專利名稱：用于開關(guān)器件的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于諸如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)之類的壓控型開關(guān)器件的控制裝置，其中該控制裝置控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和切斷。
背景技術(shù)：
作為一種控制裝置，已知例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2008-141841中所公開的
>J-U裝直。該現(xiàn)有技術(shù)裝置包括使開關(guān)器件導(dǎo)通和切斷的驅(qū)動(dòng)電路、以及檢測(cè)在開關(guān)器件中流動(dòng)的電流的電流傳感器。此外，該現(xiàn)有技術(shù)裝置包括第一比較電路，該第一比較電路將電流傳感器檢測(cè)到的電流與第一基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電流大于或等于第一基準(zhǔn)值時(shí)輸出指示開關(guān)器件中的過電流的過電流檢測(cè)信號(hào)。此外，該現(xiàn)有技術(shù)裝置包括第二比較電路，該第二比較電路將電流傳感器檢測(cè)到的電流與第二基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，并且在該檢測(cè)電流大于或等于第二基準(zhǔn)值時(shí)輸出指示通過開關(guān)器件的電流的通過電流檢測(cè)信號(hào)。此外，當(dāng)從第一比較電路輸出的過電流檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于第一規(guī)定時(shí)間時(shí)、或者當(dāng)從第二比較電路輸出的通過電流檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于第二規(guī)定時(shí)間時(shí)，該現(xiàn)有技術(shù)裝置切斷開關(guān)器件。在包括這種配置的現(xiàn)有技術(shù)裝置中，當(dāng)在開關(guān)器件中存在過電流或通過電流時(shí)，通過切斷開關(guān)器件，可抑制在開關(guān)器件的電流切斷時(shí)出現(xiàn)的浪涌電壓。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)裝置的問題在于，當(dāng)開關(guān)器件不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，這種浪涌電壓抑制是不可能的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種控制裝置，該控制裝置用于開關(guān)器件以使當(dāng)開關(guān)器件不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，可抑制這些浪涌電壓。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采樣以下配置。即，第一發(fā)明是一種用于開關(guān)器件的控制裝置，該控制裝置控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和切斷，該控制裝置包括檢測(cè)在開關(guān)器件中流動(dòng)的電流的電流傳感器；將電流傳感器的檢測(cè)電流與預(yù)先確定的第一基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在檢測(cè)電流大于或等于第一基準(zhǔn)值時(shí)輸出浪涌抑制信號(hào)的第一比較電路；以及在從第一比較電路輸出了浪涌抑制信號(hào)時(shí)切斷開關(guān)器件的第一切斷電路，其中第一基準(zhǔn)值被設(shè)置為小于預(yù)先確定以檢測(cè)在開關(guān)器件中流動(dòng)的過電流的第二基準(zhǔn)值。在第一發(fā)明中，第一基準(zhǔn)值被設(shè)置在開關(guān)器件的額定電流值和第二基準(zhǔn)值之間。
在第一發(fā)明中，該控制裝置還包括將電流傳感器的檢測(cè)電流與第二基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在檢測(cè)電流大于或等于第二基準(zhǔn)值時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的第二比較電路；以及在第一比較電路輸出了浪涌抑制信號(hào)并且第二比較電路輸出了過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)切斷開關(guān)器件的第二切斷電路。第二發(fā)明是一種用于開關(guān)器件的控制裝置，該控制裝置控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和切斷，該控制裝置包括檢測(cè)在開關(guān)器件中流動(dòng)的電流的電流傳感器；將電流傳感器的檢測(cè)電流與預(yù)先確定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在檢測(cè)電流大于或等于基準(zhǔn)值時(shí)輸出檢測(cè)信號(hào)的比較電路；在從比較電路輸出的檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于第一設(shè)定時(shí)間時(shí)輸出浪涌抑制信號(hào)的第一信號(hào)生成電路；以及在第一信號(hào)生成電路輸出了浪涌抑制信號(hào)時(shí)切斷開關(guān)器件的第一切斷電路，其中第一設(shè)定時(shí)間被設(shè)置為比預(yù)先確定以檢測(cè)在開關(guān)器件中流動(dòng)的過電流的第二設(shè)定時(shí)間短。在第二發(fā)明中，該控制裝置還包括在從比較電路輸出的檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于第二設(shè)定時(shí)間時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的第二信號(hào)生成電路；以及在第一信號(hào)生成電路輸出了浪涌抑制信號(hào)并且第二信號(hào)生成電路輸出了過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)切斷開關(guān)器件的第二切斷電路。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)開關(guān)器件不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，可抑制這些浪涌電壓。此外，在本發(fā)明中，當(dāng)?shù)谝磺袛嚯娐返那袛嗄芰Ρ辉O(shè)置為大于第二切斷電路的切斷能力時(shí)，與切斷第二切斷電路時(shí)的功耗相比，切斷第一切斷電路時(shí)的功耗可減少。


