JP2013247426A - スイッチング素子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）の駆動を制限するパワーセーブ処理を行うか否かの判断精度を高めることのできるスイッチング素子の駆動装置を提供する。
【解決手段】高電圧システムには、感温ダイオードＳＤ＊＃と、第１のコンパレータ３８及び第１の電源４０を有するドライブＩＣ２０とが備えられている。こうした構成において、感温ダイオードＳＤ＊＃の出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を下回ったか否かの判断結果を伝達する信号をフォトカプラ４１を含むインターフェース１８を介して低電圧システムの制御装置１４に伝達する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づき前記スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かを判断する判断手段と、を備え、前記判断手段による判断結果に基づき前記スイッチング素子の駆動制御を行うスイッチング素子の駆動装置に関する。

従来、例えば下記特許文献１に見られるように、高電圧システムに備えられる半導体スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）の温度情報を低電圧システムに備えられるマイコンにフォトカプラを介して伝達する技術が知られている。詳しくは、高電圧システムには、スイッチング素子の温度を検出する感温ダイオードと、感温ダイオードの出力信号を周波数変調する周波数変調回路とが備えられている。この回路によって周波数変調された信号は、フォトカプラを介してマイコンに伝達される。そして、マイコンは、フォトカプラによって伝達された信号に基づきスイッチング素子の温度を算出する。

こうした構成において、スイッチング素子の温度が閾値を超えたとマイコンによって判断された場合、スイッチング素子の駆動を制限すべき状態であると判断し、スイッチング素子の駆動を制限する処理がマイコンによって行われる。これにより、スイッチング素子のコレクタ電流を制限することができ、スイッチング素子の過熱によってスイッチング素子の信頼性が低下することを回避できる。

特開２００９−１７１３１２号公報

ここで、フォトカプラを介してマイコンに伝達された信号には、スイッチング素子の実際の温度に対する誤差成分が含まれていることがある。上記信号に含まれる誤差成分が大きいと、上記信号に基づくスイッチング素子の温度の算出精度が低下し、スイッチング素子の駆動を制限すべき状態であるか否かの判断精度が低下する懸念がある。

なお、スイッチング素子の温度の検出値に基づきスイッチング素子の駆動を制限すべき状態であるか否かを判断する構成に限らず、上記検出値に基づきスイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かを判断する構成においても、その判断精度が低下する懸念がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スイッチング素子の温度の検出値に基づきスイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かを判断する精度を高めることのできるスイッチング素子の駆動装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段（ＳＤ＊＃；＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）と、前記温度検出手段によって検出された温度（Ｖｆ）を入力として、前記スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かの判断結果を出力する状態判断手段（３８，４０，６２）と、前記温度検出手段及び前記状態判断手段が備えられる第１の領域とは異なる第２の領域に備えられ、前記スイッチング素子を制御する制御手段（１４）と、前記状態判断手段から出力された判断結果を前記制御手段に伝達する伝達手段（１８）と、を備え、前記制御手段は、前記伝達手段を介して伝達された前記判断結果に基づき、前記スイッチング素子の制御を変更する処理を行う処理手段を備えることを特徴とする。

状態判断手段から出力された判断結果を制御手段に伝達する信号に要求される精度は通常、温度検出手段の検出値を状態判断手段に伝達する信号に要求される精度よりも低い。この点に鑑み、上記発明では、温度検出手段及び状態判断手段の双方を第１の領域に備え、また、状態判断手段による判断結果が第２の領域に備えられる制御手段に伝達手段を介して伝達される構成とした。このため、例えば、温度検出手段の検出値が伝達手段を介して状態判断手段に伝達される構成と比較して、上記検出値が状態判断手段に入力されるまでの信号経路において、スイッチング素子の実際の温度に対する誤差成分が上記検出値に含まれる要因を低減することができる。これにより、スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かの判断精度を簡素な構成で高めることができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかるドライブユニットの構成図。 同実施形態にかかるパワーセーブ処理の一例を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる第１の閾値電圧の設定手法を示す図。 第２の実施形態にかかるドライブユニットの構成図。 同実施形態にかかるパワーセーブ処理の一例を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかるドライブユニットの構成図。 同実施形態にかかるフェール信号の出力態様を示す図。 第４の実施形態にかかるパワーセーブ禁止処理の手順を示す流れ図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるスイッチング素子の駆動装置を車載主機として内燃機関及び回転機を備えるハイブリッド車両に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す。

モータジェネレータ１０は、車載主機であり、図示しない駆動輪に連結されている。モータジェネレータ１０は、インバータＩＶ及び直流電源としてのコンバータＣＶを介して高電圧バッテリ１２に接続されている。ここで、コンバータＣＶは、コンデンサＣと、コンデンサＣに並列接続された一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎと、一対のスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎの接続点と高電圧バッテリ１２の正極とを接続するリアクトルＬとを備えている。詳しくは、コンバータＣＶは、スイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎのオンオフ操作によって、高電圧バッテリ１２の電圧（例えば「２８８Ｖ」）を所定の電圧（例えば「６６６Ｖ」）を上限として昇圧する機能を有する。

