(57)【要約】【課題】アラーム信号の出力を妨げることなく半導体素子の温度情報を外部出力することのできる簡易な構成の電力変換装置の制御装置を提供する。【解決手段】電力変換装置を構成する半導体素子の保護動作に必要な情報を検出し、保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号を生成して外部出力するアラーム信号生成回路と、前記半導体素子の温度を検出して前記アラーム信号のパルス幅とは異なる周期の温度に相関したＰＷＭ信号を生成する温度信号生成回路と、常時は前記ＰＷＭ信号を選択し、前記アラーム信号の発生時には前記ＰＷＭ信号に代えて前記アラーム信号を選択して外部出力する出力制御回路とを備える。【選択図】      図２
2014093903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置を構成する半導体素子を駆動する駆動回路と、
前記半導体素子の保護動作に必要な情報を検出して生成し、前記駆動回路による前記半導体素子の駆動を停止させる複数の保護回路と、
これらの保護回路の出力に応じて保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号を生成して外部出力するアラーム信号生成回路と、
前記半導体素子の温度を検出して前記アラーム信号のパルス幅とは異なる周期の温度に相関したＰＷＭ信号を生成する温度信号生成回路と、
常時は前記ＰＷＭ信号を選択し、前記アラーム信号の発生時には前記ＰＷＭに代えて前記アラーム信号を選択して外部出力する出力制御回路と
を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
電力変換装置を構成する複数の半導体素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路と、
前記複数の半導体素子にそれぞれ対応して設けられて前記各半導体素子の保護動作に必要な情報を検出して保護信号を生成し、前記駆動回路による前記半導体素子の駆動を停止させる前記半導体素子の駆動を停止する複数の保護回路と、
前記各半導体素子にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記複数の保護回路の出力に応じて保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号をそれぞれ生成して外部出力するアラーム信号生成回路と、
前記各半導体素子の温度をそれぞれ検出して前記アラーム信号のパルス幅とは異なる周期の温度に相関したＰＷＭ信号を生成する温度信号生成回路と、
常時は前記ＰＷＭ信号を選択し、前記アラーム信号の発生時には前記ＰＷＭに代えて前記アラーム信号を選択して外部出力する出力制御回路と
を具備したことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記複数の保護回路は、当該制御装置に加えられる制御電圧を検出する電圧検出回路、前記半導体素子の温度を検出する温度検出回路および前記半導体素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含み、低電圧保護、過熱保護、および過電流保護の保護信号をそれぞれ生成するものである請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記温度信号生成回路は、前記半導体素子の温度が設定温度に満たないときにはＰＷＭ信号を生成せず、前記設定温度以上のときにだけ前記半導体素子の温度に応じたＰＷＭ信号を生成するものである請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
前記温度信号生成回路は、前記半導体素子の温度に応じたＰＷＭ信号を、そのデューティの上限および下限の少なくとも一方を制限して生成するものである請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項６】
前記出力制御回路は、前記アラーム生成回路がアラーム信号を生成している期間に亘って該アラーム信号を選択して出力し、前記アラーム信号の生成が停止したとき、前記アラーム信号に代えて前記ＰＷＭ信号を選択して出力するマルチプレクサからなる請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項７】
前記マルチプレクサは、前記アラーム信号のトレーリングエッジを遅延して生成された切替え信号に従って動作制御されて前記ＰＷＭ信号を選択出力するものである請求項６に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項８】
前記複数の駆動回路は、電力変換装置を構成する複数の半導体素子のそれぞれに対応する前記複数の保護回路および前記アラーム信号生成回路と共にそれぞれ集積回路化され、
前記温度信号生成回路は、前記出力回路と共に前記複数の駆動回路とは別個に集積回路化されている請求項２に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項９】
