JP2006064456A - Temperature detector for switching element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スイッチング素子の温度を検出する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting the temperature of a switching element.
従来、強電系回路側に設けられたスイッチング素子の温度が所定の温度しきい値以上となった場合に、フォトカプラのオン／オフを制御することにより、フォトカプラのオン／オフに応じた信号を弱電系回路側に設けられた制御回路に出力して、スイッチング素子の温度を検出する温度検出装置が知られている（特許文献１参照）。このような温度検出装置では、スイッチング素子の温度が所定の温度しきい値以上となった場合に、フォトカプラをオフ（ノーマリオン）するよりも、スイッチング素子の温度が所定の温度しきい値以上となった場合に、フォトカプラをオン（ノーマリオフ）した方がフォトカプラによる消費電力を小さくすることができる。 Conventionally, when the temperature of the switching element provided on the high-voltage circuit side exceeds a predetermined temperature threshold value, a signal corresponding to the on / off of the photocoupler is controlled by controlling the on / off of the photocoupler. Is known to output to a control circuit provided on the weak electric circuit side to detect the temperature of the switching element (see Patent Document 1). In such a temperature detection device, when the temperature of the switching element becomes equal to or higher than a predetermined temperature threshold, the temperature of the switching element is higher than the predetermined temperature threshold rather than turning off the photocoupler (normally on). In this case, power consumption by the photocoupler can be reduced by turning on the photocoupler (normally off).
しかしながら、従来の温度検出装置において、複数の温度レベルを検出するために、複数の温度しきい値を設ける場合、温度しきい値の数に対応したフォトカプラを設ける必要がある。この場合、スイッチング素子の温度が上昇して、複数の温度しきい値を越えるたびに、複数設けられているフォトカプラを順次オンしていくので、スイッチング素子の温度が上昇するほど、オンするフォトカプラの数が増加し、フォトカプラによる消費電力が増大するという問題が生じる。 However, in the case of providing a plurality of temperature thresholds in order to detect a plurality of temperature levels in a conventional temperature detection device, it is necessary to provide a photocoupler corresponding to the number of temperature thresholds. In this case, each time the switching element temperature rises and exceeds a plurality of temperature thresholds, the plurality of photocouplers are sequentially turned on. Therefore, as the switching element temperature rises, There arises a problem that the number of couplers increases and the power consumption by the photocoupler increases.
本発明によるスイッチング素子の温度検出装置は、温度検出素子により検出されたスイッチング素子の温度と、複数の温度しきい値とを比較し、比較結果に応じて、複数の温度しきい値の数と少なくとも同じ数だけ設けられている複数のフォトカプラのうち、１つのフォトカプラをオンさせて、いずれのフォトカプラがオンしているかに基づいて、スイッチング素子の温度を検出することを特徴とする。 The temperature detection device for a switching element according to the present invention compares the temperature of the switching element detected by the temperature detection element with a plurality of temperature thresholds, and determines the number of the plurality of temperature thresholds according to the comparison result. One of the plurality of photocouplers provided at least in the same number is turned on, and the temperature of the switching element is detected based on which photocoupler is turned on.
本発明によるスイッチング素子の温度検出装置によれば、スイッチング素子の温度と、複数の温度しきい値とを比較した結果に応じて、温度しきい値に応じた１つのフォトカプラをオンさせるので、スイッチング素子の温度が上昇した場合でも、フォトカプラによる消費電力の増大を抑制することができる。 According to the temperature detecting device for a switching element according to the present invention, since one photocoupler corresponding to the temperature threshold is turned on according to the result of comparing the temperature of the switching element and a plurality of temperature thresholds, Even when the temperature of the switching element rises, an increase in power consumption by the photocoupler can be suppressed.
