JP7548092B2 - Switch overcurrent detection device - Google Patents
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Description
本発明は、スイッチの過電流検出装置に関する。 The present invention relates to an overcurrent detection device for a switch.
スイッチの過電流を検出する装置として、例えば非特許文献1に見られるように、DESAT方式を用いたものが知られている。この装置は、対応するスイッチの主端子間に発生する端子間電圧を検出する電圧検出部と、判定部とを備える。電圧検出部は、カソードが対応するスイッチの高電位側端子に接続されるダイオードを介して端子間電圧を検出する。判定部は、電圧検出部により検出された端子間電圧が閾値電圧を超えたと判定した場合、対応するスイッチに過電流が流れていると判定する。
As a device for detecting overcurrent in a switch, one that uses the DESAT method is known, as seen in, for example, Non-Patent
DESAT方式では、対応するスイッチの端子間電圧を検出するためにダイオードが必要とされる。過電流検出装置にダイオードを設けると、例えばダイオードを搭載するプリントボードが大型化するなど、装置が大型化する。このような問題に対して、過電流検出装置には未だ改善の余地がある。 The DESAT method requires a diode to detect the voltage between the terminals of the corresponding switch. If a diode is provided in an overcurrent detection device, the device will become larger, for example by increasing the size of the printed board on which the diode is mounted. There is still room for improvement in overcurrent detection devices to address this issue.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、装置を小型化できるスイッチの過電流検出装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and its main objective is to provide a switch overcurrent detection device that can be made smaller.
本発明は、互いに並列接続されるとともにボディダイオードを有する複数の半導体スイッチと、
複数の前記半導体スイッチのうち、一部の半導体スイッチをサブスイッチとし、残りの半導体スイッチをメインスイッチとする場合、前記サブスイッチを構成する前記ボディダイオードのアノード側に接続された第1電極、及び前記メインスイッチの低電位側端子側に接続された第2電極を有するコンデンサと、
前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
前記メインスイッチがオン状態にされている場合に検出した前記端子間電圧が過電流閾値よりも大きい場合に、前記メインスイッチに過電流が流れていると判定する過電流判定部と、を備える。
The present invention relates to a semiconductor switch that is connected in parallel with one another and has a body diode;
When some of the plurality of semiconductor switches are used as sub-switches and the remaining semiconductor switches are used as main switches, a capacitor having a first electrode connected to an anode side of the body diode constituting the sub-switch and a second electrode connected to a low potential side terminal side of the main switch;
a voltage detection unit that detects a voltage between the terminals of the capacitor;
and an overcurrent determination unit that determines that an overcurrent is flowing through the main switch when the inter-terminal voltage detected while the main switch is in an on state is greater than an overcurrent threshold.
ボディダイオードを有する複数の半導体スイッチが、互いに並列接続されることがある。これら複数の半導体スイッチのうち、一部の半導体スイッチをサブスイッチとし、残りの半導体スイッチをメインスイッチとした場合に、メインスイッチの過電流をDESAT方式で検出するために、複数の半導体スイッチとは別にダイオードを設けることが考えられる。しかし、複数の半導体スイッチとは別にダイオードを設けると、装置が大型化する問題が生じる。 Multiple semiconductor switches each having a body diode may be connected in parallel to one another. When some of these multiple semiconductor switches are used as sub-switches and the remaining semiconductor switches are used as main switches, it is possible to provide a diode in addition to the multiple semiconductor switches in order to detect overcurrent in the main switch using the DESAT method. However, providing a diode in addition to the multiple semiconductor switches creates the problem of the device becoming larger.
そこで、本発明では、サブスイッチのボディダイオードを用いてメインスイッチの過電流を検出するようにした。具体的には、サブスイッチのボディダイオードのアノード側に接続された第1電極、及びメインスイッチの低電位側端子側に接続された第2電極を有する第2電極を有するコンデンサを設けるようにした。そして、メインスイッチがオン状態にされている場合に検出したコンデンサの端子間電圧が過電流閾値よりも大きい場合に、メインスイッチに過電流が流れていると判定するようにした。これにより、複数の半導体スイッチに予め設けられていたボディダイオードを用いて、メインスイッチの過電流を検出することができ、装置を小型化することができる。 In this invention, therefore, the body diode of the sub-switch is used to detect an overcurrent in the main switch. Specifically, a capacitor is provided having a first electrode connected to the anode side of the body diode of the sub-switch, and a second electrode connected to the low potential terminal side of the main switch. If the terminal voltage of the capacitor detected when the main switch is in the on state is greater than the overcurrent threshold, it is determined that an overcurrent is flowing in the main switch. This makes it possible to detect an overcurrent in the main switch using body diodes that are provided in advance in multiple semiconductor switches, and allows the device to be made more compact.
