースイッチング素子Swp、Swnを総括する場合、パワースイッチング素子Swと記載し、フリーホイールダイオードFDp,FDnを総括する場合、フリーホイールダイオードFDと記載する。   FIG. 2A shows a cross-sectional configuration of the power switching element Swp (Swn) and the free wheel diode FDp (FDn) according to the present embodiment. In the following description, the power switching elements Swp and Swn are collectively referred to as the power switching element Sw, and the free wheel diodes FDp and FDn are collectively referred to as the free wheel diode FD.

図示されるように、半導体基板20には、IGBT領域とダイオード領域とが併設されて形成されている。半導体基板20の主面側から裏面側へと伸びる領域は、導電型がN型であるN型領域22となっている。また、半導体基板20の主面側の表層部には、導電型がP型のP型領域24が形成されており、P型領域24内に、上記N型領域22よりも濃い濃度のN型の導電型を有するN型領域26が形成されている。そして、これらP型領域24及びN型領域26には、IGBTのエミッタ端子E及びダイオードのアノード端子が接続されている。また、上記P型領域24及びN型領域26上には、ゲート酸化膜28を介してゲート電極30が形成されている。   As illustrated, the semiconductor substrate 20 is formed with an IGBT region and a diode region. A region extending from the main surface side to the back surface side of the semiconductor substrate 20 is an N-type region 22 whose conductivity type is N-type. A P-type region 24 having a P-type conductivity is formed in the surface layer portion on the main surface side of the semiconductor substrate 20, and the N-type having a concentration higher than that of the N-type region 22 in the P-type region 24. An N-type region 26 having the conductivity type is formed. The P-type region 24 and the N-type region 26 are connected to an IGBT emitter terminal E and a diode anode terminal. A gate electrode 30 is formed on the P-type region 24 and the N-type region 26 via a gate oxide film 28.

一方、半導体基板20の裏面側の表層部には、上記N型領域22よりも濃度の濃いN型領域36とP型領域34とが併設されている。ここで、P型領域34は、IGBTのコレクタ領域を構成し、N型領域36は、ダイオードのカソード領域を構成する。なお、これらP型領域34及びN型領域36と上記N型領域22との間には、N型領域22よりも濃度の薄いN型領域32が形成されている。   On the other hand, an N-type region 36 and a P-type region 34 having a concentration higher than that of the N-type region 22 are provided side by side on the back surface side of the semiconductor substrate 20. Here, the P-type region 34 constitutes a collector region of the IGBT, and the N-type region 36 constitutes a cathode region of the diode. An N-type region 32 having a concentration lower than that of the N-type region 22 is formed between the P-type region 34 and the N-type region 36 and the N-type region 22.

図2(b)は、上記半導体基板20の主面側を模式的に示した平面図である。図示されるように、主面側の大部分は、エミッタ領域であり、これよりも小さい領域として、ゲート領域やセンス電極38が形成されている。ここで、実際のセンス電極38の面積は、エミッタ領域の面積の数千分の1程度とされており、これにより、IGBTやフリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有しつつも極微小な電流を出力することが可能となっている。   FIG. 2B is a plan view schematically showing the main surface side of the semiconductor substrate 20. As shown in the drawing, most of the main surface side is an emitter region, and a gate region and a sense electrode 38 are formed as a region smaller than this. Here, the actual area of the sense electrode 38 is about one thousandth of the area of the emitter region, so that a very small current is correlated with the current flowing through the IGBT and the free wheel diode. Can be output.

図3に、上記ドライブユニットDUの回路構成を示す。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the drive unit DU.

図示されるように、電源40は、PチャネルMOSトランジスタ(充電用スイッチング素子41)と、ゲートの充放電速度を調節するためのゲート抵抗42とを介して、パワースイッチング素子Swのゲートに接続されている。また、電源40は、PチャネルMOSトランジスタ(充電用スイッチング素子43)と、ゲートの充放電速度を調節するためのゲート抵抗44とを介して、パワースイッチング素子Swのゲートに接続されている。パワースイッチング素子Swのゲートは、上記ゲート抵抗42及びNチャネルMOSトランジスタ(放電用スイッチング素子45)を介して、パワースイッチング素子SwのエミッタEに接続されている。また、パワースイッチング素子Swのゲートは、上記ゲート抵抗44及びNチャネルMOSトランジスタ(放電用スイッチング素子46)を介して、パワースイッチング素子SwのエミッタEに接続されている。ここで、ゲート抵抗42,44は、線形素子としての抵抗体である。   As shown in the figure, the power supply 40 is connected to the gate of the power switching element Sw via a P-channel MOS transistor (charging switching element 41) and a gate resistor 42 for adjusting the charge / discharge speed of the gate. ing. The power supply 40 is connected to the gate of the power switching element Sw via a P-channel MOS transistor (charging switching element 43) and a gate resistor 44 for adjusting the charge / discharge speed of the gate. The gate of the power switching element Sw is connected to the emitter E of the power switching element Sw via the gate resistor 42 and the N-channel MOS transistor (discharge switching element 45). The gate of the power switching element Sw is connected to the emitter E of the power switching element Sw via the gate resistor 44 and the N-channel MOS transistor (discharge switching element 46). Here, the gate resistors 42 and 44 are resistors as linear elements.

