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JP7563036B2 - スイッチング装置および判定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、スイッチング装置および判定装置に関する。
特許文献1には、「駆動回路3で測定した端子間電圧V´ceaを比較回路11に入力し、予め設定した基準値と比較をして測定値の方が大きい場合にはIGBT2aの動作を停止させる信号を出力する。IGBT2b~2dについても同様にしてアーム短絡の検出をする。負荷短絡はインバータ回路4の出力側に直列に設けたセンサ10により直接電流を検出する。通常時のインバータ回路4の出力電流Iinvは図4に示すように正弦波の交流電流となっているが、負荷短絡時の出力電流I´invは通常時より大電流が流れる。そして、この検出した出力電流を比較回路12へ入力し予め設定した基準値と比較し、検出した値の方が大きい場合にはIGBT2の動作を停止させる信号を出力する」と記載されている(段落0015-0016)。
特許文献2には、「実施の形態2に係る過電流検出回路及び電力変換装置では、di/dtが第1の閾値を超えたときにスイッチング素子に第1の短絡であるアーム短絡が生じていると判定し、di/dtが第1の閾値よりも小さな第2の閾値を超えたときにスイッチング素子に第2の短絡である負荷短絡が生じていると判定する」と記載されている(段落0038)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開平6-96894号公報
[特許文献2] 国際公開2018/0193527号公報
特許文献1においては、駆動回路3でアーム短絡を検出し、センサ10で負荷短絡を検出するのでこれらの短絡を区別するのに2種類の検出手段が必要となる。特許文献2においては、di/dtの大きさによってアーム短絡および負荷短絡を判別するが、di/dtの大きさは負荷の状態等にも依存するので、常に正しい判別結果を得ることは難しい。
本発明の第1の態様においては、スイッチング装置を提供する。スイッチング装置は、それぞれが第1主端子および第2主端子を有し、それぞれの第1主端子が第1基準電位に接続される第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を備えてよい。スイッチング装置は、第1主端子および第2主端子を有し、第2主端子が第2基準電位に接続される対向スイッチング素子を備えてよい。スイッチング装置は、第1スイッチング素子の第2主端子、第2スイッチング素子の第2主端子、対向スイッチング素子の第1主端子、および出力端子を接続する、第1スイッチング素子の第2主端子および出力端子の間の配線抵抗が第2スイッチング素子の第2主端子および出力端子の間の配線抵抗よりも小さく、第1スイッチング素子の第2主端子および対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗が第2スイッチング素子の第2主端子および対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗よりも大きい出力配線部を備えてよい。スイッチング装置は、第1スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第1検出値を検出する第1検出部を備えてよい。スイッチング装置は、第2スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第2検出値を検出する第2検出部を備えてよい。
スイッチング装置は、第1検出値および第2検出値を用いて、出力端子および対向スイッチング素子のいずれに過電流が流れているかを判定する判定部を更に備えてよい。
判定部は、第1スイッチング素子に流れる電流が第2スイッチング素子に流れる電流よりも大きく、かつ、第1スイッチング素子に過電流が流れていることに応じて、出力端子に過電流が流れていると判定してよい。判定部は、第2スイッチング素子に流れる電流が第1スイッチング素子に流れる電流よりも大きく、かつ、第2スイッチング素子に過電流が流れていることに応じて、対向スイッチング素子に過電流が流れていると判定してよい。
第1検出部は、第1スイッチング素子に流れる電流に応じた第1検出値を検出する電流センサ、または第1スイッチング素子の温度に応じた第1検出値を検出する温度センサを含んでよい。第2検出部は、第2スイッチング素子に流れる電流に応じた第2検出値を検出する電流センサ、または第2スイッチング素子の温度に応じた第2検出値を検出する温度センサを含んでよい。
出力配線部は、第1端および第2端を有し、第1スイッチング素子の第2主端子が第2スイッチング素子の第2主端子よりも第1端により近い箇所に接続される第1配線を有してよい。出力端子は、第1配線の第1端側に接続され、対向スイッチング素子の第1主端子は第1配線の第2端側に接続されてよい。
出力配線部は、第1端および第2端を有し、第1の対向スイッチング素子の第1主端子が第2の対向スイッチング素子の第1主端子よりも第1端により近い箇所に接続される第2配線を有してよい。出力配線部は、第1配線の第2端側と第2配線の第2端側との間を接続する第3配線を更に有してよい。
第1配線および第2配線は、第1配線の第1端および第2配線の第1端と第1配線の第2端および第2配線の第2端とがそれぞれ対向して平行に延伸してよい。
本発明の第2の態様においては、判定装置を提供する。判定装置は、スイッチング装置に接続されてよい。スイッチング装置は、それぞれが第1主端子および第2主端子を有し、それぞれの第1主端子が第1基準電位に接続される第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を備えてよい。スイッチング装置は、第1主端子および第2主端子を有し、第2主端子が第2基準電位に接続される対向スイッチング素子を備えてよい。スイッチング装置は、第1スイッチング素子の第2主端子、第2スイッチング素子の第2主端子、対向スイッチング素子の第1主端子、および出力端子を接続する、第1スイッチング素子の第2主端子および出力端子の間の配線抵抗が第2スイッチング素子の第2主端子および出力端子の間の配線抵抗よりも小さく、第1スイッチング素子の第2主端子および対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗が第2スイッチング素子の第2主端子および対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗よりも大きい出力配線部を備えてよい。スイッチング装置は、第1スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第1検出値を検出する第1検出部を備えてよい。スイッチング装置は、第2スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第2検出値を検出する第2検出部を備えてよい。判定装置は、第1検出値および第2検出値を用いて、出力端子および対向スイッチング素子のいずれに過電流が流れているかを判定する判定部を備えてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態に係るスイッチング装置の構成を負荷とともに示す。 本実施形態に係るスイッチング回路の回路配置の一例を示す。 本実施形態に係る判定部の構成の一例を示す。 本実施形態の変形例に係るスイッチング装置の構成を負荷とともに示す。 本実施形態の変形例に係るスイッチング回路の回路配置の一例を示す。 本実施形態の第2の変形例に係るスイッチング装置の構成を負荷とともに示す。 本実施形態の第2の変形例に係るスイッチング回路の回路配置の一例を示す。 本実施形態の第3の変形例に係るスイッチング回路の回路配置の一例を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、本実施形態に係るスイッチング装置100の構成を負荷105とともに示す。本実施形態に係るスイッチング装置100は、検出対象とする上アーム側の2つのスイッチに流れる電流を検出した結果に応じて、下アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出可能としたものである。
ここで、負荷105は、スイッチング装置100から供給される電力を消費する回路または装置である。負荷105は、スイッチング装置100が出力する電圧を使用する電気機器、モータ、電力変換器等の装置であってよい。
スイッチング装置100は、スイッチング回路110と、制御装置120とを備える。スイッチング回路110は、第1スイッチ132と、第2スイッチ134と、第1の対向スイッチ136と、第2の対向スイッチ138と、第1電流検出抵抗182と、第2電流検出抵抗184と、第3電流検出抵抗186と、第4電流検出抵抗188と、出力配線部150とを有する。スイッチング回路110は、パワー半導体モジュールとして実装されてもよい。
第1スイッチ132および第2スイッチ134は、スイッチング回路110における上アーム側のスイッチである。第1スイッチ132および第2スイッチ134は、それぞれ主端子間が基準電位Pおよび出力端子OUTの間に並列に接続される。本実施形態において、基準電位Pは第1基準電位の一例である。
