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JP4935889B2 - Driving device for power conversion circuit - Google Patents
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Description

本発明は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置に関する。   The present invention is a series connection body of a high-potential side switching element and a low-potential side switching element, and a series connection body in which an inductor is connected to these connection points, and the high-potential side and low-potential side switching elements. A reflux mode determining means that is applied to a power conversion circuit including a freewheel diode connected in parallel to at least one of the switching elements, and that determines whether the current is a reflux mode in which a current flows through the freewheel diode; It is related with the drive device of a power converter circuit provided with the prohibition means which prohibits ON operation of the switching element connected in parallel with the freewheel diode judged as.

直流電源の各端子と回転機の端子とを接続する高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の直列接続体を備えて構成される電力変換回路(インバータ)が周知である。また、インバータは、上記スイッチング素子の入出力端子に並列接続されたフリーホイールダイオードを備えている。ここで、回転機に正弦波形状の電流を流すべく高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子を操作するに際しては、これら高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子を交互にオン状態およびオフ状態とすることで、これら一対のスイッチング素子を相補的に駆動する手法が一般に用いられている。   2. Description of the Related Art A power conversion circuit (inverter) including a series connection body of a high-potential side switching element and a low-potential side switching element that connects each terminal of a DC power supply and a terminal of a rotating machine is well known. The inverter includes a free wheel diode connected in parallel to the input / output terminal of the switching element. Here, when operating the high-potential side switching element and the low-potential side switching element to flow a sinusoidal current to the rotating machine, the high-potential side switching element and the low-potential side switching element are alternately switched. Generally, a method of driving the pair of switching elements in a complementary manner by turning them on and off is generally used.

一方、インバータのスイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられることがある。また、近年では、こうしたインバータを構成する半導体素子として、フリーホイールダイオードがIGBTと同一基板上に併設されたいわゆるダイオード内蔵型IGBTが提案されている。   On the other hand, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) may be used as the switching element of the inverter. In recent years, a so-called diode built-in IGBT in which a free wheel diode is provided on the same substrate as the IGBT has been proposed as a semiconductor element constituting such an inverter.

上記IGBTはコレクタからエミッタへと進む方向を順方向とするものであるため、逆側には電流が流れない。このため、インバータの一対のスイッチング素子が相補的に駆動される場合、上記正弦波形状の電流の流通方向によっては、オン状態とされているスイッチング素子に電流が流れないことがある。そしてこの場合、これに逆並列に接続されたフリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードとなる。   Since the IGBT has a forward direction from the collector to the emitter, no current flows on the reverse side. For this reason, when a pair of switching elements of the inverter are driven in a complementary manner, depending on the flow direction of the sine wave current, the current may not flow to the switching element that is in the on state. And in this case, it becomes a recirculation mode in which an electric current flows into the freewheel diode connected to this in antiparallel.

ところで、上記ダイオード内蔵型IGBTにおいては、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際の電圧降下量が、IGBTのゲートに電圧が印加されることで増大することが知られている。このため、スイッチング素子を相補的に操作する場合には、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる際のフリーホイールダイオードによる電力損失が大きくなり、ひいてはダイオード内蔵型IGBTの発熱量が多くなるおそれがある。   By the way, in the diode built-in IGBT, it is known that the amount of voltage drop when a forward current flows through the freewheeling diode increases when a voltage is applied to the gate of the IGBT. For this reason, when the switching elements are operated in a complementary manner, the power loss due to the freewheeling diode when the forward current flows through the freewheeling diode increases, and as a result, the amount of heat generated by the diode built-in IGBT may increase. .

そこで従来、例えば下記特許文献1に見られるように、フリーホイールダイオードに電流が流れることを検出する場合、上記相補的な操作によるオン操作指令にかかわらず、スイッチング素子を強制的にオフ状態とすることも提案されている。具体的には、フリーホイールダイオードと同一の半導体基板上に微小な電極を備え、フリーホイールダイオードに流れる電流の数千分の1から1万分の1程度の微少電流を上記電極から取り出す。そして、この微少電流に基づき、フリーホイールダイオードに電流が流れたと判断される場合に、スイッチング素子を強制的にオフ状態とする。これにより、電力損失の増大を抑制することができる。   Therefore, conventionally, for example, as can be seen in Patent Document 1 below, when detecting that a current flows through a freewheel diode, the switching element is forcibly turned off regardless of the on-operation command by the complementary operation. It has also been proposed. Specifically, a minute electrode is provided on the same semiconductor substrate as the free wheel diode, and a minute current of about one thousandth to one tenth of the current flowing through the freewheel diode is taken out from the electrode. Then, when it is determined that a current flows through the free wheel diode based on the minute current, the switching element is forcibly turned off. Thereby, an increase in power loss can be suppressed.

特開2008−72848号公報JP 2008-72848 A

ところで、上記微少電流に基づきフリーホイールダイオードに流れる電流を検出する場合、その検出精度を高くすることが困難である。このため、フリーホイールダイオードに流れる電流が大きくならない限り、スイッチング素子を強制的にオフすることが困難となる。   By the way, when detecting the current flowing through the free wheel diode based on the minute current, it is difficult to increase the detection accuracy. For this reason, it becomes difficult to forcibly turn off the switching element unless the current flowing through the freewheeling diode increases.

なお、上記還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する処理が困難となるのは、ダイオード内蔵型IGBTに限らない。   It is not limited to the diode built-in IGBT that makes it difficult to turn on the switching element connected in parallel to the freewheeling diode determined to be in the reflux mode.

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、還流モードとなるフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作をより適切に禁止することのできる電力変換回路の駆動装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion circuit that can more appropriately inhibit an on-operation of a switching element connected in parallel to a freewheel diode that is in a reflux mode. It is in providing the drive device of.

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effect thereof will be described.

請求項1記載の発明は、高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置において、前記還流モード判断手段は、前記インダクタを流れる電流を検出すべく前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の接続点よりも前記インダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段の出力のみから取得される電流情報に基づき、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断することを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a series connection body of a switching element on the high potential side and a switching element on the low potential side, and a series connection body in which an inductor is connected to these connection points; Applying to a power conversion circuit including a freewheeling diode connected in parallel to at least one of the low potential side switching elements, a recirculation mode determining means for determining whether or not the freewheeling diode is in a recirculation mode. And a driving means for a power conversion circuit comprising a prohibiting means for prohibiting an ON operation of a switching element connected in parallel to the freewheeling diode determined to be in the return mode, wherein the return mode determination means is configured to output a current flowing through the inductor. The high-potential side switching element and the low-potential side switching element to be detected Based on current information acquired only from the output of the means for detecting the current flowing through the electrical path on the inductor side from the connection point, it is determined whether or not it is a reflux mode in which a current flows through the free wheel diode. And

高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子の接続点よりもインダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段を用いて還流モードの有無を判断する場合、判断に際して遅延が生じる。このため、フリーホイールダイオードと同一の基板上に電極を形成してこの電極から出力される微少電流を用いる場合と比較して、遅延によるハンディが生じるとも考えられる。これに対し、発明者らは、上記微少電流の精度に起因した還流モードの判断精度の低下の方が、上記遅延による還流モードの判断精度の低下よりも大きくなりやすいことを見出した。これは、禁止処理を適切に行なう上で上記電流を検出する手段を用いた方が有利であることを意味する。上記発明では、この点に鑑み、上記手段を用いる。   When the presence / absence of the return mode is determined using means for detecting the current flowing through the electrical path on the inductor side relative to the connection point between the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side, a delay occurs in the determination. For this reason, it is considered that a handicap due to delay occurs as compared with a case where an electrode is formed on the same substrate as the free wheel diode and a minute current output from this electrode is used. On the other hand, the inventors have found that the decrease in the determination accuracy of the return mode due to the accuracy of the minute current is likely to be greater than the decrease in the determination accuracy of the return mode due to the delay. This means that it is more advantageous to use the means for detecting the current for appropriately performing the prohibition process. In view of this point, the above-described means is used in the above invention.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方と、該少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとは、同一半導体基板に併設されていることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein at least one of the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side and the freewheel diode connected in parallel to the at least one are: They are provided on the same semiconductor substrate.

