JP5751221B2 - 駆動対象スイッチング素子の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧制御形のスイッチング素子である駆動対象スイッチング素子の操作信号を入力とし、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子の電圧を操作する駆動対象スイッチング素子の駆動装置に関する。

この種の駆動装置としては、たとえば下記特許文献１に見られるように、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）を流れる電流が異常に大きくなることで、ゲートおよびエミッタ間電圧をクランプ電圧にクランプするものも提案されている。

特開２０１０−２４６２５１号公報

ところで、スイッチング素子がオン状態となりゲートおよびエミッタ間電圧が一定の電圧となっているときと比較して、スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り替えられるときの方が、スイッチング素子を流れる電流が異常に大きくなる場合、その電流量がより大きくなるおそれがある。これは、ゲートおよびエミッタ間電圧が大きいほどスイッチング素子に流すことのできる電流の最大値が大きくなることに起因する。このため、スイッチング素子がオン状態に切り替わり、ゲートおよびエミッタ間電圧が一定の電圧となっているときに異常に大きい電流が流れる場合に、ゲートおよびエミッタ間電圧をクランプ電圧にクランプすると、スイッチング素子を流れる電流の減少速度が大きくなり、ひいてはサージが大きくなるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決する過程でなされたものであり、その目的は、電圧制御形のスイッチング素子である駆動対象スイッチング素子の操作信号を入力とし、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子の電圧を操作するものにあって、サージ電圧を好適に抑制することのできる駆動対象スイッチング素子の駆動装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

本発明は、電圧制御形のスイッチング素子である駆動対象スイッチング素子（Ｓ￥＃）の操作信号を入力とし、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を充電することで、前記駆動対象スイッチング素子をオン状態に移行させるオン状態移行処理を行うオン状態移行手段（２２，２４，２６，３４）と、前記操作信号を入力とし、前記開閉制御端子から前記オン状態とするための電荷を放電することで、前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に移行させるオフ状態移行処理を行うオフ状態移行手段（３０，３２，３４）と、前記駆動対象スイッチング素子における電流の流通経路の一方の端部である基準端子と前記開閉制御端子との間の電位差の絶対値を、前記駆動対象スイッチング素子がオン状態となる閾値電圧よりも大きいクランプ電圧にクランプするクランプ手段（４４，４６，４８，５０，５２）と、前記オン状態移行処理によって前記駆動対象スイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り替わった後、前記流通経路を流れる電流量がクランプ用閾値以上となることで、前記電位差の絶対値を前記クランプ電圧まで低減する速度を、前記オフ状態移行手段によるものよりも遅くする速度低下手段（３０，４０，４２，６０，６２，６４）と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、速度低下手段を備えるため、駆動対象スイッチング素子がオン状態に切り替わることで上記電位差の絶対値がある程度大きくなった後、駆動対象スイッチング素子にクランプ用閾値以上の電流が流れる場合、ゲート電圧をクランプ電圧まで低減する際の電流の減少速度を制限することができる。このため、サージ電圧を好適に抑制することができる。

なお、本発明にかかる以下の代表的な実施形態に関する概念の拡張については、代表的な実施形態の後の「その他の実施形態」の欄に記載してある。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるドライブユニットの構成を示す回路図。 同実施形態にかかるソフト遮断処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかるクランプ処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の効果を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるドライブユニットの構成を示す回路図。 同実施形態にかかるクランプ処理の手順を示す流れ図。 同実施形態の効果を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかるソフト遮断処理とクランプ処理との切り替え態様を示すタイムチャート。 第４の実施形態にかかるソフト遮断処理とクランプ処理との切り替え態様を示すタイムチャート。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明にかかる駆動対象スイッチング素子の駆動装置を車載主機に接続される電力変換回路に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に機械的に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＮＶおよび昇圧コンバータＣＮＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、昇圧コンバータＣＮＶは、コンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続された一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎと、一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎの接続点と高電圧バッテリ１２の正極とを接続するリアクトルＬとを備えている。そして、スイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎのオン・オフによって、高電圧バッテリ１２の電圧（例えば百Ｖ以上）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧するものである。一方、インバータＩＮＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えており、これら各直列接続体の接続点がモータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。これらスイッチング素子Ｓ￥＃（￥＝ｕ，ｖ，ｗ，ｃ；＃＝ｐ，ｎ）として、本実施形態では、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。そして、これらにはそれぞれ、ダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。

