(57)【要約】【課題】ダイオードでの順方向電圧の振動から異常を検出することにより、異常が発生したことを容易に認識できる温度検出装置を提供する。【解決手段】温度検出装置は、温度検出対象の近傍に配置されたダイオード１と、ダイオード１の順方向へ振動する電流を供給する電流供給部３と、ダイオード１での順方向電圧の大きさからダイオード１の温度を求める温度検出部４と、ダイオード１での順方向電圧の振動から異常を検出する異常検出部５とを備える。【選択図】図１
2007057354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検出対象の近傍に配置されたダイオードと、
前記ダイオードの順方向へ振動する電流を供給する電流供給部と、
前記ダイオードでの順方向電圧の大きさから前記ダイオードの温度を求める温度検出部と、
前記ダイオードでの順方向電圧の振動から異常を検出する異常検出部
とを備えることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
前記温度検出対象はスイッチング素子であり、
前記電流供給部は、前記スイッチング素子を駆動する信号に同期して前記ダイオードへ供給する電流をオン／オフ制御し、
前記温度検出部は、前記電流供給部が前記電流をオン制御している時の順方向電圧の振幅または平均値に基づいて前記温度を求める
ことを特徴とする請求項１記載の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイオードの順方向電圧の温度依存性を利用した温度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、温度センサを用いてスイッチング素子等の電力用半導体素子の温度変化を応答よく正確に測定する技術が盛んに研究されている。その中で、特許文献１では、スイッチング素子などの温度を検出する場合、その温度検出対象の近傍にダイオードを設け、このダイオードに一定の電流を流し、ダイオードの順方向の電圧を検出することによって温度検出対象の温度を検出する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２４８９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の方法は、ダイオードの順方向電圧が負の温度特性を持っていることを利用しているため、温度検出対象としてのスイッチング素子の温度が高くなるほど、ダイオードで検出される電圧は小さくなる。これにより、電流源からダイオードまでの配線に断線故障が発生すると、温度が正確に検出されなくなる上に、検出回路への入力は低温側に相当する電圧となる結果、故障が発生したことを認識することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は、温度検出対象の近傍に配置されたダイオードと、ダイオードの順方向へ振動する電流を供給する電流供給部と、ダイオードでの順方向電圧の大きさからダイオードの温度を求める温度検出部と、ダイオードでの順方向電圧の振動から異常を検出する異常検出部とを備える温度検出装置であることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ダイオードでの順方向電圧の振動から異常を検出することにより、異常が発生したことを容易に認識できる温度検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【０００７】
＜第１の実施の形態＞
[構成]
図１を参照して本発明の第１の実施の形態に係わる温度検出装置の構成を説明する。温度検出装置は、温度検出対象の近傍に配置されたダイオード１と、ダイオード１の順方向へ振動する電流を供給する電流供給部３ａと、ダイオード１での順方向電圧の大きさからダイオード１の温度を求める温度検出部４と、ダイオード１での順方向電圧の振動から異常を検出する異常検出部５とを備える。なお、「順方向電圧の大きさ」には順方向電圧の振幅や平均値、極大値及び極小値が含まれる。
【０００８】
ダイオード１は、その順方向電圧が負の温度特性を備えることを利用して、温度検出対象の温度を検出するセンサとして機能する。図１では１つのダイオード１を用いる場合について説明するが、複数のダイオードを直列に接続しても構わない。これにより、温度センサに生じる電圧（順方向電圧）が大きくなり、信号とノイズの比（Ｓ／Ｎ比）が向上する。ダイオード１のアノード極及びカソード極はそれぞれ端子３４、３５を介して制御ユニット２に接続されている。