第1スイッチ132は、第1スイッチング素子142と、第1サーマルダイオード192とを含む。第1スイッチング素子142は、正側主端子、負側主端子、および制御端子を含む。本実施形態において、正側主端子は第1主端子の一例であり、負側主端子は第2主端子の一例である。第1スイッチング素子142の正側主端子は、スイッチング回路110の正側の基準電位となる基準電位Pに接続される。第1スイッチング素子142の負側主端子は、出力配線部150を介して出力端子OUTに接続される。第1スイッチング素子142の制御端子は、制御装置120に接続される。また、本実施形態に係る第1スイッチング素子142は、主端子間を流れる電流を検出するためのセンス端子を含む。
本実施形態において、第1スイッチング素子142は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)である。第1スイッチング素子142の正側主端子はドレインであり、負側主端子はソースであり、制御端子はゲートである。他の実施形態において第1スイッチング素子142は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)など他のトランジスタであってもよい。
第1スイッチング素子142は、主端子間に逆並列に接続され、スイッチング回路110内の各スイッチング素子がオフの間に出力端子OUTから流入する電流を基準電位P側へと還流させるダイオードを含んでよい。このダイオードは、第1スイッチング素子142本体に付加されたダイオードであってよく、第1スイッチング素子142の寄生ダイオードであってもよい。
第1サーマルダイオード192は、第1スイッチング素子142の近傍に配置され、第1スイッチング素子142の温度を検出するための温度センサとして機能する。ここで、第1スイッチング素子142に流れる電流が大きくなると第1スイッチング素子142の温度が上昇し、第1スイッチング素子142に流れる電流が小さくなると第1スイッチング素子142の温度が低下するから、第1サーマルダイオード192は、第1スイッチング素子142に流れる電流に応じて変化する検出値として第1スイッチング素子142の温度検出値を出力可能である。第1スイッチ132は、第1サーマルダイオード192に代えて、PNPトランジスタまたはNPNトランジスタなどを用いた他の温度センサ素子を含んでもよい。
第2スイッチ134は、第2スイッチング素子144と、第2サーマルダイオード194とを含む。第2スイッチング素子144および第2サーマルダイオード194は、第1スイッチ132における第1スイッチング素子142および第1サーマルダイオード192と同様の機能および構成を有するので、説明を省略する。
第1の対向スイッチ136および第2の対向スイッチ138は、スイッチング回路110における下アーム側のスイッチである。第1の対向スイッチ136および第2の対向スイッチ138は、それぞれ主端子間が出力端子OUTおよび基準電位Nの間に並列に接続される。本実施形態において、基準電位Nは第2基準電位の一例である。
第1の対向スイッチ136は、第1の対向スイッチング素子146と、第3サーマルダイオード196とを含む。第1の対向スイッチング素子146および第3サーマルダイオード196は、第1スイッチ132における第1スイッチング素子142および第1サーマルダイオード192と同様の機能および構成を有するので、以下相違点を除き説明を省略する。
第1の対向スイッチング素子146は、正側主端子、負側主端子、および制御端子を含む。第1の対向スイッチング素子146の負側主端子は、スイッチング回路110の負側の基準電位となる基準電位Nに接続される。第1の対向スイッチング素子146の正側主端子は、出力配線部150を介して出力端子OUTに接続される。第1の対向スイッチング素子146の制御端子は、制御装置120に接続される。また、本実施形態に係る第1の対向スイッチング素子146は、主端子間を流れる電流を検出するためのセンス端子を含む。
第1の対向スイッチング素子146は、主端子間に逆並列に接続され、スイッチング回路110内の各スイッチング素子がオフの間に基準電位N側から出力端子OUTへと流出する電流を流すダイオードを含んでよい。このダイオードは、第1の対向スイッチング素子146本体に付加されたダイオードであってよく、第1の対向スイッチング素子146の寄生ダイオードであってもよい。
第2の対向スイッチ138は、第2の対向スイッチング素子148と、第4サーマルダイオード198とを含む。第2の対向スイッチ138における第2の対向スイッチング素子148および第4サーマルダイオード198は、第1の対向スイッチ136における第1の対向スイッチング素子146および第3サーマルダイオード196と同様の機能および構成を有するので、説明を省略する。
第1電流検出抵抗182は、第1スイッチング素子142のセンス端子および負側主端子の間に接続される。第1電流検出抵抗182は、第1スイッチング素子142のセンス端子から出力される、第1スイッチング素子142に流れる電流に比例するセンス電流を受けて、センス電流および第1電流検出抵抗182の抵抗値の積となるセンス電圧を発生する。このようにして、第1電流検出抵抗182は、第1スイッチング素子142の電流を検出するための電流センサとして機能する。
第2電流検出抵抗184、第3電流検出抵抗186、および第4電流検出抵抗188は、第2スイッチング素子144のセンス端子および負側主端子の間、第1の対向スイッチング素子146のセンス端子および負側主端子の間、並びに第2の対向スイッチング素子148のセンス端子および負側主端子の間にそれぞれ接続される。第2電流検出抵抗184、第3電流検出抵抗186、および第4電流検出抵抗188は、第1電流検出抵抗182と同様にして第2スイッチング素子144の電流を検出するための電流センサ、第1の対向スイッチング素子146の電流を検出するための電流センサ、および第2の対向スイッチング素子148の電流を検出するための電流センサとしてそれぞれ機能する。
出力配線部150は、第1スイッチング素子142の負側主端子、第2スイッチング素子144の負側主端子、第1の対向スイッチング素子146の正側主端子、第2の対向スイッチング素子148の正側主端子、および出力端子OUTの間を接続する。出力配線部150は、第1配線152と、第2配線154と、第3配線156とを有する。
第1配線152は、出力配線部150の上アーム側の配線であり、第1スイッチング素子142の負側主端子、第2スイッチング素子144の負側主端子、および出力端子OUTの間を接続する。第1配線152は、第1端162および第2端164を含む。第1スイッチング素子142の負側主端子は、第2スイッチング素子144の負側主端子よりも第1端162により近い箇所において第1配線152に接続される。本実施形態において、第1スイッチング素子142の負側主端子は、第1端162に接続され、第2スイッチング素子144の負側主端子は、第2端164に接続される。出力端子OUTは、第1配線152の第1端162側に接続される。第1の対向スイッチング素子146および第2の対向スイッチング素子148は、第1配線152の第2端164側に接続される。
第2配線154は、出力配線部150の下アーム側の配線であり、第1の対向スイッチング素子146の正側主端子および第2の対向スイッチング素子148の正側主端子の間を接続する。第2配線154は、第1端166および第2端168を含む。第1の対向スイッチング素子146の正側主端子は、第2の対向スイッチング素子148の正側主端子よりも第1端166により近い箇所において第2配線154に接続される。
第3配線156は、上アーム側と下アーム側とを接続する配線であり、第1配線152の第2端164側と第2配線154の第2端168側との間を接続する。
本実施形態においては、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間は第1配線152を介さず接続されているのに対し、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間には第1配線152が設けられている。このために、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線よりも短い。これにより、本実施形態においては、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さい。このようにして、基準電位Pから第1配線152の第1端162までの配線抵抗が、第1スイッチング素子142経由よりも第2スイッチング素子144経由の方が大きくなるようにすることができる。
また、本実施形態においては、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間には第1配線152が設けられているのに対し、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間には第1配線152が設けられていない。このために、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線は、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線よりも長い。これにより、本実施形態においては、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗よりも大きい。このようにして、基準電位Pから第2配線154の第2端168までの配線抵抗が、第1スイッチング素子142経由よりも第2スイッチング素子144経由の方が小さくなるようにすることができる。
