JP2013171799A - Semiconductor breaker, dc power feeding system, and dc power feeding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体遮断器、直流給電システム、及び直流給電方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor circuit breaker, a DC power supply system, and a DC power supply method.
近年、ルータやサーバ等の各種負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムが提案されている。このような直流給電システムでは、負荷装置への電力給電を高信頼、高品質で行えるようにすることが要求されている。そのため、このような直流給電システムは、負荷装置側で短絡等の事故が発生した場合に生じる過電流からシステムを保護するために、電源装置と負荷装置との間に、半導体遮断器などの保護装置を配置している。
この保護装置として使用される半導体遮断器は、例えば、半導体スイッチング素子などの半導体スイッチ部を備え、通常の動作状態では、半導体スイッチ部を導通状態に制御することにより、負荷装置に電力を供給している。また、半導体遮断器は、半導体スイッチ部に流れる電流が所定の電流閾値以上になった場合に、半導体スイッチ部を非導通状態に制御することにより、負荷装置に流れる過電流を遮断する。
In recent years, DC power supply systems that supply DC power to various load devices such as routers and servers have been proposed. In such a DC power supply system, it is required to supply power to the load device with high reliability and high quality. For this reason, such a DC power supply system protects a system such as a semiconductor circuit breaker between the power supply device and the load device in order to protect the system from an overcurrent that occurs when an accident such as a short circuit occurs on the load device side. The device is arranged.
The semiconductor circuit breaker used as the protection device includes a semiconductor switch unit such as a semiconductor switching element, for example, and supplies power to the load device by controlling the semiconductor switch unit in a conductive state in a normal operation state. ing. The semiconductor circuit breaker cuts off the overcurrent flowing through the load device by controlling the semiconductor switch unit to a non-conductive state when the current flowing through the semiconductor switch unit exceeds a predetermined current threshold value.
ところで、過電流の発生は、短絡事故が生じた場合に限らず、例えば、起動時に瞬間的に流れる突入電流によって発生するなど、直流給電システムが正常であっても発生する場合がある。このような場合に、瞬間的に半導体スイッチ部に流れる電流が所定の電流閾値以上になるため、上述のような半導体遮断器は、不要な遮断動作を行うことになる。このような不要な遮断動作を低減するために、例えば、特許文献１に記載の技術では、別途、抵抗などを使用したプリチャージ回路を設けている。これにより、特許文献１に記載の技術では、起動時の突入電流などの瞬間的に電流の増加が発生することが分かっている場合に、プリチャージ回路に切り替えることで、瞬間的な電流の増加を低減している。
By the way, the occurrence of an overcurrent is not limited to when a short circuit accident occurs, and may occur even when the DC power supply system is normal, for example, due to an inrush current that flows instantaneously at startup. In such a case, since the current that flows through the semiconductor switch section instantaneously exceeds a predetermined current threshold value, the semiconductor breaker as described above performs an unnecessary breaking operation. In order to reduce such an unnecessary blocking operation, for example, in the technique described in
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば、起動時の突入電流などの瞬間的な電流の増加を低減するために、プリチャージ回路を備える必要がある。そのため、特許文献１に記載の技術では、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することが困難であった。
However, in the technique described in
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる半導体遮断器、直流給電システム、及び直流給電方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor circuit breaker, a DC power supply system, and a DC power supply method that can reduce unnecessary interruption operations while simplifying the circuit configuration. There is to do.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、電源装置から負荷装置に直流電力を供給する電力供給線に配置され、制御電圧に基づいて、前記電源装置と前記負荷装置との間の導通状態を制御する半導体スイッチ部と、電源装置から負荷装置に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された前記電流が予め定められた第１の電流閾値以上である場合に、前記半導体スイッチ部を遮断状態にする遮断処理部と、前記電源装置と前記負荷装置との間を導通状態にする場合に、前記導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する前記半導体スイッチ部の両端の電圧差と、予め取得されている素子特性とに基づいて、前記第１の電流閾値以下である第２の電流閾値を超えない前記制御電圧として推定された推定電圧に、前記制御電圧を変更する制御電圧変更部と、前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第２の電流閾値以上である場合に、前記第２の電流閾値を超えないように前記制御電圧を補正する補正部と、を備え、前記素子特性は、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差及び前記制御電圧と前記半導体スイッチ部に流れる電流値との関係を示す特性であることを特徴とする半導体遮断器である。 In order to solve the above problem, an aspect of the present invention is arranged in a power supply line that supplies DC power from a power supply device to a load device, and between the power supply device and the load device based on a control voltage. When the semiconductor switch unit that controls the conduction state, the current detection unit that detects the current flowing from the power supply device to the load device, and the current detected by the current detection unit is greater than or equal to a predetermined first current threshold value In addition, when the semiconductor switch unit is turned off and the power supply device and the load device are turned on, the change is made according to the elapsed time from the start of the operation to turn on. Based on the voltage difference between both ends of the semiconductor switch section and the element characteristics acquired in advance, the estimation estimated as the control voltage that does not exceed the second current threshold that is equal to or less than the first current threshold. A control voltage changing unit that changes the control voltage to a voltage, and the current detected by the current detection unit is greater than or equal to the second current threshold so as not to exceed the second current threshold. A correction unit that corrects the control voltage, and the element characteristic is a characteristic that indicates a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit and a relationship between the control voltage and a current value flowing through the semiconductor switch unit. It is a semiconductor circuit breaker.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記経過時間に応じて変化する前記両端の電圧差と、前記素子特性とに基づいて、前記第２の電流閾値を超えない前記制御電圧を推定電圧として推定する推定部を備え、前記制御電圧変更部は、前記制御電圧を前記推定部によって推定された前記推定電圧に変更することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the above-described semiconductor circuit breaker, the control that does not exceed the second current threshold value based on the voltage difference between the both ends that changes according to the elapsed time and the element characteristics. An estimation unit that estimates a voltage as an estimated voltage is provided, wherein the control voltage change unit changes the control voltage to the estimated voltage estimated by the estimation unit.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記両端の電圧差と、前記制御電圧と、前記半導体スイッチ部に流れる電流値とを対応付けて記憶する素子特性記憶部を備え、前記推定部は、前記電流値としての前記第２の電流閾値と前記両端の電圧差とに対応する前記制御電圧値を前記素子特性記憶部から読み出し、読み出した前記制御電圧値に基づいて前記推定電圧を推定することを特徴とする。 In addition, according to another aspect of the present invention, the semiconductor circuit breaker includes an element characteristic storage unit that stores a voltage difference between the both ends, the control voltage, and a current value flowing through the semiconductor switch unit in association with each other. The estimation unit reads out the control voltage value corresponding to the second current threshold value as the current value and the voltage difference between the both ends from the element characteristic storage unit, and performs the estimation based on the read control voltage value The voltage is estimated.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記推定部は、予め定められた所定の期間、予め定められた所定の電圧値を前記制御電圧として前記半導体スイッチ部に供給させた後に取得した前記負荷装置側の電圧と、前記電源装置の出力電圧と、前記素子特性とに基づいて、前記負荷装置が備える静電容量成分を算出し、算出した前記静電容量成分と、前記電源装置の出力電圧と、１つ前に推定した前記推定電圧とに基づいて、前記制御電圧の１つ前の変更から所定時間後の前記負荷装置側の電圧を算出し、算出した前記所定時間後の前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて、前記所定時間後の前記両端の電圧差を算出し、算出した前記所定時間後の前記両端の電圧差と、前記素子特性とに基づいて、前記所定時間後に変更する前記推定電圧を推定することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the semiconductor circuit breaker, the estimation unit supplies a predetermined voltage value, which is determined in advance, to the semiconductor switch unit as the control voltage for a predetermined period. Based on the voltage on the side of the load device acquired later, the output voltage of the power supply device, and the element characteristics, the capacitance component included in the load device is calculated, the calculated capacitance component, Based on the output voltage of the power supply device and the estimated voltage estimated immediately before, the voltage on the load device side after a predetermined time from the previous change of the control voltage is calculated, and the calculated predetermined time The voltage difference between the both ends after the predetermined time is calculated based on the voltage on the load device side after that and the output voltage of the power supply device, the calculated voltage difference between the both ends after the predetermined time, and the element Based on the characteristics and And estimates the estimated voltage changed after certain time.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記半導体スイッチ部における前記負荷装置側の電圧を検出する第１の電圧検出部を備え、前記推定部は、前記所定の期間後に、前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧と、前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記両端の電圧差を算出し、算出した前記両端の電圧差と前記所定の電圧値と前記素子特性とに基づいて前記半導体スイッチ部の抵抗値を取得し、取得した前記抵抗値と前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記静電容量成分を算出することを特徴とする。 In addition, according to one aspect of the present invention, in the above-described semiconductor circuit breaker, the semiconductor circuit breaker includes a first voltage detection unit that detects a voltage on the load device side in the semiconductor switch unit. The voltage difference between both ends is calculated based on the voltage on the load device side detected by the first voltage detection unit and the output voltage of the power supply device, and the calculated voltage difference between both ends and the predetermined voltage are calculated. The resistance value of the semiconductor switch unit is acquired based on the value and the element characteristic, and the capacitance component is calculated based on the acquired resistance value, the voltage on the load device side, and the output voltage of the power supply device. It is characterized by doing.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記半導体スイッチ部における前記負荷装置側の電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差を検出する第２の電圧検出部とを備え、前記推定部は、前記所定の期間後に、前記第２の電圧検出部によって検出された前記両端の電圧差と前記所定の電圧値と前記素子特性とに基づいて前記半導体スイッチ部の抵抗値を取得し、取得した前記抵抗値と前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記静電容量成分を算出することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the above semiconductor breaker, the first voltage detection unit that detects the voltage on the load device side in the semiconductor switch unit and the voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit are detected. A second voltage detector, and the estimator is based on the voltage difference between the two ends detected by the second voltage detector, the predetermined voltage value, and the element characteristic after the predetermined period. And acquiring the resistance value of the semiconductor switch unit, based on the acquired resistance value, the voltage on the load device side detected by the first voltage detection unit, and the output voltage of the power supply device The component is calculated.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記経過時間と前記推定電圧とを対応付けて記憶する制御電圧記憶部を備え、前記制御電圧変更部は、前記制御電圧記憶部から前記経過時間に対応付けられた前記推定電圧を読み出し、読み出した前記推定電圧に前記制御電圧を、前記経過時間に応じて変更することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the semiconductor circuit breaker includes a control voltage storage unit that stores the elapsed time and the estimated voltage in association with each other, and the control voltage changing unit is connected to the control voltage storage unit. The estimated voltage associated with the elapsed time is read, and the control voltage is changed to the read estimated voltage according to the elapsed time.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記半導体スイッチ部における前記負荷装置側の電圧を検出する第１の電圧検出部を備え、前記推定部は、前記電源装置の出力電圧と、前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧とに基づいて、前記両端の電圧差を検出することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the semiconductor breaker includes a first voltage detection unit that detects a voltage on the load device side in the semiconductor switch unit, and the estimation unit outputs an output voltage of the power supply device. And the voltage difference between the both ends is detected based on the voltage on the load device side detected by the first voltage detector.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差を検出する第２の電圧検出部を備え、前記推定部は、前記電源装置の出力電圧と、前記第２の電圧検出部によって検出された前記両端の電圧差と前記素子特性と基づいて、前記制御電圧を前記推定電圧として推定することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor circuit breaker includes a second voltage detection unit that detects a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit, and the estimation unit includes an output voltage of the power supply device, The control voltage is estimated as the estimated voltage based on the voltage difference between the both ends detected by the second voltage detection unit and the element characteristic.
また、本発明の一態様は、上記の半導体遮断器において、前記推定電圧は、前記導通状態にする動作の開始から所定の時間間隔ごとに得られる前記両端の電圧差と、前記素子特性と基づいて推定されることを特徴とする。 Further, according to one embodiment of the present invention, in the above semiconductor breaker, the estimated voltage is based on the voltage difference between the both ends obtained at predetermined time intervals from the start of the operation for setting the conduction state, and the element characteristics. It is characterized by being estimated.
