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公開番号2024076048
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-05
出願番号2022187408
出願日2022-11-24
発明の名称時間検出回路
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人サトー
主分類H02M 1/08 20060101AFI20240529BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】被検出時間の検出誤差を低減する。
【解決手段】時間検出回路15Aは、スイッチング素子の電圧Vdsをレベルシフトした電圧を出力する電圧調整部24と、反転入力端子に互いに同一の閾値電圧Vth_Hが入力されるコンパレータ25H、25Lと、コンパレータ25H、25Lの各出力信号に基づいて被検出時間を検出する検出部26とを備える。コンパレータ25Hの非反転入力端子には、電圧Vdsに対応する分圧電圧VDIVが入力され、コンパレータ25Lの非反転入力端子には、電圧調整部24の出力電圧が入力される。電圧Vdsが第1リファレンス電圧に達する第1時点においてコンパレータ25Lの出力信号が反転するとともに、電圧Vdsが第2リファレンス電圧に達する第2時点においてコンパレータ25Hの出力信号が反転するように、閾値電圧Vth_H、Vth_Lの値および電圧調整部24におけるレベルシフト量が設定されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
スイッチング素子(5、5A、5B)の主端子の電圧である主端子電圧が第1リファレンス電圧に達する第1時点から前記主端子電圧が前記第1リファレンス電圧とは異なる第2リファレンス電圧に達する第2時点までの時間である被検出時間を検出する時間検出回路であって、
前記主端子電圧に対応する電圧をレベルシフトまたは分圧した電圧を出力する電圧調整部(24、32、82)と、
第1入力端子および第2入力端子を備えた構成であり且つ前記第1入力端子に互いに同一の閾値電圧が入力される2つのコンパレータ(25H、25L)と、
前記2つのコンパレータの各出力信号に基づいて前記被検出時間を検出する検出部(26、62)と、
を備え、
前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の前記第2入力端子には、前記主端子電圧に対応する電圧が入力され、
前記2つのコンパレータのうちいずれか他方の前記第2入力端子には、前記電圧調整部の出力電圧が入力され、
前記主端子電圧が前記第1リファレンス電圧に達する第1時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の出力信号が反転するとともに、前記主端子電圧が前記第2リファレンス電圧に達する前記第2時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか他方の出力信号が反転するように、前記閾値電圧の値および前記電圧調整部におけるレベルシフト量または分圧比が設定されている時間検出回路。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記電圧調整部(24、32)は、前記主端子電圧に対応する電圧をレベルシフトするレベルシフト回路として構成されている請求項1に記載の時間検出回路。
【請求項3】
前記電圧調整部は、
容量(36)を備え、
前記容量の2つの端子間にレベルシフト量に対応する電圧を印加して充電し、その充電された前記容量の一方の端子に前記主端子電圧に対応する電圧を印加することにより前記容量の他方の端子から前記主端子電圧に対応する電圧をレベルシフトした電圧を出力するようになっている請求項2に記載の時間検出回路。
【請求項4】
前記電圧調整部(24)を第1電圧調整部とすると、
さらに、前記第1電圧調整部と同様の前記レベルシフト回路として構成されている第2電圧調整部(52)を備え、
前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の前記第2入力端子には、前記主端子電圧に対応する電圧に代えて、前記第2電圧調整部の出力電圧が入力され、
前記主端子電圧が前記第1リファレンス電圧に達する第1時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の出力信号が反転するとともに、前記主端子電圧が前記第2リファレンス電圧に達する前記第2時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか他方の出力信号が反転するように、前記閾値電圧の値、前記第1電圧調整部におけるレベルシフト量および前記第2電圧調整部におけるレベルシフト量が設定されている請求項3に記載の時間検出回路。
【請求項5】
前記電圧調整部(82)は、前記主端子電圧に対応する電圧を分圧する分圧回路として構成されている請求項1に記載の時間検出回路。
【請求項6】
前記検出部(62)は、
前記2つのコンパレータの各出力信号をそれぞれ入力する2つのラッチ(63、64)を備え、
前記2つのラッチの各出力信号に基づいて前記被検出時間を検出する請求項1から5のいずれか一項に記載の時間検出回路。
【請求項7】
さらに、
前記スイッチング素子の主端子に印加される電源電圧を検出する電圧検出部(73)と、
前記電圧検出部により検出された前記電源電圧の値に応じて前記閾値電圧を変動させる閾値変動部(74)と、
を備える請求項1から5のいずれか一項に記載の時間検出回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、スイッチング素子の主端子電圧が第1リファレンス電圧に達する第1時点から主端子電圧が第2リファレンス電圧に達する第2時点までの時間である被検出時間を検出する時間検出回路に関する。
