(57)【要約】【課題】相間短絡が生じる場合であっても、スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）に過電流が流れる旨を的確に判断することのできるスイッチング素子の駆動回路を提供する。【解決手段】スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下、駆動制御部４８において電圧変化速度Ｓｓｅが負の値であってかつ規定電圧を下回るか否かを判断する処理を行う。そして、この処理において肯定判断された場合、相間短絡が生じていると判断し、ソフト遮断用スイッチング素子４０をオン操作してかつ、定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０の双方をオフ操作する処理を行う。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の入出力端子間に流れる電流（Ｉｃｅ）と相関を有する微少電流を出力するセンス端子（Ｓｔ）を備えるスイッチング素子（Ｓ＊＃；＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）に適用され、
前記センス端子の出力電流（Ｖｓｅ）を検出する電流検出手段（４２）と、
前記スイッチング素子がオン操作される状況下、前記電流検出手段によって検出された出力電流が上昇し始めるタイミング以降の該出力電流の変化速度の絶対値が０よりも大きい規定値（｜Ｖα｜，Ｖβ）を下回ることに基づき、前記スイッチング素子に過電流が流れる旨判断する判断手段と、
を備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動回路。
【請求項２】
前記スイッチング素子は、直流電源（ＣＶ）に並列接続された高電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｐ；￥＝ｕ，ｖ，ｗ）及び低電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｎ）の直列接続体を備え、
前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされることで前記スイッチング素子の過電流の流通経路が形成されることを上下アーム短絡と定義し、
前記規定値（｜Ｖα｜）は、前記スイッチング素子がオン操作されてかつ前記上下アーム短絡が生じる状況下、前記出力電流が上昇し始めるタイミング以降の該出力電流の低下速度以下の値に設定され、
前記判断手段は、前記出力電流の低下速度が前記規定値を下回ることに基づき、前記過電流が流れる旨判断することを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチング素子は、直流電源（ＣＶ）に並列接続された高電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｐ；￥＝ｕ，ｖ，ｗ）及び低電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｎ）の直列接続体を備え、
前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされることで前記スイッチング素子の過電流の流通経路が形成されることを上下アーム短絡と定義し、
前記規定値（Ｖβ）は、前記スイッチング素子がオン操作されてかつ前記上下アーム短絡が生じる状況下における前記出力電流の上昇速度以下の値に設定され、
前記判断手段は、前記出力電流の上昇速度が前記規定値を下回ることに基づき、前記過電流が流れる旨判断することを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項４】
前記判断手段によって前記過電流が流れる旨判断されたことに基づき、前記スイッチング素子の開閉制御端子から電荷を放電させることで該スイッチング素子の駆動を制限する処理を行う制限手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項５】
前記制限手段は、前記制限する処理を、前記スイッチング素子の駆動を禁止することで行うことを特徴とする請求項４記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項６】
前記制限手段を第１の制限手段とし、
前記出力電流が閾値（Ｖｔｈ）を超える状態が所定時間（Ｔｃｕｔ）継続されたことに基づき、前記開閉制御端子から電荷を放電させることで前記スイッチング素子の駆動を制限する処理を行う第２の制限手段を更に備えることを特徴とする請求項４又は５記載のスイッチング素子の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自身の入出力端子間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を備えるスイッチング素子の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の駆動回路としては、例えば下記特許文献１に見られるように、半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）を過電流から保護する過電流保護機能を有するものが知られている。この回路について説明すると、スイッチング素子が備えるセンス端子には、抵抗体を介してスイッチング素子のエミッタが接続されている。そして、センス端子及び抵抗体の接続点の電位をセンス電圧と称することとすると、スイッチング素子がオン操作される状況下、センス電圧が閾値電圧を超える状態が所定時間継続されたと判断された場合、スイッチング素子のゲート電荷を放電させてスイッチング素子の駆動を禁止する。これにより、スイッチング素子の信頼性の低下の回避を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２７５９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、本発明者らは、スイッチング素子に過電流が流れているにもかかわらず、過電流保護機能によってスイッチング素子の駆動を速やかに禁止することができなくなる問題に直面した。以下、この問題について説明する。
