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JP2018007030A - 半導体スイッチ制御装置 - Google Patents

半導体スイッチ制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体スイッチの温度状態を正確に判定することができる半導体スイッチ制御装置を提供する。【解決手段】半導体スイッチ制御装置１は、ＦＥＴ１２とＦＥＴ１１とが隣接して配置されており、ソース端子同士が直列に接続され、ＦＥＴ１２のドレイン端子が高電圧バッテリ３に接続され、ＦＥＴ１１のドレイン端子が高電圧負荷２に接続される。そして、制御部５０は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａに基づいてＦＥＴ１１を含むマイナス側メインリレー１０Ｂの温度状態を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体スイッチ制御装置に関する。
従来、電気自動車やハイブリッド電気自動車等は、駆動モータ等の高電圧負荷と、当該高電圧負荷を駆動するための高電圧バッテリとが搭載され、保安を目的として高電圧バッテリから高電圧負荷に流れる電流を通電又は遮断するスイッチが設けられている。このスイッチは主に機械式リレーが用いられるが、近年、半導体スイッチを用いることも考えられている（例えば、特許文献１）。
特開２０１２−２３５６２９号公報
ところで、半導体スイッチは、通電により発熱して温度が上昇するので、半導体スイッチの温度状態を判定して温度上昇を抑制する必要がある。しかしながら、半導体スイッチの温度状態を判定する点でさらなる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体スイッチの温度状態を正確に判定することができる半導体スイッチ制御装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体スイッチ制御装置は、電源と負荷との間に設置され、前記電源と前記負荷との間に流れる電流を通電又は遮断する半導体スイッチモジュールと、前記半導体スイッチモジュールを制御する制御部と、を備え、前記半導体スイッチモジュールは、前記電流が流れる方向である順方向にボディダイオードが配置される順方向スイッチと、前記順方向スイッチと隣接して配置され、前記電流が流れる方向とは逆方向にボディダイオードが配置される逆方向スイッチとを有し、前記順方向スイッチと前記逆方向スイッチとは、ソース端子同士が直列に接続され、一方のドレイン端子が前記電源に接続され、他方のドレイン端子が前記負荷に接続されるか、又は、ドレイン端子同士が直列に接続され、一方のソース端子が前記電源に接続され、他方のソース端子が前記負荷に接続され、前記制御部は、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧に基づいて前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定することを特徴とする。
また、上記半導体スイッチ制御装置において、前記制御部は、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧と、前記順方向スイッチに流れる電流とに基づいて求められる前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの温度から前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定することが好ましい。
また、上記半導体スイッチ制御装置において、前記逆方向スイッチを制御し一定のプリチャージ電流を流すプリチャージ回路を備え、前記制御部は、前記プリチャージ回路によりプリチャージ制御が行われている場合、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧と、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの温度を判定するための閾値とから前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定することが好ましい。
また、上記半導体スイッチ制御装置において、前記制御部は、前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定する前に、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧が当該順方向電圧の基準となる基準電圧の範囲外である場合、前記順方向スイッチが故障であると判定し、前記逆方向スイッチをオフして前記電流を遮断することが好ましい。
本発明に係る半導体スイッチ制御装置は、順方向スイッチのボディダイオードの順方向電圧に基づいて半導体スイッチモジュールの温度状態を判定することにより、半導体スイッチモジュールの温度状態を正確に判定することができる。