以下、本発明に係るスイッチの過電流検出装置を、車載のシステム100に適用した第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
The following describes a first embodiment of the switch overcurrent detection device according to the present invention, which is applied to an in-
図1に示すように、システム100は、回転電機10、インバータ20及び制御装置50を備えている。本実施形態において、回転電機10は、ブラシレスの同期機であり、例えば永久磁石同期機である。回転電機10は、3相の電機子巻線11を備えている。
As shown in FIG. 1, the
回転電機10は、インバータ20を介して直流電源としてのバッテリ30に接続されている。インバータ20は、相毎に上アームスイッチ素子部20Hと下アームスイッチ素子部20Lとの直列接続体を備えている。各相の上,下アームスイッチ素子部20H,20Lの接続点には、導電部材21を介して対応する電機子巻線11の第1端が電気的に接続(以下、単に接続)されている。各相の電機子巻線11の第2端は中性点PTで接続されている。
The rotating
上,下アームスイッチ素子部20H,20Lは、「メインスイッチ」としての第1スイッチSW1と、「サブスイッチ」としての第2スイッチSW2の並列接続体を備えている。本実施形態では、第1,第2スイッチSW1,SW2として、電圧制御形の半導体スイッチング素子が用いられており、より具体的には、SiCデバイスとしてのNチャネルMOSFETが用いられている。第1スイッチSW1には、第1ボディダイオードDA1が逆並列接続されており、第2スイッチSW2には、第2ボディダイオードDA2が逆並列接続されている。
The upper and lower arm
第1スイッチSW1と第2スイッチSW2とは、ドレイン-ソース間電圧Vdsとドレイン電流Idとの電圧電流特性が等しく、かつ互いに並列接続された数百個の半導体スイッチング素子により構成されている。これらの半導体スイッチング素子の一部である数個の半導体スイッチング素子により第2スイッチSW2が構成されており、残りの半導体スイッチング素子により第1スイッチSW1が構成されている。そのため、第2スイッチSW2の電流容量は、第1スイッチSW1の電流容量よりも小さくなっている。 The first switch SW1 and the second switch SW2 have the same voltage-current characteristics (drain-source voltage Vds and drain current Id) and are composed of several hundred semiconductor switching elements connected in parallel. The second switch SW2 is composed of several semiconductor switching elements that are a part of these semiconductor switching elements, and the first switch SW1 is composed of the remaining semiconductor switching elements. Therefore, the current capacity of the second switch SW2 is smaller than the current capacity of the first switch SW1.
図2に示すように、各相において、上,下アームスイッチ素子部20H,20Lは、本体部BDに収容されて半導体モジュールMSとして一体化されている。本実施形態において、本体部BDは、扁平な直方体形状をなしている。
As shown in FIG. 2, in each phase, the upper and lower arm
半導体モジュールMSは、スイッチ高圧端子TP、スイッチ低圧端子TN及び中間端子TOを備えている。スイッチ高圧端子TP、スイッチ低圧端子TN及び中間端子TOは、本体部BDの一方の面CAから突出して設けられている。スイッチ高圧端子TPは、上アームスイッチ素子部20Hにおける各スイッチSW1,SW2の高電位側端子であるドレインに接続されている。スイッチ低圧端子TNは、下アームスイッチ素子部20Lにおける第1スイッチSW1の低電位側端子であるソースに接続されているとともに、図4に示すコンデンサ51を介して下アームスイッチ素子部20Lにおける第2スイッチSW2のソースに接続されている。
The semiconductor module MS has a switch high-voltage terminal TP, a switch low-voltage terminal TN, and an intermediate terminal TO. The switch high-voltage terminal TP, the switch low-voltage terminal TN, and the intermediate terminal TO are provided protruding from one surface CA of the main body portion BD. The switch high-voltage terminal TP is connected to the drain, which is the high-potential terminal of each switch SW1, SW2 in the upper arm
中間端子TOは、上アームスイッチ素子部20Hにおける第1スイッチSW1のソースに接続されているとともにと、コンデンサ51を介して上アームスイッチ素子部20Hにおける第2スイッチSW2のソースに接続されている。また、中間端子TOは、下アームスイッチ素子部20Lにおける各スイッチSW1,SW2のドレインに接続されている。