上記フリーホイールダイオードは、スイッチング素子がオフ状態である場合と比較してオン状態である場合の方が、導通損失が大きくなる。このため、上記禁止手段の利用価値が特に大きい。   The freewheeling diode has a higher conduction loss when the switching element is in the on state than when the switching element is in the off state. For this reason, the utility value of the prohibition means is particularly great.

請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、前記還流モード判断手段は、前記検出する手段の出力から把握される電流と閾値電流との比較に基づき前記還流モードであるか否かを判断するものであり、前記閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the reflux mode determination means is in the reflux mode based on a comparison between a current grasped from an output of the means for detecting and a threshold current. The threshold current is set on the side where the forward current flows to the free wheel diode which is the determination target of the reflux mode, rather than zero.

上記検出する手段の出力に基づき、還流モードの有無を判断し、これに基づきスイッチング素子のオン操作を禁止する処理を行なうには、処理時間を要する。このため、実際の禁止処理は、この処理時間だけ遅延したものとなるおそれがある。ここで、還流モードである状態から還流モードでない状態に移行する場合、この移行の判断に基づき禁止を解除する処理が遅れると、禁止手段によってスイッチング素子がオフされることで、スイッチング素子に電流を流すべきときに電流を流すことができない事態に陥る。この点、上記発明では、上記閾値電流を、フリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することで、禁止手段による禁止の解除が還流モードである状態から還流モードでない状態に移行するタイミングよりも遅れることを回避することができる。   It takes a processing time to determine whether or not the reflux mode is present based on the output of the detecting means, and to perform the process of prohibiting the ON operation of the switching element based on this. For this reason, the actual prohibition process may be delayed by this processing time. Here, when transitioning from the reflux mode to the non-reflux mode state, if the process of canceling the prohibition is delayed based on the determination of the transition, the switching element is turned off by the prohibiting means, so that a current is supplied to the switching element. It falls into a situation where it is not possible to pass current when it should flow. In this regard, in the above invention, the threshold current is set to the side where the forward current flows in the free wheel diode, so that the release of the prohibition by the prohibiting means shifts from the reflux mode to the non-reflux mode. Can also be avoided.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記還流モード判断手段は、任意のフリーホイールダイオードが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合の前記閾値電流と、前記還流モードから前記還流モードにない状態に移行する場合の前記閾値電流とを相違させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the recirculation mode determination means includes the threshold current when the arbitrary freewheeling diode is not in the recirculation mode, and the recirculation mode. The threshold current in the case of shifting to the state not in the reflux mode from is different from the threshold current.

上記発明では、還流モードである旨の判断と還流モードにない旨の判断とが頻繁に入れ替わるハンチング現象を回避することができる。このため、禁止手段による禁止処理およびその解除が高周波で繰り返される事態を好適に回避することができる。   In the above-described invention, it is possible to avoid the hunting phenomenon in which the determination that the current mode is the reflux mode and the determination that the current mode is not the current mode are frequently switched. For this reason, the situation where the prohibition process by the prohibition means and the cancellation thereof are repeated at a high frequency can be suitably avoided.

請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、当該駆動装置は、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を入力して、これらを駆動するものであり、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号は、オン状態およびオフ状態が交互に切り替わる相補信号であり、前記禁止手段は、前記操作信号を入力し、前記還流モード判断手段による判断結果に基づき前記操作信号が前記スイッチング素子のオン操作指令を示すものである場合にこれをオフ操作指令に補正して出力するハードウェア手段であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the driving device includes an operation signal for the switching element on the high potential side and an operation signal for the switching element on the low potential side. And the operation signal of the switching element on the high potential side and the operation signal of the switching element on the low potential side are complementary signals in which the on state and the off state are alternately switched, The prohibiting unit inputs the operation signal, and corrects the operation signal to an off operation command when the operation signal indicates an on operation command of the switching element based on a determination result by the reflux mode determination unit, and outputs it It is the hardware means to do.

上記発明では、相補信号を生成する手段の演算負荷を増加させることなく、禁止手段の処理を実行することができる。   In the above invention, the processing of the prohibiting means can be executed without increasing the calculation load of the means for generating the complementary signal.

請求項6記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記インダクタは、回転機に搭載されるものであり、前記回転機の制御量を制御すべく前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を生成して出力する処理をソフトウェア処理として行なうソフトウェア処理手段を更に備え、前記還流モード判断手段および前記禁止手段は、前記ソフトウェア処理手段によって構成されるものであることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the inductor is mounted on a rotating machine, and the high amount is controlled to control a control amount of the rotating machine. Software processing means for performing processing for generating and outputting an operation signal for the switching element on the potential side and an operation signal for the switching element on the low potential side as software processing, the reflux mode determination means and the prohibiting means, It is characterized by comprising software processing means.

請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記インダクタは、車載主機としての回転機に搭載されるものであり、前記禁止手段および前記還流モード判断手段は、前記主機を備えて構成される高電圧システムに対して絶縁された低電圧システムを構成することを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the inductor is mounted on a rotating machine as an in-vehicle main machine, and the prohibition means and the reflux mode determination are performed. The means constitutes a low voltage system insulated from a high voltage system configured with the main machine.

相電流の検出手段は、通常、回転機と電力変換回路とを接続する電気経路とは絶縁されている。このため、上記発明において、例えば上記請求項5の発明特定事項を有する場合、相補信号を生成する手段が低電圧システムを構成するなら、上記検出する手段の出力信号を伝播する経路に絶縁手段を設ける必要がない。   The phase current detection means is normally insulated from the electrical path connecting the rotating machine and the power conversion circuit. For this reason, in the above invention, for example, when the invention has the specific matters of claim 5, if the means for generating the complementary signal constitutes a low voltage system, the insulating means is provided in the path for propagating the output signal of the means for detecting. There is no need to provide it.

第1の実施形態にかかるシステム構成図。1 is a system configuration diagram according to a first embodiment. FIG. 同実施形態にかかるIGBTおよびフリーホイールダイオードの断面構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of IGBT and freewheel diode concerning the embodiment. センス端子の出力電流のばらつきを示す図。The figure which shows the dispersion | variation in the output current of a sense terminal. 同実施形態にかかる還流モードの判断手法を示すタイムチャート。The time chart which shows the judgment method of the recirculation | reflux mode concerning the embodiment. 上記実施形態にかかる遮断回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of the interruption | blocking circuit concerning the said embodiment. 第2の実施形態にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning 2nd Embodiment. 上記実施形態の変形例にかかるシステム構成図。The system block diagram concerning the modification of the said embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる電力変換回路の制御装置をハイブリッド車に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a control device for a power conversion circuit according to the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態のシステム構成を示す。図示されるように、車載主機としてのモータジェネレータ10は、インバータIVを介して高電圧バッテリ12に接続されている。インバータIVは、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体が3つ並列接続されて構成されている。そして、これら各パワースイッチング素子Swpおよびパワースイッチング素子Swnの接続点が、モータジェネレータ10の各相にそれぞれ接続されている。なお、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnのそれぞれの入出力端子間(コレクタおよびエミッタ間)には、高電位側のフリーホイールダイオードFDpおよび低電位側のフリーホイールダイオードFDnのカソードおよびアノードが接続されている。   FIG. 1 shows the system configuration of this embodiment. As shown in the figure, a motor generator 10 as an in-vehicle main machine is connected to a high voltage battery 12 via an inverter IV. The inverter IV is configured by connecting three series-connected bodies of a power switching element Swp on the high potential side and a power switching element Swn on the low potential side in parallel. A connection point between each power switching element Swp and power switching element Swn is connected to each phase of motor generator 10. A high-potential-side freewheel diode FDp and a low-potential-side freewheel are provided between the input / output terminals (between the collector and the emitter) of the high-potential-side power switching element Swp and the low-potential-side power switching element Swn. The cathode and anode of the diode FDn are connected.