また、本発明の一態様は、電源装置から負荷装置へ直流電力を供給する直流給電システムであって、上記の半導体遮断器を備えることを特徴とする直流給電システムである。 Another embodiment of the present invention is a DC power supply system that supplies DC power from a power supply device to a load device, the DC power supply system including the semiconductor breaker described above.
また、本発明の一態様は、電源装置から負荷装置に直流電力を供給する電力供給線に配置され、制御電圧に基づいて前記電源装置と前記負荷装置との間の導通状態を制御する半導体スイッチ部を備える半導体遮断器によって、前記電源装置から前記負荷装置に直流電力を供給する直流給電方法であって、前記電源装置から前記負荷装置に流れる電流を検出する電流検出ステップと、前記電流検出ステップによって検出された前記電流が予め定められた第１の電流閾値以上である場合に、前記半導体スイッチ部を遮断状態にする遮断処理ステップと、前記電源装置と前記負荷装置との間を導通状態にする場合に、前記導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する前記半導体スイッチ部の両端の電圧差と、予め取得されている素子特性とに基づいて、前記第１の電流閾値以下である第２の電流閾値を超えない前記制御電圧として推定された推定電圧に、前記制御電圧を変更する制御電圧変更ステップと、前記電流検出ステップによって検出された前記電流が前記第２の電流閾値以上である場合に、前記第２の電流閾値を超えないように前記制御電圧を補正する補正ステップと、を含み、前記素子特性は、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差及び前記制御電圧と前記半導体スイッチ部に流れる電流値との関係を示す特性であることを特徴とする直流給電方法である。 Another embodiment of the present invention is a semiconductor switch that is disposed in a power supply line that supplies DC power from a power supply device to a load device, and that controls a conduction state between the power supply device and the load device based on a control voltage. A DC power supply method for supplying DC power from the power supply device to the load device by means of a semiconductor circuit breaker comprising: a current detection step for detecting a current flowing from the power supply device to the load device; and the current detection step When the current detected by the step is greater than or equal to a predetermined first current threshold value, a shut-off process step for turning off the semiconductor switch unit, and a connection state between the power supply device and the load device. And the voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit, which changes in accordance with the elapsed time from the start of the operation to make the conductive state, and the element acquired in advance A control voltage changing step for changing the control voltage to an estimated voltage estimated as the control voltage that does not exceed a second current threshold that is less than or equal to the first current threshold based on the characteristics; and the current detecting step A correction step of correcting the control voltage so as not to exceed the second current threshold when the current detected by the first and second current thresholds is equal to or greater than the second current threshold. The DC power supply method is characterized in that the voltage difference between both ends of the switch unit and the control voltage and the current value flowing through the semiconductor switch unit are characteristic.
本発明によれば、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an unnecessary interruption | blocking operation | movement can be reduced, simplifying a circuit structure.
以下、本発明の一実施形態による半導体遮断器、及び直流給電システムについて、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態による半導体遮断器１の構成を示す概略ブロック図である。
図１において、電源装置２から負荷装置３に直流電力を供給する直流給電システム１００は、半導体遮断器１を備えている。
ここで、電源装置２は、電力供給線（４，５）を介して負荷装置３に直流電力を供給する。電源装置２は、例えば、商用交流電力を直流電力に変換する整流装置である。
なお、電力供給線４は、＋側（プラス側）の電力供給線であり、電力供給線５は、−側（マイナス側）の電力供給線である。
負荷装置３は、電源装置２から供給された直流電力によって動作する装置であり、例えば、その入力段に、入力電力の安定化やノイズ対策等のための、コンデンサ及びコイルからなる入力フィルタ（ＬＣフィルタ）を備えている。また、負荷装置３は、例えば、電源装置２からの直流電力供給が瞬断した場合に動作用電圧を補償するための蓄電手段（コンデンサ）を備えている。負荷装置３は、電源装置２からみるとコンデンサ（静電容量成分）を有する負荷となっている。そのため、電源装置２から負荷装置３に給電が行われる際には、後述するようにコンデンサへの過大な充電電流（例えば、突入電流）が流れることがある。
Hereinafter, a semiconductor circuit breaker and a DC power supply system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the
In FIG. 1, a DC
Here, the
The
The
半導体遮断器１は、電源装置２と負荷装置３との間に配置され、電源装置２から負荷装置３への電力の供給及び遮断を制御する。半導体遮断器１は、電流センサ１１、入力インターフェース１２、電圧センサ（１３，１４）、半導体スイッチ部２０、及び制御回路部３０を備えている。また、制御回路部３０は、半導体遮断器１を制御する各種回路を有しており、電流計測部３１、計測記憶部３２、ドライブ部３３、Ｅｃ電圧計測部３４、Ｖｄｓ電圧計測部３５、設定記憶部４０、及び制御部５０を備えている。
The
半導体スイッチ部２０は、電源装置２から負荷装置３に直流電力を供給する電力供給線４に配置され、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチング素子を有する。半導体スイッチ部２０は、制御回路部３０のドライブ部３３から供給される制御電圧に基づいて、電源装置２と負荷装置３との間の導通状態を制御する。具体的に、半導体スイッチ部２０は、ドライブ部３３から供給される制御電圧に基づいて電源装置２と負荷装置３との間の抵抗値を制御することにより導通状態を制御するとともに、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態又は非導通状態（遮断状態）にする。
なお、図示を省略するが、半導体スイッチ部２０は、例えば、ドレイン端子と、ソース端子と、ゲート端子（制御端子）との２つの端子を備えている。半導体スイッチ部２０は、ゲート端子に供給されるゲート電圧（制御電圧）に応じて、ドレイン端子とソース端子との間の導通状態が変化する。
The
Although not shown, the
電流センサ１１は、例えば、電力供給線４に配置されており、電源装置２から負荷装置３に半導体スイッチ部２０を介して流れる電流を検出するためのセンサである。電流センサ１１は、電流計測部３１による指示に基づいて電流を検出し、検出した電流値（後述する電流Ｉｄ）を電流計測部３１に出力する。
The
電流計測部３１は、電源装置２から負荷装置３に半導体スイッチ部２０を介して供給される電流を電流センサ１１に定期的に検出させて、電流センサ１１から出力された電流値を取得する。電流計測部３１は、電流センサ１１から取得した電流値を計測記憶部３２に記憶させる。
なお、本実施形態において、電流センサ１１と電流計測部３１とは、電流検出部１０に対応する。電流検出部１０は、電源装置２から負荷装置３に半導体スイッチ部２０を介して流れる電流を検出する。
The
In the present embodiment, the
電圧センサ１３は、例えば、電力供給線４と電力供給線５との間に負荷装置３と並列に配置されており、負荷装置３の端部（負荷端）の電圧（負荷端電圧）を検出するためのセンサである。電圧センサ１３は、Ｅｃ電圧計測部３４による指示に基づいて電圧を検出し、検出した電圧値（後述する負荷端電圧Ｅｃ）をＥｃ電圧計測部３４に出力する。
For example, the
Ｅｃ電圧計測部３４は、負荷装置３の端部（負荷端）の電圧（負荷端電圧）を電圧センサ１４に定期的に検出させて、電圧センサ１３から出力された電圧値を取得する。Ｅｃ電圧計測部３４は、電圧センサ１３から取得した電圧値を計測記憶部３２に記憶させる。
なお、本実施形態において、電圧センサ１３とＥｃ電圧計測部３４とは、Ｅｃ電圧検出部６０（第１の電圧検出部）に対応する。Ｅｃ電圧検出部６０は、半導体スイッチ部２０における負荷装置３側の電圧（負荷端電圧Ｅｃ）を検出する。
The Ec
In the present embodiment, the
電圧センサ１４は、例えば、電力供給線４に半導体スイッチ部２０と並列に配置されており、半導体スイッチ部２０の両端の電圧差（電位差）を検出するためのセンサである。電圧センサ１４は、Ｖｄｓ電圧計測部３５による指示に基づいて電圧を検出し、検出した電圧値（後述する電圧差Ｖｄｓ）をＶｄｓ電圧計測部３５に出力する。なお、「半導体スイッチ部２０の両端の電圧差」を「両端電圧差」と表記して以下説明する。
For example, the
Ｖｄｓ電圧計測部３５は、両端の電圧差（両端電圧差Ｖｄｓ）を電圧センサ１４に定期的に検出させて、電圧センサ１４から出力された電圧値を取得する。Ｖｄｓ電圧計測部３５は、電圧センサ１３から取得した電圧値を計測記憶部３２に記憶させる。
なお、本実施形態において、電圧センサ１４とＶｄｓ電圧計測部３５とは、Ｖｄｓ電圧検出部７０（第２の電圧検出部）に対応する。Ｖｄｓ電圧検出部７０は、両端電圧差（電位差）を検出する。ここで、この電圧差は、例えば、半導体スイッチ部２０が備える半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴのソース‐ドレイン電圧（両端電圧差Ｖｄｓ）に対応する。
The Vds
In the present embodiment, the
計測記憶部３２は、電流検出部１０、Ｅｃ電圧検出部６０、及びＶｄｓ電圧検出部７０によって計測された計測結果（電流Ｉｄ、負荷端電圧Ｅｃ、両端電圧差Ｖｄｓ）を記憶する。計測記憶部３２は、記憶している電流検出部１０によって計測された電流Ｉｄ、Ｅｃ電圧検出部６０によって計測された負荷端電圧Ｅｃ、及びＶｄｓ電圧検出部７０によって計測された両端電圧差Ｖｄｓを制御部５０に供給する。
The
設定記憶部４０（記憶部）は、制御部５０によって実行される各種制御のための設定情報を記憶する。ここで設定情報には、例えば、後述する過電流閾値、最大電流値、ゲート電圧Ｖｇｓ（制御電圧）、補正値ΔＶｇｓ、後述する素子特性などが含まれる。これらの設定情報は、入力インターフェース１２を介して、外部の設定装置（不図示）から予め入力され、記憶される。
また、設定記憶部４０は、過電流閾値記憶部４１、最大電流記憶部４２、ゲート電圧記憶部４３、補正値記憶部４４、及び素子特性記憶部４５を備えている。
The setting storage unit 40 (storage unit) stores setting information for various controls executed by the
The setting
過電流閾値記憶部４１は、過電流状態を判定するための過電流閾値（第１の電流閾値）を記憶する。ここで、過電流状態は、半導体スイッチ部２０に流れる電流が過電流閾値以上である状態を示し、負荷装置３に故障などが発生している異常な状態を示す。
また、過電流閾値は、負荷装置３の定格電流よりも大きい所定の電流値であり、負荷装置３の故障などにより発生した過電流状態を判定するための電流閾値である。つまり、過電流閾値は、負荷装置３の定格電流に基づいて予め定められている。
The overcurrent
The overcurrent threshold is a predetermined current value larger than the rated current of the
最大電流記憶部４２は、後述する半導体スイッチ部２０のゲート電圧を変更した際に、変更したゲート電圧を補正するか否かを判定するための最大電流値（第２の電流閾値）を記憶する。ここで、最大電流値（後述する電流値Ｉｍａｘ）は、後述する半導体スイッチ部２０の制御電圧を変更した際に、半導体スイッチ部２０に流れる電流が上述の過電流閾値を超えないように、ゲート電圧を補正するか否かを判定するための電流閾値である。最大電流値Ｉｍａｘは、例えば、過電流閾値以下の値に予め定められている。
The maximum
ゲート電圧記憶部４３は、例えば、半導体スイッチ部２０を遮断状態にする場合のゲート電圧Ｖｇｓの下限値を示すオフ電圧ＶＯＦＦ、及び半導体スイッチ部２０を導通状態にする場合のゲート電圧Ｖｇｓの上限値を示すオン電圧ＶＯＮなどを記憶する。
The gate
補正値記憶部４４は、ゲート電圧を補正する場合に用いる補正値ΔＶｇｓを記憶する。
素子特性記憶部４５は、素子特性（素子特性テーブルを記憶する。ここで、素子特性は、半導体スイッチ部２０の両端の電圧差Ｖｄｓ（両端電圧差）及びゲート電圧Ｖｇｓと半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄとの関係を示す特性であり、後述する図２に示されるような特性である。補正値記憶部４４は、素子特性として、図２に示されるドレイン−ソース電圧ＶＤＳと、ゲート−ソース電圧ＶＧＳと、ドレイン電流ＩＤとを対応付けて予め記憶している。
The correction
The element
図２は、本実施形態における半導体スイッチ部２０の素子特性の一例を示す図である。
図２に示される上述の素子特性を示すグラフは、半導体スイッチ部２０におけるドレイン−ソース電圧ＶＤＳ、及びゲート−ソース電圧ＶＧＳに対するドレイン電流ＩＤの特性を示し、一般にＩ−Ｖ特性といわれるものである。
ここで、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳは、例えば、半導体スイッチ部２０の両端（ドレイン端子及びソース端子）の電圧差であり、ソース端子を基準電圧（基準電位）としてドレイン端子の電圧（電位）を取得した電圧である。
また、ゲート−ソース電圧ＶＧＳは、半導体スイッチ部２０の両端のうちの予め定められた一端（例えば、ソース端子）の電圧（電位）と、ゲート電圧が供給されるゲート端子（制御端子）の電圧（電位）との電圧差（制御電圧差）である。このゲート−ソース電圧ＶＧＳは、ソース端子を基準電圧（基準電位）としてゲート端子の電圧（電位）を取得した電圧である。
また、ドレイン電流ＩＤは、半導体スイッチ部２０に流れる電流値である。すなわち、ドレイン電流ＩＤは、半導体スイッチ部２０のドレイン端子とソース端子との間に流れる電流値である。
ドレイン電流ＩＤとドレイン−ソース電圧ＶＤＳとが既知である場合に、この素子特性に基づいてゲート−ソース電圧ＶＧＳを得ることができる。
なお、図２において、変数Ｐｃｈは、許容チャネル損失を示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of element characteristics of the
The graph showing the above-described element characteristics shown in FIG. 2 shows the characteristics of the drain current ID with respect to the drain-source voltage V DS and the gate-source voltage V GS in the
Here, the drain-source voltage VDS is, for example, a voltage difference between both ends (drain terminal and source terminal) of the
In addition, the gate-source voltage V GS is a voltage (potential) at a predetermined end (for example, a source terminal) of both ends of the
Further, the drain current ID is a current value flowing through the
When the drain current ID and the drain-source voltage VDS are known, the gate-source voltage VGS can be obtained based on the device characteristics.
