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JP5915615B2 - 半導体制御装置、スイッチング装置、インバータ及び制御システム - Google Patents

半導体制御装置、スイッチング装置、インバータ及び制御システム Download PDF

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Description

本発明は、メイン素子とセンス素子とを有するスイッチング素子を備えた半導体制御装置、スイッチング装置、インバータ及び制御システムに関する。
メイン素子とセンス素子とを有するスイッチング素子を備えた半導体制御装置として、例えば特許文献１に開示されたパワーモジュールが知られている。このパワーモジュールは、センス素子に流れるセンス電流を検出することによって、メイン素子に流れる過電流を検出する。
特開２０１２−１８６８９９号公報
ところが、メイン素子に対するセンス素子の面積比は非常に小さい（例えば、あるＩＧＢＴでは、メイン素子に対するセンス素子のエミッタ面積比は、１／１０００以下である）。このため、メイン素子に直列に接続される他のスイッチング素子の微小なリーク電流をセンス素子によって検出しようとしても、微小なリーク電流はほとんどメイン素子に流れ、センス素子には著しく小さなセンス電流しか流れない。したがって、過電流を検出するための比較的大きなセンス電流を検出対象とする従来技術では、著しく小さなセンス電流自体を検出することが難しく、メイン素子に直列に接続される他のスイッチング素子の微小なリーク電流を検出することが難しい。
そこで、メイン素子に直列に接続される他のスイッチング素子のリーク電流を検出できる、半導体制御装置、スイッチング装置、インバータ及び制御システムの提供を目的とする。
上記目的を達成するため、
メイン素子とセンス素子とを有し、前記センス素子のセンス電極の面積は、前記メイン素子のエミッタ電極又はソース電極の面積よりも小さい、スイッチング素子と、
前記スイッチング素子に直列に接続される他のスイッチング素子がオフのときに前記他のスイッチング素子に流れるリーク電流を、前記メイン素子をオンさせずに前記センス素子をオンさせることによって検出する制御回路とを備える、半導体制御装置、スイッチング装置、インバータ及び制御システムが提供される。
一態様によれば、メイン素子に直列に接続される他のスイッチング素子のリーク電流を検出できる。
半導体制御装置をハイサイドとローサイドに備えたスイッチング装置の一例を示した構成図 半導体制御装置の一例を示した構成図 半導体制御装置の一例を示した構成図 スイッチング装置を並列に有するインバータを備えた制御システムの一例を示した構成図 システム制御部の制御動作の一例を示したフローチャート 制御回路の制御動作の一例を示したフローチャート
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
＜スイッチング回路１の構成＞
図１は、ローサイドに設けられた半導体制御装置２とハイサイドに設けられた半導体制御装置３とを備えたスイッチング装置の一例であるスイッチング回路１の構成例を示した図である。スイッチング回路１は、集積回路によって構成された半導体デバイスでもよいし、ディスクリート部品によって構成された半導体デバイスでもよい。また、スイッチング回路１は、そのような半導体デバイスを筐体に内蔵した電子制御ユニット（いわゆる、ＥＣＵ）でもよい。
スイッチング回路１は、スイッチング素子１０，３０をオンオフ駆動することによって、中間ノード部５０に接続される誘導性の負荷（例えば、モータ、リアクトルなど）を駆動する手段を備えた半導体回路である。
スイッチング回路１は、中間ノード部５０に対して低電源電位部５２寄りのローサイドに設けられた半導体制御装置２と、中間ノード部５０に対して高電源電位部５１寄りのハイサイドに設けられた半導体制御装置３とを備えたスイッチング装置の一例である。
低電源電位部５２は、中間ノード部５０よりも低電位の導電部であり、例えば、電源の負極や車体アース部等に導電的に接続されたグランド電位部である。高電源電位部５１は、中間ノード部５０よりも高電位の導電部であり、例えば、電源の正極等に導電的に接続された電源電位部である。
半導体制御装置２は、スイッチング素子１０と制御回路２０とを備え、ローサイドのスイッチング素子１０を制御回路２０の駆動回路２１によって駆動する半導体回路である。半導体制御装置３は、スイッチング素子３０と制御回路４０とを備え、ハイサイドのスイッチング素子３０を制御回路４０の駆動回路４１によって駆動する半導体回路である。
スイッチング素子１０は、制御回路２０と共通の基板上の半導体素子でもよいし、制御回路２０とは別の基板上の半導体素子でもよい。スイッチング素子３０は、制御回路４０と共通の基板上の半導体素子でもよいし、制御回路４０とは別の基板上の半導体素子でもよい。スイッチング素子１０は、スイッチング素子３０と共通の基板上の半導体素子でもよいし、スイッチング素子３０とは別の基板上の半導体素子でもよい。
スイッチング素子１０，３０は、電流センス機能付きの絶縁ゲート型電圧制御半導体素子である。スイッチング素子１０は、駆動回路２１によって制御されるゲート電圧に従ってオンオフ動作するローサイドアームであり、スイッチング素子３０は、駆動回路４１によって制御されるゲート電圧に従ってオンオフ動作するハイサイドアームである。スイッチング素子１０とスイッチング素子３０は、ハイサイドとローサイドに対向して直列に配置されている。
スイッチング素子１０，３０の具体例として、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなどのパワートランジスタ素子が挙げられる。図１には、スイッチング素子１０，３０の一例であるＩＧＢＴが図示されている。以下、説明の便宜上、スイッチング素子１０，３０がＩＧＢＴであるとして、説明する。ＭＯＳＦＥＴの場合であれば、「コレクタ」を「ドレイン」に、「エミッタ」を「ソース」に置き換えて読むとよい。
スイッチング素子１０のゲート端子Ｇは、例えば、ゲート端子Ｇに直列接続されたゲート抵抗２２を介して、制御回路２０の駆動回路２１に接続される制御端子である。スイッチング素子１０のコレクタ端子Ｃは、例えば、中間ノード部５０及びスイッチング素子３０を介して、高電源電位部５１に接続される第１の主端子である。スイッチング素子１０のエミッタ端子Ｅは、例えば、低電源電位部５２に接続される第２の主端子である。スイッチング素子１０のセンスエミッタ端子ＳＥは、例えば、電流検出用のセンス抵抗２４又はセンス抵抗２５を介して、スイッチング素子１０のエミッタ端子Ｅと共通の低電源電位部５２に接続されるセンス端子である。
スイッチング素子３０のゲート端子Ｇは、例えば、ゲート端子Ｇに直列接続されたゲート抵抗４２を介して、制御回路４０の駆動回路４１に接続される制御端子である。スイッチング素子３０のコレクタ端子Ｃは、例えば、高電源電位部５１に接続される第１の主端子である。スイッチング素子３０のエミッタ端子Ｅは、例えば、中間ノード部５０及びスイッチング素子１０を介して、低電源電位部５２に接続される第２の主端子である。スイッチング素子３０のセンスエミッタ端子ＳＥは、例えば、電流検出用のセンス抵抗４４又はセンス抵抗４５を介して、スイッチング素子３０のエミッタ端子Ｅと共通の中間ノード部５０に接続されるセンス端子である。