【０００５】
スイッチング素子がオン操作されている状況下において、コレクタ電流の上昇に伴ってセンス電圧が基本的には上昇するものの、センス電圧がコレクタ電流に応じた当初の想定値よりも小さくなる現象が生じ得る。この場合、実際のセンス電圧が閾値電圧を超えるまでの時間が長くなる。すなわち、スイッチング素子に過電流が流れ始めてから過電流保護機能によってスイッチング素子の駆動を禁止するまでの時間が長くなるといった問題が生じる。これにより、スイッチング素子の信頼性が低下するおそれがある。
【０００６】
こうした問題を回避する上では、センス電圧がコレクタ電流に応じた当初の想定値よりも小さくなる現象が生じる状況下においても、スイッチング素子に過電流が流れるか否かを的確に判断可能な技術が要求される。
【０００７】
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、スイッチング素子に過電流が流れる旨を判断することのできる新たなスイッチング素子の駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
請求項１記載の発明は、自身の入出力端子間に流れる電流（Ｉｃｅ）と相関を有する微少電流を出力するセンス端子（Ｓｔ）を備えるスイッチング素子（Ｓ＊＃；＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）に適用され、前記センス端子の出力電流（Ｖｓｅ）を検出する電流検出手段（４２）と、前記スイッチング素子がオン操作される状況下、前記電流検出手段によって検出された出力電流が上昇し始めるタイミング以降の該出力電流の変化速度の絶対値が０よりも大きい規定値（｜Ｖα｜，Ｖβ）を下回ることに基づき、前記スイッチング素子に過電流が流れる旨判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明者らは、スイッチング素子の過電流の流通経路が形成されてかつ、電流検出手段によって検出された出力電流が上記入出力端子間に流れる電流に応じた当初の想定値よりも小さくなる現象の発生状況が、上記出力電流の変化速度の絶対値が小さくなる状況であることに着目した。この点に鑑み、上記発明では、判断手段を備えた。このため、上記出力電流が上記当初の想定値よりも小さくなる現象が生じる状況下において、スイッチング素子に過電流が流れる旨を的確に判断することができる。これにより、その後、スイッチング素子の信頼性の低下を回避するための適切な対応をとることなどができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スイッチング素子は、直流電源（ＣＶ）に並列接続された高電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｐ；￥＝ｕ，ｖ，ｗ）及び低電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｎ）の直列接続体を備え、前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされることで前記スイッチング素子の過電流の流通経路が形成されることを上下アーム短絡と定義し、前記規定値（｜Ｖα｜）は、前記スイッチング素子がオン操作されてかつ前記上下アーム短絡が生じる状況下、前記出力電流が上昇し始めるタイミング以降の該出力電流の低下速度以下の値に設定され、前記判断手段は、前記出力電流の低下速度が前記規定値を下回ることに基づき、前記過電流が流れる旨判断することを特徴とする。
【００１２】
本発明者らは、上記出力電流が上記当初の想定値よりも小さくなる現象が生じる状況下において、上記入出力端子間に流れる電流の上昇に伴って上記出力電流が基本的には上昇しつつも、上記出力電流がその上昇途中で一時的に低下することに着目した。そして、その低下速度とスイッチング素子に過電流が流れることとを関係付けることが可能であることを見出した。そこで、上記発明では、規定値を上記態様にて設定した。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スイッチング素子は、直流電源（ＣＶ）に並列接続された高電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｐ；￥＝ｕ，ｖ，ｗ）及び低電位側のスイッチング素子（Ｓ￥ｎ）の直列接続体を備え、前記高電位側のスイッチング素子及び前記低電位側のスイッチング素子の双方がオン状態とされることで前記スイッチング素子の過電流の流通経路が形成されることを上下アーム短絡と定義し、前記規定値（Ｖβ）は、前記スイッチング素子がオン操作されてかつ前記上下アーム短絡が生じる状況下における前記出力電流の上昇速度以下の値に設定され、前記判断手段は、前記出力電流の上昇速度が前記規定値を下回ることに基づき、前記過電流が流れる旨判断することを特徴とする。
【００１４】
本発明者らは、上記出力電流が上記当初の想定値よりも小さくなる現象の発生状況が、上記出力電流の上昇速度が低くなる状況であることに着目した。そこで、上記発明では、規定値を上記態様にて設定した。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態にかかる制御システムの構成図。
【図２】同実施形態にかかるドライブユニットの構成図。
