(57)【要約】【課題】電圧制御型スイッチング素子の制御端子と駆動回路とのオープンを検出可能なスイッチング素子の駆動回路を提供する。【解決手段】ＩＧＢＴ１０のゲート端子に接続線３０を介して接続され、ＩＧＢＴ１０を駆動するドライブＩＣ２０であって、ＩＧＢＴ１０のゲート端子に接続線３０を介して電荷を充電させることにより、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替える電荷充電手段と、ＩＧＢＴ１０のゲート端子から接続線３０を介して電荷を放電させることにより、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替える電荷放電手段と、接続線３０の所定位置の電圧を検出する電圧検出部２７と、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替える時における電圧検出部２７により検出された所定位置の電圧の変化速度に基づいて、ゲート端子と所定位置との間のオープンを検出するオープン検出回路２８と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御型のスイッチング素子（１０）の制御端子に接続線（３０）を介して接続され、前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子の駆動回路（２０）であって、
前記スイッチング素子の制御端子に前記接続線を介して電荷を充電させることにより、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える電荷充電手段（２１、２３、２４）と、
前記スイッチング素子の制御端子から前記接続線を介して電荷を放電させることにより、前記スイッチング素子をオフ状態に切り替える電荷放電手段（２２、２３）と、
前記接続線の所定位置の電圧を検出する電圧検出手段（２７）と、
前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替える時における前記電圧検出手段により検出された前記所定位置の電圧の変化速度に基づいて、前記制御端子と前記所定位置との間のオープンを検出するオープン検出手段（２５）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】
前記オープン検出手段は、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から所定時間後における前記所定位置の電圧に基づいて、前記制御端子と前記所定位置と間のオープンを検出する請求項１に記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項３】
前記オープン検出手段は、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から、前記所定位置の電圧が所定電圧に到達するまでの時間が閾値よりも短い場合に、前記制御端子と前記所定位置との間がオープンになっていると検出する請求項１又は２に記載のスイッチング素子の駆動回路。
【請求項４】
前記オープン検出手段は、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える時及びオフ状態に切り替える時の両方の時において、前記制御端子と前記所定位置との間のオープンを検出する請求項１〜３のいずれかに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、電圧制御型スイッチング素子の駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、外部電源の電位と大地電位とを抵抗素子で分圧した所定電位を出力する電位給電部と、集積回路等の内部回路と、電位給電部と内部回路とを接続する給電路とを備える電気的構成において、電位給電部と給電路とのオープンを検出する検出回路が記載されている。
【０００３】
上記オープンが発生している場合、給電路と内部回路との接続点の電位は、電位給電部と給電路とが正常に接続されている場合とは異なる電位になる。それゆえ、検出回路は、給電路と内部回路の接続点（電位検出位置）の電位と所定の参照電位とを比較し、電位給電部と給電路とのオープンを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電圧制御型スイッチング素子の制御端子に接続線を介して駆動回路が接続されている場合、制御端子と接続線とのオープンを検出する必要がある。そこで、特許文献１に記載の検出回路を適用することが考えられるが、特許文献１に記載の検出回路を適用しても、制御端子と接続線の電位検出位置との間のオープン、特に制御端子に接続線が接続されていない状態を検出することはできない。
【０００６】
現状では、電圧制御型スイッチング素子の制御端子と接続線とのオープン、すなわち制御端子と駆動回路とのオープンは、スイッチング素子に電流を流し、電流センサの検出値に基づいて検出している。そのため、スイッチング素子に電流を流していないと、制御端子と駆動回路とのオープンを検出できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑み、電圧制御型スイッチング素子の制御端子と駆動回路とのオープンを検出可能なスイッチング素子の駆動回路を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電圧制御型のスイッチング素子の制御端子に接続線を介して接続され、前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子の駆動回路であって、前記スイッチング素子の制御端子に前記接続線を介して電荷を充電させることにより、前記スイッチング素子をオン状態に切り替える電荷充電手段と、前記スイッチング素子の制御端子から前記接続線を介して電荷を放電させることにより、前記スイッチング素子をオフ状態に切り替える電荷放電手段と、前記接続線の所定位置の電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替える時における前記電圧検出手段により検出された前記所定位置の電圧の変化速度に基づいて、前記制御端子と前記所定位置との間のオープンを検出するオープン検出手段と、を備える。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、電圧制御型のスイッチング素子の制御端子に、接続線を介して駆動回路から電荷が充電されると、スイッチング素子がオン状態に切り替えられる。また、スイッチング素子の制御端子から、接続線を介して駆動回路へ電荷が放電されると、スイッチング素子がオフ状態に切り替えられる。そして、スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替える時における接続線の所定位置の電圧が検出され、検出された電圧の変化速度に基づいて、スイッチング素子の制御端子と接続線の所定位置との間のオープンが検出される。
