JP2004236485A

JP2004236485A - 電圧駆動素子の過電流検知回路

Info

Publication number: JP2004236485A
Application number: JP2003025498A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sato; 義則佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】過電流検知部は従来から良く知られた構成としながらも、電圧駆動素子の負荷短絡のような短絡電流による急激な大電流の過電流検知時間を短くする。
【解決手段】ＩＧＢＴ３の電流ｉｃを検出する第１の抵抗１０１に発生する電圧ＶｓをＣＲフィルタ１１０に入力し、所定の遅延をさせた出力のコンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´を過電流検知閾値電圧Ｖｔｈと比較器１０２で比較し、過電流を検知する過電流検知部１００は従来の構成とするが、大電流の短絡電流により電圧ＶｓがＮＰＮトランジスタ１４４のベース・エミッタ間電圧（約０．７Ｖ）を超えるとＮＰＮトランジスタ１４４がオンするとともに、ＰＮＰトランジスタ１３２もオンし、電源Ｖｃｃからコンデンサ１１２を急速に充電し、コンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´が急速に上がり、短時間に過電流と検知できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧駆動素子に流れる過電流を検知する電圧駆動素子の過電流検知回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献】特開２００２−１３５９６５号公報。
【０００３】
上記特許文献に示された過電流検知回路は過電流の瞬時値が閾値を越えたことを検知する比較器と、過電流の平滑値が閾値を超えたことを検知する２つの比較器を使用して負荷短絡等による短絡電流のような瞬時的に大きな過電流と、負荷変動等による過電流の２種類の過電流を検知している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例において、２つの比較器を設ける構成となっているため、２つの比較器を構成する回路規模が大きくなり、コスト高になるという問題があった
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で負荷短絡等による短絡電流のような瞬時的に大きな過電流と、負荷変動等による過電流の両方を検知できる電圧駆動素子の過電流検知回路を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電圧駆動素子に所定の電流値以上の電流が流れたことを、所定の電流値以上の電流が流れた時点から所定の遅延時間後に検知する１つの過電流検知手段と、電圧駆動素子に流れる電流の電流値に基づいて、過電流検知手段の遅延時間を調整する調整手段とを備えた。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、過電流検知手段は電圧駆動素子に流れる電流の電流値に基づいて過電流検知手段の遅延時間を調整することにより、負荷短絡等による短絡電流のように、瞬時的に大電流となる過電流の短時間での検知と負荷変動等による過電流の両方の検知が出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は本発明の実施の形態を示す電圧駆動素子の過電流検知回路であり、電圧駆動素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。
【０００９】
図１に沿って回路構成を説明する。入力信号ＩＮに基づいて駆動回路１５０がＩＧＢＴ３をオン／オフすることにより、ＩＧＢＴ３が電源ＶｂとＩＧＢＴ３のコレクタ間に接続されているコイル１を駆動する。ＩＧＢＴ３のエミッタとアースとの間にはＩＧＢＴ３に流れる電流ｉｃを検出するために第１の抵抗１０１が接続され、ＩＧＢＴ３に流れる電流ｉｃを電圧Ｖｓに変換する。
【００１０】