図１は、本発明によるスイッチング素子の温度検出装置の一実施の形態における構成を示す図である。ＩＧＢＴ１０１は、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されるインバータに使用される電力スイッチング素子である。ＩＧＢＴ１０１のチップの主面には、オンチップ温度検出素子を構成する接合ダイオードＤ１０１が設けられている。接合ダイオードＤ１０１のアノード端子には、定電流回路１５０が接続されており、ダイオードＤ１０１には、一定の大きさの電流が供給される。接合ダイオードＤ１０１のカソード端子の電位は、後述するF-GNDとなっている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a temperature detecting device for a switching element according to the present invention. The IGBT 101 is a power switching element used for an inverter mounted on a hybrid vehicle, for example. A junction diode D101 constituting an on-chip temperature detection element is provided on the main surface of the
絶縁素子であるフォトカプラＩ１００は、フォトダイオードＤ１と、フォトトランジスタＴr1とを備える。フォトトランジスタＴr1のエミッタ端子の電位は、後述するF-GNDとなっており、コレクタ端子は、プッシュプル構成されたＰ型ＭＯＳＦＥＴ１０４およびＮ型ＭＯＳＦＥＴ１０５のゲート端子とそれぞれ接続されている。
The photocoupler I100, which is an insulating element, includes a photodiode D1 and a phototransistor Tr1. The potential of the emitter terminal of the phototransistor Tr1 is F-GND, which will be described later, and the collector terminal is connected to the gate terminals of the P-
制御回路１０の出力信号は、フォトカプラＩ１００を介して、駆動信号Ｖpwmとして、強電系回路に伝送される。駆動信号Ｖpwmは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４およびＮ型ＭＯＳＦＥＴ１０５でインピーダンス変換が行われて、ゲート抵抗Ｒgを介して、ＩＧＢＴ１０１のゲート端子Ｇに入力される。
The output signal of the
図１において、Ｖccは、強電系回路電源を表しており、F-GNDは、ＩＧＢＴ１０１のエミッタ電位を表している。また、Ｖddは、弱電系回路電源を表しており、GNDCは、弱電系（低圧系）回路の共通接地電位を表している。強電系回路電源ＶccおよびF-GNDと、弱電系回路電源ＶddおよびGNDCとは、フォトカプラＩ１００，Ｉ１０８およびＩ１０９によって、電気的に絶縁されている。
In FIG. 1, Vcc represents a high-voltage circuit power supply, and F-GND represents the emitter potential of the
第１の温度しきい値用コンパレータＩ１０１の反転入力端子は、ダイオードＤ１０１のアノード端子と接続されており、非反転入力端子には、所定のしきい値電圧Ｖth_1が入力される。このしきい値電圧Ｖth_1は、ＩＧＢＴ１０１の温度が第１のしきい値温度Ｔ１を越えたことを検出するためのしきい値電圧である。また、第２の温度しきい値用コンパレータＩ１０２の反転入力端子は、ダイオードＤ１０１のアノード端子と接続されており、非反転入力端子には、所定のしきい値電圧Ｖth_2（Ｖth_2＜Ｖth_1）が入力される。このしきい値電圧Ｖth_2は、ＩＧＢＴ１０１の温度が第２のしきい値温度Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）を越えたことを検出するためのしきい値電圧である。
The inverting input terminal of the first temperature threshold comparator I101 is connected to the anode terminal of the diode D101, and a predetermined threshold voltage Vth_1 is input to the non-inverting input terminal. The threshold voltage Vth_1 is a threshold voltage for detecting that the temperature of the
コンパレータＩ１０１の出力信号は、２入力アンド回路Ｉ１０４の一方の入力端子に入力される。アンド回路Ｉ１０４の他方の入力端子には、コンパレータＩ１０２の出力信号の信号レベルがＮＯＴ素子Ｉ１０３で反転された信号が入力される。コンパレータＩ１０２の出力信号は、２入力アンド回路Ｉ１０５の一方の入力端子にも入力される。 The output signal of the comparator I101 is input to one input terminal of the 2-input AND circuit I104. A signal obtained by inverting the signal level of the output signal of the comparator I102 by the NOT element I103 is input to the other input terminal of the AND circuit I104. The output signal of the comparator I102 is also input to one input terminal of the 2-input AND circuit I105.
フォトカプラＩ１００を介して強電系回路に伝送される駆動信号Ｖpwmは、ＮＯＴ素子Ｉ１０７で信号レベルが反転されて、２入力アンド回路Ｉ１０６の一方の入力端子に入力されるとともに、アンド回路Ｉ１０５の他方の入力端子に入力される。アンド回路Ｉ１０６の他方の入力端子には、コンパレータＩ１０４の出力信号が入力される。 The drive signal Vpwm transmitted to the high-voltage circuit via the photocoupler I100 is inverted in signal level by the NOT element I107 and input to one input terminal of the 2-input AND circuit I106, and the other of the AND circuit I105. Is input to the input terminal. The output signal of the comparator I104 is input to the other input terminal of the AND circuit I106.