制御装置１８は、低電圧バッテリ１６を電源とする制御装置である。制御装置１８は、モータジェネレータ１０を制御対象とし、その制御量を所望に制御すべく、インバータＩＮＶや昇圧コンバータＣＮＶを操作する。詳しくは、昇圧コンバータＣＮＶのスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎを操作すべく、操作信号ｇｃｐ、ｇｃｎをドライブユニットＤＵに出力する。また、インバータＩＮＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作すべく、操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎをドライブユニットＤＵに出力する。ここで、高電位側の操作信号ｇ￥ｐと、対応する低電位側の操作信号ｇ￥ｎとは、互いに相補的な信号となっている。換言すれば、高電位側のスイッチング素子Ｓ￥ｐと、対応する低電位側のスイッチング素子Ｓ￥ｎとは、交互にオン状態とされる。

なお、高電圧バッテリ１２を備える高電圧システムと低電圧バッテリ１６を備える低電圧システムとは、互いに絶縁されており、これらの間の信号の授受は、例えばフォトカプラ等の絶縁通信手段を備えるインターフェース１４を介して行われる。

図２に、上記ドライブユニットＤＵの構成を示す。

図示されるように、ドライブユニットＤＵは、１チップ化された半導体集積回路であるドライブＩＣ２０を備えている。ドライブＩＣ２０は、端子電圧Ｖｏｍを有する直流電圧源２２を備え、直流電圧源２２の端子は、端子Ｔ１、定電流用抵抗体２４、端子Ｔ３、ＰチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（定電流用スイッチング素子２６）、端子Ｔ４を介してスイッチング素子Ｓ￥＃のゲートに接続されている。

一方、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲートは、ゲート抵抗体３０、端子Ｔ５、ＮチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタ（放電用スイッチング素子３２）を介して端子Ｔ６に接続されている。そして、端子Ｔ６は、スイッチング素子Ｓ￥＃の流通経路（エミッタおよびコレクタ間）の一方の端部（エミッタ）に接続されている。

上記定電流用スイッチング素子２６および放電用スイッチング素子３２は、ドライブＩＣ２０内の駆動制御部３４によって操作される。すなわち、駆動制御部３４では、端子Ｔ７を介して入力される上記操作信号ｇ￥＃に基づき、定電流用スイッチング素子２６と放電用スイッチング素子３２とを交互にオン・オフすることでスイッチング素子Ｓ￥＃を駆動する。詳しくは、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令となることで、放電用スイッチング素子３２をオフして且つ定電流用スイッチング素子２６をオンする。一方、操作信号ｇ￥＃がオフ操作指令となることで、定電流用スイッチング素子２６をオフして且つ放電用スイッチング素子３２をオンする。

ここで、定電流用スイッチング素子２６をオン操作する期間においては、その開閉制御端子（ゲート）への印加電圧を、定電流用抵抗体２４の電圧降下量（端子Ｔ２の電圧Ｖｍ）を規定値に制御するために操作する。これにより、定電流用抵抗体２４を流れる電流量を一定値とすることができ、ひいてはスイッチング素子Ｓ￥＃のゲート充電処理を定電流制御にて行うことができる。

上記端子Ｔ５は、ソフト遮断用抵抗体４０およびNチャネルMOS電界効果トランジスタ（ソフト遮断用スイッチング素子４２）を介して端子Ｔ６に接続されている。

また、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲートは、端子Ｔ８に接続されており、端子Ｔ８は、NチャネルMOS電界効果トランジスタ（クランプ用スイッチング素子４６）を介して端子Ｔ６に接続されている。クランプ用スイッチング素子４６のゲートには、オペアンプ４４の出力電圧が印加され、オペアンプ４４の反転入力端子には、電源４８のクランプ電圧Ｖｃが印加され、非反転入力端子には、端子Ｔ８を介してスイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅが印加される。ここで、オペアンプ４４に対する電源５２による給電は、電源用スイッチング素子５０によってオン・オフされる。

一方、上記スイッチング素子Ｓ￥＃は、その流通経路（エミッタおよびコレクタ間）に流れる電流（コレクタ電流）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。そして、センス端子Ｓｔは、抵抗体５６，５８の直列接続体を介してエミッタに電気的に接続されている。これにより、センス端子Ｓｔから出力される電流によって抵抗体５８に電圧降下が生じるため、抵抗体５８による電圧降下量（センス電圧Ｖｓｅ）を、スイッチング素子Ｓ￥＃の流通経路を流れる電流と相関を有する電気的な状態量とすることができる。