一方、インバータＩＶは、スイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｖｐ，Ｓｖｎの直列接続体と、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎの直列接続体とを備えている。これら各直列接続体の接続点は、モータジェネレータ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続されている。

なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ；＃＝ｐ，ｎ）として、電圧制御形のものが用いられており、より具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられている。また、これらスイッチング素子Ｓ＊＃にはそれぞれ、フリーホイールダイオードＤ＊＃が逆並列に接続されている。さらに、図示しないが、スイッチング素子Ｓ＊＃付近には、スイッチング素子Ｓ＊＃の温度を検出する感温ダイオードが備えられている。感温ダイオードＳＤについては、後に詳述する。

制御装置１４は、低電圧バッテリ１６を電源とし、インバータＩＶやコンバータＣＶの操作によってモータジェネレータ１０のトルクをトルク指令値Ｔｒ＊に制御する制御手段である。詳しくは、制御装置１４は、ソフトウェア処理によって生成された操作信号ｇｃｐ、ｇｃｎをドライブユニットＤＵｃｐ，ＤＵｃｎに出力することで、コンバータＣＶのスイッチング素子Ｓｃｐ，Ｓｃｎを操作する。また、制御装置１４は、ソフトウェア処理によって生成された操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎをドライブユニットＤＵｕｐ，ＤＵｕｎ，ＤＵｖｐ，ＤＵｖｎ，ＤＵｗｐ，ＤＵｗｎに出力することで、インバータＩＶのスイッチング素子Ｓｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎを操作する。ここで、高電位側の操作信号ｇ＊ｐと、対応する低電位側の操作信号ｇ＊ｎとは、互いに相補的な信号となっている。換言すれば、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐと、対応する低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎとは、交互にオン状態とされる。

ちなみに、制御装置１４には、車両制御を統括する上位の制御装置からトルク指令値Ｔｒ＊を含む外部信号Ｓｉｇが入力される。なお、上記トルク指令値Ｔｒ＊は、ユーザによるアクセル操作部材の操作によって指示された車両のトルク指令値のうちモータジェネレータ１０が担う分のことである。

インターフェース１８は、高電圧バッテリ１２、コンバータＣＶ、インバータＩＶ及びモータジェネレータ１０を備える高電圧システムと、低電圧バッテリ１６及び制御装置１４を備える低電圧システムとの間を絶縁しつつ、これらの間の信号の伝達を行うための伝達手段である。本実施形態において、インターフェース１８は、光絶縁素子（フォトカプラ）を備えている。なお、本実施形態において、高電圧システムが第１の領域に相当し、低電圧システムが第２の領域に相当する。

次に、図２を用いて本実施形態にかかる上記ドライブユニットＤＵ＊＃の構成を説明する。なお、図２では、インターフェース１８として、高電圧システムから低電圧システムへと信号を伝達する部分のみを示している。

図示されるように、ドライブユニットＤＵは、１チップ化された半導体集積回路であるドライブＩＣ２０を備えている。ドライブＩＣ２０の端子Ｔ１には、充電用抵抗体２２を介して所定の端子電圧（例えば１５Ｖ）を有する定電圧電源２４が接続されている。定電圧電源２４は、スイッチング素子Ｓ＊＃の開閉制御端子（ゲート）に電圧を印加する機能を有する。なお、図２では、上記フリーホイールダイオードＤ＊＃の図示を省略している。

また、上記端子Ｔ１は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（充電用スイッチング素子２６）を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ２に接続されている。端子Ｔ２は、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートに接続されている。

スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートは、放電用抵抗体２８を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ３に接続されており、端子Ｔ３は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（放電用スイッチング素子３０）を介してドライブＩＣ２０の端子Ｔ４に接続されている。そして、端子Ｔ４は、スイッチング素子Ｓ＊＃の出力端子（エミッタ）に接続されている。

スイッチング素子Ｓ＊＃付近には、スイッチング素子Ｓ＊＃の温度（以下、素子温度）を検出する感温ダイオードＳＤ＊＃が設けられている。感温ダイオードＳＤ＊＃は、定電圧電源３４からの電荷が定電流電源３６及びドライブＩＣ２０の端子Ｔ５を介して供給されるものである。感温ダイオードＳＤ＊＃のカソードは、スイッチング素子Ｓ＊＃のエミッタに接続され、アノードは、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ６に接続されている。こうした構成によれば、感温ダイオードＳＤ＊＃は、実際の素子温度に応じた電圧Ｖｆを出力する。なお、感温ダイオードＳＤ＊＃の出力電圧Ｖｆは、実際の素子温度と負の相関を有する。