スイッチング素子１０は、メイン素子１１及びセンス素子１２を含んで構成されている。メイン素子１１及びセンス素子１２は、ＩＧＢＴで構成されたスイッチング素子である。センス素子１２は、メイン素子１１に並列に接続されている。メイン素子１１とセンス素子１２は、それぞれ、複数のセルトランジスタから構成されてよい。
メイン素子１１及びセンス素子１２のそれぞれのゲート電極ｇは、スイッチング素子１０のゲート端子Ｇに共通接続される制御電極である。メイン素子１１及びセンス素子１２のそれぞれのコレクタ電極ｃは、スイッチング素子１０のコレクタ端子Ｃに共通接続される第１の主電極である。メイン素子１１のエミッタ電極ｅは、スイッチング素子１０のエミッタ端子Ｅに接続される第２の主電極である。センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅは、スイッチング素子１０のセンスエミッタ端子ＳＥに接続されるセンス電極である。
メイン素子１１及びセンス素子１２のコレクタ電極ｃは、中間ノード部５０に接続され、中間ノード部５０及びスイッチング素子３０のエミッタ端子Ｅを介して、スイッチング素子３０のメイン素子３１のエミッタ電極ｅに直列に接続されている。
コレクタ端子Ｃからスイッチング素子１０に流入するコレクタ電流は、メイン素子１１を流れる主電流Ｉｅとセンス素子１２を流れるセンス電流Ｉｓｅとにセンス比ｎで分割される。センス電流Ｉｓｅは、主電流Ｉｅに応じてセンス比ｎの割合で流れる電流であり、主電流Ｉｅよりも電流値がセンス比ｎによって小さくされた電流である。センス比ｎは、例えば、メイン素子１１のエミッタ電極ｅの面積と、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの面積との比に応じて決定される。
主電流Ｉｅは、メイン素子１１におけるコレクタ電極ｃとエミッタ電極ｅとを流れ、エミッタ端子Ｅから出力される。エミッタ端子Ｅから出力された主電流Ｉｅは、低電源電位部５２を流れる。センス電流Ｉｓｅは、センス素子１２におけるコレクタ電極ｃとセンスエミッタ電極ｓｅとを流れ、センスエミッタ端子ＳＥから出力される。センスエミッタ端子ＳＥから出力されたセンス電流Ｉｓｅは、センス抵抗２４とセンス抵抗２５のいずれか一方を経由して、低電源電位部５２を流れる。
スイッチング素子３０は、メイン素子３１及びセンス素子３２を含んで構成されている。メイン素子３１及びセンス素子３２は、ＩＧＢＴで構成されたスイッチング素子である。センス素子３２は、メイン素子３１に並列に接続されている。メイン素子３１とセンス素子３２は、それぞれ、複数のセルトランジスタから構成されてよい。
メイン素子３１及びセンス素子３２のそれぞれのゲート電極ｇは、スイッチング素子３０のゲート端子Ｇに共通接続される制御電極である。メイン素子３１及びセンス素子３２のそれぞれのコレクタ電極ｃは、スイッチング素子３０のコレクタ端子Ｃに共通接続される第１の主電極である。メイン素子３１のエミッタ電極ｅは、スイッチング素子３０のエミッタ端子Ｅに接続される第２の主電極である。センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅは、スイッチング素子３０のセンスエミッタ端子ＳＥに接続されるセンス電極である。
メイン素子３１のエミッタ電極ｅは、中間ノード部５０に接続され、中間ノード部５０及びスイッチング素子１０のコレクタ端子Ｃを介して、スイッチング素子１０のメイン素子１１及びセンス素子１２のコレクタ電極ｃに直列に接続されている。
コレクタ端子Ｃからスイッチング素子３０に流入するコレクタ電流は、メイン素子３１を流れる主電流Ｉｅとセンス素子３２を流れるセンス電流Ｉｓｅとにセンス比ｎで分割される。センス電流Ｉｓｅは、主電流Ｉｅに応じてセンス比ｎの割合で流れる電流であり、主電流Ｉｅよりも電流値がセンス比ｎによって小さくされた電流である。センス比ｎは、例えば、メイン素子３１のエミッタ電極ｅの面積と、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの面積との比に応じて決定される。
主電流Ｉｅは、メイン素子３１におけるコレクタ電極ｃとエミッタ電極ｅとを流れ、エミッタ端子Ｅから出力される。エミッタ端子Ｅから出力された主電流Ｉｅは、中間ノード部５０を流れる。センス電流Ｉｓｅは、センス素子３２におけるコレクタ電極ｃとセンスエミッタ電極ｓｅとを流れ、センスエミッタ端子ＳＥから出力される。センスエミッタ端子ＳＥから出力されたセンス電流Ｉｓｅは、センス抵抗４４とセンス抵抗４５のいずれか一方を経由して、中間ノード部５０を流れる。
制御回路２０は、スイッチング素子１０のゲート端子Ｇにゲート抵抗２２を介して接続される駆動回路２１を有している。なお、ゲート抵抗は、ゲート端子Ｇとメイン素子１１のゲート電極ｇとの間、ゲート端子Ｇとセンス素子１２のゲート電極ｇとの間に挿入されていてもよい。
駆動回路２１は、外部から供給されるゲート制御信号に従って、ゲート抵抗２２を介して、スイッチング素子１０のゲート端子Ｇにおけるゲート電位Ｖｇを、スイッチング素子１０をオン又はオフさせる電位に制御する駆動部である。駆動回路２１は、ゲート電位Ｖｇを制御することにより、メイン素子１１のゲート電圧Ｖｇｅを、メイン素子１１をオン又はオフさせる電圧値に制御するとともに、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅを、センス素子１２をオン又はオフさせる電圧値に制御する。ゲート電圧Ｖｇｅは、メイン素子１１におけるゲート電極ｇとエミッタ電極ｅとの間に印加される制御電圧であり、ゲート電圧Ｖｇｓｅは、センス素子１２におけるゲート電極ｇとセンスエミッタ電極ｓｅとの間に印加される制御電圧である。
制御回路４０は、スイッチング素子３０のゲート端子Ｇにゲート抵抗４２を介して接続される駆動回路４１を有している。なお、ゲート抵抗は、ゲート端子Ｇとメイン素子３１のゲート電極ｇとの間、ゲート端子Ｇとセンス素子３２のゲート電極ｇとの間に挿入されていてもよい。
駆動回路４１は、外部から供給されるゲート制御信号に従って、ゲート抵抗４２を介して、スイッチング素子３０のゲート端子Ｇにおけるゲート電位Ｖｇを、スイッチング素子３０をオン又はオフさせる電位に制御する駆動部である。駆動回路４１は、ゲート電位Ｖｇを制御することにより、メイン素子３１のゲート電圧Ｖｇｅを、メイン素子３１をオン又はオフさせる電圧値に制御するとともに、センス素子３２のゲート電圧Ｖｇｓｅを、センス素子３２をオン又はオフさせる電圧値に制御する。ゲート電圧Ｖｇｅは、メイン素子３１におけるゲート電極ｇとエミッタ電極ｅとの間に印加される制御電圧であり、ゲート電圧Ｖｇｓｅは、センス素子３２におけるゲート電極ｇとセンスエミッタ電極ｓｅとの間に印加される制御電圧である。
