JP6468399B2 - 半導体素子の駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電力変換装置を構成する半導体素子を駆動するとともに、保護動作識別機能を有する半導体素子の駆動装置に関する。

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、半導体素子（ＩＧＢＴ等のパワートランジスタ）とその駆動回路とともに、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、このような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定めたパルス幅のアラーム信号を外部出力する判別回路（出力回路）をインテリジェント・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の図３参照）。

このようなアラーム信号を出力する判別回路を備えることで、駆動装置を制御する制御装置側、例えば、インバータ制御装置ではアラーム信号のパルス幅を検出することで半導体素子に生じた異常の種別を判別することができる（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、上記のようにアラーム信号を出力するだけでは、半導体素子の異常が解消されても、これを検出することができないという問題を含んでいる。そこで、本出願人は、先に上記不具合を回避し、また一般的にはパルス信号列として出力されるアラーム信号の判別および異常解消の検出を容易化する半導体素子の駆動装置を提唱した（特許文献３を参照）。

この半導体素子の駆動装置は、最初に異常を検出した検出回路の出力に応じて、異常検出開始時にアラーム信号の１パルス分だけローレベルとなる電圧を出力してから高レベルに復帰するとともに、異常検出信号の出力が停止したときに一定期間に亘って出力回路の信号出力レベルを保護解除を表す中レベルに変更するものである。
このような出力回路の信号出力レベルを変更することで、複数のアラーム信号の判別の容易化に加え、半導体素子の異常が解消されたときすなわち保護動作の終了時を検出することができる。

特開平１１−１７５０８号公報 特開２０１６−５２１７８号公報 特開２０１４−１０３８２０号公報

特許文献３で提唱した半導体素子の駆動装置によれば、出力信号を監視することにより、保護動作開始時の保護動作種別と保護動作解除とを検出することができる。しかしながら、出力信号が保護動作種別を表す低レベルから高レベルに復帰してから中レベルとなる保護動作解除信号が出力されるまでの間は、出力信号が高レベルを維持する。したがって、この期間では、出力信号を検出するだけでは、保護動作状態であるか否かを判断できない。
本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、駆動装置から出力されるアラーム信号を監視することにより、保護動作状態であるか否かを容易に判別できる半導体素子の駆動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の半導体素子の駆動装置の一態様は、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する複数の検出部と、複数の検出部で保護動作に必要な情報を検出したときに、これら複数の検出部毎に異なるパルス幅の保護信号を生成する保護信号生成部と、複数の検出部の何れかで保護動作に必要な情報を検出している間保護状態信号を生成する保護状態監視部と、保護信号及び保護状態信号が入力されたときに第１レベルから第２レベルに状態変化し、前記保護信号の入力が停止されたときに、第１レベル及び第２レベル間の中間レベルとなるアラーム信号を出力する信号出力部とを備えている。

本発明の一態様によれば、アラーム信号の第１レベルのパルス幅を検出することで半導体素子に生じた保護動作の種別を容易に判別できる。また、アラーム信号の第２レベルを検出することで、保護動作状態を継続していることを判別することができる。

本発明が適用される電力変換装置の全体的な概略構成を示すブロック図である。 ドライバ回路の概略構成を示すブロック図である。 保護信号生成部から出力される保護信号を示す信号波形図である。 本実施形態の動作の説明に供する信号波形図である。

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明が適用される電力変換装置の全体的な概略構成を示すブロック図であるこの図１において、電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するインバータ２とこのインバータ２を構成する各相（Ｕ相〜Ｚ相）の半導体素子を個別に駆動する半導体素子の駆動装置としての各相ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚとを備えている。
インバータ２は、６個の半導体素子としてのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１〜１６を有する。
これらＩＧＢＴ１１〜１６は、直流電源に接続されて直流電力が供給される正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に、ＩＧＢＴ１１及び１２の直列回路、ＩＧＢＴ１３及び１４の直列回路並びにＩＧＢＴ１５及び１６の直列回路がそれぞれ並列に接続されている。ここで、各ＩＧＢＴ１１〜１６には、フリーホイールダイオード２１〜２６が逆並列に接続されている。