上記端子Ｔ６は、第１のコンパレータ３８の非反転入力端子に接続されている。第１のコンパレータ３８の反転入力端子には、第１の電源４０が接続されている。なお、本実施形態では、第１の電源４０の端子電圧を第１の閾値電圧Ｖｔｈ１と称すこととする。ここで、後述するパワーセーブ処理を行うことなくスイッチング素子Ｓ＊＃を駆動可能な素子温度の上限値（例えば１２０℃）を第１の閾値温度Ｔｔｈ１と定義すると、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１は、実際の素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１となる場合における感温ダイオードＳＤ＊＃の出力電圧Ｖｆの中央特性値に設定されている。ここで、上記中央特性値とは、実際の素子温度が予め定められた温度（第１の閾値温度Ｔｔｈ１）となる場合において、量産された複数の感温ダイオードの出力電圧の平均値のことである。感温ダイオードの出力特性の個体差等に起因して、実際の素子温度に対応した感温ダイオードの出力電圧がばらつく。このため、感温ダイオードの出力特性を把握するためのパラメータとして、上記中央特性値を定義する。

第１のコンパレータ３８の出力端子は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ７及びインターフェース１８を構成するフォトカプラ４１の１次側（フォトダイオード４１ａ）を介して接地されている。端子Ｔ７及びフォトダイオード４１ａの接続点には、抵抗体４２を介して定電圧電源４４が接続されている。

一方、フォトカプラ４１の２次側（フォトトランジスタ４１ｂ）のコレクタは、抵抗体４６を介して定電圧電源４８に接続されており、フォトトランジスタ４１ｂのエミッタは、接地されている。なお、抵抗体４６及び定電圧電源４８の接続点は、コンデンサ５０を介して接地されている。

抵抗体４６の両端のうちフォトトランジスタ４１ｂのコレクタ側は、抵抗体及びコンデンサからなるローパスフィルタ５２を介して制御装置１４に接続されている。これにより、ローパスフィルタ５２の出力信号がフェール信号ＦＬとして制御装置１４に入力される。

ちなみに、第１のコンパレータ３８、第１の電源４０及び端子Ｔ７に接続されたインターフェース１８は、実際には、コンバータＣＶ及びインバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓ＊＃のうちいずれか１つのみに対応して備えられている。具体的には、これらスイッチング素子Ｓ＊＃のうち素子温度が最も高くなると想定されるものに対応して備えられている。これにより、これらスイッチング素子Ｓ＊＃のそれぞれに対応してインターフェース１８等が備えられる構成と比較して、フォトカプラ４１等の部品数の低減を図ることができる。なお、コンバータＣＶ及びインバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓ＊＃のそれぞれの素子温度が相違するのは、スイッチング素子Ｓ＊＃を冷却するための冷却流体の流通経路やスイッチング素子Ｓ＊＃の配置位置が素子温度に影響を及ぼすことに起因する。

上記端子Ｔ６は、また、第２のコンパレータ５４の非反転入力端子に接続されている。第２のコンパレータ５４の反転入力端子には、第２の電源５６が接続されている。第２の電源５６の端子電圧は、第１の電源４０の端子電圧よりも低く設定されている。なお、本実施形態では、第２の電源５６の端子電圧を第２の閾値電圧Ｖｔｈ２と称すこととする。ここで、スイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性が短時間に大きく低下する素子温度の下限値（例えば、１７０℃近傍の温度）を第２の閾値温度Ｔｔｈ２（＞Ｔｔｈ１）と定義すると、第２の閾値電圧Ｖｔｈ２は、実際の素子温度が第２の閾値温度Ｔｔｈ２となる場合における感温ダイオードＳＤ＊＃の出力電圧Ｖｆの中央特性値に設定されている。

上記第２のコンパレータ５４の出力信号は、駆動制御部５８に入力される。駆動制御部５８は、ドライブＩＣ２０の端子Ｔ８を介して制御装置１４から入力される上記操作信号ｇ＊＃に基づき、ゲート電荷の充放電処理を行う。

まず、ゲート電荷の充電処理について説明すると、本実施形態では、充電処理を定電流制御によって行う。定電流制御は、上記操作信号ｇ＊＃がオン操作指令とされることで、充電用抵抗体２２の電圧降下量をその目標値（例えば１Ｖ）とすべく、充電用スイッチング素子２６のゲート電圧を操作するものである。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃のゲートの充電電流を一定値に制御することで、スイッチング素子Ｓ＊＃がオン状態に切り替えられる場合に生じるサージ電圧を抑制する。なお、充電処理が行われる期間においては、放電用スイッチング素子３０をオフ状態とする。

一方、ゲートの放電処理について説明すると、操作信号ｇ＊＃がオフ操作指令とされることで、放電用抵抗体２８をオン状態としてかつ、充電用スイッチング素子２６をオフ状態とする。これにより、スイッチング素子Ｓ＊＃がオフ状態に切り替えられる。