なお、上記の出力配線部150は、端子間に異なる配線長を持たせることにより、配線長がより大きい端子間の配線抵抗を、配線長がより小さい端子間の配線抵抗よりも大きくしている。これに代えて出力配線部150は、端子間の配線に異なる幅を持たせることにより、配線の幅がより大きい端子間の配線抵抗を、配線の幅がより小さい端子間の配線抵抗よりも小さくしてもよい。また、出力配線部150は、端子間の配線に異なる断面積を持たせることにより、配線の断面積がより大きい端子間の配線抵抗を、配線の断面積がより小さい端子間の配線抵抗よりも小さくしてもよい。また、出力配線部150は、端子間の材料を異ならせることにより、端子間の配線抵抗を変えてもよい。
制御装置120は、スイッチング回路110の第1スイッチング素子142、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148の制御端子、第1電流検出抵抗182、第2電流検出抵抗184、第3電流検出抵抗186、第4電流検出抵抗188、第1サーマルダイオード192、第2サーマルダイオード194、第3サーマルダイオード196、並びに第4サーマルダイオード198に接続される。制御装置120は、制御部122と、判定部124とを有する。
制御部122は、第1スイッチング素子142、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148の制御端子に接続される。制御部122は、外部からスイッチング装置100へと入力される指令に応じて第1スイッチング素子142、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148の制御端子へと制御信号を供給して、スイッチング装置100の出力端子OUTの電圧が目標電圧となるようにスイッチング制御を行う。また、制御部122は、判定部124がスイッチング回路110に過電流が流れていると判定したことに応じて、第1スイッチング素子142、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148をオフとさせる制御信号をこれらのスイッチング素子に対して供給して、過電流を遮断する。
判定部124は、第1電流検出抵抗182または第1サーマルダイオード192の少なくとも1つ、および第2電流検出抵抗184または第2サーマルダイオード194の少なくとも1つに接続される。判定部124は、第1電流検出抵抗182または第1サーマルダイオード192の少なくとも1つを第1検出部172として用いて、第1スイッチング素子142に流れる電流に応じた第1検出値を取得する。判定部124は、第2電流検出抵抗184または第2サーマルダイオード194の少なくとも1つを第2検出部174として用いて、第2スイッチング素子144に流れる電流に応じた第2検出値を取得する。
判定部124は、第1検出値および第2検出値を用いて、出力端子OUT、および第1の対向スイッチング素子146および第2の対向スイッチング素子148を含む対向アームのいずれに過電流が流れているかを判定する。ここで、負荷105の故障等によって出力端子OUTから負荷105へと過電流が流れている場合を「負荷短絡」と示し、対向アームの故障等によって対向アームに過電流が流れている場合を「アーム短絡」と示す。
負荷短絡が発生すると、第1スイッチング素子142、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148は正常に動作するが、出力端子OUTから負荷105へと過電流が流れる。ここで、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さいので、負荷短絡が発生すると、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間には、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間よりも大きな電流が流れる。この結果、第1検出部172による第1検出値は、第2検出部174による第2検出値よりも大きくなる。したがって、判定部124は、過電流が流れている場合において、第1検出値が第2検出値よりも大きい場合には、出力端子OUTに過電流が流れていると判定することができる。
対向アーム(本図の例においては下アーム)の第1の対向スイッチング素子146または第2の対向スイッチング素子148の少なくとも1つに短絡が発生すると(アーム短絡)、上アームの第1スイッチング素子142および第2スイッチング素子144と、下アームの第1の対向スイッチング素子146および第2の対向スイッチング素子148とが同時にオンになり、出力配線部150から対向アームへと過電流が流れる。ここで、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗よりも大きいので、アーム短絡が発生すると、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間には、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間よりも小さな電流が流れる。この結果、第1検出部172による第1検出値は、第2検出部174による第2検出値よりも小さくなる。したがって、判定部124は、過電流が流れている場合において、第1検出値が第2検出値よりも小さい場合には、対向アームに過電流が流れていると判定することができる。
以上に示したスイッチング装置100によれば、一方のアームにおいて2つのスイッチング素子からの出力端子への配線と対向アームへの配線とがそれぞれ異なる配線抵抗を有するので、2つのスイッチング素子に流れる電流の検出値を比較することで負荷短絡による過電流が流れているのか、または対向アームのアーム短絡による過電流が流れているのかを識別することができる。
なお、図1において第1電流検出抵抗182および第1サーマルダイオード192はいずれも設けられているが、第1電流検出抵抗182または第1サーマルダイオード192のいずれか一方のみが設けられてもよい。第2電流検出抵抗184および第2サーマルダイオード194、第3電流検出抵抗186および第3サーマルダイオード196、第4電流検出抵抗188および第4サーマルダイオード198についても同様に、それぞれいずれいか一方のみが設けられてもよい。また、図1には第3電流検出抵抗186、第4電流検出抵抗188、第3サーマルダイオード196、および第4サーマルダイオード198が設けられているが、本実施形態において第3電流検出抵抗186、第4電流検出抵抗188、第3サーマルダイオード196、および第4サーマルダイオード198はスイッチング回路110に設けなくてもよい。
また、図1においてスイッチング回路110は、スイッチング素子のセンス端子を用いてスイッチング素子に流れる電流を検出するが、これらに代えて、スイッチング回路110は、コイルまたは磁気センサを用いた磁場検出型の電流センサを用いてもよい。
また、図1の判定部124は、制御装置120とは独立の判定装置として機能してよい。この場合、判定装置は、スイッチング装置100に接続され、上述のとおり第1検出値および第2検出値を用いて、出力端子OUTおよび第1の対向スイッチング素子146または第2の対向スイッチング素子148のいずれに過電流が流れているかを判定してよい。
図2は、本実施形態に係るスイッチング回路110の回路配置の一例を示す。スイッチング回路110は、図1に示した各部材を実装する基板200を更に備える。図2において、図1で示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。本図においては、説明の便宜上図面の左から右への向きを第1方向またはX方向と示し、第1方向と垂直である、図面の下から上への向きを第2方向またはY方向と示す。
基板200は、ハッチングで示される配線パターンおよび端子が形成された絶縁基板である。基板200は、第1配線パターン202、第2配線パターン204、第3配線パターン206、第4配線パターン212、第5配線パターン214、第6配線パターン216、および第7配線パターン218を有する。
第1配線パターン202は、基板200上において第1方向に延伸する。第1配線パターン202の上には、第1方向に沿って第2スイッチ134および第1スイッチ132がこの順に実装される。第1配線パターン202は、第1スイッチ132および第2スイッチ134の裏面電極である正側主端子(ドレインまたはコレクタ)に電気的に接続される。また、第1配線パターン202は、ワイヤボンディングにより、基板200上において第1方向の負側に形成された基準電位Pを入力する端子に接続される。
第2配線パターン204は、図1における出力配線部150に相当し、第1配線152と、第2配線154と、第3配線156とを含む。第1配線152は、基板200上において、第1配線パターン202に対して第2方向の負側に隣接し、第1配線パターン202に沿って第1方向に延伸する。第1配線152は、第1スイッチ132側(図2において第1方向の正側)の第1端162、および第2スイッチ134側(図2において第1方向の負側)の第2端164を含む。第1配線152は、第1端162側でワイヤボンディングにより出力端子OUTに接続され、第2端164側で第3配線156に接続される。また、第1配線152は、第1端162により近い側でワイヤボンディングにより第1スイッチ132の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続され、第2端164により近い側でワイヤボンディングにより第2スイッチ134の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続される。