前記温度信号生成回路は、前記複数の検出温度の中の最高温度を選択し、当該最高温度に相関するＰＷＭ信号を生成するものである請求項８に記載の電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置を構成する半導体素子を駆動すると共に、半導体素子の保護機能を備えた電力変換装置の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、インテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ）が注目されている。このインテリジェント・パワーモジュールは、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ等のパワートランジスタ）とその駆動回路と共に、前記各半導体素子の過電流、制御電源の電圧低下、過熱等の異常に対する保護回路を１つの電子部品としてモジュール化したものである。また上述した異常をそれぞれ検出する複数の保護回路に加えて、各保護回路にて検出した異常の種別に応じて、予め設定したパルス幅のアラーム信号を外部出力する通知回路（出力回路）を前記インテリジェント・パワーモジュールに組み込むことも提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
図８はこの種の電力変換装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。この電力変換装置の制御装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２を備える。インバータ２を構成する複数（この例では６個）の半導体素子（ＩＧＢＴ；Insulated Gate Bipolar Transistor）１１〜１６は、駆動回路（ドライバ回路）３Ｕ〜３Ｚによってそれぞれ個別に駆動される。尚、図中２１〜２６は、前記ＩＧＢＴ１１〜１６の各エミッタ・コレクタ間にそれぞれ逆並列に接続されたフリーホイール・ダイオードをそれぞれ示している。
【０００４】
インバータ２を構成する６個のＩＧＢＴ１１〜１６は、２個ずつ直列に接続されて３組のハーフブリッジ回路を構成する。これらのハーフブリッジ回路は直流電源（図示せず）に接続された正極端子Ｐと負極端子Ｎとの間にそれぞれ介装される。並列に設けられた前記３組のハーフブリッジ回路は、前記正極端子Ｐと前記負極端子Ｎとの間に供給される直流電力を三相交流電力に変換する三相フルブリッジ回路を構成する。このインバータ２により変換された三相交流電力は、電動モータ等の交流負荷４に供給される。
【０００５】
より詳しくは前記インバータ２を構成する６個のＩＧＢＴ１１〜１６の内、正極端子Ｐ側に接続されたＩＧＢＴ１１,１２,１３は、三相交流のＵ相、Ｖ相およびＷ相をそれぞれ形成する上アームを構成する。また負極端子Ｎ側に接続されたＩＧＢＴ１４,１５,１６は、三相交流のＸ相、Ｙ相およびＺ相をそれぞれ形成する下アームを構成している。そしてこれらのＩＧＢＴ１１〜１６は、駆動回路（ドライバ回路）３Ｕ〜３Ｚにより互いに位相を異ならせてオン・オフ駆動されることで前記直流電力をスイッチングし、各ＩＧＢＴ１１〜１６間の直列接続点から出力端子Ｕ,Ｖ,Ｗを介して三相交流電力を出力する。
【０００６】
また前記駆動回路３Ｕ〜３Ｚのそれぞれは、図９に駆動回路３Ｘの概略構成を代表して示すように、図示しないインバータ制御部から与えられる制御信号Ｓmを入力して前記ＩＧＢＴ１４のゲートをオン・オフ制御するゲート制御回路３１を備える。前記制御信号Ｓmは、前記インバータ制御部において前述したＵ相〜Ｚ相のそれぞれに応じた位相制御の下でパルス幅変調（ＰＷＭ）したパルス信号からなる。
【０００７】
前記ゲート制御回路３１には、後述する保護信号生成回路３５から保護信号（駆動停止信号）Ｓｐが入力されている。このゲート制御回路３１は、前記保護信号Ｓｐがオフ（Ｈレベル）のときに、前記ＩＧＢＴ１４のゲートに前記制御信号Ｓmを印加して該ＩＧＢＴ１４をオン・オフ駆動する。また前記ゲート制御回路３１は前記保護信号Ｓｐがオン（Ｌレベル）のとき、前記制御信号Ｓmの通過を阻止することで前記ＩＧＢＴ１１の駆動を禁止し、これによってＩＧＢＴ１４を異常から保護する。
【０００８】
また前記駆動回路３Ｘは、前記ＩＧＢＴ１４の保護機能を実現する複数の保護回路として、制御電圧検出回路３２、電流検出回路３３、および温度検出回路３４を備える。制御電圧検出回路３２は、外部電源から供給される当該駆動回路３Ｕの制御電圧Ｖccと、予め設定した第１の閾値電圧Ｖth１とを比較する第１の比較器ＣＰ１を備える。そして制御電圧検出回路３２（第１の比較器ＣＰ１）は、前記制御電圧Ｖccが第１の閾値電圧Ｖth１以下に低下したとき、これを制御電圧Ｖccの異常低下として検出してＨレベルの電圧異常検出信号Ｓvdを出力する。
【０００９】
また前記電流検出回路３３は、前記ＩＧＢＴ１４の電流検出エミッタから検出される当該ＩＧＢＴ１４に流れる電流Ｉを示す電圧Ｖiと、予め設定した第２の閾値電圧Ｖth２とを比較する第２の比較器ＣＰ２を備える。そして電流検出回路３３（第２の比較器ＣＰ２）は、前記電圧Ｖiが第２の閾値電圧Ｖth２を超えるとき、これを過電流として検出してＨレベルの過電流異常検出信号Ｓocを出力する。
【００１０】
更に前記温度検出回路３４は、前記ＩＧＢＴ１４と同じ半導体チップに組み込まれた温度センサ（温度検出用ダイオード）１８にて検出された前記ＩＧＢＴ１４の温度Ｔ、具体的には前記ＩＧＢＴ１４が形成された半導体チップの温度Ｔを示す電圧Ｖtと、予め設定した第３の閾値電圧Ｖth３とを比較する第３の比較器ＣＰ３を備える。そして温度検出回路３４（第３の比較器ＣＰ３）は、前記電圧Ｖtが第３の閾値電圧Ｖth３を下回るとき、これを過熱として検出してＨレベルの過熱異常検出信号Ｓohを出力する。
【００１１】