圖1示出用于本發(fā)明開關(guān)器件的控制裝置的第一實(shí)施例的配置；圖2示出解釋第一實(shí)施例的第一操作示例的各部分的波形圖；圖3示出解釋第一實(shí)施例的第二操作示例的各部分的波形圖；圖4示出用于本發(fā)明開關(guān)器件的控制裝置的第二實(shí)施例的配置；圖5示出解釋第二實(shí)施例的第一操作示例的各部分的波形圖；以及圖6示出解釋第二實(shí)施例的第二操作示例的各部分的波形圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，基于附圖解釋本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。(第一實(shí)施例的概要)用于本發(fā)明開關(guān)器件的控制裝置的第一實(shí)施例應(yīng)用于在驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及類似應(yīng)用的逆變器中所使用的智能功率模塊(IPM)。如圖1所示，該控制裝置包括輸入端子1、輸出端子2、警報(bào)輸出端子3、重置端子
4、以及電源電壓端子5，并且控制連接到輸出端子2的開關(guān)器件Ql的導(dǎo)通和切斷。該控制裝置根據(jù)供應(yīng)給電源電壓端子5的電源電壓VCC操作。開關(guān)器件Ql包括具有例如數(shù)十至數(shù)百安培(A)的額定電流的IGBT或類似物。當(dāng)該控制裝置應(yīng)用于逆變器時(shí)，開關(guān)器件Ql是逆變器構(gòu)成元件的一部分。(第一實(shí)施例的配置)
接著，參考圖1解釋第一實(shí)施例的控制裝置的配置。如圖1所示，該控制裝置包括電流傳感器10、溫度傳感器20、通過電流檢測(cè)電路30、過電流檢測(cè)電路40、浪涌抑制檢測(cè)電路50、過熱檢測(cè)電路60、電位降檢測(cè)電路70、控制電路80、多個(gè)晶體管91至95、警報(bào)生成電路100、以及警報(bào)輸出電路110。電流傳感器10檢測(cè)在開關(guān)器件Ql中流動(dòng)的電流，根據(jù)該檢測(cè)電流生成檢測(cè)電壓ES,并且將該生成的檢測(cè)電壓ES輸出到通過電流檢測(cè)電路30、過電流檢測(cè)電路40、以及浪涌抑制檢測(cè)電路50中的每一個(gè)。溫度傳感器20檢測(cè)開關(guān)器件Ql的溫度，并且將根據(jù)該檢測(cè)溫度的檢測(cè)電壓輸出到過熱檢測(cè)電路60。通過電流檢測(cè)電路30基于電流傳感器10檢測(cè)到的電流來(lái)檢測(cè)通過開關(guān)器件Ql的電流(通過電流)，并且在檢測(cè)到通過電流時(shí)將通過電流檢測(cè)信號(hào)SI輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100兩者。出于該目的，通過電流檢測(cè)電路30包括比較器301和計(jì)時(shí)器閂鎖302。比較器301將電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES與基準(zhǔn)電壓ER3進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓ES大于或等于基準(zhǔn)電壓ER3時(shí)輸出高電平信號(hào)。計(jì)時(shí)器閂鎖302在比較器301輸出了高電平信號(hào)時(shí)對(duì)輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在所計(jì)數(shù)的時(shí)間大于或等于設(shè)定時(shí)間Tl時(shí)將通過電流檢測(cè)信號(hào)SI輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100兩者。過電流檢測(cè)電路40基于電流傳感器10的檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)開關(guān)器件Ql中的過電流，并且在檢測(cè)到過電流時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100兩者。出于該目的，過電流檢測(cè)電路40包括比較器401和計(jì)時(shí)器閂鎖402。比較器401將電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES與基準(zhǔn)電壓ER2進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓ES大于或等于基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)輸出高電平信號(hào)。計(jì)時(shí)器閂鎖402在比較器401輸出了高電平信號(hào)時(shí)對(duì)該輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在所計(jì)數(shù)的時(shí)間大于或等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100兩者。在電流傳感器10檢測(cè)到的電流的基礎(chǔ)上確定對(duì)在開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)發(fā)生的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，浪涌抑制檢測(cè)電路50將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。出于該目的，浪涌抑制檢測(cè)電路50包括比較器501和計(jì)時(shí)器閂鎖502。比較器501將電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES與基準(zhǔn)電壓ERl進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓ES大于或等于基準(zhǔn)電壓ERl時(shí)輸出高電平信號(hào)。計(jì)時(shí)器閂鎖502在比較器501輸出了高電平信號(hào)時(shí)對(duì)該輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在所計(jì)數(shù)的時(shí)間大于或等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。在此，預(yù)先確定在上述比較器301、401和501中分別設(shè)定的基準(zhǔn)電壓ER3、ER2和ER1。基準(zhǔn)電壓ER3、ER2和ERl被設(shè)置成滿足以下方程式(I)的關(guān)系。ER3>ER2>ER1 (I)此外，如果預(yù)先確定的與開關(guān)器件Ql的額定電流相對(duì)應(yīng)的電壓為ERC，則優(yōu)選比較器501所使用的基準(zhǔn)電壓ERl滿足以下方程式(2)的關(guān)系。ER2>ER1>ERC (2)