第2配線154は、基板200上において、第1配線152との間に第3配線パターン206を挟む位置に設けられ、第1配線152に対して第2方向の負側で第1方向に延伸する。第2配線154の上には、第1方向に沿って第2の対向スイッチ138および第1の対向スイッチ136がこの順に実装される。第2配線154は、第1の対向スイッチ136および第2の対向スイッチ138の裏面電極である正側主端子(ドレインまたはコレクタ)に電気的に接続される。第2配線154は、第1の対向スイッチ136側(図2において第1方向の正側)の第1端166、および第2の対向スイッチ138側(図2において第1方向の負側)の第2端168を含む。第2配線154は、第1配線152の第1端162および第2配線154の第1端166と、第1配線152の第2端164および第2配線154の第2端168とがそれぞれ対向して第1方向に平行に延伸するように配置される。第2配線154は、第2端168側で第3配線156に接続される。
第3配線156は、第1配線152の第2端164側と第2配線154の第2端168側との間を接続する。第3配線156は、基板200の出力端子OUTが設けられる側に対向する側(図2において第1方向の負側)に隣接して配置され、第2方向に延伸する。
第3配線パターン206は、基板200上において第1配線152および第2配線154の間で第1方向に延伸する。第3配線パターン206は、ワイヤボンディングにより第1の対向スイッチ136および第2の対向スイッチ138の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に電気的に接続される。また、第3配線パターン206は、ワイヤボンディングにより、基板200上において第1方向の正側に形成された基準電位Nを入力する端子に接続される。
第4配線パターン212は、基板200上において第1配線パターン202に対し第2方向の正側に設けられ、第1方向に延伸する。第4配線パターン212は、ワイヤボンディングにより第1スイッチ132、第2スイッチ134、および基板200において第2方向の正側に設けられた端子の1つに接続される。本実施形態において、第4配線パターン212は、第1スイッチ132の負側主端子(ソースまたはエミッタ)と第2スイッチ134の負側主端子(ソースまたはエミッタ)とを基板200の同一の端子に接続してよい。
第5配線パターン214は、基板200上において第4配線パターン212および第1配線パターン202の間に設けられ、第1方向において第4配線パターン212および第1配線パターン202と平行に延伸する。第5配線パターン214は、ワイヤボンディングにより第1スイッチ132、第2スイッチ134、および基板200において第2方向の正側に設けられた端子の1つに接続される。本実施形態において、第5配線パターン214は、第1スイッチ132の制御端子(ゲート)と第2スイッチ134の制御端子(ゲート)とを基板200の同一の端子に接続してよい。
第6配線パターン216は、基板200上において第2配線パターン204に対し第2方向の負側に設けられ、第1方向において第2配線パターン204と平行に延伸する。第6配線パターン216は、ワイヤボンディングにより第1の対向スイッチ136、第2の対向スイッチ138、および基板200において第2方向の負側に設けられた端子の1つに接続される。本実施形態において、第6配線パターン216は、第1の対向スイッチ136の制御端子(ゲート)と第2の対向スイッチ138の制御端子(ゲート)とを基板200の同一の端子に接続してよい。
第7配線パターン218は、基板200上において第6配線パターン216に対し第2方向の負側に設けられ、第1方向において第6配線パターン216と平行に延伸する。第7配線パターン218は、ワイヤボンディングにより第1の対向スイッチ136、第2の対向スイッチ138、および基板200において第2方向の負側に設けられた端子の1つに接続される。本実施形態において、第7配線パターン218は、第1の対向スイッチ136の負側主端子(ソースまたはエミッタ)と第2の対向スイッチ138の負側主端子(ソースまたはエミッタ)とを基板200の同一の端子に接続してよい。
なお、基板200の第2方向において正側には、第4配線パターン212および第5配線パターン214に接続される上述の2つの端子のほか6つの端子が設けられる。このうち3つの端子は、ワイヤボンディングにより第1スイッチ132に接続され、他の3つの端子は、ワイヤボンディングにより第2スイッチ134に接続される。本実施形態において、第1スイッチ132に接続される3つの端子のうち1つの端子は第1スイッチング素子142のセンス端子に接続され、他の2つの端子は第1サーマルダイオード192に接続されてよい。また、本実施形態において、第2スイッチ134に接続される3つの端子のうち1つの端子は第2スイッチング素子144のセンス端子に接続され、他の2つの端子は第2サーマルダイオード194に接続されてよい。
また、基板200の第2方向において負側には、第6配線パターン216および第7配線パターン218に接続される上述の2つの端子のほか6つの端子が設けられる。このうち3つの端子は、ワイヤボンディングにより第1の対向スイッチ136に接続され、他の3つの端子は、ワイヤボンディングにより第2の対向スイッチ138に接続される。本実施形態において、第1の対向スイッチ136に接続される3つの端子のうち1つの端子は第1の対向スイッチング素子146のセンス端子に接続され、他の2つの端子は第3サーマルダイオード196に接続されてよい。また、本実施形態において、第2の対向スイッチ138に接続される3つの端子のうち1つの端子は第2の対向スイッチング素子148のセンス端子に接続され、他の2つの端子は第4サーマルダイオード198に接続されてよい。
本図に示した回路配置においては、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線よりも第1配線152の長さだけ短くなるので、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さくなる。また、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線は、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線よりも第1配線152の長さだけ長くなるので、第1スイッチング素子142の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子と第1の対向スイッチング素子146等の正側主端子との間の配線抵抗よりも大きくなる。
このような配線抵抗の相違を利用して、スイッチング装置100は、過電流が流れていることを検出した場合において、第1スイッチング素子142に流れる電流に応じた第1検出値が第2スイッチング素子144に流れる電流に応じた第2検出値よりも大きい場合には、出力端子OUTに過電流が流れていると判定し、第1検出値が第2検出値よりも小さい場合には、対向アームに過電流が流れていると判定することができる。
図3は、本実施形態に係る判定部124の構成の一例を示す。本図の例においては、判定部124は、図1の第1検出部172として第1電流検出抵抗182を用いて、第1スイッチング素子142(図中「Sw1」)に流れる電流に応じた第1検出値(図中「Sw1検出値」)を取得する。また、判定部124は、図1の第2検出部174として第2電流検出抵抗184を用いて、第2スイッチング素子144(図中「Sw2」)に流れる電流に応じた第2検出値(図中「Sw2検出値」)を取得する。判定部124は、第1増幅器312、第2増幅器314、第1比較器322、第2比較器324、OR回路330、および短絡判定用比較器340を含む。
第1増幅器312は、第1電流検出抵抗182における第1スイッチング素子142のセンス端子側を正端子に、負側主端子側を負端子に入力する差動増幅器である。第1増幅器312は、第1電流検出抵抗182の両端の電位差(負側主端子を基準電位とした場合の第1電流検出抵抗182のセンス端子側の電圧)を予め定められた増幅率で増幅した値を第1検出値として出力する。
第2増幅器314は、第2電流検出抵抗184における第2スイッチング素子144のセンス端子側を正端子に、負側主端子側を負端子に入力する差動増幅器である。第2増幅器314は、第2電流検出抵抗184の両端の電位差(負側主端子を基準電位とした場合の第2電流検出抵抗184のセンス端子側の電圧)を予め定められた増幅率で増幅した値を第2検出値として出力する。
第1比較器322は、第1増幅器312から出力された第1検出値を正側の入力、および予め定められた閾値を負側の入力とし、第1検出値および閾値の比較結果(図中「Sw1過電流」)をOR回路330に出力する。本実施形態において閾値は、第1検出値を用いて第1スイッチング素子142に過電流が流れていることを検出するための基準値である。第1比較器322は、第1検出値が閾値より大きい場合に論理H(High)を出力し、第1スイッチング素子142に過電流が流れていることを示す。また、第1比較器322は、第1検出値が閾値より小さい場合に論理L(Low)を出力し、第1スイッチング素子142に過電流が流れていないことを示す。
第2比較器324は、第2増幅器314から出力された第2検出値を正側の入力、および予め定められた閾値を負側の入力とし、第2検出値および閾値の比較結果(図中「Sw2過電流」)をOR回路330に出力する。本実施形態において閾値は、第2検出値を用いて第2スイッチング素子144に過電流が流れていることを検出するための基準値である。第2比較器324は、第2検出値が閾値より大きい場合に論理H(High)を出力し、第2スイッチング素子144に過電流が流れていることを示す。また、第2比較器324は、第2検出値が閾値より小さい場合に論理L(Low)を出力し、第2スイッチング素子144に過電流が流れていないことを示す。