電圧Ｖｓは第２の抵抗１１１とコンデンサ１１２で構成されるＣＲフィルタ１１０に入力され、ＣＲフィルタ１１０によってノイズ除去および所定の遅延を受けたＣＲフィルタ１１０の出力であるコンデンサの端子間電圧Ｖｓ´は比較器１０２に入力され、過電流検知閾値電圧（所定の基準電圧）Ｖｔｈと比較され、電流ｉｃが所定の電流値以上の場合はＣＲフィルタ１１０により所定の遅延を受けたコンデンサの端子間電圧Ｖｓ´が過電流検知閾値電圧Ｖｔｈを超えるため、電流ｉｃは過電流と検知される。このＣＲフィルタ１１０の第２の抵抗１１１とコンデンサ１１２の値と比較器１０２の過電流検知閾値電圧Ｖｔｈを設定することにより、ＩＧＢＴ３に所定の電流以上の過電流が流れた時点から、所定の遅延時間後に過電流と検知することが出来る。
【００１１】
これら第１の抵抗１０１、ＣＲフィルタ１１０および比較器１０２が過電流検知部１００を構成している。この過電流検知部１００は従来より用いられている過電流検知回路と同じ構成をしている。
【００１２】
更に電圧Ｖｓは第２のスイッチであるＮＰＮトランジスタ１４４のベース保護用抵抗１４１を介してＮＰＮトランジスタ１４４のベースに接続され、ＮＰＮトランジスタ１４４のエミッタはアースに接続され、ＮＰＮトランジスタ１４４のコレクタは第１のスイッチであるＰＮＰトランジスタ１３２のベース保護および電流調整用抵抗１４２と第３の抵抗１４３を介して電源Ｖｃｃ（第２の電源）に接続されている。なお、このＮＰＮトランジスタ１４４のコレクタに抵抗１４２と第３の抵抗１４３を介して接続される第２の電源は図１では電源Ｖｃｃとしているが、ＮＰＮトランジスタ１４４がオフのときにＰＮＰトランジスタ１３２のエミッタ電圧がベース電圧以下となるような電源電圧であれば電源Ｖｃｃと別の電源であっても良い。この抵抗１４１、抵抗１４２、第３の抵抗１４３およびＮＰＮトランジスタ１４４でスイッチング制御部１４０を構成している。
【００１３】
スイッチング制御部１４０の出力はＰＮＰトランジスタ１３２のベースに接続され、ＰＮＰトランジスタ１３２のエミッタは電流ｉａの調整抵抗１３１を介して電源Ｖｃｃ（第１の電源）に接続され、コレクタは第２の抵抗１１１とコンデンサ１１２および比較器１０２の入力の接続部に接続されている。この抵抗１３１およびＰＮＰトランジスタ１３２で第１のスイッチング部１３０が構成されている。この第１のスイッチング部１３０とスイッチング制御部１４０で過電流検知部１００が過電流を検知するまでの遅延時間を調整する遅延時間調整部１２０を構成している。
【００１４】
この図１の回路図では過電流検知手段は過電流検知部１００であり、遅延時間を調整する調整手段は遅延時間調整部１２０であり、第１のスイッチング手段はＰＮＰトランジスタ１３２等であり、スイッチング制御手段はスッチング制御部１４０であり、第２のスイッチング手段はＮＰＮトランジスタ１４４等である。
【００１５】
次に各部の動作について説明する。電圧ＶｓはＣＲフィルタ１１０に入力され、ＣＲフィルタ１１０の出力であるコンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´と所定の過電流検知閾値電圧Ｖｔｈを比較し、コンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´が過電流検知閾値電圧Ｖｔｈを超えたときに、比較器１０２は過電流検知信号ＦＡＩＬをハイレベルとし、駆動回路１５０に過電流の発生を通知する。なお、過電流が発生し比較器１０２が過電流検知信号ＦＡＩＬをハイレベルとした後、比較器１０２がノイズ等で誤動作しないように、ある程度電流ｉｃが低下するまで過電流検知信号ＦＡＩＬをハイレベルのまま保持するように比較器１０２にはヒステレシス特性を持たせている。過電流検知信号ＦＡＩＬの立ち上がりを検出した駆動回路１５０はＩＧＢＴ３をオフする。
【００１６】
ここで、電圧ＶｓはＩＧＢＴ３のオン時間超過等に伴う電流の増加による過電流程度ではＮＰＮトランジスタ１４４のベース・エミッタ間電圧（約０．７Ｖ）よりも低い値になるように第１の抵抗１０１を選択している。
【００１７】