また、ＩＧＢＴ１１、１３及び１５がそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相とされて上アームＵＡが構成されている。また、ＩＧＢＴ１２、１４及び１６がそれぞれＸ相、Ｙ相及びＺ相とされて下アームＬＡが構成されている。さらに、ＩＧＢＴ１１及び１２の接続点、ＩＧＢＴ１３及び１４の接続点並びにＩＧＢＴ１５及び１６の接続点から三相交流電力が出力されている。この三相交流電力が、電動モータ等の交流負荷４に供給されている。
ＩＧＢＴ１１〜１６は、図２に示すように、チップ１７内に配設されている。このチップ１７内には、ＩＧＢＴ１ｉ（ｉ＝１〜６）のコレクタ及びエミッタ間を流れる電流を検出する電流センス用ＩＢＧＴや電流センス抵抗で構成される電流センサ１８と、チップ内温度を検出する温度検出用ダイオードで構成される温度センサ１９とが設けられている。

各相ドライバ回路３ｋ（ｋ＝Ｕ〜Ｚ）は、図２に示すように、インバータ２を構成する各ＩＧＢＴ１ｉのゲートをオン／オフ制御するゲート制御回路３１と、検出部としての制御電圧検出回路３２、過電流検出回路３３及びチップ温度検出回路３４とを備えている。これら制御電圧検出回路３２、過電流検出回路３３及びチップ温度検出回路３４は、ＩＧＢＴ１ｉの保護動作に必要な情報である低電圧状態、過電流状態及び過熱状態を検出するものである。
また、各相ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚは、保護信号生成部３５と、保護状態監視部３６と、信号出力部４０を備えている。

ゲート制御回路３１には、ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚの外部からパルス幅変調（ＰＷＭ）信号が動作信号ＤＳＧとして入力されるとともに、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐが入力されている。このゲート制御回路３１は、保護状態信号Ｓｐがローレベルであるときに、動作信号ＤＳＧをＩＧＢＴ１ｉのゲートに出力し、保護状態信号Ｓｐがハイレベルであるときに、動作信号ＤＳＧのＩＧＢＴ１ｉのゲートへの出力を停止する。
制御電圧検出回路３２は、ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚの外部から制御電圧Ｖｃｃ（例えば１５［Ｖ］）が入力されるとともに、低電圧閾値Ｖｔｈ１が入力された比較器ＣＰ１を有する。この比較器ＣＰ１は、制御電圧Ｖｃｃが低電圧閾値Ｖｔｈ１を下回ると、制御電圧不足を表すハイレベルの低電圧検出信号Ｓｕｖを保護信号生成部３５と保護状態監視部３６とに出力する。これにより、制御電圧不足、つまり、ＩＣ電源の電圧低下を検出する。

過電流検出回路３３は、電流センサ１８で検出した電流検出値（電圧信号）が入力されるとともに、過電流閾値Ｖｔｈ２が入力された比較器ＣＰ２を有する。この比較器ＣＰ２は、電流検出値が過電流閾値Ｖｔｈ２を上回ると過電流状態を表すハイレベルの過電流検出信号Ｓｏｃを保護信号生成部３５と保護状態監視部３６とに出力する。これにより、ＩＧＢＴ１ｉの過電流を検出する。
チップ温度検出回路３４は、温度センサ１９で検出した温度検出値（電圧信号）が入力されるとともに過熱閾値Ｖｈｔ３が入力された比較器ＣＰ３を有する。この比較器ＣＰ３は、温度検出値が過熱閾値Ｖｈｔ３を下回ると過熱状態を表すハイレベルの過熱検出信号Ｓｏｈを保護信号生成部３５と保護状態監視部３６とに出力する。これにより、ＩＧＢＴ１ｉの過熱状態を検出する。

なお、図２に示した、チップ温度検出回路３４内の電源３４ａは、温度センサ１９を温度検出用ダイオードで構成した場合に、このダイオードに定電流を供給するためのものである。
保護信号生成部３５は、１ショットワンショット回路で構成される第１ワンショット回路３５ａ、第２ワンショット回路３５ｂ、第３ワンショット回路３５ｃと、これらの出力パルスが入力されるオアゲート３５ｄとを備えている。
第１ワンショット回路３５ａは、制御電圧検出回路３２から制御電圧不足、つまり、ＩＣ電源の低電圧となったことを検出したハイレベルの低電圧検出信号Ｓｕｖが入力されたときに、図３（ａ）に示すように、ハイレベルの、パルス幅が例えば基本パルス幅Ｔとなるパルス信号ＰＳｕｖをオアゲート３５ｄに出力する。基本パルス幅Ｔとしては、例えば、２［ｍｓ］を採用できる。

