(57)【要約】【課題】製造コストを低減できる電力用半導体装置の制御用回路および制御用集積回路を提供する。【解決手段】シャント抵抗５０において生じるシャント電圧は、過電流検出手段２２に入力される。過電流検出手段２２は、過電流を検出した場合には、電流異常を示す電流異常信号をリセット信号出力手段２４に入力させる。リセット信号出力手段２４は、入力される電流異常信号により異常の発生を記憶した後、異常の回復を待つ。そして、入力される電流異常信号により過電流が検出されなくなった場合には、異常が回復したと判断し、動作開始のためのＨレベルのパルス信号からなるリセット信号を、リセット端子ＲＥＳＥＴからフォールト信号出力回路１７に入力させる。リセット信号を入力されたフォールト信号出力回路１７は、ＬレベルからＨレベルに移行させたＨレベルのフォールト信号を下アーム駆動回路１４に入力させる。【選択図】図１
2006074908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用半導体装置を制御用集積回路を介してマイコンで制御する電力用半導体装置の制御用回路において、
前記制御用集積回路は、前記電力用半導体装置から出力される電流検出信号により異常を検出すると、内蔵するフォールト信号出力回路から出力されるフォールト信号により前記電力用半導体装置をターンオフし、
前記マイコンは、前記電流検出信号により異常の回復を検出すると、リセット信号を出力して前記フォールト信号を解除する
ことを特徴とする電力用半導体装置の制御用回路。
【請求項２】
電力用半導体素子を制御するための制御信号が入力される入力回路と、
前記入力回路からの出力を複数のレベルに変換するレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路からの出力に基づいて第１の電力用半導体素子に対する第１の駆動信号を出力する第１の駆動回路と、
前記レベルシフト回路からの出力に基づいて第２の電力用半導体素子に対する第２の駆動信号を出力するとともに、入力されるフォールト信号が非活性状態から活性状態に移行すると前記第２の駆動信号の出力を停止する第２の駆動回路と、
前記第２の電力用半導体素子による電流検出信号に基づいて異常信号を出力する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路から前記異常信号が出力されると前記フォールト信号を前記活性状態に移行し、且つ外部から入力されるリセット信号を検知すると前記フォールト信号を前記非活性状態に移行するフォールト信号出力回路と
を備えることを特徴とする制御用集積回路。
【請求項３】
前記電力用半導体素子を駆動するための駆動電位の異常を検出する異常検出回路を備え、
前記フォールト信号出力回路は、前記異常検出回路が異常を検出すると前記フォールト信号を前記活性状態に移行する
ことを特徴とする請求項２記載の制御用集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力用半導体装置の制御用回路および制御用集積回路に関し、特に、保護機能を備えた電力用半導体装置の制御用回路および制御用集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＩＧＢＴ素子等を用いて多相モータ等の制御を行う電力用半導体装置の制御用回路について説明する。このような電力用半導体装置の制御用回路に用いられる制御ＩＣにおいては、電流検出端子を介して制御マイコンから入力される電流検出信号は、過電流検出回路に入力される。過電流検出回路は、入力された電流検出信号により過電流を検出した場合には、電流異常を示す電流異常信号をフォールト信号出力回路に入力させる。電流異常信号を入力されたフォールト信号出力回路は、動作停止のためのフォールト信号を出力し、フォールト端子を介して制御マイコンに入力させる。制御マイコンは、入力されたフォールト信号に基づき、制御ＩＣへ入力させている制御信号を遮断させる。このフォールト信号のパルス幅は、制御ＩＣ内部に設定されており制御ＩＣの品種により異なるが、概ね１００μｓ未満であり短いものでは４０μｓ程度となっている。
【０００３】