【図３】同実施形態にかかる上下アーム短絡時の過電流保護処理の一例を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかる相間短絡の概要を示す図。
【図５】同実施形態にかかる相間短絡時の過電流保護処理の一例を示すタイムチャート。
【図６】同実施形態にかかる過電流が流れる場合のコレクタ電流等の推移を示すタイムチャート。
【図７】同実施形態にかかる過電流が流れない場合のコレクタ電流等の推移を示すタイムチャート。
【図８】同実施形態にかかる相間短絡検出処理の手順を示す流れ図。
【図９】第２の実施形態にかかる相間短絡検出処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動回路を車載主機として回転機及び内燃機関を備えるハイブリッド車両に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
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。
【００１８】
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連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及び直流電源としてのコンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、コンバータＣＶ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。詳しくは、コンバータＣＶは、スイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎのオンオフ操作によって、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機能を有する。
【００１９】
一方、インバータＩＶ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。
【００２０】
ちなみに、本実施形態では、上記スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）として、電圧制御形のものが用いられ、より具体的には、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。
【００２１】
制御装置１４は、低電圧バッテリ１６を電源とし、モータジェネレータ１０の制御量（例えばトルク）を所望に制御すべく、インバータＩＶやコンバータＣＶを操作する。詳しくは、制御装置１４は、コンバータＣＶ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に出力し、また、インバータＩＶ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。
【００２２】
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素子を備えるインターフェース１８を介して行われる。
【００２３】
続いて、図２を用いて、上記ドライブユニットＤＵの構成について説明する。
【００２４】
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ＶＨ（例えば１５Ｖ）を有する定電圧電源２２を備え、定電圧電源２２は、定電流回路２４、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）及びドライブＩＣ２０の端子Ｔ１を介してスイッチング素子Ｓ＊＃の開閉制御端子（ゲート）に接続されている。なお、図２では、上記フリーホイールダイオードＤ＊＃の図示を省略している。
【００２５】
スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、放電用抵抗体２８、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ２及び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３０）を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ３に接続されている。そして、端子Ｔ３は、スイッチング素子Ｓ＊＃の出力端子（エミッタ）に接続されている。
【００２６】
スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、また、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ４、ツェナーダイオード３４及び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３６）を介して端子Ｔ３に接続されている。ここで、ツェナーダイオード３４のブレークダウン電圧（以下、クランプ電圧Ｖｃｌａｍｐ）は、例えば、スイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性が短時間で過度に低下するような電流が流れない程度の電圧（例えば１２Ｖ）にスイッチング素子Ｓ＊＃の開閉制御端子の印加電圧（ゲート電圧Ｖｇｅ）を制限する電圧に設定されている。本実施形態において、クランプ電圧Ｖｃｌａｍｐは、スイッチング素子Ｓ＊＃のミラー電圧よりも高くてかつゲート電圧の上限値（定電圧電源２２の端子電圧ＶＨ）よりも低い電圧に設定されている。
【００２７】
スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、さらに、ソフト遮断用抵抗体３８、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ５及び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４０）を介して端子Ｔ３に接続されている。
【００２８】
スイッチング素子Ｓ＊＃は、その入力端子（コレクタ）及びエミッタ間に流れる電流（以下、コレクタ電流Ｉｃｅ）と相関を有する微少電流（例えば、コレクタ電流Ｉｃｅの「１／１００００」）を出力するセンス端子Ｓｔを備えている。センス端子Ｓｔは、抵抗体（センス抵抗４２）を介してエミッタに接続されている。これにより、センス端子Ｓｔから出力される微少電流によってセンス抵抗４２に電圧降下が生じるため、センス抵抗４２のうちセンス端子Ｓｔ側の電位（以下、センス電圧Ｖｓｅ）を、コレクタ電流Ｉｃｅと相関を有する電気的な状態量とすることができる。
【００２９】
ちなみに、本実施形態では、センス抵抗４２の両端のうちセンス端子Ｓｔ側の電位がエミッタの電位よりも高い場合のセンス電圧Ｖｓｅを正と定義する。また、エミッタの電位を「０」とする。
【００３０】
センス抵抗４２の両端のうちセンス端子Ｓｔ側は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ６を介してコンパレータ４４の非反転入力端子に接続されている。コンパレータ４４の反転入力端子は、電源４６に接続されている。ここで、電源４６の端子電圧（以下、閾値電圧Ｖｔｈ）は、スイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性を維持可能な観点から定められ、具体的には例えば、スイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性を維持可能なコレクタ電流Ｉｃｅの上限値がスイッチング素子Ｓ＊＃に流れる場合におけるセンス電圧Ｖｓｅに設定されている。なお、コンパレータ４４の出力信号は、ドライブＩＣ２０が備える駆動制御部４８に入力される。
【００３１】
また、上記端子Ｔ６は、微分回路５０の入力側に接続されている。微分回路５０は、センス電圧Ｖｓｅの変化速度（以下、電圧変化速度Ｓｓｅ）を出力する機能を有している。微分回路５０の出力信号は、駆動制御部４８に入力される。
【００３２】
上記定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０は、上記駆動制御部４８によって操作される。駆動制御部４８は、ドライブＩＣ２０の端子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３０とを交互にオンオフ操作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３０をオフ操作し、また、定電流用スイッチング素子２６をオン操作する。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をオフ操作し、また、放電用スイッチング素子３０をオン操作する。
【００３３】
なお、本実施形態では、上記定電流回路２４を備えるため、定電流用スイッチング素子２６がオン操作される期間においてゲートの充電電流を一定値とすることができる。すなわち、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。
【００３４】
続いて、駆動制御部４８によって実行される過電流保護処理について説明する。
【００３５】
この処理は、コンパレータ４４の出力信号の論理が「Ｈ」になったと判断された場合にクランプ用スイッチング素子３６をオン操作し、また、コンパレータ４４の出力信号の論理が「Ｈ」となる状態が所定時間継続されたと判断された場合に定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０をオフ操作してかつソフト遮断用スイッチング素子４０をオン操作する処理である。以下、図３を用いて、過電流保護処理について説明する。
【００３６】
図３は、上下アーム短絡が生じる場合における過電流保護処理の一例を示す図である。詳しくは、図３（ａ）は、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲート電圧Ｖｇｅ、センス電圧Ｖｓｅ、コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ、コレクタ電流Ｉｃｅ及びスイッチング素子Ｓ＊＃における損失（コレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅ及びコレクタ電流Ｉｃｅの乗算値）の推移を示す。また、図３（ｂ）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３（ｃ）は、放電用スイッチング素子３０の操作状態の推移を示し、図３（ｄ）は、クランプ用スイッチング素子３６の操作状態の推移を示し、図３（ｅ）は、ソフト遮断用スイッチング素子４０の操作状態の推移を示す。
【００３７】
なお、上下アーム短絡とは、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎの双方がオン状態とされることでスイッチング素子Ｓ＊＃の過電流（短絡電流）の流通経路が形成されることである。この上下アーム短絡は、例えば、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎのうち一方にショート故障が生じる状況下、他方がオン状態に切り替えられることで生じる。
【００３８】
図示されるように、時刻ｔ１において放電用スイッチング素子３０がオフ操作に切り替えられ、また、定電流用スイッチング素子２６がオン操作に切り替えられることで、ゲート電圧Ｖｇｅが上昇し始める。これにより、コレクタ電流Ｉｃｅが流れ始め、センス電圧Ｖｓｅも上昇し始める。