また、第２ワンショット回路３５ｂは、過電流検出回路３３からＩＧＢＴ１ｉの過電流状態を検出した過電流検出信号Ｓｏｃが入力されたときに、図３（ｂ）に示すように、ハイレベルの、パルス幅が例えば２Ｔとなるパルス信号ＰＳｏｃをオアゲート３５ｄに出力する。
さらに、第３ワンショット回路３５ｃは、チップ温度検出回路３４からＩＧＢＴ１ｉの過熱状態を検出した過熱検出信号Ｓｏｈが入力されたときに、図３（ｃ）に示すようにハイレベルの、パルス幅が例えば４Ｔとなるパルス信号ＰＳｏｈをオアゲート３５ｄに出力する。

オアゲート３５ｄは、第１ワンショット回路３５ａ、第２ワンショット回路３５ｂ及び第３ワンショット回路３５ｃから出力されるパルス信号ＰＳｕｖ、ＰＳｏｃ及びＰＳｏｈのうち何れかがハイレベルであるときに、ハイレベルの保護信号を信号出力部４０に出力する。
ここで、パルス信号ＰＳｊのパルス幅は２〜８［ｍｓ］と十分に短いため、例えば、過電流状態が生じた後それを原因として過熱状態が発生し、２以上のパルス信号ＰＳｊが発生しても、２以上のパルス信号ＰＳｊが同時に入力されることは殆どない。これにより、保護信号生成部３５は、制御電圧検出回路３２、過電流検出回路３３及びチップ温度検出回路３４のうち制御電圧不足、過電流または過熱状態を検出した検出回路３２〜３４、つまり、保護動作が必要であることを検出した検出回路３２〜３４に対応するパルス信号ＰＳｊを保護信号として信号出力部４０に出力する。

保護状態監視部３６は、制御電圧検出回路３２から出力される低電圧検出信号Ｓｕｖ、過電流検出回路３３から出力される過電流検出信号Ｓｏｃ及びチップ温度検出回路３４から出力される過熱検出信号Ｓｏｈが入力されたオアゲート３６ａを有する。このオアゲート３６ａは、低電圧検出信号Ｓｕｖ、過電流検出信号Ｓｏｃ及び過熱検出信号Ｓｏｈのうち何れかがハイレベルであるときに、ハイレベルの保護状態信号Ｓｐをゲート制御回路３１と信号出力部４０とに出力する。
信号出力部４０は、アラーム信号出力端子ｔａ及び接地間に直列に接続された第３の抵抗としての抵抗４１（制限抵抗）及び第１スイッチ素子としてのｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ４２の直列回路を有する。ここで、ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインは、抵抗４１を介してアラーム信号出力端子ｔａに接続され、ソースは接地に接続され、ゲート（制御端子）は保護信号生成部３５のオアゲート３５ｄの出力端子に接続されている。

そして、抵抗４１及びＭＯＳＦＥＴ４２の接続点４３に一端が制御電源入力端子ｔｖｉに接続された定電流源４４の他端が接続されている。この定電流源４４は、例えば、２００［μＡ］の定電流を接続点４３に供給する。
また、信号出力部４０は、ＭＯＳＦＥＴ４２と並列に中間電圧生成回路（定電圧回路）４５が接続されている。この中間電圧生成回路４５は、ツェナーダイオード４５ａと第２スイッチ素子としてのｎチャネルのＭＯＳＦＥＴ４５ｂとの直列回路で構成されている。
ツェナーダイオード４５ａの降伏電圧Ｖｍｄは、制御電圧Ｖｃｃとグランド電位ＧＮＤとの中間の電圧（例えば、７［Ｖ］）に設定されている。このツェナーダイオード４５ａのカソードが、抵抗４１及びＭＯＳＦＥＴ４２の接続点４３に接続され、アノードが、ＭＯＳＦＥＴ４５ｂのドレインに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ４５ｂのソースが接地に接続され、ゲート（制御端子）が前述した保護状態監視部３６のオアゲート３６ａの出力端子に接続されている。