In FIG. 2, a variable Pch indicates an allowable channel loss.
再び、図１の説明に戻り、入力インターフェース１２は、外部の設定装置と半導体遮断器１との間の情報の送受信を行う。入力インターフェース１２は、例えば、無線通信により情報の送受信を行うものであってもよいし、有線通信により情報の送受信を行うものであってもよい。入力インターフェース１２は、例えば、外部の設定装置から供給された各種設定情報を受信し、受信した各種設定情報を設定記憶部４０の各部に記憶させる。
Returning to the description of FIG. 1 again, the
ドライブ部３３は、制御部５０から供給された制御信号に基づいて、半導体スイッチ部２０に対応した駆動電圧をゲート電圧（制御電圧）として半導体スイッチ部２０に供給する。ドライブ部３３は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態と非導通状態（遮断状態）とのうちのいずれかの状態に切り替えるとともに、電源装置２と負荷装置３との間抵抗値を制御するゲート電圧を半導体スイッチ部２０に供給する。
The
制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、半導体遮断器１における各種制御を行う。制御部５０は、例えば、半導体スイッチ部２０による電源装置２から負荷装置３への電力供給及び遮断の制御を行う。また、制御部５０は、例えば、負荷装置３の故障などにより過電流状態が発生した場合に、過電流状態を判定し、半導体スイッチ部２０による電源装置２から負荷装置３への電力供給を遮断する制御を行う。また、制御部５０は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合（負荷装置３を起動する場合）に、半導体スイッチ部２０に流れる電流が過電流閾値を超えないように、ゲート電圧を制御することにより、遮断状態から導通状態に遷移させる。
また、制御部５０は、遮断処理部５１と、ゲート電圧制御部５２とを備えている。
The
In addition, the
遮断処理部５１は、電流検出部１０によって検出された電流が過電流閾値以上であるか否かを判定し、電流が過電流閾値以上であると判定した場合に、半導体スイッチ部２０を遮断状態にする。すなわち、遮断処理部５１は、過電流状態であると判定した場合に、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０を遮断状態にするゲート電圧を供給して、半導体スイッチ部２０を遮断状態にする。
The
ゲート電圧制御部５２は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、半導体スイッチ部２０に流れる電流が過電流閾値を超えないように、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給するゲート電圧を制御する。ゲート電圧制御部５２は、ゲート電圧推定部５２１、ゲート電圧変更部５２２、及びゲート電圧補正部５２３を備えている。
The gate
ゲート電圧変更部５２２（制御電圧変更部）は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、例えば、ゲート電圧推定部５２１によって推定された推定電圧にゲート電圧Ｖｇｓを変更する。この推定電圧は、導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する両端電圧差Ｖｄｓと予め取得されている素子特性とに基づいて最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定される。ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓを変更する場合に、例えば、ドライブ部３３に変更するゲート電圧Ｖｇｓに対応する制御信号を供給することにより、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給されるゲート電圧Ｖｇｓを変更する。
The gate voltage changing unit 522 (control voltage changing unit) changes the gate voltage Vgs to, for example, the estimated voltage estimated by the gate
ゲート電圧補正部５２３（補正部）は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合に、最大電流値Ｉｍａｘを超えないように制御電圧Ｖｇｓを補正する。ゲート電圧補正部５２３は、ゲート電圧Ｖｇｓを補正する場合に、例えば、補正値記憶部４４から補正値ΔＶｇｓ読み出して、現在のゲート電圧Ｖｇｓから補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓ−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓとして変更する。
The gate voltage correction unit 523 (correction unit) corrects the control voltage Vgs so as not to exceed the maximum current value Imax when the current Id detected by the
ゲート電圧推定部５２１（推定部）は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する両端電圧差Ｖｄｓと、素子特性とに基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧として推定する。ここで、素子特性は、予め取得されている半導体スイッチ部２０の素子特性であり、例えば、素子特性記憶部４５に記憶されている素子特性テーブルである。ゲート電圧推定部５２１は、最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定電圧（例えば、後述するＶｄｓ１など）を推定する。ゲート電圧推定部５２１は、例えば、電流Ｉｄとしての最大電流値Ｉｍａｘと両端電圧差Ｖｄｓとに対応するゲート電圧差を素子特性記憶部４５から読み出す。ゲート電圧推定部５２１は、読み出したゲート電圧差に基づいて推定電圧を推定する。
When the gate voltage estimating unit 521 (estimating unit) makes the
ここで、素子特性記憶部４５に記憶されている素子特性テーブルは、最大電流値Ｉｍａｘが図２に示されるドレイン電流ＩＤに対応し、両端電圧差Ｖｄｓが図２にドレイン−ソース電圧ＶＤＳに対応し、ゲート電圧差が図２に示されるゲート−ソース電圧ＶＧＳに対応する。なお、本実施形態では、ゲート電圧Ｖｇｓを、電力供給線５の電圧（電位）を基準電圧（基準電位）としたゲート端子の電圧とし、ゲート−ソース電圧ＶＧＳを、ソース端子を基準電圧（基準電位）としたゲート端子の電圧（電位）として説明する。
Here, in the element characteristic table stored in the element
また、ゲート電圧推定部５２１は、例えば、電源装置２の出力電圧Ｅと、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された半導体スイッチ部２０における負荷装置３側の電圧Ｅｃ（負荷端電圧Ｅｃ）とに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓを検出する。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、出力電圧Ｅと負荷端電圧Ｅｃとの差分として、この両端電圧差Ｖｄｓを検出する。
ここで、電源装置２の出力電圧Ｅは、予め定められた電圧値でもよいし、ゲート電圧推定部５２１は、電源装置２から入力インターフェース１２を介して、例えば、出力電圧Ｅを予め取得していてもよい。また、ゲート電圧推定部５２１は、例えば、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃと、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって検出された両端電圧差Ｖｄｓとに基づいて、出力電圧Ｅを算出して予め取得していてもよい。
なお、ゲート電圧推定部５２１は、例えば、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって、電圧差Ｖｄを直接計測してもよい。
The gate
Here, the output voltage E of the
Note that the gate
次に、本実施形態における半導体遮断器１の動作について説明する。
図３は、本実施形態における半導体遮断器１の動作を示すフローチャートである。
また、図４は、本実施形態における半導体遮断器１の動作を示す図である。
Next, operation | movement of the
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
Moreover, FIG. 4 is a figure which shows operation | movement of the
図３及び図４では、本実施形態における半導体遮断器１が、半導体スイッチ部２０を遮断状態から導通状態に遷移させて、電源装置２から負荷装置３に電力を供給して負荷装置３を起動する場合の動作を示している。この場合の初期状態において、半導体スイッチ部２０を遮断状態にあるので、制御部５０のゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓをオフ電圧ＶＯＦＦ（例えば、０Ｖ）に設定している。また、初期状態において負荷端電圧Ｅｃは、０Ｖである。
3 and 4, the
図３において、まず、半導体遮断器１は、負荷端電圧Ｅｃを計測する（ステップＳ１０１）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、Ｅｃ電圧検出部６０（電圧センサ１３及びＥｃ電圧計測部３４）により検出した負荷端電圧Ｅｃを、計測記憶部３２を介して取得する。
In FIG. 3, first, the
次に、半導体遮断器１は、素子特性に基づいてゲート電圧Ｖｇｓを推定する（ステップＳ１０２）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、計測した負荷端電圧Ｅｃ及び電源電圧Ｅに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓ（＝Ｅ−Ｅｃ）を算出する。ゲート電圧推定部５２１は、算出した両端電圧差Ｖｄｓ及び最大電流値Ｉｍａｘと、素子特性記憶部４５に記憶されている素子特性のテーブルに基づいて、印加するゲート電圧Ｖｇｓを推定する。
Next, the
具体的に、ゲート電圧推定部５２１は、例えば、電流Ｉｄとしての最大電流値Ｉｍａｘと両端電圧差Ｖｄｓとに対応するゲート電圧差（ゲート−ソース電圧ＶＧＳ）を素子特性記憶部４５から読み出す。そして、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧推定部５２１は、読み出したゲート電圧差に基づいて推定電圧（例えば、図４に示される電圧Ｖｇｓ０）を推定する。ここで、ゲート電圧推定部５２１は、最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定電圧を推定する。ゲート電圧推定部５２１は、推定した推定電圧をゲート電圧変更部５２２に供給する。
Specifically, the gate
次に、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓを変更する（ステップＳ１０３）。すなわち、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧推定部５２１によって推定された推定電圧にゲート電圧Ｖｇｓを変更する。例えば、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給されるゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧に変更する。なお、このステップＳ１０３の処理は、本実施形態において、推定電圧にゲート電圧を変更する変更ステップに対応する。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄを計測する（ステップＳ１０４）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、電流検出部１０（電流センサ１１及び電流計測部３１）により検出した電流Ｉｄを、計測記憶部３２を介して取得する。ここで、電流Ｉｄは、電源装置２から負荷装置３に半導体スイッチ部２０を介して供給される電流値である。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。すなわち、ゲート電圧補正部５２３は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する。ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ１０６に進める。また、ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０７に進める。
Next, the
次に、ステップＳ１０６において、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓを補正する（Ｖｇｓ−補正値ΔＶｇｓ）。ゲート電圧補正部５２３は、例えば、補正値記憶部４４から補正値ΔＶｇｓ読み出して、現在のゲート電圧Ｖｇｓから補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓ−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓとして変更する。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給されるゲート電圧Ｖｇｓを補正後のゲート電圧（Ｖｇｓ−ΔＶｇｓ）に変更して、処理をステップＳ１０４に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ１０４からステップＳ１０６の処理を電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満になるまで繰り返す。なお、このステップＳ１０４からステップＳ１０６の処理は、本実施形態において、ゲート電圧を補正する補正ステップに対応する。ここで、ゲート電圧補正部５２３は、ゲート電圧推定部５２１による推定と実際の動作との間に生じる誤差を補正する。
Next, in step S106, the
次に、ステップＳ１０７において、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮと等しい（Ｖｇｓ＝ＶＯＮ）か否かを判定する。ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮと等しくなったか否かを判定する。ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮと等しくなった（オン電圧ＶＯＮに到達した）と判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）に、処理を終了する。また、ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮと等しくない（オン電圧ＶＯＮに到達していない）と判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）に、処理をステップＳ１０１に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ１０１からステップＳ１０７の処理をゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮに到達するまで繰り返す。
Next, in step S107, the
次に、図４を参照して本実施形態における半導体遮断器１の動作を説明する。
図４に示されるグラフにおいて、縦軸は上段から、ゲート電圧Ｖｇｓ、負荷端電圧Ｅｃ、及び半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄを示している。また、横軸は時間を示しており、波形Ｗ１は、本実施形態における負荷端電圧Ｅｃの変化を示し、波形Ｗ２は、本実施形態におけるゲート電圧Ｖｇｓの変化を示している。また、波形Ｗ３は、本実施形態における電流Ｉｄの変化を示し、波形Ｗ４は、従来の処理における電流Ｉｄの変化（突入電流が発生した場合の電流波形）を示している。