在此，當(dāng)開關(guān)器件Ql為IGBT時(shí)，如果例如IGBT的額定電流為300A，則過電流保護(hù)的電流約為450A。因此，基于這些值，分別設(shè)定基準(zhǔn)電壓ER2、ER1和ERC。此外，與計(jì)時(shí)器閂鎖402和502的設(shè)定時(shí)間T2相比，計(jì)時(shí)器閂鎖302的設(shè)定時(shí)間Tl被設(shè)置為短。計(jì)時(shí)器閂鎖302的設(shè)定時(shí)間Tl為例如2 μ S，而計(jì)時(shí)器閂鎖402和502的設(shè)定時(shí)間Τ2為例如4 μ S。過熱檢測(cè)電路60檢測(cè)連接到輸出端子2的開關(guān)器件Ql是否處于過熱狀態(tài)，并且在檢測(cè)到過熱狀態(tài)時(shí)將過熱檢測(cè)信號(hào)S4輸出到警報(bào)生成電路100。出于該目的，過熱檢測(cè)電路60包括比較器601。比較器601將溫度傳感器20的檢測(cè)電壓與基準(zhǔn)電壓ER4進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓大于或等于基準(zhǔn)電壓ER4時(shí)將過熱檢測(cè)信號(hào)S4輸出到警報(bào)生成電路100。電位降檢測(cè)電路70檢測(cè)供應(yīng)給電源電壓端子5的電源電壓VCC，并且在該檢測(cè)電壓小于或等于指定值時(shí)將電位降信號(hào)S5輸出到控制電路80。出于該目的，電位降檢測(cè)電路70包括比較器701。比較器701將電源電壓VCC與基準(zhǔn)電壓ER5進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓小于或等于基準(zhǔn)電壓ER5時(shí)將電位降信號(hào)S5輸出到控制電路80。多個(gè)晶體管91至95中的每一個(gè)根據(jù)從控制電路80輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)操作，并且具有以下功能。多個(gè)晶體管91至95的輸出端子共同連接到輸出端子2。晶體管91包括P型MOS晶體管，并且用作在使連接到輸出端子2的開關(guān)器件Ql的正常開關(guān)導(dǎo)通時(shí)所使用的導(dǎo)通晶體管。晶體管92包括N型MOS晶體管，并且用作在使開關(guān)器件Ql的正常開關(guān)截止時(shí)所使用的截止晶體管。

晶體管93是用于截止保護(hù)的晶體管，該晶體管用于減小輸出阻抗以防止在開關(guān)器件Ql的正常導(dǎo)通時(shí)的錯(cuò)誤操作。此晶體管93包括N型MOS晶體管。晶體管94對(duì)開關(guān)器件Ql進(jìn)行通過電流和過電流保護(hù)，并且用作在開關(guān)器件Ql的電流切斷期間逐漸降低開關(guān)器件Ql的柵極電位的軟切斷用晶體管。晶體管95用作即使開關(guān)器件Ql不處于過電流狀態(tài)、也在切斷期間逐漸降低開關(guān)器件Ql的柵極電位以抑制在開關(guān)器件Q12的電流切斷期間的浪涌電壓的軟切斷用晶體管。在此，晶體管94和95用作如上所解釋的軟切斷用晶體管，但是其切斷能力(驅(qū)動(dòng)能力)如下所解釋地設(shè)置。相對(duì)于晶體管94的切斷能力，晶體管95的切斷能力被設(shè)置為大。具體地，與晶體管94的晶體管尺寸相比，晶體管95的晶體管尺寸被設(shè)置為大?；诠?yīng)到輸入端子I的輸入信號(hào)IN,控制電路80輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7以使開關(guān)器件Ql導(dǎo)通，并且輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S8以使開關(guān)器件Ql截止。因此，當(dāng)導(dǎo)通開關(guān)器件Ql時(shí)，只有晶體管91被驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7導(dǎo)通，電源電壓VCC被施加到開關(guān)器件Ql的柵極，并且對(duì)柵極充電。當(dāng)截止開關(guān)器件Ql時(shí)，截止晶體管92被驅(qū)動(dòng)信號(hào)S8導(dǎo)通，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極上的電荷被放電。當(dāng)為了保護(hù)起見開關(guān)器件Ql截止時(shí)，控制電路80基于從電位降檢測(cè)電路70輸出的電位降信號(hào)S5來(lái)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S3。通過該手段，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S3導(dǎo)通截止保護(hù)用晶體管63，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且開關(guān)器件Ql得到保護(hù)。此外，當(dāng)通過電流檢測(cè)信號(hào)SI從通過電流檢測(cè)電路30輸出時(shí)，控制電路80生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll以使開關(guān)器件Ql截止，并且將該信號(hào)輸出到晶體管94。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll導(dǎo)通軟切斷用晶體管94，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。