The intermediate terminal TO is connected to the source of the first switch SW1 in the upper arm
更に、半導体モジュールMSは、アノード端子TA、カソード端子TK、制御端子TS、検出端子TD及びグランド端子TGを備えている。これらの端子は、本体部BDの面CAに対向する面CBから突出しており、上,下アームスイッチ素子部20H,20L毎に設けられている。なお、これらの端子の接続方法については、後に詳述する。
Furthermore, the semiconductor module MS has an anode terminal TA, a cathode terminal TK, a control terminal TS, a detection terminal TD, and a ground terminal TG. These terminals protrude from the face CB opposite the face CA of the main body portion BD, and are provided for each of the upper and lower arm
図3に示すように、各半導体モジュールMSのスイッチ高圧端子TPは、導電性の高圧接続部30Pを介して高圧導電部材BPに接続されている。高圧導電部材BPは、バッテリ30の正極端子に接続されている。また、各半導体モジュールMSのスイッチ低圧端子TNは、導電性の低圧接続部30Nを介して低圧導電部材BNに接続されている。低圧導電部材BNは、バッテリ30の負極端子に接続されている。各半導体モジュールMSの中間端子TOは、電機子巻線11の第1端に接続されている。
As shown in FIG. 3, the switch high-voltage terminal TP of each semiconductor module MS is connected to the high-voltage conductive member BP via a conductive high-
なお、本実施形態において、システム100は、冷却装置40を備えている。冷却装置40は、図3に示すように、一対の冷却管41と、複数の冷却板42とを備えている。半導体モジュールMSは、冷却板42に挟まれた状態で設けられている。冷却管41及び冷却板42により、冷却流体が流れる冷却通路が構成されている。
In this embodiment, the
図1に戻り、インバータ20は、その入力側に、インバータ20の入力電圧を平滑化する平滑コンデンサ23を備えている。平滑コンデンサ23の高電位側端子は、バッテリ30の正極端子に接続され、平滑コンデンサ23の低電位側端子は、バッテリ30の負極端子に接続されている。
Returning to FIG. 1, the
制御装置50は、回転電機10の駆動制御を行うために、回転電機10の制御量を指令値に制御すべく、インバータ20を構成する各スイッチSW1,SW2のスイッチング制御を行う。制御量は例えばトルクである。制御装置50は、デッドタイムDTを挟みつつ、上アームスイッチ素子部20Hに含まれるスイッチと下アームスイッチ素子部20Lに含まれるスイッチとを交互にオン状態とすべく、上,下アームスイッチに対応する駆動指令SAを、各スイッチ素子部20H,20Lに対して個別に設けられた駆動回路Drに出力する。駆動指令SAは、オン指令又はオフ指令のいずれかをとる。
The
駆動回路Drは、制御装置50から入力された駆動指令SAに基づいて、第1,第2スイッチSW1,SW2のうち、第1スイッチSW1の駆動状態を制御するスイッチング制御を行う。また、駆動回路Drは、DESAT方式で第1スイッチSW1の過電流を検出する。以下、図4を用いて、駆動回路Drの構成について説明する。
The drive circuit Dr performs switching control to control the drive state of the first switch SW1 of the first and second switches SW1 and SW2 based on the drive command SA input from the
図4に、上,下アームスイッチ素子部20H,20Lに対応する駆動回路Drの構成を示す。まず、上アームスイッチ素子部20Hに対応する駆動回路Drについて説明する。駆動回路Drは、コンデンサ51、コンパレータ52、定圧電源53、制御回路54、及び定電流源55を備えている。定電流源55は、コンデンサ51の第1電極に接続されており、DESAT方式で過電流を検出するために、コンデンサ51に充電電流を出力する。本実施形態では、定電流源55の充電電流が大電流となることが抑制されており、具体的には例えば、充電電流は数100μAである。コンデンサ51の第2電極は、第1スイッチSW1のソース及び導電部材21に接続されている。
Figure 4 shows the configuration of the drive circuit Dr corresponding to the upper and lower arm
コンデンサ51の第1電極には、第2ボディダイオードDA2のアノードが接続されている。第2ボディダイオードDA2のカソードは、第1スイッチSW1のドレインに接続されている。つまり、第2ボディダイオードDA2は、コンデンサ51から第1スイッチSW1のドレインに向かう方向が順方向となるように接続されている。そのため、コンデンサ51には、(式1)に示すように、第1スイッチSW1のドレイン-ソース間電圧Vdsに、第2ボディダイオードDA2の順方向電圧Vfを加算した電圧である判定電圧Vjdが端子間電圧として印加される。
The anode of the second body diode DA2 is connected to the first electrode of the
Vjd=Vds+Vf・・・(式1)
コンデンサ51の第1電極は、コンパレータ52の非反転入力端子52Aに接続されている。コンパレータ52の反転入力端子52Bは、定圧電源53の正極端子に接続されている。定圧電源53の負極端子は、第1スイッチSW1のソースに接続されている。定圧電源53は、第1スイッチSW1のソースに対して過電流閾値Vthだけ大きい電圧を、コンパレータ52の反転入力端子52Bに出力する。コンパレータ52は、一対の入力端子52A,52Bから入力される判定電圧Vjdと過電流閾値Vthとを比較し、これらの大小関係を示す信号を出力端子52Cから出力する。