Next, the operation of the
In the graph shown in FIG. 4, the vertical axis indicates the gate voltage Vgs, the load end voltage Ec, and the current Id flowing through the
この図において、初期状態は、ゲート電圧Ｖｇｓがオフ電圧ＶＯＦＦ（例えば、０Ｖ）であり、負荷端電圧Ｅｃが０Ｖである。電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、時刻Ｔ０において、ゲート電圧推定部５２１は、両端電圧差Ｖｄｓ（この場合、出力電圧Ｅ）と素子特性テーブルとに基づいて、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘを超えないようにゲート電圧Ｖｇｓ０（推定電圧）を推定する。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介してゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧Ｖｇｓ０に変更する。
In this figure, in the initial state, the gate voltage Vgs is an off voltage V OFF (for example, 0 V), and the load end voltage Ec is 0 V. When the conductive state is established between the
これにより、負荷装置３が備えるコンデンサ（静電容量成分）への充電が開始され、負荷端電圧Ｅｃが徐々に上昇（増加）する。なお、この際に、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合には、ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以下になるように、ゲート電圧Ｖｇｓを補正する。その結果、電流Ｉｄは、最大電流値Ｉｍａｘ以下の値となり、負荷端電圧Ｅｃの上昇（増加）にともなって低下（減少）する。
As a result, charging of the capacitor (capacitance component) included in the
次に、時刻Ｔ１において、ゲート電圧推定部５２１は、Ｅｃ電圧検出部６０により検出した負荷端電圧Ｅｃ（ここでは、負荷端電圧Ｅｃ１）を、計測記憶部３２を介して取得する。ゲート電圧推定部５２１は、取得した負荷端電圧Ｅｃ及び電源電圧Ｅに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓ（＝Ｅ−Ｅｃ）を算出する。ゲート電圧推定部５２１は、算出した両端電圧差Ｖｄｓ及び最大電流値Ｉｍａｘと、素子特性記憶部４５に記憶されている素子特性のテーブルに基づいて、次に変更するゲート電圧Ｖｇｓ１（推定電圧）を推定する。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介してゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧Ｖｇｓ１に変更する。
Next, at time T <b> 1, the gate
これにより、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘを超えないように上昇(増加)する。なお、負荷装置３が備えるコンデンサ（静電容量成分）への充電が開始され、負荷端電圧Ｅｃが徐々に上昇（増加）する。なお、ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上になった場合に、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以下になるように、ゲート電圧Ｖｇｓを補正する。そして、電流Ｉｄは、負荷端電圧Ｅｃが徐々に上昇（増加）することにともなって、再び徐々に低下（減少）する。
As a result, the current Id rises (increases) so as not to exceed the maximum current value Imax. Note that charging of the capacitor (capacitance component) included in the
時刻Ｔ２以降においても、半導体遮断器１は、時刻Ｔ１における処理と同様の処理を、ゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮと等しくなるまで（例えば、時刻ＴＸまで）、繰り返し実行する。なお、ゲート電圧補正部５２３は、導通開始から所定の時間間隔ごと（例えば、１μｓ（マイクロ秒）ごとに得られる（検出された）両端電圧差Ｖｄｓと素子特性と基づいて、上述の推定電圧として推定する。
これにより、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓを図４の波形Ｗ２が示すように、オフ電圧ＶＯＦＦからオン電圧ＶＯＮに徐々に増加させる。その結果、負荷端電圧Ｅｃも図４の波形Ｗ１に示すように緩やかに増加するとともに、電流Ｉｄは、図４の波形Ｗ３に示すような、最大電流値Ｉｍａｘを超えない電流波形となる。このように、本実施形態では、図４の波形Ｗ４に示す従来の処理による電流波形に比べて、突入電流が緩和された電流波形となる。
なお、図４において、最大電流値Ｉｍａｘは、過電流閾値ＩＴＨ以下の値である。すなわち、最大電流値Ｉｍａｘは、過電流閾値ＩＴＨと等しい値でもよい。
Even after time T2, the
As a result, the
In FIG. 4, the maximum current value Imax is a value equal to or less than the overcurrent threshold ITH . That is, the maximum current value Imax may be equal to the over-current threshold I TH value.
以上、説明したように、本実施形態における半導体遮断器１は、半導体スイッチ部２０が、電源装置２から負荷装置３に直流電力を供給する電力供給線４に配置される。半導体スイッチ部２０は、制御電圧に基づいて電源装置２と負荷装置３との間の導通状態を制御する。電流検出部１０は、電源装置２から負荷装置３に流れる電流Ｉｄを検出する。遮断処理部５１は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが予め定められた過電流閾値以上である場合に、半導体スイッチ部２０を遮断状態にする。ゲート電圧変更部５２２は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、過電流閾値ＩＴＨ以下である最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定された推定電圧に、ゲート電圧Ｖｇｓを変更する。また、ゲート電圧補正部５２３は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合に、最大電流値Ｉｍａｘを超えないようにゲート電圧Ｖｇｓを補正する。ここで、推定電圧は、導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する両端電圧差Ｖｄｓと、予め取得されている素子特性とに基づいて、予め推定されている。また、素子特性は、両端電圧差Ｖｄｓ及びゲート電圧Ｖｇｓと半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄとの関係を示す特性である。
As described above, in the
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、図４の波形Ｗ４に示す従来の処理による電流波形に比べて、最大電流値Ｉｍａｘを超えないように突入電流を低減することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、不要な遮断動作を低減することができる。また、本実施形態における半導体遮断器１は、突入電流を低減することができるので、例えば、起動時の突入電流を低減するためのプリチャージ回路などの回路構成を備える必要がない。よって、本実施形態における半導体遮断器１は、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。
Thereby, the
また、本実施形態における半導体遮断器１は、導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する両端電圧差Ｖｄｓと素子特性とに基づいて、最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧として推定するゲート電圧推定部５２１を備える。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧推定部５２１によって推定された推定電圧にゲート電圧Ｖｇｓを変更する。
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、自装置において、両端電圧差Ｖｄｓに応じた適切な推定電圧を生成することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、適切にゲート電圧Ｖｇｓを変更することができる。
In addition, the
Thereby, the
また、本実施形態における半導体遮断器１は、素子特性を予め記憶している素子特性記憶部４５を備えている。素子特性記憶部４５は、素子特性として、半導体スイッチ部２０のドレイン−ソース電圧ＶＤＳと、ゲート−ソース電圧ＶＧＳと、半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄ（ドレイン電流ＩＤ）とを対応付けて予め記憶している。
なお、ドレイン−ソース電圧ＶＤＳは、両端電圧差Ｖｄｓに対応する。また、ゲート−ソース電圧ＶＧＳは、半導体スイッチ部２０の両端のうちの予め定められた一端（例えば、ソース端子）の電圧と、ゲート電圧Ｖｇｓが供給されるゲート端子の電圧との電圧差（ゲート電圧差）である。
また、ゲート電圧推定部５２１は、電流Ｉｄ（ドレイン電流ＩＤ）としての最大電流値Ｉｍａｘと両端電圧差Ｖｄｓとに対応するゲート電圧差（ゲート−ソース電圧ＶＧＳ）を素子特性記憶部４５から読み出す。そして、ゲート電圧推定部５２１は、読み出したゲート電圧差（ゲート−ソース電圧ＶＧＳ）に基づいて推定電圧を推定する。
Moreover, the
The drain - source voltage V DS corresponds to the difference in voltage across Vds. The gate-source voltage V GS is a voltage difference between a voltage at one end (for example, a source terminal) of both ends of the
Further, the gate
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、簡易な手段により、正確に推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓ）を推定することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、適切にゲート電圧Ｖｇｓを変更することができる。よって、本実施形態における半導体遮断器１は、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。
Thereby, the
また、本実施形態における半導体遮断器１は、半導体スイッチ部２０における負荷装置３側の電圧（負荷端電圧Ｅｃ）を検出するＥｃ電圧検出部６０を備えている。そして、ゲート電圧推定部５２１は、電源装置２の出力電圧Ｅと、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された負荷装置３側の電圧Ｅｃとに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓを検出する。
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、直接検出した負荷端電圧Ｅｃに基づいて両端電圧差Ｖｄｓを検出するので、両端電圧差Ｖｄｓを正確に検出することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、正確に推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓ）を推定することができる。
In addition, the
Thereby, since the
また、本実施形態における半導体遮断器１は、両端電圧差Ｖｄｓを検出するＶｄｓ電圧検出部７０を備えている。そして、ゲート電圧推定部５２１は、電源装置２の出力電圧（負荷端電圧Ｅｃ）と、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって検出された両端電圧差Ｖｄｓと素子特性と基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧として推定する。
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって両端電圧差Ｖｄｓを直接検出するので、上述のＥｃ電圧検出部６０を用いる場合に比べて、両端電圧差Ｖｄｓをさらに正確に検出することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、正確に推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓ）を推定することができる。
In addition, the
Thereby, since the
また、本実施形態では、ゲート電圧推定部５２１は、導通開始から所定の時間間隔ごと（例えば、１μｓごと）に得られる両端電圧差Ｖｄｓと、素子特性と基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧として推定する。すなわち、推定電圧は、導通状態にする動作の開始から所定の時間間隔ごと（例えば、１μｓごと）に得られる両端電圧差Ｖｄｓと、素子特性と基づいて推定される。
これにより、所定の時間間隔ごと（例えば、１μｓごと）に、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘに近づくようにゲート電圧Ｖｇｓが調整されるので、本実施形態における半導体遮断器１は、負荷端電圧Ｅｃの立ち上げ時間（負荷装置３の起動時間）を短縮することができる。このように、本実施形態における半導体遮断器１は、不要な遮断動作を低減するとともに、適切な起動時間により、負荷装置３を起動することができる。
In the present embodiment, the gate
As a result, the gate voltage Vgs is adjusted so that the current Id approaches the maximum current value Imax at every predetermined time interval (for example, every 1 μs), so that the
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述の第１の実施形態では、ゲート電圧推定部５２１がＥｃ電圧検出部６０又はＶｄｓ電圧検出部７０による計測結果によって得られた両端電圧差Ｖｄｓに基づいてゲート電圧Ｖｇｓを変更する一例を説明した。これに対し、第２の実施形態では、ゲート電圧推定部５２１が演算により得られた両端電圧差Ｖｄｓに基づいてゲート電圧Ｖｇｓを変更する一例を説明する。
ここで、まず、本実施形態において、演算により両端電圧差Ｖｄｓを得られる原理について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment described above, an example in which the gate
Here, first, the principle of obtaining the voltage difference Vds at both ends by calculation in the present embodiment will be described.