此外，當(dāng)只有浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3從浪涌抑制檢測(cè)電路50輸出時(shí)，控制電路80生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12以使開關(guān)器件Ql截止，并且將該信號(hào)輸出到晶體管95。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12導(dǎo)通軟切斷用晶體管95，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。此外，當(dāng)浪涌抑制檢測(cè)電路50輸出了浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3而過電流檢測(cè)電路40輸出了過電流檢測(cè)信號(hào)S2時(shí)，控制電路80生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)S22以使開關(guān)器件Ql截止，并且將該信號(hào)輸出到晶體管94。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll導(dǎo)通軟切斷用晶體管94，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。當(dāng)通過電流檢測(cè)電路30輸出了通過電流檢測(cè)信號(hào)S1、過電流檢測(cè)電路40輸出了過電流檢測(cè)信號(hào)S2、或者過熱檢測(cè)電路60輸出了過熱檢測(cè)信號(hào)S4時(shí)，警報(bào)生成電路100生成警報(bào)信號(hào)，并且將該信號(hào)輸出到警報(bào)傳輸電路HO。當(dāng)生成和輸出警報(bào)信號(hào)時(shí)，警報(bào)生成電路100將該事實(shí)通知控制電路80。當(dāng)警報(bào)生成電路100輸出了警報(bào)信號(hào)時(shí)，警報(bào)輸出電路110將警報(bào)信號(hào)經(jīng)由警報(bào)輸出端子3輸出到外部設(shè)備。從警報(bào)輸出電路110輸出的警報(bào)信號(hào)的輸出可通過輸入至重置端子4的重置信號(hào)來(lái)停止。(第一實(shí)施例的操作)接著，參考附圖解釋第一實(shí)施例的操作。在該操作示例中，假設(shè)在第一實(shí)施例中，開關(guān)器件Ql的柵極連接到輸出端子2，電源電壓VDD被施加到開關(guān)器件Ql的集電極，而開關(guān)器件Ql的發(fā)射極接地。(第一操作示例)參考圖1和圖2解釋第一操作示例?？刂齐娐?0基于輸入到輸入端子I的輸入信號(hào)IN來(lái)生成和輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7和S8。為此，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7從控制電路80輸出時(shí)，晶體管91由此操作，并且開關(guān)器件Ql導(dǎo)通。此外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S8從控制電路80輸出時(shí)，晶體管92由此操作，并且開關(guān)器件Ql截止。通過該操作，在圖2所示的時(shí)刻tl或者在tl之前，開關(guān)器件Ql的柵電壓VG如圖2的(B)所示。此外，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCG、以及MOS晶體管Ql的集電極電流IC如圖2的(A)所示。而且，從電流傳感器10輸出的檢測(cè)電壓ES如圖2的(C)所
/Jn ο如圖2的(C)所示，當(dāng)在時(shí)刻tl電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器501的基準(zhǔn)電壓ERl時(shí)，比較器501將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖502。計(jì)時(shí)器閂鎖502對(duì)來(lái)自比較器501的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t3所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。另一方面，如圖2的(C)所示，當(dāng)在時(shí)刻t2電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器401的基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)，比較器401將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖402。然而，比較器401的輸出信號(hào)不變成大于或等于計(jì)時(shí)器閂鎖402的設(shè)定時(shí)間T2，并且因此過電流檢測(cè)信號(hào)S2不從計(jì)時(shí)器閂鎖402輸出。因此，過電流檢測(cè)信號(hào)S2不從計(jì)時(shí)器閂鎖402輸出到警報(bào)生成電路100，并且由此警報(bào)信號(hào)不從警報(bào)輸出電路110輸出(參見圖2的(D))。以此方式，當(dāng)只有浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3從計(jì)時(shí)器閂鎖502輸出到控制電路80時(shí)，控制電路80基于該浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12，并且將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12輸出到晶體管95。通過該手段，晶體管95導(dǎo)通，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。因此，當(dāng)開關(guān)器件Ql不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，可抑制這些浪涌電壓。(第二操作示例)參考圖1和圖3解釋第二操作示例。如圖3的(C)所示，當(dāng)在時(shí)刻tl電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器501的基準(zhǔn)電壓ERl時(shí)，比較器501將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖502。