アンド回路Ｉ１０６の出力信号は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２のゲート端子に入力される。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２のソース端子の電位は、上述したF-GNDとなっており、ドレイン端子は、フォトカプラＩ１０８と接続されている。フォトカプラＩ１０８は、フォトダイオードＤ２と、フォトトランジスタＴr2とを備えている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２がオンすると、フォトダイオードＤ２に電流が流れることにより、フォトトランジスタＴr2がオンする。すなわち、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２がオンすると、フォトカプラＩ１０８もオン動作する。なお、フォトトランジスタＴr2のエミッタ端子は接地されている。
The output signal of the AND circuit I106 is input to the gate terminal of the N-
アンド回路Ｉ１０５の出力信号は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３のゲート端子に入力される。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３のソース端子の電位は、上述したF-GNDとなっており、ドレイン端子は、フォトカプラＩ１０９と接続されている。フォトカプラＩ１０９は、フォトダイオードＤ３と、フォトトランジスタＴr3とを備えている。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３がオンすると、フォトダイオードＤ３に電流が流れることにより、フォトトランジスタＴr3がオンする。すなわち、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３がオンすると、フォトカプラＩ１０９もオン動作する。なお、フォトトランジスタＴr3のエミッタ端子は接地されている。
The output signal of the AND circuit I105 is input to the gate terminal of the N-
なお、フォトカプラＩ１００のフォトトランジスタＴr1のコレクタ端子と強電系回路電源Ｖccとの間に挿入されている抵抗Ｒ１０１は、電流制限用の抵抗である。同様に、フォトカプラＩ１０８のフォトダイオードＤ２のアノードと強電系回路電源Ｖccとの間に挿入されている抵抗Ｒ１０３、および、フォトトランジスタＴr2のコレクタ端子と弱電系回路電源Ｖddとの間に挿入されている抵抗Ｒ１０４も電流制限用の抵抗である。また、フォトカプラＩ１０９のフォトダイオードＤ３のアノードと強電系回路電源Ｖccとの間に挿入されている抵抗Ｒ１０５、および、フォトトランジスタＴr3のコレクタ端子と弱電系回路電源Ｖddとの間に挿入されている抵抗Ｒ１０６も電流制限用の抵抗である。 The resistor R101 inserted between the collector terminal of the phototransistor Tr1 of the photocoupler I100 and the high-voltage circuit power supply Vcc is a current limiting resistor. Similarly, the resistor R103 inserted between the anode of the photodiode D2 of the photocoupler I108 and the high power circuit power supply Vcc, and the resistor R103 inserted between the collector terminal of the phototransistor Tr2 and the weak power system power supply Vdd. The resistor R104 is also a current limiting resistor. Further, the resistor R105 inserted between the anode of the photodiode D3 of the photocoupler I109 and the high-power circuit power supply Vcc, and the resistor R105 inserted between the collector terminal of the phototransistor Tr3 and the weak-power circuit power supply Vdd. The resistor R106 is also a current limiting resistor.
フォトトランジスタＴr2のコレクタ端子と抵抗Ｒ１０４との接続点との間に生じる電圧信号は、フリップフロップ（データフリップフロップ）Ｉ１１０に入力される。フリップフロップＩ１１０のクロック入力端子には、制御回路１０の出力信号を時間ｔaだけ遅延させるための遅延回路１０６の出力端子が接続されている。また、フォトトランジスタＴr3のコレクタ端子と抵抗Ｒ１０６との接続点との間に生じる電圧信号は、フリップフロップＩ１１１に入力される。フリップフロップＩ１１１のクロック入力端子には、遅延回路１０６の出力端子が接続されている。
A voltage signal generated between the collector terminal of the phototransistor Tr2 and the connection point of the resistor R104 is input to a flip-flop (data flip-flop) I110. The clock input terminal of the flip-flop I110 is connected to the output terminal of the
フリップフロップＩ１１０の出力信号Ｖout1およびフリップフロップＩ１１１の出力信号Ｖout2が、ＩＧＢＴ１０１の温度検出信号となる。なお、フリップフロップＩ１１０，Ｉ１１１のリセット端子には、システムリセット時と同タイミングのリセット信号が入力される。
The output signal Vout1 of the flip-flop I110 and the output signal Vout2 of the flip-flop I111 serve as the temperature detection signal of the
続いて、一実施の形態におけるスイッチング素子の温度検出装置の動作について説明する。図２は、図１に示す温度検出装置の各部の電圧波形を示す図である。図２（ａ）は、ダイオードＤ１０１のアノード端子の出力電圧を、図２（ｂ）は、制御回路１０の出力信号を、図２（ｃ）は、上述した駆動信号Ｖpwmを、図２（ｄ）は、ＩＧＢＴ１０１のゲート−エミッタ間の電圧をそれぞれ示している。また、図２（ｅ）は、コンパレータＩ１０１の出力電圧を、図２（ｆ）は、コンパレータＩ１０２の出力電圧を、図２（ｇ）は、ＮＯＴ素子Ｉ１０７の出力電圧を、図２（ｈ）は、ＮＯＴ素子Ｉ１０３の出力電圧をそれぞれ示している。
Next, the operation of the temperature detection device for a switching element in one embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing voltage waveforms at various parts of the temperature detection apparatus shown in FIG. 2A shows the output voltage of the anode terminal of the diode D101, FIG. 2B shows the output signal of the
