JP2019002360A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
先ず、通常のエンジン動作時には、電子制御ユニット30から出力される点火信号Vigのオン時間が図2(a)で点線図示のように比較的短くなっている。この点火信号Vigが入力端子tiに入力されると、点火信号Vigがオフ状態からオン状態に立ち上がる時点t1で、コンパレータ23から出力されるゲート電圧Vgがローレベルからハイレベルに変化し、これによってIGBT21がターンオン状態となる。このため、バッテリ11からイグニッションコイル13の1次コイル13aを介し、半導体装置20のコレクタ端子tcを経てIGBT21のコレクタにコレクタ電流Icが図2(b)に示すように流れ始める。このコレクタ電流Icは、バッテリ電圧とイグニッションコイル13の1次コイル13aのインダクタンスで決まる電流変化率dI/dtで増加する。
この状態では、コレクタ電流Icが電流制限値Ilimに達していないので、電流制限回路25の出力信号がローレベルとなっており、半導体スイッチ素子24はオフ状態を維持する。
このため、損失も図3(d)に示すように、電流制限を開始した時点t3で急増してから一定値となる。また、半導体素子温度Tjは、図2(e)に示すように、電流制限を開始した時点t3から変化率が大きくなって上昇する。
また、半導体素子温度Tjは、図2(e)に示すように、時点t4から緩やかに増加する。
その後、時点t5でコレクタ電流Icがイグニッションコイル13の1次コイル13aの抵抗で決まる電流値Iccに達すると、以後一定値を維持する。
また、半導体素子温度Tjは、図2(e)に示すようにコレクタ電流Icが一定値となるので、緩やかな増加傾向を維持する。
このため、コレクタ電流Icが図2(b)に示すように急激に0Aまで低下し、コレクタ電圧Vcgndが図2(c)に示すように急にバッテリ電圧まで増加する。このため、損失も0Wまで低下し、半導体素子温度Tjは図2(e)に示すように、時点t6から緩やかに減少する。
また、半導体素子温度Tjが過熱保護回路28で過熱保護を実施する過熱閾値に達することがなく、半導体素子温度が過熱状態となってIGBT21がターンオフされることを防止することができる。
また、通常のエンジン動作では、第1タイマ26がタイムアップする前に点火信号Vigがオン状態からオフ状態に立ち下がって、第1タイマ26がリセットされる。このため、第1タイマ26がタイムアップすることがないので、電流制限機能が解除されることはなく、高電流状態での遮断が繰り返されることはない。
したがって、コレクタ電圧Vcgndは、図3(c)に示すように、時点t12から例えば8V程度に維持されることになり、損失が図3(d)に示すよう時点t12から大きな値を継続する。
なお、上記第1の実施形態では、過熱保護回路28を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、過熱保護回路28を省略するようにしてもよい。
この第2の実施形態では、上述した第1の実施形態における電流制限の解除に加えて連続通電保護機能を動作させるようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図4に示すように、半導体スイッチ素子27のゲートに第1実施形態の過熱保護回路28に代えて連続通電保護回路41が接続されている。
その他の構成は第1の実施形態と同様の構成を有し、図1との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
電子制御ユニット30から図5(a)に示すようにオン時間の長い点火信号Vigが入力された場合に、時点t1〜t5までの電流制限を解除する動作は第1の実施形態と同様の動作を行う。しかしながら、第2の実施形態では、時点t5から点火信号Vigがオフ状態となる時点t6までの間の第2タイマ42で計時した継続時間が設定時間Ts2に達する時点t5′で、第2タイマ42がタイムアップする。このため、第2タイマ42から保護動作信号が連続通電保護回路44へ出力され、この連続通電保護回路44で、半導体スイッチ素子27をオン状態に制御する。
なお、上記第1及び第2の実施形態では、入力端子tiとIGBT21のゲートとの間にコンパレータ23を配置した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、コンパレータ23に代えてゲート抵抗又はゲート抵抗とダイオードとの並列回路を適用するようにしてもよい。
さらに、上記第1及び第2の実施形態では、電圧制御型半導体素子としてIGBT21を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、パワーMOSFETやBJT等を適用することができる。
11…バッテリ
12…点火装置
13…イグニッションコイル
20…半導体装置
21…絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)
22…ゲート配線
23…コンパレータ
24…半導体スイッチ素子
25…電流制限回路
26…第1タイマ
27…半導体スイッチ素子
28…過熱保護回路
29…過熱検出部
30…電子制御ユニット
41…連続通電保護回路
42…第2タイマ
Claims (7)
- 入力信号に基づく駆動電圧により誘導性負荷を駆動する電圧制御型半導体素子と、
該電圧制御型半導体素子を通る電流が電流制限値に達したときに電流制限を行う電流制限部と、
前記電流制限部による電流制限状態が、前記入力信号の継続時間が第1設定時間に達するまで継続したときに前記電流制限部による電流制限を解除する電流制限解除部と、
を備えた半導体装置。 - 前記入力信号の継続時間が前記電流制限解除部の第1設定時間より長い第2設定時間に達したときに、前記駆動電圧を遮断する連続通電保護部をさらに備えた請求項1に記載の半導体装置。
- 前記電流制限解除部は、前記入力信号が入力されたときに計時を開始し、前記第1設定時間で電流制限解除信号を出力するタイマを備えている請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記電流制限部は、前記電流制限解除部から電流制限解除信号を受けたときに電流制限を解除する請求項3に記載の半導体装置。
- 前記電圧制御型半導体素子の駆動電圧入力経路にコンパレータが接続され、該コンパレータと前記電圧制御型半導体素子の制御端子との間に前記電流制限部が接続されている請求項1から4の何れか一項に記載の半導体装置。
- 前記電圧制御型半導体素子の駆動電圧入力経路にゲート抵抗が接続され、該ゲート抵抗と前記電圧制御型半導体素子の制御端子との間の接続点に前記電流制限部が接続されている請求項1から4の何れか一項に記載の半導体装置。
- 前記誘導性負荷はイグニッションコイルである請求項1から6の何れか一項に記載の半導体装置。
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JP2017118485A JP2019002360A (ja) | 2017-06-16 | 2017-06-16 | 半導体装置 |
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