図１は、実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、実施形態１に係るＦＥＴの制御例を示す図である。 図３は、実施形態１に係る順方向特性マップを示す図である。 図４は、実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置の動作例を示すタイミングチャートである。 図５は、実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置の動作例を示すフローチャートである。 図６は、実施形態２に係る半導体スイッチ制御装置の要部の構成例を示すブロック図である。 図７は、実施形態２に係る半導体スイッチ制御装置の動作例を示すタイミングチャートである。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態１〕
電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両電源システム１００は、図１に示すように、直流を交流に変換し電力を駆動モータに供給するインバータ２１等の高電圧負荷２と、当該高電圧負荷２を駆動するための電源である高電圧バッテリ３とが搭載され、保安を目的として高電圧バッテリ３と高電圧負荷２との間に流れる電流を通電又は遮断する半導体スイッチ制御装置１（１Ａ、１Ｂ）が設けられている。
実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置１Ａは、高電圧バッテリ３のプラス電極側に設置され、半導体スイッチモジュールとしてのプラス側メインリレー１０Ａを切り替えて、高電圧バッテリ３から高電圧負荷２に流れる電流を通電又は遮断する。半導体スイッチ制御装置１Ｂは、高電圧バッテリ３のマイナス電極側に設置され、半導体スイッチモジュールとしてのマイナス側メインリレー１０Ｂを切り替えて、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３に流れる電流を通電又は遮断する。半導体スイッチ制御装置１Ａは、半導体スイッチ制御装置１Ｂと同様な構成を有すると共に同様に制御するので、詳細な説明は省略する。以下、半導体スイッチ制御装置１Ｂについて説明する。半導体スイッチ制御装置１Ｂは、マイナス側メインリレー１０Ｂと、差動増幅回路２０と、駆動回路部３０と、電流検出部４０と、制御部５０とを備える。
マイナス側メインリレー１０Ｂは、高電圧バッテリ３のマイナス電極側と高電圧負荷２との間に設置され、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３のマイナス電極側に流れる電流を通電又は遮断する。なお、マイナス側メインリレー１０Ｂの上流側には、プラス側メインリレー１０Ａが設けられている。プラス側メインリレー１０Ａは、高電圧バッテリ３のプラス電極側と高電圧負荷２との間に設置され、高電圧バッテリ３のプラス電極側から高電圧負荷２に流れる電流を通電又は遮断する。
マイナス側メインリレー１０Ｂは、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ-ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）１１と、ＦＥＴ１２とを備える。ＦＥＴ１１、１２は、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ-Ｏｘｉｄｅ-Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＦＥＴである。ＦＥＴ１１は、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３のマイナス電極側に流れる電流Ｉ（以下、断りのない限り同じ。順方向電流Ｉ、Ｉａ、Ｉｂともいう。）が流れる方向とは逆方向にボディダイオード（寄生ダイオード）Ｄ１が配置される逆方向スイッチである。ボディダイオードＤ１は、アノード端子が高電圧バッテリ３のマイナス電極側に接続され、カソード端子が高電圧負荷２側に接続される。ＦＥＴ１１は、後述する駆動回路部３０により駆動され、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３のマイナス電極側に流れる電流Ｉを通電又は遮断する。ＦＥＴ１２は、ＦＥＴ１１と同様のＦＥＴであり、電流Ｉが流れる方向である順方向にボディダイオードＤ２が配置される順方向スイッチである。ボディダイオードＤ２は、カソード端子が高電圧バッテリ３のマイナス電極側に接続され、アノード端子が高電圧負荷２側に接続される。ＦＥＴ１２は、駆動回路部３０により駆動され、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａに基づいてボディダイオードＤ２の接合箇所の温度であるジャンクション温度（以下、温度ともいう。）が計測される。ここで、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａは、順方向電流Ｉを流したときのボディダイオードＤ２の電圧降下（電位差）を示すものである。ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、隣接して配置されており、ソース端子同士が直列に接続され、ＦＥＴ１２のドレイン端子が高電圧バッテリ３に接続され、ＦＥＴ１１のドレイン端子が高電圧負荷２に接続される。ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、例えば、接近した状態で並べて配置され、ベアチップ実装されたり、樹脂により封止されて実装されたりすることによってモジュール化された状態で基板に搭載される。