【００３９】
その後、センス電圧Ｖｓｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えてコンパレータ４４の出力信号の論理が「Ｈ」になると判断される時刻ｔ２において、クランプ用スイッチング素子３６がオン操作される。これにより、ゲート電圧Ｖｇｅは、その後クランプ電圧Ｖｃｌａｍｐで制限されることとなる。なお、時刻ｔ２の直後においてセンス電圧Ｖｓｅが閾値電圧Ｖｔｈよりも高くなるのは、クランプ用スイッチング素子３６のオン操作が開始されてからこの素子が実際にオン状態となるまでにある程度の時間を要するためである。
【００４０】
その後、コンパレータ４４の出力信号の論理が「Ｈ」となる状態が時刻ｔ２から所定時間Ｔｃｕｔ継続される。このため、時刻ｔ３において、定電流用スイッチング素子２６がオフ操作されてかつソフト遮断用スイッチング素子４０がオン操作される。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃が強制的にオフ状態とされる。
【００４１】
ここで、先の図２に示したソフト遮断用抵抗体３８は、ゲート電荷の放電経路の抵抗値を高抵抗とするためのものであり、ソフト遮断用抵抗体３８の抵抗値Ｒａは、放電用抵抗体２８の抵抗値Ｒｂよりも高く設定されている。これは、コレクタ電流Ｉｃｅが過大である状況下にあっては、スイッチング素子Ｓ＊＃をオン状態からオフ状態へと切り替える速度、換言すればコレクタ及びエミッタ間の遮断速度を大きくすると、サージ電圧が過大となるおそれがあることに鑑みたものである。
【００４２】
ちなみに、ソフト遮断用スイッチング素子４０がオン操作された場合、駆動制御部４８は、フェール信号ＦＬを出力する処理と、定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０の駆動を禁止する処理とを併せて行う。上記フェール信号ＦＬは、先の図２に示すように、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ８を介して低電圧システム（制御装置１４）に出力される。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１８ａでは、インバータＩＶやコンバータＣＶのシャットダウンが行われ、また、制御装置１４では、例えば、走行動力源をエンジンのみとした車両の退避走行処理が行われる。ここで、フェール処理部１８ａ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。
【００４３】
ところで、本発明者らは、相間短絡が生じてかつ、スイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態とされている場合のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが低い状況下において、スイッチング素子Ｓ＊＃に過電流が流れているにもかかわらず、上記過電流保護処理によってスイッチング素子Ｓ＊＃を速やかにオフ状態に切り替えることができなくなる問題に直面した。以下、まず相間短絡について説明した後、上記問題について説明する。
【００４４】
まず、相間短絡について説明する。
【００４５】
相間短絡とは、例えば、インバータＩＶ及びモータジェネレータ１０を接続する３相の電気経路（例えば、バスバやモータケーブル）のうち２つが短絡したり、インバータＩＶに設けられてかつ３相の電気経路が接続される出力端子台のうち２つが短絡したり、モータジェネレータ１０内の３相の電気経路のうち２つが短絡したりする状況下、短絡した相のうち一方に対応する高電位側のスイッチング素子と、他方に対応する低電位側のスイッチング素子とがオン状態とされることで過電流の流通経路が形成されることである。
【００４６】
図４に、先の図１に示したシステムの全体構成のうち、インバータＩＶのＶ，Ｗ相アーム部とモータジェネレータ１０とを示す。
【００４７】
図示される例では、Ｖ，Ｗ相の上記電気経路同士が短絡する状況下、Ｖ相の高電位側のスイッチング素子Ｓｖｐと、Ｗ相の低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎとがオン状態とされることで過電流の流通経路が形成される相間短絡を示している。
【００４８】
続いて、図５を用いて、上記問題について説明する。詳しくは、図５は、インバータＩＶの入力電圧ＶＬが先の図３の場合よりも低くてかつ、相間短絡が生じる場合のインバータＩＶのスイッチング素子Ｓ￥＃（￥＝ｕ，ｖ，ｗ）についての過電流保護処理の一例である。なお、図５（ａ）〜図５（ｅ）は、先の図３（ａ）〜図３（ｅ）に対応している。また、図５には、先の図３と対応した横軸スケールＨＳ１（時間スケール）及び縦軸スケールＶＳ１（電圧等のスケール）を併せて示している。
【００４９】
図示される例において、図５（ａ）の破線は、コレクタ電流Ｉｃｅに応じたセンス電圧Ｖｓｅの当初の想定値Ｖｄｌを示す。この当初の想定値Ｖｄｌの上昇速度は、先の図３（ａ）に示した上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度よりも低い。これは、相間短絡が生じる場合の過電流の流通経路が、上下アーム短絡が生じる場合の過電流の流通経路よりも長いこと等に起因して、相間短絡が生じる場合の過電流の流通経路のインダクタンスが、上下アーム短絡の生じる場合の過電流の流通経路のインダクタンスよりも大きいことに起因する。
【００５０】