駆動制御回路48は、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段を介して、ドライブユニットDUに入力される上記操作信号g(操作信号gup,gun,gvp,gvn,gwp,gwn,gcp,gcnの総括表記)に基づき、充電用スイッチング素子41及び放電用スイッチング素子45を相補的にオン・オフすることでパワースイッチング素子Swを駆動する。すなわち、操作信号gが論理「H」となることで、パワースイッチング素子Swをオン状態とする旨が指示される場合、充電用スイッチング素子41をオンして且つ放電用スイッチング素子45をオフすることで、パワースイッチング素子Swのゲートに正の電荷を充電する。また、操作信号gが論理「L」となることで、パワースイッチング素子Swをオフ状態とする旨が指示される場合、充電用スイッチング素子41をオフして且つ放電用スイッチング素子45をオンすることで、パワースイッチング素子Swのゲートから正の電荷を放電させる。   The drive control circuit 48 receives the operation signal g (general notation of the operation signals gup, gun, gvp, gvn, gwp, gwn, gcp, gcn) input to the drive unit DU through an insulating means such as a photocoupler (not shown). The power switching element Sw is driven by turning on and off the charging switching element 41 and the discharging switching element 45 in a complementary manner. That is, when the operation signal g becomes logic “H” to indicate that the power switching element Sw is to be turned on, the charging switching element 41 is turned on and the discharging switching element 45 is turned off. Thus, a positive charge is charged to the gate of the power switching element Sw. Further, when the operation signal g becomes logic “L” to instruct the power switching element Sw to be turned off, the charging switching element 41 is turned off and the discharging switching element 45 is turned on. Thus, positive charges are discharged from the gate of the power switching element Sw.

パワースイッチング素子SのエミッタE及びセンス端子ST間には、シャント抵抗50が接続されている。シャント抵抗50の電圧は、反転増幅回路52にて電圧変換された後、コンパレータ54の非反転入力端子に印加される。ここで、反転増幅回路52は、パワースイッチング素子Swに電流が流れるか、フリーホイールダイオードFDに電流が流れるかにかかわらず、コンパレータ54の非反転入力端子に印加される電圧の極性を固定するためのものである。ここでは、反転増幅回路52として、オペアンプの非反転入力端子に、パワースイッチング素子Swのエミッタ電位基準で正の電圧が印加されたものを例示している。反転増幅回路52の出力電圧は、入力される電圧が小さいほど(負で絶対値が大きいほど)大きい値となる。   A shunt resistor 50 is connected between the emitter E and the sense terminal ST of the power switching element S. The voltage of the shunt resistor 50 is converted by the inverting amplifier circuit 52 and then applied to the non-inverting input terminal of the comparator 54. Here, the inverting amplifier circuit 52 fixes the polarity of the voltage applied to the non-inverting input terminal of the comparator 54 regardless of whether a current flows through the power switching element Sw or a free wheel diode FD. belongs to. Here, as the inverting amplifier circuit 52, a circuit in which a positive voltage is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier based on the emitter potential of the power switching element Sw is illustrated. The output voltage of the inverting amplifier circuit 52 becomes larger as the input voltage is smaller (negative and the absolute value is larger).

コンパレータ54の反転入力端子には、基準電圧生成回路56の出力する所定の正の電圧(基準電圧)が印加されている。このため、コンパレータ54の出力信号は、フリーホイールダイオードFDに流れる順方向電流が上記基準電圧に対応する閾値電流以上となることで論理「H」となる。   A predetermined positive voltage (reference voltage) output from the reference voltage generation circuit 56 is applied to the inverting input terminal of the comparator 54. Therefore, the output signal of the comparator 54 becomes logic “H” when the forward current flowing through the free wheel diode FD becomes equal to or higher than the threshold current corresponding to the reference voltage.

フリーホイールダイオードFDp,FDnのいずれか一方に流れる電流に基づく信号を出力するコンパレータ54の出力は、いずれか他方に対応するドライブユニットDUに取り込まれる。詳しくは、ゲート抵抗の抵抗値を操作する操作手段に入力される。本実施形態では、この操作手段を、模式的にAND回路62及びRSフリップフロップ60を備えて構成している。AND回路62は、上記コンパレータ54の出力信号と、いずれか他方の操作信号との論理積信号を生成する。RSフリップフロップ60では、この論理積信号をリセット端子に取り込む。また、RSフリップフロップ60は、駆動制御回路48の出力信号をセット端子に取り込む。これにより、フリーホイールダイオードFDp、FDnのいずれか一方に接続されるパワースイッチング素子Swをオン状態とするタイミングに同期して、いずれか他方に流れる電流情報(コンパレータ54の出力信号)がラッチされる。   The output of the comparator 54 that outputs a signal based on the current flowing through one of the freewheel diodes FDp and FDn is taken into the drive unit DU corresponding to the other. Specifically, it is input to the operating means for operating the resistance value of the gate resistance. In the present embodiment, this operation means is typically configured to include an AND circuit 62 and an RS flip-flop 60. The AND circuit 62 generates a logical product signal of the output signal of the comparator 54 and one of the other operation signals. The RS flip-flop 60 takes this logical product signal into the reset terminal. Further, the RS flip-flop 60 takes the output signal of the drive control circuit 48 into the set terminal. As a result, in synchronization with the timing when the power switching element Sw connected to one of the freewheel diodes FDp and FDn is turned on, the current information (output signal of the comparator 54) flowing to either one is latched. .