一方、制御装置16は、低電圧バッテリ14を電源とするものであり、制御対象としてのモータジェネレータ10の制御量を制御すべく、上記インバータIVを操作する。詳しくは、制御装置16は、電流センサ52,54,56の検出値等に基づき、インバータIVのU相、V相、およびW相のそれぞれについてのパワースイッチング素子Swpを操作する操作信号gup,gvp,gwpと、パワースイッチング素子Swnを操作する操作信号gun,gvn,gwnとを生成し出力する。これにより、パワースイッチング素子Swp,Swnは、それらの導通制御端子(ゲート)に接続されるドライブユニットDUを介して制御装置16により操作される。ちなみに、インバータIVを備える高電圧システムと、制御装置16を備える低電圧システムとは、図示しないフォトカプラ等の絶縁手段によって絶縁されており、上記操作信号は、絶縁手段を介して高電圧システムに出力される。また、電流センサ52,54,56は、その大きさのみならず電流の流通方向を検出可能な手段である。図では、電流センサ52,54,56が低電圧システム側のものである旨記載されているが、これは、電流センサ52,54,56が、モータジェネレータ10およびインバータIV間の電気経路に接触することなく電流を検出する手段であって且つ、絶縁手段を介すことなく制御装置16に接続されているためである。   On the other hand, the control device 16 uses the low-voltage battery 14 as a power source, and operates the inverter IV to control the control amount of the motor generator 10 as a control target. Specifically, the control device 16 operates the operation signals gup, gvp for operating the power switching elements Swp for the U phase, the V phase, and the W phase of the inverter IV based on the detection values of the current sensors 52, 54, 56, and the like. , Gwp and operation signals gun, gvn, gwn for operating the power switching element Swn are generated and output. Thereby, the power switching elements Swp and Swn are operated by the control device 16 via the drive unit DU connected to their conduction control terminals (gates). Incidentally, the high voltage system including the inverter IV and the low voltage system including the control device 16 are insulated by an insulating means such as a photocoupler (not shown), and the operation signal is transmitted to the high voltage system via the insulating means. Is output. The current sensors 52, 54, and 56 are means capable of detecting not only the size but also the direction of current flow. In the figure, it is described that the current sensors 52, 54, and 56 are on the low voltage system side. This is because the current sensors 52, 54, and 56 contact the electric path between the motor generator 10 and the inverter IV. This is because the current is detected without being connected to the control device 16 without passing through the insulating means.

上記パワースイッチング素子Swp,Swnは、いずれも、入力端子および出力端子が一義に定義されており、出力端子から入力端子への電流の流通を阻止するスイッチング素子である。詳しくは、これらは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)にて構成されている。また、パワースイッチング素子Swp,Swnは、その入力端子および出力端子間に流れる電流やフリーホイールダイオードFDp、FDn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STを備えている。センス端子STのこの機能は、IGBTとして、ダイオード内蔵型のものを用いることで可能となったものである。すなわち、本実施形態では、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび高電位側のフリーホイールダイオードFDpは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されており、低電位側のパワースイッチング素子Swnおよび低電位側のフリーホイールダイオードFDnは互いに同一の半導体基板に隣接して形成されている。   Each of the power switching elements Swp and Swn is a switching element that has an input terminal and an output terminal that are uniquely defined and prevents current from flowing from the output terminal to the input terminal. Specifically, these are constituted by insulated gate bipolar transistors (IGBT). The power switching elements Swp and Swn include a sense terminal ST that outputs a minute current having a correlation with a current flowing between the input terminal and the output terminal and a current flowing through the freewheel diodes FDp and FDn. This function of the sense terminal ST is made possible by using a diode built-in type IGBT. That is, in the present embodiment, the high-potential side power switching element Swp and the high-potential side freewheel diode FDp are formed adjacent to each other on the same semiconductor substrate. The free wheel diodes FDn on the side are formed adjacent to the same semiconductor substrate.

図2(a)に、本実施形態にかかるパワースイッチング素子Swp(Swn)およびフリーホイールダイオードFDp(FDn)の断面構成を示す。なお、以下では、パワースイッチング素子Swp、Swnを総括する場合、パワースイッチング素子Swと記載し、フリーホイールダイオードFDp,FDnを総括する場合、フリーホイールダイオードFDと記載する。   FIG. 2A shows a cross-sectional configuration of the power switching element Swp (Swn) and the free wheel diode FDp (FDn) according to the present embodiment. In the following description, the power switching elements Swp and Swn are collectively referred to as the power switching element Sw, and the free wheel diodes FDp and FDn are collectively referred to as the free wheel diode FD.

図示されるように、半導体基板20には、IGBT領域とダイオード領域とが併設されて形成されている。半導体基板20の主面側から裏面側へと伸びる領域は、導電型がN型であるN型領域22となっている。また、半導体基板20の主面側の表層部には、導電型がP型のP型領域24が形成されており、P型領域24内に、上記N型領域22よりも濃い濃度のN型の導電型を有するN型領域26が形成されている。そして、これらP型領域24およびN型領域26には、IGBTのエミッタ端子Eおよびダイオードのアノード端子が接続されている。また、上記P型領域24およびN型領域26上には、ゲート酸化膜28を介してゲート電極30が形成されている。   As illustrated, the semiconductor substrate 20 is formed with an IGBT region and a diode region. A region extending from the main surface side to the back surface side of the semiconductor substrate 20 is an N-type region 22 whose conductivity type is N-type. A P-type region 24 having a P-type conductivity is formed in the surface layer portion on the main surface side of the semiconductor substrate 20, and the N-type having a concentration higher than that of the N-type region 22 in the P-type region 24. An N-type region 26 having the conductivity type is formed. The P-type region 24 and the N-type region 26 are connected to an IGBT emitter terminal E and a diode anode terminal. A gate electrode 30 is formed on the P-type region 24 and the N-type region 26 via a gate oxide film 28.

一方、半導体基板20の裏面側の表層部には、上記N型領域22よりも濃度の濃いN型領域36とP型領域34とが併設されている。ここで、P型領域34は、IGBTのコレクタ領域を構成し、N型領域36は、ダイオードのカソード領域を構成する。なお、これらP型領域34およびN型領域36と上記N型領域22との間には、N型領域22よりも濃度の薄いN型領域32が形成されている。   On the other hand, an N-type region 36 and a P-type region 34 having a concentration higher than that of the N-type region 22 are provided side by side on the back surface side of the semiconductor substrate 20. Here, the P-type region 34 constitutes a collector region of the IGBT, and the N-type region 36 constitutes a cathode region of the diode. An N-type region 32 having a concentration lower than that of the N-type region 22 is formed between the P-type region 34 and the N-type region 36 and the N-type region 22.