また、相間短絡が生じると、上下アーム短絡が生じる場合と比較して、スイッチング素子Ｓ￥＃がオン状態とされている場合のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが低くなる。これは、相間短絡が生じる場合の過電流の流通経路の抵抗値のうち、高電位側のスイッチング素子のエミッタから低電位側のスイッチング素子のコレクタまでの経路（例えば、上記バスバ）の抵抗値が占める割合が上下アーム短絡の場合よりも高くなり、上記経路における電圧降下量が大きくなることによる。なお、上記割合が高くなる要因としては、主に、相間短絡が生じる場合の過電流の流通経路が、上下アーム短絡が生じる場合の過電流の流通経路よりも長いことによる。
【００５１】
スイッチング素子Ｓ￥＃がオン状態とされている場合のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが低くなると、スイッチング素子Ｓ￥＃がオフ状態からオン状態に移行される過渡状態とされる状況下における実際のセンス電圧Ｖｓｅが、コレクタ電流Ｉｃｅに応じた当初の想定値Ｖｄｌよりも低くなる（図５（ａ）の時刻ｔ２〜ｔ４のセンス電圧Ｖｓｅ参照）。すなわち、スイッチング素子Ｓ￥＃がオン操作される期間において、センス電圧Ｖｓｅがコレクタ電流Ｉｃｅの上昇に応じて基本的には上昇するものの、センス電圧Ｖｓｅが当初の想定値Ｖｄｌよりも低くなる。
【００５２】
特に、インバータＩＶの入力電圧が低いほど、スイッチング素子Ｓ￥＃がオン状態とされている場合のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅが低くなり、センス電圧Ｖｓｅが当初の想定値Ｖｄｌよりも低くなる度合いが大きい。ここで、インバータＩＶの入力電圧が低くなる状況は、例えば、特定の車種に対応して設計されたモータジェネレータ１０の制御システムを他の車種に流用することで生じ得る。これは、車種に応じてインバータＩＶの動作電圧範囲が相違し得るためである。
【００５３】
上述した理由によってセンス電圧Ｖｓｅが当初の想定値Ｖｄｌよりも低くなると、過電流保護処理によってスイッチング素子Ｓ￥＃を速やかにオフ状態に切り替えることができなくなるといった問題が生じる。すなわち、相間短絡が生じる場合においてセンス電圧Ｖｓｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えてからソフト遮断用スイッチング素子４０がオン操作されるまでの時間ＴＬ（時刻ｔ２〜ｔ５）は、上下アーム短絡が生じる場合においてセンス電圧Ｖｓｅが閾値電圧Ｖｔｈを超えてからソフト遮断用スイッチング素子４０がオン操作されるまでの時間ＴＨ（先の図３の時刻ｔ２〜ｔ３）よりも長くなる。これにより、スイッチング素子Ｓ￥＃に過電流が流れる時間が長くなり、スイッチング素子Ｓ￥＃の信頼性が低下するおそれがある。
【００５４】
なお、上述した問題は、コンバータＣＶの備えるスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎについても生じ得る。
【００５５】
ここで、本発明者らは、相間短絡が生じてかつ、センス電圧Ｖｓｅが上記当初の想定値Ｖｄｌよりも小さくなる現象が生じる状況下において、コレクタ電流Ｉｃｅの上昇に伴ってセンス電圧Ｖｓｅが基本的には上昇しつつも、図５の時刻ｔ２近傍に示すように、センス電圧Ｖｓｅがその上昇途中で一時的に低下することに着目した。そして、センス電圧Ｖｓｅが一時的に低下する状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの低下速度と、相間短絡が生じていることとを関係付けることが可能であることを見出した。以下、このことについて、図６及び図７を用いて説明する。ここで、図６（ａ）は、先の図３（ａ）に対応し、図６（ｂ）は、先の図５（ａ）に対応している。
【００５６】
図６に示すように、相間短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶｂ１（例えば、０．５Ｖ／μｓｅｃ）は、上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶａ１（例えば、５Ｖ／μｓｅｃ）よりも十分に低い。
【００５７】
また、過電流の流通経路が形成されない場合においてスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶｎ１は、上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶａ１よりも十分に高い。このことについて、図７を用いて説明する。詳しくは、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、先の図３（ａ）〜図３（ｃ）に対応しており、図７（ａ）の「Ｖａｒｍ」は、インバータＩＶの入力電圧の推移である。また、図７（ａ）の横軸スケールＨＳ２（例えば８０ｎｓｅｃ）は、先の図３（ａ）の横軸スケールＨＳ１（例えば１μｓｅｃ）と比較して十分小さく、図７（ａ）のコレクタ電流Ｉｃｅについての縦軸スケールＶＳ２（例えば１００Ａ）は、先の図３（ａ）のコレクタ電流Ｉｃｅについての縦軸スケールＶＳ１（例えば５００Ａ）と比較して小さい。
【００５８】
コレクタ電流Ｉｃｅとセンス電圧Ｖｓｅとが相関を有すること、及び図７（ａ）の横軸スケールＨＳ２が先の図３（ａ）の横軸スケールＨＳ１と比較して十分小さいことから、図７（ａ）に示すスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶｎ１は、上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの低下速度ΔＶａ１よりも十分に高い。
【００５９】
以上説明したように、相間短絡が生じる場合、上下アーム短絡が生じる場合、及び過電流の流通経路が形成されない場合のそれぞれにおけるセンス電圧Ｖｓｅの低下速度が上記関係にあることに鑑みれば、センス電圧Ｖｓｅの低下速度は、スイッチング素子Ｓ＊＃に過電流が流れるか否かを判断するためのパラメータとなる。そこで、本実施形態では、センス電圧Ｖｓｅの低下速度を用いた相間短絡検出処理を行う。