【００１０】
制御端子と接続線とが正常に接続されている場合、接続線の所定位置の電圧は、駆動回路から接続線を介して制御端子に印可される電圧と同じ電圧になる。一方、制御端子と接続線の所定位置との間がオープンになっている場合でも、所定位置の電圧は、正常に接続されている場合に制御端子に印可される電圧と同じ電圧になる。
【００１１】
しかしながら、本発明者は、正常に接続されている場合と、制御端子と接続線の所定位置との間がオープンになっている場合とでは、スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替える時において、所定位置の電圧の変化速度が異なることを見出した。詳しくは、本発明者は、正常に接続されている場合は、スイッチング素子の制御端子と他の端子との間に存在する容量により、制御端子と所定位置との間がオープンになっている場合よりも、所定位置の電圧が緩やかに上昇又は下降することを見出した。
【００１２】
したがって、スイッチング素子をオン状態又はオフ状態に切り替える時における接続線の所定位置の電圧の変化速度に基づいて、制御端子と所定位置との間とのオープンを検出することができる。すなわち、スイッチング素子の制御端子と駆動回路とのオープンを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】スイッチング素子の駆動回路の構成を示す図。
【図２】接続線の所定位置で検出された電圧、及びスイッチング素子に対する駆動信号の時間変化を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の駆動に適用したスイッチング素子の駆動回路を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
まず、本実施形態に係るドライブＩＣ２０（スイッチング素子の駆動回路）を含む電気的構成について、図１を参照しつつ説明する。ドライブＩＣ２０は、オン駆動用スイッチング素子２１、オフ駆動用スイッチング素子２２、制御回路２３、駆動用電源２４、オープン検出回路２５を備え、接続線３０を介してＩＧＢＴ（スイッチング素子）のゲート端子（制御端子）に接続されている。なお、電荷充電手段は、オン駆動用スイッチング素子２１、制御回路２３及び駆動用電源２４から構成され、電荷放電手段は、オフ駆動用スイッチング素子２２及び制御回路２３から構成される。
【００１６】
ＩＧＢＴ１０は、ゲート端子に印可される電圧が制御されることにより駆動される電圧制御型のスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１０のゲート端子は、接続線３０を介してドライブＩＣ２０に接続されている。ＩＧＢＴ１０のコレクタ端子とエミッタ端子間には、エミッタ端子からコレクタ端子への向きが順方向となるように、フリーホイールダイオード１０ａが接続されている。
【００１７】
接続線３０は、オン抵抗２１ａとオフ抵抗２２ａとを備え、ドライブＩＣ２０とＩＧＢＴ１０のゲート端子とを接続する。詳しくは、オン抵抗２１ａの一端は、後述するオン駆動用スイッチング素子２１に接続され、オン抵抗２１ａの他端は、オフ抵抗２２ａの一端に接続されている。オフ抵抗２２ａの他端は、後述するオフ駆動用スイッチング素子２２に接続されている。そして、接続線３０は、オン抵抗２１ａとオフ抵抗２２ａとの接続点と、ＩＧＢＴ１０のゲート端子とを接続している。
【００１８】
オン駆動用スイッチング素子２１は、制御回路２３からの入力によってオン操作されることにより、ＩＧＢＴ１０のゲート端子に電荷を充電するスイッチング素子である。オン駆動用スイッチング素子２１は、例えば、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。オン駆動用スイッチング素子２１は、駆動用電源２４の正極端子と接続線３０のオン抵抗２１ａとの間に接続されている。
【００１９】
オン駆動用スイッチング素子２１がオン操作されると、駆動用電源２４からＩＧＢＴ１０のゲート端子間が導通し、ＩＧＢＴ１０のゲート端子に接続線３０を介して電荷が充電される。そして、ゲート電圧がオンオフ閾値よりも高くなると、ＩＧＢＴ１０はオフ状態からオン状態に切り替えられる。一方、オン駆動用スイッチング素子２１がオフ操作されると、駆動用電源２４と接続線３０とがオープンになり、ＩＧＢＴ１０のゲート端子に電荷が供給されなくなる。
【００２０】
オフ駆動用スイッチング素子２２は、制御回路２３からの入力によってオン操作されることにより、ＩＧＢＴ１０のゲート端子から電荷を放電するスイッチング素子である。オフ駆動用スイッチング素子２２は、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。オフ駆動用スイッチング素子２２は、接続線３０のオフ抵抗２２ａとグランドとの間に接続されている。
【００２１】
オフ駆動用スイッチング素子２２がオン操作されると、グランドからＩＧＢＴ１０のゲート端子間が導通し、ＩＧＢＴ１０のゲート端子から電荷が放電される。そして、ゲート電圧がオンオフ閾値よりも低くなると、ＩＧＢＴ１０はオン状態からオフ状態に切り替えられる。一方、オフ駆動用スイッチング素子２２がオフ操作されると、グランドと接続線３０とがオープンになり、ＩＧＢＴ１０のゲート端子から電荷が放電されなくなる。
【００２２】
制御回路２３は、外部からドライブＩＣ２０に入力される駆動信号がＩＧＢＴ１０のオンを指示しているときに、オン駆動用スイッチング素子２１をオンにする。また、制御回路２３は、外部からドライブＩＣ２０に入力される駆動信号がＩＧＢＴ１０のオンの指示を終了したときに、オン駆動用スイッチング素子２１をオフにするとともに、オフ駆動用スイッチング素子２２をオンさせる。
【００２３】
オープン検出回路２５（オープン検出手段）は、ＬＯＧＩＣ部２６、電圧検出部２７（電圧検出手段）、判定部２８を備え、接続線３０の所定位置とＩＧＢＴ１０のゲート端子との間のオープンを検出する。
