JPWO2022208136A5

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Publication number: JPWO2022208136A5
Application number: JP2023560447A
Authority: JP
Publication date: 2024-04-09

Claims

ゲート制御パワースイッチ（４）におけるショートの検出に用いられるショート検出装置（１）であって、
前記ゲート制御パワースイッチ（４）の浮遊インダクタンス（Ｌ_Ｓ）における電圧降下（ΔＶ_ＬＳ）に応じて測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）を生成するように構成された測定回路（２）と、
前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）が基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）を超えかつ前記ゲート制御パワースイッチ（４）がオン状態であるときにショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）を生成するように構成されたショート検出信号生成回路（３）と、
を備える、ショート検出装置。 A short circuit detection device (1) for detecting a short circuit in a gate-controlled power switch (4), comprising:
a measurement circuit (2) configured to generate a measurement signal (V _LS,m ) in response to a voltage drop (ΔV _LS ) across a stray inductance (L _S ) of the gate-controlled power switch (4);
a short detection signal generating circuit (3) configured to generate a short detection signal (V _SC ) when the measurement signal (V _LS,m ) exceeds a reference voltage (V _ref ) and the gate-controlled power switch (4) is in an on-state;
A short circuit detection device comprising:

前記測定回路（２）はケルビン・ソース・ピン（Ｓ’）を備えたパッケージに集積化された前記ゲート制御パワースイッチ（４）に接続され、前記ケルビン・ソース・ピン（Ｓ’）は前記ゲート制御パワースイッチ（４）の前記浮遊インダクタンス（Ｌ_Ｓ）における前記電圧降下を前記ショート検出装置（１）の前記測定回路（２）で取得するために用いられる、請求項１に記載のショート検出装置。 2. The short circuit detection device according to claim 1, wherein the measurement circuit (2) is connected to the gate-controlled power switch (4) integrated in a package having a Kelvin source pin (S'), and the Kelvin source pin (S') is used to obtain the voltage drop across the stray inductance (L _S ) of the gate-controlled power switch (4) by the measurement circuit (2) of the short circuit detection device (1).

前記測定回路（２）は前記ゲート制御パワースイッチ（４）のケルビン・ソース・ピン（Ｓ’）とソース・ピン（Ｓ）とに接続される、請求項１に記載のショート検出装置。 The short circuit detection device of claim 1, wherein the measurement circuit (2) is connected to the Kelvin source pin (S') and the source pin (S) of the gate-controlled power switch (4).

前記ゲート制御パワースイッチ（４）はＭＯＳＦＥＴ、そのなかでも特にＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ－ＭＯＳＦＥＴまたはＨＥＭＴからなる、請求項１から請求項３のいずれかに記載のショート検出装置。 The short circuit detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gate-controlled power switch (4) is a MOSFET, particularly a SiC-MOSFET, a GaN-MOSFET, or a HEMT.

前記ショート検出信号生成回路（３）は前記測定回路（２）が生成する前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）を前記基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較して比較出力信号（Ｖ_ＬＳ，Ｃ）を生成するように構成された比較回路（３Ａ）を備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載のショート検出装置。 The short circuit detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the short circuit detection signal generating circuit (3) comprises a comparison circuit (3A) configured to compare the measurement signal (V _LS,m ) generated by the measurement circuit (2) with the reference voltage (V _ref ) to generate a comparison output signal (V _LS,C ).

前記ショート検出信号生成回路（３）はショート検出有効化回路（３Ｂ）を備え、前記ショート検出有効化回路（３Ｂ）は
ゲートドライバ回路（５）から出力され前記ゲート制御パワースイッチ（４）のゲート端子（Ｇ）に供給されるゲート制御信号（Ｖ_Ｇ）の出力電圧を測定して実測ゲート電圧（Ｖ_Ｇ，ｍ）を生成するように構成された分圧回路（３１）と、
前記実測ゲート電圧（Ｖ_Ｇ，ｍ）を遅延時間（ｔ_ｄｅｌ-）だけ遅延させてショート検出有効化信号（Ｖ_{ＳＣ，ｅｎ}）を生成するように構成された信号遅延回路（３２）と、
論理ゲート（３３）と、
を備え、
前記信号遅延回路（３２）が出力する前記ショート検出有効化信号（Ｖ_{ＳＣ，ｅｎ}）によって前記論理ゲート（３３）が有効化されていれば、前記比較回路（３Ａ）が出力する前記比較出力信号（Ｖ_ＬＳ，Ｃ）が前記論理ゲート（３３）を介して前記ショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）として前記ゲートドライバ回路（５）の入力端子（ＳＣ）に供給される、請求項１から請求項５のいずれかに記載のショート検出装置。 The short detection signal generating circuit (3) includes a short detection enabling circuit (3B), which includes a voltage dividing circuit (31) configured to measure an output voltage of a gate control signal (VG) output from a gate driver circuit (5) and supplied to a gate terminal ( _G ) of the gate controlled power switch (4) to generate an actual gate voltage ( _VG,m );
a signal delay circuit (32) configured to delay the measured gate voltage ( _VG,m ) by a delay time ( _tdel- ) to generate a short detection enable signal (VSC _,en );
A logic gate (33);
Equipped with
A short detection device as described in any one of claims 1 to 5, wherein if the logic gate (33) is enabled by the short detection enable signal (V _SC,en ) output by the signal delay circuit (32), the comparison output signal (V _LS,C ) output by the comparison circuit (3A) is supplied to the input terminal (SC) of the gate driver circuit (5) as the short detection signal (V _SC ) via the logic gate (33).