RSフリップフロップ60の出力端子は、充電用スイッチング素子43及び放電用スイッチング素子46のゲートに接続されている。これにより、ゲート抵抗値は、RSフリップフロップ60の出力端子の出力信号が論理「L」となることで低減操作される。換言すれば、パワースイッチング素子Swp,Swnのいずれか一方のゲート抵抗値は、いずれか他方に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードに流れる電流が閾値電流以上となることで、低抵抗に切り替えられる。すなわち、ゲートの充電経路がゲート抵抗42のみの経路(高抵抗経路)から、ゲート抵抗42、44を備える一対の経路(低抵抗経路)に切り替えられる。   The output terminal of the RS flip-flop 60 is connected to the gates of the charging switching element 43 and the discharging switching element 46. As a result, the gate resistance value is reduced as the output signal of the output terminal of the RS flip-flop 60 becomes logic “L”. In other words, the gate resistance value of either one of the power switching elements Swp and Swn is switched to a low resistance when the current flowing through the freewheeling diode connected in antiparallel to either one becomes equal to or greater than the threshold current. . That is, the gate charging path is switched from a path having only the gate resistor 42 (high resistance path) to a pair of paths (low resistance path) including the gate resistors 42 and 44.

なお、駆動制御回路48には、遅延部47を介して操作信号gが入力されているが、これは、RSフリップフロップ60の出力信号と駆動制御回路48の出力信号との出力タイミングを同期させるためのものである。   The operation signal g is input to the drive control circuit 48 via the delay unit 47, which synchronizes the output timing of the output signal of the RS flip-flop 60 and the output signal of the drive control circuit 48. Is for.

更に、RSフリップフロップ60のセット端子に駆動制御回路48の出力信号が入力されるために、ゲート抵抗値を小さい側に切り替えたとしても、この切り替えは、一度のオン状態への切り替えに限って行われることとなる。このため、次回のオン状態への切り替えに際してゲート抵抗値を小さい側に切り替えるためには、RSフリップフロップ60のリセット端子に再度論理「H」の信号が入力される必要がある。   Furthermore, since the output signal of the drive control circuit 48 is input to the set terminal of the RS flip-flop 60, even if the gate resistance value is switched to a smaller side, this switching is limited to a single ON state switching. Will be done. Therefore, in order to switch the gate resistance value to the smaller side at the next switching to the ON state, it is necessary to input a logic “H” signal to the reset terminal of the RS flip-flop 60 again.

この設定は、サージが過度に大きくなることを回避するためのものである。すなわち、ゲート抵抗を低減するとサージが大きくなる。ここで、コンパレータ54の出力信号が論理「H」となることでゲート抵抗値が一旦小さい側に切り替えられることで、コンパレータ54の出力信号が論理「L」となるまでその抵抗値を維持する場合には、コンパレータ54の出力信号に重畳するノイズ等の影響で、ゲート抵抗値が不適切に小さい側に維持されることが懸念される。このため、ゲート抵抗値を小さい側に切り替えた場合には、一度のオン状態への切り替えの終了後、ゲート抵抗を再度大きい側に切り替える処理を行うようにした。   This setting is for avoiding an excessively large surge. That is, reducing the gate resistance increases the surge. Here, when the output signal of the comparator 54 becomes logic “H”, the gate resistance value is temporarily switched to a smaller side, so that the resistance value is maintained until the output signal of the comparator 54 becomes logic “L”. There is a concern that the gate resistance value is inappropriately maintained on the small side due to the influence of noise or the like superimposed on the output signal of the comparator 54. For this reason, when the gate resistance value is switched to the smaller side, the process of switching the gate resistance to the larger side again is performed after the switching to the ON state once.

図4に、本実施形態にかかるゲート抵抗値の可変設定処理の態様を示す。詳しくは、図4(a)に、パワースイッチング素子Swpの操作信号g*pの推移を示し、図4(b)に、パワースイッチング素子Swnの操作信号g*nの推移を示し、図4(c)に、相電流i*の推移を示す。また、図4(d)に、パワースイッチング素子Swpを流れる電流icpの推移を示し、図4(e)に、フリーホイールダイオードFDnを流れる電流icnの推移を示し、図4(f)に、下側アームのコンパレータ54の出力信号の推移を示し、図4(g)に、ゲート抵抗値の推移を示す。   FIG. 4 shows an aspect of the gate resistance value variable setting process according to the present embodiment. Specifically, FIG. 4A shows the transition of the operation signal g * p of the power switching element Swp, FIG. 4B shows the transition of the operation signal g * n of the power switching element Swn, and FIG. The transition of the phase current i * is shown in c). FIG. 4D shows the transition of the current icp flowing through the power switching element Swp, FIG. 4E shows the transition of the current icn flowing through the freewheel diode FDn, and FIG. The transition of the output signal of the comparator 54 of the side arm is shown, and FIG. 4G shows the transition of the gate resistance value.