保護信号生成回路３５は、前記各検出回路３２,３３,３４のいずれかが前記異常検出信号Ｓvd,Ｓoc,Ｓohを出力したとき、オア回路３６を介して付勢されて一定時間に亘ってＬレベルの前記保護信号Ｓｐを生成して前記ゲート制御回路３１に与える。またこの保護信号Ｓｐは、端子ＡＥを介して他の駆動回路３Ｙ，３Ｚにも与えられる。これによって当該ＩＧＢＴ１４のみならず、残りのＩＧＢＴ１５,１６の駆動も禁止される。
【００１２】
一方、前記各検出回路３２,３３,３４がそれぞれ出力する前記異常検出信号Ｓvd,Ｓoc,Ｓohは、アラーム信号生成回路３７に与えられる。このアラーム信号生成回路３７は、前記検出回路３２,３３,３４から前記異常検出信号Ｓvd,Ｓoc,Ｓohが与えられたときにアラーム信号を生成する。このアラーム信号は、例えば図１０(ａ)〜(ｃ)に示すように、予め前記各検出回路３２,３３,３４にそれぞれ対応付けられた、所定のパルス間隔Ｔaで連なる互いに異なるパルス幅Ｔvd,Ｔoc,Ｔohのパルス信号列からなる。ちなみに前記アラーム信号をなすパルス信号列の上記各パルス幅Ｔvd,Ｔoc,Ｔohは、例えばＴvd（＝Ｔ）,Ｔoc（＝２Ｔ）,Ｔoh（＝４Ｔ）として設定される。そして前記アラーム信号（パルス信号列）は、出力トランジスタ３８を介して外部出力され、前述した制御信号Ｓmを生成して該駆動回路３Ｘを駆動する前述したインバータ制御部に与えられる。
【００１３】
ところで近年、エネルギー・マネジメントの観点から、前記インテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ）内における半導体素子（ＩＧＢＴ１１〜１６）の温度を常時監視したいという要求が高まっている。しかし複数の半導体素子の温度を個々に検出して外部出力するには、前記ＩＰＭにおける出力端子数が増加し、また前記インバータ制御部での処理負担が増えるという問題が発生する。このような不具合を解消する手法として、前記複数の半導体素子の温度をそれぞれ検出し、これらの温度情報の中で最も高い温度情報を選択して外部出力することが提唱されている（例えば特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−１４３１２５号公報
【特許文献２】特開２０００−１３４０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら特許文献２に紹介される手法によれば、複数の温度センサにて検出された温度情報をアナログ絶縁アンプを介して収集することが必要である。しかも温度情報を示すアナログ電圧を外部出力するので、その処理回路の構成が複雑化し、コストアップの要因となることが否めない。更には前記アラーム信号を外部出力する出力端子（デジタルポート）に加えて、前記温度情報を外部出力する出力端子（アナログポート）を設ける必要があるので、半導体モジュール（ＩＰＭ）の出力端子数が増加することが否めない。
【００１６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、アラーム信号を外部出力する出力端子を利用して前記半導体素子の温度情報を、前記アラーム信号の出力を妨げることなく、またアラーム信号と明確に識別可能に外部出力することのできる簡易な構成の電力変換装置の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した目的を達成するべく本発明に係る電力変換装置の制御装置は、電力変換装置を構成する半導体素子を駆動する駆動回路と、前記半導体素子の保護動作に必要な情報を検出して保護信号を生成して前記駆動回路による前記半導体素子の駆動を停止させる複数の保護回路と、これらの保護回路の出力に応じて保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号を生成して外部出力するアラーム信号生成回路とを備え、特に
前記半導体素子の温度を検出して前記アラーム信号のパルス幅とは異なる周期の温度に相関したＰＷＭ信号を生成する温度信号生成回路と、
常時は前記ＰＷＭ信号を選択し、前記アラーム信号の発生時には前記ＰＷＭに代えて前記アラーム信号を選択して外部出力する出力制御回路と
を備えたことを特徴としている。
【００１８】
また本発明に係る電力変換装置の制御装置は、電力変換装置を構成する複数の半導体素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路と、前記複数の半導体素子にそれぞれ対応して設けられて前記各半導体素子の保護動作に必要な情報を検出して前記駆動回路による前記半導体素子の駆動を停止させる複数の保護回路と、前記各半導体素子にそれぞれ対応して設けられて、対応する前記複数の保護回路の出力に応じて保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号をそれぞれ生成して外部出力するアラーム信号生成回路とを備え、特に
前記各半導体素子の温度をそれぞれ検出して前記アラーム信号のパルス幅とは異なる周期の温度に相関したＰＷＭ信号を生成する温度信号生成回路と、
常時は前記ＰＷＭ信号を選択し、前記アラーム信号の発生時には前記ＰＷＭに代えて前記アラーム信号を選択して外部出力する出力制御回路と
を備えたことを特徴としている。
【００１９】
具体的には前記複数の保護回路は、当該制御装置に加えられる制御電圧を検出する電圧検出回路、前記半導体素子の温度を検出する温度検出回路および前記半導体素子に流れる電流を検出する電流検出回路を含み、低電圧保護、過熱保護、および過電流保護の保護信号をそれぞれ生成するものからなる。
【００２０】