Vjd=Vds+Vf...(Formula 1)
A first electrode of the
制御回路54は、制御配線LSを介して第1スイッチSW1のゲートに接続されている。第2スイッチSW2のゲートは、第1スイッチSW1のソースに接続されている。そのため、第2スイッチSW2は、常時オフ状態に維持される。また、制御回路54は、第1スイッチSW1のソースに接続されている。さらに、制御回路54は、コンパレータ52の出力端子52Cに接続されており、出力端子52Cから出力される信号に基づいて、第1スイッチSW1の過電流を検出する。
The
本実施形態では、半導体モジュールMSに各アームスイッチ素子部20H,20LにおけるスイッチSW1,SW2の温度を検出する感温ダイオードDKがそれぞれ設けられている。制御回路54は、対応する感温ダイオードDKのアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
In this embodiment, the semiconductor module MS is provided with a temperature sensing diode DK that detects the temperature of the switches SW1 and SW2 in each arm
下アームスイッチ素子部20Lに対応する駆動回路Drの構成は、上アームスイッチ素子部20Hに対応する駆動回路Drの構成と同一であり、重複した説明を省略する。下アームスイッチ素子部20Lに対応する駆動回路Drでは、コンデンサ51の第2電極には、第1スイッチSW1のソース及びバッテリ30の負極端子に接続されている。
The configuration of the drive circuit Dr corresponding to the lower arm
本実施形態では、駆動回路Drを構成する定電流源55、コンデンサ51、コンパレータ52、定圧電源53及び制御回路54が、1チップ化された半導体集積回路ICにより構成されている。図5に示すように、半導体集積回路ICは制御基板KSの搭載面CDに搭載されている。なお、本実施形態において、搭載面CDが「板面」に相当する。
In this embodiment, the constant
制御基板KSの搭載面CDには、半導体モジュールMSのアノード端子TA、カソード端子TK、制御端子TS、検出端子TD及びグランド端子TGに接続する複数のスルーホール電極が設けられている。複数のスルーホール電極は、アノードホールHA、カソードホールHK、制御ホールHS、検出ホールHD及びグランドホールHGを含む。アノードホールHAは、アノード端子TAに接続されており、アノード端子TAを介して感温ダイオードDKのアノードに接続されている。カソードホールHKは、カソード端子TKに接続されており、カソード端子TKを介して感温ダイオードDKのカソードに接続されている。 The mounting surface CD of the control board KS is provided with a plurality of through-hole electrodes connected to the anode terminal TA, cathode terminal TK, control terminal TS, detection terminal TD, and ground terminal TG of the semiconductor module MS. The plurality of through-hole electrodes include an anode hole HA, a cathode hole HK, a control hole HS, a detection hole HD, and a ground hole HG. The anode hole HA is connected to the anode terminal TA, and is connected to the anode of the temperature-sensing diode DK via the anode terminal TA. The cathode hole HK is connected to the cathode terminal TK, and is connected to the cathode of the temperature-sensing diode DK via the cathode terminal TK.
制御ホールHSは、制御端子TSに接続されており、制御端子TSを介して第1スイッチSW1のゲートに接続されている。検出ホールHDは、検出端子TDに接続されており、検出端子TDを介して第2スイッチSW2のソース(第2ボディダイオードDA2のアノード)に接続されている。グランド端子TGは、グランド端子TGに接続されており、グランド端子TGを介して第1スイッチSW1のソースに接続されている。 The control hole HS is connected to the control terminal TS and is connected to the gate of the first switch SW1 via the control terminal TS. The detection hole HD is connected to the detection terminal TD and is connected to the source of the second switch SW2 (the anode of the second body diode DA2) via the detection terminal TD. The ground terminal TG is connected to the ground terminal TG and is connected to the source of the first switch SW1 via the ground terminal TG.