さらに、駆動制御部５８は、ローカルシャットダウン処理を行う。この処理は、感温ダイオードＳＤ＊＃の出力電圧Ｖｆが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２を下回って（素子温度が第２の閾値温度Ｔｔｈ２を上回って）第２のコンパレータ５４の出力信号の論理が「Ｌ」になると判断された場合、スイッチング素子Ｓ＊＃が過熱状態であるとしてスイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を禁止する処理である。この処理によれば、スイッチング素子Ｓ＊＃を迅速にオフ状態とさせることができ、スイッチング素子Ｓ＊＃の過熱によってスイッチング素子Ｓ＊＃の信頼性が大きく低下する事態を回避できる。

次に、制御装置１４によって実行されるパワーセーブ処理について説明する。

この処理は、フェール信号ＦＬの論理が「Ｈ」であると判断される期間において、トルク指令値Ｔｒ＊を低下させる処理である。この処理によれば、スイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を制限してコレクタ電流Ｉｃｅを制限し、スイッチング素子Ｓ＊＃の過熱を回避することができる。以下、図３を用いて、パワーセーブ処理について詳述する。

図３は、上記パワーセーブ処理の一例を示す。詳しくは、図３（ａ）は、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆの推移を示し、図３（ｂ）は、制御装置１４に入力されるフェール信号ＦＬの推移を示す。なお、図３（ａ）に示す推移は、コンバータＣＶ及びインバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓ＊＃のうち素子温度が最も高くなると想定されるものに対応する推移である。また、図３（ａ）の右側に示す縦軸は、上記出力電圧Ｖｆに対応する素子温度ＴＤを示すものである。

図示される例では、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を下回る時刻ｔ１において、第１のコンパレータ３８の出力信号の論理が「Ｈ」から「Ｌ」に反転される。このため、定電圧電源４４からフォトダイオード４１ａへと流れる電流の減少によってフォトトランジスタ４１ｂがオフ状態とされ、抵抗体４６及びフォトトランジスタ４１ｂのコレクタの接続点の電位が上昇する。これにより、フェール信号ＦＬの論理が「Ｌ」から「Ｈ」に反転され、制御装置１４によってパワーセーブ処理が開始される。

その後、パワーセーブ処理によって素子温度の上昇が抑制され、素子温度が下降し始める。そして、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を上回る時刻ｔ２において、第１のコンパレータ３８の出力信号の論理が「Ｌ」から「Ｈ」に反転され、フォトトランジスタ４１ｂがオン状態に切り替えられる。これにより、フェール信号ＦＬの論理が「Ｈ」から「Ｌ」に反転され、パワーセーブ処理が解除される。

以上説明したパワーセーブ処理を行うか否かは、上述したように、ドライブＩＣ２０において判断される。ここで、ドライブＩＣ２０において上記判断を行い、その判断結果をインターフェース１８を介して制御装置１４に伝達させる構成が、本実施形態にかかる特徴的構成である。以下、この特徴について従来技術と比較して説明する。

従来、上記特許文献１に記載されているように、感温ダイオードの出力信号を周波数変調回路で周波数変調し、この変調された信号を高電圧システムからインターフェース（フォトカプラ）を介して低電圧システムの制御装置まで伝達させる構成を採用していた。そして、制御装置において素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１を超えたか否かを判断していた。

こうした構成では、高電圧システムの感温ダイオードから低電圧システムの制御装置までの信号経路にフォトカプラ等が存在することに起因して、パワーセーブ処理を行うか否かの判断に用いる素子温度の検出値に含まれる誤差成分が大きくなることがある。この場合、パワーセーブ処理を行うか否かの判断精度が低下する懸念がある。

ここで、第１のコンパレータ３８の出力信号を制御装置１４に伝達する信号に要求される精度は通常、感温ダイオードの出力信号を第１のコンパレータ３８に伝達する信号に要求される精度よりも低い。これは、第１のコンパレータ３８から制御装置１４に伝達すべき情報量が、感温ダイオードから第１のコンパレータ３８に伝達すべき情報量よりも小さいことによる。この点に鑑み、本実施形態では、素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１を超えたか否かの判断をドライブＩＣ２０で行い、その判断結果を情報量の小さい２値信号として出力する構成を採用している。こうした構成によれば、感温ダイオードから第１のコンパレータ３８までの信号経路において、第１の閾値温度Ｔｔｈ１との比較に用いる素子温度に上記誤差成分が含まれる要因（フォトカプラ４１及びローパスフィルタ５２における信号遅延等）を低減することができる。これにより、パワーセーブ処理を行うか否かの判断精度を高めることができる。

また、素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１を超えたか否かの判断結果を伝達する信号として精度の高いものが要求されないことから、フォトカプラ４１に要求される応答性が高くならない。さらに、感温ダイオードの出力信号の伝達に関して、従来技術で必要とされていた周波数変調回路が不要となる。これにより、制御システムのコストを低減することもできる。

ちなみに、感温ダイオードの出力特性の個体差や、定電流電源３６等、素子温度を検出するための回路の個体差等に起因して、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが実際の素子温度に対応した上記中央特性値からずれることがある。この場合、パワーセーブ処理の開始が遅れることでスイッチング素子の信頼性が低下するおそれがあることから、本実施形態では、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を図４のように設定している。ここで、図４の左側の縦軸は、上記出力電圧Ｖｆであり、右側の縦軸は、素子温度ＴＤである。