好ましくは前記温度信号生成回路は、前記半導体素子の温度が設定温度に満たないときにはＰＷＭ信号を生成せず、前記設定温度以上のときにだけ前記検出温度に応じたＰＷＭ信号を生成するように構成される。また前記温度信号生成回路を、前記半導体素子の温度に応じたＰＷＭ信号を、そのデューティの上限および下限の少なくとも一方を制限して生成するように構成することが望ましい。
【００２１】
また前記出力制御回路は、好ましくは前記アラーム生成回路がアラーム信号を生成している期間に亘って該アラーム信号を選択して出力し、前記アラーム信号の生成が停止したとき、前記アラーム信号に代えて前記ＰＷＭ信号を選択して出力するマルチプレクサからなる。特に前記マルチプレクサを、前記アラーム信号のトレーリングエッジを遅延して生成された切替え信号に従って動作制御されて前記ＰＷＭ信号を選択出力するように構成することが好ましい。
【００２２】
更には、例えば前記複数の駆動回路を、電力変換装置を構成する複数の半導体素子のそれぞれに対応する前記複数の保護回路および前記アラーム信号生成回路と共にそれぞれ集積回路化し、また前記温度信号生成回路を、前記出力回路と共に前記複数の駆動回路とは別個に集積回路化することが好ましい。この場合、前記温度信号生成回路を、前記複数の検出温度の中の最高温度を選択し、当該最高温度に相関するＰＷＭ信号を生成するように構成することが望ましい。
【発明の効果】
【００２３】
上記構成の電力変換装置の制御装置によれば、半導体素子の検出温度に応じたＰＷＭ信号と、例えば異常要因に応じたパルス幅のアラーム信号とを選択し、出力端子を共用して外部出力するので、アラーム信号が出力されない正常動作時には前記ＰＷＭ信号を定常的に出力することができる。従って前記ＰＷＭ信号を出力する為の出力端子を新たに設ける必要がない。また前記ＰＷＭ信号の周期を、前記アラーム信号のパルス間隔と異ならせているので、好ましくは前記アラーム信号の最小パルス間隔よりも短く設定しておくことで、前記ＰＷＭ信号と前記アラーム信号との識別を容易化することもできる。
【００２４】
特に前記ＰＷＭ信号よりも前記アラーム信号の選択出力を優先させ、該アラーム信号のトレーリングエッジを遅延して生成した切替え信号に従って、前記アラーム信号の選択出力に代えて前記ＰＷＭ信号を選択出力するので、前記アラーム信号自体の出力が妨げられることがなく、該アラーム信号の誤識別を未然に防ぐことができる。従ってアラーム信号の出力機能を保ったまま、該アラーム信号の出力端子を共用して温度に相関したＰＷＭ信号を出力することができ、その実用的利点が多大である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の制御装置の概略構成図。
【図２】図１に示す制御装置における温度信号出力回路の概略構成図。
【図３】立上り遅れ回路の構成例を示す図。
【図４】図３に示す立上り遅れ回路の動作を示す信号波形図。
【図５】図２に示す温度検出用回路におけるマルチプレクサの制御動作を示す信号波形図。
【図６】ＰＷＭ信号とアラーム信号とを単純に切替えた際の問題を説明する為の信号波形図。
【図７】アラーム信号を遅延した信号にてＰＷＭ信号とアラーム信号とを切替えた場合の信号波形図。
【図８】一般的な電力変換装置の制御装置の概略構成図。
【図９】図８に示す制御装置における駆動回路の概略構成図。
【図１０】保護要因に応じたパルス幅のアラーム信号の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電力変換装置の制御装置について説明する。
【００２７】
図１は実施形態に係る電力変換装置の概略構成を示すブロック図である。この電力変換装置の制御装置１は、基本的には図８に示した制御装置１と同様に、直流電力を交流電力に変換するインバータ２を備えると共に、インバータ２を構成する６個の半導体素子（ＩＧＢＴ）１１〜１６を個別に駆動する６個の駆動回路（ドライバ回路）３Ｕ〜３Ｚを備える。これらの駆動回路（ドライバ回路）３Ｕ〜３Ｚは、基本的には前述した図９に示すものと同様に構成されるものであり、従ってその詳細な説明については省略する。更にこの制御装置１は、前記駆動回路３Ｕ〜３Ｚとは別に温度信号出力回路６を備える。そしてこの温度信号出力回路６にて、前記インバータ２における前述した３組のハーフブリッジ回路の下アームを構成する前記ＩＧＢＴ１４,１５,１６の温度を検出し、検出した温度に相関するＰＷＭ信号を生成するようにしたことを特徴としている。
【００２８】
即ち、この制御装置１の前記インバータ２における前述した３組のハーフブリッジ回路の上アームを構成する前記ＩＧＢＴ１１,１２,１３をそれぞれ駆動する３個の駆動回路３Ｕ,３Ｖ,３Ｗは、図９に示したように前記各検出回路３２,３３,３４により当該駆動回路３Ｕ（３Ｖ,３Ｗ）に加えられる制御電圧、前記ＩＧＢＴ１１（１２,１３）の温度、および前記ＩＧＢＴ１１（１２,１３）に流れる電流をそれぞれ検出して低電圧保護、過熱保護、および過電流保護の保護信号を生成し、異常の種別に応じたパルス幅のアラーム信号を生成して外部出力するように設けられる。
【００２９】
これに対して前記３組のハーフブリッジ回路の下アームを構成する前記ＩＧＢＴ１４,１５,１６をそれぞれ駆動する３個の駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚは、前記各ＩＧＢＴ１４,１５,１６にそれぞれ付随して設けられた前記温度検出用ダイオード１８に接続することなく用いられる。従ってこれらの駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚは、前記各検出回路３２,３３,３４により当該駆動回路３Ｘ（３Ｙ,３Ｚ）に加えられる制御電圧、および前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）に流れる電流をそれぞれ検出して低電圧保護、および過電流保護の保護信号を生成し、異常の種別に応じたパルス幅のアラーム信号を生成して外部出力するように設けられる。