図示されるように、相電流i*が漸増し時刻t1において閾値電流Ith以上となる。その後、パワースイッチング素子Swnがオフ状態に切り替えられた(時刻t2)後のデッドタイム期間においても、フリーホイールダイオードFDnに閾値電流Ith以上の電流が流れることから、パワースイッチング素子Swpがオン状態に切り替えられるタイミング(時刻t3)で、この電流が閾値電流Ithを超えている旨の情報(電流情報)が、パワースイッチング素子SwpのドライブユニットDUでラッチされる。換言すれば、RSフリップフロップ60の出力信号が論理「L」となる。これにより、ゲート抵抗値が小さい側に切り替えられる。このため、パワースイッチング素子Swpのオン状態への切り替え開始タイミング(時刻t3)以降、抵抗値の小さいゲート抵抗によってオン状態への切り替え処理がなされることとなる。そして、パワースイッチング素子Swpがオフ状態へと切り替えられる時刻t4において、ゲート抵抗値が再度大きい側に切り替えられる。   As shown in the figure, the phase current i * gradually increases and becomes equal to or greater than the threshold current Ith at time t1. Thereafter, even during the dead time period after the power switching element Swn is switched to the off state (time t2), a current equal to or greater than the threshold current Ith flows through the freewheel diode FDn, so the power switching element Swp is switched to the on state. Information (current information) indicating that the current exceeds the threshold current Ith is latched by the drive unit DU of the power switching element Swp at the timing (time t3). In other words, the output signal of the RS flip-flop 60 becomes logic “L”. Thereby, the gate resistance value is switched to the smaller side. For this reason, after the switching start timing (time t3) of the power switching element Swp to the on state, the switching process to the on state is performed by the gate resistance having a small resistance value. Then, at time t4 when the power switching element Swp is switched to the off state, the gate resistance value is switched again to the larger side.

このように、本実施形態では、サージが比較的小さく電力損失が大きくなりやすい状況下、迅速にこの状況を察知してゲート抵抗値を小さくすることができるため、電力損失を低減することができる。なお、先の図3に示したように、本実施形態では、駆動制御回路48の出力信号をRSフリップフロップ60のセット端子に入力している。これにより、ゲート抵抗値を低速側に切り替える処理(RSフリップフロップ60のセット端子に論理「H」の信号が入力されることでなされる処理)を、パワースイッチング素子Swのオフ操作の開始タイミングに対して遅延させることができる。このため、パワースイッチング素子Swのオン期間が過度に短い場合であっても、ゲートの充電期間の途中でゲート抵抗値が切り替えられることを回避することができる。   As described above, in the present embodiment, in a situation where the surge is relatively small and the power loss is likely to increase, it is possible to quickly detect this situation and reduce the gate resistance value, thereby reducing the power loss. . As shown in FIG. 3, in this embodiment, the output signal of the drive control circuit 48 is input to the set terminal of the RS flip-flop 60. As a result, the process of switching the gate resistance value to the low speed side (the process performed by inputting a logic “H” signal to the set terminal of the RS flip-flop 60) is used as the start timing of the OFF operation of the power switching element Sw. Can be delayed. For this reason, even when the ON period of the power switching element Sw is excessively short, it is possible to avoid switching the gate resistance value during the gate charging period.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)パワースイッチング素子Swp,Swnのいずれか一方を駆動するに際し、いずれか他方に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードに流れる電流情報に基づき、いずれか一方のゲートの電荷の変化速度を可変とした。これにより、いずれか一方のオン状態への切り替えタイミングに極力近接したタイミングにおける電流情報を利用してゲートの電荷の変化速度を可変とすることができる。   (1) When driving one of the power switching elements Swp and Swn, the charge change rate of one of the gates can be varied based on the current information flowing in the free wheel diode connected in reverse parallel to either one It was. As a result, the rate of change of the gate charge can be made variable by using the current information at the timing as close as possible to the switching timing to one of the ON states.

(2)上記電流情報に基づき、パワースイッチング素子のオン操作に際してのゲートの電荷の変化速度を可変とした。オン状態への切り替え以前には、当該パワースイッチング素子のセンス端子STの出力電流に基づき相電流を検出することができないため、上記電流情報は特に有効である。   (2) Based on the current information, the rate of change of the gate charge when the power switching element is turned on is variable. Prior to switching to the on state, the phase current cannot be detected based on the output current of the sense terminal ST of the power switching element, so the current information is particularly effective.

(3)ゲート抵抗44の抵抗値を高速側(低抵抗側)に切り替えた場合、1度のオン状態への切り替え処理の終了に伴い、抵抗値を一旦低速側(高抵抗側)に切り替えた。これにより、サージが過度に大きくなる事態を確実に回避することができる。   (3) When the resistance value of the gate resistor 44 is switched to the high speed side (low resistance side), the resistance value is temporarily switched to the low speed side (high resistance side) with the end of the switching process to the ON state once. . Thereby, the situation where a surge becomes large excessively can be avoided reliably.

(4)一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのいずれか一方のゲート電荷の変化速度の可変設定に利用する電流情報を、いずれか他方のオフ状態への切替開始タイミング以降における電流の検出値に基づく情報とした。これにより、いずれか一方のオン期間に極力近似したタイミングにおける電流に関する情報を利用することができる。   (4) Current information used for variable setting of the change rate of the gate charge of either one of the pair of power switching elements Swp and Swn is based on the detected current value after the switching start timing to the other one of the off states. Information. Thereby, the information regarding the electric current in the timing approximated as much as possible in any one ON period can be utilized.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図5に、パワースイッチング素子Sw又はフリーホイールダイオードFDに流れる電流と、シャント抵抗50での電圧降下量との関係を示す。詳しくは、パワースイッチング素子Swのゲート印加電圧Vge(エミッタ及びゲート間電圧)が高い場合と低い場合とにおける関係を示す。図示されるように、ゲート印加電圧Vgeが高い場合の方が低い場合よりも電圧降下量の絶対値が増加する。   FIG. 5 shows the relationship between the current flowing through the power switching element Sw or the free wheel diode FD and the amount of voltage drop at the shunt resistor 50. Specifically, the relationship between when the gate applied voltage Vge (emitter-gate voltage) of the power switching element Sw is high and low is shown. As shown in the figure, the absolute value of the voltage drop amount increases when the gate applied voltage Vge is higher than when it is low.