上記センス電圧Ｖｓｅは、端子Ｔ９を介して、駆動制御部３４に取り込まれる。駆動制御部３４では、センス電圧Ｖｓｅに基づき、電源用スイッチング素子５０やソフト遮断用スイッチング素子４２を操作する。以下、これについて説明する。

図３に、上記センス電圧Ｖｓｅに基づき行われる処理の手順を示す。なお、この処理は、本実施形態において過渡時保護手段を構成する。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令であるか否かを判断する。そしてオン操作指令であると判断される場合、ステップＳ１２において、センス電圧Ｖｓｅがソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔ以上であるか否かを判断する。この処理は、スイッチング素子Ｓ￥＃に異常に大きい電流が流れているか否かを判断するためのものである。ソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔは、スイッチング素子Ｓ￥＃の通常駆動時において流れる電流の最大値よりも大きい電流に設定されている。

そして、ステップＳ１２において肯定判断される場合、ステップＳ１４において、ステップＳ１２において肯定判断されている時間を計時するカウンタＴ１がソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔ以上であるか否かを判断する。この処理は、スイッチング素子Ｓ￥＃を強制的にオフ操作する条件が成立したか否かを判断するためのものである。ここで、ソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔは、ノイズによって上記条件が成立したと誤判断することを回避することができる値に設定される。

ステップＳ１４において否定判断される場合、ステップＳ１６において、カウンタＴ１をインクリメントする。また、上記ステップＳ１２においてセンス電圧Ｖｓｅがソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔ未満であると判断される場合、ステップＳ２０において、カウンタＴ１を初期化する。ステップＳ１６，Ｓ２０の処理が完了する場合、ステップＳ１０に戻る。

これに対し、ステップＳ１４において肯定判断される場合、ステップＳ１８において、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作し、定電流用スイッチング素子２６をオフ操作する。また、先の図２に示す端子Ｔ１０を介して制御装置１８にフェール信号ＦＬを出力する。このフェール信号ＦＬによって、先の図１に示すフェール処理部１４ａでは、インバータＩＮＶや昇圧コンバータＣＮＶをシャットダウンする。ちなみに、フェール処理部１４ａの構成は、例えば特開２００９−６０３５８号公報の図３に記載のものとすればよい。

なお、ステップＳ１８の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図４に、上記センス電圧Ｖｓｅに基づき行われる別の処理の手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、操作信号ｇ￥＃がオフ操作指令からオン操作指令に切り替わった時点であるか否かを判断する。そしてステップＳ３０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において、上記ステップＳ３０において肯定判断されてからの経過時間を計時するカウンタＴ２がクランプ用閾値時間Ｔｃｍｐ以下であるか否かを判断する。この処理は、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃでガード処理するか否かを判断するためのものである。

この処理は、たとえば上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐと対応する下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎとの双方がオン状態となる短絡状態となる場合等において、それらに流れる電流が急激に大きくなり、これに伴ってゲート電圧Ｖｇｅが急上昇するおそれがあることに鑑みてなされるものである。すなわち、たとえばセンス電圧Ｖｓｅをクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐと比較する処理を行い、クランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐよりも高いと判断される場合に電源用スイッチング素子５０をオン操作する場合には、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃにクランプされるまでに一旦大きく上昇し、ひいてはスイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流も過度に大きくなるおそれがある。ここで、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐは、スイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流が急激に大きくなった場合に、駆動制御部３４が、センス電圧Ｖｓｅを入力とし、この事態を把握し、スイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流を制限する処理が開始されるまでに要する時間以上に設定される。また、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐは、ゲート電圧Ｖｇｅがスイッチング素子Ｓ￥＃をオフ状態からオン状態に切り替える閾値電圧Ｖｔｈとなると想定される時間よりも長い時間に設定されている。詳しくは、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐは、正常時において、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧が上昇した後一旦上昇速度が低減するミラー期間となるまでに要すると想定される時間以上（望ましくはミラー期間が終了するまでに要すると想定される時間以上）に設定される。