また、電圧Ｖｓは抵抗１４１を介してＮＰＮトランジスタ１４４のベースに印加されるため、ＩＧＢＴ３の負荷が短絡し、短絡電流が流れた場合、電圧Ｖｓは急速にＮＰＮトランジスタ１４４のベース・エミッタ間電圧（約０．７Ｖ）より高い値になり、ＮＰＮトランジスタ１４４をオンし、このＮＰＮトランジスタ１４４のオンにより、ＰＮＰトランジスタ１３２もオンするためコンデンサ１１２は電源Ｖｃｃにより急速に充電されることによりコンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´は急速に比較器１０２の過電流検知閾値電圧Ｖｔｈより高くなり、短絡電流が発生してから短時間に過電流検知信号ＦＡＩＬをハイレベルとするため、ＩＧＢＴ３も短絡電流が発生してから短時間でオフとなる。
【００１８】
次に図２のタイムチャートを用いて、負荷短絡等により短絡電流が発生した場合の各部の動作を詳細に説明する。
【００１９】
時間ｔ１で入力信号ＩＮをハイレベルにすることで、駆動回路１５０がＩＧＢＴ３のゲートに電圧Ｖｇｅを印加し、ＩＧＢＴ３をオンさせる。負荷短絡が発生しているため、ＩＧＢＴ３に流れる電流ｉｃは急激に増加し始め、第１の抵抗１０１に発生する電圧Ｖｓも図２に示すように急激に上昇する。しかしコンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´は第２の抵抗１１１とコンデンサ１１２によって決まる曲線２０１（実線および破線で示す）で上昇を始める。時間ｔ２において、電圧ＶｓがＮＰＮトランジスタ１４４のベース・エミッタ間電圧（約０．７Ｖ）を超えると、抵抗１４１を介してＮＰＮトランジスタ１４４にベース電流が流れ、ＮＰＮトランジスタ１４４がオンし、ＮＰＮトランジスタ１４４がオンに伴ってＰＮＰトランジスタ１３２もオンする。このため電源Ｖｃｃからコンデンサ１１２を充電する電流ｉａが発生し、コンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´の上昇速度が急激に大きくなり、曲線２０２（実線および破線で示す）に変化する。時間ｔ３において、コンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´が過電流検知閾値電圧Ｖｔｈを超えると比較器１０２の過電流検知信号ＦＡＩＬがハイレベルとなり、駆動回路１５０はＩＧＢＴ３のゲートへの印加電圧Ｖｇｅを０Ｖとし、ＩＧＢＴ３をオフする。このように短絡電流の場合には急速なコンデンサ１１２への充電動作により、ＩＧＢＴ３をオフするまでの時間を短くでき、負荷短絡に伴う短絡電流によりＩＧＢＴが破壊するのを防止できる。このように短絡電流のような急激な大電流の場合にも、急激な電流の変化に対応するための専用の比較器を用いなくても、トランジスタ２個を使用した安価で簡単な構成で短時間に過電流検知ができる。もし急速なコンデンサ１１２への充電動作を行わず、過電流検知部１００のみで過電流を検知した場合には時間ｔ４で過電流を検知することになる。
【００２０】
一方、ＩＧＢＴ３のオン時間超過に伴う電流増加などの過電流に対しては、電圧ＶｓがＮＰＮトランジスタ１４４のベース・エミッタ間電圧（約０．７Ｖ）より低くなるように第１の抵抗１０１を設定しているため、ＮＰＮトランジスタ１４４はオンせず、コンデンサ１１２の端子間電圧Ｖｓ´は従来から知られているＣＲフィルタ１１０の特性に沿った曲線２０３（破線で示す）に沿って上昇し、過電流発生から所定の遅延時間後の時間ｔ５で過電流検知信号ＦＡＩＬがハイレベルとなり、ＩＧＢＴ３をオフする。
【００２１】
図３は過電流値と過電流検知時間の関係および電圧駆動素子の破壊耐量との関係を示した図であり、曲線３０３（実線）および曲線３０４（破線）は従来の過電流検知回路に使用されていたと同じ構成の過電流検知部１００におけるＣＲフィルタ１１０の遅延による過電流値と過電流検知時間の関係を示している。曲線３０５（実線）は本発明の過電流検知回路において短絡電流のように極めて大きな電流が流れた場合の過電流値と過電流検知時間の関係を示しおり、本発明による過電流検知回路の過電流値と過電流検知時間の関係は曲線３０３と曲線３０５である。
【００２２】
図２で説明したように短絡電流（ＳＣ）のように電流値が大きい場合は時間ｔ３で過電流検知を行い、ＩＧＢＴのオン時間超過等に伴う過電流（ＯＣ）では時間ｔ５で過電流検知を行っていることを示している。時間ｔ４は従来の構成と同じ過電流検知部１００のみで過電流検知を行った場合の時間を示している。
【００２３】