本実施形態では、半導体遮断器１は、次の３つの手順により両端電圧差Ｖｄｓを算出する。
第１の手順では、半導体遮断器１は、負荷装置３の静電容量成分（静電容量Ｃ）を算出する（第１の演算処理）。
本実施形態では、半導体スイッチ部２０を抵抗値Ｒ、負荷装置３が備えるコンデンサ（静電容量成分）を静電容量ＣとするＲＣ（アールシー）回路における静電容量Ｃの充電モデルを利用する。ＲＣ回路における静電容量Ｃの充電電圧に対応する上述の負荷端電圧Ｅｃは、下記の式（１）に示される。
In the present embodiment, the
In the first procedure, the
In the present embodiment, a charging model of an electrostatic capacity C in an RC circuit is used in which the
Ｅｃ＝Ｅ×（１−ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ）） ・・・ （１） Ec = E × (1-exp (−t / RC)) (1)
ここで、電圧Ｅは、上述した電源装置２の出力電圧である。また、変数ｔは、充電時間を示している。
例えば、負荷端電圧Ｅｃ、出力電圧Ｅ、充電時間ｔ、及び抵抗値Ｒが既知である場合に、上述の式（１）に基づいて、静電容量Ｃを算出することができる。すなわち、例えば、所定の抵抗値となるゲート電圧Ｖｇｓ０で所定の時間（例えば、１μｓ）、半導体スイッチ部２０を導通させた後、負荷端電圧Ｅｃを計測することにより、上述の式（１）に基づいて、負荷装置３の静電容量成分Ｃを算出することができる。
Here, the voltage E is the output voltage of the
For example, when the load end voltage Ec, the output voltage E, the charging time t, and the resistance value R are known, the capacitance C can be calculated based on the above equation (1). That is, for example, after the
次に、第２の手順では、半導体遮断器１は、上述により算出した静電容量成分Ｃに基づいて、抵抗値Ｒで導通状態にした場合（充電した場合）に、充電時間ｔ後の負荷端電圧Ｅｃを算出する（第２の演算処理）。
この場合、上述の式（１）を拡張した下記の式（２）に基づいて、負荷端電圧Ｅｃを算出することができる。
Next, in the second procedure, when the
In this case, the load end voltage Ec can be calculated based on the following equation (2) obtained by extending the above equation (1).
Ｅｃ＝（Ｅ−Ｅ０）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ））＋Ｅ０ ・・・ （２） Ec = (E−E0) × (1−exp (−t / RC)) + E0 (2)
ここで、変数Ｅ０は、初期の負荷端電圧を示している。
すなわち、この式（２）を用いることにより、抵抗値Ｒにより静電容量成分Ｃを充電した場合に、初期電圧Ｅ０から充電時間ｔ後の負荷端電圧Ｅｃを算出することができる。
Here, the variable E0 indicates the initial load end voltage.
That is, by using this equation (2), when the electrostatic capacitance component C is charged with the resistance value R, the load end voltage Ec after the charging time t can be calculated from the initial voltage E0.
次に、第３の手順では、半導体遮断器１は、算出した負荷端電圧Ｅｃと出力電圧Ｅとに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓを算出する（第３の演算処理）。
この場合、出力電圧Ｅから算出した負荷端電圧Ｅｃを減算することにより、両端電圧差Ｖｄｓを算出することができる。
Next, in the third procedure, the
In this case, the voltage difference Vds between both ends can be calculated by subtracting the calculated load end voltage Ec from the output voltage E.
次に、本実施形態における半導体遮断器１の構成について説明する。
本実施形態における半導体遮断器１は、図１に示す第１の実施形態における半導体遮断器１と基本的に同様であるが、上述の第１の演算処理から第３の演算処理が追加になるため、ゲート電圧推定部５２１の処理が異なる。また、このゲート電圧推定部５２１の処理に伴い、ゲート電圧記憶部４３及びゲート電圧変更部５２２の処理が第１の実施形態と異なる。
以下、本実施形態における半導体遮断器１において、第１の実施形態と異なる点を説明する。
Next, the structure of the
The
Hereinafter, in the
本実施形態におけるゲート電圧推定部５２１は、上述した演算により両端電圧差Ｖｄｓを得られる原理を用いて、以下の処理を実行する。
ゲート電圧推定部５２１は、予め定められた所定の期間（例えば、１μｓ）、予め定められた所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）をゲート電圧Ｖｇｓとして半導体スイッチ部２０に供給させる。そして、ゲート電圧推定部５２１は、この後にＥｃ電圧検出部６０によって取得した負荷端電圧Ｅｃと、電源装置２の出力電圧Ｅと、素子特性とに基づいて、負荷装置３が備える静電容量成分Ｃを算出する。ここで、ゲート電圧推定部５２１は、上述の第１の演算処理を実行して、式（１）に基づいて、静電容量成分Ｃを算出する。
例えば、ゲート電圧推定部５２１は、所定の期間（例えば、１μｓ）後に、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃと、出力電圧Ｅとに基づいて両端電圧差Ｖｄｓを検出する。ゲート電圧推定部５２１は、検出した両端電圧差Ｖｄｓと所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）と素子特性とに基づいて半導体スイッチ部２０の抵抗値Ｒを取得する。そして、ゲート電圧推定部５２１は、取得した抵抗値Ｒと負荷端電圧Ｅｃと出力電圧Ｅと基づいて、式（１）により、静電容量成分Ｃを算出する。
The gate
The gate
For example, the gate
また、ゲート電圧推定部５２１は、算出した静電容量成分Ｃと、出力電圧Ｅと、推定した推定電圧（例えば、Ｖｇｓｎ−１）とに基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓの変更から所定時間（例えば、１μｓ）後の負荷端電圧Ｅｃｎを算出する。ここで、ゲート電圧推定部５２１は、上述の第２の演算処理を実行して、式（２）に基づいて、負荷端電圧Ｅｃｎを算出する。例えば、ゲート電圧推定部５２１は、下記の式（３）に基づいて、負荷端電圧Ｅｃｎを算出する。
In addition, the gate
Ｅｃｎ＝（Ｅ−Ｅｃｎ−１）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｒｎ−１Ｃ））＋Ｅｃｎ−１ ・・・ （３） Ec n = (E−Ec n−1 ) × (1−exp (−t / R n−1 C)) + Ec n−1 (3)
式（３）に示すように、ゲート電圧推定部５２１は、算出した静電容量成分Ｃと、出力電圧Ｅと、１つ前（最後）の負荷端電圧Ｅｃｎ−１と、抵抗値Ｒｎ−１とに基づいて、次の（１つ先の）負荷端電圧Ｅｃｎを算出する。ここで、抵抗値Ｒｎ−１は、１つ前（最後）に推定した推定電圧Ｖｇｓｎ−１に基づいて算出される抵抗値である。抵抗値Ｒｎ−１の算出については、後述する。
As shown in Expression (3), the gate
さらに、ゲート電圧推定部５２１は、上述の第３の演算処理を実行して、算出した所定時間（例えば、１μｓ）後の負荷端電圧Ｅｃｎと出力電圧Ｅとに基づいて、所定時間後の両端電圧差Ｖｄｓを算出する。ゲート電圧推定部５２１は、算出した所定時間後の両端電圧差Ｖｄｓと、素子特性とに基づいて、所定時間後に変更する推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓｎ）を推定する。そして、ゲート電圧推定部５２１は、導通状態にする動作の開始からの経過時間と、推定した推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓｎ）とを対応付けてゲート電圧記憶部４３に記憶させる。
Further, the gate
ゲート電圧推定部５２１は、このような演算処理に基づいて、推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓｎ）を推定する処理を、推定電圧（ゲート電圧Ｖｇｓｎ）がオン電圧ＶＯＮに達するまで繰り返し行い、上述の経過時間と推定電圧とを対応付けゲート電圧のテーブルを生成する。
The gate
なお、上述の処理において、静電容量成分Ｃを演算する際に、ゲート電圧推定部５２１は、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃに基づいて、両端電圧差Ｖｄｓを検出する一例を説明したが、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって、両端電圧差Ｖｄｓを直接検出してもよい。この場合、ゲート電圧推定部５２１は、所定の期間後に、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって検出された両端電圧差Ｖｄｓと所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）と素子特性とに基づいて半導体スイッチ部２０の抵抗値Ｒを取得する。ゲート電圧推定部５２１は、取得した抵抗値ＲとＥｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃと出力電圧Ｅとに基づいて静電容量成分Ｃを算出する。
In the above processing, when calculating the capacitance component C, the gate
本実施形態におけるゲート電圧記憶部４３は、例えば、変更する半導体スイッチ部２０のゲート電圧Ｖｇｓの初期値であるゲート電圧Ｖｇｓ０、オフ電圧ＶＯＦＦ、及びオン電圧ＶＯＮを記憶する。さらに、ゲート電圧記憶部４３は、上述したゲート電圧のテーブルを記憶している。すなわち、ゲート電圧記憶部４３は、上述の経過時間と推定電圧とを対応付けて記憶している。なお、ゲート電圧Ｖｇｓ０は、例えば、電源装置２の出力電圧と、最大電流値Ｉｍａｘとに基づいて算出された値である。
図５は、本実施形態におけるゲート電圧のテーブルの一例を示す図である。
この図に示すように、ゲート電圧記憶部４３は、ゲート電圧のテーブルとして、上述の経過時間と推定電圧（ゲート電圧）とを対応付けて記憶している。
The gate
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a gate voltage table in the present embodiment.