駆動回路２１，４１は、それぞれ、例えば、ＣＰＵ等を備えたマイクロコンピュータを有する所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）から供給されるゲート制御信号に従って、ゲート電位Ｖｇを制御する集積回路である。なお、駆動回路２１，４１自体が、マイクロコンピュータであってもよい。
制御回路２０は、スイッチング素子１０のセンスエミッタ端子ＳＥに接続されるセンス電流検出回路２８を有している。
センス電流検出回路２８は、センス素子１２のセンス電流Ｉｓｅを検出し、センス素子１２のセンス電流Ｉｓｅの大きさに応じたセンス電流検出信号を出力するセンス電流検出部である。センス電流検出回路２８は、例えば、センス抵抗２４と、センス抵抗２５と、バイアス電源２６と、スイッチ２７と、センス電圧検出部２３とを有している。
センス抵抗２４は、メイン素子１１のコレクタ電極ｃとエミッタ電極ｅとの間を流れる過電流を検出するためのシャント抵抗である。センス抵抗２４は、例えば、スイッチ２７を介してセンスエミッタ端子ＳＥに接続される一端と、低電源電位部５２に接続される他端とを有している。
センス抵抗２５は、スイッチング素子１０のメイン素子１１に直列に接続される他のスイッチング素子３０（特に、メイン素子３１）に流れるリーク電流ＩＬを検出するためのシャント抵抗である。センス抵抗２５は、例えば、スイッチ２７を介してセンスエミッタ端子ＳＥに接続される一端と、バイアス電源２６を介して低電源電位部５２に接続される他端とを有している。
バイアス電源２６は、センス抵抗２５及びスイッチ２７を介して、負電圧Ｖ１をセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアス可能な回路である。負電圧Ｖ１は、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされることにより、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの電位を、メイン素子１１のエミッタ電極ｅの電位よりも低くするバイアス電圧である。
スイッチ２７は、スイッチング素子３０に流れるリーク電流ＩＬを測定するか否かに応じて、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗２４又はセンス抵抗２５に切り替える切り替え回路の一例である。スイッチ２７は、センスエミッタ電極ｓｅの接続先がセンスエミッタ端子ＳＥを介してセンス抵抗２４に切り替えられた状態と、センスエミッタ電極ｓｅの接続先がセンスエミッタ端子ＳＥを介してセンス抵抗２５に切り替えられた状態のいずれか一方に切り替える。
スイッチ２７は、スイッチング素子１０をゲート電圧に従ってオンオフさせる通常使用状態では（スイッチング素子３０に流れるリーク電流ＩＬを測定しない場合には）、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗２４に切り替える。これにより、メイン素子１１に流れる過電流の検出が可能となる。一方、スイッチ２７は、スイッチング素子３０に流れるリーク電流ＩＬをセンス素子１２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて測定する場合には、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗２５に切り替える。これにより、スイッチング素子３０に流れるリーク電流ＩＬの検出が可能となる。
スイッチ２７は、例えば、スイッチング素子３０に流れるリーク電流ＩＬを測定するか否かを決める切り替え制御信号に従って、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗２４とセンス抵抗２５のいずれか一方に切り替える。そのような切り替え制御信号は、例えば、所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）又は駆動回路２１から指令される。
センス電圧検出部２３は、センス電流Ｉｓｅがセンスエミッタ端子ＳＥからセンス抵抗２４とセンス抵抗２５のいずれか一方に流れることよって発生するセンス電圧Ｖｓｅが所定の電圧値以上であるか否かを検出する回路である。センス電圧検出部２３は、センス電圧Ｖｓｅが所定の電圧値以上であることが検出された場合、センス電流検出信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力する。センス電圧検出部２３は、例えば、コンパレータによって構成されてもよいし、オペアンプによって構成されてもよい。
駆動回路２１は、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先がスイッチ２７によってセンス抵抗２４に切り替えられた状態において、センス電流検出信号が検出された場合、メイン素子１１に流れる電流が過電流であると判定する。駆動回路２１は、メイン素子１１に流れる電流が過電流であると判定した場合、例えば、メイン素子１１のゲート電圧Ｖｇｅ及びセンス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅを、メイン素子１１及びセンス素子１２をオフさせる電圧値に制御する。これにより、過電流がメイン素子１１及びセンス素子１２に継続的に流れることを防止できる。
一方、駆動回路２１は、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先がスイッチ２７によってセンス抵抗２５に切り替えられた状態において、センス電流検出信号が検出された場合、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬがスイッチング素子３０のメイン素子３１に流れていると判定する。駆動回路２１は、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬがメイン素子３１に流れていると判定した場合、例えば、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬを検知したことを所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）に知らせるリーク検知信号を出力する。所定の制御部は、スイッチング素子３０についてのリーク検知信号を検出した場合、例えば、スイッチング素子３０についてのリーク電流の発生情報を、メモリに格納したり、ユーザに通知したりする。これにより、複数のスイッチング素子の中から、リーク電流が検知されたスイッチング素子を容易に特定できる。