このことは、パワースイッチング素子Swがオフ状態の場合にはオン状態の場合と比較して、フリーホイールダイオードFDに規定値以上の順方向電流が流れる際の電圧降下量が小さくなることを意味する。一方、本実施形態では、フリーホイールダイオードFDp、FDnの電流を検出するタイミングは、パワースイッチング素子Swp,Swnをオン状態へと切り替えるタイミングであるが、実際には上側アームと下側アームとの間で情報伝達に時間がかかるため、上記切替タイミングより前の電流値が検出されることとなる。このため、検出対象となるフリーホイールダイオードFDp、FDnに逆並列に接続されるパワースイッチング素子のゲートの電圧の低下過程における検出対象の電流が検出されることとなる。このため、電流の実際の検出タイミングにおけるゲート電圧は変化し得る。そこで本実施形態では、図6に示すように、基準電圧生成回路56aの出力する基準電圧を、ゲートの電圧に基づき可変設定する。詳しくは、パワースイッチング素子Swp,Swnのそれぞれのゲート電圧が高いほど、これらに対応する基準電圧を大きくする。   This means that when the power switching element Sw is in the OFF state, the amount of voltage drop when a forward current greater than the specified value flows through the free wheel diode FD is smaller than in the ON state. . On the other hand, in the present embodiment, the timing for detecting the currents of the freewheel diodes FDp, FDn is the timing for switching the power switching elements Swp, Swn to the on state, but in practice, between the upper arm and the lower arm. Therefore, since information transmission takes time, a current value before the switching timing is detected. For this reason, the current to be detected in the process of decreasing the voltage of the gate of the power switching element connected in antiparallel to the freewheel diodes FDp and FDn to be detected is detected. For this reason, the gate voltage at the actual detection timing of the current can change. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the reference voltage output from the reference voltage generation circuit 56a is variably set based on the gate voltage. Specifically, the reference voltage corresponding to each of the power switching elements Swp and Swn is increased as the gate voltage is higher.

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)〜(4)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to this embodiment described above, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (4) of the first embodiment.

(5)一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのいずれか一方に関する変化速度の可変設定に利用する電流情報を、いずれか他方のゲートの電圧を加味して生成した。これにより、センス端子STの出力電流に基づく電流の検出に際し、電流検出結果のゲート電圧依存性の影響を除去することができる。   (5) The current information used for the variable setting of the change speed regarding one of the pair of power switching elements Swp and Swn is generated in consideration of the voltage of the other gate. Thereby, when detecting the current based on the output current of the sense terminal ST, the influence of the gate voltage dependency of the current detection result can be eliminated.

(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。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・上記各実施形態において、例えば特開2008−72848号公報に記載されているように、フリーホイールダイオードFDに電流が流れていると判断される場合には、これに逆並列に接続されるパワースイッチング素子Swの操作信号にかかわらず、これを強制的にオフ状態とする処理を実行してもよい。この場合、フリーホイールダイオードFDにおける電力損失を低減することができることに加えて、センス端子STからの出力電流の検出タイミングによっては、これがゲート電圧によって変化することを回避することもできる。このため、第2の実施形態の構成をとらずとも、フリーホイールダイオードFDに流れる電流を高精度に検出することも可能となる。   In each of the above embodiments, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-72848, when it is determined that a current is flowing through the freewheel diode FD, the power connected in reverse parallel thereto Regardless of the operation signal of the switching element Sw, processing for forcibly turning it off may be executed. In this case, in addition to being able to reduce the power loss in the freewheel diode FD, it is also possible to avoid the change in the gate voltage depending on the detection timing of the output current from the sense terminal ST. For this reason, even if it does not take the structure of 2nd Embodiment, it also becomes possible to detect the electric current which flows into the freewheel diode FD with high precision.

・フリーホイールダイオードFDを流れる電流の検出に際し、そのゲート電圧依存性を除去する手法としては、上記第2の実施形態で例示したように、ゲート電圧に応じて閾値を可変設定するものに限らない。例えば、シャント抵抗の抵抗値をゲート電圧に応じて可変設定するもの等であってもよい。   When detecting the current flowing through the freewheeling diode FD, the method for removing the dependency on the gate voltage is not limited to the method in which the threshold value is variably set according to the gate voltage, as exemplified in the second embodiment. . For example, the resistance value of the shunt resistor may be variably set according to the gate voltage.

・ゲート抵抗としては、パワースイッチング素子Swをオン状態に切り替えるための抵抗体(充電用抵抗体)と、パワースイッチング素子Swをオフ状態に切り替えるための抵抗体(放電用抵抗体)とを同一とするものに限らず、これらを互いに相違させるものであってもよい。この場合、オン状態への切替とオフ状態への切替とのそれぞれにとって適切な抵抗値を設定することができる。パワースイッチング素子Swを流れる電流とサージとの関係は、オン状態への切替とオフ状態への切替とで互いに相違したものとなるため、こうした設定は特に有効である。   As the gate resistance, the resistor (charging resistor) for switching the power switching element Sw to the on state is the same as the resistor (switching resistor) for switching the power switching element Sw to the off state. It is not limited to those to be performed, and they may be different from each other. In this case, an appropriate resistance value can be set for each of switching to the on state and switching to the off state. Such a setting is particularly effective because the relationship between the current flowing through the power switching element Sw and the surge is different between switching to the on state and switching to the off state.