差動増幅回路２０は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａを出力するものである。差動増幅回路２０は、ボディダイオードＤ２のアノード端子及びカソード端子に接続され、アノード端子側とカソード端子側との電位差を増幅し順方向電圧Ｖｆａとして制御部５０に出力する。
駆動回路部３０は、ＦＥＴ１１を駆動する駆動回路３１と、ＦＥＴ１２を駆動する駆動回路３２と、ＦＥＴ１１をプリチャージ制御するプリチャージ回路３３とを備える。駆動回路３１は、ＦＥＴ１１のゲート端子に接続され、ＦＥＴ１１のスイッチをＯＮする制御として、ＦＥＴ１１のゲート端子にＯＮ電圧を印加してドレイン端子からソース端子に電流を流す。また、駆動回路３１は、ＦＥＴ１１のスイッチをＯＦＦする制御として、ＦＥＴ１１のゲート端子にＯＦＦ電圧を印加し、ドレイン端子からソース端子に流れる電流を遮断する。駆動回路３２は、ＦＥＴ１２のゲート端子に接続され、ＦＥＴ１２のスイッチをＯＮする制御として、ＦＥＴ１２のゲート端子にＯＮ電圧を印加してソース端子からドレイン端子に電流を流す。また、駆動回路３２は、ＦＥＴ１２のスイッチをＯＦＦする制御として、ＦＥＴ１２のゲート端子にＯＦＦ電圧を印加し、ソース端子からドレイン端子に流れる電流を遮断する。
プリチャージ回路３３は、高電圧バッテリ３と高電圧負荷２とを有する高電圧回路を起動させるときに、高電圧バッテリ３から高電圧負荷２に流れる突入電流を防ぐものである。プリチャージ回路３３は、ＦＥＴ１１のゲート端子に接続され、ＦＥＴ１１のゲート端子にプリチャージ電圧を印加し、一定のプリチャージ電流を流す。プリチャージ回路３３は、例えば、高電圧負荷２のインバータ２１のコンデンサＣＬをチャージする間だけプリチャージ電流を流す。
電流検出部４０は、高電圧バッテリ３と高電圧負荷２との間に流れる順方向電流Ｉを検出するものである。電流検出部４０は、例えば、マイナス側メインリレー１０Ｂと高電圧負荷２との間に流れる順方向電流Ｉを検出し、検出した順方向電流Ｉの電流値を制御部５０に出力する。
制御部５０は、駆動回路部３０を介してマイナス側メインリレー１０Ｂを制御するものである。制御部５０は、ＣＰＵ、記憶部を構成するＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。制御部５０は、マイナス側メインリレー１０Ｂの異常を診断する異常診断モードを有している。制御部５０は、異常診断モードを所定の周期で実行する。制御部５０は、異常診断モードではない場合、図２に示すように、ＦＥＴ１１をＯＮに設定すると共にＦＥＴ１２をＯＮに設定し、順方向電流ＩａをＦＥＴ１１、１２のソース端子とドレイン端子との間を通過させ、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３に順方向電流Ｉａを流す。制御部５０は、異常診断モードである場合、ＦＥＴ１１をＯＮに設定すると共にＦＥＴ１２をＯＦＦに設定し、順方向電流ＩｂをＦＥＴ１１のソース端子とドレイン端子との間を通過させると共に、順方向電流ＩｂをＦＥＴ１２のソース端子とドレイン端子との間を通過させずにＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２を通過させ、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３に順方向電流Ｉｂを流す。このとき、制御部５０は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと順方向電流Ｉｂとに基づいて求められるボディダイオードＤ２の温度からＦＥＴ１１（マイナス側メインリレー１０Ｂ）の温度状態を判定する。また、制御部５０は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａに基づいてＦＥＴ１２の故障を判定する。