【００６０】
図８に、上記相間短絡検出処理の手順を示す。なお、本実施形態にかかる駆動制御部４８は、ハードウェアであるため、図８に示す処理は、実際にはロジック回路によって実行される。
【００６１】
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との条件、及び電圧変化速度Ｓｓｅが負であるとの条件の論理積が真であるか否かを判断する。
【００６２】
ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１２に進み、電圧変化速度Ｓｓｅが規定電圧Ｖα（＜０）を上回るか否かを判断する。この処理は、相間短絡が生じているか否かを判断するための処理である。ここで、上記規定電圧Ｖαは、上下アーム短絡と相間短絡とを判別可能な値に設定され、本実施形態では、上下アーム短絡が生じてかつスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下における電圧変化速度Ｓｓｅ（＜０）の最大値に設定されている。すなわち、本ステップにおいて肯定判断される状況は、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの低下速度（＞０）の最大値が規定電圧Ｖαの絶対値｜Ｖα｜を下回る状況である。
【００６３】
なお、相間短絡が生じているか否かの判断精度を高めるべく、本ステップの処理を、電圧変化速度Ｓｓｅが規定電圧Ｖαを上回る状態が規定時間継続されるか否かを判断する処理としてもよい。
【００６４】
ステップＳ１２において肯定判断された場合には、相間短絡が生じていると判断し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ソフト遮断用スイッチング素子４０をオン操作してかつ、定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０の双方をオフ操作する。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態に切り替えられ、スイッチング素子Ｓ＊＃の駆動が禁止される。なお、本ステップの処理と併せて、フェール信号ＦＬを出力する処理を併せて行ってもよい。
【００６５】
なお、上記ステップＳ１０、Ｓ１２において否定判断された場合や、ステップＳ１４の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下、電圧変化速度Ｓｓｅが規定電圧Ｖαを上回ると判断された場合、ソフト遮断用スイッチング素子４０をオン操作してかつ、定電流用スイッチング素子２６及び放電用スイッチング素子３０の双方をオフ操作した。こうした構成によれば、上下アーム短絡が生じる場合に上記過電流保護処理によってスイッチング素子Ｓ＊＃を保護し、相間短絡が生じる場合に相間短絡検出処理によってスイッチング素子Ｓ＊＃を保護することができる。これにより、相間短絡が生じる状況下であっても、スイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を速やかに禁止することができ、ひいてはスイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性の低下を回避することができる。
【００６７】
（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。
【００６８】
本実施形態では、相間短絡検出処理の処理手法を変更する。詳しくは、この処理で用いるパラメータとして、センス電圧Ｖｓｅの低下速度に代えて、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度を用いる。ここで、センス電圧Ｖｓｅの上昇速度を用いることができるのは、先の図６に示すように、相間短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度ΔＶｂ２（例えば、０．６２５Ｖ／μｓｅｃ）が、上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度ΔＶａ２（例えば、４Ｖ／μｓｅｃ）よりも十分に低いことに鑑みたものである。また、先の図７に示すように、過電流の流通経路が形成されない場合においてスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下のセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度ΔＶｎ２が、上下アーム短絡が生じる場合のセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度ΔＶａ２よりも十分に高いことに鑑みたものである。
【００６９】
図９に、駆動制御部４８によって実行される相間短絡検出処理の手順を示す。なお、図９において、先の図８と同一の処理については、便宜上、同一のステップ番号を付してある。
【００７０】
この一連の処理では、まずステップＳ１０ａにおいて、操作信号ｇ＊＃がオン操作指令であるとの条件、及び電圧変化速度Ｓｓｅが正であるとの条件の論理積が真であるか否かを判断する。
【００７１】
ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１２ａに進み、電圧変化速度Ｓｓｅが第２の規定電圧（＞０）を下回るか否かを判断する。ここで、第２の規定電圧Ｖβは、上下アーム短絡と相間短絡とを判別可能な値に設定され、本実施形態では、上下アーム短絡が生じてかつスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下における電圧変化速度Ｓｓｅ（＞０）の最小値に設定されている。すなわち、本ステップにおいて肯定判断される状況は、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度（＞０）の最大値が第２の規定電圧Ｖβを下回る状況である。