このため、ＭＯＳＦＥＴ４２及び４５ｂがともにオフ状態であるときには、接続点４３が制御電圧Ｖｃｃとなり、アラーム信号出力端子ｔａが第１レベルとなる制御電圧Ｖｃｃとなる。一方、ＭＯＳＦＥＴ４２がオン状態であるときには、定電流源４４からの定電流が接地に流れるので、ＭＯＳＦＥＴ４５ｂのオン・オフ状態にかかわらず、接続点４３は第２レベルとなるグランド電位となり、アラーム信号出力端子ｔａもグランド電位となる。
また、ＭＯＳＦＥＴ４５ｂがオン状態であり、ＭＯＳＦＥＴ４２がオフ状態であるときには、ツェナーダイオード４５ａのアノードがＭＯＳＦＥＴ４５ｂを通じて接地されるので、接続点４３が降伏電圧Ｖｍｄとなる第１レベル及び第２レベルの中間レベルとなり、アラーム信号出力端子ｔａも中間レベルとなる。
したがって、アラーム信号出力端子ｔａから第１レベル、第２レベル及びこれらの中間レベルの３つのレベルをとるアラーム信号ＡＬＭが出力される。

次に、本実施形態の電力変換装置１の動作について説明する。
今、インバータ２を構成するＩＧＢＴ１１〜１６に流れる電流の検出値が過電流閾値Ｖｔｈ２未満で正常であり、且つ、ＩＧＢＴ１１〜１６を形成したチップ１７内の温度の検出値が過熱閾値Ｖｈｔ３以上で正常であり、さらに各ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚに供給する制御電圧Ｖｃｃ（ＩＣ電源電圧）が低電圧閾値Ｖｔｈ１を超えていて正常であるものとする。
この正常状態では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、時点ｔ０で、各ドライバ回路３Ｕ〜３Ｚの制御電圧検出回路３２から出力される低電圧検出信号Ｓｕｖ、過電流検出回路３３から出力される過電流検出信号Ｓｏｃ及びチップ温度検出回路３４から出力される過熱検出信号Ｓｏｈがともにローレベルとなっている。
そのため、図４（ｄ）〜（ｆ）に示すように、保護信号生成部３５の第１ワンショット回路３５ａ、第２ワンショット回路３５ｂ及び第３ワンショット回路３５ｃの出力はローレベルを維持する。したがって、オアゲート３５ｄから出力される保護信号ＰＳｊは図４（ｇ）に示すようにローレベルを維持しているとともに保護状態信号Ｓｐも図４（ｈ）に示すようにローレベルを維持している。

このとき、保護信号生成部３５から出力される保護信号ＰＳｊがローレベルを維持しているので、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４２はオフ状態を維持している。また、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐもローレベルを維持しているので、ＭＯＳＦＥＴ４５ｂもオフ状態を維持している。それゆえ、接続点４３の電位が制御電圧Ｖｃｃの電位である第１レベルとなり、アラーム信号出力端子ｔａから出力されるアラーム信号ＡＬＭが図４（ｉ）に示すように正常状態を表す制御電圧Ｖｃｃの電位となる。
このため、各ドライバ回路３Ｘ〜３Ｚでは、保護状態信号Ｓｐがローレベルであることからゲート制御回路３１で、外部の制御装置（図示せず）から入力される動作信号ＤＳＧに応じたゲート信号をＩＧＢＴ１１〜１６のゲートに供給し、インバータ２で直流電力が交流電力に変換されて、交流負荷４に交流電力が出力される。

その後、このインバータ２の各相のＩＧＢＴ１１〜１６が正常状態であり、ＩＣ電源電圧が正常である状態から、時点ｔ１で、例えば、Ｘ相のＩＧＢＴ１１を駆動するドライバ回路３Ｕに供給されるＩＣ電源電圧である制御電圧Ｖｃｃが低電圧閾値Ｖｔｈ１以下に低下する低電圧異常が発生したときには、この低電圧異常が制御電圧検出回路３２で検出される。
すると、制御電圧検出回路３２からハイレベルの低電圧検出信号Ｓｕｖが保護信号生成部３５と保護状態監視部３６とに供給される。このため、保護信号生成部３５の第１ワンショット回路３５ａから第４図（ｄ）に示すようにハイレベルの、パルス幅Ｔのパルス信号ＰＳｕｖが出力される。また同時に、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐが、図４（ｈ）に示すようにローレベルからハイレベルに反転される。