また、制御基板KSの搭載面CDには、これらのスルーホール電極と半導体集積回路ICとを接続する複数の接続配線が設けられている。複数の接続配線は、アノード配線LA、カソード配線LB、制御配線LS、検出配線LD及びグランド配線LGを含む。アノード配線LAは、アノードホールHAと半導体集積回路ICとを接続する。カソード配線LBは、カソードホールHKと半導体集積回路ICとを接続する。制御配線LSは、制御ホールHSと半導体集積回路ICとを接続する。検出配線LDは、検出ホールHDと半導体集積回路ICとを接続する。グランド配線LGは、グランドホールHGと半導体集積回路ICとを接続する。 Moreover, the mounting surface CD of the control board KS is provided with a plurality of connection wirings that connect these through-hole electrodes to the semiconductor integrated circuit IC. The plurality of connection wirings include an anode wiring LA, a cathode wiring LB, a control wiring LS, a detection wiring LD, and a ground wiring LG. The anode wiring LA connects the anode hole HA to the semiconductor integrated circuit IC. The cathode wiring LB connects the cathode hole HK to the semiconductor integrated circuit IC. The control wiring LS connects the control hole HS to the semiconductor integrated circuit IC. The detection wiring LD connects the detection hole HD to the semiconductor integrated circuit IC. The ground wiring LG connects the ground hole HG to the semiconductor integrated circuit IC.
制御基板KSの搭載面CDにおいて、アノード配線LA、カソード配線LB、制御配線LS、検出配線LD及びグランド配線LGは、この順に互いに並行するように配置されている。これらの経路上又はこれらの経路間には、チップ抵抗又はチップコンデンサ等の電子部品DBが配置されている。 On the mounting surface CD of the control board KS, the anode wiring LA, cathode wiring LB, control wiring LS, detection wiring LD, and ground wiring LG are arranged in this order and parallel to one another. Electronic components DB such as chip resistors or chip capacitors are arranged on or between these paths.
図6に示すように、本実施形態において、半導体モジュールMSと制御基板KSとは、互いに直交するように配置されつつ、互いに接続されている。具体的には、半導体モジュールMSの各端子は、制御基板KSの搭載面CDと交差するように制御基板KSの対応するスルーホール電極に挿入され、搭載面CDに接続されている。その結果、半導体モジュールMSと制御基板KSとのそれぞれは、互いに離間して配置されている。そして、半導体モジュールMSと制御基板KSとにより、本実施形態の「過電流検出装置」が構成されている。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, the semiconductor module MS and the control board KS are arranged so as to be perpendicular to each other and are connected to each other. Specifically, each terminal of the semiconductor module MS is inserted into a corresponding through-hole electrode of the control board KS so as to intersect with the mounting surface CD of the control board KS and is connected to the mounting surface CD. As a result, the semiconductor module MS and the control board KS are arranged at a distance from each other. The "overcurrent detection device" of this embodiment is constituted by the semiconductor module MS and the control board KS.
次に、制御回路54における過電流の判定方法について説明する。第1スイッチSW1に過電流が流れていない場合、第1スイッチSW1がオン状態に切り替えられると、第1スイッチSW1のドレイン-ソース間電圧Vdsは、飽和電圧まで減少した状態で保持される。ここで、飽和電圧とは、第1スイッチSW1に流れるドレイン電流Idを増加させていった場合に、ドレイン-ソース間電圧Vdsが減少しなくなったときの電圧をいう。第1スイッチSW1に過電流が流れていない場合、ドレイン-ソース間電圧Vdsが飽和電圧で保持されるため、判定電圧Vjdは過電流閾値Vthよりも小さい値に保持される。
Next, a method for determining an overcurrent in the
一方、上下アームの短絡等により第1スイッチSW1に閾値電流以上の過電流が流れると、ドレイン-ソース間電圧Vdsは、飽和電圧まで減少しない。そのため、判定電圧Vjdが過電流閾値Vthよりも大きくなり、制御回路54は、第1スイッチSW1に過電流が流れていると判定する。
On the other hand, if an overcurrent equal to or greater than the threshold current flows through the first switch SW1 due to a short circuit between the upper and lower arms, the drain-source voltage Vds does not decrease to the saturation voltage. Therefore, the determination voltage Vjd becomes greater than the overcurrent threshold Vth, and the
ところで、DESAT方式で第1スイッチSW1の過電流を検出するためにはダイオードが必要とされ、第1,第2スイッチSW1,SW2及び第1,第2ボディダイオードDA1,DA2とは別にダイオードを設けることが考えられる。この場合、制御基板KSにダイオードを搭載する必要があり、制御基板KSが大型化する問題が生じる。また、DESAT方式で用いられるダイオードは、第2スイッチSW2の高電位側端子であるドレインに接続されるため、制御基板KSにおけるダイオードと他の電子部品DBとの間の絶縁距離を確保しておく必要があり、制御基板KSのアートワーク性が低下する問題が生じる。 However, in order to detect an overcurrent in the first switch SW1 in the DESAT method, a diode is required, and it is possible to provide a diode in addition to the first and second switches SW1 and SW2 and the first and second body diodes DA1 and DA2. In this case, the diode needs to be mounted on the control board KS, which causes the problem of the control board KS becoming larger. In addition, since the diode used in the DESAT method is connected to the drain, which is the high-potential terminal of the second switch SW2, it is necessary to ensure an insulation distance between the diode in the control board KS and other electronic components DB, which causes a problem of reduced artworkability of the control board KS.