【０００９】
電流供給部３ａは、電源電圧Ｖccが印加される抵抗１１と、抵抗１１にコレクタ電極が接続されたトランジスタ１２と、トランジスタ１２のベース電極に振動する電圧信号Ｖ1を供給する発信回路１３とを備える。ダイオード１のアノード極は、トランジスタ１２のエミッタ電極に接続され、ダイオード１のカソード極には接地電位が印加されている。なおここでは、トランジスタとしてバイポーラ型トランジスタを例にとり説明するが、もちろんＭＯＳ型トランジスタであっても構わない。
【００１０】
温度検出部４は、ダイオード１に加わる電圧信号Ｖ3から交流成分を除去するローパスフィルタ２３と、交流成分を除去した後の電圧信号Ｖ2からダイオード１の温度を演算する温度演算部１６とを備える。ローパスフィルタ２３は、ダイオード１のアノード極に接続された抵抗１４と、抵抗１４と設置電位の間に接続されたキャパシタ１５とを備える。キャパシタ１５と抵抗１４との間の電位が電圧信号Ｖ2として温度演算部１６へ入力される。温度演算部１６は、ダイオード１での順方向電圧の大きさに相当する電圧信号Ｖ2とダイオード１の温度との関係を特定する電圧／温度マップを予め用意しておき、入力された電圧信号Ｖ2から電圧／温度マップを用いてダイオード１の温度を演算する。電圧／温度マップはダイオード１固有のものであり、使用するダイオードの種類に応じて使い分けられる。
【００１１】
異常検出部５は、ダイオード１に加わる電圧信号Ｖ3から直流成分を除去する検波回路２４と、直流成分を除去した後の電圧信号Ｖ4から温度検出装置が異常であるか否かを判断する異常判断部２１とを備える。検波回路２４は、ダイオード１のアノード極に接続されたキャパシタ１９と、キャパシタ１９の他方の電極に接続されたバッファ２０と、キャパシタ１９の他方の電極と電源電圧Ｖcc及び設置電池の間にそれぞれ接続された抵抗１７、１８とを備える。バッファ２０の出力値は、電圧信号Ｖ4として異常判断部２１に入力される。
【００１２】
なお、温度演算部１６及び異常判断部２１は、ＣＰＵ等の演算手段及びメモリなどの記憶手段を備える計算機からなる制御装置２２内においてソフトウェアを用いて実現されている。
【００１３】
[動作]
発信回路１３は、振動する電圧信号Ｖ1をトランジスタ１２のベース電極に供給する。電圧信号Ｖ1が振動することにより、ベース電極の電位もこれに応じて変動する。ベース極の電位が変動すると、コレクタ極・エミッタ極間を流れ、ダイオード１へ供給される電流も変動する。抵抗１１の抵抗値をＲとし、トランジスタ１２のベース・エミッタ間の電圧をＶbeとすると、トランジスタ１２からダイオード１の順方向へ供給される通電電流Ｉfは（１）式により表される。通電電流Ｉfは電圧信号Ｖ1の振動に応じて変動することが分かる。
【００１４】
Ｉf＝Ｒ／(Ｖcc−Ｖbe−Ｖ1)                      ・・・（１）
通電電流Ｉfがダイオード１の順方向に流れる時のダイオード１に加わる電圧（順方向電圧）は、電圧信号Ｖ3として温度検出部４及び異常検出部５へそれぞれ送信される。ローパスフィルタ２３は、図２に示すように、電圧信号Ｖ3から交流成分を取り除いた電圧信号Ｖ2を生成し、温度演算部１６へ送信する。ここでは、ローパスフィルタ２３が電圧信号Ｖ3の平均値を電圧信号Ｖ2として出力する場合を説明するが、電圧信号Ｖ2は、電圧信号Ｖ3の極大値又は極小値であっても構わない。温度演算部１６は、電圧信号Ｖ2からダイオード１の温度を演算する。
【００１５】
一方、検波回路２４は、図２に示すように、電圧信号Ｖ3から直流成分を取り除いた電圧信号Ｖ4を生成し、異常判断部２１へ送信する。異常判断部２１は、電圧信号Ｖ4を監視し、温度検出機能が正常に動作しているか否かを判断する。換言すれば、電圧信号Ｖ4から温度検出装置に異常が発生しているか否かを電圧信号Ｖ4の振動の有無から判断する。なお、電圧信号Ｖ4は、抵抗１７及び抵抗１８で決まる電位を中心とする信号である。
【００１６】
例えば、図２に示すように、ダイオード１の温度が時間と共に上昇していく状況において、順方向電圧を示す電圧信号Ｖ3は、通電電流Ｉfの振動によって生じる振幅を持ちながら、直流成分（電圧信号Ｖ2）は徐々に低電圧側へシフトしていく。ここで時刻ｔ1に、端子３４で断線故障が発生下場合、電圧信号Ｖ3は、図２に示すように、発信回路１３が出力する電圧信号Ｖ1によらず、ほぼ電源電圧Ｖccに等しくなり、振幅を持たなくなる。したがって、電圧信号Ｖ2も、時刻ｔ1を境に時間と共に上昇し始める。よって、電圧信号Ｖ2のみをモニタしている場合、ダイオード１の温度が低下しているものと誤認してしまう。