図2(b)は、上記半導体基板20の主面側を模式的に示した平面図である。図示されるように、主面側の大部分は、エミッタ領域であり、これよりも小さい領域として、ゲート領域やセンス電極38が形成されている。ここで、実際のセンス電極38の面積は、エミッタ領域の面積の数千分の1程度とされており、これにより、IGBTやフリーホイールダイオードに流れる電流と相関を有しつつも極微小な電流を出力することが可能となっている。   FIG. 2B is a plan view schematically showing the main surface side of the semiconductor substrate 20. As shown in the drawing, most of the main surface side is an emitter region, and a gate region and a sense electrode 38 are formed as a region smaller than this. Here, the actual area of the sense electrode 38 is about one thousandth of the area of the emitter region, so that a very small current is correlated with the current flowing through the IGBT and the free wheel diode. Can be output.

上記ドライブユニットDUは、操作信号g(操作信号gup,gvp,gwp,gun,gvn,gwnの総括表記)に応じてパワースイッチング素子Swをオン・オフ操作する機能のみならず、パワースイッチング素子Swの入力端子および出力端子(コレクタおよびエミッタ)間を流れる電流の検出値が過度に大きいと判断される場合、パワースイッチング素子Swを強制的にオフ状態とする機能をも有する。詳しくは、パワースイッチング素子Swのセンス端子STから出力される微少電流に基づき、パワースイッチング素子Swの入力端子および出力端子間に流れる電流が閾値電流Ith以上となると判断される場合に、パワースイッチング素子Swを強制的にオフ状態とする機能を有する。具体的には、これは、図中、W相の上側アームに対応するドライブユニットDUにおいて例示しているように、センス端子STから出力される微少電流による抵抗体40での電圧降下量と、閾値電流Ithに応じた閾値電圧Vthとの大小を比較する手段(コンパレータ42)を備えて行われる。すなわち、このコンパレータ42による大小の比較結果は、操作信号gに応じてパワースイッチング素子Swのゲートの充放電を行なう駆動回路44に取り込まれる。駆動回路44では、パワースイッチング素子Swを流れる電流が閾値電流Ithを超えると判断される場合、操作信号gの指示にかかわらず、パワースイッチング素子Swをオフ状態とする。   The drive unit DU not only has a function of turning on / off the power switching element Sw in accordance with an operation signal g (general notation of the operation signals gup, gvp, gwp, gun, gvn, gwn), but also inputs the power switching element Sw. When the detected value of the current flowing between the terminal and the output terminal (collector and emitter) is determined to be excessively large, the power switching element Sw is also forcibly turned off. Specifically, when it is determined that the current flowing between the input terminal and the output terminal of the power switching element Sw is greater than or equal to the threshold current Ith based on the minute current output from the sense terminal ST of the power switching element Sw, the power switching element It has a function of forcibly turning off Sw. Specifically, as illustrated in the drive unit DU corresponding to the W-phase upper arm in the drawing, this is the amount of voltage drop in the resistor 40 due to the minute current output from the sense terminal ST, and the threshold value. This is performed by means (comparator 42) for comparing the magnitude with the threshold voltage Vth corresponding to the current Ith. That is, the result of the comparison by the comparator 42 is taken into the drive circuit 44 that charges and discharges the gate of the power switching element Sw in accordance with the operation signal g. In the drive circuit 44, when it is determined that the current flowing through the power switching element Sw exceeds the threshold current Ith, the power switching element Sw is turned off regardless of the instruction of the operation signal g.

ところで、制御装置16は、CPU16aを備えてソフトウェア処理により操作信号gを生成する。このため、パワースイッチング素子Swに電流が流れず、これに並列接続されるフリーホイールダイオードFDに電流が流れる還流モードであるか否かを判断して操作信号gを生成したのではCPU16aの演算負荷が過大となる。このため、制御装置16では、還流モードであるか否かにかかわらず、高電位側のパワースイッチング素子Swpと低電位側のパワースイッチング素子Swnとを交互にオン・オフする相補信号として操作信号gを生成する。   By the way, the control device 16 includes a CPU 16a and generates an operation signal g by software processing. For this reason, if the operation signal g is generated by determining whether or not it is a reflux mode in which no current flows in the power switching element Sw and current flows in the free wheel diode FD connected in parallel thereto, the calculation load of the CPU 16a Becomes excessive. For this reason, the control device 16 operates the operation signal g as a complementary signal for alternately turning on and off the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn regardless of whether or not the return mode is set. Is generated.

ただし、上記のようにパワースイッチング素子Swとしてダイオード内蔵型のIGBTを用いる場合、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる還流モードにおいてこれに並列接続されるパワースイッチング素子Swがオン状態となると、電力損失が増加する。このため、還流モードであると判断される場合に、操作信号gのオン操作指令をキャンセルする機能を搭載することが望まれる。ここで、還流モードである場合にパワースイッチング素子Swをオフする処理を迅速に行なううえで、センス端子STの出力を利用し、ドライブユニットDU内で操作信号gのオン操作指令をキャンセルすることが有効とも考えられる。これは、電流センサ52,54,56の出力を利用したのでは、操作信号gのオン操作指令をキャンセルするまでに遅延が生じるからである。しかし、センス端子STの出力する微少電流は、パワースイッチング素子Swの入力端子および出力端子間を流れる電流を表現する精度が低い。図3に、上記抵抗体40による電圧降下量(シャント抵抗電圧)と、フリーホイールダイオードFDを流れる順方向電流(還流電流)との関係を示す。詳しくは、パワースイッチング素子Swのゲートおよびエミッタ間の電圧Vgeが「0V」である場合と「15V」である場合とのそれぞれについて、フリーホイールダイオードFDの温度が「−40°C」、「27°C」および「150°C」である際の関係を示す。図示されるように、抵抗体40の電圧降下量は、電圧Vgeや温度に応じて大きく変動する。このため、例えば図に示す閾値電圧Vth以上となることで還流モードであると判断する場合、電圧Vgeや温度の条件によっては、フリーホイールダイオードFDに流れる電流がかなり大きくなっているおそれがある。   However, in the case where the diode built-in type IGBT is used as the power switching element Sw as described above, when the power switching element Sw connected in parallel to the freewheeling diode FD is turned on in the reflux mode, the power loss is reduced. To increase. For this reason, when it is judged that it is in recirculation mode, it is desirable to mount the function which cancels the ON operation command of operation signal g. Here, in order to quickly perform the process of turning off the power switching element Sw in the reflux mode, it is effective to use the output of the sense terminal ST and cancel the ON operation command of the operation signal g in the drive unit DU. You might also say that. This is because if the outputs of the current sensors 52, 54, and 56 are used, a delay occurs until the ON operation command of the operation signal g is canceled. However, the minute current output from the sense terminal ST has low accuracy in expressing the current flowing between the input terminal and the output terminal of the power switching element Sw. FIG. 3 shows the relationship between the voltage drop (shunt resistance voltage) caused by the resistor 40 and the forward current (return current) flowing through the freewheel diode FD. Specifically, the temperature of the freewheeling diode FD is “−40 ° C.”, “27” for each of the case where the voltage Vge between the gate and the emitter of the power switching element Sw is “0 V” and “15 V”. The relationship when “° C.” and “150 ° C.” is shown. As shown in the figure, the voltage drop amount of the resistor 40 varies greatly depending on the voltage Vge and the temperature. Therefore, for example, when it is determined that the current mode is the reflux mode when the threshold voltage Vth is equal to or higher than the threshold voltage Vth shown in the figure, the current flowing through the freewheel diode FD may be considerably increased depending on the voltage Vge and temperature conditions.

また、電圧Vgeや温度に応じて閾値電圧Vthの可変設定によってこうした事態を解消することは、電圧Vgeおよび温度に応じた電圧降下量自体が個体差によってばらつきを生じるために困難である。このため、フリーホイールダイオードFDを流れる電流量が少ない還流モードへの移行直後にあっては、還流モードであることを判断することができない。これは、電力損失が大きくなることを意味する。   Moreover, it is difficult to eliminate such a situation by variably setting the threshold voltage Vth according to the voltage Vge and the temperature because the voltage drop amount according to the voltage Vge and the temperature itself varies due to individual differences. For this reason, it is not possible to determine that the current mode is the reflux mode immediately after the transition to the reflux mode in which the amount of current flowing through the freewheel diode FD is small. This means that power loss increases.