図２（ｉ）〜図２（ｋ）はそれぞれ、アンド回路Ｉ１０４，Ｉ１０６，Ｉ１０５の出力電圧を示している。図２（ｌ）は、フォトカプラＩ１０８の出力電圧、すなわち、フリップフロップＩ１１０の入力電圧を示しており、図２（ｍ）は、フォトカプラＩ１０９の出力電圧、すなわち、フリップフロップＩ１１１の入力電圧を示している。図２（ｎ）は、遅延回路１０６の出力電圧を、図２（ｏ）および図２（ｐ）はそれぞれ、フリップフロップＩ１１０およびＩ１１１の出力電圧を示している。
2 (i) to 2 (k) show output voltages of the AND circuits I104, I106, and I105, respectively. FIG. 2 (l) shows the output voltage of the photocoupler I108, that is, the input voltage of the flip-flop I110, and FIG. 2 (m) shows the output voltage of the photocoupler I109, ie, the input voltage of the flip-flop I111. Show. 2 (n) shows the output voltage of the
制御回路１０は、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１０１をオン／オフさせるために、図２（ｂ）に示すように、ＨiレベルとＬoレベルの信号を交互に出力する。出力信号がＬoレベルの状態とは、電流が流れていない状態のことである。制御回路１０の出力信号レベルがＬoレベルの場合には、フォトダイオードＤ１に電流が流れないため、フォトカプラＩ１００は、オフとなっている。制御回路１０の出力信号のレベルがＨiレベルとなると、フォトダイオードＤ１に電流が流れることにより、フォトトランジスタＴr1がオンとなるので、フォトカプラＩ１００がオン動作となる。この場合、フォトトランジスタＴr1のコレクタ端子からエミッタ端子に電流が流れるので、駆動信号Ｖpwmの信号レベルはＨiレベルからＬoレベルに変わる。すなわち、駆動信号Ｖpwmの信号レベルは、制御回路１０の出力信号の信号レベルを反転した形となる。
The
駆動信号ＶpwmがＬoレベルの場合には、プッシュプル構成されているＰ型ＭＯＳＦＥＴ１０４がオンし、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０５はオフする。これにより、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４と接続されている強電系回路電源Ｖccから、ゲート抵抗Ｒgを介して、ＩＧＢＴ１０１のゲート端子に電荷が供給される（正電圧が印加される）。逆に、駆動信号ＶpwmがＨiレベルの場合には、プッシュプル構成されているＮ型ＭＯＳＦＥＴ１０５がオンし、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ１０４がオフする。これにより、ＩＧＢＴ１０１のゲート端子から、ゲート抵抗Ｒgを介して、電荷の放電が行われる。上述した動作により、図２（ｂ）および図２（ｄ）に示すように、制御回路１０の出力信号（スイッチング素子駆動信号）に応じて、ＩＧＢＴ１０１がオン／オフする。
When the drive signal Vpwm is at the Lo level, the P-
−ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１以下の場合−
まず、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１以下の場合の各部の動作について説明する。ＩＧＢＴ１０１内に設けられているダイオードＤ１０１のアノード端子およびカソード端子間の電圧は、ＩＧＢＴ１０１の温度が上昇するに伴って、低下する特性を有している。ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１以下の場合、コンパレータＩ１０１の反転入力端子に入力される電圧は、所定のしきい値電圧Ｖth_1より高いので、コンパレータＩ１０１の出力信号は、Ｌoレベルとなる。同様に、コンパレータＩ１０２の出力信号もＬoレベルとなる。
-When the temperature T of the
First, the operation of each part when the temperature T of the
コンパレータＩ１０１の出力信号がＬoレベルであるので、アンド回路Ｉ１０４の出力信号もＬoレベルとなり（図２（ｉ）参照）、従って、アンド回路Ｉ１０６の出力信号もＬoレベルとなる（図２（ｊ）参照）。この場合、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２はオフとなっているので、フォトカプラＩ１０８もオフとなる。ただし、フォトカプラＩ１０８のオフ時には、弱電系回路電源Ｖddから、抵抗Ｒ１０４を介して、Ｈiレベルの電圧信号がフリップフロップＩ１１０に入力される（図２（ｌ）参照）。
Since the output signal of the comparator I101 is at the Lo level, the output signal of the AND circuit I104 is also at the Lo level (see FIG. 2 (i)). Accordingly, the output signal of the AND circuit I106 is also at the Lo level (FIG. 2 (j)). reference). In this case, since the N-
同様に、コンパレータＩ１０２の出力信号がＬoレベルであるので、アンド回路Ｉ１０５の出力信号もＬoレベルとなる（図２（ｋ）参照）。従って、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３はオフとなり、フォトカプラＩ１０９もオフとなる。この場合も、Ｈiレベルの電圧信号がフリップフロップＩ１１１に入力される（図２（ｍ）参照）。
Similarly, since the output signal of the comparator I102 is at the Lo level, the output signal of the AND circuit I105 is also at the Lo level (see FIG. 2 (k)). Therefore, the N-
上述したように、遅延回路１０６は、制御回路１０の出力信号を時間ｔaだけ遅延させる（図２（ｎ）参照）。この遅延時間ｔaは、制御回路１０の出力信号のうち、オン信号が出力されているパルス時間よりも短いものとする。フリップフロップ（データフリップフロップ）Ｉ１１０およびＩ１１１はそれぞれ、クロック入力端子に入力される信号、すなわち、遅延回路１０６の出力信号の立ち上がりエッジが検出された時（図２（ｎ）の矢印参照）に、フリップフロップの入力端子に入力されている信号のレベルを保持して、出力信号Ｖout1およびＶout2として出力する。ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１（Ｔ１＜Ｔ２）以下の場合には、フリップフロップＩ１１０およびＩ１１１に入力される信号のレベルがＨiレベルとなっているので、出力信号Ｖout1およびＶout2の信号レベルは、共にＨiレベルとなる（図２（ｏ），図２（ｐ）参照）。
As described above, the
−Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２の場合−
ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１より高く、かつ、第２のしきい値温度Ｔ２より低い場合の各部の動作について説明する。ここでは、時刻ｔ１において、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１を越えたものとして説明する。この場合、コンパレータＩ１０１の反転入力端子に入力される電圧は、所定のしきい値電圧Ｖth_1より低くなるので（図２（ａ）参照）、コンパレータＩ１０１の出力信号は、Ｈiレベルとなる（図２（ｅ）参照）。ただし、コンパレータＩ１０２の反転入力端子に入力される電圧は、所定のしきい値電圧Ｖth_2より高いので、コンパレータＩ１０２の出力信号は、Ｌoレベルのままである。
-When T1 <T <T2-
The operation of each part when the temperature T of the
コンパレータＩ１０１の出力信号がＨiレベルとなることにより、アンド回路Ｉ１０４の出力信号もＨiレベルとなる（図２（ｉ）参照）。アンド回路Ｉ１０６は、アンド回路Ｉ１０４の出力信号と、駆動信号Ｖpwmの信号レベルを反転させた信号との論理積を演算して、演算結果を出力するので、アンド回路Ｉ１０６の出力信号は、駆動信号Ｖpwmの信号レベルを反転させた信号と同一の波形となる（図２（ｊ）参照）。 When the output signal of the comparator I101 becomes Hi level, the output signal of the AND circuit I104 also becomes Hi level (see FIG. 2 (i)). Since the AND circuit I106 calculates the logical product of the output signal of the AND circuit I104 and the signal obtained by inverting the signal level of the drive signal Vpwm and outputs the calculation result, the output signal of the AND circuit I106 is the drive signal It has the same waveform as the signal obtained by inverting the signal level of Vpwm (see FIG. 2 (j)).
アンド回路Ｉ１０６の出力信号がＬoレベルの場合のフォトカプラＩ１０８の動作、および、フリップフロップＩ１１０の出力信号のレベルについては、上述したので、ここでは、アンド回路Ｉ１０６の出力信号がＨiレベルの場合について説明する。この場合、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２がオンするので、フォトカプラＩ１０８もオンする。すなわち、フォトトランジスタＴr2のコレクタ−エミッタ間に電流が流れるので、フリップフロップＩ１１０に入力される信号の信号レベルはＨiからＬoへと変わる。すなわち、図２（ｌ）に示すように、フリップフロップＩ１１０に入力される信号がＬoレベルの場合に、フォトカプラＩ１０８はオンとなっている。
Since the operation of the photocoupler I108 when the output signal of the AND circuit I106 is at the Lo level and the level of the output signal of the flip-flop I110 have been described above, here, the case where the output signal of the AND circuit I106 is at the Hi level. explain. In this case, since the N-
図２（ｎ）に示すように、時刻ｔ２において、遅延回路１０６の出力信号の信号レベルはＬoからＨiに変わる。時刻ｔ２において、フリップフロップＩ１１０に入力される信号の信号レベルはＬoレベルとなっているので（図２（ｌ）参照）、フリップフロップＩ１１０の出力信号Ｖout1は、時刻ｔ２において、ＨiレベルからＬoレベルに変わる（図２（ｏ）参照）。なお、フォトカプラＩ１０９はオフのままであるため、フリップフロップＩ１１１の出力信号Ｖout2は、Ｈiレベルを保持している。
As shown in FIG. 2 (n), at time t2, the signal level of the output signal of the
−Ｔ２＜Ｔの場合−
最後に、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２より高い場合の各部の動作について説明する。ここでは、時刻ｔ３において、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２を越えたものとして説明する。この場合、コンパレータＩ１０２の反転入力端子に入力される電圧は、所定のしきい値電圧Ｖth_2より低くなるので（図２（ａ）参照）、コンパレータＩ１０２の出力信号は、Ｈiレベルとなる（図２（ｆ）参照）。なお、コンパレータＩ１０１の反転入力端子に入力される電圧は、所定のしきい値電圧Ｖth_1より低いので、コンパレータＩ１０１の出力信号は、Ｈiレベルのままである。
-T2 <T-
Finally, the operation of each part when the temperature T of the
コンパレータＩ１０２の出力信号がＬoレベルからＨiレベルに変わることにより、アンド回路Ｉ１０４には、ＮＯＴ素子Ｉ１０３で信号レベルが反転されたＬoレベルの信号が入力される。これにより、アンド回路Ｉ１０４の出力信号はＬoレベルとなるので（図２（ｉ）参照）、アンド回路Ｉ１０６の出力信号もＬoレベルとなって、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２がオフし、フォトカプラＩ１０８もオフする。従って、フリップフロップＩ１１０の出力信号Ｖout1は、再び、Ｈiレベルとなる（図２（ｏ）参照）。
When the output signal of the comparator I102 changes from the Lo level to the Hi level, the AND circuit I104 receives the Lo level signal obtained by inverting the signal level at the NOT element I103. As a result, the output signal of the AND circuit I104 becomes Lo level (see FIG. 2I), so that the output signal of the AND circuit I106 also becomes Lo level, the N-
一方、アンド回路Ｉ１０５は、アンド回路Ｉ１０２の出力信号と、駆動信号Ｖpwmの信号レベルを反転させた信号との論理積を演算して、演算結果を出力するので、アンド回路Ｉ１０２の出力信号がＨiレベルとなることにより、アンド回路Ｉ１０５の出力信号は、駆動信号Ｖpwmの信号レベルを反転させた信号と同一の波形となる（図２（ｋ）参照）。 On the other hand, the AND circuit I105 calculates the logical product of the output signal of the AND circuit I102 and the signal obtained by inverting the signal level of the drive signal Vpwm and outputs the calculation result. Therefore, the output signal of the AND circuit I102 is Hi. By becoming the level, the output signal of the AND circuit I105 has the same waveform as the signal obtained by inverting the signal level of the drive signal Vpwm (see FIG. 2 (k)).