【００１７】
しかし、電圧信号Ｖ3はが交流成分（振幅）を持たなくなるため、電圧信号Ｖ2と同様に電圧信号Ｖ4もまた時刻ｔ1を境にして、振幅を持たなくなってしまう。異常判断部２１は、この電圧信号Ｖ4の変化を温度検出機能の故障であると判断して警告を発する。具体的には、電圧信号Ｖ4の振動が無くなった時刻ｔ1から一定の期間ｔfail後の時刻ｔ2までの間に電圧信号Ｖ4の立上り或いは立下りの何れもが検出されない場合、故障であると判断する。
【００１８】
電流供給部３ａがダイオード１の順方向へ振動する電流を供給することにより、温度演算部１６がダイオード１での順方向電圧Ｖ3の大きさＶ2からダイオード１の温度を求めることができると同時に、異常判断部２１がダイオード１での順方向電圧Ｖ3の振動から温度検出装置の異常を検出することができる。例えば、ダイオード１の順方向へ振動する電流を供給することにより順方向電圧も振動することになるが、順方向電圧を検出する回路に断線故障などが生じた場合、順方向電圧の振動は無くなるため、温度検出装置の異常を検出することができる。
【００１９】
なお、第１の実施の形態では、振動の波形が、矩形派である場合について説明したが、本発明はこれに限定されること無く、正弦波や三角波などを含む他の波形であっても構わない。
【００２０】
電流供給部３ａが供給する電流は、異常判断部２１が順方向電圧Ｖ3の振動があるか否かから温度検出装置の異常を検出することができる程度の振動であれば、一定の周期で振動しても、不規則な周期で振動しても構わない。
【００２１】
ローパスフィルタ２３や検波回路２４は、ハードウェアとしての電気回路で構成した場合について説明したが、マイコンのアナログ／デジィタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）に入力してソフトウェアとして構成しても構わない。
【００２２】
＜第２の実施の形態＞
[構成]
図３を参照して本発明の第２の実施の形態に係わる温度検出装置の構成を説明する。温度検出装置は、温度検出対象の近傍に配置されたダイオード１と、ダイオード１の順方向へ振動する電流を供給する電流供給部３ｂと、ダイオード１での順方向電圧の大きさからダイオード１の温度を求める温度検出部４と、ダイオード１での順方向電圧の振動から異常を検出する異常検出部５とを備える。
【００２３】
ダイオード１の近傍に温度検出対象としてのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）３８が配置され、図３の制御ユニット２には、スイッチング素子３８を駆動する電圧信号（ＰＷＭ信号）Ｖ5を供給するＳＷ駆動部４５が設けられている。電圧信号Ｖ5は、バッファ４３及び抵抗４４そして端子３６を介してＩＧＢＴ３８のベース極に送信される。ＩＧＢＴ３８は、電圧信号Ｖ5に同期してオン／オフ制御される。なお、ＩＧＢＴ３８と同一チップ３７上にダイオード１が形成されている。ＩＧＢＴ３８のコレクタ極と電源電圧Ｖccの間には、誘導負荷４０及びダイオード３９が並列に接続されている。ＩＧＢＴ３８のエミッタ極には接地電位が印加されている。ＩＧＢＴ３８は、誘導負荷４０をＰＷＭ駆動する。
【００２４】
電圧信号Ｖ5は、インバータ３２により反転されて電圧信号Ｖ1となり、トランジスタ１２のベース極に送信される。図１の発信回路１３の代わりに、ＳＷ駆動部４５が、インバータ３２により反転された電圧信号Ｖ5をトランジスタ１２のベース極に送信している。トランジスタ１２は、電圧信号Ｖ1に同期してオン／オフ制御される。
【００２５】
温度検出部４は、図１のローパスフィルタ２３の代わりにサンプリング回路２３ｂを備える。サンプリング回路２３ｂは、電圧信号Ｖ1に応じてオン／オフ制御されるスイッチ３１と、スイッチ３１と接地電位との間に接続されたキャパシタ１５とを備える。スイッチ３１は電圧信号Ｖ5がハイの時にオン制御され、電圧信号Ｖ5がローの時にオフ制御される。
【００２６】
[動作]
ＳＷ駆動部４５は、電圧信号Ｖ5を出力してＩＧＢＴ３８をオン・オフ制御し、電圧信号Ｖ5を反転した電圧信号Ｖ1をトランジスタ１２のベース電極に供給する。ＩＧＢＴ３８をオン制御する時にトランジスタ１２もオン制御され、ダイオード１へ順方向の電流が流れる。ＩＧＢＴ３８をオフ制御する時にトランジスタ１２もオフ制御され、ダイオード１へ順方向の電流は流れない。
【００２７】