・上記各実施形態では、正バイアスを印加した反転増幅回路52にシャント抵抗50による電圧降下量Vseを入力することで、電圧降下量Vseを変換し、必ず正の値となるようにしたがこれに限らない。例えば、コンパレータ54の反転入力端子にシャント抵抗50の電圧を印加するとともに、非反転入力端子をパワースイッチング素子SWのエミッタ電位よりも低電位としてもよい。   In each of the above embodiments, the voltage drop amount Vse is converted by inputting the voltage drop amount Vse due to the shunt resistor 50 to the inverting amplifier circuit 52 to which a positive bias is applied, so that the voltage drop amount Vse is always positive. Not limited to. For example, the voltage of the shunt resistor 50 may be applied to the inverting input terminal of the comparator 54, and the non-inverting input terminal may be set lower than the emitter potential of the power switching element SW.

・上記各実施形態では、ゲートの電荷の変化速度を基準値よりも大きくした後、当該パワースイッチング素子Swのオン状態からオフ状態への切替をトリガとして、基準値に戻すようにしたがこれに限らない。例えば、オフ状態からオン状態への切替開始指令タイミングから所定の長さを有する時間だけ基準値よりも大きくしてもよい。更に、電流情報にかかわらず基準値へと戻す制御を行わないこととしても、上記実施形態の上記(1)、(2)、(4)の各効果を得ることはできる。   In each of the above-described embodiments, after the rate of change of the gate charge is made larger than the reference value, the switching from the on state to the off state of the power switching element Sw is used as a trigger to return to the reference value. Not exclusively. For example, the time may be larger than the reference value by a time having a predetermined length from the switching start command timing from the off state to the on state. Further, even if the control to return to the reference value is not performed regardless of the current information, the effects (1), (2), and (4) of the above embodiment can be obtained.

・上記各実施形態では、一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのうちのいずれか一方がオフ状態からオン状態へと切り替えられるタイミングに同期していずれか他方に逆並列に接続されるフリーホイールダイオードに流れる電流情報を取得したがこれに限らない。例えば、一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのうちのいずれか一方がオン状態からオフ状態へと切り替えられるタイミングに同期していずれか一方に逆並列に接続されるフリーホイールダイオードに流れる電流を検出してもよい。また例えば、いずれか一方における電流の検出値をいずれか他方のゲート抵抗値の可変設定に反映させるまでに要する時間をデッドタイムから減算した時間だけ、いずれか一方がオン状態からオフ状態へと切り替えられるタイミングから遅れたタイミングで電流を検出してもよい。この場合、いずれか他方をオン状態に切り替える際にゲート抵抗44の抵抗値を確実に変更しつつも、この変更を切替タイミングに極力近接したタイミングにおける電流に基づき行うことができる。   In each of the above embodiments, the free wheel diode connected in reverse parallel to either one of the pair of power switching elements Swp, Swn is synchronized with the timing when the off state is switched to the on state. Although the current information which flows is acquired, it is not restricted to this. For example, the current flowing through the freewheeling diode connected in reverse parallel to either one of the pair of power switching elements Swp and Swn is detected in synchronization with the timing at which one of the power switching elements Swp and Swn is switched from the on state to the off state. May be. In addition, for example, either time is switched from the on state to the off state for the time required to reflect the detected current value in one of them to the variable setting of the other gate resistance value from the dead time. The current may be detected at a timing delayed from the generated timing. In this case, it is possible to change the resistance value of the gate resistor 44 when the other is switched to the on state, while making the change based on the current at the timing as close as possible to the switching timing.

・一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのうちのいずれか一方がオフ状態とされる期間におけるいずれか他方を流れる電流情報としては、この電流が閾値電流以上であるか否かを示す2値的な信号に限らない。例えば、電流値を3段階以上でデジタル表記したものやアナログ表記したものであってもよい。   The current information flowing through either one of the pair of power switching elements Swp and Swn during the period in which the other is turned off is a binary value indicating whether or not this current is equal to or greater than the threshold current Not limited to signals. For example, the current value may be digitally expressed in three or more levels, or analog.

・上記各実施形態では、パワースイッチング素子Swを流れる電流に応じてゲート抵抗値を高抵抗及び低抵抗の2つの抵抗値から選択したがこれに限らず、3段階以上又は連続的に可変としてもよい。この場合、電流が増大するにつれてゲート抵抗を漸減させればよい。換言すれば、電流が増大するにつれてゲートの電荷の変化速度を徐々に増加させていけばよい。   In each of the above embodiments, the gate resistance value is selected from the two resistance values of the high resistance and the low resistance according to the current flowing through the power switching element Sw. Good. In this case, the gate resistance may be gradually decreased as the current increases. In other words, the rate of change of the gate charge may be gradually increased as the current increases.