【００３０】
そして前記各ＩＧＢＴ１４,１５,１６にそれぞれ付随して設けられた前記温度検出用ダイオード１８は、前記駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚに代えて前記温度信号出力回路６にそれぞれ接続されている。従ってこれらの各温度検出用ダイオード１８は、前記各ＩＧＢＴ１４,１５,１６の温度をそれぞれ示す情報を前記温度信号出力回路６に並列に与えるものとなっている。
【００３１】
さて前記温度信号出力回路６は、例えば図２にその概略構成を示すように並列に設けられた３個の温度検出回路６１ｘ,６１ｙ,６１ｚを備える。これらの温度検出回路６１ｘ,６１ｙ,６１ｚは、前述したように前記ＩＧＢＴ１４,１５,１６に付随して設けられた温度検出用ダイオード１８を介して前記各ＩＧＢＴ１４,１５,１６の温度をそれぞれ検出する。
【００３２】
ちなみに前記各温度検出回路６１ｘ（６１ｙ,６１ｚ）は、前記温度検出用ダイオード１８を定電流駆動する定電流源６ａ、前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度に応じて変化する前記温度検出用ダイオード１８の端子電圧ＯＨＸ（ＯＨＹ,ＯＨＺ）を検出する入力バッファ６ｂ、この入力バッファ６ｂの出力を反転する反転増幅器６ｃをそれぞれ備えて構成される。尚、前記反転増幅器６ｃは、前記温度検出用ダイオード１８の端子電圧ＯＨＸ（ＯＨＹ,ＯＨＺ）が、前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度上昇に反比例して低下することから、前記入力バッファ６ｂの出力を反転することで前記温度検出回路６１ｘ（６１ｙ,６１ｚ）の出力電圧を前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度上昇に比例させて増加させる役割を担う。
【００３３】
またこの温度信号出力回路６は、前記３個の温度検出回路６１ｘ,６１ｙ,６１ｚからそれぞれ出力される温度に比例した電圧の中の最大値（最高温度）を選択する最大値選択器６２を備える。そしてこの最大値選択器６２を介して選択された最高温度を示す電圧は、その上限値および下限値を制限するリミッタ６３を介してクランプ処理された後、比較器６４に与えられる。この比較器６４は、上述した温度に比例した電圧と、発振器６５が出力する所定周期の三角波電圧信号と比較処理することで温度に相関するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ変換器としての役割を担う。
【００３４】
尚、前記リミッタ６３は、前記最大値選択器６２の出力電圧を、オン・オフ動作状態にある前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度を監視する必要のある温度域（異常過熱温度域を含む）、例えば６０〜２５０℃の温度域の温度に相当する電圧に制限する。このリミッタ６３の出力電圧機能により、前記比較器６４が生成するＰＷＭ信号のデューティの変化幅が前記監視対象とする温度域に対応付けられて、その温度検出の精度と検出範囲（ダイナミックレンジ）とが確保される。
【００３５】
さて前記発振器６５が出力し、前記比較器６４によるＰＷＭ信号の生成に供される前記三角波電圧信号の周期は、前述したアラーム信号の異常の種別に応じたパルス幅Ｔvd,Ｔoc,Ｔohに比較して、特にその最小のパルス幅Ｔvd（＝Ｔ）に比較して十分に短く設定されている。そして前記比較器６４は、このような三角波電圧信号と前記温度を示す電圧とを比較してその出力を反転することで、前記温度に相関してパルス幅（デューティ）が変化する一定周期のＰＷＭ信号を生成する。
【００３６】
このようにして比較器６４により生成された温度に相関するＰＷＭ信号は、後述する２入力選択型のマルチプレクサ（出力制御回路）６６の第１の入力端子Ａに与えられ、該マルチプレクサ６６を介して出力されて出力トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）６７のゲートに印加される。そして前記ＰＷＭ信号は、前記出力トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）６７のオン・オフ動作に伴うドレイン電圧の変化として、出力端子ＡＥＲを介して外部出力されるようになっている。
【００３７】
一方、前記温度信号出力回路６には、前記駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚのそれぞれから出力されるアラーム信号が端子ＡＥを介して入力されるようになっている。上記端子ＡＥを介して入力されたアラーム信号は、第１の立上り遅れ回路７１および立下り遅れ回路７２を順に介して出力される。するとこのアラーム信号は、後述するようにその立上がりタイミングおよび立下がりタイミングがそれぞれ［ＴＡＥup］［ＴＡＥdown］だけ遅れる。遅れたアラーム信号は、前記マルチプレクサ（出力制御回路）６６の第１の入力端子Ｂに与えられ、該マルチプレクサ６６を介して前述したＰＷＭ信号に代えて出力される。
【００３８】