ステップＳ３２において肯定判断される場合、ステップＳ３４において電源用スイッチング素子５０をオン操作する。これにより、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐに渡って、ゲート電圧Ｖｇｅに対し、クランプ電圧Ｖｃによるガード処理がなされることとなる。続くステップＳ３４においては、カウンタＴ２をインクリメントする。

一方、ステップＳ３２において否定判断される場合、ステップＳ４０において、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上であるか否かを判断する。ここで、クランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐは、ソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔよりも大きい値に設定されている。クランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐは、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐと下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎとの双方がオン状態となることで異常に大きい電流が流れる場合に、電流の制限処理を迅速に行うことを狙って設定されている。

上記ステップＳ４０において否定判断される場合、ステップＳ４１において、電源用スイッチング素子５０をオフ操作する。これに対し、ステップＳ４０において肯定判断される場合、ステップＳ４２において、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作し、定電流用スイッチング素子２６をオフ操作するとともに、フェール信号ＦＬを出力する。なお、ステップＳ４２の処理は、本実施形態において、速度低下手段を構成する。

上記ステップＳ４１，Ｓ３６の処理が完了する場合には、ステップＳ３８において、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令からオフ操作指令に切り替わったか否かを判断する。そしてステップＳ３８において否定判断される場合、ステップＳ３２に戻る一方、ステップＳ３８において肯定判断される場合、ステップＳ４４において、カウンタＴ２を初期化する。

なお、ステップＳ４２，Ｓ４４の処理が完了する場合や、ステップＳ３０において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図５に、本実施形態の効果を、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となることで電源用スイッチング素子５０をオン操作した比較例と対比して示す。詳しくは、図５（ａ）は、ゲート電圧Ｖｇｅの推移を示し、図５（ｂ）は、センス電圧Ｖｓｅの推移を示し、図５（ｃ）は、定電流用スイッチング素子２６の操作状態の推移を示し、図５（ｄ）は、ソフト遮断用スイッチング素子４２の操作状態の推移を示す。また、比較例における図５（ｅ）は、電源用スイッチング素子５０の操作状態の推移を示す。

図示されるように、本実施形態では、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となることで、定電流用スイッチング素子２６をオフ操作するとともに、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作する。これにより、スイッチング素子Ｓ￥＃に流れる電流が過度に大きくなっている状況下、その減少速度を小さくすることができ、ひいてはサージ電圧を抑制することができる。

これに対し、比較例では、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃに急激に低減されるため、電流の減少速度が大きくなり、ひいてはサージ電圧が大きくなる。

以上説明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。

（１）スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えることでオン状態となった後、スイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流がクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となることで、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作してスイッチング素子Ｓ￥＃をオフ操作した。これにより、スイッチング素子Ｓ￥＃のオフ状態からオン状態への切り替え時に非常に大きい電流が流れる場合と比較して、スイッチング素子Ｓ￥＃に流れる電流がさらに大きくなりやすい状況下、スイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流の減少速度を制限することができ、ひいてはサージ電圧を抑制することができる。

（２）センス電圧Ｖｓｅがソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔ（＜Ｖｃｍｐ）以上となる継続時間がソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔ以上となることで、スイッチング素子Ｓ￥＃をオフ操作させるべくオン操作されるソフト遮断用スイッチング素子４２を、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となる場合に流用した。これにより、部品点数の追加を好適に抑制することができる。

（３）上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐと下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎとの直列接続体が直流電圧源としてのコンデンサＣに並列接続されるシステムにおけるそれらスイッチング素子Ｓ￥＃を駆動対象とした。この場合、上側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｐと下側アームのスイッチング素子Ｓ￥ｎとの双方がオン状態となる短絡異常時において、それらに流れる電流が過度に大きくなりうることから、スイッチング素子Ｓ￥＃がオン状態となった後に、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となることでソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作することが特に有効となる。
＜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。

図６に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図６において、先の図２に示した部材に対応するものについては、便宜上同一の符号を付している。

本実施形態では、クランプ用スイッチング素子４６を用いたクランプ電圧Ｖｃへのクランプ処理を変更する。具体的には、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート（端子Ｔ８）とエミッタ（端子Ｔ６）との間に、充電用スイッチング素子６６およびコンデンサ６０の直列接続体を接続し、充電用スイッチング素子６６およびコンデンサ６０の接続点を、オペアンプ４４の反転入力端子に接続する。また、オペアンプ４４の反転入力端子には、抵抗体６２およびフィルタ用スイッチング素子６４を介して、クランプ電圧Ｖｃを端子電圧とする電源４８を接続する。