このため、ハイレベルの保護状態信号Ｓｐがゲート制御回路３１に供給され、ゲート制御回路３１からのゲート駆動信号の出力が停止され、ＩＧＢＴ１１がターンオフされて保護状態となる。
このとき、保護信号生成部３５から出力される保護信号ＰＳｊがハイレベルとなるので、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４２はターンオン状態となる。それゆえ、接続点４３がＭＯＳＦＥＴ４２を通じて接地に接続され、接続点の電位がグランド電位ＧＮＤである第２レベルとなる。そのため、アラーム信号ＡＬＭの電位は図４（ｉ）に示すように第１レベルから異常が発生して保護状態となったことを表す第２レベル（グランド電位ＧＮＤ）に状態変化する。

なお、その際、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐもハイレベルとなるので、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４５ｂもターンオン状態となる。これによって、ツェナーダイオード４５ａのアノードがＭＯＳＦＥＴ４５ｂを介して接地に接続されることになるが、接続点４３の電位が第２レベル（グランド電位ＧＮＤ）となっている。そのため、ツェナーダイオード４５ａは、中間電圧生成回路として機能を停止している。
その後、時点ｔ１からパルス幅Ｔ分の時間が経過した時点ｔ２で、保護信号生成部３５の第１ワンショット回路３５ａから出力される保護信号ＰＳｕｖが図４（ｄ）に示すようにハイレベルからローレベルに復帰する。これに応じて信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４２はターンオフ状態となる。このため、接続点４３の電位が制御電圧Ｖｃｃまで上昇しようとするが、この時点ｔ２では制御電圧Ｖｃｃの低電圧状態が継続しており、制御電圧検出回路３２から出力される低電圧検出信号Ｓｕｖが図４（ａ）に示すようにハイレベルを維持している。それゆえ、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐが図４（ｈ）に示すようにハイレベルを維持し、ＭＯＳＦＥＴ４５ｂはオン状態を維持している。そのため、ツェナーダイオード４５ａに印加される電圧が降伏電圧Ｖｍｄ以上となると、ツェナーダイオード４５ａが導通し、接続点４３の電位が降伏電圧Ｖｍｄとなる中間レベルとなる。このため、アラーム信号出力端子ｔａから出力されるアラーム信号ＡＬＭは、図４（ｉ）に示すように、ツェナーダイオード４５ａの降伏電圧Ｖｍｄである中間レベルとなり、異常状態の発生が継続して保護状態を継続していることを表すことになる。

その後、時点ｔ３で、外部から供給される制御電圧Ｖｃｃが低電圧閾値Ｖｔｈ１より高い正常な電圧に復帰すると、制御電圧検出回路３２から出力される低電圧検出信号Ｓｕｖが図４（ａ）に示すようにハイレベルからローレベルに復帰する。これに応じて保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐも図４（ｈ）に示すようにハイレベルからローレベルに復帰する。このため、ゲート制御回路３１から動作信号ＤＳＧに応じたゲート駆動信号がＩＧＢＴ１ｉのゲート に出力されて、ＩＧＢＴ１ｉが正常な動作状態に復帰する。
この結果、保護状態監視部３６から出力される保護状態信号Ｓｐもローレベルに復帰するので、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４５ｂもターンオフ状態となる。それゆえ、接続点４３の電位が制御電圧Ｖｃｃに復帰する。そのため、アラーム信号出力端子ｔａからから出力されるアラーム信号ＡＬＭが図４（ｉ）に示すように正常状態を表す制御電圧Ｖｃｃとなる第１レベルに復帰する。

一方、外部の制御装置では、ドライバ回路３ｋからアラーム信号ＡＬＭが入力されると、このアラーム信号ＡＬＭがグランド電位ＧＮＤである第２レベルを維持している間に、図４（ｊ）に示すクロック信号ＣＰをカウントする。そして、このカウント数とクロック信号ＣＰのパルス間の時間を乗算して積算時間を算出し、この積算時間からアラーム信号ＡＬＭが低電圧検出信号Ｓｕｖによるものであることを検出することができる。これにより、ＩＧＢＴ１ｉに生じた異常の種別が、低電圧異常であることを容易に判別することができる。なお、アラーム信号ＡＬＭがグランド電位ＧＮＤである第２レベルを維持している期間のクロック信号ＣＰのカウント数で異常検出回路の種別を判別するようにしてもよい。