As shown in this figure, the gate
また、本実施形態におけるゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧記憶部４３から上述の経過時間に対応付けられた推定電圧（ゲート電圧）を読み出し、読み出した推定電圧にゲート電圧Ｖｇｓを、経過時間に応じて変更する。
In addition, the gate
次に、本実施形態における半導体遮断器１の動作について説明する。
図６は、本実施形態における半導体遮断器１の動作を示すフローチャートである。
また、図７は、本実施形態における半導体遮断器１の動作を示す図である。
Next, operation | movement of the
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
Moreover, FIG. 7 is a figure which shows operation | movement of the
図６及び図７では、本実施形態における半導体遮断器１が、半導体スイッチ部２０を遮断状態から導通状態に遷移させて、電源装置２から負荷装置３に電力を供給して負荷装置３を起動する場合の動作を示している。この場合の初期状態において、半導体スイッチ部２０を遮断状態にあるので、制御部５０のゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓをオフ電圧ＶＯＦＦ（例えば、０Ｖ）に設定している。また、初期状態において負荷端電圧Ｅｃは、０Ｖである。
6 and 7, the
図６において、まず、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓ０を印加する（ステップＳ２０１）。すなわち、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓを、ゲート電圧記憶部４３から読み出したゲート電圧Ｖｇｓ０に変更する。
In FIG. 6, first, the
次に、半導体遮断器１は、１μｓ後の負荷端電圧Ｅｃ及び両端電圧差Ｖｄｓを測定する（ステップＳ２０２）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧Ｖｇｓ０を印加した１μｓ後に、Ｅｃ電圧検出部６０（電圧センサ１３及びＥｃ電圧計測部３４）により検出した負荷端電圧Ｅｃを、計測記憶部３２を介して取得する。また、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧Ｖｇｓ０を印加した１μｓ後に、Ｖｄｓ電圧検出部７０（電圧センサ１４及びＶｄｓ電圧計測部３５）により検出した両端電圧差Ｖｄｓを、計測記憶部３２を介して取得する。なお、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧推定部５２１によって、１μｓ後の負荷端電圧Ｅｃ及び両端電圧差Ｖｄｓが取得された後に、ゲート電圧Ｖｇｓをオフ電圧ＶＯＦＦ（例えば、０Ｖ）に戻す。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、負荷端コンデンサ容量Ｃ（静電容量成分Ｃ）を算出する（ステップＳ２０３）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、上述した式（１）に基づいて、静電容量成分Ｃを算出する（第１の演算処理）。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、変数ｎに“１”を代入（ｎ＝１）する（ステップＳ２０４）。ここで、変数ｎは、例えば、設定記憶部４０に記憶されており、ゲート電圧推定部５２１は、設定記憶部４０の変数ｎに対応する記憶領域に、“１”を記憶させる。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、所定の時間Ｔｎ（例えば、１μｓ）後の負荷端電圧Ｅｃｎ及び両端電圧差Ｖｄｓｎを算出する（ステップＳ２０５）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、ステップＳ２０３において算出した静電容量成分Ｃと、上述した式（３）に基づいて、負荷端電圧Ｅｃｎを算出する（第２の演算処理）。ここで、式（３）に用いる抵抗値Ｒｎ−１は、例えば、ゲート電圧Ｖｇｓを最後に変更した際の両端電圧差（１つ前の両端電圧差Ｖｄｓｎ−１）と最大電流値Ｉｍａｘとに基づいて算出される。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、抵抗値Ｒｎ−１を（両端電圧差Ｖｄｓｎ−１／最大電流値Ｉｍａｘ）として算出し、式（３）を用いて、負荷端電圧Ｅｃｎを算出する。また、ゲート電圧推定部５２１は、算出した負荷端電圧Ｅｃｎと出力電圧Ｅとに基づいて、所定時間Ｔｎ後の両端電圧差Ｖｄｓｎ（＝Ｅ−Ｅｃｎ）を算出する。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、両端電圧差Ｖｄｓｎより最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｄｓｎ（推定電圧）を推定する（ステップＳ２０６）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、算出したＶｄｓｎと、最大電流値Ｉｍａｘと、素子特性記憶部４５に記憶されている素子特性のテーブルに基づいて、印加するゲート電圧Ｖｇｓｎを推定する。
Next, the
具体的に、ゲート電圧推定部５２１は、例えば、電流Ｉｄとしての最大電流値Ｉｍａｘと両端電圧差Ｖｄｓｎとに対応するゲート電圧差（ゲート−ソース電圧ＶＧＳ）を素子特性記憶部４５から読み出す。そして、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧推定部５２１は、読み出したゲート電圧差に基づいて推定電圧（例えば、図７に示される電圧Ｖｇｓｎ）を推定する。ここで、ゲート電圧推定部５２１は、最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定電圧Ｖｇｓｎを推定する。
Specifically, the gate
次に、半導体遮断器１は、経過時間と推定電圧Ｖｇｓｎとを記憶する（ステップＳ２０７）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、導通状態にする動作の開始からの経過時間と、推定した推定電圧Ｖｇｓｎとを対応付けてゲート電圧記憶部４３に記憶させる。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、導通開始から所定の時間間隔（例えば、１μｓ）ごとに得られる両端電圧差Ｖｄｓと、素子特性と基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧として推定する。このように、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧のテーブルを作成する。
Next, the
次に、ゲート電圧推定部５２１は、推定した推定電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しいか否かを判定する（ステップＳ２０８）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、推定電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しい（オン電圧ＶＯＮに達した）か否かを判定する。ゲート電圧推定部５２１は、推定電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しくない（オン電圧ＶＯＮに達していない）と判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）に、処理をステップＳ２０９に進める。また、ゲート電圧推定部５２１は、推定電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しい（オン電圧ＶＯＮに達した）と判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２１０に進める。
Next, the gate
次に、ステップＳ２０９において、半導体遮断器１は、変数ｎに“１”を加算（ｎ＝ｎ＋１）して、処理をステップＳ２０５に戻す。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、設定記憶部４０の変数ｎに対応する記憶領域に、“ｎ＋１”を記憶させて、処理をステップＳ２０５に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ２０５からステップＳ２０９の処理をゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮに到達するまで繰り返す。これにより、半導体遮断器１は、ゲート電圧のテーブルを生成する。
Next, in step S209, the
次に、ステップＳ２１０において、再び、半導体遮断器１は、変数ｎに“１”を代入（ｎ＝１）する。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、設定記憶部４０の変数ｎに対応する記憶領域に、“１”を記憶させる。
Next, in step S210, the
次に、半導体遮断器１は、再び、ゲート電圧Ｖｇｓ０を印加する（ステップＳ２１１）。すなわち、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓを、ゲート電圧記憶部４３から読み出したゲート電圧Ｖｇｓ０に再び変更する。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄを計測する（ステップＳ２１２）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、電流検出部１０（電流センサ１１及び電流計測部３１）により検出した電流Ｉｄを、計測記憶部３２を介して取得する。ここで、電流Ｉｄは、電源装置２から負荷装置３に半導体スイッチ部２０を介して供給される電流値である。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１３）。すなわち、ゲート電圧補正部５２３は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する。ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２１４に進める。また、ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満である場合（ステップＳ２１３：ＮＯ）に、処理をステップＳ２１５に進める。
Next, the
次に、ステップＳ２１４において、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓ０を補正する（Ｖｇｓ０−補正値ΔＶｇｓ）。ゲート電圧補正部５２３は、例えば、補正値記憶部４４から補正値ΔＶｇｓ読み出して、現在のゲート電圧Ｖｇｓ０から補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓ０−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓとして変更する。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給されるゲート電圧Ｖｇｓを補正後のゲート電圧（Ｖｇｓ０−ΔＶｇｓ）に変更して、処理をステップＳ２１２に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ２１２からステップＳ２１４の処理を電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満になるまで繰り返す。
なお、ゲート電圧補正部５２３は、ステップＳ２１４において、ゲート電圧（Ｖｇｓ０−ΔＶｇｓ）の補正を実行した場合に、ゲート電圧記憶部４３に記憶されているゲート電圧に補正を反映させてもよい。例えば、ゲート電圧補正部５２３は、ゲート電圧（Ｖｇｓ０−ΔＶｇｓ）の補正を実行した場合に、ゲート電圧記憶部４３に記憶されているゲート電圧Ｖｇｓ１から補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓ１−ΔＶｇｓ）を算出する。そして、ゲート電圧補正部５２３は、算出した電圧値（Ｖｇｓ１−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓ１としてゲート電圧記憶部４３に記憶させる。また、この場合、ゲート電圧補正部５２３は、さらに、ゲート電圧Ｖｇｓ１以降のゲート電圧（例えば、Ｖｇｓ２〜ＶｇｓＸ−１）に対しても、補正値ΔＶｇｓを減算する補正を実行してもよい。
Next, in step S214, the
The gate
次に、ステップＳ２１５において、半導体遮断器１は、所定の時間Ｔｎ（例えば、１μｓ）経過するのを待つ。すなわち、ゲート電圧変更部５２２は、例えば、タイマー（不図示）を用いて、タイマーの値が所定の時間Ｔｎに達するのを待つ。
Next, in step S215, the
次に、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓｎを印加する（ステップＳ２１６）。すなわち、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧Ｖｇｓを、ゲート電圧記憶部４３から経過時間と対応付けて読み出したゲート電圧Ｖｇｓｎに変更する。なお、このステップＳ２１６の処理は、本実施形態において、推定電圧にゲート電圧を変更する変更ステップに対応する。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄを計測する（ステップＳ２１７）。すなわち、ゲート電圧推定部５２１は、電流検出部１０（電流センサ１１及び電流計測部３１）により検出した電流Ｉｄを、計測記憶部３２を介して取得する。なお、このステップＳ２１７の処理は、本実施形態において、電源装置２から負荷装置３に流れる電流Ｉｄを検出する電流検出ステップに対応する。
Next, the
次に、半導体遮断器１は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２１８）。すなわち、ゲート電圧補正部５２３は、電流検出部１０によって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する。ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合（ステップＳ２１８：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２１９に進める。また、ゲート電圧補正部５２３は、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満である場合（ステップＳ２１８：ＮＯ）に、処理をステップＳ２２０に進める。
Next, the
次に、ステップＳ２１９において、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓｎを補正する（Ｖｇｓｎ−補正値ΔＶｇｓ）。ゲート電圧補正部５２３は、例えば、補正値記憶部４４から補正値ΔＶｇｓ読み出して、現在のゲート電圧Ｖｇｓｎから補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓｎ−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓとして変更する。そして、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介して半導体スイッチ部２０に供給されるゲート電圧Ｖｇｓを補正後のゲート電圧（Ｖｇｓｎ−ΔＶｇｓ）に変更して、処理をステップＳ２１７に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ２１７からステップＳ２１９の処理を電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ未満になるまで繰り返す。なお、このステップＳ２１７からステップＳ２１９の処理は、本実施形態において、ゲート電圧を補正する補正ステップに対応する。ここで、ゲート電圧補正部５２３は、ゲート電圧推定部５２１による推定と実際の動作との間に生じる誤差を補正する。
なお、ゲート電圧補正部５２３は、ステップＳ２１９において、ゲート電圧（Ｖｇｓｎ−ΔＶｇｓ）の補正を実行した場合に、ゲート電圧記憶部４３に記憶されているゲート電圧に補正を反映させてもよい。例えば、ゲート電圧補正部５２３は、ゲート電圧（Ｖｇｓｎ−ΔＶｇｓ）の補正を実行した場合に、ゲート電圧記憶部４３に記憶されているゲート電圧Ｖｇｓｎ＋１から補正値ΔＶｇｓを減算した電圧値（Ｖｇｓｎ＋１−ΔＶｇｓ）を算出する。そして、ゲート電圧補正部５２３は、算出した電圧値（Ｖｇｓｎ＋１−ΔＶｇｓ）を補正後のゲート電圧Ｖｇｓｎ＋１としてゲート電圧記憶部４３に記憶させる。また、この場合、ゲート電圧補正部５２３は、さらに、ゲート電圧Ｖｇｓｎ＋１以降のゲート電圧（例えば、Ｖｇｓｎ＋２〜ＶｇｓＸ−１）に対しても、補正値ΔＶｇｓを減算する補正を実行してもよい。
Next, in step S219, the
The gate
次に、ステップＳ２２０において、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しい（Ｖｇｓｎ＝ＶＯＮ）か否かを判定する。ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮと等しくなったか否かを判定する。ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮに等しくなった（オン電圧ＶＯＮに到達した）と判定した場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）に、処理をステップＳ２２２に進める。また、ゲート電圧制御部５２は、現在のゲート電圧Ｖｇｓｎがオン電圧ＶＯＮに等しくない（オン電圧ＶＯＮに到達していない）と判定した場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）に、処理をステップＳ２２１に進める。
Next, in step S220, the