具体的に、制御部５０は、温度計算部５１と、過熱検知部５２と、ＦＥＴ故障検知部５３とを備える。温度計算部５１は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の温度を計算するものである。温度計算部５１は、ＦＥＴ１２の順方向電圧Ｖｆａと順方向電流Ｉｂとに基づいてボディダイオードＤ２の温度を計算する。例えば、温度計算部５１は、図３に示すように、ボディダイオードＤ２の順方向特性を示す順方向特性マップ（Ｋファクタ）を記憶部に記憶している。順方向特性マップは、順方向電圧Ｖｆａと順方向電流Ｉｂと温度との関係を示すものである。順方向特性マップは、縦軸が順方向電流Ｉｂを示し、横軸が順方向電圧Ｖｆａを示し、順方向電流Ｉｂと順方向電圧Ｖｆａとから定まる範囲に温度が示されている。順方向特性マップは、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと順方向電流ＩｂとからボディダイオードＤ２の温度が定まる。例えば、順方向特性マップは、或る順方向電流Ｉｂの電流値において、順方向電圧Ｖｆａが低いほどボディダイオードＤ２の温度が高い傾向を示す。温度計算部５１は、順方向特性マップを参照し、順方向電圧Ｖｆａと順方向電流ＩｂとからボディダイオードＤ２の温度を計算し、計算結果を過熱検知部５２に出力する。なお、本実施形態１では、温度計算部５１は、順方向特性マップを用いてボディダイオードＤ２の温度を計算したがこれに限定されない。
過熱検知部５２は、ＦＥＴ１２（マイナス側メインリレー１０Ｂ）の温度状態を検知するものである。過熱検知部５２は、ボディダイオードＤ２の温度とボディダイオードＤ２の温度閾値とを比較する。ここで、ボディダイオードＤ２の温度閾値は、ＦＥＴ１２が過熱状態であるか否かを判定するための値であり、実験等に基づいて予め設定される。過熱検知部５２は、ボディダイオードＤ２の温度が温度閾値を超えている場合、ＦＥＴ１２が過熱状態と判定する。また、過熱検知部５２は、ボディダイオードＤ２の温度が温度閾値以下である場合、ＦＥＴ１２が適正温度状態と判定する。制御部５０は、ＦＥＴ１２が過熱状態である場合、当該ＦＥＴ１２と隣接して配置されたＦＥＴ１１も過熱状態であると判定（推定）することができる。これは、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、同様のＦＥＴが用いられ、隣接した状態でモジュール化されているためである。制御部５０は、ＦＥＴ１１が過熱状態であると判定した場合、駆動回路３１を制御してＦＥＴ１１をＯＦＦに設定し、ＦＥＴ１１のドレイン端子からソース端子に流れる電流を遮断する。一方、制御部５０は、ＦＥＴ１２が適正温度状態である場合、ＦＥＴ１１も適正温度状態であると判定（推定）することができる。制御部５０は、ＦＥＴ１１が適正温度状態であると判定した場合、ＦＥＴ１１のＯＮを継続する。
ＦＥＴ故障検知部５３は、マイナス側メインリレー１０Ｂの故障を検知するものである。ＦＥＴ故障検知部５３は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと当該順方向電圧Ｖｆａの基準となる基準電圧Ｖｆｂとを比較し、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが基準電圧Ｖｆｂの範囲外である場合、ＦＥＴ１２が故障していると判定する。ここで、基準電圧Ｖｆｂは、正常なボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが変化する範囲である。制御部５０は、ＦＥＴ１２が故障している場合、駆動回路３１を制御してＦＥＴ１１をＯＦＦに設定する。一方、ＦＥＴ故障検知部５３は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが基準電圧Ｖｆｂの範囲内である場合、ＦＥＴ１２が故障していないと判定する。制御部５０は、ＦＥＴ１２が故障していない場合、ＦＥＴ１１の温度状態を判定する。
次に、図４、図５を参照して半導体スイッチ制御装置１Ｂの動作例について説明する。制御部５０は、図４に示す時刻ｔ１でプラス側メインリレー１０ＡをＯＮに設定する（ステップＳ１）。次に、制御部５０は、時刻ｔ２でマイナス側メインリレー１０ＢのＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２をＯＮに設定する（ステップＳ２）。次に、制御部５０は、異常診断モードの開始時刻ｔ３でＦＥＴ１２をＯＦＦに設定する（ステップＳ３）。次に、制御部５０は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが基準電圧Ｖｆｂの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部５０は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが基準電圧Ｖｆｂの範囲内である場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度を計算する（ステップＳ５）。例えば、制御部５０は、順方向特性マップを参照し、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと順方向電流ＩｂとからボディダイオードＤ２の温度を計算する。