こうした構成によれば、抵抗体６２およびコンデンサ６０をＲＣ回路とすることができる。このため、コンデンサ６０の電圧をクランプ電圧Ｖｃよりも高い電圧に充電した状態でフィルタ用スイッチング素子６４をオン操作することで、ＲＣ回路の時定数に応じてオペアンプ４４の反転入力端子に印加する電圧をクランプ電圧Ｖｃに漸減させることができる。

図７に、上記センス電圧Ｖｓｅに基づき駆動制御部３４によって行われる処理の手順を示す。なお、図７において、先の図４に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ３８において肯定判断される場合、ステップＳ４４ａにおいて、電源用スイッチング素子５０と充電用スイッチング素子６６とをオフ操作して且つ、フィルタ用スイッチング素子６４をオン操作する。これは、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令に切り替わる時点までに、コンデンサ６０の充電電圧をクランプ電圧Ｖｃとするための設定である。さらに、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令に切り替わってからクランプ用閾値時間Ｔｃｍｐが経過するまで（ステップＳ３２：ＹＥＳ）は、ステップＳ３４ａにおいて、電源用スイッチング素子５０およびフィルタ用スイッチング素子６４をオンとして且つ、充電用スイッチング素子６６をオフとする。これは、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐが経過するまでの間、ゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃでガード処理するための設定である。

一方、クランプ用閾値時間Ｔｃｍｐが経過した後（ステップＳ３２：ＮＯ）、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ未満と判断される場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１ａにおいて、電源用スイッチング素子５０およびフィルタ用スイッチング素子６４をオフ操作して且つ、充電用スイッチング素子６６をオン操作する。この処理は、ゲート電圧Ｖｇｅのガード処理を解除するとともに、コンデンサ６０の充電電圧をクランプ電圧Ｖｃよりも高くするためのものである。

これに対し、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上と判断される場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４２ａにおいて、電源用スイッチング素子５０およびフィルタ用スイッチング素子６４をオン操作して且つ、充電用スイッチング素子６６をオフ操作する。この処理は、ゲート電圧Ｖｇｅにガード処理を施すためのものである。ここで、クランプ用スイッチング素子４６のゲートには、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅをコンデンサ６０の充電電圧とするための電圧が印加される。コンデンサ６０の電圧は、ステップＳ４０において肯定判断された直後のゲート電圧Ｖｇｅからクランプ電圧Ｖｃへと、抵抗体６２およびコンデンサ６０の時定数に応じて漸減する。このため、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅを、クランプ電圧Ｖｃへと徐々に低下させることができる。

なお、スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃとされる場合にスイッチング素子Ｓ￥＃に流すことのできる電流の最大値は、クランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐに対応する電流よりも僅かに大きい値とされる。そして、ステップＳ４１ａ，Ｓ４２ａの処理が完了する場合、ステップＳ３８の処理に移行する。

図８に、本実施形態の効果を示す。なお、図８（ａ）〜図８（ｅ）は、先の図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応している。

図示されるように、本実施形態では、ゲート電圧Ｖｇｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えて上昇した後、センス電圧Ｖｓｅがクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐを上回ることで、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃに徐々に低減される。これにより、クランプ電圧Ｖｃに低減されるに際してスイッチング素子Ｓ￥＃に流れる電流量の変化速度を制限することができ、ひいてはサージ電圧を抑制することができる。なお、センス電圧Ｖｓｅがソフト遮断用閾値電圧Ｖｓｆｔ以上となる継続時間がソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔ以上となることで、定電流用スイッチング素子２６がオフ操作され、ソフト遮断用スイッチング素子４２がオン操作されることで、スイッチング素子Ｓ￥＃が強制的にオフとされる。

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（３）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。

（４）スイッチング素子Ｓ￥＃のゲート電圧Ｖｇｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えることでオン状態となった後、スイッチング素子Ｓ￥＃を流れる電流がクランプ用閾値電圧Ｖｃｍｐ以上となることで、フィルタ用スイッチング素子６４および電源用スイッチング素子５０をオン操作した。これにより、ゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで漸減させることができる。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、先の第２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。

本実施形態では、クランプ用スイッチング素子４６によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低減する速度を、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作することでゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低減する速度よりも大きくする。これは、抵抗体６２およびコンデンサ６０の時定数や、ソフト遮断用抵抗体４０の抵抗値等を調整することで、実現することができる。