次に、ステップＳ２２１において、半導体遮断器１は、変数ｎに“１”を加算（ｎ＝ｎ＋１）して、処理をステップＳ２１５に戻す。すなわち、ゲート電圧制御部５２は、設定記憶部４０の変数ｎに対応する記憶領域に、“ｎ＋１”を記憶させて、処理をステップＳ２１５に戻す。半導体遮断器１は、このステップＳ２１５からステップＳ２２１の処理をゲート電圧Ｖｇｓがオン電圧ＶＯＮに到達するまで繰り返す。
Next, in step S221, the
次に、ステップＳ２２２において、半導体遮断器１は、変数ｎをリセットして負荷装置３を起動する処理を終了する。
Next, in step S222, the
次に、図７を参照して本実施形態における半導体遮断器１の動作を説明する。
図７に示されるグラフにおいて、図４と同様に、縦軸は上段からゲート電圧Ｖｇｓ、負荷端電圧Ｅｃ、及び半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄを示している。また、横軸は時間を示しており、波形Ｗ１は、本実施形態における負荷端電圧Ｅｃの変化を示し、波形Ｗ２は、本実施形態におけるゲート電圧Ｖｇｓの変化を示している。また、波形Ｗ３は、本実施形態における電流Ｉｄの変化を示し、波形Ｗ４は、従来の処理における電流Ｉｄの変化（突入電流が発生した場合の電流波形）を示している。
Next, the operation of the
In the graph shown in FIG. 7, as in FIG. 4, the vertical axis indicates the gate voltage Vgs, the load end voltage Ec, and the current Id flowing through the
なお、本実施形態において、ゲート電圧推定部５２１は、波形Ｗ１における時刻Ｔ１、・・・、時刻Ｔｎ、・・・、時刻ＴＸに対応する負荷端電圧Ｅｃ１、・・・、Ｅｃｎ、・・・ＥｃＸを予め算出する。そして、ゲート電圧推定部５２１は、上述したように、負荷端電圧Ｅｃ１、・・・、Ｅｃｎ、・・・ＥｃＸ、出力電圧Ｅ、及び素子特性テーブルに基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓ０、・・・、Ｖｇｓｎ、・・・ＶＯＮを推定する。ここで、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧Ｖｇｓ０、・・・、Ｖｇｓｎ、・・・ＶＯＮを、電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘを超えないように設定する。
In the present embodiment, the gate
この図において、初期状態は、ゲート電圧Ｖｇｓがオフ電圧ＶＯＦＦ（例えば、０Ｖ）であり、負荷端電圧Ｅｃが０Ｖである。電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、時刻Ｔ０において、ゲート電圧変更部５２２は、ドライブ部３３を介してゲート電圧Ｖｇｓを推定電圧Ｖｇｓ０に変更する。
次に、時刻Ｔ１において、ゲート電圧変更部５２２は、ゲート電圧記憶部４３から時刻Ｔ１（経過時間）に対応する推定電圧Ｖｇｓ１を読み出して、ドライブ部３３を介してゲート電圧Ｖｇｓを、読み出した推定電圧Ｖｇｓ１に変更する。
ゲート電圧変更部５２２は、このゲート電圧Ｖｇｓを変更する処理を、時刻ＴＸまで繰り返し、ゲート電圧のテーブルに基づいてゲート電圧Ｖｇｓをオフ電圧ＶＯＦＦからオン電圧ＶＯＮに遷移させる。
In this figure, in the initial state, the gate voltage Vgs is an off voltage V OFF (for example, 0 V), and the load end voltage Ec is 0 V. When the
Next, at time T1, the gate
The gate
これにより、半導体遮断器１は、ゲート電圧Ｖｇｓを図７の波形Ｗ２が示すように、オフ電圧ＶＯＦＦからオン電圧ＶＯＮに徐々に増加させる。その結果、負荷端電圧Ｅｃも図７の波形Ｗ１に示すように緩やかに増加するとともに、電流Ｉｄは、図７の波形Ｗ３に示すような、最大電流値Ｉｍａｘを超えない電流波形となる。このように、本実施形態では、図７の波形Ｗ４に示す従来の処理による電流波形に比べて、突入電流が緩和された電流波形となる。
As a result, the
以上、説明したように、本実施形態における半導体遮断器１は、ゲート電圧推定部５２１が、予め定められた所定の期間（例えば、１μｓ）、予め定められた所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）をゲート電圧Ｖｇｓとして半導体スイッチ部２０に供給させる。ゲート電圧推定部５２１は、この所定の期間、ゲート電圧Ｖｇｓとして所定の電圧値を半導体スイッチ部２０に供給させた後に負荷装置３側の電圧Ｅｃを取得する。ゲート電圧推定部５２１は、取得した負荷装置３側の電圧Ｅｃと、電源装置２の出力電圧Ｅと、素子特性とに基づいて、負荷装置３が備える静電容量成分Ｃを算出する。ゲート電圧推定部５２１は、算出した静電容量成分Ｃと、電源装置２の出力電圧Ｅと、推定した推定電圧Ｖｇｓｎ−１とに基づいて、ゲート電圧Ｖｇｓの変更から所定時間（例えば、１μｓ）後の負荷装置３側の電圧Ｅｃｎを算出する。さらに、ゲート電圧推定部５２１は、算出した所定時間後の負荷装置３側の電圧Ｅｃｎと電源装置２の出力電圧Ｅとに基づいて、所定時間後の両端の電圧差Ｖｄｓｎを算出する。ゲート電圧推定部５２１は、算出した所定時間後の両端の電圧差Ｖｄｓｎと、素子特性とに基づいて、所定時間後に変更する推定電圧Ｖｇｓｎを推定する。
As described above, in the
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、変更するゲート電圧Ｖｇｓを、予め算出しておくことができるので、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする際の制御部５０による処理量（演算量）を低減することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、適切にゲート電圧Ｖｇｓを変更することができる。よって、本実施形態における半導体遮断器１は、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。
Thereby, since the
本実施形態における半導体遮断器１は、半導体スイッチ部２０における負荷装置３側の電圧（負荷端電圧Ｅｃ）を検出するＥｃ電圧検出部６０を備えている。ゲート電圧推定部５２１は、所定の期間（例えば、１μｓ）後に、Ｅｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃと、出力電圧Ｅとに基づいて両端電圧差Ｖｄｓを検出する。ゲート電圧推定部５２１は、検出した両端電圧差Ｖｄｓと所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）と素子特性とに基づいて半導体スイッチ部２０の抵抗値Ｒを取得する。そして、ゲート電圧推定部５２１は、取得した抵抗値Ｒと負荷端電圧Ｅｃと出力電圧Ｅとに基づいて静電容量成分Ｃを算出する。
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、簡易な手段により、負荷端電圧Ｅｃ及び両端電圧差Ｖｄｓを正確に取得することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、回路構成を簡略化しつつ、正確に静電容量成分Ｃを算出することができる。
The
Thereby, the
本実施形態における半導体遮断器１は、上述のＥｃ電圧検出部６０と、半導体スイッチ部２０の両端の電圧差（両端電圧差Ｖｄｓ）を検出するＶｄｓ電圧検出部７０とを備えている。ゲート電圧推定部５２１は、所定の期間（例えば、１μｓ）後に、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって検出された両端電圧差Ｖｄｓと所定の電圧値（例えば、推定電圧Ｖｇｓ０）と素子特性とに基づいて半導体スイッチ部２０の抵抗値Ｒを取得する。そして、ゲート電圧推定部５２１は、取得した抵抗値ＲとＥｃ電圧検出部６０によって検出された負荷端電圧Ｅｃと出力電圧Ｅとに基づいて静電容量成分Ｃを算出する。
これにより、本実施形態における半導体遮断器１は、Ｖｄｓ電圧検出部７０によって両端電圧差Ｖｄｓを直接検出するので、上述のＥｃ電圧検出部６０を用いる場合に比べて、両端電圧差Ｖｄｓをさらに正確に検出することができる。そのため、本実施形態における半導体遮断器１は、回路構成を簡略化しつつ、正確に静電容量成分Ｃを算出することができる。
The
Thereby, since the
なお、上記の各実施形態において、本実施形態における直流給電システム１００は、電源装置２から負荷装置３へ直流電力を供給する直流給電システムであって、上述の半導体遮断器１を備えている。
これにより、本実施形態における直流給電システム１００は、上述の半導体遮断器１と同様の効果を奏する。例えば、半導体遮断器１は、上述したように回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができるので、本実施形態における直流給電システム１００は、同様に、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。
In each of the embodiments described above, the DC
Thereby, the DC
また、上記の各実施形態によれば、半導体遮断器１によって、電源装置２から負荷装置３に直流電力を供給する直流給電方法は、電流検出ステップと、遮断処理ステップと、電圧変更ステップと、補正ステップとを含んでいる。なお、半導体遮断器１は、電源装置２から負荷装置３に直流電力を供給する電力供給線４に配置され、ゲート電圧Ｖｇｓに基づいて電源装置２と負荷装置３との間の導通状態を制御する半導体スイッチ部２０を備えている。電流検出ステップは、電源装置２から負荷装置３に流れる電流Ｉｄを検出し、遮断処理ステップは、電流検出ステップによって検出された電流が予め定められた過電流閾値以上である場合に、半導体スイッチ部２０を遮断状態にする。また、ゲート電圧変更ステップ（制御電圧変更ステップ）は、電源装置２と負荷装置３との間を導通状態にする場合に、過電流閾値ＩＴＨ以下である最大電流値Ｉｍａｘを超えないゲート電圧Ｖｇｓとして推定された推定電圧に、ゲート電圧Ｖｇｓを変更する。また、ゲート電圧補正ステップは、電流検出ステップによって検出された電流Ｉｄが最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合に、最大電流値Ｉｍａｘを超えないようにゲート電圧Ｖｇｓを補正する。ここで、推定電圧は、導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する両端電圧差Ｖｄｓと、予め取得されている素子特性とに基づいて、予め推定されている。また、素子特性は、両端電圧差Ｖｄｓ及びゲート電圧Ｖｇｓと半導体スイッチ部２０に流れる電流Ｉｄとの関係を示す特性である。
これにより、本実施形態における直流給電方法は、上述の半導体遮断器１と同様に、回路構成を簡略化しつつ、不要な遮断動作を低減することができる。
In addition, according to each of the above embodiments, the DC power supply method for supplying DC power from the
Thereby, the direct-current power supply method in this embodiment can reduce unnecessary interruption | blocking operation | movement, simplifying a circuit structure similarly to the above-mentioned
次に、上述した半導体遮断器１を備え、複数の負荷装置３に直流電力を供給する直流給電システム１００の一例について説明する。
図８は、本実施形態による半導体遮断器１（１Ａ〜１Ｃ，・・・）を複数備えた直流給電システム１００の一例を示すブロック図である。
この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
この図において、直流給電システム１００は、電流分配装置６を備え、電源装置２から複数の負荷装置３（３Ａ〜３Ｃ，・・・）に直流電力を供給する。
電流分配装置６は、例えば、複数の半導体遮断器１（１Ａ〜１Ｃ，・・・）を備えており、各半導体遮断器１を介して電源装置２と接続されている各負荷装置３に電力の供給及び遮断を制御する。
Next, an example of a DC
FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a DC
In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In this figure, a DC
The
なお、本実施形態における直流給電システム１００は、複数の半導体遮断器１（１Ａ〜１Ｃ，・・・）に対して、例えば、負荷装置３（３Ａ〜３Ｃ，・・・）の特性に応じて異なる設定情報を設定記憶部４０に記憶させることが可能である。そのため、本実施形態における直流給電システム１００は、システム構成に応じて適切にゲート電圧Ｖｇｓを制御し、不要な遮断動作を低減することが可能である。よって、本実施形態における直流給電システム１００は、柔軟な給電システムを構築することができる。
Note that the DC
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の各実施形態において、半導体スイッチ部２０は、電力供給線４に配置（挿入）される形態を説明したが、電力供給線５に配置（挿入）される形態でもよいし、電力供給線４及び電力供給線５の両方の供給線に配置（挿入）される形態でもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the embodiments described above, the
また、上記の各実施形態において、半導体遮断器１は、ゲート電圧推定部５２１を備える形態を説明したが、ゲート電圧記憶部４３に上述したゲート電圧のテーブルが記憶されている形態であれば、ゲート電圧推定部５２１を備えない形態でもよい。この場合、ゲート電圧推定部５２１が不要になるため、半導体遮断器１は、さらに回路構成を簡略化することができる。
In each of the above embodiments, the
また、上記の第２の実施形態において、負荷装置３を起動する際に毎回、ゲート電圧のテーブルを生成する形態を説明したが、直流給電システム１００の構成（特に、負荷装置３）が変更された際にゲート電圧のテーブルを生成する形態でもよい。この場合、生成したゲート電圧のテーブルは、ゲート電圧記憶部４３に記憶させておく。
また、上記の第２の実施形態において、ゲート電圧補正部５２３がゲート電圧の補正を実行した場合に、以降のゲート電圧にも補正を反映させる形態を説明したが、第１の実施形態において、同様のことを実行してもよい。例えば、第１の実施形態において、ゲート電圧補正部５２３がゲート電圧の補正を実行した場合に、補正を実行した回数を補正値記憶部４４などの記憶部に記憶させる。そして、ゲート電圧推定部５２１は、ゲート電圧を推定する際に、補正を実行した回数に基づいて、補正値ΔＶｇｓを減算してゲート電圧Ｖｇｓを推定してもよい。
Further, in the second embodiment, the mode in which the gate voltage table is generated every time the
Further, in the second embodiment, when the gate
また、上記の各実施形態において、ゲート電圧Ｖｇｓが所定の時間（例えば、１μｓ）間隔ごとに変更される形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、経過時間に応じて、この所定の間隔を変更する形態でもよいし、ゲート電圧Ｖｇｓ又は負荷端電圧Ｅｃに応じて、この所定の間隔を変更する形態でもよい。 Further, in each of the above embodiments, the mode in which the gate voltage Vgs is changed at predetermined time intervals (for example, 1 μs) has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the predetermined interval may be changed according to the elapsed time, or the predetermined interval may be changed according to the gate voltage Vgs or the load end voltage Ec.
また、上記の各実施形態において、半導体スイッチ部２０が有する半導体スイッチング素子は、ゲート電圧（制御電圧）が０Ｖの場合に遮断状態である一例（例えば、ＮＭＯＳＦＥＴ）を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、半導体スイッチ部２０が、ＰＭＯＳＦＥＴのように、ゲート電圧（制御電圧）が０Ｖの場合に導通状態である導体スイッチング素子を有する形態でもよい。
また、上記の各実施形態において、半導体遮断器１は、ＲＣ回路の充電モデルを用いて、静電容量成分Ｃ、及び負荷端電圧Ｅｃを演算にする形態を説明したが、他の演算モデルを用いる形態でもよい。また、半導体遮断器１は、計測、又は計測と演算とを組み合わせた他の手法を用いて、静電容量成分Ｃ、及び負荷端電圧Ｅｃを取得する形態でもよい。
他の手法を用いて静電容量成分Ｃ、及び負荷端電圧Ｅｃを取得する形態でもよい。
Further, in each of the above embodiments, the semiconductor switching element included in the
In each of the above embodiments, the
The form which acquires the electrostatic capacitance component C and the load end voltage Ec using another method may be sufficient.