OR回路330は、第1比較器322から出力された比較結果および第2比較器324から出力された比較結果を入力とし、論理和演算をした結果を出力する。第1比較器322または第2比較器324の少なくとも1つの出力が論理H(High)である場合、OR回路330の出力は論理H(High)となり、スイッチング回路110に過電流が流れているとの過電流判定結果を示す。
短絡判定用比較器340は、第1増幅器312から出力された第1検出値を正側の入力、および第2増幅器314から出力された第2検出値を負側の入力とし、2つの検出値の比較結果を出力する。短絡判定用比較器340は、第1検出値が第2検出値より大きい場合に論理H(High)、第1検出値が第2検出値より小さい場合に論理L(Low)を出力する。
ここで、図1および図2において示したとおり、第1スイッチング素子142の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さく、また第1スイッチング素子142の負側主端子および対向アームの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子144の負側主端子および対向アームの間の配線抵抗よりも大きい。したがって、負荷短絡が発生した場合には第1スイッチング素子142に流れる電流が第2スイッチング素子144に流れる電流よりも大きくなるので、判定部124は、OR回路330から論理Hの過電流判定信号を出力し、短絡判定用比較器340から論理Hの短絡種別判定信号を出力し、これによって負荷短絡が発生していることを示すことができる。また、アーム短絡が発生した場合には第1スイッチング素子142に流れる電流が第2スイッチング素子144に流れる電流よりも小さくなるので、判定部124は、OR回路330から論理Hの過電流判定信号を出力し、短絡判定用比較器340から論理Lの短絡種別判定信号を出力し、これによってアーム短絡が発生していることを示すことができる。
以上に示した判定部124によれば、第1検出値および第2検出値を用いて、第1スイッチング素子142および第2スイッチング素子144の少なくとも1つに過電流が流れているかどうか、並びに過電流が流れている場合、第1スイッチング素子142および第2スイッチング素子144のいずれにより大きな電流が流れているかによって負荷短絡が発生しているのか、またはアーム短絡が発生しているのかを判定することができる。
なお、本図の例において判定部124は、第1検出部172として第1電流検出抵抗182を用い、第2検出部174として第2電流検出抵抗184を用いたが、他の実施形態においては、判定部124は、第1検出部172として第1サーマルダイオード192を用い、第2検出部174として第2サーマルダイオード194を用いて、これらの温度検出値を第1検出値および第2検出値として第1比較器322、第2比較器324、OR回路330、および短絡判定用比較器340による判定を行う構成を採ってもよい。
図4は、本実施形態の変形例に係るスイッチング装置400の構成を負荷105とともに示す。本変形例に係るスイッチング装置400は、検出対象とする下アーム側の2つのスイッチに流れる電流を検出した結果に応じて、上アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出可能としたものである。図4において、図1~3で示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。
スイッチング装置400は、スイッチング回路410と、制御装置420とを備える。スイッチング回路410は、第1の対向スイッチ432と、第2の対向スイッチ434と、第1スイッチ436と、第2スイッチ438と、第1電流検出抵抗182と、第2電流検出抵抗184と、第3電流検出抵抗186と、第4電流検出抵抗188と、出力配線部450とを有する。ここで、第1の対向スイッチ432および第2の対向スイッチ434は、対向アームである上アームのスイッチであることから名称を「対向スイッチ」としたこと、および出力配線部450への接続形態を除き、機能および構成は第1スイッチ132および第2スイッチ134と同様である。第1スイッチ436および第2スイッチ438は、検出対象とする下アームのスイッチであることから名称を「スイッチ」としたこと、および出力配線部450への接続形態を除き、機能および構成は第1の対向スイッチ136および第2の対向スイッチ138と同様である。また、本変形例においては、基準電位Nは第1基準電位の一例であり、基準電位Pは第2基準電位の一例である。
出力配線部450は、第1配線454と、第2配線452と、第3配線456とを有する。第1配線454は、出力配線部450の下アーム側の配線であり、第1スイッチング素子446の正側主端子、第2スイッチング素子448の正側主端子、および出力端子OUTの間を接続する。本変形例において、正側主端子は第2主端子の一例である。第1配線454は、第1端466および第2端468を含む。第1スイッチング素子446の正側主端子は、第2スイッチング素子448の正側主端子よりも第1端466により近い箇所において第1配線454に接続される。本変形例において、第1スイッチング素子446の正側主端子は、第1端466に接続され、第2スイッチング素子448の正側主端子は、第2端468に接続される。出力端子OUTは、第1配線454の第1端466側に接続される。第1の対向スイッチング素子442および第2の対向スイッチング素子444は、第1配線454の第2端468側に接続される。
第2配線452は、出力配線部450の上アーム側の配線であり、第1の対向スイッチング素子442の負側主端子および第2の対向スイッチング素子444の負側主端子の間を接続する。本変形例において、負側主端子は第1主端子の一例である。第2配線452は、第1端462および第2端464を含む。第1の対向スイッチング素子442の負側主端子は、第2の対向スイッチング素子444の負側主端子よりも第1端462により近い箇所において第2配線452に接続される。
第3配線456は、上アーム側と下アーム側とを接続する配線であり、第1配線454の第2端468側と第2配線452の第2端464側との間を接続する。
本変形例においては、第1スイッチング素子446の正側主端子および出力端子OUTの間は第1配線454を介さず接続されているのに対し、第2スイッチング素子448の正側主端子および出力端子OUTの間には第1配線454が設けられている。このために、第1スイッチング素子446の正側主端子および出力端子OUTの間の配線は、第2スイッチング素子448の正側主端子および出力端子OUTの間の配線よりも短い。これにより、本変形例においては、第1スイッチング素子446の正側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子448の正側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さい。このようにして、第1配線454の第1端466から基準電位Nまでの配線抵抗が、第1スイッチング素子446経由よりも第2スイッチング素子448経由の方が大きくなるようにすることができる。
また、本変形例においては、第1スイッチング素子446の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間には第1配線454が設けられているのに対し、第2スイッチング素子448の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間には第1配線454が設けられていない。このために、第1スイッチング素子446の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線は、第2スイッチング素子448の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線よりも長い。これにより、本変形例においては、第1スイッチング素子446の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子448の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線抵抗よりも大きい。このようにして、第2配線452の第2端464から基準電位Nまでの配線抵抗が、第1スイッチング素子446経由よりも第2スイッチング素子448経由の方が小さくなるようにすることができる。
制御装置420は、判定部124に代えて判定部424を有する他は、図1に示した制御装置120と同様であるから、以下相違点を除き説明を省略する。判定部424は、第3電流検出抵抗186または第3サーマルダイオード196の少なくとも1つ、および第4電流検出抵抗188または第4サーマルダイオード198の少なくとも1つに接続される。判定部424は、第3電流検出抵抗186または第3サーマルダイオード196の少なくとも1つを第1検出部476として用いて、第1スイッチング素子446に流れる電流に応じた第1検出値を取得する。判定部424は、第4電流検出抵抗188または第4サーマルダイオード198の少なくとも1つを第2検出部478として用いて、第2スイッチング素子448に流れる電流に応じた第2検出値を取得する。
判定部424は、第1検出値および第2検出値を用いて、判定部124と同様にして、出力端子OUT、および第1の対向スイッチング素子442および第2の対向スイッチング素子444を含む対向アーム(本図の例においては上アーム)のいずれに過電流が流れているかを判定する。