本実施形態では、第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2を用いて、第1スイッチSW1の過電流を検出する。そのため、制御基板KSにダイオードを搭載する必要がない。その結果、装置を小型化しつつ、アートワーク性の向上を図ることができる。 In this embodiment, the second body diode DA2 of the second switch SW2 is used to detect an overcurrent in the first switch SW1. Therefore, there is no need to mount a diode on the control board KS. As a result, the device can be made smaller while improving the artwork.
次に、図7を用いて、制御回路54により行われる過電流検出処理について説明する。この処理は、所定の制御周期で繰り返し実行される。
Next, the overcurrent detection process performed by the
ステップS10では、第1スイッチSW1をオン状態に切り替える。続くステップS11では、コンパレータ52を用いて、第1スイッチSW1の判定電圧(以下、単に判定電圧)Vjdを検出し、ステップS12に進む。なお、本実施形態において、ステップS12の処理が「電圧検出部」に相当する。
In step S10, the first switch SW1 is switched to the on state. In the following step S11, the
ステップS12では、ステップS11で検出された判定電圧Vjdが過電流閾値Vthよりも大きいかを判定する。具体的には、制御回路54は、コンパレータ52の出力端子52Cから出力される信号に基づいて、判定電圧Vjdが過電流閾値Vthよりも大きいか否かを判定する。
In step S12, it is determined whether the determination voltage Vjd detected in step S11 is greater than the overcurrent threshold Vth. Specifically, the
第1スイッチSW1に過電流が流れていない場合、判定電圧Vjdは過電流閾値Vth以下となり、ステップS12で否定判定する。この場合、過電流検出処理を終了する。一方、対向アームスイッチ素子部の第1スイッチSW1がショート故障して第1スイッチSW1に過電流が流れている場合、判定電圧Vjdは過電流閾値Vthよりも大きくなり、ステップS12で肯定判定する。この場合、ステップS13に進む。 If no overcurrent is flowing through the first switch SW1, the judgment voltage Vjd is equal to or lower than the overcurrent threshold Vth, and a negative judgment is made in step S12. In this case, the overcurrent detection process ends. On the other hand, if the first switch SW1 of the opposing arm switch element unit has a short circuit failure and an overcurrent is flowing through the first switch SW1, the judgment voltage Vjd becomes greater than the overcurrent threshold Vth, and a positive judgment is made in step S12. In this case, proceed to step S13.
ステップS13では、第1スイッチSW1に過電流が流れていると判定する。続くステップS14において、第1スイッチSW1をオフ状態に切り替え、過電流検出処理を終了する。なお、本実施形態において、ステップS12,S13の処理が「過電流判定部」に相当し、ステップS10,S14の処理が「状態制御部」に相当する。 In step S13, it is determined that an overcurrent is flowing through the first switch SW1. In the following step S14, the first switch SW1 is switched to the off state, and the overcurrent detection process is terminated. In this embodiment, the processes of steps S12 and S13 correspond to the "overcurrent determination unit", and the processes of steps S10 and S14 correspond to the "state control unit".
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。 The present embodiment described above provides the following advantages:
DESAT方式で第1スイッチSW1の過電流を検出するためには、ダイオードが必要となる。本実施形態では、第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2を用いて、第1スイッチSW1の過電流を検出するようにした。そのため、第1,第2スイッチSW1,SW2とは別にダイオードを設ける必要がなく、装置を小型化することができる。 To detect an overcurrent in the first switch SW1 using the DESAT method, a diode is required. In this embodiment, the second body diode DA2 of the second switch SW2 is used to detect an overcurrent in the first switch SW1. This eliminates the need to provide diodes in addition to the first and second switches SW1 and SW2, making it possible to miniaturize the device.