過電流等からの保護のための制御手法の例は、例えば、特許文献１〜４に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０４５６３７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６１０８６号公報
【特許文献３】特開平０９−１９９９５０号公報
【特許文献４】特開２００１−２３１２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来の電力用半導体装置の制御用回路においては、概ね１００μｓ未満の短いパルス幅を有するフォールト信号を制御マイコンに入力させるが、このような短い信号を検出するためには、制御マイコンとして比較的に高価なものを用いる必要がある。そのため、電力用半導体装置の制御用回路の製造コストが高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、製造コストを低減できる電力用半導体装置の制御用回路および制御用集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電力用半導体装置の制御用回路は、電力用半導体装置を制御用集積回路を介してマイコンで制御する電力用半導体装置の制御用回路において、制御用集積回路は、電力用半導体装置から出力される電流検出信号により異常を検出すると、内蔵するフォールト信号出力回路から出力されるフォールト信号により電力用半導体装置をターンオフし、マイコンは、電流検出信号により異常の回復を検出すると、リセット信号を出力してフォールト信号を解除することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電力用半導体装置の制御用回路においては、制御用集積回路は、マイコンから出力されるパルス状のリセット信号に基づいて動作が復帰する。従って、マイコンは、過電流を検出するために所定の閾値と比較するだけでよいので、幅の短いパルス信号を検出する場合に比べ安価な構成にすることができる。従って、電力用半導体装置の制御用回路の製造コストを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る電力用半導体装置およびその制御用回路の構成を示すブロック図である。
【００１０】
図１において、電力用半導体装置は、ＩＧＢＴ素子３０（電力用半導体素子）と、多相モータ４０と、シャント抵抗５０とを備える。また、制御用回路は、制御ＩＣ１０（制御用集積回路）と、制御マイコン２０とを備える。制御ＩＣ１０は、入力回路１１と、レベルシフト回路１２と、上アーム駆動回路１３（第１の駆動回路）と、下アーム駆動回路１４（第２の駆動回路）と、過電流検出回路１５と、ＵＶ異常検出回路１６と、フォールト信号出力回路１７とを内蔵する。制御マイコン２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えるマイクロコンピュータからなり、ＲＯＭ内に予め記憶されたソフトウェアプログラムに従って動作するものとする。図１に示すように、制御マイコン２０には、制御信号出力手段２１と、過電流検出手段２２と、ＵＶ異常検出手段２３と、リセット信号出力手段２４とが組み込まれている。また、制御ＩＣ１０および制御マイコン２０には、駆動電圧ＶＣＣと接地電位ＧＮＤとが与えられる。
【００１１】
図１において、制御信号出力手段２１から出力された制御信号は、入力端子ＩＮから入力回路１１に入力される。入力された制御信号は、入力回路１１からレベルシフト回路１２に入力される。レベルシフト回路１２は、入力された制御信号に基づき、高電位側制御信号（第１の駆動信号）および低電位側制御信号（第２の駆動信号）を出力する。出力された高電位側制御信号および低電位側制御信号は、それぞれ、上アーム駆動回路１３および下アーム駆動回路１４に入力される。上アーム駆動回路１３および下アーム駆動回路１４は、入力された高電位側制御信号および低電位側制御信号に基づき、高電位側駆動信号および低電位側駆動信号をそれぞれ出力する。出力された高電位側駆動信号および低電位側駆動信号は、それぞれ、高電位側駆動端子ＨＯおよび低電位側駆動端子ＬＯから、ＩＧＢＴ素子３０に入力され、多相モータ４０の制御に用いられる。また、下アーム駆動回路１４の基準電位は、基準電位端子ＶＮＯから与えられる。
【００１２】