そこで本実施形態では、センス端子STの出力を利用する代わりに、電流センサ52,54,56の出力を利用して還流モードであるか否かを判断し、この判断結果に応じて操作信号gのオン操作指令を補正する。具体的には、こうした処理を行なう専用のハードウェア手段としての遮断回路50を備え、制御装置16の操作信号gを一旦遮断回路50に入力した後、遮断回路50からドライブユニットDUに出力する。   Therefore, in this embodiment, instead of using the output of the sense terminal ST, it is determined whether the current mode is the reflux mode using the output of the current sensors 52, 54, 56, and the operation signal g is determined according to the determination result. Correct the ON operation command. Specifically, a cutoff circuit 50 as dedicated hardware means for performing such processing is provided, and an operation signal g of the control device 16 is once input to the cutoff circuit 50 and then output from the cutoff circuit 50 to the drive unit DU.

図4に、遮断回路50の行なう処理を示す。ちなみに、電流の符号は、インバータIV側からモータジェネレータ10側に流れる側を正としている。   FIG. 4 shows a process performed by the cutoff circuit 50. Incidentally, the sign of the current is positive on the side flowing from the inverter IV side to the motor generator 10 side.

図示されるように、本実施形態では、インバータIV側からモータジェネレータ10側へと進む方向を正として、モータジェネレータ10を流れる1の相の電流が閾値電流IHn(>0)以上となることで、その相の下側アームが還流モードであると判断し、1の相の電流が閾値電流IHp(<0)以下となることで、その相の上側アームが還流モードであると判断する。また、モータジェネレータ10を流れる1の相の電流が閾値電流ILn(>0)以下となることで、その相の下側アームが還流モードでない状態に移行したと判断し、1の相の電流が閾値電流ILp(<0)以上となることで、その相の上側アームが還流モードでない状態に移行したと判断する。ここで、閾値電流ILn,ILpは、いずれも電流センサ52,54,56の出力に基づき還流モードでない状態と判断されてから、操作信号gのオン操作指令のキャンセル処理が実際に解除されるまでに生じる遅延時間を考慮して設定されるものである。これに対し、上記閾値電流ILn,ILpをゼロとする場合には、遅延に起因して還流モードでないにもかかわらずオン操作指令がキャンセルされる事態が生じるおそれがある。   As shown in the figure, in the present embodiment, the direction of traveling from the inverter IV side to the motor generator 10 side is positive, and the current of one phase flowing through the motor generator 10 is greater than or equal to the threshold current IHn (> 0). The lower arm of the phase is determined to be in the reflux mode, and when the current of one phase is equal to or less than the threshold current IHp (<0), it is determined that the upper arm of the phase is in the reflux mode. Further, when the current of one phase flowing through the motor generator 10 is equal to or less than the threshold current ILn (> 0), it is determined that the lower arm of the phase has shifted to a state other than the reflux mode, and the current of the one phase is When the threshold current ILp (<0) or more is reached, it is determined that the upper arm of the phase has shifted to a state other than the reflux mode. Here, the threshold currents ILn and ILp are all determined to be not in the reflux mode based on the outputs of the current sensors 52, 54 and 56, and until the cancel processing of the ON operation command of the operation signal g is actually canceled. It is set in consideration of the delay time occurring in On the other hand, when the threshold currents ILn and ILp are set to zero, there is a possibility that the on-operation command is canceled due to the delay even though the return mode is not set.

さらに、上述したように、下側アームが還流モードに移行することを判断する閾値電流IHnと還流モードでない状態に移行することを判断する閾値電流ILnとを相違させ、また、上側アームが還流モードに移行することを判断する閾値電流IHpと還流モードでない状態に移行することを判断する閾値電流ILpとを相違させている。これは、ノイズに対する耐性を高めることなどを目的とするものである。すなわち、相電流が非常に小さい状況下、ノイズ等の影響で、還流モードである旨の判断と還流モードでない旨の判断とが頻繁に繰り返される場合、パワースイッチング素子Swが高周波でオン・オフされるおそれがあり、この場合、発熱が増大する。   Further, as described above, the threshold current IHn for determining that the lower arm shifts to the reflux mode is different from the threshold current ILn for determining that the lower arm shifts to the non-reflux mode, and the upper arm is set to the reflux mode. The threshold current IHp for determining the shift to the state is different from the threshold current ILp for determining the shift to the non-return mode. This is intended to increase resistance to noise. That is, when the phase current is very small and the determination that the current mode is the reflux mode and the determination that the current mode is not the current mode are frequently repeated due to noise or the like, the power switching element Sw is turned on / off at a high frequency. In this case, heat generation increases.

ここで、上記閾値電流IHn以上となってから閾値電流ILn以下となるまでの期間や、閾値電流IHp以下となってから閾値電流ILp以上となるまでの期間は、抵抗体40の電圧降下量に基づき還流モードである旨判断される期間よりも長くすることができる。これが、電流センサ52,54,56に基づきオン操作指令のキャンセル処理を行なう理由である。   Here, the voltage drop amount of the resistor 40 is a period from the time when the current is equal to or higher than the threshold current IHn to the time when the current is lower than or equal to the threshold current ILn, It can be made longer than the period during which it is determined that the current mode is the reflux mode. This is the reason for canceling the ON operation command based on the current sensors 52, 54, and 56.

図5に、本実施形態にかかる遮断回路50の構成を示す。   FIG. 5 shows a configuration of the cutoff circuit 50 according to the present embodiment.

図示されるように、電流センサ52によって検出されるU相の電流iu(実際には電圧信号)と基準電源63の基準電圧Vthpとが、ヒステリシスコンパレータ62に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ62の出力信号と、U相上側アームの操作信号gupとがAND回路61に入力され、AND回路61からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gupとして出力される。ここで、ヒステリシスコンパレータ62は、図中下方に示す閾値VHp、VLpを生成するものである。ここで、閾値VHpは、先の図3に示した閾値電流IHpに対応しており、閾値VLpは、閾値電流ILpに対応している。   As illustrated, the U-phase current iu (actually a voltage signal) detected by the current sensor 52 and the reference voltage Vthp of the reference power supply 63 are taken into the hysteresis comparator 62. Then, the output signal of the hysteresis comparator 62 and the operation signal gup for the U-phase upper arm are input to the AND circuit 61, and these logical product signals are output from the AND circuit 61 as the final operation signal gup. Here, the hysteresis comparator 62 generates threshold values VHp and VLp shown in the lower part of the figure. Here, the threshold value VHp corresponds to the threshold current IHp shown in FIG. 3, and the threshold value VLp corresponds to the threshold current ILp.

一方、電流センサ52によって検出されるU相の電流iuと基準電源68の基準電圧Vthnとが、ヒステリシスコンパレータ67に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ67の出力信号と、U相下側アームの操作信号gunとがAND回路66に入力され、AND回路66からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gunとして出力される。ここで、ヒステリシスコンパレータ67は、図中下方に示す閾値VHn、VLnを生成するものである。ここで、閾値VHnは、先の図3に示した閾値電流IHnに対応しており、閾値VLnは、閾値電流ILnに対応している。   On the other hand, the U-phase current iu detected by the current sensor 52 and the reference voltage Vthn of the reference power supply 68 are taken into the hysteresis comparator 67. Then, the output signal of the hysteresis comparator 67 and the operation signal gun of the U-phase lower arm are input to the AND circuit 66, and these AND signals are output from the AND circuit 66 as the final operation signal gun. Here, the hysteresis comparator 67 generates threshold values VHn and VLn shown in the lower part of the figure. Here, the threshold value VHn corresponds to the threshold current IHn shown in FIG. 3, and the threshold value VLn corresponds to the threshold current ILn.