バイアス電源２６は、スイッチング素子３０のリーク電流ＩＬを測定する場合、センス素子１２をオンさせる負電圧Ｖ１を、センス抵抗２５にスイッチ２７を介して接続されたセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする回路である。負電圧Ｖ１をセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスすることにより、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅが大きくなる。そのため、リーク電流ＩＬのうちセンス素子１２に流れる電流分が増えるので、センス素子１２に流れるセンス電流Ｉｓｅの電流値を増加させることができる。センス電流Ｉｓｅの電流値が増加することにより、センス抵抗２５によって発生するセンス電圧Ｖｓｅも増加する。したがって、センス電圧検出部２３は、リーク電流ＩＬの電流値が著しく小さくても、センス電圧Ｖｓｅを容易に検出でき、微小なリーク電流ＩＬを容易に検出できる。
バイアス電源２６は、例えば、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅがメイン素子１１のゲート電圧Ｖｇｅよりも高くなるように、センス素子１２をオンさせる負電圧Ｖ１をセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする。これにより、メイン素子１１よりも大きな電流がセンス素子１２に流れるため、センス電流Ｉｓｅの電流値を増加させることができる。したがって、センス電圧検出部２３は、リーク電流ＩＬの電流値が著しく小さくても、センス電圧Ｖｓｅを容易に検出でき、微小なリーク電流ＩＬを容易に検出できる。
また、バイアス電源２６は、例えば、メイン素子１１がオンせずにセンス素子１２のみがオンするように、センス素子１２をオンさせる負電圧Ｖ１をセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする。これにより、スイッチング素子３０のリーク電流ＩＬは、メイン素子１１に流れずにセンス素子１２に全て流れるので、センス電流Ｉｓｅの電流値をリーク電流ＩＬの電流値にほぼ等しくなるまで増加させることができる。したがって、センス電圧検出部２３は、リーク電流ＩＬの電流値が著しく小さくても、センス電圧Ｖｓｅを容易に検出でき、微小なリーク電流ＩＬを容易に検出できる。
駆動回路２１は、センス素子１２をオンさせる負電圧Ｖ１をセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする場合、例えば、メイン素子１１とセンス素子１２の両方のゲート電極ｇにバイアスする電圧を電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ３に低くする。例えば、電源電圧Ｖ２は、リーク電流ＩＬの非測定時に選択されるゲート駆動用電源５３の出力電圧であり、電源電圧Ｖ３は、リーク電流ＩＬの測定時に選択されるゲート駆動用電源５４の出力電圧である。
駆動回路２１がゲート電極ｇにバイアスする電圧を低くするとき、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅがメイン素子１１のゲート電圧Ｖｇｅよりも高くなるように、負電圧Ｖ１及び電源電圧Ｖ２，Ｖ３の電圧値は設定されるとよい。あるいは、駆動回路２１がゲート電極ｇにバイアスする電圧を低くするとき、メイン素子１１よりも大きな電流がセンス素子１２に流れるように、負電圧Ｖ１及び電源電圧Ｖ２，Ｖ３の電圧値は設定されるとよい。あるいは、駆動回路２１がゲート電極ｇにバイアスする電圧を低くするとき、メイン素子１１がオンせずにセンス素子１２のみがオンするように、負電圧Ｖ１及び電源電圧Ｖ２，Ｖ３の電圧値は設定されるとよい。
例えば、メイン素子１１及びセンス素子１２の閾値電圧Ｖｔｈが１０Ｖのスイッチング素子１０の場合、負電圧Ｖ１を−３Ｖ，電源電圧Ｖ２を１５Ｖ，電源電圧Ｖ３を７Ｖに設定する。このように設定することにより、例えば、負電圧Ｖ１がバイアスされずに電源電圧Ｖ２が選択されるリーク電流ＩＬの非測定時には、メイン素子１１及びセンス素子１２を電源電圧Ｖ２のオンオフに従ってオンオフさせることができる。一方、負電圧Ｖ１がバイアスされ且つ電源電圧Ｖ３が選択されるリーク電流ＩＬの測定時には、メイン素子１１のゲート電圧Ｖｇｅは閾値電圧Ｖｔｈ未満になり、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅは閾値電圧Ｖｔｈ以上になる。そのため、メイン素子１１をオンさせずにセンス素子１２のみをオンさせることができる。
なお、例えば、１ｍＡのリーク電流ＩＬがメイン素子１１に流れずにセンス素子１２に流れる場合、センス抵抗２５の抵抗値を１ｋΩに設定すると、センス抵抗２５での電圧ドロップは、約１Ｖ（＝１ｍＡ×１ｋΩ）である。このように、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅは、センス抵抗２５に電流が流れることにより、その電圧ドロップ分だけ降下する。したがって、このような電圧ドロップが発生しても、センス素子１２のゲート電圧Ｖｇｓｅがセンス素子１２の閾値電圧Ｖｔｈを超えるように、負電圧Ｖ１及び電源電圧Ｖ２，Ｖ３の電圧値は設定されるとよい。
また、リーク電流は過電流よりも著しく小さいため、リーク電流の検出に使用するセンス抵抗２５は、過電流の検出に使用するセンス抵抗２４よりも大きな抵抗値を有していると、リーク電流を過電流同様に容易に検出できる。例えば、５００Ａの過電流が１０００：１の割合でメイン素子１１とセンス素子１２に分流する場合、センス抵抗２４の抵抗値を２Ωに設定すると、センス抵抗２４での電圧ドロップは、センス抵抗２５の上記場合と同じ約１Ｖ（＝０．５Ａ×２Ω）である。
一方、制御回路４０は、スイッチング素子３０のセンスエミッタ端子ＳＥに接続されるセンス電流検出回路４８を有している。ハイサイドのセンス電流検出回路４８及び駆動回路４１は、ローサイドのセンス電流検出回路２８及び駆動回路２１と同一の構成及び機能を有しているため、以下の説明では簡略する。
センス電流検出回路４８は、センス素子３２のセンス電流Ｉｓｅを検出し、センス素子３２のセンス電流Ｉｓｅの大きさに応じたセンス電流検出信号を出力するセンス電流検出部である。センス電流検出回路４８は、例えば、センス抵抗４４と、センス抵抗４５と、バイアス電源４６と、スイッチ４７と、センス電圧検出部４３とを有している。
センス抵抗４４は、メイン素子３１のコレクタ電極ｃとエミッタ電極ｅとの間を流れる過電流を検出するためのシャント抵抗である。センス抵抗４４は、例えば、スイッチ４７を介してセンスエミッタ端子ＳＥに接続される一端と、中間ノード部５０に接続される他端とを有している。
センス抵抗４５は、スイッチング素子３０のメイン素子３１に直列に接続される他のスイッチング素子１０（特に、メイン素子１１）に流れるリーク電流ＩＬを検出するためのシャント抵抗である。センス抵抗４５は、例えば、スイッチ４７を介してセンスエミッタ端子ＳＥに接続される一端と、バイアス電源４６を介して中間ノード部５０に接続される他端とを有している。