以上に示したスイッチング装置400によれば、下アーム側の2つのスイッチング素子に流れる電流の検出値を比較することで負荷短絡による過電流が流れているのか、または対向アームのアーム短絡による過電流が流れているのかを識別することができる。
図5は、本実施形態の変形例に係るスイッチング回路410の回路配置の一例を示す。スイッチング回路410は、図4に示した各部材を実装する基板500を更に備える。図5において、図2および4で示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。
基板500は、ハッチングで示される配線パターンおよび端子が形成された絶縁基板である。基板500は、第1配線パターン202、第2配線パターン504、第3配線パターン206、第4配線パターン212、第5配線パターン214、第6配線パターン216、および第7配線パターン218を有する。
本変形例において、第1配線パターン202は、基板500上において第1方向の正側に形成された基準電位Pを入力する端子に接続される点を除き、図2の第1配線パターン202と同様である。
第2配線パターン504は、図4における出力配線部450に相当し、第1配線454と、第2配線452と、第3配線456とを含む。ここで、第2配線パターン504は、図2の第2配線パターン204と同様のパターン形状を有し、第1配線454が第2配線パターン204の第2配線154に、第2配線452が第2配線パターン204の第1配線152に、および第3配線456が第2配線パターン204の第3配線156にそれぞれ対応する。
第1配線454は、基板500上において、第2配線452との間に第3配線パターン206を挟む位置に設けられ、第2配線452に対して第2方向の負側で第1方向に延伸する。第1配線454の上には、第1方向に沿って第2スイッチ438および第1スイッチ436がこの順に実装される。第1配線454は、第1スイッチ436および第2スイッチ438の裏面電極である正側主端子(ドレインまたはコレクタ)に電気的に接続される。第1配線454は、第1スイッチ436側(図5において第1方向の正側)の第1端466、および第2スイッチ438側(図5において第1方向の負側)の第2端468を含む。第1配線454は、第1端466側でワイヤボンディングにより出力端子OUTに接続され、第2端468側で第3配線456に接続される。
第2配線452は、基板500上において、第1配線パターン202に対して第2方向の負側に隣接し、第1配線パターン202に沿って第1方向に延伸する。第2配線452は、第1の対向スイッチ432側(図5において第1方向の正側)の第1端462、および第2の対向スイッチ434側(図5において第1方向の負側)の第2端464を含む。第2配線452は、第2端464側で第3配線456に接続される。また、第2配線452は、第1端462により近い側でワイヤボンディングにより第1の対向スイッチ432の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続され、第2端464により近い側でワイヤボンディングにより第2の対向スイッチ434の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続される。
本変形例において、第3配線パターン206は、基板500上において第1方向の負側に形成された基準電位Nを入力する端子に接続される点を除き、図2の第3配線パターン206と同様である。
本図に示した回路配置においては、第1スイッチング素子446の正側主端子および出力端子OUTの間の配線は、第2スイッチング素子448の正側主端子および出力端子OUTの間の配線よりも第1配線454の長さだけ短くなるので、第1スイッチング素子446の正側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗は、第2スイッチング素子448の正側主端子および出力端子OUTの間の配線抵抗よりも小さくなる。また、第1スイッチング素子446の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線は、第2スイッチング素子448の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線よりも第1配線454の長さだけ長くなるので、第1スイッチング素子446の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子448の正側主端子と第1の対向スイッチング素子442等の負側主端子との間の配線抵抗よりも大きくなる。
このような配線抵抗の相違を利用して、スイッチング装置400は、過電流が流れていることを検出した場合において、第1スイッチング素子446に流れる電流に応じた第1検出値が第2スイッチング素子448に流れる電流に応じた第2検出値よりも大きい場合には、出力端子OUTに過電流が流れていると判定し、第1検出値が第2検出値よりも小さい場合には、上アーム(対向アーム)に過電流が流れていると判定することができる。
図6は、本実施形態の第2の変形例に係るスイッチング装置600の構成を負荷105とともに示す。本変形例に係るスイッチング装置600は、検出対象とする上アーム側の2つのスイッチに流れる電流を検出した結果に応じて、下アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出可能とし、かつ、検出対象とする下アーム側の2つのスイッチに流れる電流を検出した結果に応じて、上アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出可能としたものである。図6において、図1~5に示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。
スイッチング装置600は、スイッチング回路610と、制御装置620とを備える。スイッチング回路610は、第1スイッチ632と、第2スイッチ634と、第3スイッチ636と、第4スイッチ638と、第1電流検出抵抗182と、第2電流検出抵抗184と、第3電流検出抵抗186と、第4電流検出抵抗188と、出力配線部650とを有する。ここで、第1スイッチ632、第2スイッチ634、第3スイッチ636、および第4スイッチ638は、出力配線部650への接続形態を除き、上アーム側の2つのスイッチを検出対象とする場合には図1に示した第1スイッチ132、第2スイッチ134、第1の対向スイッチ136、および第2の対向スイッチ138とそれぞれ同様の機能および構成を有し、下アーム側の2つのスイッチを検出対象とする場合には図4に示した第1の対向スイッチ432、第2の対向スイッチ434、第1スイッチ436、および第2スイッチ438とそれぞれ同様の機能および構成を有するので、以下相違点を除き説明を省略する。
出力配線部650は、第1スイッチング素子642の負側主端子、第2スイッチング素子644の負側主端子、第3スイッチング素子646の正側主端子、第4スイッチング素子648の正側主端子、出力端子OUT1、および出力端子OUT2の間を接続する。本変形例においては、出力端子OUT1および出力端子OUT2は、負荷105の共通の端子に接続される。
第1配線652は、出力配線部650の上アーム側の配線であり、第1スイッチング素子642の負側主端子、第2スイッチング素子644の負側主端子、および出力端子OUT1の間を接続する。出力端子OUT1は、第1配線652の第1端662側に接続される。
第2配線654は、出力配線部650の下アーム側の配線であり、第3スイッチング素子646の正側主端子、第4スイッチング素子648の正側主端子、および出力端子OUT2の間を接続する。出力端子OUT2は、第2配線654の第1端666側に接続される。ここで、出力端子OUT1および出力端子OUT2はスイッチング装置600の外部で電気的に接続されて、負荷105へと接続される。
制御装置620は、判定部124に代えて判定部624を有する他は、図1に示した制御装置120と同様であるから、以下相違点を除き説明を省略する。判定部624は、上アーム側の2つのスイッチ(図6において第1スイッチ632および第2スイッチ634)がオンであり、下アーム側の2つのスイッチ(図6において第3スイッチ636および第4スイッチ638)がオフである場合、出力端子OUT1および下アーム(対向アーム)のいずれに過電流が流れているかを判定し、下アーム側の2つのスイッチがオンであり、上アーム側の2つのスイッチがオフである場合、出力端子OUT2および上アーム(対向アーム)のいずれに過電流が流れているかを判定する。判定部624は、第1電流検出抵抗182または第1サーマルダイオード192の少なくとも1つ、第2電流検出抵抗184または第2サーマルダイオード194の少なくとも1つ、第3電流検出抵抗186または第3サーマルダイオード196の少なくとも1つ、および第4電流検出抵抗188または第4サーマルダイオード198の少なくとも1つに接続される。
判定部624は、上アーム側の2つのスイッチがオンであり、下アーム側の2つのスイッチがオフである場合、第1電流検出抵抗182または第1サーマルダイオード192の少なくとも1つを第1検出部として用いて、第1スイッチング素子642に流れる電流に応じた第1検出値を取得する。判定部424は、第2電流検出抵抗184または第2サーマルダイオード194の少なくとも1つを第2検出部として用いて、第2スイッチング素子644に流れる電流に応じた第2検出値を取得する。判定部624は、第1検出値および第2検出値を用いて、図1に示した判定部124と同様に、出力端子OUT1、および第3スイッチング素子646および第4スイッチング素子648を含む対向アーム(本図の例においては下アーム)のいずれに過電流が流れているかを判定する。