同様に、電流センサ54によって検出されるV相の電流iv(実際には電圧信号)と基準電源73の基準電圧Vthpとが、ヒステリシスコンパレータ72に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ72の出力信号と、V相上側アームの操作信号gvpとがAND回路71に入力され、AND回路71からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gvpとして出力される。また、V相の電流ivと基準電源78の基準電圧Vthnとが、ヒステリシスコンパレータ77に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ77の出力信号と、V相下側アームの操作信号gvnとがAND回路76に入力され、AND回路76からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gvnとして出力される。   Similarly, the V-phase current iv (actually a voltage signal) detected by the current sensor 54 and the reference voltage Vthp of the reference power supply 73 are taken into the hysteresis comparator 72. Then, the output signal of the hysteresis comparator 72 and the operation signal gvp for the V-phase upper arm are input to the AND circuit 71, and these AND signals are output from the AND circuit 71 as the final operation signal gvp. Further, the V-phase current iv and the reference voltage Vthn of the reference power supply 78 are taken into the hysteresis comparator 77. Then, the output signal of the hysteresis comparator 77 and the operation signal gvn of the V-phase lower arm are input to the AND circuit 76, and these AND signals are output from the AND circuit 76 as the final operation signal gvn.

同様に、電流センサ56によって検出されるW相の電流iw(実際には電圧信号)と基準電源83の基準電圧Vthpとが、ヒステリシスコンパレータ82に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ82の出力信号と、W相上側アームの操作信号gwpとがAND回路81に入力され、AND回路81からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gwpとして出力される。また、W相の電流iwと基準電源88の基準電圧Vthnとが、ヒステリシスコンパレータ87に取り込まれる。そして、ヒステリシスコンパレータ87の出力信号と、W相下側アームの操作信号gwnとがAND回路86に入力され、AND回路86からこれらの論理積信号が、最終的な操作信号gwnとして出力される。   Similarly, the hysteresis comparator 82 captures the W-phase current iw (actually a voltage signal) detected by the current sensor 56 and the reference voltage Vthp of the reference power supply 83. Then, the output signal of the hysteresis comparator 82 and the W-phase upper arm operation signal gwp are input to the AND circuit 81, and these AND signals are output from the AND circuit 81 as the final operation signal gwp. Further, the W-phase current iw and the reference voltage Vthn of the reference power supply 88 are taken into the hysteresis comparator 87. Then, the output signal of the hysteresis comparator 87 and the W-phase lower arm operation signal gwn are input to the AND circuit 86, and these AND signals are output from the AND circuit 86 as the final operation signal gwn.

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.

(1)電流センサ52,54,56の出力のみから取得される電流情報に基づき、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる還流モードであるか否かを判断した。これにより、センス端子STの出力電流を電流情報として利用する場合と比較して、還流モードであると判断される領域を拡大することができ、ひいては電力損失を低減することができる。   (1) Based on the current information acquired only from the outputs of the current sensors 52, 54, and 56, it was determined whether or not the current mode is a reflux mode in which a current flows through the freewheel diode FD. Thereby, compared with the case where the output current of the sense terminal ST is used as current information, the region determined to be in the reflux mode can be expanded, and thus power loss can be reduced.

(2)高電位側のパワースイッチング素子SwpおよびフリーホイールダイオードFDpと、低電位側のパワースイッチング素子SwnおよびフリーホイールダイオードFDnとのそれぞれを、同一半導体基板に併設して形成した。これにより、還流モードにおいてパワースイッチング素子Swがオン状態となることで導通損失が大きくなるため、還流モードである場合にパワースイッチング素子Swのオン操作指令をキャンセルする処理の利用価値が特に大きい。   (2) The high-potential side power switching element Swp and the free wheel diode FDp and the low potential side power switching element Swn and the free wheel diode FDn are formed on the same semiconductor substrate. Thereby, since the conduction loss is increased by turning on the power switching element Sw in the reflux mode, the utility value of the processing for canceling the ON operation command of the power switching element Sw is particularly great in the reflux mode.

(3)還流モードであるか否かを判断する閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードFDに順方向電流が流れる側に設定した。これにより、オン操作指令のキャンセル処理の解除が還流モードである状態から還流モードでない状態に移行するタイミングよりも遅れることを回避することができる。   (3) The threshold current for determining whether or not the current mode is the reflux mode is set to a side where the forward current flows to the free wheel diode FD to be determined as the reflux mode from zero. Accordingly, it is possible to avoid delaying the cancellation of the ON-operation command cancel process from the timing of shifting from the state in the reflux mode to the state not in the reflux mode.

(4)フリーホイールダイオードFDが還流モードにない状態から還流モードに移行することを判断する閾値電流IHp、IHnと、還流モードから還流モードにない状態に移行することを判断する閾値電流ILp、ILnとを相違させた。これにより、オン操作指令のキャンセル処理およびその解除が高周波で繰り返される事態を好適に回避することができる。   (4) Threshold currents IHp and IHn for determining that the freewheeling diode FD shifts from the state not in the return mode to the return mode, and threshold currents ILp and ILn for determining the shift from the return mode to the state not in the return mode And was made different. Thereby, the situation where the cancellation process of the ON operation command and the cancellation thereof are repeated at a high frequency can be suitably avoided.

(5)制御装置16においてソフトウェア処理によって生成された相補信号としての操作信号gのオン操作指令を、ハードウェア手段である遮断回路50によってキャンセルする構成とした。これにより、制御装置16の演算負荷を増加させることなく、キャンセル処理を実行することができる。   (5) The on-operation command of the operation signal g as a complementary signal generated by software processing in the control device 16 is canceled by the cutoff circuit 50 which is hardware means. Thereby, the cancellation process can be executed without increasing the calculation load of the control device 16.

(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。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図6に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図6において、先の図1に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。   FIG. 6 shows a system configuration according to the present embodiment. In FIG. 6, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for convenience.

図示されるように、本実施形態では、ハードウェア手段としての遮断回路50を備えない。これに代えて、遮断回路50の機能を、制御装置16のソフトウェア処理によって実現する。   As shown in the figure, this embodiment does not include the cutoff circuit 50 as hardware means. Instead, the function of the cutoff circuit 50 is realized by software processing of the control device 16.

(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。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

<還流モード判断手段について>
・高電位側のフリーホイールダイオードFDpが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流と低電位側のフリーホイールダイオードFDnが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流とを相違させるものとしては、ヒステリシスコンパレータ62,67,72,77,82,87の入力信号のうち閾値を定める側の設定として行なうものに限らない。例えば、閾値との比較対象となる電流側の設定として行なうものであってもよい。これは、電流値を補正したり、この電流値を出力する電流センサの出力自体を調節したりすることで行うことができる。
<About reflux mode judgment means>
A threshold current for determining whether the high-potential-side freewheel diode FDp is in the reflux mode and a threshold current for determining whether the low-potential-side freewheel diode FDn is in the reflux mode The difference is not limited to the setting on the side for determining the threshold value among the input signals of the hysteresis comparators 62, 67, 72, 77, 82, 87. For example, the setting may be performed on the current side to be compared with the threshold value. This can be done by correcting the current value or adjusting the output of the current sensor that outputs this current value.

・1のフリーホイールダイオードFDが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合と還流モードから還流モードにない状態に移行する場合とで、閾値電流を相違させるものに限らない。こうした設定をしなくても上記第1の実施形態の上記(1)の効果等を得ることはできる。   The threshold current is not limited to the case where one free wheel diode FD shifts from the state not in the return mode to the return mode and the case where the free wheel diode FD shifts from the return mode to the state not in the return mode. Even without such setting, the effect (1) of the first embodiment can be obtained.