次に、制御部５０は、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度が温度閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ６）。制御部５０は、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度が温度閾値を超えている場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ＦＥＴ１１が過熱状態であると判定する（ステップＳ７）。つまり、制御部５０は、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度が温度閾値を超えている場合、ＦＥＴ１２が過熱状態と判定し、ＦＥＴ１２と隣接して配置されたＦＥＴ１１も過熱状態であると判定（推定）する。次に、制御部５０は、ＦＥＴ１１をＯＦＦに設定し、高電圧負荷２から高電圧バッテリ３のマイナス電極側に流れる電流Ｉを遮断し（ステップＳ８）、処理を終了する。このとき、制御部５０は、図示しない車両内警報灯等の報知手段により車両の運転者に報知する。
また、制御部５０は、上述のステップＳ４で、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが基準電圧Ｖｆｂの範囲外である場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、ＦＥＴ１２が故障していると判定し（ステップＳ９）、ＦＥＴ１１をＯＦＦに設定して高電圧負荷２から高電圧バッテリ３のマイナス電極側に流れる電流Ｉを遮断し（ステップＳ８）、処理を終了する。また、制御部５０は、上述のステップＳ６で、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度が温度閾値以下である場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ＦＥＴ１１が適正温度状態であると判定し（ステップＳ１０）、時刻ｔ４でＦＥＴ１２をＯＦＦからＯＮに切り替え（ステップＳ１１）、所定の周期で再度異常診断モードを実行する（ステップＳ３）。
以上のように、実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置１（１Ａ、１Ｂ）は、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とが隣接して配置されており、ソース端子同士が直列に接続され、ＦＥＴ１２のドレイン端子が高電圧バッテリ３に接続され、ＦＥＴ１１のドレイン端子が高電圧負荷２に接続される。そして、制御部５０は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａに基づいてＦＥＴ１１（マイナス側メインリレー１０Ｂ）の温度状態を判定する。
これにより、半導体スイッチ制御装置１は、従来のサーミスタ等により半導体スイッチの周囲の温度を計測する場合と比較して、ボディダイオードＤ２のジャンクション温度に基づいてＦＥＴ１１の温度状態を正確に判定することができる。従来は、サーミスタ等により半導体スイッチの周囲の温度を計測するので、半導体スイッチのパッケージの熱抵抗の値を元に熱設計を行っているが、この場合十分なマージンを取る必要があり、半導体スイッチの性能を十分に発揮する上で妨げになっていた。これに対して、半導体スイッチ制御装置１は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の温度に基づいてＦＥＴ１１のジャンクション温度を判定することができるので、ＦＥＴ１１の熱設計においてマージンを大きく取る必要がなく、ＦＥＴ１１の性能を十分に発揮することができる。また、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、隣接した状態で配置されるが、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２との距離が近いほどＦＥＴ１１のジャンクション温度を精度よく判定することができる。
また、半導体スイッチ制御装置１は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと、ＦＥＴ１２に流れる順方向電流Ｉｂとに基づいて求められるボディダイオードＤ２の温度からＦＥＴ１１の温度状態を判定する。これにより、半導体スイッチ制御装置１は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと順方向電流Ｉｂとに基づいて計算されたボディダイオードＤ２のジャンクション温度に基づいてＦＥＴ１１の温度状態を判定することができる。
また、半導体スイッチ制御装置１は、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが当該順方向電圧Ｖｆａの基準となる基準電圧Ｖｆｂの範囲外である場合、ＦＥＴ１２が故障であると判定し、ＦＥＴ１１をＯＦＦに設定する。これにより、半導体スイッチ制御装置１は、ＦＥＴ１２の故障によりボディダイオードＤ２の温度が計測不能な状態で、ＦＥＴ１１の過熱状態を判定することを防止することができる。