生成された前記ショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）が前記ゲートドライバ回路（５）の前記入力端子（ＳＣ）に供給されることによって前記ゲートドライバ回路（５）は前記ゲート制御パワースイッチ（４）の自動ターン・オフをオフ期間内に実行する、請求項６に記載のショート検出装置。 7. The short circuit detection device according to claim 6, wherein the generated short circuit detection signal (V _SC ) is supplied to the input terminal (SC) of the gate driver circuit (5), causing the gate driver circuit (5) to automatically turn off the gate controlled power switch (4) during an off period.

前記ゲートドライバ回路（５）から出力されゲート抵抗を介して前記ゲート制御パワースイッチ（４）の前記ゲート端子（Ｇ）に供給されるゲート制御信号（Ｖ_Ｇ）の出力電圧は、前記ショート検出信号生成回路（３）の一部を成す前記ショート検出有効化回路（３Ｂ）の分圧回路（３１）によって測定されて前記ゲートドライバ回路（５）の実測ゲート電圧（Ｖ_Ｇ，ｍ）が生成される、請求項７に記載のショート検出装置。 8. The short circuit detection device according to claim 7, wherein an output voltage of a gate control signal (VG) output from the gate driver circuit (5) and supplied to the gate terminal ( _G ) of the gate controlled power switch (4) via a gate resistor is measured by a voltage divider circuit (31) of the short circuit detection enabling circuit (3B) forming part of the short circuit detection signal generating circuit (3) to generate an actual gate voltage ( _VG,m ) of the gate driver circuit (5).

前記ゲートドライバ回路（５）が前記ゲート制御パワースイッチ（４）の前記ゲート端子（Ｇ）に入力する前記ゲート制御信号（Ｖ_Ｇ）はマイクロコントローラーが出力する変調信号である、請求項６から請求項８のいずれかに記載のショート検出装置。 9. The short circuit detection device according to claim 6, wherein the gate control signal (VG) input by the gate driver circuit (5) to the gate terminal ( _G ) of the gate controlled power switch (4) is a modulated signal output by a microcontroller.

前記基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）は前記測定回路（２）が生成する前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）の定常状態電圧から導出された内部基準電圧である、請求項１から請求項９のいずれかに記載のショート検出装置。 A short circuit detection device according to any of the preceding claims, wherein the reference voltage (V _ref ) is an internal reference voltage derived from the steady-state voltage of the measurement signal (V _LS,m ) generated by the measurement circuit (2).

ゲート制御パワースイッチ（４）におけるショート（ＳＣ）の検出のための高速ショート検出方法であって、
（ａ）前記ゲート制御パワースイッチ（４）の浮遊インダクタンス（Ｌ_Ｓ）における電圧降下（ΔＶ_ＬＳ）に応じて測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）を生成する工程（Ｓ１）と、
（ｂ）生成された前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）が基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）を超えかつ前記ゲート制御パワースイッチ（４）がオン状態であるときにショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）を生成する工程（Ｓ２）と、
を備える、高速ショート検出方法。 A fast short detection method for detection of a short circuit (SC) in a gate-controlled power switch (4), comprising the steps of:
(a) generating (S1) a measurement signal (V _LS,m ) in response to a voltage drop (ΔV _LS ) across a stray inductance (L _S ) of the gate-controlled power switch (4);
(b) generating a short detection signal (V _SC ) when the generated measurement signal (V _LS,m ) exceeds a reference voltage (V _ref ) and the gate-controlled power switch (4) is in an on-state (S2);
A high-speed short detection method comprising:

前記浮遊インダクタンス（Ｌ_Ｓ）は前記ゲート制御パワースイッチ（４）のソース端子（Ｓ）とケルビン・ソース端子との間の浮遊インダクタンスである、請求項１１に記載の高速ショート検出方法。 The fast short circuit detection method according to claim 11, wherein said stray inductance (L _S ) is the stray inductance between the source terminal (S) of said gated power switch (4) and a Kelvin source terminal.

