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公開番号
2025002447
公報種別
公開特許公報(A)
公開日
2025-01-09
出願番号
2023102634
出願日
2023-06-22
発明の名称
半導体電力変換装置
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
弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類
H02M
1/08 20060101AFI20241226BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約
【課題】第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが短絡することを抑制する。
【解決手段】直列に接続され、第1スイッチング素子100が同期整流される第1、第2スイッチング素子100、200と、ゲート信号GS1を出力するタイミング調整部120と、第1スイッチング素子100のゲート電圧が所定のゲート閾値に達した時点と第1スイッチング素子100を流れる電流が所定の電流閾値に達した時点との間の期間を移行期間TPとする移行期間信号TS1を出力する移行期間検出部180と、第1スイッチング素子100を流れる電流が減少し始めた時点と電流が電流閾値に達した時点との間の期間を減少期間DPとする減少期間信号SS1を出力する減少期間検出部190とを備える。そして、タイミング調整部は、移行期間TPと減少期間DPとの差が小さくなるように第1スイッチング素子100をオン状態とするためのゲート信号GS1を出力する印加期間APを調整するようにする。
【選択図】図1
特許請求の範囲
【請求項1】
第1スイッチング素子(100)と第2スイッチング素子(200)とが直列に接続され、前記第1スイッチング素子が同期整流されることで前記第1スイッチング素子に電流が流れる半導体電力変換装置であって、
ゲートを有する前記第1スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子と直列に接続され、ゲートを有する前記第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号(GS1)を出力するタイミング調整部(120)と、
前記第1スイッチング素子のゲート電圧に応じた電圧モニタ信号(VM1)を出力するゲート電圧モニタ部(130)と、
前記第1スイッチング素子に流れる電流に応じた電流モニタ信号(IM1)を出力する電流モニタ部(160)と、
前記第1スイッチング素子に当該第1スイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させる前記ゲート信号が印加された後、前記電圧モニタ信号および前記電流モニタ信号に基づき、前記第1スイッチング素子のゲート電圧が所定のゲート閾値に達した時点と前記第1スイッチング素子を流れる電流が所定の電流閾値に達した時点との間の期間を移行期間(TP)とする移行期間信号(TS1)を出力する移行期間検出部(180)と、
前記第1スイッチング素子に当該第1スイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させる前記ゲート信号が印加された後、前記電流モニタ信号に基づき、前記第1スイッチング素子を流れる電流が減少し始めた時点と前記電流が前記電流閾値に達した時点との間の期間を減少期間(DP)とする減少期間信号(SS1)を出力する減少期間検出部(190)と、を備え、
前記タイミング調整部は、前記移行期間信号および前記減少期間信号が入力され、前記移行期間と前記減少期間との差が小さくなるように、前記第1スイッチング素子をオン状態とするためのゲート信号を出力する印加期間(AP)を調整する半導体電力変換装置。
続きを表示(約 990 文字)
【請求項2】
前記電流モニタ信号(IM1)と前記電流閾値とを比較してH信号またはL信号である電流判定信号(IJ1)を出力する電流判定部(170)を有し、
前記移行期間検出部は、前記電流判定信号に基づいて前記移行期間信号を出力する請求項1に記載の半導体電力変換装置。
【請求項3】
前記電流判定部は、前記電流閾値が0とされている請求項2に記載の半導体電力変換装置。
【請求項4】
前記電流判定部は、前記電流閾値が0と異なり、前記第1スイッチング素子がオン状態からオフ状態に変化した後に前記0より前に達する所定の値とされている請求項2に記載の半導体電力変換装置。
【請求項5】
前記電流判定部は、前記電流が減少することで前記電流判定信号としての前記H信号と前記L信号とを切り替えた後は、所定期間、前記電流判定信号の状態を維持する請求項2ないし4のいずれか1つに記載の半導体電力変換装置。
【請求項6】
前記タイミング調整部は、前記移行期間の方が前記減少期間より所定期間長くなるオフセット期間を有するように、前記印加期間を調整する請求項1に記載の半導体電力変換装置。
【請求項7】
前記電流モニタ部と接続される過電流検出部(310)、および前記電流モニタ部と接続される短絡検出部(320)の少なくとも一方を備えている請求項1に記載の半導体電力変換装置。
【請求項8】
前記タイミング調整部は、前記移行期間信号および前記減少期間信号を含む判定データを蓄積して記憶する記憶部(121)を有し、前記記憶部に記憶された判定データを用いて前記印加期間を調整する請求項1に記載の半導体電力変換装置。
【請求項9】
前記電流モニタ部は、カレントトランスを用いて構成され、前記第1スイッチング素子がオフ状態とされて前記第1スイッチング素子に流れる電流が遮断された際にリセットされる請求項1に記載の半導体電力変換装置。
【請求項10】
前記第1スイッチング素子と並列に接続される還流ダイオード素子(110)を有し、
前記電流モニタ部は、前記電圧モニタ信号として、前記還流ダイオード素子のオン電圧よりも高い電圧を出力する請求項1に記載の半導体電力変換装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本開示は、直列に接続された第1スイッチング素子および第2スイッチング素子を有する半導体電力変換装置に関するものである。