バイアス電源４６は、センス抵抗４５及びスイッチ４７を介して、負電圧Ｖ１をセンス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアス可能な回路である。負電圧Ｖ１は、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされることにより、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの電位を、メイン素子３１のエミッタ電極ｅの電位よりも低くするバイアス電圧である。
スイッチ４７は、スイッチング素子１０に流れるリーク電流ＩＬを測定するか否かに応じて、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗２４又はセンス抵抗２５に切り替える切り替え回路の一例である。スイッチ４７は、センスエミッタ電極ｓｅの接続先がセンスエミッタ端子ＳＥを介してセンス抵抗４４に切り替えられた状態と、センスエミッタ電極ｓｅの接続先がセンスエミッタ端子ＳＥを介してセンス抵抗４５に切り替えられた状態のいずれか一方に切り替える。
スイッチ４７は、スイッチング素子３０をゲート電圧に従ってオンオフさせる通常使用状態では（スイッチング素子１０に流れるリーク電流ＩＬを測定しない場合には）、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗４４に切り替える。これにより、メイン素子３１に流れる過電流の検出が可能となる。一方、スイッチ４７は、スイッチング素子１０に流れるリーク電流ＩＬをセンス素子３２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて測定する場合には、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗４５に切り替える。これにより、スイッチング素子１０に流れるリーク電流ＩＬの検出が可能となる。
スイッチ４７は、例えば、スイッチング素子１０に流れるリーク電流ＩＬを測定するか否かを決める切り替え制御信号に従って、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をセンス抵抗４４とセンス抵抗４５のいずれか一方に切り替える。そのような切り替え制御信号は、例えば、所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）又は駆動回路４１から指令される。
センス電圧検出部４３は、センス電流Ｉｓｅがセンスエミッタ端子ＳＥからセンス抵抗４４とセンス抵抗４５のいずれか一方に流れることよって発生するセンス電圧Ｖｓｅが所定の電圧値以上であるか否かを検出する回路である。センス電圧検出部４３は、センス電圧Ｖｓｅが所定の電圧値以上であることが検出された場合、センス電流検出信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力する。センス電圧検出部４３は、例えば、コンパレータによって構成されてもよいし、オペアンプによって構成されてもよい。
駆動回路４１は、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先がスイッチ４７によってセンス抵抗４４に切り替えられた状態において、センス電流検出信号が検出された場合、メイン素子３１に流れる電流が過電流であると判定する。駆動回路４１は、メイン素子３１に流れる電流が過電流であると判定した場合、例えば、メイン素子３１のゲート電圧Ｖｇｅ及びセンス素子３２のゲート電圧Ｖｇｓｅを、メイン素子３１及びセンス素子３２をオフさせる電圧値に制御する。これにより、過電流がメイン素子３１及びセンス素子３２に継続的に流れることを防止できる。
一方、駆動回路４１は、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先がスイッチ４７によってセンス抵抗４５に切り替えられた状態において、センス電流検出信号が検出された場合、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬがスイッチング素子１０のメイン素子１１に流れていると判定する。駆動回路４１は、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬがメイン素子１１に流れていると判定した場合、例えば、所定の電流値以上のリーク電流ＩＬを検知したことを所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）に知らせるリーク検知信号を出力する。所定の制御部は、スイッチング素子１０についてのリーク検知信号を検出した場合、例えば、スイッチング素子１０についてのリーク電流の発生情報を、メモリに格納したり、ユーザに通知したりする。これにより、複数のスイッチング素子の中から、リーク電流が検知されたスイッチング素子を容易に特定できる。
バイアス電源４６は、スイッチング素子１０のリーク電流ＩＬを測定する場合、センス素子３２をオンさせる負電圧Ｖ１を、センス抵抗４５にスイッチ４７を介して接続されたセンス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする回路である。負電圧Ｖ１をセンス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスすることにより、センス素子３２のゲート電圧Ｖｇｓｅが大きくなる。そのため、リーク電流ＩＬのうちセンス素子３２に流れる電流分が増えるので、センス素子３２に流れるセンス電流Ｉｓｅの電流値を増加させることができる。センス電流Ｉｓｅの電流値が増加することにより、センス抵抗４５によって発生するセンス電圧Ｖｓｅも増加する。したがって、センス電圧検出部４３は、リーク電流ＩＬの電流値が著しく小さくても、センス電圧Ｖｓｅを容易に検出でき、微小なリーク電流ＩＬを容易に検出できる。
＜スイッチング回路４の構成＞
図２は、図１のスイッチング回路とは別形態のスイッチング回路４の構成例を示した図である。図１のスイッチング回路１と同様の構成及び機能については、その説明を省略又は簡略する。スイッチング回路４は、ハイサイドのスイッチング素子８０と、ローサイドのスイッチング素子６０と、ローサイドの制御回路７０とを備えている。ハイサイドの制御回路についての説明及び図示は、ローサイドの制御回路７０と同様の構成及び機能を有するため、省略する。
図１では、ローサイドのセンス電流検出回路２８は、過電流検出とリーク電流検出とで共通のセンス電圧検出部２３を有し、ハイサイドのセンス電流検出回路４８は、過電流検出とリーク電流検出とで共通のセンス電圧検出部４３を有している。センス電圧検出部が共通化されることにより、センス電圧検出部の面積を削減できる。これに対し、図２では、センス電流検出回路７８は、過電流検出とリーク電流検出とで別々のセンス電圧検出部を有し、過電流検出用のセンス電圧検出部７３と、リーク電流検出用のセンス電圧検出部７９とを有している。センス電圧検出部が分離されることにより、センス電圧を検出するための閾値を、過電流検出用とリーク電流検出用とで別々に設定できる。