測定回路（２）が生成する前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）を比較回路（３Ａ）によって前記基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）と比較することにより比較出力信号（Ｖ_ＬＳ，Ｃ）を生成する、請求項１１または１２に記載の高速ショート検出方法。 The method for detecting a high-speed short circuit according to claim 11 or 12, further comprising the steps of: comparing the measurement signal (V _LS,m ) generated by the measurement circuit (2) with the reference voltage (V _ref ) by a comparison circuit (3A) to generate a comparison output signal (V _LS,C ).

生成された前記ショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）をゲートドライバ回路（５）の入力端子（ＳＣ）に供給することにより、前記ゲートドライバ回路（５）による前記ゲート制御パワースイッチ（４）の自動ターン・オフをオフ期間内に実行する、請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の高速ショート検出方法。 The high-speed short detection method according to any one of claims 11 to 13, further comprising the step of supplying the generated short detection signal (V _SC ) to an input terminal (SC) of a gate driver circuit (5) to perform automatic turn-off of the gate-controlled power switch ( 4 ) by the gate driver circuit (5) during an off period.

前記ゲートドライバ回路（５）から出力されゲート抵抗を介して前記ゲート制御パワースイッチ（４）のゲート端子（Ｇ）に入力されるゲート制御信号（Ｖ_Ｇ）の出力電圧を分圧回路（３１）で測定することによって前記ゲートドライバ回路（５）の実測ゲート電圧Ｖ_Ｇ，ｍを生成する、請求項１４に記載の高速ショート検出方法。 15. The method for detecting a high-speed short circuit according to claim 14, further comprising the step of measuring an output voltage of a gate control signal (VG) output from the gate driver circuit (5) and input to a gate terminal ( _G ) of the gate-controlled power switch (4) via a gate resistor using a voltage divider circuit (31) to generate an actual gate voltage _VG,m of the gate driver circuit (5).

前記ゲートドライバ回路（５）の前記実測ゲート電圧Ｖ_Ｇ，ｍを信号遅延回路（３２）で遅延時間（ｔ_ｄｅｌ-）だけ遅延させることによりショート検出有効化信号（Ｖ_{ＳＣ，ｅｎ}）を生成する、請求項１５に記載の高速ショート検出方法。 16. The method for high-speed short circuit detection according to claim 15, further comprising the step of delaying the measured gate voltage V _G,m of the gate driver circuit (5) by a delay time (t _del− ) in a signal delay circuit (32) to generate a short circuit detection enable signal (V _SC,en ).

前記信号遅延回路（３２）が出力する前記ショート検出有効化信号（Ｖ_{ＳＣ，ｅｎ}）によって論理ゲート（３３）が有効化されていれば、前記比較出力信号（Ｖ_ＬＳ，Ｃ）を前記論理ゲート（３３）を介して前記ショート検出信号（Ｖ_ＳＣ）として前記ゲートドライバ回路（５）の前記入力端子（ＳＣ）に供給する、請求項１６に記載の高速ショート検出方法。 The high-speed short detection method according to claim 16, wherein if a logic gate (33) is enabled by the short detection enable signal (V _SC,en ) output by the signal delay circuit (32), the comparison output signal (V _LS,C ) is supplied to the input terminal (SC) of the gate driver circuit (5) as the short detection signal (V _SC ) via the logic gate (33).

前記ゲートドライバ回路（５）が前記ゲート制御パワースイッチ（４）の前記ゲート端子（Ｇ）に入力する前記ゲート制御信号（Ｖ_Ｇ）はマイクロコントローラーが出力する変調信号である、請求項１１から請求項１７のいずれかに記載の高速ショート検出方法。 The method for fast short detection according to any one of claims 11 to 17, wherein the gate control signal (VG) inputted by the gate driver circuit (5) to the gate terminal ( _G ) of the gate-controlled power switch (4) is a modulated signal outputted by a microcontroller.

前記基準電圧（Ｖ_ｒｅｆ）は前記測定信号（Ｖ_ＬＳ，ｍ）の定常状態電圧から導出された内部基準電圧である、請求項１１から請求項１８のいずれかに記載の高速ショート検出方法。 Method for fast short detection according to any of claims 11 to 18, wherein said reference voltage (V _ref ) is an internal reference voltage derived from the steady-state voltage of said measurement signal (V _LS,m ).