ＩＧＢＴ素子３０に接続されたシャント抵抗５０において生じるシャント電圧は、電流検出信号として、電流検出端子ＣＩＮから過電流検出回路１５に入力される。過電流検出回路１５は、入力されたシャント電圧と所定の閾値電圧とを比較し、シャント電圧が閾値電圧よりも大きい場合には過電流が流れたと判断する。過電流を検出した場合、過電流検出回路１５は、電流異常信号をフォールト信号出力回路１７に向け出力する。
【００１３】
ＵＶ異常検出回路１６は、駆動電位ＶＣＣの分圧と所定の閾値電圧とを比較し、分圧が閾値電圧よりも大きい場合にはＵＶ異常が発生したと判断する。ＵＶ異常を検出した場合、ＵＶ異常検出回路１６は、ＵＶ異常信号をフォールト信号出力回路１７に向け出力する。
【００１４】
なお、上アーム駆動回路１３から出力された高電位側制御信号は、ＩＧＢＴ素子３０内において、例えば並列に接続された３個のＩＧＢＴ（第１の電力用半導体素子）に入力される。また同様に、下アーム駆動回路１４から出力された低電位側制御信号は、ＩＧＢＴ素子３０内において、例えば並列に接続された３個のＩＧＢＴ（第２の電力用半導体素子）に入力される。前者の３個のＩＧＢＴと後者の３個のＩＧＢＴとは、タンデム状に接続され、インバータ回路を形成している。多相モータ４０は、このインバータ回路でＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動される。
【００１５】
フォールト信号出力回路１７は、過電流またはＵＶ異常のいずれか一方でも異常を検出した場合には、Ｈレベル（非活性状態）からＬレベル（活性状態）に移行させたフォールト信号を出力し、フォールト端子ＦＯから出力させると共に、下アーム駆動回路１４に入力させる。Ｌレベルのフォールト信号を入力された下アーム駆動回路１４は、低電位側駆動端子ＬＯから出力される低電位側駆動信号を遮断しＬレベルとする。これにより、異常が発生した場合の動作停止が可能となる。
【００１６】
シャント抵抗５０において生じるシャント電圧は、過電流検出手段２２にも入力される。過電流検出手段２２には、入力されたシャント電圧と所定の閾値電圧とを比較し、シャント電圧が閾値電圧よりも大きい場合には過電流が流れたと判断する。過電流を検出した場合、過電流検出手段２２は、電流異常信号をリセット信号出力手段２４に向け出力する。
【００１７】
ＵＶ異常検出手段２３は、駆動電位ＶＣＣの分圧と所定の閾値電圧とを比較し、分圧が閾値電圧よりも大きい場合にはＵＶ異常が発生したと判断する。ＵＶ異常を検出した場合、ＵＶ異常検出手段２３は、ＵＶ異常信号をリセット信号出力手段２４に向け出力する。
【００１８】
リセット信号出力手段２４は、入力される電流異常信号またはＵＶ異常信号により異常の発生を記憶した後、異常の回復を待つ。そして、リセット信号出力手段２４は、入力される電流異常信号およびＵＶ異常信号により過電流またはＵＶ異常のいずれも検出されなくなった場合には、異常が回復したと判断し、動作開始のためのＨレベルのパルス信号からなるリセット信号を、リセット端子ＲＥＳＥＴからフォールト信号出力回路１７に入力させる。リセット信号を入力されたフォールト信号出力回路１７は、ＬレベルからＨレベルに移行させたＨレベルのフォールト信号を下アーム駆動回路１４に入力させる。Ｈレベルのフォールト信号を入力された下アーム駆動回路１４は、低電位側駆動信号の遮断を解除する。これにより、異常から回復した場合の動作開始が可能となる。
【００１９】
図２は、図１に示される電力用半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００２０】
図２（ａ）は、制御マイコン２０から入力端子ＩＮに入力される入力信号を示している。入力端子ＩＮには、異常の有無にかかわらず、周期的にパルス信号が入力される。図２（ｂ）は、低電位側駆動端子ＬＯからＩＧＢＴ素子３０に向け出力される低電位側駆動信号を示している。低電位側駆動信号は、正常時には入力信号と同期したパルス信号であるが、過電流が発生するとリセット信号が入力されるまでＬレベルを呈する。
【００２１】
次に、図２（ｃ）に示すように、過電流が発生し電流検出端子ＣＩＮから入力される電流検出信号が閾値電位Ｖ０に達した場合には、図２（ｄ）に示すように、フォールト端子ＦＯから出力されるフォールト信号が、Ｌレベルに立ち下がる。Ｌレベルのフォールト信号を入力された下アーム駆動回路１４は、低電位側駆動端子ＬＯから出力される低電位側駆動信号を遮断しＬレベルとする。