計(jì)時(shí)器閂鎖502對(duì)來(lái)自比較器501的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t3所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。另一方面，當(dāng)在時(shí)刻t2電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器401的基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)，比較器401將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖402。計(jì)時(shí)器閂鎖402對(duì)來(lái)自比較器401的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t4所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100。警報(bào)生成電路100生成和輸出警報(bào)信號(hào)，如圖3的(D)所示。當(dāng)以此方式分別將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3和過電流檢測(cè)信號(hào)S2從計(jì)時(shí)器閂鎖502和計(jì)時(shí)器閂鎖402輸出到控制電路80時(shí)，控制電路80基于兩個(gè)信號(hào)S2和S3生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI I，并且將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll輸出到晶體管94。通過該手段，晶體管94導(dǎo)通，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。因此，抑制由開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的過電流引起的浪涌電壓。(第一實(shí)施例的有益效果)如上所解釋的，根據(jù)第一實(shí)施例，當(dāng)開關(guān)器件Ql不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，與第一操作示例中一樣，可有效地抑制這些浪涌電壓。此外，如以上在第一實(shí)施例中所述，開關(guān)器件Ql的軟切斷用晶體管95的切斷能力大于晶體管94的切斷能力。因此，為了提供過電流保護(hù)，當(dāng)晶體管94進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷時(shí)，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCE和集電極電流IC的變化如圖3的(A)所示。另一方面，為了抑制浪涌電壓，當(dāng)晶體管95進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷時(shí)，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCE和集電極電流IC的變化如圖2的(A)所示，并且與圖3的(A)相比，這些變化的斜率大。因此，根據(jù)第一實(shí)施例，當(dāng)晶體管95進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷時(shí)，與晶體管94在開關(guān)器件Ql中出現(xiàn)過電流時(shí)進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷的情況相比，切斷期間的功耗可減少。(第一實(shí)施例的修改示例)(I)第一修改示例圖1中的浪涌抑制檢測(cè)電路50的比較器501可用窗口比較器替代。
當(dāng)用窗口比較器替代時(shí)，存在兩個(gè)基準(zhǔn)電壓。因此，基準(zhǔn)電壓之一被設(shè)置為比較器401的基準(zhǔn)電壓ER2，而另一基準(zhǔn)電壓被設(shè)置為預(yù)先確定的、且與開關(guān)器件Ql的額定電流相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓ERC?；鶞?zhǔn)電壓ER2和ERC滿足關(guān)系ER2>ERC。通過這些設(shè)置，當(dāng)電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES在檢測(cè)電壓ER2和基準(zhǔn)電壓ERC之間時(shí)，窗口比較器可輸出高電平信號(hào)?；谠撦敵鲂盘?hào)，計(jì)時(shí)器円鎖502可輸出浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3。(2)第二修改示例除了圖1中的晶體管94和95以外，第一電阻可與晶體管94串聯(lián)連接，而第二電阻可與晶體管95串聯(lián)連接。同樣在此情況下，晶體管95的切斷能力大于晶體管94的切斷能力；為此，可使用以下兩種方法。在第一方法中，晶體管94和95具有相同的晶體管尺寸，并且與第二電阻的電阻值相比，第一電阻的電阻值大。在第二方法中，第一和第二電阻的電阻值相等，并且與晶體管94的尺寸相比，晶體管95的尺寸大。(第二實(shí)施例的配置)接著，參考圖4解釋第二實(shí)施例的控制裝置的配置。如圖4所示，該控制裝置包括電流傳感器10、溫度傳感器20、通過電流檢測(cè)電路30、電流檢測(cè)電路120、過熱檢測(cè)電路60、電位降檢測(cè)電路70、控制電路80A、多個(gè)晶體管91至95、警報(bào)生成電路100、以及警報(bào)輸出電路110。第二實(shí)施例的控制裝置基于圖1所示的控制裝置的配置，其中圖1所示的過電流檢測(cè)電路40和浪涌抑制檢測(cè)電路50用圖4所示的電流檢測(cè)電路120替代，并且此外圖1所示的控制電路80和警報(bào)生成電路100用圖4所示的控制電路80A和警報(bào)生成電路100A替代。因此，在第二實(shí)施例中，與第一實(shí)施例中相同的構(gòu)成元件被賦予相同的附圖標(biāo)記，并且在可能的程度上省略其解釋。電流檢測(cè)電路120基于電流傳感器10的檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)開關(guān)器件Ql中的過電流，并且在檢測(cè)到過電流時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80A和警報(bào)生成電路100A兩者。