また、外部の制御装置では、アラーム信号ＡＬＭの電圧を検出することにより、アラーム信号ＡＬＭが第２レベルにあるときに、ＩＧＢＴ１ｉに過電流異常や過熱異常が発生したか又は制御電圧Ｖｃｃが低電圧閾値Ｖｔｈ１より低下した低電圧状態が発生したことを認識することができる。また、アラーム信号ＡＬＭが中間レベルであるときには、ＩＧＢＴ１ｉの過電流異常や過熱異常が発生した状態又は制御電圧Ｖｃｃが低電圧状態である状態を継続しているものと認識することができる。
同様に、時点ｔ４であるドライバ回路３ｋの過電流検出回路３３でインバータ２を構成するＩＧＢＴ１ｉのコレクタ電流の検出値が過電流閾値Ｖｔｈ２以上となったことを検出した場合は、過電流検出回路３３から図４（ｂ）に示すように、ハイレベルの過電流検出信号Ｓｏｃが出力される。この過電流検出信号Ｓｏｃが保護信号生成部３５に供給される。このため、保護信号生成部３５の第２ワンショット回路３５ｂから図４（ｅ）に示すハイレベルの、パルス幅が２Ｔとなるパルス信号ＰＳｏｃが出力される。したがって、保護信号生成部３５のオアゲート３５ｄから図４（ｇ）に示す保護信号ＰＳｊが出力され、これが信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４２のゲートに供給される。このため、ＭＯＳＦＥＴ４２がターンオン状態となり、図４（ｉ）に示すように、アラーム信号出力端子ｔａから保護信号ＰＳｏｃのパルス幅２Ｔに対応する期間第２レベルとなるアラーム信号ＡＬＭが外部の制御装置に出力される。

このため、外部の制御装置では、アラーム信号ＡＬＭのグランド電位ＧＮＤとなる第２レベルのパルス幅が２Ｔであることから、過電流異常が発生していると認識することができる。また、アラーム信号ＡＬＭは、パルス幅２Ｔに応じた時間が経過した後に、過電流異常による保護状態が解消されるまでは、降伏電圧Ｖｍｄとなる中間レベルに維持される。このため、外部の制御装置で、保護信号ＰＳｏｃがハイレベルからローレベルに復帰した後も、過電流異常による保護動作が継続していると認識できる。
同様に、あるドライバ回路３ｋのチップ温度検出回路３４でインバータ２を構成するＩＧＢＴ１ｉを内蔵するチップ１７内の温度の検出値が過熱閾値Ｖｈｔ３未満となったことを検出した場合は、チップ温度検出回路３４からハイレベルの過熱検出信号Ｓｏｈが出力される。この過熱検出信号Ｓｏｈが保護信号生成部３５に供給される。このため、保護信号生成部３５の第３ワンショット回路３５ｃから保護信号ＰＳｏｈが出力される。したがって、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴ４２がターンオン状態となり、パルス信号ＰＳｏｈのパルス幅４Ｔに対応する第２レベルのアラーム信号ＡＬＭが外部の制御装置に出力される。

このため、外部の制御装置では、アラーム信号ＡＬＭの第２レベルのパルス幅が４Ｔであることから、過熱異常が発生していると認識することができる。また、パルス幅４Ｔに対応する時間が経過した後、過熱異常による保護動作が解消されるまでは、アラーム信号ＡＬＭの電圧が降伏電圧Ｖｍｄとなる中間レベルに維持されることから、保護信号ＰＳｏｈがハイレベルからローレベルに復帰した後も、過熱異常が継続していると認識できる。
なお、上記実施形態では、パワー半導体素子がＩＧＢＴである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−ＭＯＳ等の他のパワー半導体素子で構成することもできる。