そして、図９に示されるように、クランプ用スイッチング素子４６によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低下させる以前に、ソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔが経過する場合、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃとなるまではソフト遮断用スイッチング素子４２を用いない。これは、クランプ用スイッチング素子４６によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低下させることで、スイッチング素子Ｓ￥＃がオフ状態となるまでの時間を短縮するための設定である。なお、図９（ａ）〜図９（ｅ）のそれぞれは、先の図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応している。
＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、先の第２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。

本実施形態では、クランプ用スイッチング素子４６によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低減する速度を、ソフト遮断用スイッチング素子４２をオン操作することでゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低減する速度よりも小さくする。これは、抵抗体６２およびコンデンサ６０の時定数や、ソフト遮断用抵抗体の抵抗値等を調整することで、実現することができる。

そして、図１０に示されるように、クランプ用スイッチング素子４６によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃまで低下させる以前に、ソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔが経過する場合、ソフト遮断用スイッチング素子４２を用いてゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃに低下させる。すなわち、ソフト遮断用閾値時間Ｔｓｆｔが経過することで、電源用スイッチング素子５０をオフ操作する。これは、スイッチング素子Ｓ￥＃がオフ状態となるまでの時間を短縮するための設定である。なお、図１０（ａ）〜図１０（ｅ）のそれぞれは、先の図５（ａ）〜図５（ｅ）に対応している。
＜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。

「オフ状態移行手段について」
たとえば、インピーダンスが大きい経路とインピーダンスが小さい経路とを備え、スイッチング素子Ｓ￥＃をオフすべくゲートの電荷を放電させる過程で、インピーダンスの小さい経路から大きい経路に変更するいわゆるアクティブゲート制御を行うものであってもよい。この場合、インピーダンスが大きい経路のインピーダンスよりも、ソフト遮断手段による放電経路のインピーダンスを大きく設定する。

「クランプ手段について」
クランプ用スイッチング素子４６を備え、クランプ用スイッチング素子４６のインピーダンスを、ゲート電圧Ｖｇｅがクランプ電圧Ｖｃとなるように操作するものに限らない。たとえば、ツェナーダイオードとクランプ用スイッチング素子４６とを備え、クランプ用スイッチング素子４６のゲートに固定された値を有する電圧を印加することで、ゲート電圧をツェナーダイオードのブレークダウン電圧によってクランプするものであってもよい。ただしこのようにツェナーダイオードを用いる構成を第２の実施形態に適用する場合には、クランプ用スイッチング素子４６のゲートに印加する電圧を操作することで、ゲート電圧Ｖｇｅをブレークダウン電圧へと徐々に低下させることが望ましい。

「ソフト遮断手段について」
放電経路にゲート抵抗体３０を備えるものに限らない。たとえば、ソフト遮断用抵抗体４０をゲート抵抗体３０よりも抵抗値の大きい抵抗体とするなら、これのみを備えてもよい。

「速度低下手段について」
上記第１の実施形態（図４）において、ステップＳ４０において肯定判断される場合、ソフト遮断用スイッチング素子４２によってゲート電圧Ｖｇｅをクランプ電圧Ｖｃに低下させることで、ソフト遮断用スイッチング素子４２を一旦オフ操作し、電源用スイッチング素子５０をオン操作してもよい。これにより、センス電圧Ｖｓｅへのノイズの重畳等に起因してスイッチング素子Ｓ￥＃が誤って強制的にオフ操作される事態を好適に抑制することができる。

上記第１の実施形態（図２）において、クランプ手段を、抵抗体、ツェナーダイオード、およびクランプ用スイッチング素子４６を備えて構成し、操作信号のオン操作指令への切り替えタイミングから時間が経過することで、抵抗体の抵抗値を増大させる手段としてもよい。

上記第１の実施形態（図２）において、図３のステップＳ１４において肯定判断される場合に利用される経路と、先の図４のステップＳ４０において肯定判断される場合に用いられる経路とを別の経路としてもよい。ここで、後者の経路のインピーダンスを前者の経路のインピーダンスよりも大きくするなら、電流量が特に大きくなる状況下、電流の低減速度が大きくなることをより好適に抑制することができる。