在基于電流傳感器10的檢測(cè)電流確定盡管開關(guān)器件Ql不處于過電流狀態(tài)、但有必要抑制開關(guān)器件Ql切斷時(shí)發(fā)生的浪涌電壓之后，電流檢測(cè)電路120將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。出于該目的，如圖4所示，電流檢測(cè)電路120包括比較器1201、計(jì)時(shí)器閂鎖1202、以及計(jì)時(shí)器閂鎖1203。比較器1201將電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES與基準(zhǔn)電壓ER2進(jìn)行比較，并且在檢測(cè)電壓ES大于或等于基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)輸出高電平信號(hào)。計(jì)時(shí)器閂鎖1202在比較器1201輸出了高電平信號(hào)時(shí)對(duì)該輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于預(yù)先確定的設(shè)定時(shí)間T6時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80和警報(bào)生成電路100兩者。
計(jì)時(shí)器閂鎖1203在比較器1201輸出了高電平信號(hào)時(shí)對(duì)該輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于預(yù)先確定的設(shè)定時(shí)間T5時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80。在此，與計(jì)時(shí)器閂鎖1202的設(shè)定時(shí)間T6相比，計(jì)時(shí)器閂鎖1203的設(shè)定時(shí)間T5被
設(shè)置為短。當(dāng)通過電流檢測(cè)信號(hào)SI從通過電流檢測(cè)電路30輸出時(shí)，控制電路80A將使開關(guān)器件Ql截止的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll輸出到晶體管94。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll導(dǎo)通軟切斷用晶體管94，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。當(dāng)只有浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3從電流檢測(cè)電路120輸出時(shí)，控制電路80A基于浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3將使開關(guān)器件Ql截止的驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12輸出到晶體管95。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12導(dǎo)通軟切斷用晶體管95，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。此外，當(dāng)電流檢測(cè)電路120輸出了浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3和過電流檢測(cè)信號(hào)S2時(shí)，控制電路80A基于這些信號(hào)S2和S3將使開關(guān)器件Ql截止的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll輸出到晶體管94。由此，驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll導(dǎo)通軟切斷用晶體管95，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。當(dāng)通過電流檢測(cè)電路輸出了通過電流檢測(cè)信號(hào)S1、過電流檢測(cè)電路120輸出了過電流檢測(cè)信號(hào)S2、或者過熱檢測(cè)電路60輸出了過熱檢測(cè)信號(hào)S4時(shí)，警報(bào)生成電路100A生成警報(bào)信號(hào)，并且將該信號(hào)輸出到警報(bào)傳輸電路HO。當(dāng)生成和輸出警報(bào)信號(hào)時(shí)，警報(bào)生成電路100A將該事實(shí)通知控制電路80A。(第二實(shí)施例的操作)接著，參考附圖解釋該第二實(shí)施例的操作。(第一操作示例)參考圖4和圖5解釋第一操作示例?；谳斎氲捷斎攵俗覫的輸入信號(hào)IN,控制電路80A生成和輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7和S8。通過該手段，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S7從控制電路80A輸出時(shí)，晶體管91由此操作，并且開關(guān)器件Ql導(dǎo)通。而且，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)S8從控制電路80A輸出時(shí)，晶體管92由此操作，并且開關(guān)器件Ql截止。通過該操作，在圖5所示的時(shí)刻tl或者在tl之前，開關(guān)器件Ql的柵電壓VG如圖5的(B)所示。此外，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCE、以及MOS晶體管Ql的集電極電流IC如圖5的(A)所示。此外，從電流傳感器10輸出的檢測(cè)電壓ES如圖5的(C)所
/Jn ο而且，如圖5的(C)所示，當(dāng)在時(shí)刻tl電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器1201的基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)，比較器1201將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖1202和1203兩者。計(jì)時(shí)器閂鎖1203對(duì)來(lái)自比較器1201的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t2所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T5時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80A。另一方面，計(jì)時(shí)器閂鎖1202對(duì)來(lái)自比較器1201的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)。然而，在經(jīng)過時(shí)刻t2之后，電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES臨時(shí)降到比較器1201的基準(zhǔn)電壓ER2以下，并且由此停止從比較器1201輸出高電平電壓。