図４に示すように、パワーセーブ処理を行うことでスイッチング素子Ｓ＊＃が駆動可能な素子温度の上限値を規定温度Ｔα（例えば１５０℃）と定義し、また、実際の素子温度ＴＤが規定温度Ｔαとなる場合における感温ダイオードの出力電圧Ｖｆの中央特性値を規定電圧Ｖαと定義する。そして、感温ダイオードの個体差等に起因して生じる低温側誤差成分ΔＶｅｒｎを規定電圧Ｖαに加算した値に第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を設定する。ここで、低温側誤差成分ΔＶｅｒｎとは、実際の素子温度が予め定められた温度となる場合における量産された複数の感温ダイオードの出力電圧について、上記中央特性値に対する高圧側のばらつきの最大値のことである。第１の閾値電圧Ｖｔｈ１の上記設定によれば、実際の素子温度が規定温度Ｔαを超える以前にパワーセーブ処理を開始することができ、スイッチング素子の信頼性が大きく低下することを回避できる。なお、図４に、上記低温側誤差成分ΔＶｅｒｎを温度換算した値として、実際の素子温度ＴＤに対する低温側誤差成分ΔＴｅｒｎを併記した。すなわち、低温側誤差成分ΔＴｅｒｎを規定温度Ｔαから減算した値が第１の閾値温度Ｔｔｈ１となる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ドライブＩＣ２０において感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を下回ったか否かを判断すべく、ドライブＩＣ２０に第１のコンパレータ３８等を備えた。そして、第１のコンパレータ３８の出力信号をインターフェース１８を介して制御装置１４に伝達した。このため、誤差成分が感温ダイオードの出力電圧Ｖｆに含まれる要因を低減することができる。これにより、パワーセーブ処理を行うか否かの判断精度を高めることができ、ひいてはスイッチング素子の信頼性の低下を好適に回避することができる。

（２）上記低温側誤差成分ΔＶｅｒｎを規定電圧Ｖαに加算した値に第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を設定した。このため、素子温度の検出に関して感温ダイオードの出力特性の個体差等がある場合であっても、実際の素子温度が規定温度Ｔαを超える以前にパワーセーブ処理を開始することができる。これにより、スイッチング素子の信頼性の低下を回避できる。

（３）第２のコンパレータ５４の出力信号の論理が「Ｌ」に切り替わったと判断された場合、スイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を禁止するローカルシャットダウン処理を行った。このため、例えば、制御装置１４によってスイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を禁止する構成と比較して、スイッチング素子Ｓ＊＃が過熱状態となった場合にスイッチング素子Ｓ＊＃の駆動を迅速に禁止することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、パワーセーブ処理の終了条件を変更する。

図５に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図５において、先の図２と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、端子Ｔ６には、シュミットトリガ付きコンパレータ回路６０が接続されている。この回路は、抵抗体６０ａ〜６０ｃ、電源６０ｄ及びコンパレータ６０ｅを備えて構成されている。この回路の出力端子は、端子Ｔ７に接続されている。

続いて、図６を用いて、本実施形態にかかるパワーセーブ処理について説明する。詳しくは、図６（ａ），（ｂ）は、先の図３（ａ），（ｂ）に対応している。

図示される例では、時刻ｔ１において、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を下回ることでフェール信号ＦＬの論理が「Ｌ」から「Ｈ」に反転される。これにより、パワーセーブ処理が開始される。

その後、時刻ｔ２において、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を超えるものの、パワーセーブ処理が継続され、その後、上記出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも高い所定電圧Ｖβを超える（素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１よりも低い所定温度Ｔβを下回る）ことで、フェール信号ＦＬの論理が「Ｈ」から「Ｌ」に反転される。これにより、パワーセーブ処理が終了される。なお、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１と所定電圧Ｖβとの上述した関係は、抵抗体６０ａの抵抗値及び電源６０ｄの端子電圧等の調節により実現できる。

以上説明したように、パワーセーブ処理を開始するための閾値と、パワーセーブ処理を終了するための閾値とにヒステリシスを持たせることで、素子温度が十分に低下してからパワーセーブ処理を解除することができる。

また、ヒステリシスを持たせることで、例えば、感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１近傍で変動することで、第１のコンパレータ３８の出力信号の論理が「Ｈ」及び「Ｌ」のうち一方から他方に交互に切り替わるチャタリング現象を回避することもできる。これにより、パワーセーブ処理の開始及び終了が頻繁になされる事態を回避することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、フェール信号ＦＬの出力態様を変更する。

図７に、本実施形態にかかるドライブユニットＤＵの構成を示す。なお、図７において、先の図２と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、端子Ｔ６は、判断処理部６２に接続されている。判断処理部６２は、電源及び搬送波（三角波）生成回路等を備えて構成され、入力される出力電圧Ｖｆに応じた信号を端子Ｔ７に対して出力する機能を有する。以下、図８を用いて、判断処理部６２の信号出力態様について詳述する。