「オン状態移行手段について」
ゲートの充電電流を一定とする制御を行うものに限らない。たとえば、先の図２において、操作信号ｇ￥＃がオン操作指令に切り替わることで、定電流用スイッチング素子２６のゲートに一定電圧を印加する手段であってもよい。

「駆動対象スイッチング素子について」
ＩＧＢＴに限らない。たとえばＭＯＳ電界効果トランジスタであってもよい。ここで、Ｎチャネルのものを用いてもよいがＰチャネルのものを用いてもよい。この場合であっても、電流の流通経路（ソースおよびドレイン間）の開閉は、流通経路の一方の端部側にある基準端子（ソースと同電位の端子）に対する開閉制御端子（ゲート）の電位差の操作によってなされる。

また、インバータＩＮＶやコンバータＣＮＶを構成するものにも限らない。

「直流電圧源について」
先の図１において、コンバータＣＮＶを備えなくてもよい。この場合、直流電圧源は、高電圧バッテリ１２となる。

３４…駆動制御部、４２…ソフト遮断用スイッチング素子、４６…クランプ用スイッチング素子。

Claims (4)

1. 電圧制御形のスイッチング素子である駆動対象スイッチング素子（Ｓ￥＃）の操作信号を入力とし、前記駆動対象スイッチング素子の開閉制御端子に前記駆動対象スイッチング素子をオン状態とするための電荷を充電することで、前記駆動対象スイッチング素子をオン状態に移行させるオン状態移行処理を行うオン状態移行手段（２２，２４，２６，３４）と、
   前記操作信号を入力とし、前記開閉制御端子から前記オン状態とするための電荷を放電することで、前記駆動対象スイッチング素子をオフ状態に移行させるオフ状態移行処理を行うオフ状態移行手段（３０，３２，３４）と、
   前記駆動対象スイッチング素子における電流の流通経路の一方の端部である基準端子と前記開閉制御端子との間の電位差の絶対値を、前記駆動対象スイッチング素子がオン状態となる閾値電圧よりも大きい電圧にクランプするクランプ手段（３４，４４，４６，４８，５０，５２，６０，６２，６４，６６）と、を備え、
   前記クランプ手段は、所定のクランプ電圧を出力する電源、前記電源と前記開閉制御端子との間に設けられたＲＣ回路、及び前記電源と前記ＲＣ回路のコンデンサとの間を前記ＲＣ回路の抵抗を介してオンオフするフィルタ用スイッチング素子と、を含み、前記フィルタ用スイッチング素子がオン状態のときに、前記電源と前記コンデンサとを接続し、
   前記コンデンサは、前記フィルタ用スイッチング素子がオフ状態のときに、前記電位差の絶対値によって充電され、
   前記オン状態移行処理によって前記駆動対象スイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り替わった後、前記流通経路を流れる電流量がクランプ用閾値以上となることを条件として、前記フィルタ用スイッチング素子をオフ状態からオン状態にすることにより、前記電位差の絶対値を前記クランプ電圧まで低減する速度を、前記オフ状態移行手段によるものよりも遅くすることを特徴とする駆動対象スイッチング素子の駆動装置。
2. 前記開閉制御端子から前記オン状態とするための電荷を放電して前記電位差の絶対値を前記閾値電圧よりも小さい値とする手段であって且つ、前記電荷の放電経路のインピーダンスが前記オフ状態移行手段のものよりも大きい手段であるソフト遮断手段（３０，３４，４０，４２）と、
   前記電流量が前記クランプ用閾値よりも小さいソフト遮断用閾値以上となる状態が規定時間以上継続する場合、前記ソフト遮断手段による放電処理を実行する過渡時保護手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の駆動対象スイッチング素子の駆動装置。
3. 前記オン状態移行処理によって前記駆動対象スイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り替わった後、前記ソフト遮断用閾値以上となる状態が規定時間継続した時点で前記電位差の絶対値が前記クランプ電圧よりも大きい場合、前記電位差を前記クランプ電圧まで低減する手段として、前記クランプ手段と、前記ソフト遮断手段とのうち、前記電位差の低減速度が大きくなるように予め設定されている方を採用する選択手段を備えることを特徴とする請求項２記載の駆動対象スイッチング素子の駆動装置。
4. 前記駆動対象スイッチング素子は、直流電圧源（Ｃ）に並列接続された一対のスイッチング素子を構成するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動対象スイッチング素子の駆動装置。

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