続きを表示(約 2,300 文字)
【背景技術】
【0002】
従来より、直列に接続された第1スイッチング素子および第2スイッチングを有する半導体電力変換装置が提案されている。なお、第1スイッチング素子および第2スイッチング素子は、例えば、ソース、ドレイン、ゲート等を有するMOSFETで構成される。MOSFETは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略である。また、このようなMOSFETでは、内部に寄生ダイオードが構成される。
【0003】
そして、例えば、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に基づき、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子のオンオフを制御する半導体電力変換装置が提案されている。具体的には、この半導体電力変換装置では、ドレイン-ソース間電圧Vdsに基づき、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが同時にオン状態にならないように、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを同時にオフする期間を設けるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2020-127145号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のような半導体電力変換装置は、例えばインバータ回路を構成するために用いられ、損失低減や高周波駆動、高調波抑制等のため、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを同時にオフする期間を短くすることが望まれている。そして、上記の半導体電力変換装置において、一方のスイッチング素子を同期整流させ、同期整流させている側のスイッチング素子のドレイン-ソース間電圧Vdsを測定して第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが同時にオフする期間を調整しようとすると、次の現象が発生する可能性がある。
【0006】
すなわち、同期整流させている側のスイッチング素子には、オン状態からオフ状態になるとリカバリ電流が発生する。そして、ドレイン-ソース間電圧Vdsは、発生するリカバリ電流が流れる期間や大きさ等によって変動する。このため、ドレイン-ソース間電圧Vdsを測定して第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のオンオフを制御する場合、想定するオンオフの切り替え期間が実際のオンオフの切り替え期間と異なる可能性がある。したがって、ドレイン-ソース間電圧Vdsを測定して第1スイッチング素子および第2スイッチング素子のオンオフを制御する場合、制御のばらつきが発生する可能性があり、ひいては第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが短絡する可能性がある。
【0007】
本開示は、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが短絡することを抑制できる半導体電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の1つの観点によれば、半導体電力変換装置は、ゲートを有する第1スイッチング素子と、第1スイッチング素子と直列に接続され、ゲートを有する第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子のオンオフを制御するゲート信号(GS1)を出力するタイミング調整部(120)と、第1スイッチング素子のゲート電圧に応じた電圧モニタ信号(VM1)を出力するゲート電圧モニタ部(130)と、第1スイッチング素子に流れる電流に応じた電流モニタ信号(IM1)を出力する電流モニタ部(160)と、第1スイッチング素子に当該第1スイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させるゲート信号が印加された後、電圧モニタ信号および電流モニタ信号に基づき、第1スイッチング素子のゲート電圧が所定のゲート閾値に達した時点と第1スイッチング素子を流れる電流が所定の電流閾値に達した時点との間の期間を移行期間(TP)とする移行期間信号(TS1)を出力する移行期間検出部(180)と、第1スイッチング素子に当該第1スイッチング素子をオン状態からオフ状態に変化させるゲート信号が印加された後、電流モニタ信号に基づき、第1スイッチング素子を流れる電流が減少し始めた時点と電流が電流閾値に達した時点との間の期間を減少期間(DP)とする減少期間信号(SS1)を出力する減少期間検出部(190)と、を備え、タイミング調整部は、移行期間信号および減少期間信号が入力され、移行期間と減少期間との差が小さくなるように、第1スイッチング素子をオン状態とするためのゲート信号を出力する印加期間(AP)を調整する。
【0009】
これによれば、同期整流側である第1スイッチング素子がオフ状態になった後から第1スイッチング素子側に流れる電流が電流閾値に達するまでの期間を移行期間とし、この移行期間と、実際に電流が減少する減少期間との差を小さくするようにしている。このため、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが同時にオフ状態となる期間を短縮できる。また、このように第1スイッチング素子側に流れる電流によって第1スイッチング素子のオフ状態となる期間を調整するため、リカバリ電流の影響を受け難くなり、制御を高精度に行うことができる。したがって、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とが短絡することを抑制できる。
【0010】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
(【0011】以降は省略されています)
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