アンド回路Ｉ１０５の出力信号がＬoレベルの場合のフォトカプラＩ１０９の動作、および、フリップフロップＩ１１１の出力信号のレベルについては、上述したので、ここでは、アンド回路Ｉ１０５の出力信号がＨiレベルの場合について説明する。この場合、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０３がオンするので、フォトカプラＩ１０９もオンする。すなわち、フォトトランジスタＴr3のコレクタ−エミッタ間に電流が流れることにより、フリップフロップＩ１１１に入力される信号の信号レベルはＨiからＬoへと変わる。すなわち、図２（ｍ）に示すように、フリップフロップＩ１１１に入力される信号がＬoレベルの場合に、フォトカプラＩ１０９はオンとなっている。
Since the operation of the photocoupler I109 when the output signal of the AND circuit I105 is at the Lo level and the level of the output signal of the flip-flop I111 have been described above, here, the case where the output signal of the AND circuit I105 is at the Hi level. explain. In this case, since the N-
図２（ｎ）に示すように、時刻ｔ４において、遅延回路１０６の出力信号の信号レベルはＬoからＨiに変わる。時刻ｔ４において、フリップフロップＩ１１１に入力される信号の信号レベルはＬoレベルとなっているので（図２（ｍ）参照）、フリップフロップＩ１１１の出力信号Ｖout2は、時刻ｔ４において、ＨiレベルからＬoレベルに変わる（図２（ｏ）参照）。一方、時刻ｔ４において、フォトカプラＩ１０８はオフとなっているので、フリップフロップＩ１１０の出力信号Ｖout1は、時刻ｔ４において、ＬoレベルからＨiレベルに変わる。
As shown in FIG. 2 (n), at time t4, the signal level of the output signal of the
図３は、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔと、フリップフロップＩ１１０の出力信号Ｖout1、および、フリップフロップＩ１１１の出力信号Ｖout2との関係をまとめた図である。図３に示すように、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１より低い場合には、出力信号Ｖout1およびＶout2は、共にＨiレベルとなっているが、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１を越えると、出力信号Ｖout1はＬoレベルとなる。また、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２を越えると、出力信号Ｖout1はＨiレベルとなり、出力信号Ｖout2はＬoレベルとなる。
FIG. 3 is a diagram summarizing the relationship between the temperature T of the
なお、フリップフロップＩ１１０，Ｉ１１１の出力信号Ｖout1，Ｖout2は、弱電系回路側に設けられている制御回路１０に入力してもよいし、弱電系回路側に設けられる図示しないコントローラに入力してもよい。制御回路１０に入力した場合には、制御回路１０にて、強電系回路側に設けられているＩＧＢＴ１０１の温度を検出することができ、図示しないコントローラに入力した場合には、図示しないコントローラにて、ＩＧＢＴ１０１の温度を検出することができる。
The output signals Vout1 and Vout2 of the flip-flops I110 and I111 may be input to the
一実施の形態におけるスイッチング素子の温度検出装置の動作を簡単にまとめておく。一実施の形態におけるスイッチング素子の温度検出装置では、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１０１の近傍に、温度検出素子である接合ダイオードＤ１０１を設けるとともに、しきい値温度に対応したフォトカプラＩ１０８，Ｉ１０９を設けている。ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１を越えると、フォトカプラＩ１０８のみをオンし、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２を越えると、フォトカプラ１０９のみをオンする。これにより、フォトカプラＩ１０８がオンしたことを示す信号（Ｖout1がＬoレベル）が出力されると、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１を越えたことを検出することができ、フォトカプラＩ１０９がオンしたことを示す信号（Ｖout2がＬoレベル）が出力されると、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２を越えたことを検出することができる。これにより、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが上昇するに伴って、オン動作するフォトカプラが増大する方法に比べて、消費電流を抑制することができる。
The operation of the switching element temperature detecting device in one embodiment will be briefly summarized. In the temperature detection device for a switching element in one embodiment, a junction diode D101 as a temperature detection element is provided in the vicinity of the
また、一実施の形態におけるスイッチング素子の温度検出装置では、フォトカプラＩ１０８をオン動作させるための信号を出力するアンド回路Ｉ１０６において、ＩＧＢＴ１０１をオン／オフさせるための駆動信号と同一の信号レベルの信号と、アンド回路Ｉ１０４の出力信号との論理積を演算して、演算結果を出力するので、フォトカプラＩ１０８をオンさせる場合でも、オン／オフを交互に繰り返すようにオンさせることができる。同様に、フォトカプラＩ１０９をオンさせる場合でも、オン／オフを交互に繰り返すように、オンさせることができる。これにより、フォトカプラＩ１０８，Ｉ１０９のオン動作時に、常にオンさせる場合に比べて、フォトカプラのオン動作に伴う消費電流を低減させることができる。すなわち、制御回路１０の出力信号のオンデューティーに比例する量だけ、消費電流を低減させることができる。