【００２２】
図２（ｄ），（ｅ）に示すように、Ｌレベルに立ち下がったフォールト信号は、Ｈレベルのパルス信号からなるリセット信号がフォールト信号出力回路１７に入力されるまではＬレベルに保たれる。過電流からの回復が過電流検出手段２２からの電流異常信号により検出されると、リセット信号出力手段２４は、リセット信号をフォールト信号出力回路１７に入力させる。リセット信号を入力されたフォールト信号出力回路１７は、フォールト信号をＨレベルに立ち上げる。これにより、下アーム駆動回路１４は、次のサイクルから、低電位側駆動信号の遮断を解除する。
【００２３】
なお、図２においては、過電流異常の場合について説明したが、ＵＶ異常の場合も、電流異常信号に代えてＵＶ異常信号を用いることにより、同様の動作を行うことが可能となる。
【００２４】
このように、制御ＩＣ１０は、制御マイコン２０から出力されるパルス状のリセット信号に基づいて動作が復帰する。制御マイコン２０は、過電流を検出するために所定の閾値と比較するだけでよいので、幅の短いパルス信号を検出する場合に比べ安価な構成にすることができる。従って、電力用半導体装置の制御用回路の製造コストを低減することが可能となる。
【００２５】
また、本実施の形態に係る電力用半導体装置の制御用回路においては、制御ＩＣ１０に内蔵される過電流検出回路１５およびＵＶ異常検出回路１６に加えて、制御マイコン２０に組み込まれた過電流検出手段２２およびＵＶ異常検出手段２３を用いて、異常が回復したときの低電位側駆動信号の遮断を解除する。従って、異常の原因が取り除かれていないにもかかわらず電流検出信号や駆動電位ＶＣＣが一時的に正常値となった場合に、回復したと誤って判断し遮断を解除する可能性を低減できる。よって、このような誤動作に基づく短絡等やそれにより発生する故障等を防止することができる。
【００２６】
特に、ＵＶ異常の場合には、一時的な異常は少なく復旧作業が必要となる場合が多いので、制御マイコン２０からのリセット信号に基づき動作開始を行うことにより、誤動作を大幅に低減できる。
【００２７】
また、従来の電力用半導体装置の制御用回路においては、電源立ち上げ時に、上アーム駆動回路と下アーム駆動回路との間でアーム短絡が発生する場合があった。本実施の形態に係る電力用半導体装置の制御用回路においては、電源立ち上げ時に駆動電位ＶＣＣが変動することによるＵＶ異常をより正確に検出できるので、このような電源立ち上げ時のアーム短絡の発生を低減することが可能となる。これにより、信頼性を高めることが可能となる。
【００２８】
なお、以上の説明においては、過電流検出回路１５からの電流異常信号およびＵＶ異常検出回路１６からのＵＶ異常信号に基づき、下アーム駆動回路１４からの低電位側駆動信号の出力を遮断する場合について説明した。しかし、これに限らず、過電流検出手段２２からの電流異常信号およびＵＶ異常検出手段２３からのＵＶ異常信号に基づき、制御信号出力手段２１からの制御信号も併せて遮断するように構成してもよい。
【００２９】
また、以上の説明においては、リセット信号が制御マイコン２０から出力される場合について説明したが、制御マイコン２０に限らず、他の装置から出力されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置およびその制御用回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置およびその制御用回路の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  制御ＩＣ、１１  入力回路、１２  レベルシフト回路、１３  上アーム駆動回路、１４  下アーム駆動回路、１５  過電流検出回路、１６  ＵＶ異常検出回路、１７  フォールト信号出力回路、２０  制御マイコン、２１  制御信号出力手段、２２  過電流検出手段、２３  ＵＶ異常検出手段、２４  リセット信号出力手段、３０  ＩＧＢＴ素子、４０  多相モータ、５０  シャント抵抗。
【図１】
2006074908.tif 000003
【図２】
2006074908.tif 000004