由于該停止，計(jì)時(shí)器閂鎖1202重置，來(lái)自比較器1201的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間未變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T6，并且過電流檢測(cè)信號(hào)S2不從計(jì)時(shí)器閂鎖1202輸出。因此，過電流檢測(cè)信號(hào)S2不從計(jì)時(shí)器閂鎖1202輸出到警報(bào)生成電路100A，并且由此警報(bào)信號(hào)不從警報(bào)輸出電路100輸出(參見圖5的(D))。以此方式，當(dāng)只有浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3從計(jì)時(shí)器閂鎖1203輸出到控制電路80A時(shí)，控制電路80A基于該浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12，并且將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12輸出到晶體管95。由此，晶體管95導(dǎo)通，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。因此，當(dāng)盡管沒有過電流、但也有必要抑制開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的浪涌電壓時(shí)，可進(jìn)行該抑制。(第二操作示例)參考圖4和圖6解釋第二操作示例。如圖6的(C)所示，當(dāng)在時(shí)刻tl電流傳感器10的檢測(cè)電壓ES變成大于或等于比較器1201的基準(zhǔn)電壓ER2時(shí)，比較器1201將高電平信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)器閂鎖1202和1203中的每一個(gè)。計(jì)時(shí)器閂鎖1203對(duì)來(lái)自比較器1201的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t2所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T5時(shí)將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3輸出到控制電路80A。另一方面，計(jì)時(shí)器閂鎖1202對(duì)來(lái)自比較器1201的輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)，并且在時(shí)刻t3所計(jì)數(shù)的時(shí)間變成大于或等于設(shè)定時(shí)間T6時(shí)將過電流檢測(cè)信號(hào)S2輸出到控制電路80A。以此方式，當(dāng)分別將浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3和過電流檢測(cè)信號(hào)S2從計(jì)時(shí)器閂鎖1203和1202輸出到控制電路80A時(shí)，控制電路80A基于兩個(gè)信號(hào)S2和S3生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)SI I，并且將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sll輸出到晶體管94。通過該手段，晶體管94導(dǎo)通，開關(guān)器件Ql的柵極接地，并且柵極電荷被逐漸地放電。因此，抑制由開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的過電流引起的浪涌電壓。(第二實(shí)施例的有益效果)如上所解釋的，根據(jù)第二實(shí)施例，當(dāng)開關(guān)器件Ql不處于過電流狀態(tài)、但出于過電流保護(hù)的目的對(duì)在開關(guān)器件Ql的電流切斷時(shí)的浪涌電壓的抑制為必要時(shí)，與第一操作示例中一樣，可有效地抑制這些浪涌電壓。此外，如以上在第一實(shí)施例中所述，開關(guān)器件Ql的軟切斷用晶體管95的切斷能力大于晶體管94的切斷能力。因此，為了提供過電流保護(hù)，在晶體管94進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷期間，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCE和集電極電流IC的變化如圖6的(A)所示。另一方面，為了抑制浪涌電壓，當(dāng)晶體管95進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷時(shí)，開關(guān)器件Ql的集電極-發(fā)射極電壓VCE和集電極電流IC的變化如圖5的(A)所示，并且與圖6的(A)相比，這些變化的斜率大。因此，根據(jù)第二實(shí)施例，當(dāng)晶體管95進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷時(shí)，與晶體管94進(jìn)行開關(guān)器件Ql的軟切斷的情況相比，切斷期間的功耗可減少。附圖標(biāo)記的說(shuō)明Ql開關(guān)器件
I輸入端子2輸出端子10電流傳感器20溫度傳感器30通過電流檢測(cè)電路40過電流檢測(cè)電路50浪涌抑制檢測(cè)電路60過熱檢測(cè)電路70電位降檢測(cè)電路80、80A控制電路91至95晶體管100、100A警報(bào)生成電路110警報(bào)輸出電路301、401、501、1201 比較器302、402、502、1202、1203 計(jì)時(shí)器閂鎖
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)器件的控制裝置，所述控制裝置控制所述開關(guān)器件的導(dǎo)通和切斷，所述控制裝置包括 檢測(cè)在所述開關(guān)器件中流動(dòng)的電流的電流傳感器； 將所述電流傳感器的檢測(cè)電流與預(yù)先確定的第一基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在所述檢測(cè)電流大于或等于所述第一基準(zhǔn)值時(shí)輸出浪涌抑制信號(hào)的第一比較電路；以及 在所述第一比較電路輸出了所述浪涌抑制信號(hào)時(shí)切斷所述開關(guān)器件的第一切斷電路， 其中所述第一基準(zhǔn)值被設(shè)置為小于預(yù)先確定以檢測(cè)在所述開關(guān)器件中流動(dòng)的過電流的第二基準(zhǔn)值。