なお、半導体スイッチ制御装置１は、順方向電圧Ｖｆａに基づいてＦＥＴ１１の温度状態を判定したが、ＦＥＴ１１を含むマイナス側メインリレー１０Ｂとして温度状態を判定してもよい。
〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る半導体スイッチ制御装置１Ｃについて説明する。なお、実施形態２の半導体スイッチ制御装置１Ｃは、実施形態１の半導体スイッチ制御装置１と同様の構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。半導体スイッチ制御装置１Ｃは、プリチャージ回路３３によりプリチャージ制御が行われている場合に、順方向電流Ｉｂを用いずにＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧ＶｆａからボディダイオードＤ２の温度を判定する点で実施形態１と異なる。半導体スイッチ制御装置１Ｃは、温度計算部５１及び過熱検知部５２の代わりにコンパレータ５４を備える。コンパレータ５４は、図６に示すように、差動増幅回路２０から出力されるボディダイオードＤ２の順方向電圧ＶｆａとボディダイオードＤ２の温度を判定するための電圧閾値Ｖｔとを比較し、比較結果を出力する比較器である。ここで、電圧閾値Ｖｔは、例えば、プリチャージ電流の大きさに基づいて予め設定される。コンパレータ５４は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧ＶｆａとボディダイオードＤ２の電圧閾値Ｖｔとを比較し、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが電圧閾値Ｖｔより低い場合、ボディダイオードＤ２の温度が相対的に高いのでＦＥＴ１２が過熱状態であることを示す過熱遮断信号を制御部５０に出力する。制御部５０は、コンパレータ５４から過熱遮断信号が出力されると、ＦＥＴ１１が過熱状態であると判定し、ＦＥＴ１１をＯＦＦに設定する。一方、コンパレータ５４は、ボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａが電圧閾値Ｖｔより高い場合、ボディダイオードＤ２の温度が相対的に低いので過熱遮断信号を制御部５０に出力しない。このように、実施形態２に係る半導体スイッチ制御装置１Ｃは、プリチャージ制御が行われている場合、順方向電流Ｉｂを用いずにＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧ＶｆａからボディダイオードＤ２の温度を判定する。なお、制御部５０は、プリチャージ制御を行う場合、図７に示すように、ＦＥＴ１２をＯＦＦに設定した状態で、時刻ｔ１０でＦＥＴ１１にプリチャージ電圧を印加し、定電流である順方向電流Ｉｂを流す。
以上のように、実施形態２に係る半導体スイッチ制御装置１Ｃは、プリチャージ回路３３によりプリチャージ制御が行われている場合、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａと、ＦＥＴ１２のボディダイオードＤ２の温度を判定するための電圧閾値ＶｔとからＦＥＴ１１（マイナス側メインリレー１０Ｂ）の温度状態を判定する。これにより、半導体スイッチ制御装置１Ｃは、プリチャージ制御が行われる場合、順方向電流Ｉｂを用いずにボディダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆａに基づいてボディダイオードＤ２の温度を判定することができるので、順方向電流Ｉｂと順方向電圧Ｖｆａとを用いてボディダイオードＤ２の温度を算出する必要がない。これにより、半導体スイッチ制御装置１Ｃは、実施形態１に係る半導体スイッチ制御装置１（１Ａ、１Ｂ）よりも演算量が少ないのでボディダイオードＤ２の温度を容易に判定することができる。なお、半導体スイッチ制御装置１Ｃは、順方向電圧Ｖｆａと電圧閾値Ｖｔとに基づいてＦＥＴ１１の温度状態を判定したが、ＦＥＴ１１を含むマイナス側メインリレー１０Ｂの温度状態として判定してもよい。
〔変形例〕
次に、変形例について説明する。半導体スイッチ制御装置１は、マイナス側メインリレー１０Ｂの温度状態を判定する例について説明したが、プラス側メインリレー１０Ａの温度状態を判定する構成としてもよい。
また、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、ソース端子同士が直列に接続される例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、ドレイン端子同士が直列に接続されてもよい。この場合、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とは、ＦＥＴ１１のソース端子が高電圧バッテリ３に接続され、ＦＥＴ１２のソース端子が高電圧負荷２に接続される。