In the temperature detection device for a switching element according to an embodiment, a signal having the same signal level as a drive signal for turning on / off the
上述したように、フリップフロップ（データフリップフロップ）Ｉ１１０，Ｉ１１１のクロック入力端子には、制御回路１０の出力信号を時間ｔaだけ遅延させた信号が入力される。従って、フォトカプラＩ１０８，Ｉ１０９を交互にオン／オフさせている場合でも、フリップフロップＩ１１０，Ｉ１１１の出力信号Ｖout1は一定の信号レベルとなる。すなわち、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１の温度しきい値Ｔ１を越えたか否か、および、第２の温度しきい値Ｔ２を越えたか否かを正確に検出することができる。
As described above, a signal obtained by delaying the output signal of the
本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、上述した一実施の形態では、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔを第１の温度しきい値Ｔ１および第２の温度しきい値Ｔ２と比べたが、３つ以上の温度しきい値を予め設定して、ＩＧＢＴ１０１の温度をさらに詳細に検出することもできる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the temperature T of the
図４は、ＩＧＢＴ１０１の温度ＴをＮ個の温度しきい値と比較するための回路構成を示す図である。この場合、フォトカプラＩ１００とは別に、Ｎ個の温度しきい値に対応させて、Ｎ個のフォトカプラＩ６０１〜Ｉ６０Ｎが設けられている。図４に示す回路の各部の動作は、上述した図１に示す回路の動作と基本的に同じであるため、ここでは、詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for comparing the temperature T of the
図５は、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔと、フリップフロップＩ７０１〜Ｉ７０Ｎの出力信号Ｖout1〜ＶoutNとの関係をまとめた図である。ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１の温度しきい値Ｔ１より低い場合には、全ての出力信号Ｖout1〜ＶoutNは、Ｈiレベルとなっているが、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第１のしきい値温度Ｔ１を越えると、出力信号Ｖout1はＬoレベルとなる。また、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第２のしきい値温度Ｔ２を越えると、出力信号Ｖout1はＨiレベルとなり、出力信号Ｖout2はＬoレベルとなる。
FIG. 5 is a diagram summarizing the relationship between the temperature T of the
同様に、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第３のしきい値温度Ｔ３を越えると、出力信号Ｖout2はＨiレベルとなり、出力信号Ｖout3はＬoレベルとなり、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第Ｎのしきい値温度ＴＮを越えると、出力信号ＶoutNのみがＬoレベルとなる。
Similarly, when the temperature T of the
すなわち、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔが第ｍのしきい値温度Ｔｍ（ｍは、１以上Ｎ以下の整数）を越えると、第ｍのしきい値温度Ｔｍに対応して設けられているフォトカプラＩ６０ｍのみがオンし、フリップフロップＩ７０ｍの出力信号ＶoutmのみがＬoレベルとなる。従って、出力信号Ｖout1〜ＶoutNの信号レベルを確認することにより、ＩＧＢＴ１０１の温度Ｔを把握することができる。
That is, when the temperature T of the
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、ダイオードＤ１０１が温度検出素子を、コンパレータＩ１０１，Ｉ１０２、アンド回路Ｉ１０４，Ｉ１０５，Ｉ１０６、ＮＯＴ素子Ｉ１０３，Ｉ１０７、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ１０２，１０３がフォトカプラ制御回路を、制御回路１０が温度検出手段を、フリップフロップＩ１１０，Ｉ１１１がデータフリップフロップをそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
The correspondence between the constituent elements of the claims and the constituent elements of the embodiment is as follows. That is, the diode D101 is the temperature detection element, the comparators I101 and I102, the AND circuits I104, I105 and I106, the NOT elements I103 and I107, the N-
１０…制御回路
１０１…ＩＧＢＴ
１０６…遅延回路
Ｉ１０１，Ｉ１０２，Ｉ２０１〜Ｉ２０Ｎ…コンパレータ
Ｉ１０３，Ｉ１０７，Ｉ３０２〜Ｉ３０Ｎ…ＮＯＴ素子
Ｉ１０４〜Ｉ１０６，Ｉ４０１〜Ｉ５０Ｎ…アンド回路
Ｉ１００，Ｉ１０８，Ｉ１０９，Ｉ６０１〜Ｉ６０Ｎ…フォトカプラ
Ｉ１１０，Ｉ１１１，Ｉ７０１〜Ｉ７０Ｎ…フリップフロップ
Ｄ１０１…接合ダイオード
Ｄ１〜Ｄ３…フォトダイオード
Ｔr1〜Ｔr3…フォトトランジスタ
Ｒ１０１〜Ｒ１０６…抵抗
10 ...