本実施形態では、半導体モジュールMSと制御基板KSとは、互いに直交するように配置され、互いに離間して配置されるようにした。そのため、制御基板KSに半導体集積回路IC及び電子部品DBを搭載することで、これらを第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2に対して離間して配置することができ、制御基板KSにおいて絶縁距離を確保する必要がない。これにより、装置をより小型化することができるとともに、制御基板KSのアートワーク性をより向上させることができる。 In this embodiment, the semiconductor module MS and the control board KS are arranged so as to be perpendicular to each other and spaced apart from each other. Therefore, by mounting the semiconductor integrated circuit IC and electronic component DB on the control board KS, these can be arranged at a distance from the second body diode DA2 of the second switch SW2, and there is no need to ensure an insulation distance in the control board KS. This allows the device to be made more compact and the artworkability of the control board KS to be improved.
第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2を用いて、第1スイッチSW1の過電流を検出する場合、回転電機10の駆動制御を行うために第2スイッチSW2のスイッチング制御が行われると、第2スイッチSW2を介して第2ボディダイオードDA2のアノードとカソードとの間に意図しない電流が流れる。これにより、第1スイッチSW1の過電流の検出精度が低下する。本実施形態では、第2ボディダイオードDA2のゲートを第1スイッチSW1のソースに接続し、第2スイッチSW2を常時オフ状態に維持するようにした。その結果、第1スイッチSW1の過電流の検出精度の向上を図ることができる。
When the second body diode DA2 of the second switch SW2 is used to detect an overcurrent in the first switch SW1, when switching control of the second switch SW2 is performed to control the drive of the rotating
第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2を用いて、第1スイッチSW1の過電流を検出する場合、第2スイッチSW2におけるスイッチング機能は失われる。本実施形態では、第2スイッチSW2の電流容量を、第1スイッチSW1の電流容量よりも小さくした。これにより、電流容量の大きい第1スイッチSW1におけるスイッチング機能を確保しつつ、電流容量の小さい第2スイッチSW2の第2ボディダイオードDA2を用いて、第1スイッチSW1を過電流から保護することができる。 When the second body diode DA2 of the second switch SW2 is used to detect an overcurrent in the first switch SW1, the switching function of the second switch SW2 is lost. In this embodiment, the current capacity of the second switch SW2 is set smaller than the current capacity of the first switch SW1. This makes it possible to protect the first switch SW1 from an overcurrent using the second body diode DA2 of the second switch SW2, which has a small current capacity, while ensuring the switching function of the first switch SW1, which has a large current capacity.
本実施形態では、比較的小さい第2スイッチSW2の電流容量に対応して、定電流源55の充電電流が大電流とならないように抑制するようにした。そのため、第1スイッチSW1の過電流の検出精度の向上を図ることができる。
In this embodiment, the charging current of the constant
(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.
・上記実施形態では、制御基板KSの搭載面CDにおいて、アノード配線LA、カソード配線LB、制御配線LS、検出配線LD及びグランド配線LGが、この順に互いに並行するように配置されている例を用いて説明を行った。しかし、これらの配線の並び順は上記に限られない。この場合に、制御配線LSと検出配線LDとの間にグランド配線LGが配置されるようにしてもよい。 - In the above embodiment, an example was described in which the anode wiring LA, cathode wiring LB, control wiring LS, detection wiring LD, and ground wiring LG are arranged in this order and parallel to one another on the mounting surface CD of the control board KS. However, the order in which these wirings are arranged is not limited to the above. In this case, the ground wiring LG may be arranged between the control wiring LS and the detection wiring LD.
検出配線LDは、DESAT方式による過電流検出に用いられる第2ボディダイオードDA2やコンデンサ51に接続されている。そのため、検出配線LDは、インピーダンスが高く、隣接する配線における信号の切り替えに起因してノイズが生じやすい。したがって、図5に示すように、制御配線LSと検出配線LDとが隣接して配置されていると、第1スイッチSW1のゲートに入力される駆動信号がオン電圧とオフ電圧とで切り替えられるのに起因して、過電流を誤検出するおそれがある。
The detection wiring LD is connected to the second body diode DA2 and
図8に示すように、半導体集積回路ICにおける端子配置を変更し、制御配線LSと検出配線LDとの間にグランド配線LGが配置されるようにしてもよい。これにより、過電流の誤検出を抑制することができる。 As shown in FIG. 8, the terminal arrangement in the semiconductor integrated circuit IC may be changed so that the ground wiring LG is disposed between the control wiring LS and the detection wiring LD. This can prevent erroneous detection of overcurrent.