また、上記の各実施形態における制御部５０が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。
Moreover, each part with which the
なお、本発明における制御部５０を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより半導体遮断器１の制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
The program for realizing the
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…半導体遮断器、２…電源装置、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…負荷装置、４，５…電力供給線、６…電流分配装置、１０…電流検出部、１１…電流センサ、１２…入力インターフェース、１３,１４…電圧センサ、２０…半導体スイッチ部、３０…制御回路部、３１…電流計測部、３２…計測記憶部、３３…ドライブ部、３４…Ｅｃ電圧計測部、３５…Ｖｄｓ電圧計測部、４０…設定記憶部、４１…過電流閾値記憶部、４２…最大電流記憶部、４３…ゲート電圧記憶部、４４…補正値記憶部、５０…制御部、５１…遮断処理部、５２…ゲート電圧制御部、６０…Ｖｄｓ電圧検出部、７０…Ｅｃ電圧検出部、１００…直流給電システム、５２１…ゲート電圧推定部、５２２…ゲート電圧変更部、５２３…ゲート電圧補正部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
電源装置から負荷装置に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記電流が予め定められた第１の電流閾値以上である場合に、前記半導体スイッチ部を遮断状態にする遮断処理部と、
前記電源装置と前記負荷装置との間を導通状態にする場合に、前記導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する前記半導体スイッチ部の両端の電圧差と、予め取得されている素子特性とに基づいて、前記第１の電流閾値以下である第２の電流閾値を超えない前記制御電圧として推定された推定電圧に、前記制御電圧を変更する制御電圧変更部と、
前記電流検出部によって検出された前記電流が前記第２の電流閾値以上である場合に、前記第２の電流閾値を超えないように前記制御電圧を補正する補正部と、
を備え、
前記素子特性は、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差及び前記制御電圧と前記半導体スイッチ部を流れる電流値との関係を示す特性である
ことを特徴とする半導体遮断器。 A semiconductor switch unit disposed on a power supply line for supplying DC power from the power supply device to the load device, and controlling a conduction state between the power supply device and the load device based on a control voltage;
A current detector for detecting a current flowing from the power supply device to the load device;
A shut-off processing unit that puts the semiconductor switch unit into a shut-off state when the current detected by the current detection unit is greater than or equal to a predetermined first current threshold;
When the power supply device and the load device are in a conductive state, a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit that changes in accordance with an elapsed time from the start of the operation to make the conductive state is acquired in advance. A control voltage changing unit that changes the control voltage to an estimated voltage estimated as the control voltage that does not exceed a second current threshold that is less than or equal to the first current threshold based on the element characteristics
A correction unit that corrects the control voltage so as not to exceed the second current threshold when the current detected by the current detection unit is greater than or equal to the second current threshold;
With
The element characteristic is a characteristic indicating a voltage difference between both ends of the semiconductor switch part and a relation between the control voltage and a current value flowing through the semiconductor switch part.
前記制御電圧変更部は、
前記制御電圧を前記推定部によって推定された前記推定電圧に変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体遮断器。 An estimation unit that estimates the control voltage that does not exceed the second current threshold as an estimated voltage based on the voltage difference between the both ends that changes according to the elapsed time and the element characteristics;
The control voltage changing unit is
The semiconductor circuit breaker according to claim 1, wherein the control voltage is changed to the estimated voltage estimated by the estimating unit.
前記推定部は、
前記電流値としての前記第２の電流閾値と前記両端の電圧差とに対応する前記制御電圧差を前記素子特性記憶部から読み出し、読み出した前記制御電圧差に基づいて前記推定電圧を推定する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体遮断器。 As the element characteristics, a voltage difference between the both ends, a control voltage difference that is a voltage difference between a voltage at one end of the both ends determined in advance and a voltage at a control terminal to which the control voltage is supplied, and the semiconductor switch An element characteristic storage unit that stores the current value flowing through the unit in association with the current value,
The estimation unit includes
Reading the control voltage difference corresponding to the second current threshold as the current value and the voltage difference between both ends from the element characteristic storage unit, and estimating the estimated voltage based on the read control voltage difference The semiconductor circuit breaker according to claim 2.
予め定められた所定の期間、予め定められた所定の電圧値を前記制御電圧として前記半導体スイッチ部に供給させた後に取得した前記負荷装置側の電圧と、前記電源装置の出力電圧と、前記素子特性とに基づいて、前記負荷装置が備える静電容量成分を算出し、
算出した前記静電容量成分と、前記電源装置の出力電圧と、推定した前記推定電圧とに基づいて、前記制御電圧の変更から所定時間後の前記負荷装置側の電圧を算出し、
算出した前記所定時間後の前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて、前記所定時間後の前記両端の電圧差を算出し、
算出した前記所定時間後の前記両端の電圧差と、前記素子特性とに基づいて、前記所定時間後に変更する前記推定電圧を推定する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体遮断器。 The estimation unit includes
The voltage on the load device side acquired after supplying a predetermined voltage value determined in advance as the control voltage to the semiconductor switch unit for a predetermined period, the output voltage of the power supply device, and the element Based on the characteristics, the capacitance component included in the load device is calculated,
Based on the calculated capacitance component, the output voltage of the power supply device, and the estimated voltage estimated, calculate the voltage on the load device side after a predetermined time from the change of the control voltage,
Based on the calculated voltage on the load device side after the predetermined time and the output voltage of the power supply device, the voltage difference between the both ends after the predetermined time is calculated,
4. The semiconductor according to claim 2, wherein the estimated voltage to be changed after the predetermined time is estimated based on the calculated voltage difference between the both ends after the predetermined time and the element characteristic. Circuit breaker.
前記推定部は、
前記所定の期間後に、前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧と、前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記両端の電圧差を検出し、検出した前記両端の電圧差と前記所定の電圧値と前記素子特性とに基づいて前記半導体スイッチ部の抵抗値を取得し、取得した前記抵抗値と前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記静電容量成分を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体遮断器。 A first voltage detection unit for detecting a voltage on the load device side in the semiconductor switch unit;
The estimation unit includes
After the predetermined period, the voltage difference between both ends is detected based on the voltage on the load device side detected by the first voltage detection unit and the output voltage of the power supply device, and the detected voltage across the both ends is detected. A resistance value of the semiconductor switch unit is obtained based on the difference, the predetermined voltage value, and the element characteristic, and the resistance value, the voltage on the load device side, and the output voltage of the power supply device are obtained based on the obtained resistance value. The semiconductor circuit breaker according to claim 4, wherein a capacitance component is calculated.
前記半導体スイッチ部の両端の電圧差を検出する第２の電圧検出部と
を備え、
前記推定部は、
前記所定の期間後に、前記第２の電圧検出部によって検出された前記両端の電圧差と前記所定の電圧値と前記素子特性とに基づいて前記半導体スイッチ部の抵抗値を取得し、取得した前記抵抗値と前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧と前記電源装置の出力電圧とに基づいて前記静電容量成分を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体遮断器。 A first voltage detection unit for detecting a voltage on the load device side in the semiconductor switch unit;
A second voltage detection unit for detecting a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit,
The estimation unit includes
After the predetermined period, the resistance value of the semiconductor switch unit is acquired based on the voltage difference between the both ends detected by the second voltage detection unit, the predetermined voltage value, and the element characteristics, and the acquired 5. The capacitance component is calculated based on a resistance value, a voltage on the load device side detected by the first voltage detection unit, and an output voltage of the power supply device. 6. Semiconductor circuit breaker.
前記制御電圧変更部は、
前記制御電圧記憶部から前記経過時間に対応付けられた前記推定電圧を読み出し、読み出した前記推定電圧に前記制御電圧を、前記経過時間に応じて変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体遮断器。 A control voltage storage unit that stores the elapsed time and the estimated voltage in association with each other;
The control voltage changing unit is
The estimated voltage associated with the elapsed time is read from the control voltage storage unit, and the control voltage is changed to the read estimated voltage according to the elapsed time. The semiconductor circuit breaker as described in any one of 6.
前記推定部は、
前記電源装置の出力電圧と、前記第１の電圧検出部によって検出された前記負荷装置側の電圧とに基づいて、前記両端の電圧差を検出する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体遮断器。 A first voltage detection unit for detecting a voltage on the load device side in the semiconductor switch unit;
The estimation unit includes
The voltage difference between the both ends is detected based on the output voltage of the power supply device and the voltage on the load device side detected by the first voltage detection unit. The semiconductor circuit breaker described in 1.
前記推定部は、
前記電源装置の出力電圧と、前記第２の電圧検出部によって検出された前記両端の電圧差と前記素子特性と基づいて、前記制御電圧を前記推定電圧として推定する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体遮断器。 A second voltage detection unit for detecting a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit;
The estimation unit includes
The control voltage is estimated as the estimated voltage based on an output voltage of the power supply device, a voltage difference between the both ends detected by the second voltage detection unit, and the element characteristic. Or the semiconductor circuit breaker of Claim 3.
前記導通状態にする動作の開始から所定の時間間隔ごとに得られる前記両端の電圧差と、前記素子特性と基づいて推定される
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の半導体遮断器。 The estimated voltage is
10. The method according to claim 1, wherein the voltage difference is estimated based on a voltage difference between the both ends obtained at a predetermined time interval from the start of the operation for setting the conducting state and the element characteristics. The semiconductor circuit breaker described in 1.
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体遮断器を備える
ことを特徴とする直流給電システム。 A DC power supply system for supplying DC power from a power supply device to a load device,
A DC power supply system comprising the semiconductor circuit breaker according to any one of claims 1 to 10.
前記電源装置から前記負荷装置に流れる電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流検出ステップによって検出された前記電流が予め定められた第１の電流閾値以上である場合に、前記半導体スイッチ部を遮断状態にする遮断処理ステップと、
前記電源装置と前記負荷装置との間を導通状態にする場合に、前記導通状態にする動作の開始からの経過時間に応じて変化する前記半導体スイッチ部の両端の電圧差と、予め取得されている素子特性とに基づいて、前記第１の電流閾値以下である第２の電流閾値を超えない前記制御電圧として推定された推定電圧に、前記制御電圧を変更する制御電圧変更ステップと、
前記電流検出ステップによって検出された前記電流が前記第２の電流閾値以上である場合に、前記第２の電流閾値を超えないように前記制御電圧を補正する補正ステップと、
を含み、
前記素子特性は、前記半導体スイッチ部の両端の電圧差及び前記制御電圧と前記半導体スイッチ部を流れる電流値との関係を示す特性である
ことを特徴とする直流給電方法。 By a semiconductor circuit breaker that is disposed on a power supply line that supplies DC power from the power supply device to the load device and includes a semiconductor switch unit that controls a conduction state between the power supply device and the load device based on a control voltage, A DC power supply method for supplying DC power from a power supply device to the load device,
A current detection step of detecting a current flowing from the power supply device to the load device;
When the current detected by the current detection step is greater than or equal to a predetermined first current threshold, a shut-off process step for turning the semiconductor switch unit into a shut-off state;
When the power supply device and the load device are in a conductive state, a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit that changes in accordance with an elapsed time from the start of the operation to make the conductive state is acquired in advance. A control voltage changing step for changing the control voltage to an estimated voltage estimated as the control voltage not exceeding a second current threshold value that is less than or equal to the first current threshold value based on the element characteristics
A correction step of correcting the control voltage so as not to exceed the second current threshold when the current detected by the current detection step is equal to or greater than the second current threshold;
Including
The element characteristic is a characteristic indicating a voltage difference between both ends of the semiconductor switch unit and a relationship between the control voltage and a current value flowing through the semiconductor switch unit.
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Patent Citations (4)
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