【００２４】
ＬＯＧＩＣ部２６は、制御回路２３からオン駆動用スイッチング素子２１への制御線から、オン駆動用スイッチング素子２１がオン操作されるタイミング、すなわちＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替えるタイミングを検出する。さらに、ＬＯＧＩＣ部２６は、制御回路２３からオフ駆動用スイッチング素子２２への制御線から、オフ駆動用スイッチング素子２２がオン操作されるタイミング、すなわちＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替えるタイミングを検出する。
【００２５】
電圧検出部２７は、接続線３０の所定位置の電圧を検出する。具体的には、オン抵抗２１ａ及びオフ抵抗２２ａの接続点とＩＧＢＴ１０のゲート端子との間において、電圧の時間変化を検出する。
【００２６】
判定部２８は、ＬＯＧＩＣ部２６により検出されたＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替えるタイミング、又はＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替えるタイミングと、電圧検出部２７により検出された接続線３０の所定位置における電圧の時間変動を取得する。そして、判定部２８は、オン状態又はオフ状態に切り替えるタイミング及び所定位置における電圧の時間変動に基づき、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっているか否かを判定する。なお、詳しいオープンの判定方法については後述する。
【００２７】
次に、ドライブＩＣ２０とＩＧＢＴ１０とのオープンを判定する方法について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、接続線３０の所定位置において検出される電圧の時間変化を示す。実線は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に検出される電圧の時間変化を示し、破線は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合に、検出される電圧の時間変化を示す。また、図２（ｂ）は、ＩＧＢＴ１０に対する駆動信号を示す。
【００２８】
ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合でも、接続線３０の所定位置における電圧は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に、ゲート端子に印可される電圧と同じ電圧になる。すなわち、接続線３０の所定位置における電圧は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合でも、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合でも、同じ電圧に収束する。
【００２９】
しかしながら、ＩＧＢＴ１０のゲート端子とエミッタ端子間には容量が存在するため、図２（ａ）に示すように、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合は、ゲート端子と所定位置との間がオープンになっている場合よりも、緩やかに電圧が変化する。詳しくは、正常に接続されている場合、ＩＧＢＴ１０をオフ状態からオン状態に切り替える時に所定位置において検出される電圧は、オープンになっている場合よりも緩やかに上昇する。また、正常に接続されている場合、ＩＧＢＴ１０をオン状態からオフ状態に切り替える時に所定位置において検出される電圧は、オープンになっている場合よりも緩やかに下降する。
【００３０】
したがって、判定部２８は、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替える時において、所定位置で検出された電圧の変化速度に基づいて、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と所定位置との間がオープンになっているか否か判定する。そして、判定部２８は、オープンと判定した場合に、ゲート端子と所定位置との間がオープンであることを検出する。すなわち、判定部２８は、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替える時における所定位置の電圧の上昇速度、又はＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替える時における所定位置の電圧の下降速度に基づいて、ゲート端子と所定位置との間のオープンを検出する。
【００３１】
具体的には、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から、すなわちオン駆動用スイッチング素子２１又はオフ駆動用スイッチング素子２２をオン操作した時から、所定時間後における接続線３０の所定位置の電圧に基づいて、ゲート端子と所定位置との間のオープンを検出する。
【００３２】
ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧Ｖ１は、正常に接続されている場合の電圧Ｖ２よりも高くなる。そこで、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定時間後において、所定位置の電圧Ｖ１が第１閾値電圧よりも高い場合に、ゲート端子と所定位置との間がオープンになっていると検出する。なお、第１閾値電圧は、ゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧Ｖ２よりも高い値にする。
【００３３】
また、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧Ｖ３は、正常に接続されている場合の電圧Ｖ４よりも低くなる。そこで、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めた時から所定時間後において、所定位置の電圧Ｖ３が第２閾値電圧よりも低い場合に、ゲート端子と所定位置との間がオープンになっていると検出する。なお、第２閾値電圧は、ゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧Ｖ４よりも低い値にする。