・高電位側のフリーホイールダイオードFDpが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流と低電位側のフリーホイールダイオードFDnが還流モードであるか否かを判断するための閾値電流とが相違するものに限らない。こうした設定をしなくても上記第1の実施形態の上記(1)の効果等を得ることはできる。   A threshold current for determining whether or not the high-potential-side freewheel diode FDp is in the reflux mode and a threshold current for determining whether or not the low-potential-side freewheel diode FDn is in the reflux mode It is not limited to the difference. Even without such setting, the effect (1) of the first embodiment can be obtained.

<電流センサについて>
上記各実施形態では、電流センサを相毎に設けたがこれに限らない。例えば、2相に設けて且つ、残りの1相の電流はキルヒホッフの法則に基づき算出するようにしてもよい。
<About current sensors>
In each said embodiment, although the current sensor was provided for every phase, it is not restricted to this. For example, it may be provided in two phases and the remaining one-phase current may be calculated based on Kirchhoff's law.

<スイッチング素子について>
IGBTとしては、フリーホイールダイオードが同一半導体基板に併設されたものに限らない。こうしたものでなくても、フリーホイールダイオードFDに電流が流れる場合にはパワースイッチング素子Swpをオン操作しないようにすることで、電力消費量を低減することができる。
<About switching elements>
The IGBT is not limited to one in which free wheel diodes are provided on the same semiconductor substrate. Even if this is not the case, the power consumption can be reduced by not turning on the power switching element Swp when a current flows through the freewheeling diode FD.

パワースイッチング素子Swとしては、IGBTに限らず、例えばパワーMOS型電界効果トランジスタ等であってもよい。この場合、通常、フリーホイールダイオードFDよりもパワーMOS型電界効果トランジスタの方がオン抵抗が小さいため、デッドタイム期間以外には、パワーMOS型電界効果トランジスタに電流が流れると考えられる。ただし、トランジスタの温度が高くなる場合には、フリーホイールダイオードFDによる還流モードとした方がよいことも考えられるため、こうした場合に本発明を適用することもできる。   The power switching element Sw is not limited to the IGBT, and may be a power MOS field effect transistor, for example. In this case, since the on-resistance of the power MOS field effect transistor is usually smaller than that of the free wheel diode FD, it is considered that a current flows through the power MOS field effect transistor except during the dead time period. However, when the temperature of the transistor becomes high, it is conceivable that the freewheel diode FD is set to the reflux mode. Therefore, the present invention can be applied to such a case.

なお、パワースイッチング素子Swとして、MOS型電界効果トランジスタのように入力端子および出力端子の機能が入れ替わることで双方向に電流を流すことが可能なものを用いる場合、高電位側のフリーホイールダイオードFDpおよび低電位側のフリーホイールダイオードFDnのいずれか一方を削除したものに本発明を適用することも可能である。ちなみに、高電位側のパワースイッチング素子Swpと低電位側のパワースイッチング素子Swnとのオン・オフ操作に際してデッドタイム期間が設けられるなら、これらにそれぞれ並列接続されるフリーホイールダイオードが必要であるが、例えば米国特許第7130205号明細書に記載の電力変換回路のようにデッドタイム期間が不要なものもある。   When a power switching element Sw that can flow a current bidirectionally by switching the functions of the input terminal and the output terminal, such as a MOS field effect transistor, is used as the power switching element Sw. It is also possible to apply the present invention to a device in which either one of the free potential diode FDn on the low potential side is deleted. By the way, if a dead time period is provided in the on / off operation of the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn, a free wheel diode connected in parallel to each other is required. For example, some power conversion circuits described in US Pat. No. 7,130,205 do not require a dead time period.

<インダクタについて>
高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの接続点に接続されるインダクタとしては、モータジェネレータ10に搭載されるものに限らない。例えば図7に示されるように、コンバータCVの備えるリアクトルLであってもよい。この図7において、先の図1に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。
<About inductor>
The inductor connected to the connection point between the high-potential side power switching element Swp and the low-potential side power switching element Swn is not limited to that mounted on the motor generator 10. For example, as shown in FIG. 7, the reactor L included in the converter CV may be used. In FIG. 7, members corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals for convenience.

図示されるコンバータCVは、コンデンサCと、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnの直列接続体と、パワースイッチング素子Swpおよびパワースイッチング素子Swnの接続点と高電圧バッテリ12とを接続するリアクトルLとを備えている。ここで、制御装置16は、高電位側のパワースイッチング素子Swpの操作信号gcpと低電位側のパワースイッチング素子Swnの操作信号gcnとを相補信号として生成し、遮断回路50に出力する。遮断回路50は、電流センサ58によって検出されるリアクトルLを流れる電流に基づき、高電位側のパワースイッチング素子Swpおよび低電位側のパワースイッチング素子Swnのうち、還流モードとなる側のオン操作指令をキャンセルする。   The illustrated converter CV includes a capacitor C, a series connection body of a high-potential side power switching element Swp and a low-potential side power switching element Swn, a connection point of the power switching element Swp and the power switching element Swn, and a high-voltage battery. The reactor L which connects 12 is provided. Here, the control device 16 generates the operation signal gcp of the high-potential side power switching element Swp and the operation signal gcn of the low-potential side power switching element Swn as complementary signals and outputs them to the cutoff circuit 50. Based on the current flowing through the reactor L detected by the current sensor 58, the shut-off circuit 50 issues an ON operation command on the high-potential-side power switching element Swp and the low-potential-side power switching element Swn to the reflux mode side. Cancel.

なお、この遮断回路50の機能を上記第2の実施形態のようにソフトウェア処理によって実現してもよい。   Note that the function of the cutoff circuit 50 may be realized by software processing as in the second embodiment.

<その他>
・遮断回路50を、高電圧システムに備えても、上記第1の実施形態の上記(1)の効果等を得ることはできる。
<Others>
Even if the cutoff circuit 50 is provided in a high voltage system, the effect (1) of the first embodiment can be obtained.

・回転機としては、同期機に限らず、例えば誘導機であってもよい。また、3相回転機にも限らない。   -The rotating machine is not limited to a synchronous machine and may be, for example, an induction machine. Moreover, it is not restricted to a three-phase rotating machine.

・電力変換回路としては、ハイブリッド車に搭載されるものに限らず、例えば電気自動車に搭載されるものであってもよい。   -As a power converter circuit, not only what is mounted in a hybrid vehicle, For example, you may mount in an electric vehicle.

10…モータジェネレータ(回転機の一実施形態)、16…制御装置(ソフトウェア処理手段の一実施形態)、50…遮断回路(還流モード判断手段および禁止手段の一実施形態)、Swp,Swn…パワースイッチング素子、FDp、FDn…フリーホイールダイオード。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Motor generator (one Embodiment of a rotary machine), 16 ... Control apparatus (One embodiment of a software processing means), 50 ... Shut-off circuit (One embodiment of a reflux mode judgment means and a prohibition means), Swp, Swn ... Power Switching element, FDp, FDn ... Freewheel diode.