図８は、感温ダイオードの出力電圧及び判断処理部６２の出力信号Ｓｄ等の関係を示す図である。詳しくは、図８（ｂ）は、判断処理部６２の出力信号Ｓｄの推移を示し、図８（ａ），（ｃ）は、先の図３（ａ），（ｂ）に対応している。

図示されるように、本実施形態では、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも高い電圧として第３の閾値電圧Ｖｔｈ３が設定されている。この第３の閾値電圧Ｖｔｈ３は、感温ダイオード、又は感温ダイオードからエミッタまでの電気経路にオープン故障が生じているか否かを判断可能な値に設定され、具体的には例えば、定電圧電源３４の端子電圧よりもやや低い電圧に設定されている。

感温ダイオードの出力電圧Ｖｆが第３の閾値電圧Ｖｔｈ３を超えると判断された場合、上記オープン故障が生じていると判断し、第１の時比率Ｄ１（例えば、５０％よりも大きくてかつ１００％未満の時比率）を有するフェール信号ＦＬを生成するような時比率信号Ｓｄを出力する。

一方、上記出力電圧Ｖｆが第３の閾値電圧Ｖｔｈ３よりも低くてかつ第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも高いと判断された場合、素子温度に関して正常な状態であると判断し、第１の時比率Ｄ１とは相違する第２の時比率Ｄ２（例えば、０％よりも大きくてかつ５０％未満の時比率）を有するフェール信号ＦＬを生成するような時比率信号Ｓｄを出力する。

他方、上記出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１よりも低くてかつ第２の閾値電圧Ｖｔｈ２よりも高いと判断された場合、パワーセーブ処理が必要な状態であると判断し、論理「Ｈ」となるフェール信号ＦＬを生成すべく論理「Ｌ」の信号Ｓｄ（論理固定された信号）を出力する。一方、上記出力電圧Ｖｆが第２の閾値電圧Ｖｔｈ２よりも低いと判断された場合、スイッチング素子が過熱状態であると判断し、論理「Ｌ」となるフェール信号ＦＬを生成すべく論理「Ｈ」の信号Ｓｄ（論理固定された信号）を出力する。

ちなみに、本実施形態では、制御装置１４においてフェール信号ＦＬが「Ｌ」であると判断された場合、制御装置１４においてコンバータＣＶ及びインバータＩＶをシャットダウンする処理が行われる。

このように、本実施形態では、上記オープン故障が発生した状態、素子温度に関して正常な状態、パワーセーブ処理が必要な状態、及びスイッチング素子の過熱状態を含むスイッチング素子の温度に関する状態に応じてフェール信号ＦＬを相違させた。このため、これら複数の状態のうちいずれであるかを制御装置１４において的確に判断できる。

また、本実施形態によれば、上述した複数の状態を伝達するためのフォトカプラを共通化することもできる。

さらに、本実施形態によれば、例えば、端子Ｔ７のオープン故障等が生じる場合、正常な状態の時比率信号とは異なる論理「Ｌ」の信号が制御装置１４にフェール信号ＦＬとして入力される。このため、上記オープン故障等が生じる場合にパワーセーブ処理を行うフェールセーフを実現することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、上記外部信号Ｓｉｇに、パワーセーブ処理を禁止するか否かの信号が含まれているものとする。そして、制御装置１４において、外部信号Ｓｉｇに基づきパワーセーブ処理が禁止されている旨判断された場合、上位の制御装置の指令を優先してパワーセーブ処理の実行を禁止するパワーセーブ禁止処理を行う。

ここで、パワーセーブ処理が禁止される旨の信号は、例えば、ユーザが車両のトルクの増大を望んでいる状況において出力される。こうした状況としては、具体的には例えば、車両が急勾配の道路を走行する状況等、車両の走行速度が低速度又は０であってかつ車両のトルク指令値が所定以上であると判断される状況（ロック状態と判断される状況）が挙げられる。なお、上記禁止される旨の信号は、所定時間を超えて継続して出力されない。これは、パワーセーブ処理が必要な状況にもかかわらず、上位の制御装置の指令を優先したスイッチング素子の駆動を継続させると、スイッチング素子の過熱によってスイッチング素子の信頼性が低下するおそれがあることに鑑みた設定である。

図９に、上記パワーセーブ禁止処理の手順を示す。この処理は、制御装置１４によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において外部信号Ｓｉｇに基づきパワーセーブ処理が禁止されているか否かを判断する。