【００３４】
あるいは、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から、所定位置の電圧が所定電圧に到達するまでの時間に基づいて、ゲート端子と所定位置との間のオープンを検出する。
【００３５】
ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から、所定位置の電圧が所定電圧に上昇するまでの時間ｔ１は、正常に接続されている場合の時間ｔ２よりも短くなる。そこで、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定位置の電圧が所定電圧に上昇するまでの時間ｔ１が第１閾値よりも短い場合に、ゲート端子と所定位置との間がオープンになっていると検出する。なお、第１閾値は、ゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定位置の電圧が所定電圧に上昇するまでの時間ｔ２よりも短い時間にする。
【００３６】
また、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めた時から、所定位置の電圧が所定電圧に下降するまでの時間ｔ３は、正常に接続されている場合の時間ｔ４よりも短くなる。そこで、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めた時から所定位置の電圧が所定電圧に下降するまでの時間ｔ３が第２閾値よりも短い場合に、ゲート端子と所定位置との間がオープンになっていると検出する。なお、第２閾値は、ゲート端子と接続線３０とが正常に接続されている場合に、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めた時から所定位置の電圧が所定電圧に下降するまでの時間ｔ４よりも短い時間にする。
【００３７】
なお、一般に、接続線３０の所定位置において検出される電圧の変化速度は、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替える時よりもオン状態に切り替える時の方が速い。よって、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間のオープンを迅速に検出したい場合は、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替える時における所定位置の電圧の変化速度に基づいて検出するとよい。一方、オープンを慎重に検出したい場合は、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替える時における所定位置の電圧の変化速度に基づいて検出するとよい。
【００３８】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００３９】
・ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替える時における接続線３０の所定位置の電圧の変化速度に基づいて、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間のオープンを検出することができる。すなわち、ＩＧＢＴ１０のゲート端子とドライブＩＣ２０とのオープンを検出することができる。
【００４０】
・ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっている場合は、正常に接続されている場合よりも、ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧が高い。また、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と所定位置との間がオープンになっている場合は、正常に接続されている場合よりも、ＩＧＢＴ１０をオフ状態に切り替え始めたときから所定時間後における所定位置の電圧が低い。したがって、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧に基づいて、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間のオープンを検出できる。
【００４１】
・ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との接続がオープンになっている場合は、正常に接続されている場合よりも、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替え始めたときから、所定位置の電圧が所定電圧まで上昇又は下降するまでの時間が短い。したがって、ＩＧＢＴ１０をオン状態又はオフ状態に切り替え始めた時から、接続線３０の所定位置の電圧が所定電圧に到達するまでの時間が閾値よりも短い場合は、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間がオープンになっていると検出できる。
【００４２】
（他の実施形態）
・ＩＧＢＴ１０をオン状態に切り換える時、及びオフ状態に切り替える時の両方の時において、接続線３０の所定位置における電圧の変化速度に基づいて、ＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間のオープンを検出するようにしてもよい。このようにすれば、より精度よくＩＧＢＴ１０のゲート端子と接続線３０の所定位置との間のオープンを検出することができる。
【００４３】
なお、この場合、ＩＧＢＴ１０をオン状態及びオフ状態に切り替える時の一方の時には、切り替え始めた時から所定時間後における所定位置の電圧に基づいてオープンを検出し、他方の時には、切り替え始めた時から所定位置の電圧が所定電圧に到達するまでの時間に基づいてオープンを検出してもよい。
【００４４】
・ドライブＩＣ２０は、ＭＯＳＦＥＴ等のＩＧＢＴ１０以外のスイッチング素子を駆動する回路であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
２０…ドライブＩＣ、２１…オン駆動用スイッチング素子、２２…オフ駆動用スイッチング素子、２３…制御回路、２４…駆動用電源、２５…オープン検出回路、２７…電圧検出部、３０…接続線。
【図１】
2015021727.tif 000003
【図２】
2015021727.tif 000004