なお、ゲート抵抗を2段階以上で可変とする場合には、電流との比較対象とされる閾値を複数設定したり、比較手段(コンパレータ54に相当)を複数備えたりする設計変更によって対処することができる。   If the gate resistance is variable in two or more stages, it should be dealt with by changing the design by setting a plurality of thresholds to be compared with the current or by providing a plurality of comparison means (corresponding to the comparator 54). Can do.

・ゲートの充電速度を可変とするための手段としては、線形素子の抵抗値を可変とするものに限らない。例えば特開2009−55654号公報に記載されているように、非線形素子を利用してもよい。また、例えばゲートの充放電経路の抵抗値を可変とするものに限らず、例えばゲートに印加する電圧を可変とする手段であってもよい。   The means for making the gate charging speed variable is not limited to making the resistance value of the linear element variable. For example, a non-linear element may be used as described in JP 2009-55654 A. For example, the resistance value of the charging / discharging path of the gate is not limited to variable, and for example, means for changing the voltage applied to the gate may be used.

・上記各実施形態では、高電位側のパワースイッチング素子Swp及び低電位側のパワースイッチング素子Swnを相補的に駆動することとしたが、これに限らない。相補的に駆動しない場合であっても、上記各実施形態の要領でゲートの電荷変化速度の可変設定処理を行うことができる。   In each of the above embodiments, the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn are complementarily driven, but the present invention is not limited thereto. Even in the case of not driving in a complementary manner, it is possible to perform variable setting processing of the charge change rate of the gate in the manner of each of the above embodiments.

・パワースイッチング素子SwとフリーホイールダイオードFDとが同一半導体基板に併設して形成されているものに限らず、別チップに構成されているものであってもよい。   The power switching element Sw and the free wheel diode FD are not limited to be formed on the same semiconductor substrate, and may be configured in separate chips.

・上記各実施形態では、一対のパワースイッチング素子Swp,Swnのうちのいずれか一方のオン状態への切替に際して、いずれか他方に逆並列に接続されたフリーホイールダイオードFDに流れる電流を利用したが、これに限らず、オフ状態への切替に際して上記電流を利用してもよい。   In each of the above embodiments, the current flowing through the freewheel diode FD connected in reverse parallel to either one of the pair of power switching elements Swp and Swn is used when switching to the on state. Not limited to this, the current may be used when switching to the off state.

・上記各実施形態では、パワースイッチング素子SwpのドライブユニットDUとパワースイッチング素子SwnのドライブユニットDUとを互いに絶縁された各別の回路としたが、これに限らず、これら一対のドライブユニットDUを高耐圧集積回路(HVIC)にて一括して構成してもよい。この場合、一対のパワースイッチング素子Swp、Swnのいずれか一方側の電流情報をいずれか他方側のRSフリップフロップ60に伝達させる高耐圧通信経路は、HVIC内の高耐圧素子が担うこととなる。   In each of the above embodiments, the drive unit DU of the power switching element Swp and the drive unit DU of the power switching element Swn are separated from each other. However, the present invention is not limited to this, and the pair of drive units DU is integrated with high withstand voltage. A circuit (HVIC) may be configured in a lump. In this case, the high withstand voltage element in the HVIC is responsible for the high withstand voltage communication path for transmitting the current information on either side of the pair of power switching elements Swp and Swn to the RS flip-flop 60 on the other side.

・パワースイッチング素子Swとしては、IGBTに限らず、例えばパワーMOS型電界効果トランジスタ等であってもよい。この場合、通常、フリーホイールダイオードFDよりもパワーMOS型電界効果トランジスタの方がオン抵抗が小さいため、デッドタイム期間以外には、パワーMOS型電界効果トランジスタに電流が流れると考えられる。そしてこの電流は、例えば、その入力端子及び出力端子(ソース及びドレイン)間の電圧によって検出可能である。   The power switching element Sw is not limited to the IGBT, and may be a power MOS field effect transistor, for example. In this case, since the on-resistance of the power MOS field effect transistor is usually smaller than that of the free wheel diode FD, it is considered that a current flows through the power MOS field effect transistor except during the dead time period. This current can be detected by, for example, the voltage between the input terminal and the output terminal (source and drain).

・電力変換回路としては、上記インバータIVや、ブーストコンバータとしてのコンバータCVに限らない。例えば、高電圧バッテリ12の電圧を降圧して低電圧バッテリ14に印加する降圧コンバータであってもよい。   The power conversion circuit is not limited to the inverter IV and the converter CV as a boost converter. For example, a step-down converter that steps down the voltage of the high voltage battery 12 and applies it to the low voltage battery 14 may be used.

・電力変換回路としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。   -As a power converter circuit, not only what is mounted in a hybrid vehicle, For example, you may mount in an electric vehicle.

40…電源、42…充電用スイッチング素子、44…ゲート抵抗(可変手段の一実施形態)、48…駆動制御回路、60…Dフリップフロップ(可変手段の一実施形態)、Sw…パワースイッチング素子、FD…フリーホイールダイオード。   40 ... power supply, 42 ... switching element for charging, 44 ... gate resistance (one embodiment of variable means), 48 ... drive control circuit, 60 ... D flip-flop (one embodiment of variable means), Sw ... power switching element, FD: Freewheel diode.