また、上記実施形態では、信号出力部４０のＭＯＳＦＥＴとしてｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを適用した場合について説明したが、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴを適用することもでき、この場合には、アラーム信号ＡＬＭの第１レベルがグランド電位ＧＮＤ、第２レベルが制御電圧Ｖｃｃとなり、中間レベルは降伏電圧Ｖｍｄのままとなる。このとき、保護信号生成部３５及び保護状態監視部３６の出力信号をそれぞれ論理反転回路を介してｐチャネルのＭＯＳＦＥＴ４２及び４５ｂに供給すればよい。
また、上記実施形態では、中間電圧生成回路４５を構成するツェナーダイオード４５ａを接続点４３側に接続した場合について説明したが、ツェナーダイオード４５ａをＭＯＳＦＥＴ４５ｂの接地側に接続するようにしてもよい。さらに、ツェナーダイオード４５ａに代えて抵抗（第２の抵抗）を適用することもできる。

また、定電流源４４に代えて抵抗（プルアップ抵抗）を適用することもできる。さらに、抵抗４１は省略してもよい。
また、保護信号生成部３５の第１ワンショット回路３５ａ、第２ワンショット回路３５ｂ及び第３ワンショット回路３５ｃのパルス幅はＴ、２Ｔ及び４Ｔに設定する場合に限らず、異常状態の種別を識別可能であれば、任意の異なるパルス幅を設定することができる。
また、保護信号生成部３５に、１つの異常検出信号が入力されたときに、所定期間他の異常検出信号の入力を阻止する入力選択回路を設けるようにしてもよい。
さらに、ＭＯＳＦＥＴ４２及び４５ｂのゲートへの信号を入れ替えてもよい。この場合、中間レベルと第２レベルが表す状態に関する情報も入れ替わることになる。

１…電力変換装置、２…インバータ、３Ｕ〜３Ｚ…ドライバ回路、４…交流負荷、１１〜１６…ＩＧＢＴ、１７…チップ、１８…電流センサ、１９…温度センサ、２１〜２６…フリーホイールダイオード、ＵＡ…上アーム、ＬＡ…下アーム、３１…ゲート制御回路、３２…制御電圧検出回路、３３…過電流検出回路、３４…チップ温度検出回路、３５…保護信号生成部、３５ａ…第１ワンショット回路、３５ｂ…第２ワンショット回路、３５ｃ…第３ワンショット回路、３５ｄ…オアゲート、３６…保護状態監視部、３６ａ…オアゲート、４０…信号出力部、４１…抵抗、４２…ＭＯＳＦＥＴ、４３…接続点、４４…定電流源、４５…中間電圧生成回路、４５ａ…ツェナーダイオード、４５ｂ…ＭＯＳＦＥＴ、ＰＳｊ…保護信号、Ｓｐ…保護状態信号

Claims (6)

1. 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する複数の検出部と、
   前記複数の検出部で保護動作に必要な情報を検出したときに、当該複数の検出部毎に異なるパルス幅の保護信号を生成する保護信号生成部と、
   前記複数の検出部の何れかで保護動作に必要な情報を検出している間保護状態信号を生成する保護状態監視部と、
   前記保護信号及び前記保護状態信号が入力されたときに第１レベルから第２レベルに状態変化し、前記保護信号の入力が停止されたときに、第１レベル及び第２レベル間の中間レベルとなるアラーム信号を出力する信号出力部と
   を備えたことを特徴とする半導体素子の駆動装置。
2. 前記保護信号生成部は、前記複数の検出部の検出信号が個別に入力され、検出部に応じたパルス幅のパルスを生成する複数のワンショット回路と、前記複数のワンショット回路の出力信号が入力され前記保護信号を出力するオアゲートとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の駆動装置。
3. 前記保護状態監視部は、前記複数の検出部の検出信号が入力されて前記保護状態信号を出力するオアゲートで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の駆動装置。
4. 前記信号出力部は、出力端子と接地間に接続された第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子と並列に接続された第２スイッチ素子を有する中間電圧生成回路と、前記第１スイッチ素子の前記出力端子側の端子に接続された定電流源またはプルアップ抵抗とを備え、前記第１スイッチ素子の制御端子に前記保護信号が入力され、前記第２スイッチ素子の制御端子に前記保護状態信号が入力されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体素子の駆動装置。
5. 前記中間電圧生成回路は、前記第２スイッチ素子と直列に接続されたツェナーダイオードまたは第２の抵抗を備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の駆動装置。
6. 前記出力端子と前記第１スイッチ素子の間に第３の抵抗を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の半導体素子の駆動装置。

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