【００７２】
なお、相間短絡が生じているか否かの判断精度を高めるべく、先の図８のステップＳ１２の処理と同様に、本ステップの処理を、電圧変化速度Ｓｓｅが第２の規定電圧Ｖβを下回る状態が規定時間継続されるか否かを判断する処理としてもよい。
【００７３】
ステップＳ１２ａにおいて肯定判断された場合には、ステップＳ１４に進む。
【００７４】
なお、上記ステップＳ１０ａ、Ｓ１２ａにおいて否定判断された場合や、ステップＳ１４の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７５】
このように、本実施形態にかかる相間短絡検出処理によっても、上記第１の実施形態で得られた効果と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（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。
【００７７】
・第１の制限手段及び第２の制限手段としては、スイッチング素子Ｓ＊＃をオフ状態に切り替えてスイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を禁止し、コレクタ電流Ｉｃｅの流通を阻止するものに限らない。例えば、スイッチング素子Ｓ＊＃のミラー電圧よりも高くてかつクランプ電圧Ｖｃｌａｍｐよりも低い電圧までゲート電圧Ｖｇｅを低下させるなどして、コレクタ電流Ｉｃｅの流通を許容しつつもコレクタ電流Ｉｃｅを低下させるものであってもよい。
【００７８】
・上記第１の実施形態では、微分回路５０を用いて電圧変化速度Ｓｓｅを算出したがこれに限らない。例えば、微分回路５０を備えることなく、駆動制御部４８において、相違する２つのタイミングにおけるセンス電圧Ｖｓｅの差を上記２つのタイミングの時間差で除算することで、電圧変化速度Ｓｓｅを算出してもよい。
【００７９】
・規定電圧Ｖαの設定手法としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、規定電圧Ｖαを、上下アーム短絡が生じてかつスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下における電圧変化速度Ｓｓｅ（＜０）の最大値よりもやや高い値に設定してもよい。この場合、先の図８のステップＳ１２において肯定判断される状況は、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの低下速度（＞０）の最大値が規定電圧Ｖαの絶対値｜Ｖα｜よりやや低い値を下回る状況となる。
【００８０】
また、第２の規定電圧Ｖβの設定手法としては、上記第２の実施形態に例示したものに限らない。例えば、第２の規定電圧Ｖβを、上下アーム短絡が生じてかつスイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下における電圧変化速度Ｓｓｅ（＞０）の最小値よりやや低い値に設定してもよい。この場合、先の図９のステップＳ１２ａにおいて肯定判断される状況は、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン操作される状況下におけるセンス電圧Ｖｓｅの上昇速度（＞０）の最大値が第２の規定電圧Ｖβよりやや低い値を下回る状況となる。
【００８１】
・直流電源としては、コンバータＣＶに限らない。例えば、上記実施形態においてコンバータＣＶが備えられない場合や、コンバータＣＶの動作が停止される場合、高電圧バッテリ１２が直流電源となる。
【００８２】
・電流検出手段としては、センス端子Ｓｔの出力電流をセンス電圧Ｖｓｅとして検出するセンス抵抗４２を備えるものに限らない。例えば、センス端子Ｓｔからエミッタまでの電気経路を流れる電流を検出可能であるなら、ホール素子を備えるもの等、他の電流検出手段であってもよい。なお、この場合、センス端子及びエミッタ間が短絡されないように上記電気経路にある程度の抵抗を持たせることが望ましい。
【００８３】
・スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。
【００８４】
・本願発明が適用される車両としては、例えば、車載主機として回転機のみを備える電気自動車であってもよい。
【００８５】
・本願発明の適用対象としては、車載主機を駆動するための電力変換回路（インバータＩＶやコンバータＣＶ）に備えられるスイッチング素子に限らず、例えば、空調用の圧縮機を駆動するための電力変換回路に備えられるスイッチング素子であってもよい。また、本願発明の適用対象としては、車載電力変換回路に備えられるスイッチング素子に限らず、さらに、電力変換回路に備えられるスイッチング素子に限らない。なお、この場合、過電流の流通経路としては、上下アーム短絡や相間短絡によって形成されるものに限らない。スイッチング素子に過電流が流れる状況が他にもあってかつ、インダクタンスが互いに相違する複数の過電流の流通経路が想定されるなら、例えば、互いに相違するインダクタンスを有する過電流の流通経路のうちインダクダンスが最も低いものに対応して過電流保護機能が設計される構成において、本願発明の適用が有効である。
【符号の説明】
【００８６】
４２…センス抵抗、Ｓｔ…センス端子、Ｓ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）…スイッチング素子。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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