また前記端子ＡＥから入力されたアラーム信号は、前記第１の立上り遅れ回路７１に与えられると同時に第２の立上り遅れ回路７３に入力され、後述するようにその立上りタイミングが［ＴＡＥmask］だけ遅れ制御されてロジック回路７４に与えられる。このロジック回路７４は、前記第２の立上り遅れ回路７３により遅れ制御されたアラーム信号と、前記最大値選択器６２の出力とに従って前記マルチプレクサ６６の選択動作を制御する２値の切替え信号を生成する役割を担う。
【００３９】
具体的には前記ロジック回路７４は、前記第２の立上り遅れ回路７３から与えられる信号がＬレベルであるとき、前記切替え信号を強制的にＬレベルに設定する。また前記ロジック回路７４は、前記第２の立上り遅れ回路７３から与えられる信号がＨレベルであり、且つ前記最大値選択器６２の出力電圧が予め設定した温度を示す設定電圧以上であるとき、前記切替え信号をＨレベルに設定する。そして前記ロジック回路７４は、上述した如く生成した切替え信号を前記マルチプレクサ６６の制御端子Ｓに印加することで該マルチプレクサ６６の選択動作を制御すると共に、前記発振器６５に与えることで該発振器６５の発振動作を制御する。
【００４０】
そして前記マルチプレクサ６６は、その制御端子Ｓに加えられる前記切替え信号により動作制御され、Ｌレベルの切替え信号が与えられたときには前記第２の入力端子Ｂを選択し、前記第１の立上り遅れ回路７１および立下り遅れ回路７２を順に介してタイミング調整されたアラーム信号を選択出力する。また前記マルチプレクサ６６は、Ｈレベルの切替え信号が与えられたときには前記第１の入力端子Ａを選択し、前記比較器６４にて生成されたＰＷＭ信号を選択出力する。この結果、マルチプレクサ６６は、前記切替え信号に応じて前記第１および第２の入力端子Ａ,Ｂにそれぞれ加えられる信号を択一的に選択し、これによって前記アラーム信号とＰＷＭ信号とを選択的に切り替えて出力する。
【００４１】
また前記発振器６５は、前記切替え信号がＨレベルのときにだけ発振動作するように構成されている。ちなみにＨレベルの切替え信号は、前述したように前記最大値選択器６２の出力電圧（温度）が予め設定した温度以上であることを示すときにだけ出力される。尚、上記予め設定した温度とは、前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度を監視する必要のある最低温度、例えば６０℃である。従って前記発振器６５は、前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度が監視対象とする温度範囲まで上昇し、且つ前記アラーム信号の入力がないときにだけ発振動作して前記三角波電圧信号を生成し、前記ＰＷＭ信号の生成に供する。
【００４２】
ここで前記第１および第２の立上り遅れ回路７１,７３と前記立下り遅れ回路７２について説明する。図３は前記立上り遅れ回路７１（７３）の構成例を示している。この立上り遅れ回路７１（７３）は、ゲートを相互に接続した一対のｐチャネルＦＥＴ８１,８２により構成され、定電流源８３により駆動されて前記ｐチャネルＦＥＴ８１に流れる電流（一定電流）に比例した電流を前記ｐチャネルＦＥＴ８２から出力するカレントミラー回路を備える。更に前記立上り遅れ回路７１（７３）は、ソースを相互に接続すると共にゲートを相互に接続したｐチャネルＦＥＴ８４とｎチャネルＦＥＴ８５により構成され、前記カレントミラー回路を介して一定電流が供給されるトーテムポール型のスイッチ回路を備える。このスイッチ回路を構成する上記ｐチャネルＦＥＴ８４およびｎチャネルＦＥＴ８５は、ノット回路８６を介してゲートに印加される入力信号に応じて相反してオン動作する。
【００４３】
具体的には入力信号がＨレベルで、前記ノット回路８６を介して前記ｐチャネルＦＥＴ８４および前記ｎチャネルＦＥＴ８５の各ゲートにＬレベルの信号が加えられたとき、前記ｐチャネルＦＥＴ８４がオン動作し、前記ｎチャネルＦＥＴ８５がオフ動作する。逆に入力信号がＬレベルで、前記ノット回路８６を介して前記ｐチャネルＦＥＴ８４および前記ｎチャネルＦＥＴ８５の各ゲートにＨレベルの信号が加えられたとき、前記ｐチャネルＦＥＴ８４がオフ動作し、前記ｎチャネルＦＥＴ８５がオン動作する。
【００４４】
一方、トーテムポール接続されて上述した如く相反してオン動作する前記ｐチャネルＦＥＴ８４およびｎチャネルＦＥＴ８５の接続点にはコンデンサ８７が接続されている。前記ｐチャネルＦＥＴ８４は、前記入力信号がＨレベルのとき、そのオン動作によって前記コンデンサ８７を一定電流で充電する役割を担う。該コンデンサ８７の端子電圧（充電電圧Ｖchg）は、前記ｐチャネルＦＥＴ８４のオン動作に伴う前記コンデンサ８７の充電により一定の上昇率で高くなる。また前記ｎチャネルＦＥＴ８５は、前記入力信号がＬレベルのとき、そのオン動作によって前記コンデンサ８７の充電電荷を瞬時的に放電する役割を担う。このｎチャネルＦＥＴ８５のオン動作に伴う前記コンデンサ８７の放電により該コンデンサ８７の端子電圧（充電電圧Ｖchg）は瞬時に零（０）となる。
【００４５】
そしてこのような変化を呈する前記コンデンサ８７の充電電圧Ｖchgは比較器８８において基準電圧Ｖrefと比較されている。この比較器８８は前記充電電圧Ｖchgが基準電圧Ｖrefを超えたときにＨレベルとなり、前記充電電圧Ｖchgが基準電圧Ｖrefに満たないときにはＬレベルとなる信号を出力する。この比較器８８の出力が前記立上り遅れ回路７１（７３）の出力信号となる。
【００４６】