また、高電圧バッテリ３を放電する例について説明したが、高電圧負荷２により高電圧バッテリ３を充電する場合にも本発明を適用することができる。高電圧バッテリ３を充電する場合は、順方向電流Ｉｂの向きが高電圧バッテリ３を放電する場合と逆向きになる。この場合、順方向電流Ｉｂは、高電圧バッテリ３のマイナス側から高電圧負荷２に向けて流れる。ＦＥＴ１１は、高電圧バッテリ３を充電する場合、順方向電流Ｉｂが流れる方向である順方向にボディダイオードＤ１が配置され、温度を検出するための順方向スイッチとして機能する。ＦＥＴ１２は、高電圧バッテリ３を充電する場合、順方向電流Ｉｂが流れる方向とは逆方向にボディダイオードＤ２が配置され、電流を通電又は遮断するための逆方向スイッチとして機能する。制御部５０は、ＦＥＴ１１のボディダイオードＤ１の順方向電圧Ｖｆａを検出することでボディダイオードＤ１の温度を計測し、計測されたボディダイオードＤ１の温度に基づいてＦＥＴ１２の温度状態を判定する。
また、ＦＥＴ故障検知部５３は、ＦＥＴ１２の故障を判定するために用いるものであるので、ＦＥＴ１１の温度状態を判定する上で必須の構成要素としなくてもよい。
また、半導体スイッチ制御装置１は、高電圧バッテリ３と高電圧負荷２とを有する高電圧回路以外に適用してもよい。例えば、半導体スイッチ制御装置１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に適用し、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路のスイッチング素子の温度状態を判定してもよい。
１、１Ａ、１Ｂ 半導体スイッチ制御装置
２ 高電圧負荷（負荷）
３ 高電圧バッテリ（電源）
１０Ａ プラス側メインリレー（半導体スイッチモジュール）
１０Ｂ マイナス側メインリレー（半導体スイッチモジュール）
１１ ＦＥＴ（逆方向スイッチ）
１２ ＦＥＴ（順方向スイッチ）
３３ プリチャージ回路
４０ 電流検出部
５０ 制御部
Ｄ１、Ｄ２ ボディダイオード
Ｉ、Ｉａ、Ｉｂ 電流、順方向電流
Ｖｔ 電圧閾値（閾値）

Claims (4)

  1. 電源と負荷との間に設置され、前記電源と前記負荷との間に流れる電流を通電又は遮断する半導体スイッチモジュールと、
    前記半導体スイッチモジュールを制御する制御部と、を備え、
    前記半導体スイッチモジュールは、
    前記電流が流れる方向である順方向にボディダイオードが配置される順方向スイッチと、
    前記順方向スイッチと隣接して配置され、前記電流が流れる方向とは逆方向にボディダイオードが配置される逆方向スイッチと、を有し、
    前記順方向スイッチと前記逆方向スイッチとは、
    ソース端子同士が直列に接続され、一方のドレイン端子が前記電源に接続され、他方のドレイン端子が前記負荷に接続されるか、又は、
    ドレイン端子同士が直列に接続され、一方のソース端子が前記電源に接続され、他方のソース端子が前記負荷に接続され、
    前記制御部は、
    前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧に基づいて前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定することを特徴とする半導体スイッチ制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧と、前記順方向スイッチに流れる電流とに基づいて求められる前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの温度から前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定する請求項１に記載の半導体スイッチ制御装置。
  3. 前記逆方向スイッチを制御し一定のプリチャージ電流を流すプリチャージ回路を備え、
    前記制御部は、
    前記プリチャージ回路によりプリチャージ制御が行われている場合、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧と、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの温度を判定するための閾値とから前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定する請求項１に記載の半導体スイッチ制御装置。
  4. 前記制御部は、
    前記半導体スイッチモジュールの温度状態を判定する前に、前記順方向スイッチの前記ボディダイオードの順方向電圧が当該順方向電圧の基準となる基準電圧の範囲外である場合、前記順方向スイッチが故障であると判定し、前記逆方向スイッチをオフして前記電流を遮断する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体スイッチ制御装置。
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