ここで電圧駆動素子の破壊耐量を示す耐量曲線が３０１に示すような過電流と過電流発生時間の耐量を備える素子であれば、いずれの過電流検知時間においても過電流による素子の破壊を防止することができるが、このような破壊耐量を持つ素子は高価で、形状が大きくなる。一方、曲線３０２に示すような破壊耐量を持つ電圧駆動素子では時間ｔ４で過電流検知したのでは、電圧駆動素子の破壊を防止することはできない。本発明のように２個のトランジスタで構成できる安価で簡単な構成で、曲線３０５の特性を持たせることで時間ｔ３で過電流検知できることにより、電圧駆動素子の破壊は防止できる。
【００２４】
以上本実施の形態によれば、負荷短絡による短絡電流のような大きな過電流に対しては第１のスイッチ部１３０よりコンデンサ１１２に急速に充電することにより、過電流検知時間を短くできる一方、ＩＧＢＴのオン時間超過等に伴う過電流のような場合には過電流検知部１１０で従来から使用されているＣＲフィルタの遅延特性を利用した過電流検知ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す回路図。
【図２】本発明の実施の形態の動作を示すタイムチャート。
【図３】本発明の実施の形態の過電流値と過電流検知時間の関係および電圧制御素子の破壊耐量を示す図。
【符号の説明】
３ＩＧＢＴ
１００過電流検知部
１０１第１の抵抗
１０２比較器
１１０ＣＲフィルタ
１１１第２の抵抗
１１２コンデンサ
１２０遅延時間調整部
１３０第１のスッチング部
１３２ＰＮＰトランジスタ
１４０スッチング制御部
１４３第３の抵抗
１４４ＮＰＮトランジスタ

Claims

電圧駆動素子に所定の電流値以上の電流が流れたことを検知する電圧駆動素子の過電流検知回路において、
前記電圧駆動素子に前記所定の電流値以上の電流が流れたことを、前記所定の電流値以上の電流が流れた時点から所定の遅延時間後に検知する１つの過電流検知手段と、
前記電圧駆動素子に流れる電流の電流値に基づいて、前記過電流検知手段の遅延時間を調整する調整手段と
、を備えたことを特徴とする電圧駆動素子の過電流検知回路。
前記過電流検知手段は前記電圧駆動素子に流れる電流を電圧に変換する第１の抵抗と、該第１の抵抗によって変換された電圧を、ＣＲフィルタを介して入力し、所定の基準電圧と比較する比較器とから成り、前記調整手段は前記ＣＲフィルタに具備されたコンデンサに充電する電荷を調整することによって、前記過電流検知手段の遅延時間を調整することを特徴とする請求項１記載の電圧駆動素子の過電流検知回路。
前記調整手段は、少なくとも第１の電源と、一方が該第１の電源に接続されるとともに他方が前記コンデンサに接続された第１のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段のスイッチングを制御するスイッチング制御手段とからなることを特徴とする請求項２記載の電圧駆動素子の過電流検知回路。
前記第１のスイッチング手段はトランジスタであって、前記スイッチング制御手段は、少なくとも第２の電源と、第２のスイッチング手段からなり、前記第１のスイッチング手段としてのトランジスタのベース端子へ印加する電圧を制御することを特徴とする請求項３記載の電圧駆動素子の過電流検知回路。
電圧駆動素子に所定の電流値以上の電流が流れたことを検知する電圧駆動素子の過電流検知回路において、前記電圧駆動素子の接地側端子とアース間に接続された第１の抵抗と、前記第１の抵抗の前記電圧駆動素子側に第２の抵抗の一方が接続され、前記第２の抵抗の他方がコンデンサの一方および比較器の入力に接続され、前記コンデンサの他方はアースに接続され、また、前記第１の抵抗の前記電圧駆動素子側がＮＰＮトランジスタのベースに接続され、前記ＮＰＮトランジスタのエミッタはアースに接続され、前記ＮＰＮトランジスタのコレクタは第３の抵抗の一方に接続され、前記第３の抵抗の他方は第２の電源に接続され、前記第３の抵抗の前記ＮＰＮトランジスタ側はＰＮＰトランジスタのベースに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタは第１の電源に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタは前記比較器の入力、前記コンデンサおよび前記第１の抵抗の接続部に接続されることを特徴とする電圧駆動素子の過電流検知回路。