ステップＳ１０において肯定判断された場合には、ステップＳ１２に進み、パワーセーブ処理の実行を禁止する。

一方、上記ステップＳ１２において否定判断された場合には、ステップＳ１４に進み、パワーセーブ処理の実行を許可する。

なお、ステップＳ１２、Ｓ１４の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明したパワーセーブ禁止処理によれば、例えば、ユーザが車両のトルクの増大を望む場合において、上記トルクの増大が許可される。このため、ドライバビリティの低下を好適に回避することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・処理手段としては、スイッチング素子の制御を変更する処理を、トルク指令値Ｔｒ＊の低下によってスイッチング素子の駆動を制限することで行うものに限らない。例えば、上記変更する処理を、スイッチング素子の駆動を禁止することで行うものであってもよい。

また、処理手段による制限対象となるパラメータとしては、トルク指令値Ｔｒ＊に限らない。例えば、電流であってもよい。この場合、例えば、トルク指令値Ｔｒ＊に基づき指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊を設定し、実際の電流ｉｄ，ｉｑをそれら指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊にフィードバック制御する周知の電流フィードバック制御を行う構成において、指令電流ｉｄ＊，ｉｑ＊を制限するパワーセーブ処理が行われることとなる。

・第１のコンパレータ３８に接続される第１の電源４０や、第２のコンパレータ５４に接続される第２の電源５６は、ドライブＩＣ２０に対して外付けされたものであってもよい。

・素子温度の検出手段としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、感温ダイオードＳＤ＊＃の両端に定電圧を印加した場合に、感温ダイオードＳＤ＊＃を流れる電流Ｉｆに基づき、素子温度を検出する手法を採用してもよい。ここでは、素子温度が高いほど上記電流Ｉｆが大きくなる。

また、素子温度の検出手段としては、感温ダイオードＳＤ＊＃を備えるものに限らず、例えば、測温抵抗体を備えるものであってもよい。

・状態判断手段から出力される判断結果としては、素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１を超えた旨の判断結果に限らない。例えば、出力電圧Ｖｆの下降速度（素子温度の上昇速度）が所定以上になった旨の判断結果であってもよい。

・状態判断手段としては、出力電圧Ｖｆが第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を上から下に跨ぐ（素子温度が第１の閾値温度Ｔｔｈ１を下から上に跨ぐ）か否かを判断するものに限らない。例えば、出力電圧Ｖｆが所定の閾値を下から上に跨ぐ（素子温度が所定の閾値を上から下に跨ぐ）か否かを判断するものであってもよい。この場合、例えば、上記特定の状態としてスイッチング素子が低温状態である旨の情報を伝達することなどができる。

・上記特定の状態として、例えば、感温ダイオード又は感温ダイオードからエミッタまでの電気経路にオープン故障が生じている状態であるか否かのみを判断してもよいし、また例えば、スイッチング素子が過熱状態であるか否かのみを判断してもよい。

・上記第１の実施形態において、第１の閾値電圧Ｖｔｈ１を、規定電圧Ｖαに低温側誤差成分ΔＶｅｒｎを加算した値よりも高い電圧に設定してもよい。すなわち、第１の閾値温度Ｔｔｈ１を、規定温度Ｔαから低温側誤差成分ΔＴｅｒｎを減算した値未満の値に設定してもよい。

・低電圧システムへの温度情報伝達対象となるスイッチング素子としては、コンバータＣＶ及びインバータＩＶが備えるスイッチング素子Ｓ＊＃のうち最も温度が高くなると想定されるものに限らず、例えば、これ以外の１つ又は複数のスイッチング素子であってもよい。また、例えば、上記最も高くなると想定されるスイッチング素子を含む複数のスイッチング素子であってもよい。

・第１の領域及び第２の領域としては、上記第１の実施形態に例示したものに限らない。例えば、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎのうち一方から他方に素子温度情報を伝達する必要があるなら、例えば、高電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｐに対応するドライブユニットＤＵ＊ｐ及び低電位側のスイッチング素子Ｓ＊ｎに対応するドライブユニットＤＵ＊ｎのうち一方を第１の領域とし、他方を第２の領域としてもよい。

また、低電圧システムから高電圧システムへと温度情報を伝達する必要があるなら、低電圧システムを第１の領域とし、高電圧システムを第２の領域としてもよい。

・パワーセーブ処理が禁止されるか否かの判断手法としては、上記第４の実施形態に例示したものに限らない。例えば、車両の走行速度に関する情報や、アクセル操作部材の操作量に関する情報が外部信号Ｓｉｇに含まれるなら、これら信号に基づき上記禁止されるか否かを判断してもよい。

・直流電源としては、コンバータＣＶに限らない。例えば、コンバータＣＶの動作が停止される場合や、コンバータＣＶが備えられない車両においては、高電圧バッテリ１２が直流電源となる。

・インターフェース１８としては、光絶縁素子を備えるものに限らず、例えば、磁気絶縁素子（例えばパルストランス）を備えるものであってもよい。

・スイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えばＭＯＳＦＥＴであってもよい。

・本願発明が適用される車両としては、例えば、車載主機として回転機のみを備える電気自動車であってもよい。

・本願発明の適用対象としては、車載主機を駆動するための電力変換回路（インバータＩＶやコンバータＣＶ）に限らず、例えば、空調用の圧縮機を駆動するための電力変換回路であってもよい。また、本願発明の適用対象としては、車両に搭載される電力変換回路に限らず、さらに、電力変換回路に限らない。