従ってこのように構成された立上り遅れ回路７１（７３）によれば、図４にその入出力信号の関係を示すように、入力電圧がＨレベルに反転したタイミングから前記コンデンサ８７の充電電圧Ｖchgが前記基準電圧Ｖrefに達するまでの時間ＴＡＥupだけ遅れてその出力電圧がＨレベルに反転する。そして前記立上り遅れ回路７１（７３）の出力電圧は、前記入力電圧がＬレベルに反転するタイミングで瞬時にＬレベルに反転する。故にこの立上り遅れ回路７１（７３）を介することにより、その入力信号は立上がりタイミングだけが遅延されて出力される。具体的には前記アラーム信号の場合には、Ｈレベルに反転する該アラーム信号のトレーリングエッジのタイミングだけが遅延されて出力される。
【００４７】
尚、前記ノット回路８６を省略し、入力信号を前記ｐチャネルＦＥＴ８４およびｎチャネルＦＥＴ８５のゲートに直接印加するように構成すれば、前記コンデンサ８７は前記入力電圧がＬレベルのときに一定電流で充電され、前記入力電圧がＨレベルのときにその充電電荷が瞬時に放電されることになる。従って前記比較器８８の出力電圧は、入力電圧がＨレベルに反転するタイミングで瞬時にその出力電圧がＨレベルに反転し、前記入力電圧がＬレベルに反転してから前記時間ＴＡＥdownだけ遅れてＬレベルに反転する。故に前記ノット回路８６を省略することで、前述した立下り遅れ回路７２を同様に構成することができる。
【００４８】
ここで前述した温度信号出力回路６の説明に戻ると、前記端子ＡＥを介して入力されるアラーム信号は、図１０を参照して説明したように保護要因に応じたパルス幅Ｔvd（Ｔoc,Ｔoh）のＬレベルのパルス信号が所定の時間間隔Ｔaを隔てて連続する図５(ａ)に示すようなパルス信号列からなる。そしてこのアラーム信号が前記第１の立上り遅れ回路７１および立下り遅れ回路７２を順に介して出力されると、該立上り遅れ回路７１および立下り遅れ回路７２の遅れ時間ＴＡＥup,ＴＡＥdownが等しい場合、その出力信号は図５(ｂ)に示すように前記アラーム信号を時間ＴＡＥup（＝ＴＡＥdown）だけ遅延した信号となる。
【００４９】
換言すれば前記立上り遅れ回路７１および立下り遅れ回路７２を順に介して前記マルチプレクサ６６の第２の入力端子Ｂに与えられる信号は、前記アラーム信号のリーディングエッジ（前縁）である立下りのタイミングが時間ＴＡＥdownだけ遅れ、更にそのトレーリングエッジ（後縁）である立上がりのタイミングが時間ＴＡＥupだけ遅れた信号、つまり前記アラーム信号を時間ＴＡＥup（＝ＴＡＥdown）だけ遅延した信号となる。
【００５０】
これに対して前記ロジック回路７４に与えられる信号は、前記アラーム信号を第２の立上り遅れ回路７３だけを介して出力したものである。従って前記第２の立上り遅れ回路７３を介して出力される信号は、図５(ｃ)に示すようにアラーム信号のリーディングエッジのタイミングでＬレベルに反転し、該アラーム信号のトレーリングエッジが時間ＴＡＥmaskだけ遅れたタイミングでＨレベルに反転する信号となる。
【００５１】
尚、前記第２の立上り遅れ回路７３の遅れ時間ＴＡＥmaskを、前述したアラーム信号のパルス間隔Ｔaよりも長く（ＴＡＥmask＞Ｔa）設定しておくことにより、前記アラーム信号を形成するパルス信号列のパルス信号間隔Ｔaを示すＨレベルの期間をマスクすることが可能となる。即ち、前記第２の立上り遅れ回路７３は、前記アラーム信号がＨレベルに反転したタイミングで前記ｐチャネルＦＥＴ８４を介してコンデンサ８７を充電する。しかし前記第２の立上り遅れ回路７３の遅れ時間ＴＡＥmaskが前記アラーム信号のパルス間隔Ｔaよりも長く（ＴＡＥmask＞Ｔa）設定されているので、充電によって前記コンデンサ８７の充電電圧Ｖchgが前記基準電圧Ｖrefに達する前に前記アラーム信号がＬレベルに反転する。
【００５２】
この結果、前記ｎチャネルＦＥＴ８５がオン動作して前記コンデンサ８７の充電電荷が瞬時に放電されるので、前記コンデンサ８７の充電電圧Ｖchgが前記基準電圧Ｖrefに達することがなく、従って前記比較器８８の出力がＬレベルに保たれる。故に前記アラーム信号が前述したようなパルス信号列として与えられる場合であっても、該アラーム信号が入力されている期間に亘って前記ロジック回路７４に与えられる信号がＬレベルに保たれることになる。
【００５３】
従って前記第２の立上り遅れ回路７３による上述したアラーム信号の遅延制御により、該アラーム信号が入力されている期間に亘って前述した如く第１の立上り遅れ回路７１および前記立下り遅れ回路７２を順に介して遅延制御されたアラーム信号が前記マルチプレクサ６６に与えられ、該マルチプレクサ６６を介して出力される。そして前記アラーム信号の入力が途絶え、前記第２の立上り遅れ回路７３から前記ロジック回路７４に与えられる信号がＨレベルに反転することで、前述した条件の下で生成された前記ＰＷＭ信号が前記マルチプレクサ６６を介して出力される。
【００５４】
この結果、前記マルチプレクサ（出力選択回路）６６を介して前記アラーム信号と前記ＰＷＭ信号とが択一的に選択され、前記出力トランジスタ３８を介して外部出力されることになる。特に前記マルチプレクサ６６は、前記アラーム信号が入力されたとき、前記ＰＷＭ信号に代えて該アラーム信号を優先的に出力する。従って前記出力トランジスタ３８を介して外部出力される信号を検出することにより、常時は前記ＰＷＭ信号から前記ＩＧＢＴ１４,１５,１６の温度を監視することが可能となり、異常発生時には前記アラーム信号からその異常の種別を判定することが可能となる。
【００５５】