図２の駆動回路７１は、スイッチング素子６０の温度を検出する温度センサ８３を有してよい。駆動回路７１は、温度センサ８３によって所定値以上の温度が検出された場合、例えば、メイン素子６１のゲート電圧Ｖｇｅ及びセンス素子６２のゲート電圧Ｖｇｓｅを、メイン素子６１及びセンス素子６２をオフさせる電圧値に制御する。これにより、メイン素子６１及びセンス素子６２が過熱することを防止できる。図１の駆動回路も、このような機能を有してよい。
また、図２において、外部から供給されるゲート制御信号は、アイソレータ８１を介して駆動回路７１に入力されてよく、駆動回路７１から出力されるリーク検知信号等の出力信号は、アイソレータ８２を介して出力されてよい。アイソレータ８１，８２の具体例として、フォトカプラが挙げられる。図１の駆動回路に入出力される信号も、このようなアイソレータを介して伝達されてよい。
＜スイッチング回路５の構成＞
図３は、図１，２のスイッチング回路とは別形態のスイッチング回路５の構成例を示した図である。図１，２のスイッチング回路１，４と同様の構成及び機能については、その説明を省略又は簡略する。スイッチング回路５は、ハイサイドのスイッチング素子１１０と、ローサイドのスイッチング素子９０と、ローサイドの制御回路１００とを備えている。ハイサイドの制御回路についての説明及び図示は、ローサイドの制御回路１００と同様の構成及び機能を有するため、省略する。
スイッチング回路５は、図２のスイッチング回路４の構成に対して、ゲート端子Ｇとゲート抵抗１０２との接続点と、スイッチング素子９０のエミッタ端子Ｅが接続される低電源電位部５２との間に、スイッチ１０７及び抵抗１０９を挿入した構成を有している。また、ゲート駆動用電源５４が廃されている。
スイッチ１０７は、スイッチング素子９０をゲート電圧に従ってオンオフさせる通常使用状態では（スイッチング素子１１０に流れるリーク電流ＩＬを測定しない場合には）、ゲート端子Ｇと抵抗１０９とを遮断する。一方、スイッチ１０７は、スイッチング素子１１０に流れるリーク電流ＩＬをセンス素子９２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて測定する場合には、ゲート端子Ｇを抵抗１０９に接続する。これにより、電源電圧Ｖ２がゲート抵抗１０２と抵抗１０９とにより分圧された電圧をゲート端子Ｇに印加できる。そのため、ゲート駆動用電源５４が無くても、負電圧Ｖ１をセンス素子９２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスする場合、メイン素子９１及びセンス素子９２のゲート電極にバイアスする電圧を低くできる。
スイッチ１０７は、例えば、スイッチング素子１１０に流れるリーク電流ＩＬを測定するか否かを決める切り替え制御信号に従って、ゲート端子Ｇと抵抗１０９とを接続するか否かを切り替える。そのような切り替え制御信号は、例えば、所定の制御部（例えば、後述の図４のシステム制御部１２６）又は駆動回路１０１から指令される。
＜制御システム１２０の構成＞
図４は、３つのスイッチング回路１３１，１３２，１３３を並列に備えたインバータ１２１を有する制御システム１２０の構成を示した図である。スイッチング回路１３１，１３２，１３３は、それぞれ、上述のスイッチング回路（例えば、スイッチング回路１）と同様の構成である。
図４には、各スイッチング素子のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間に構成されたダイオードが図示されている。スイッチング素子のリーク電流には、このダイオードのリーク電流が含まれてよい。
なお、このダイオードは、スイッチング素子に並列に追加接続されたダイオードでもよいし、メイン素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間に形成される寄生素子であるボディダイオードでもよい。逆導通ＩＧＢＴのダイオード部をダイオードとして用いることも可能である。
制御システム１２０は、インバータ１２１と、キャパシタ１２２と、バッテリ１２３と、ジェネレータ１２４と、遮断リレー１２５と、システム制御部１２６とを備えた車両用システムである。
キャパシタ１２２は、インバータ１２１に並列に接続された高耐圧のキャパシタであり、高電源電位部５１に接続された一端と、低電源電位部５２に接続された一端とを有している。キャパシタ１２２は、高電源電位部５１と低電源電位部５２との間の電位差である電源電圧ＶＨを平滑化する。キャパシタ１２２は、遮断リレー１２５を介して、バッテリ１２３に並列に接続されている。
バッテリ１２３は、キャパシタ１２２よりも大きな容量を有する高電圧の蓄電池であり、直流の電源電圧ＶＨを生成する。
ジェネレータ１２４は、エンジン１２７の動力等によって三相交流電力を発電し、インバータ１２１を介してバッテリ１２３又はキャパシタ１２２を充電する。
遮断リレー１２５は、ジェネレータ１２４の発電電力がインバータ１２１を介してバッテリ１２３に供給されることを遮断する遮断回路の一例である。バッテリ１２３を充電する経路が遮断リレー１２５により遮断されることによって、ジェネレータ１２４の発電電力は、バッテリ１２３には供給されず、インバータ１２１を介してキャパシタ１２２に供給される。
システム制御部１２６は、キャパシタ１２２の電圧（電源電圧ＶＨ）が所定の閾値以上になるように、遮断リレー１２５を制御することによって、バッテリ１２３の充電経路を遮断する制御部の一例である。
＜リーク電流測定時のシステム制御部の検査動作フロー＞
図５は、システム制御部１２６の制御動作の一例を示したフローチャートである。図５によれば、システム制御部１２６はハイサイドとローサイドの両センス素子を順番にオンできるため、両センス素子のセンス電極に順番に負電圧Ｖ１をバイアスすることが可能となる。なお、ローサイドのリーク電流測定の次にハイサイドのリーク電流測定が行われてもよいし、その逆でもよい。以下、図５の各工程について、図１，４の構成を参照して説明する。
システム制御部１２６は、イグニッションスイッチのオフ操作が検出された場合（ステップＳ１）、電源電圧ＶＨを上昇させるため、遮断リレー１２５をオフすることによって、バッテリ１２３を充電する経路を遮断する（ステップＳ２）。そして、システム制御部１２６は、エンジン１２７を始動又は動作させたままにすることによって、ジェネレータ１２４に発電動作をさせる（ステップＳ３）。
ジェネレータ１２４によって発電された電力は、バッテリ１２３を充電する経路が遮断されているためバッテリ１２３には供給されず、インバータ１２１を介してキャパシタ１２２に供給される。キャパシタ１２２よりも大きな容量を有するバッテリ１２３の充電経路が遮断されているため、バッテリ１２３の充電経路が遮断されていないときと比較して、電源電圧ＶＨは上昇しやすくなる。
電源電圧ＶＨが上昇することによって、各スイッチング素子の両端電圧Ｖｃｅも上昇する。両端電圧Ｖｃｅは、コレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間の電圧である。両端電圧Ｖｃｅを大きくすることによって、スイッチング素子に流れるリーク電流を容易に発生させることができる。