続きを表示(約 2,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来、IGBT、MOSFETなどのスイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路において、スイッチング時に発生するサージを抑制する技術、スイッチング素子の主端子電圧の単位時間当たりの変化率であるdV/dtを制御する技術などが求められている。非特許文献1には、スイッチング素子のドレイン・ソース間電圧Vdsの観測結果に基づいて2種類のゲート抵抗のうち一方をオンするタイミングを操作することによりdV/dtを所望する値に制御する技術が開示されている。なお、以下では、このような技術のことを従来技術とも称することとする。
【0003】
従来技術では、スイッチング素子のdV/dt、つまりスルーレートを検出するための時間検出回路が設けられる。この場合、時間検出回路は、電圧Vdsを分圧回路などにより降圧した電圧をコンパレータで比較することにより、電圧Vdsの変動時間を求め、その変動時間をアナログ電圧に変換する構成となっている。具体的には、時間検出回路は、電圧Vdsを降圧するための一対の容量からなる分圧回路と、その分圧回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する2つのコンパレータと、を備えた構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
"A 4.5V/ns Active Slew-Rate-Controlling Gate Driver with Robust Discrete-Time Feedback Technique for 600V Superjunction MOSFETs", 2019 IEEE International Solid-State Circuits Conference ,SESSION 15 POWER FOR 5G, WIRELESS POWER, AND GAN CONVERTERS 15.8
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記した電圧Vdsの変動時間、つまり電圧Vdsの遷移時間は、電圧Vdsが第1リファレンス電圧に達する第1時点から電圧Vdsが第1リファレンス電圧とは異なる第2リファレンス電圧に達する第2時点までの時間となっている。そのため、従来技術では、2つのコンパレータのうち一方の閾値電圧は、第1リファレンス電圧に対応した電圧となっており、2つのコンパレータのうち他方の閾値電圧は、第2リファレンス電圧に対応した電圧となっている。つまり、従来技術では、2つのコンパレータには、互いに異なる閾値電圧が入力されている。
【0006】
従来技術では、スイッチング素子を比較的速い速度でスイッチングする場合、つまり高速スイッチングする場合、電圧Vdsの遷移時間が例えば数nsといった非常に短い時間となるため、2つのコンパレータにおいて、閾値電圧の違いに起因した遅延時間の差が無視できない程度に大きくなり、その結果、電圧Vdsの遷移時間の検出に誤差が生じるおそれがある。電圧Vdsの遷移時間の検出誤差が生じると、その遷移時間と第1リファレンス電圧および第2リファレンス電圧とに基づいて求められるdV/dtの値にも誤差が生じてしまい、スイッチング時におけるサージまたはdV/dtを所望する値に制御することができなくなってしまう。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検出時間の検出誤差を低減することができる時間検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1に記載の時間検出回路は、スイッチング素子(5、5A、5B)の主端子の電圧である主端子電圧が第1リファレンス電圧に達する第1時点から前記主端子電圧が前記第1リファレンス電圧とは異なる第2リファレンス電圧に達する第2時点までの時間である被検出時間を検出する回路である。前記時間検出回路は、前記主端子電圧に対応する電圧をレベルシフトまたは分圧した電圧を出力する電圧調整部(24、32、82)と、第1入力端子および第2入力端子を備えた構成であり且つ前記第1入力端子に互いに同一の閾値電圧が入力される2つのコンパレータ(25H、25L)と、前記2つのコンパレータの各出力信号に基づいて前記被検出時間を検出する検出部(26、62)と、を備える。
【0009】
前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の前記第2入力端子には、前記主端子電圧に対応する電圧が入力される。前記2つのコンパレータのうちいずれか他方の前記第2入力端子には、前記電圧調整部の出力電圧が入力される。上記構成において、前記主端子電圧が前記第1リファレンス電圧に達する第1時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか一方の出力信号が反転するとともに、前記主端子電圧が前記第2リファレンス電圧に達する前記第2時点において前記2つのコンパレータのうちいずれか他方の出力信号が反転するように、前記閾値電圧の値および前記電圧調整部におけるレベルシフト量または分圧比が設定されている。
【0010】
このような構成によれば、主端子電圧が第1リファレンス電圧に達する第1時点から主端子電圧が第2リファレンス電圧に達する第2時点までの被検出時間、つまり主端子電圧の遷移時間を検出することができる。また、上記構成では、このような検出に用いる2つのコンパレータのそれぞれに対して同一の閾値電圧を入力するようになっている。そのため、上記構成では、2つのコンパレータが同じ閾値電圧で動作することになり、2つのコンパレータにおける遅延時間の差が無視できる程度に小さくなり、その結果、主端子電圧の遷移時間、つまり被検出時間の検出誤差を低減することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
(【0011】以降は省略されています)

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