ここで前記第１および第２の立上り遅れ回路７１,７３と前記立下り遅れ回路７２による前記アラーム信号の遅延制御について更に説明を加えると、前記アラーム信号は前記駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚのいずれかにおいて前記制御電圧Ｖccの異常低下、または前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の過電流が検出されたときに生成される。従って電力変換装置が正常に動作している場合には、前記アラーム信号が発せられることない。これ故、前記温度信号出力回路６においては、定常的には前記ＩＧＢＴ１４（１５,１６）の温度に応じたＰＷＭ信号を生成し、前記マルチプレクサ６６を介して外部出力する。
【００５６】
このような状況下において前記駆動回路３Ｘ,３Ｙ,３Ｚのいずれかがアラーム信号を発すると、該アラーム信号は前記温度信号出力回路６に与えられる。すると前記温度信号出力回路６においては、前述したようにアラーム信号の入力に伴って前記ＰＷＭ信号に代えて該アラーム信号を選択出力することになる。この際、前述したアラーム信号に対する遅延制御を実行しない場合には、前記アラーム信号の入力タイミングにおいて前記マルチプレクサ６６の切替え制御が実行され、例えば図６に示すように前記ＰＷＭ信号がＬレベルのまま、これに継続して前記アラーム信号が出力される恐れがある。
【００５７】
すると前記ＰＷＭ信号から前記アラーム信号への切り替え時点において該前ＰＷＭ信号のＬレベルと前記アラーム信号のＬレベルとが連なり、見掛け上、該アラーム信号の最初のパルス幅が、本来のパルス幅Ｔvdよりも拡がる。この結果、アラーム信号のパルス幅計測に大きな誤差Ｔerrorが生じ、パルス幅によるアラーム信号の種別判定に支障が生じる。
【００５８】
この点、前述したアラーム信号に対する遅延制御によれば、前記温度信号出力回路６に入力された前記アラーム信号に対して前述した遅延制御を実行するので、該アラーム信号の入力タイミングにおいて前記マルチプレクサ６６の切替え制御が行われた後に、該マルチプレクサ６６に前述した時間ＴＡＥdown（＝ＴＡＥup）だけ遅延されたアラーム信号が与えられる。この結果、図７に示すようにマルチプレクサ６６の出力とし、前述した如く遅延処理されたアラーム信号が得られることになる。従って前記温度信号出力回路６から出力される前記アラーム信号のパルス幅が変化しないので、アラーム信号を監視する前述したインバータ制御部側においては前記アラーム信号のパルス幅を正確に計測して、その異常要因を識別することが可能となる。
【００５９】
かくして上述した電力変換装置の制御装置によれば、アラーム信号の外部出力端子を利用して、半導体素子（ＩＧＢＴ１４,１５,１６）の温度に関する情報を、その最高温度に相関するＰＷＭ信号として定常的に出力しながら、前記半導体素子（ＩＧＢＴ１４,１５,１６）の異常検出時には該異常の種別を示すアラーム信号を前記ＰＷＭ信号に代えて出力することができる。従って前記ＰＷＭ信号の出力端子と前記アラーム信号の出力端子とを１つの外部出力端子にて共用することができ、従ってＩＰＭとしての出力端子数を増加させる必要がない。
【００６０】
しかも温度情報を温度に相関するＰＷＭ信号とし、且つ該ＰＷＭ信号の周期を前記アラーム信号のパルス幅よりも短くしておくことで、前記ＰＷＭ信号とアラーム信号との識別の容易化を図ることも可能である。従って１つの外部出力端子を共用して前記ＰＷＭ信号とアラーム信号とを外部出力すると雖も、その識別が容易なのでこれらの信号の外部出力に支障が生じることがない。また半導体素子の温度異常については前記ＰＷＭ信号から監視することができるので、この点でも問題を生じることはない。従ってその実用的利点が多大である。
【００６１】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば実施形態に示した専用の温度信号出力回路６を設けることに代えて、前述した複数の駆動回路３Ｕ〜３Ｚのそれぞれに、前記温度検出用ダイオード１８を介して検出される温度に応じて前記ＰＷＭ信号を生成する回路機能および該ＰＷＭ信号とアラーム信号との選択出力回路機能を組み込むことも可能である。
【００６２】
またここでは前記アラーム信号の入力の有無に応じて前記マルチプレクサ６６を切替え制御したが、例えば前述した保護信号Ｓｐを利用して前記マルチプレクサ６６を切替え制御することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  電力変換装置
１ａ  インテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ）
２  インバータ
３Ｕ〜３Ｚ  駆動回路（ドライバ回路）
４  交流負荷
６  温度信号出力回路
１１〜１６  半導体素子（ＩＧＢＴ）
１８  温度検出用ダイオード
２１〜２６  フリーホイール・ダイオード
３１  ゲート制御回路
３２  制御電圧検出回路（保護回路）
３３  電流検出回路（保護回路）
３４  温度検出回路（保護回路）
３５  保護信号生成回路
３６  オア回路
３７  アラーム信号生成回路
３８  出力トランジスタ（出力回路）
３８  負荷抵抗
６１ｘ,６１ｙ,６１ｚ  温度検出回路
６２  最大値選択器
６３  リミッタ
６４  比較器
６５  発振器
６６  マルチプレクサ（出力制御回路）
６７  出力トランジスタ
７１  第１の立上り遅れ回路
７２  立下り遅れ回路
７３  第２の立上り遅れ回路
７４  ロジック回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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