Claims (8)

低電位側電気経路及び高電位側電気経路に誘導性負荷に流れる電流を交互に流すべく、これら一対の電気経路の少なくとも一方に備えられる電圧制御形のパワースイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記低電位側電気経路及び高電位側電気経路のそれぞれに流れる電流を検出する各別の検出手段とを備えるパワースイッチング素子の駆動装置において、
前記パワースイッチング素子を駆動するに際し、前記一対の電気経路のうちの前記駆動対象の備えられた経路でない側の経路に流れる電流についての前記駆動対象のオフ状態時における情報に基づき、前記駆動対象の導通制御端子の電荷の変化速度を可変とする可変手段を備えることを特徴とするパワースイッチング素子の駆動装置。
Driving means for driving a voltage-controlled power switching element provided in at least one of the pair of electric paths so that a current flowing through the inductive load alternately flows through the low potential side electric path and the high potential side electric path; In a drive device for a power switching element, comprising separate detection means for detecting a current flowing in each of a low potential side electrical path and a high potential side electrical path,
When driving the power switching element, based on the information in the OFF state of the driving target about the current flowing in the path on the side that is not the driving target of the pair of electric paths, the driving target A drive device for a power switching element, comprising: variable means for changing a change rate of electric charge of the conduction control terminal.
前記可変手段は、前記情報に基づき、前記パワースイッチング素子のオン操作に際しての前記変化速度を可変とすることを特徴とする請求項1記載のパワースイッチング素子の駆動装置。   2. The drive device for a power switching element according to claim 1, wherein the variable means makes the change speed variable when the power switching element is turned on based on the information. 前記可変手段は、前記変化速度の基準値を保持するものであって且つ、前記オフ状態時における1の前記情報に基づき前記変化速度を前記基準値よりも大きくする処理を行った後、次回のオン操作に先立って前記変化速度を前記基準値へと一旦戻す処理を行うことを特徴とする請求項2記載のパワースイッチング素子の駆動装置。   The variable means holds the reference value of the change speed, and after performing the process of making the change speed larger than the reference value based on the information of 1 in the off state, 3. The drive device for a power switching element according to claim 2, wherein a process of temporarily returning the change speed to the reference value is performed prior to an on operation. 前記可変手段は、前記パワースイッチング素子のオン操作の後にオフ状態への切替指令が出されることをトリガとして、前記基準値へと一旦戻す処理を行うことを特徴とする請求項3記載のパワースイッチング素子の駆動装置。   4. The power switching according to claim 3, wherein the variable means performs a process of temporarily returning to the reference value, triggered by a command to switch to an OFF state after an ON operation of the power switching element. Device drive device. 前記パワースイッチング素子は、これに逆並列に接続される態様にてこれと同一半導体基板に併設されたフリーホイールダイオードが設けられた半導体デバイスに搭載されるものであり、
前記半導体デバイスは、前記フリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有する微少電流を出力する端子を備え、
前記情報は、前記微少電流の検出値に基づく情報であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
The power switching element is mounted on a semiconductor device provided with a freewheel diode provided on the same semiconductor substrate as that connected in reverse parallel to the power switching element,
The semiconductor device includes a terminal that outputs a minute current having a correlation with a current flowing through the freewheel diode,
5. The power switching element driving apparatus according to claim 1, wherein the information is information based on a detection value of the minute current. 6.
前記一対の電気経路は、それぞれパワースイッチング素子を備えて構成され、
前記一対のパワースイッチング素子は、互いに相補的に駆動されるものであり、
前記一対のパワースイッチング素子のいずれか一方の導通制御端子の電荷の前記変化速度の可変設定に利用される前記情報は、いずれか他方の導通制御端子の電圧を加味して生成される情報であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
Each of the pair of electrical paths is configured to include a power switching element,
The pair of power switching elements are driven complementarily to each other,
The information used for variably setting the rate of change of the charge at one conduction control terminal of the pair of power switching elements is information generated in consideration of the voltage at the other conduction control terminal. The drive device for a power switching element according to any one of claims 1 to 5, wherein:
前記一対の電気経路は、それぞれパワースイッチング素子を備えて構成され、
前記一対のパワースイッチング素子は、互いに相補的に駆動されるものであり、
前記一対のパワースイッチング素子のいずれか一方の導通制御端子の電荷の前記変化速度の可変設定に利用される前記情報は、いずれか他方のオフ状態への切替開始タイミング以降における前記電流に基づく情報であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
Each of the pair of electrical paths is configured to include a power switching element,
The pair of power switching elements are driven complementarily to each other,
The information used for variably setting the change rate of the charge at one of the conduction control terminals of the pair of power switching elements is information based on the current after the switching start timing to the off state of the other. The power switching element drive device according to claim 1, wherein the power switching element drive device is provided.
前記一対のパワースイッチング素子は、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムに備えられる車載主機及び高電圧バッテリの少なくとも一方に接続される電力変換回路を構成するものであって且つ、これら一対のパワースイッチング素子のそれぞれには、前記可変手段が各別に接続されており、
前記一対のパワースイッチング素子の一方に対応する前記可変手段が、他方に対応する前記情報を受け取るための高耐圧通信経路を更に備えることを特徴とする請求項7記載のパワースイッチング素子の駆動装置。
The pair of power switching elements constitutes a power conversion circuit connected to at least one of the in-vehicle main unit and the high-voltage battery provided in the in-vehicle high voltage system insulated from the in-vehicle low voltage system. Each of the power switching elements is connected to the variable means separately.
8. The drive device for a power switching element according to claim 7, wherein the variable means corresponding to one of the pair of power switching elements further includes a high voltage communication path for receiving the information corresponding to the other.
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