１４…制御装置、１８…インターフェース、３８…第１のコンパレータ、４０…第１の電源、ＳＤ＊＃（＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）…感温ダイオード。

Claims (11)

1. スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段（ＳＤ＊＃；＊＝ｃ，ｕ，ｖ，ｗ：＃＝ｐ，ｎ）と、
   前記温度検出手段によって検出された温度（Ｖｆ）を入力として、前記スイッチング素子の温度に関する状態が特定の状態であるか否かの判断結果を出力する状態判断手段（３８，４０，６２）と、
   前記温度検出手段及び前記状態判断手段が備えられる第１の領域とは異なる第２の領域に備えられ、前記スイッチング素子を制御する制御手段（１４）と、
   前記状態判断手段から出力された判断結果を前記制御手段に伝達する伝達手段（１８）と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記伝達手段を介して伝達された前記判断結果に基づき、前記スイッチング素子の制御を変更する処理を行う処理手段を備えることを特徴とするスイッチング素子の駆動装置。
2. 前記状態判断手段は、前記検出された温度が閾値温度（Ｔｔｈ１）を跨いだことに基づき、前記特定の状態である旨の判断結果を出力することを特徴とする請求項１記載のスイッチング素子の駆動装置。
3. 前記状態判断手段は、前記検出された温度が前記閾値温度を超えたことに基づき、前記スイッチング素子の駆動を制限すべき状態である旨の判断結果を出力し、
   前記処理手段は、前記変更する処理を、前記状態判断手段から出力された前記制限すべき状態である旨の判断結果が前記伝達手段を介して伝達されたことに基づき前記スイッチング素子の駆動を制限することで行うことを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子の駆動装置。
4. 前記処理手段による前記駆動の制限によって前記スイッチング素子を駆動可能な該スイッチング素子の温度の上限値を規定温度（Ｔα）と定義し、
   前記閾値温度は、前記温度検出手段の個体差に起因して該温度検出手段の検出値に含まれる前記スイッチング素子の実際の温度に対する低温側誤差成分（ΔＴｅｒｎ）を前記規定温度から減算した値以下の値に設定されていることを特徴とする請求項３記載のスイッチング素子の駆動装置。
5. 前記状態判断手段は、前記検出された温度が前記閾値温度を超えたことに基づき前記制限すべき状態である旨の判断結果の出力を開始し、その後、前記検出された温度が前記閾値温度よりも低い所定温度（Ｔβ）を下回ったことに基づき前記制限すべき状態である旨の判断結果の出力を終了し、
   前記処理手段は、前記変更する処理を、前記制限すべき状態である旨の判断結果が前記伝達手段を介して伝達されている期間において前記スイッチング素子の駆動制限を継続することで行うことを特徴とする請求項３又は４記載のスイッチング素子の駆動装置。
6. 前記閾値温度を第１の閾値温度（Ｔｔｈ１）とし、
   前記第１の領域に備えられ、前記検出された温度が前記第１の閾値温度よりも高い第２の閾値温度（Ｔｔｈ２）を超えたことに基づき、前記スイッチング素子の駆動を禁止する禁止手段を更に備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
7. 前記状態判断手段（６２）は、前記禁止手段によって前記スイッチング素子の駆動が禁止された場合、前記制限すべき状態である旨の判断結果を伝達する信号とは相違する信号を出力することを特徴とする請求項６記載のスイッチング素子の駆動装置。
8. 前記状態判断手段は、前記温度検出手段に関するオープン故障が生じたか否かを判断する故障判断手段（６２）を備え、該故障判断手段によって前記オープン故障が生じたと判断された場合、前記制限すべき状態である旨の判断結果を伝達する信号とは相違する信号を出力することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
9. 前記状態判断手段は、前記検出された温度が前記閾値温度を下回ったことに基づき、前記スイッチング素子の駆動を制限すべき状態でない旨の判断結果を伝達する信号として論理が交互に反転する時比率信号を出力し、また、前記検出された温度が前記閾値温度を超えたことに基づき、前記制限すべき状態である旨の判断結果を伝達する信号として論理固定された信号を出力し、
   前記伝達手段は、前記状態判断手段から該伝達手段を介して前記制御手段に至るまでの信号経路にオープン故障が生じた場合、前記論理固定された信号が前記制御手段に入力されるように構成されてなることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
10. 前記スイッチング素子は、回転機（１０）及び直流電源（１２，ＣＶ）間の電力の授受を行う電力変換回路（ＣＶ，ＩＶ）を構成し、
    前記制御手段は、前記回転機の出力トルクの制限を禁止する旨の信号が外部から入力されたことに基づき、前記処理手段による前記変更する処理の実行を禁止する手段を備えることを特徴とする請求項３〜９のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。
11. 前記温度検出手段は、感温ダイオードを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスイッチング素子の駆動装置。

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