また、判定部624は、下アーム側の2つのスイッチがオンであり、上アーム側の2つのスイッチがオフである場合、第3電流検出抵抗186または第3サーマルダイオード196の少なくとも1つを第1検出部として用いて、第3スイッチング素子646に流れる電流に応じた第1検出値を取得する。判定部624は、第4電流検出抵抗188または第4サーマルダイオード198の少なくとも1つを第2検出部として用いて、第4スイッチング素子648に流れる電流に応じた第2検出値を取得する。判定部424は、第1検出値および第2検出値を用いて、図4に示した判定部424と同様に、出力端子OUT2、および第1スイッチング素子642および第2スイッチング素子644を含む対向アーム(本図の例においては上アーム)のいずれに過電流が流れているかを判定する。
本変形例においては、スイッチング装置600は、上アーム側の2つのスイッチがオンであり、下アーム側の2つのスイッチがオフである場合、図1に示したスイッチング装置100と同様に、第1配線652が図1の第1配線152、第2配線654が図1の第2配線154として機能する。これにより、スイッチング装置600は、下アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出することができる。また、スイッチング装置600は、下アーム側の2つのスイッチがオンであり、上アーム側の2つのスイッチがオフである場合、図4に示したスイッチング装置400と同様に、第2配線654が図4の第1配線454、第1配線652が図4の第2配線452として機能する。これにより、スイッチング装置600は、上アーム(対向アーム)側のスイッチおよび負荷105のいずれに過電流が流れているかを検出することができる。
以上に示したスイッチング装置600によれば、上アームおよび下アームにおいて2つのスイッチング素子からの出力端子OUT1および出力端子OUT2への配線と対向アームへの配線とがそれぞれ異なる配線抵抗を有するので、上アームまたは下アームの2つのスイッチング素子に流れる電流の検出値を比較することで負荷短絡による過電流が流れているのか、または対向アームのアーム短絡による過電流が流れているのかを識別することができる。
図7は、本実施形態の第2の変形例に係るスイッチング回路610の回路配置の一例を示す。スイッチング回路610は、図6に示した各部材を実装する基板700を更に備える。図7において、図2および6で示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。
基板700は、ハッチングで示される配線パターンおよび端子が形成された絶縁基板である。基板700は、第1配線パターン202、第2配線パターン704、第3配線パターン206、第4配線パターン212、第5配線パターン214、第6配線パターン216、および第7配線パターン218を有する。
第2配線パターン704は、図6における出力配線部650に相当し、第1配線652と、第2配線654と、第3配線656とを含む。ここで、第2配線パターン704は、図2の第2配線パターン204と同様のパターン形状を有し、第1配線652が第2配線パターン204の第1配線152に、第2配線654が第2配線パターン204の第2配線154に、および第3配線656が第2配線パターン204の第3配線156にそれぞれ対応する。
第1配線652は、基板700上において、第1配線パターン202に対して第2方向の負側に隣接し、第1配線パターン202に沿って第1方向に延伸する。第1配線652は、第1スイッチ632側(図7において第1方向の正側)の第1端662、および第2スイッチ634側(図7において第1方向の負側)の第2端664を含む。第1配線652は、第1端662側でワイヤボンディングにより出力端子OUT1に接続され、第2端664側で第3配線656に接続される。また、第1配線652は、第1端662により近い側でワイヤボンディングにより第1スイッチ632の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続され、第2端664により近い側でワイヤボンディングにより第2スイッチ634の負側主端子(ソースまたはエミッタ)に接続される。
第2配線654は、基板700上において、第1配線652との間に第3配線パターン206を挟む位置に設けられ、第1配線652に対して第2方向の負側で第1方向に延伸する。第2配線654の上には、第1方向に沿って第4スイッチ638および第3スイッチ636がこの順に実装される。第2配線654は、第3スイッチ636および第4スイッチ638の裏面電極である正側主端子(ドレインまたはコレクタ)に電気的に接続される。第2配線654は、第3スイッチ636側(図7において第1方向の正側)の第1端666、および第4スイッチ638側(図7において第1方向の負側)の第2端668を含む。第2配線654は、第1端666側でワイヤボンディングにより出力端子OUT2に接続され、第2端668側で第3配線656に接続される。
本変形例において、第3配線パターン206は、基板700上において第1方向の負側に形成された基準電位Nを入力する端子に接続される点を除き、図2の第3配線パターン206と同様である。
本図に示した回路配置においては、図2に示したスイッチング回路110の回路配置と同様に、第1スイッチング素子642の負側主端子および出力端子OUT1の間の配線抵抗は、第2スイッチング素子644の負側主端子および出力端子OUT1の間の配線抵抗よりも小さくなり、また、第1スイッチング素子642の負側主端子と第3スイッチング素子646等の正側主端子との間の配線抵抗は、第2スイッチング素子644の負側主端子と第3スイッチング素子646等の正側主端子との間の配線抵抗よりも大きくなる。このような配線抵抗の相違を利用して、スイッチング装置600は、上アーム側の2つのスイッチ(図7において第1スイッチ632および第2スイッチ634)がオンであり、下アーム側の2つのスイッチ(図7において第3スイッチ636および第4スイッチ638)がオフである場合、過電流が流れていることを検出した場合において、第1スイッチング素子642に流れる電流に応じた第1検出値が第2スイッチング素子644に流れる電流に応じた第2検出値よりも大きい場合には、出力端子OUT1に過電流が流れていると判定し、第1検出値が第2検出値よりも小さい場合には、対向アームである下アームに過電流が流れていると判定することができる。
また、本図に示した回路配置においては、図5に示したスイッチング回路410の回路配置と同様に、第3スイッチング素子646の正側主端子および出力端子OUT2の間の配線抵抗は、第4スイッチング素子648の正側主端子および出力端子OUT2の間の配線抵抗よりも小さくなり、また、第3スイッチング素子646の正側主端子と第1スイッチング素子642等の負側主端子との間の配線抵抗は、第4スイッチング素子648の正側主端子と第1スイッチング素子642等の負側主端子との間の配線抵抗よりも大きくなる。このような配線抵抗の相違を利用して、スイッチング装置600は、下アーム側の2つのスイッチがオンであり、上アーム側の2つのスイッチがオフである場合、過電流が流れていることを検出した場合において、第3スイッチング素子646に流れる電流に応じた第1検出値が第4スイッチング素子648に流れる電流に応じた第2検出値よりも大きい場合には、出力端子OUT2に過電流が流れていると判定し、第1検出値が第2検出値よりも小さい場合には、対向アームである上アームに過電流が流れていると判定することができる。
図8は、本実施形態の第3の変形例に係るスイッチング回路810の回路配置の一例を示す。スイッチング回路810は、図1および図2に示したスイッチング回路110の変形例であるから、図1および図2で示したものと同様の要素には同じ符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。
スイッチング回路810は、各部材を実装する基板800を備える。基板800は、図2に示した基板200の変形例であり、第4配線パターン212および第7配線パターン218に代えて、第8配線パターン812、第9配線パターン814、第1電流検出抵抗182、第10配線パターン816、第11配線パターン818、第2電流検出抵抗184、第12配線パターン822、第13配線パターン824、第3電流検出抵抗186、第14配線パターン826、第15配線パターン828、および第4電流検出抵抗188を有する。
第8配線パターン812および第9配線パターン814は、それぞれ基板800上において第1配線パターン202に対し第2方向の正側に設けられる。第8配線パターン812は、ワイヤボンディングにより第1スイッチング素子142のセンス端子に接続される。また、第8配線パターン812は、ワイヤボンディングにより基板800において第2方向の正側の端部に設けられた、第1スイッチング素子142のセンス出力用の端子に接続される。第9配線パターン814は、ワイヤボンディングにより第1スイッチング素子142の負側主端子に接続される。また、第9配線パターン814は、ワイヤボンディングにより基板800において第2方向の正側の端部に設けられた、第1スイッチング素子142の負側主端子のレベル出力用の端子に接続される。