106 ... delay circuits I101, I102, I201 to I20N ... comparators I103, I107, I302 to I30N ... NOT elements I104 to I106, I401 to I50N ... AND circuits I100, I108, I109, I601 to I60N ... photocouplers I110, I111, I701 ˜I70N Flip-flop D101 Junction diodes D1 to D3 Photodiodes Tr1 to Tr3 Phototransistors R101 to R106 Resistance
Claims (5)
前記温度検出素子により検出された温度と、複数の温度しきい値とを比較し、比較結果に応じて、前記複数の温度しきい値とそれぞれ対応して設けられている複数のフォトカプラのうち、１つのフォトカプラをオンさせるフォトカプラ制御回路と、
前記複数のフォトカプラのうち、いずれのフォトカプラがオンしているかに基づいて、前記スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段とを備えることを特徴とするスイッチング素子の温度検出装置。 A temperature detection element for detecting the temperature of the switching element;
The temperature detected by the temperature detection element is compared with a plurality of temperature thresholds, and according to the comparison result, among the plurality of photocouplers provided corresponding to the plurality of temperature thresholds, respectively. A photocoupler control circuit for turning on one photocoupler;
A temperature detecting device for a switching element, comprising: temperature detecting means for detecting a temperature of the switching element based on which one of the plurality of photocouplers is on.
前記フォトカプラ制御回路は、前記温度検出素子により検出された温度がある温度しきい値を越えると、その温度しきい値と対応して設けられているフォトカプラをオンさせるとともに、他の温度しきい値に対応して設けられているフォトカプラを全てオフさせることを特徴とするスイッチング素子の温度検出装置。 In the temperature detection apparatus of the switching element according to claim 1,
When the temperature detected by the temperature detection element exceeds a certain temperature threshold, the photocoupler control circuit turns on the photocoupler provided corresponding to the temperature threshold and sets the other temperature. A temperature detecting device for a switching element, wherein all photocouplers provided corresponding to the threshold value are turned off.
前記温度検出素子は、前記スイッチング素子近傍に設けられた温度検出用ダイオードであって、
前記フォトカプラ制御回路は、前記温度検出用ダイオードのアノード端子およびカソード端子間の電圧と、前記複数の温度しきい値に対応して設定されている複数の電圧しきい値とを比較する比較回路と、前記比較回路による比較結果に基づいて、前記複数のフォトカプラのうち、１つのフォトカプラをオンさせるフォトカプラ駆動回路とを備えることを特徴とするスイッチング素子の温度検出装置。 In the temperature detection apparatus of the switching element according to claim 1 or 2,
The temperature detection element is a temperature detection diode provided in the vicinity of the switching element,
The photocoupler control circuit compares a voltage between an anode terminal and a cathode terminal of the temperature detection diode with a plurality of voltage threshold values set corresponding to the plurality of temperature threshold values. And a photocoupler drive circuit that turns on one photocoupler among the plurality of photocouplers based on a comparison result by the comparison circuit.
前記フォトカプラ駆動回路は、前記スイッチング素子の温度に応じて１つのフォトカプラをオンさせる際に、前記スイッチング素子をオン／オフさせるためのスイッチング素子駆動信号のオン信号と同期させて、前記１つのフォトカプラをオンさせることを特徴とするスイッチング素子の温度検出装置。 In the temperature detection apparatus of the switching element according to claim 3,
The photocoupler driving circuit synchronizes with an on signal of a switching element driving signal for turning on / off the switching element when turning on one photocoupler according to the temperature of the switching element, A temperature detecting device for a switching element, wherein a photocoupler is turned on.
前記スイッチング素子駆動信号を所定時間だけ遅延させた信号をクロック信号とし、前記クロック信号の信号レベルが切り替わる時の前記フォトカプラのオン／オフの状態を示す信号を保持して、前記温度検出手段に出力するデータフリップフロップをさらに備えることを特徴とするスイッチング素子の温度検出装置。 In the temperature detection apparatus of the switching element according to claim 4,
A signal obtained by delaying the switching element drive signal by a predetermined time is used as a clock signal, and a signal indicating the on / off state of the photocoupler when the signal level of the clock signal is switched is held in the temperature detection unit. A temperature detecting device for a switching element, further comprising a data flip-flop for outputting.
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