システム制御部１２６は、電源電圧ＶＨが所定のリーク検査電圧以上であることが検出されるまでリーク電流の測定を開始せず、電源電圧ＶＨが所定のリーク検査電圧以上であることが検出された場合、リーク電流の測定を開始する（ステップＳ４）。リーク検査電圧とは、リーク電流の測定開始を判定するために設定された閾値電圧である。
ステップＳ５及びＳ６は、ハイサイドのスイッチング素子のセンス素子に流れるセンス電流に基づいて、ローサイドのスイッチング素子のリーク電流を検出する工程である。
例えば図１の場合、ステップＳ５において、システム制御部１２６は、ハイサイドのセンス素子３２がオンするように、ハイサイドのスイッチング素子３０のオンを指令するゲート制御信号を駆動回路４１に対して出力する。一方、ステップＳ５において、システム制御部１２６は、ローサイドのスイッチング素子１０のオフを指令するゲート制御信号を駆動回路２１に対して出力する。このオフ指令により、メイン素子１１及びセンス素子１２はオフする。
システム制御部１２６は、スイッチング素子３０のオン及びスイッチング素子１０のオフを指令するゲート制御信号を出力してから所定のリーク検査時間が経過すると、ステップＳ７及びＳ８の動作を実行する。リーク検査時間とは、リーク電流を検出する時間を確保するために設定された閾値時間である。
ステップＳ７及びＳ８は、ローサイドのスイッチング素子のセンス素子に流れるセンス電流に基づいて、ハイサイドのスイッチング素子のリーク電流を検出する工程である。
例えば図１の場合、ステップＳ７において、システム制御部１２６は、ローサイドのセンス素子１２がオンするように、ローサイドのスイッチング素子１０のオンを指令するゲート制御信号を駆動回路２１に対して出力する。一方、ステップＳ５において、システム制御部１２６は、ハイサイドのスイッチング素子３０のオフを指令するゲート制御信号を駆動回路４１に対して出力する。このオフ指令により、メイン素子３１及びセンス素子３２はオフする。
システム制御部１２６は、スイッチング素子１０のオン及びスイッチング素子３０のオフを指令するゲート制御信号を出力してから所定のリーク検査時間が経過すると、ステップＳ９及びＳ１０の動作を実行する。リーク検査時間とは、リーク電流を検出する時間を確保するために設定された閾値時間である。
ステップＳ９において、システム制御部１２６は、一時的に上昇させた電源電圧ＶＨを低下させるため、インバータ１２１を動作させることによりキャパシタ１２２の放電処理を実施する。そして、ステップＳ１０において、システム制御部１２６は、電源電圧ＶＨが所定値以下に低下したことが検出されたとき、インバータ１２１の動作を停止させる等の停止処理を開始する。
＜リーク電流測定時の制御回路の検査動作フロー＞
図６は、各スイッチング素子に設けられた制御回路それぞれの制御動作の一例を示したフローチャートである。ローサイドに設けられた制御回路がハイサイドのスイッチング素子のリーク電流を検出する場合も、ハイサイドに設けられた制御回路がローサイドのスイッチング素子のリーク電流を検出する場合も、各制御回路の制御ロジックは図６と同一である。
各制御回路の駆動回路は、所定の条件が成立した場合、自身が駆動するスイッチング素子に直列に接続された他のスイッチング素子のリーク電流の検出を開始する（ステップＳ１１）。例えば、各駆動回路は、自身が駆動するスイッチング素子のオンを指令するゲート制御信号を受信し、且つ、自身が駆動するメイン素子の両端電圧Ｖｃｅが所定のリーク検査電圧よりも大きい状態が所定の検出許可時間継続した場合、リーク電流の検出を開始する。
自身が駆動するスイッチング素子のオンを指令するゲート制御信号は、上述したように、図５のステップＳ５又はＳ７にて、システム制御部１２６から各駆動回路に供給される。また、リーク検査電圧とは、リーク電流の検出開始を判定するために設定された閾値電圧であり、検出許可時間とは、リーク電流の検出開始を判定するために設定された閾値電圧である。
リーク電流を測定する場合、システム制御部１２６の制御によって電源電圧ＶＨが上昇することにより、各メイン素子の両端電圧Ｖｃｅも上昇する。したがって、各駆動回路は、自身が駆動するメイン素子の両端電圧Ｖｃｅの電圧が所定の閾値電圧以上であることを少なくとも検出すれば、リーク電流を検出することをシステム制御部１２６から指令されなくても、リーク電流の検出を開始できる。
例えば図１の場合、ローサイドの駆動回路２１は、リーク電流の検出を開始すると、メイン素子１１とセンス素子１２の両方のゲート電極ｇにバイアスする電圧を電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ３に低くする。そして、駆動回路２１は、リーク電流の検出を開始すると、センス素子１２をオンさせる負電圧Ｖ１がセンス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされるようにスイッチ２７を制御する。スイッチ２７は、駆動回路２１によって制御されることにより、センス素子１２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をバイアス電源２６に切り替える。したがって、駆動回路２１は、センス素子１２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて、スイッチング素子３０のリーク電流を検出できる。
同様に、ハイサイドの駆動回路４１は、リーク電流の検出を開始すると、メイン素子３１とセンス素子３２の両方のゲート電極ｇにバイアスする電圧を電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ３に低くする。そして、駆動回路４１は、リーク電流の検出を開始すると、センス素子３２をオンさせる負電圧Ｖ１がセンス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされるようにスイッチ４７を制御する。スイッチ４７は、駆動回路４１によって制御されることにより、センス素子３２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をバイアス電源４６に切り替える。したがって、駆動回路４１は、センス素子３２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて、スイッチング素子１０のリーク電流を検出できる。
また、例えば図２の場合、駆動回路７１は、リーク電流の検出を開始すると、メイン素子６１とセンス素子６２の両方のゲート電極ｇにバイアスする電圧を電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ３に低くする。そして、駆動回路７１は、リーク電流の検出を開始すると、センス素子６２をオンさせる負電圧Ｖ１がセンス素子６２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされるようにスイッチ７７を制御する。スイッチ７７は、駆動回路７１によって制御されることにより、センス素子６２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をバイアス電源７６に切り替える。したがって、駆動回路７１は、センス素子６２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて、スイッチング素子８０のリーク電流を検出できる。