基板800上の第8配線パターン812と第9配線パターン814との間には、第1電流検出抵抗182が接続される。本実施形態において第1電流検出抵抗182は、チップ型抵抗器であってよい。これにより、制御装置120の判定部124は、基板800の図中上側の端部に設けられたセンス出力用の端子および負側主端子のレベル出力用の端子の間の電圧を測定することにより、第1スイッチ132に流れる電流を計測することができる。
第1スイッチング素子142に対して第8配線パターン812、第9配線パターン814、および第1電流検出抵抗182が設けられるのと同様にして、第2スイッチング素子144に対して第10配線パターン816、第11配線パターン818、および第2電流検出抵抗184が設けられ、第1の対向スイッチング素子146に対して第12配線パターン822、第13配線パターン824、および第3電流検出抵抗186が設けられ、第2の対向スイッチング素子148に対して第14配線パターン826、第15配線パターン828、および第4電流検出抵抗188が設けられる。ここで、第1の対向スイッチング素子146のセンス出力用の端子および負側主端子のレベル出力用の端子と、第2の対向スイッチング素子148のセンス出力用の端子および負側主端子のレベル出力用の端子とは、基板800の図中下側の端部に設けられる。
本変形例においては、基板800上の第8配線パターン812および第9配線パターン814の上に第1電流検出抵抗182を実装して、第1スイッチング素子142の近傍で第1スイッチング素子142に流れる電流を計測することができる。このことは、第2スイッチング素子144、第1の対向スイッチング素子146、および第2の対向スイッチング素子148についても同様である。また、第1スイッチング素子142および第2スイッチング素子144の負側主端子同士が基板200上の第4配線パターン212によって接続されておらず、これらの負側主端子間で第1配線152を通さずに迂回して流れる迂回電流を大幅に低減することができる。なお、図5に示したスイッチング回路410および図7に示したスイッチング回路610においても、本変形例と同様の構成により、第1電流検出抵抗182、第2電流検出抵抗184、第3電流検出抵抗186、および第4電流検出抵抗188を設けてもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
100、400、600 スイッチング装置
105 負荷
110、410、610、810 スイッチング回路
120、420、620 制御装置
122 制御部
124、424、624 判定部
132、436、632 第1スイッチ
134、438、634 第2スイッチ
136、432 第1の対向スイッチ
138、434 第2の対向スイッチ
636 第3スイッチ
638 第4スイッチ
142、446、642 第1スイッチング素子
144、448、644 第2スイッチング素子
146、442 第1の対向スイッチング素子
148、444 第2の対向スイッチング素子
646 第3スイッチング素子
648 第4スイッチング素子
150、450、650 出力配線部
152、454、652 第1配線
154、452、654 第2配線
156、456、656 第3配線
162、466、662 第1端
164、468、664 第2端
166、462、666 第1端
168、464、668 第2端
172、476 第1検出部
174、478 第2検出部
182 第1電流検出抵抗
184 第2電流検出抵抗
186 第3電流検出抵抗
188 第4電流検出抵抗
192 第1サーマルダイオード
194 第2サーマルダイオード
196 第3サーマルダイオード
198 第4サーマルダイオード
200、500、700、800 基板
202 第1配線パターン
204、504、704 第2配線パターン
206 第3配線パターン
212 第4配線パターン
214 第5配線パターン
216 第6配線パターン
218 第7配線パターン
312 第1増幅器
314 第2増幅器
322 第1比較器
324 第2比較器
330 OR回路
340 短絡判定用比較器
812 第8配線パターン
814 第9配線パターン
816 第10配線パターン
818 第11配線パターン
822 第12配線パターン
824 第13配線パターン
826 第14配線パターン
828 第15配線パターン

Claims (7)

  1. それぞれが第1主端子および第2主端子を有し、それぞれの第1主端子が第1基準電位に接続される第1スイッチング素子および第2スイッチング素子と、
    第1主端子および第2主端子を有し、前記第2主端子が第2基準電位に接続される対向スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子の第2主端子、前記第2スイッチング素子の第2主端子、前記対向スイッチング素子の第1主端子、および出力端子を接続する、前記第1スイッチング素子の第2主端子および前記出力端子の間の配線抵抗が前記第2スイッチング素子の第2主端子および前記出力端子の間の配線抵抗よりも小さく、前記第1スイッチング素子の第2主端子および前記対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗が前記第2スイッチング素子の第2主端子および前記対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗よりも大きい出力配線部と、
    前記第1スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第1検出値を検出する第1検出部と、
    前記第2スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第2検出値を検出する第2検出部と
    を備え、
    前記第1検出値および前記第2検出値を用いて、前記第1スイッチング素子に流れる電流が前記第2スイッチング素子に流れる電流よりも大きく、かつ、前記第1スイッチング素子に過電流が流れていることに応じて、前記出力端子に過電流が流れていると判定する判定部
    を更に備えるスイッチング装置。
  2. 前記判定部は、
    前記第2スイッチング素子に流れる電流が前記第1スイッチング素子に流れる電流よりも大きく、かつ、前記第2スイッチング素子に過電流が流れていることに応じて、前記対向スイッチング素子に過電流が流れていると判定する
    請求項に記載のスイッチング装置。
  3. 前記第1検出部は、前記第1スイッチング素子に流れる電流に応じた前記第1検出値を検出する電流センサ、または前記第1スイッチング素子の温度に応じた前記第1検出値を検出する温度センサを含み、
    前記第2検出部は、前記第2スイッチング素子に流れる電流に応じた前記第2検出値を検出する電流センサ、または前記第2スイッチング素子の温度に応じた前記第2検出値を検出する温度センサを含む
    請求項1又は2に記載のスイッチング装置。
  4. 前記出力配線部は、第1端および第2端を有し、前記第1スイッチング素子の第2主端子が前記第2スイッチング素子の第2主端子よりも前記第1端により近い箇所に接続される第1配線を有し、
    前記出力端子は、前記第1配線の前記第1端側に接続され、
    前記対向スイッチング素子の第1主端子は前記第1配線の前記第2端側に接続される
    請求項1からのいずれか一項に記載のスイッチング装置。
  5. 前記出力配線部は、
    第1端および第2端を有し、第1の前記対向スイッチング素子の第1主端子が第2の前記対向スイッチング素子の第1主端子よりも前記第1端により近い箇所に接続される第2配線と、
    前記第1配線の前記第2端側と前記第2配線の前記第2端側との間を接続する第3配線と
    を更に有する請求項に記載のスイッチング装置。
  6. 前記第1配線および前記第2配線は、前記第1配線の第1端および前記第2配線の第1端と前記第1配線の第2端および前記第2配線の第2端とがそれぞれ対向して平行に延伸する請求項に記載のスイッチング装置。
  7. スイッチング装置に接続される判定装置であって、
    前記スイッチング装置は、
    それぞれが第1主端子および第2主端子を有し、それぞれの第1主端子が第1基準電位に接続される第1スイッチング素子および第2スイッチング素子と、
    第1主端子および第2主端子を有し、前記第2主端子が第2基準電位に接続される対向スイッチング素子と、
    前記第1スイッチング素子の第2主端子、前記第2スイッチング素子の第2主端子、前記対向スイッチング素子の第1主端子、および出力端子を接続する、前記第1スイッチング素子の第2主端子および前記出力端子の間の配線抵抗が前記第2スイッチング素子の第2主端子および前記出力端子の間の配線抵抗よりも小さく、前記第1スイッチング素子の第2主端子および前記対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗が前記第2スイッチング素子の第2主端子および前記対向スイッチング素子の第1主端子の間の配線抵抗よりも大きい出力配線部と、
    前記第1スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第1検出値を検出する第1検出部と、
    前記第2スイッチング素子に流れる電流に応じて変化する第2検出値を検出する第2検出部と
    を備え、
    当該判定装置は、前記第1スイッチング素子に流れる電流が前記第2スイッチング素子に流れる電流よりも大きく、かつ、前記第1スイッチング素子に過電流が流れていることに応じて、前記出力端子に過電流が流れていると判定する判定部を備える
    判定装置。
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