Claims (11)

高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子との直列接続体であって且つこれらの接続点にインダクタが接続される直列接続体と、これら高電位側および低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとを備える電力変換回路に適用され、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断する還流モード判断手段と、該還流モードと判断されたフリーホイールダイオードに並列接続されるスイッチング素子のオン操作を禁止する禁止手段とを備える電力変換回路の駆動装置において、
前記還流モード判断手段は、前記インダクタを流れる電流を検出すべく前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の接続点よりも前記インダクタ側の電気経路を流れる電流を検出する手段の出力のみから取得される電流情報に基づき、前記フリーホイールダイオードに電流が流れる還流モードであるか否かを判断することを特徴とする電力変換回路の駆動装置。
A series connection body of a high-potential side switching element and a low-potential side switching element, wherein an inductor is connected to the connection point, and at least of the high-potential side and low-potential side switching elements Applied to a power conversion circuit including a freewheel diode connected in parallel with one another, a return mode determination means for determining whether or not the return mode in which current flows in the freewheel diode, and the return mode In a drive device for a power conversion circuit comprising a prohibiting means for prohibiting an on operation of a switching element connected in parallel to a freewheel diode,
The recirculation mode determination means is a means for detecting a current flowing through an electric path on the inductor side from a connection point between the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side in order to detect a current flowing in the inductor. A drive device for a power conversion circuit, wherein, based on current information acquired only from an output, it is determined whether or not it is a reflux mode in which a current flows through the freewheeling diode.
前記高電位側のスイッチング素子および前記低電位側のスイッチング素子の少なくとも一方と、該少なくとも一方に並列接続されるフリーホイールダイオードとは、同一半導体基板に併設されていることを特徴とする請求項1記載の電力変換回路の駆動装置。   2. The at least one of the high-potential side switching element and the low-potential side switching element and a free wheel diode connected in parallel to at least one of the switching elements are provided on the same semiconductor substrate. The drive device of the power converter circuit as described. 前記還流モード判断手段は、前記検出する手段の出力から把握される電流と閾値電流との比較に基づき前記還流モードであるか否かを判断するものであり、前記閾値電流を、ゼロよりも還流モードの判断対象となるフリーホイールダイオードに順方向電流が流れる側に設定することを特徴とする請求項1または2記載の電力変換回路の駆動装置。   The recirculation mode determination means is configured to determine whether or not the recirculation mode is based on a comparison between a current grasped from an output of the detecting means and a threshold current, and the threshold current is recirculated from zero. 3. The drive device for a power conversion circuit according to claim 1, wherein the driving device is set on a side where a forward current flows in a free wheel diode which is a mode determination target. 前記還流モード判断手段は、任意のフリーホイールダイオードが還流モードにない状態から還流モードに移行する場合の前記閾値電流と、前記還流モードから前記還流モードにない状態に移行する場合の前記閾値電流とを相違させることを特徴とする請求項3記載の電力変換回路の駆動装置。   The recirculation mode determination means includes the threshold current when an arbitrary freewheeling diode shifts from the state not in the recirculation mode to the recirculation mode, and the threshold current when transitions from the recirculation mode to the state not in the recirculation mode. The drive device for a power conversion circuit according to claim 3, wherein: 当該駆動装置は、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を入力して、これらを駆動するものであり、
前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号は、オン状態およびオフ状態が交互に切り替わる相補信号であり、
前記禁止手段は、前記操作信号を入力し、前記還流モード判断手段による判断結果に基づき前記操作信号が前記スイッチング素子のオン操作指令を示すものである場合にこれをオフ操作指令に補正して出力するハードウェア手段であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。
The drive device inputs the operation signal of the switching element on the high potential side and the operation signal of the switching element on the low potential side, and drives them,
The operation signal for the high-potential side switching element and the operation signal for the low-potential side switching element are complementary signals that are alternately switched between an on state and an off state,
The prohibiting unit inputs the operation signal, and corrects the operation signal to an off operation command when the operation signal indicates an on operation command of the switching element based on a determination result by the reflux mode determination unit, and outputs it 5. The power conversion circuit drive device according to claim 1, wherein the power conversion circuit drive device is a hardware unit that performs the above-described operation.
前記インダクタは、回転機に搭載されるものであり、
前記回転機の制御量を制御すべく前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号を生成して出力する処理をソフトウェア処理として行なうソフトウェア処理手段を更に備え、
前記還流モード判断手段および前記禁止手段は、前記ソフトウェア処理手段によって構成されるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。
The inductor is mounted on a rotating machine,
Software processing means for performing a process of generating and outputting an operation signal of the high-potential side switching element and an operation signal of the low-potential side switching element to control a control amount of the rotating machine as software processing,
5. The power conversion circuit drive device according to claim 1, wherein the reflux mode determination unit and the prohibition unit are configured by the software processing unit. 6.
前記インダクタは、車載主機としての回転機に搭載されるものであり、
前記禁止手段および前記還流モード判断手段は、前記主機を備えて構成される高電圧システムに対して絶縁された低電圧システムを構成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。
The inductor is mounted on a rotating machine as an in-vehicle main machine,
The said prohibition means and the said recirculation | reflux mode judgment means comprise the low voltage system insulated with respect to the high voltage system comprised with the said main machine, The any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The drive device of the power converter circuit as described.
当該駆動装置は、前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号に基づき、これらを駆動するものであり、
前記高電位側のスイッチング素子の操作信号および前記低電位側のスイッチング素子の操作信号は、オン状態およびオフ状態が交互に切り替わる相補信号であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。
The driving device drives these based on the operation signal of the switching element on the high potential side and the operation signal of the switching element on the low potential side,
The operation signal for the high-potential side switching element and the operation signal for the low-potential side switching element are complementary signals in which an ON state and an OFF state are alternately switched. A drive device for a power conversion circuit according to item.
前記少なくとも一方のスイッチング素子は、その入力端子および出力端子間に流れる電流と相関を有する微小電流を出力する端子を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。   The power conversion according to claim 1, wherein the at least one switching element includes a terminal that outputs a minute current having a correlation with a current flowing between the input terminal and the output terminal. Circuit drive device. 前記電力変換回路は、前記電流を検出する手段の出力に基づき制御対象の制御量を制御すべく前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子とのそれぞれに操作信号を出力する出力手段を備える低電圧システムに対して絶縁手段によって絶縁された高電圧システムに搭載され、
前記還流モード判断手段および前記禁止手段は、前記低電圧システムに備えられ、
前記禁止手段は、前記操作信号を入力し、前記還流モード判断手段による判断結果に基づき前記操作信号が前記スイッチング素子のオン操作指令を示すものである場合にこれをオフ操作指令に補正して前記高電圧システムに出力することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。
The power conversion circuit outputs an operation signal to each of the high-potential side switching element and the low-potential side switching element to control the control amount of the control target based on the output of the means for detecting the current Mounted in a high voltage system insulated by means of insulation against a low voltage system comprising means,
The reflux mode determination means and the prohibition means are provided in the low voltage system,
The prohibiting unit inputs the operation signal, and corrects the operation signal to an off operation command when the operation signal indicates an on operation command of the switching element based on a determination result by the reflux mode determination unit. The power conversion circuit drive device according to claim 1, wherein the power conversion circuit drive device outputs to a high voltage system.
前記禁止手段は、前記高電位側のスイッチング素子と前記低電位側のスイッチング素子との接続点から前記インダクタへと流れる電流を正とした場合、前記検出する手段の出力から把握される電流が正の閾値電流以上である期間、前記低電位側のスイッチング素子のオン操作を継続して禁止し、前記把握される電流が負の閾値電流以下である期間、前記高電位側のスイッチング素子のオン操作を継続して禁止することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の電力変換回路の駆動装置。   When the current flowing from the connection point between the switching element on the high potential side and the switching element on the low potential side to the inductor is positive, the prohibiting means is positive when the current grasped from the output of the detecting means is positive. The on-operation of the low-potential side switching element is continuously prohibited for a period of time equal to or greater than the threshold current of the high-voltage side, and the on-operation of the high-potential side switching element is performed for a period of time when the grasped current is equal to or less than the negative threshold current. 11. The drive device for a power conversion circuit according to claim 1, wherein the power conversion circuit is continuously prohibited.
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