ダイオード１の順方向に電流が流れる時、図４に示すように、ダイオード１には温度に応じた電圧（順方向電圧）が加わり、電圧信号Ｖ3として温度検出部４及び異常検出部５へそれぞれ送信される。電流がダイオード１の順方向に流れない時、順方向電圧Ｖ3はほぼ零となる。したがって、第２の実施の形態では、振動する順方向電圧Ｖ3の振幅が順方向電圧の大きさに相当する。
【００２８】
サンプリング回路２３ｂは、図４に示すように、電圧信号Ｖ3から交流成分を取り除いた電圧信号Ｖ2を生成し、温度演算部１６へ送信する。ここでは、ダイオード１がオン制御されている時スイッチ３１もオン状態であるため、サンプリング回路２３ｂは、順方向電圧Ｖ3をキャパシタ１５に供給する。ダイオード１がオフ制御されている時スイッチ３１もオフ状態であるため、キャパシタ１５は順方向電圧Ｖ3を保持する。したがって、サンプリング回路２３ｂが電圧信号Ｖ3の極大値（波高値）を電圧信号Ｖ2として出力することになる。温度演算部１６は、予め用意した順方向電圧と温度の関係から、電圧信号Ｖ2からダイオード１の温度を演算し、これを温度検出対象としてのＩＧＢＴ３８の温度とする。
【００２９】
一方、検波回路２４は、図４に示すように、電圧信号Ｖ3から直流成分を取り除いた電圧信号Ｖ4を生成し、異常判断部２１へ送信する。異常判断部２１は、電圧信号Ｖ4を監視し、温度検出機能が正常に動作しているか否かを判断する。換言すれば、電圧信号Ｖ4から温度検出装置に異常が発生しているか否かを電圧信号Ｖ4の振動の有無から判断する。なお、電圧信号Ｖ4は、抵抗１７及び抵抗１８で決まる電位を中心とする信号である。
【００３０】
例えば、図４に示すように、ＩＧＢＴ３８の温度が時間と共に上昇していく状況において、順方向電圧を示す電圧信号Ｖ3の振幅は、徐々に小さくなっていく。ここで時刻ｔ3に、端子３４で断線故障が発生した場合、キャパシタ１５には電源電圧Ｖccに近い電圧が保持される。よって、電圧信号Ｖ2は、時刻ｔ3を境に時間と共に上昇し始める。よって、電圧信号Ｖ2のみをモニタしている場合、ＩＧＢＴ３７の温度が低下しているものと誤認してしまう。
【００３１】
しかし、電圧信号Ｖ3が交流成分（振幅）を持たなくなるため、電圧信号Ｖ2と同様に電圧信号Ｖ4もまた時刻ｔ3を境にして、振幅を持たなくなってしまう。異常判断部２１は、この電圧信号Ｖ4の変化を温度検出機能の故障であると判断して警告を発する。具体的には、電圧信号Ｖ4の振動が無くなった時刻ｔ3から一定の期間ｔfail後の時刻ｔ4までの間に電圧信号Ｖ4の立上り或いは立下りの何れもが検出されない場合、故障であると判断して警告を発する。
【００３２】
以上説明したように、スイッチング素子３８を駆動する信号に同期してダイオード１へ供給する電流をオン／オフ制御することにより、電流供給部３ｂが供給する電流を振動させる手段として別途、発振回路を設ける必要がなくなり、回路規模やコストの増大を抑えながら温度検出装置を構成することができる。
【００３３】
上記のように、本発明は、２つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる温度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の温度検出装置の動作における各電圧信号の変動を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる温度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図３の温度検出装置の動作における各電圧信号の変動を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３５】
１…ダイオード
２…制御ユニット
３ａ、３ｂ…電流供給部
４…温度検出部
５…異常検出部
１１、１４、１７、１８、４４…抵抗
１２…トランジスタ
１３…発信回路
１５、１９…キャパシタ
１６…温度演算部
２０、４３…バッファ
２１…異常判断部
２２…制御装置
２３…ローパスフィルタ
２３ｂ…サンプリング回路
２４…検波回路
３１…スイッチ
３２…インバータ
３４、３６…端子
３７…チップ
３８…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
３９…ダイオード
４０…誘導負荷
４５…ＳＷ駆動部
【図１】
2007057354.tif 000003
【図２】
2007057354.tif 000004
【図３】
2007057354.tif 000005
【図４】
2007057354.tif 000006