なお、半導体モジュールMSにおける端子配置を変更可能である場合には、図9に示すように、制御基板KSにおけるスルーホール電極の配置を変更してもよい。具体的には、制御ホールHSと検出ホールHDとの間にグランドホールHGが配置されるようにしてもよい。これにより、過電流の誤検出を適正に抑制することができる。また、スルーホール電極と半導体集積回路ICとの間の経路の引き回しのために、制御基板KSが大型化することを抑制することができる。 When the terminal arrangement in the semiconductor module MS can be changed, the arrangement of the through-hole electrodes in the control substrate KS may be changed as shown in FIG. 9. Specifically, a ground hole HG may be arranged between the control hole HS and the detection hole HD. This makes it possible to appropriately prevent erroneous detection of overcurrent. It is also possible to prevent the control substrate KS from becoming larger due to the routing of the paths between the through-hole electrodes and the semiconductor integrated circuit IC.
・上記実施形態において、各アームスイッチ素子部20H,20Lにそれぞれ3つ以上のスイッチが互いに並列接続されていてもよい。
- In the above embodiment, three or more switches may be connected in parallel to each of the arm
51…コンデンサ、54…制御回路、SW1…第1スイッチ、SW2…第2スイッチ。 51: Capacitor, 54: Control circuit, SW1: First switch, SW2: Second switch.
Claims (5)
ドレイン、ソース、ゲート及び第2ボディダイオード(DA2)を有する半導体スイッチであるサブスイッチ(SW2)と、
前記第2ボディダイオードのアノード側に接続された第1電極、及び前記メインスイッチのソース側に接続された第2電極を有するコンデンサ(51)と、
前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出部(54)と、
前記コンデンサの第1電極に接続された定電流源(55)と、
過電流判定部(54)と、を備え、
前記サブスイッチのドレインは、前記メインスイッチのドレインに接続されており、
前記サブスイッチは、常時オフ状態に維持されており、
前記過電流判定部は、前記メインスイッチがオン状態にされている場合に検出した前記端子間電圧が過電流閾値よりも大きい場合に、前記メインスイッチに過電流が流れていると判定する、スイッチの過電流検出装置。 a main switch (SW1) which is a semiconductor switch having a drain, a source, a gate and a first body diode (DA1);
a sub-switch (SW2) which is a semiconductor switch having a drain, a source, a gate and a second body diode (DA2);
a capacitor (51) having a first electrode connected to the anode side of the second body diode and a second electrode connected to the source side of the main switch;
A voltage detection unit (54) that detects a voltage between the terminals of the capacitor;
a constant current source (55) connected to a first electrode of the capacitor;
An overcurrent determination unit (54),
The drain of the sub switch is connected to the drain of the main switch,
The sub-switch is always maintained in an off state,
The overcurrent determination unit determines that an overcurrent is flowing through the main switch when the inter-terminal voltage detected when the main switch is in an on state is greater than an overcurrent threshold .
前記制御端子が接続された板面を有する制御基板(KS)と、
を備え、
前記制御端子は、前記制御基板の板面と交差するように該板面に接続されており、
前記コンデンサ、前記電圧検出部及び前記過電流判定部は、前記制御基板の板面に設けられている請求項1に記載のスイッチの過電流検出装置。 a semiconductor module (MS) having a body (BD) in which the main switch and the sub switch are housed, and a control terminal (TS) electrically connected to a gate of the main switch and protruding from the body;
a control board (KS) having a plate surface to which the control terminal is connected;
Equipped with
the control terminal is connected to a plate surface of the control board so as to intersect with the plate surface,
2. The switch overcurrent detection device according to claim 1, wherein the capacitor, the voltage detection section, and the overcurrent determination section are provided on a surface of the control board.
前記制御基板は、
前記メインスイッチのゲートと前記状態制御部とを接続する制御配線(LS)と、
前記第2ボディダイオードのアノード側と前記コンデンサの第1電極とを接続する検出配線(LD)と、
前記メインスイッチのソース側に接続されるグランド配線(LG)と、を有し、
前記制御配線、前記検出配線、及び前記グランド配線は、前記制御基板において互いに並行するように配置されており、
前記グランド配線は、前記制御基板において前記制御配線と前記検出配線との間に配置されている請求項2に記載のスイッチの過電流検出装置。 A state control unit (54) is provided on a surface of the control board and controls the driving state of the main switch,
The control board includes:
A control line (LS) that connects a gate of the main switch and the state control unit;
a detection wiring (LD) connecting an anode side of the second body diode and a first electrode of the capacitor;
a ground wiring (LG) connected to a source side of the main switch;
the control wiring, the detection wiring, and the ground wiring are arranged in parallel with each other on the control substrate,
The switch overcurrent detection device according to claim 2 , wherein the ground wiring is disposed between the control wiring and the detection wiring on the control board.
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