2.如權(quán)利要求1所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，所述第一基準(zhǔn)值被設(shè)置在所述開關(guān)器件的額定電流值和所述第二基準(zhǔn)值之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，還包括 將所述電流傳感器的檢測(cè)電流與所述第二基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在所述檢測(cè)電流大于或等于所述第二基準(zhǔn)值時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的第二比較電路；以及 在所述第一比較電路輸出了所述浪涌抑制信號(hào)并且所述第二比較電路輸出了所述過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)切斷所述開關(guān)器件的第二切斷電路。
4.如權(quán)利要求3所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述第二比較電路輸出了所述過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)，輸出警報(bào)信號(hào)。
5.一種用于開關(guān)器件的控制裝置，所述控制裝置控制所述開關(guān)器件的導(dǎo)通和切斷，所述控制裝置包括 檢測(cè)在所述開關(guān)器件中流動(dòng)的電流的電流傳感器； 將所述電流傳感器的檢測(cè)電流與預(yù)先確定的基準(zhǔn)值進(jìn)行比較、并且在所述檢測(cè)電流大于或等于所述基準(zhǔn)值時(shí)輸出檢測(cè)信號(hào)的比較電路； 在從所述比較電路輸出的所述檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于第一設(shè)定時(shí)間時(shí)輸出浪涌抑制信號(hào)的第一信號(hào)生成電路；以及 在所述第一信號(hào)生成電路輸出了所述浪涌抑制信號(hào)時(shí)切斷所述開關(guān)器件的第一切斷電路， 其中所述第一設(shè)定時(shí)間被設(shè)置為比預(yù)先確定以檢測(cè)在所述開關(guān)器件中流動(dòng)的過電流的第二設(shè)定時(shí)間短。
6.如權(quán)利要求5所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，還包括 在從所述比較電路輸出的所述檢測(cè)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于所述第二設(shè)定時(shí)間時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的第二信號(hào)生成電路；以及 在所述第一信號(hào)生成電路輸出了所述浪涌抑制信號(hào)并且所述第二信號(hào)生成電路輸出了所述過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)切斷所述開關(guān)器件的第二切斷電路。
7.如權(quán)利要求6所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述第二信號(hào)生成電路輸出了所述過電流檢測(cè)信號(hào)時(shí)，輸出警報(bào)信號(hào)。
8.如權(quán)利要求3、4、6或7所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于，所述第一切斷電路的切斷能力被設(shè)置為大于所述第二切斷電路的切斷能力。
9.如權(quán)利要求8所述的用于開關(guān)器件的控制裝置，其特征在于， 所述第一切斷電路包括通過基于從所述第一信號(hào)生成電路輸出的浪涌抑制信號(hào)而生成的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通、且在導(dǎo)通后從所述開關(guān)器件的柵極端子取出電荷的第一晶體管，所述第二切斷電路包括通過基于從所述第一信號(hào)生成電路輸出的浪涌抑制信號(hào)以及從所述第二信號(hào)生成電路輸出的過電流檢測(cè)信號(hào)而生成的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)通、且在導(dǎo)通后從所述開關(guān)器件的柵極端子取出電荷的第二晶體管，并且 所述第一晶體管的驅(qū)動(dòng)能力被設(shè)置為大于所述第二晶體管的驅(qū)動(dòng)能力。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，盡管開關(guān)器件不處于過電流狀態(tài)但出于過電流保護(hù)的目的抑制在開關(guān)器件的電流切斷時(shí)的浪涌電壓。本發(fā)明的用于開關(guān)器件的控制裝置包括電流傳感器10、比較器501、計(jì)時(shí)器閂鎖502、控制電路80、以及晶體管95。電流傳感器10檢測(cè)開關(guān)器件Q1的電流，并且相應(yīng)地輸出檢測(cè)電壓ES。當(dāng)檢測(cè)電壓RS大于或等于基準(zhǔn)電壓ER1時(shí)，比較器501輸出信號(hào)。當(dāng)輸出信號(hào)的持續(xù)時(shí)間大于或等于設(shè)定時(shí)間時(shí)，計(jì)時(shí)器閂鎖502輸出浪涌抑制檢測(cè)信號(hào)S3?；谠摾擞恳种茩z測(cè)信號(hào)S3，控制電路80將驅(qū)動(dòng)信號(hào)S12輸出到晶體管95以切斷開關(guān)器件Q1?；鶞?zhǔn)電壓ER1小于檢測(cè)在開關(guān)器件Q1中流動(dòng)的過電流時(shí)所使用的基準(zhǔn)電壓ER2。
文檔編號(hào)G05B19/04GK103064303SQ20121038466
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者清水直樹 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社