また、例えば図３の場合、駆動回路１０１は、メイン素子９１とセンス素子９２の両方のゲート電極ｇが抵抗１０９を介して低電源電位部５２に接続されるようにスイッチ１０７を制御する。スイッチ１０７は、駆動回路１０１によって制御されることにより、電源電圧Ｖ２をゲート抵抗１０２と抵抗１０９とで分圧した電圧を、メイン素子９１とセンス素子９２の両方のゲート電極ｇに供給できる。そして、駆動回路１０１は、リーク電流の検出を開始すると、センス素子９２をオンさせる負電圧Ｖ１がセンス素子９２のセンスエミッタ電極ｓｅにバイアスされるようにスイッチ７７を制御する。スイッチ７７は、駆動回路１０１によって制御されることにより、センス素子９２のセンスエミッタ電極ｓｅの接続先をバイアス電源７６に切り替える。したがって、駆動回路１０１は、センス素子９２に流れるセンス電流Ｉｓｅに基づいて、スイッチング素子１１０のリーク電流を検出できる。
続いて、ステップＳ１２では、各制御回路の駆動回路は、リーク電流の検出値が所定の閾値電流よりも大きい状態が所定の検出時間継続した場合、所定の電流値以上のリーク電流が検出されたと判断する。例えば、各駆動回路は、センス電圧検出部から出力されるセンス電流検出信号の出力時間が所定の検出時間継続した場合、所定の電流値以上のリーク電流が検出されたと判断する。例えば図１の場合、駆動回路２１は、センス電圧検出部２３から出力されるセンス電流検出信号の出力時間が所定の検出時間継続した場合、スイッチング素子３０に所定の電流値以上のリーク電流が検出されたと判断する。
各駆動回路は、所定の電流値以上のリーク電流が検出されたと判断した場合、自身が駆動するスイッチング素子に直列に接続された他のスイッチング素子の特性劣化を確定したことを知らせるリーク検知信号をシステム制御部１２６に対して出力する。
以上、半導体制御装置、スイッチング回路、インバータ及び制御システムを実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、システム制御部１２６が、センス素子をオンさせる負電圧がセンス素子のセンスエミッタ電極にバイアスされるように、スイッチ（例えば、図１の場合、スイッチ２７又はスイッチ４７）を制御してよい。
また、例えば、半導体制御装置は、インバータに使用される形態に限られず、ＤＣ−ＤＣコンバータ、電源回路、昇圧回路、降圧回路などに使用されることも可能である。
また、例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限らず、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴでもよいし、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴでもよい。
１，４，５，１３１，１３２，１３３ スイッチング回路
２，３ 半導体制御装置
１０，３０，６０，８０，９０，１１０ スイッチング素子
１１，３１，６１，９１ メイン素子
１２，３２，６２，９２ センス素子
２０，４０，７０，１００ 制御回路
２１，４１，７１，１０１ 駆動回路
２２，４２，７２，１０２ ゲート抵抗
２３，４３，７３，７９ センス電圧検出部
２４，４４，７４ センス抵抗（過電流検出用抵抗）
２５，４５，７５ センス抵抗（リーク電流検出用抵抗）
２６，４６，７６ バイアス電源
２７，４７，７７，１０７ スイッチ
２８，４８，７８ センス電流検出回路
５０ 中間ノード部
５１，５２ 電源電位部
５３，５４，５５，５６ ゲート駆動用電源
８１，８２ アイソレータ
８３ 温度センサ
１０９ 抵抗
１２０ 制御システム
１２１ インバータ
１２２ キャパシタ
１２３ バッテリ
１２４ ジェネレータ
１２５ 遮断リレー
１２６ システム制御部
１２７ エンジン

Claims (10)

  1. メイン素子とセンス素子とを有し、前記センス素子のセンス電極の面積は、前記メイン素子のエミッタ電極又はソース電極の面積よりも小さい、スイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に直列に接続される他のスイッチング素子がオフのときに前記他のスイッチング素子に流れるリーク電流を、前記メイン素子をオンさせずに前記センス素子をオンさせることによって検出する制御回路とを備える、半導体制御装置。
  2. 前記制御回路は、前記センス電極の電位を前記メイン素子のエミッタ電極又はソース電極の電位よりも低くすることによって、前記メイン素子をオンさせずに前記センス素子をオンさせる、請求項１に記載の半導体制御装置。
  3. 前記制御回路は、前記センス電極の電位を前記メイン素子のエミッタ電極又はソース電極の電位よりも低くすることによって、前記メイン素子をオンさせずに前記センス素子をオンさせる場合、前記メイン素子と前記センス素子の両方のゲート電極にバイアスする電圧を低くする駆動回路を有する、請求項２に記載の半導体制御装置。
  4. 前記制御回路は、
    前記リーク電流の検出に使用する第１の抵抗と、
    前記メイン素子の過電流の検出に使用する第２の抵抗と、
    前記センス電極の接続先を前記第１の抵抗又は前記第２の抵抗に切り替える切り替え回路と、
    前記センス素子に流れるセンス電流が前記第１の抵抗又は前記第２の抵抗に流れることによって発生するセンス電圧を検出するセンス電圧検出部とを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
  5. 前記第１の抵抗は、前記第２の抵抗よりも大きな抵抗値を有する、請求項４に記載の半導体制御装置。
  6. 前記制御回路は、前記メイン素子の両端電圧が所定値以上であることが検出された場合、前記リーク電流の検出を開始する、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体制御装置。
  7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体制御装置をハイサイドとローサイドに備えたスイッチング装置。
  8. 請求項７に記載のスイッチング装置を複数並列に備えたインバータ。
  9. 請求項８に記載されたインバータと、
    前記インバータに並列に接続されたキャパシタと、
    前記キャパシタよりも大きな容量を有するバッテリと、
    前記インバータを介して前記キャパシタを充電するジェネレータと、
    前記ジェネレータの電力が前記インバータを介して前記バッテリに供給されることを遮断する遮断回路とを備えた、制御システム。
  10. 前記キャパシタの電圧が所定の閾値以上になるように、前記遮断回路を制御する制御部を備える、請求項９に記載の制御システム。
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