过电流保护电路及电力转换器

技术领域

本发明涉及电力转换器的过电流保护电路及电力转换器。

背景技术

以往，作为电力转换装置中的开关设备的过电流保护，例如，已知有专利文献1所公开的形态。

专利文献1公开了具备过电流保护电路20的开关电路40，该过电流保护电路20检测开关元件SW1的过电流并进行保护。过电流保护电路20具有过电流检测电路2，该过电流检测电路2具备检测在开关元件SW1中流动的过电流的电流检测器CT，用于基于由电流检测器CT检测到的在开关元件SW1中流动的电流是否超过阈值Ith而生成使开关元件SW2接通·断开的控制信号DET_oc。另外，过电流检测电路2通过电阻R2而使开关元件SW2接通·断开，以进行开关元件SW1的过电流保护，该电阻R2被设定为通过控制信号DET_oc而使开关元件SW2接通时的开关元件SW1的关断时间T2比开关元件SW1的关断时间T1长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-17882号公报

发明的概要

发明要解决的技术问题

如专利文献1公开的那样，在使用电流检测器检测在开关设备中流动的过电流的CT方式的形态中，可以基于通过电流检测器所检测到的电流值、以及预先设定的阈值来实现开关设备的接通·断开。但是，在该CT方式的形态中，虽然通用性高，但是，从检测过电流到接通·断开开关设备为止的响应速度依赖于电流检测器的响应速度，动作延迟变大。

作为其它的过电流的保护形态，举例示出了通过设备电压(例如，漏极电压)的上升来检测开关设备中流动的过电流的DESAT方式的形态。在该DESAT方式的形态中，检测开关设备中的过电流时的集电极-发射极间或漏极-源极间的电压上升，因此，虽然与使用了电流检测器(CT)的CT方式相比能够期待高速化，但是，功率线所包含的噪声容易干扰。因此，在DESAT方式的形态中，需要设置降低功率线所包含的噪声干扰的噪声滤波器等，会产生该滤波器延迟导致的动作延迟。

发明内容

本发明是鉴于上述情况所做出的，其目的在于提供可以高速地感测开关设备中流动的过电流，并实现针对过电流的保护的过电流保护电路的技术。

用于解决技术问题的方案

用于解决上述技术问题的公开的技术的一个形态是，

一种过电流保护电路，是开关设备的过电流保护电路，所述开关设备基于输入到第一端子的控制信号，使第二端子与第三端子之间的导通成为开状态或闭状态，所述过电流保护电路，其特征在于，具备：

第一开关元件，具有供预定的阈值电压输入的第四端子、与所述开关设备的第一端子连接的第六端子、以及第五端子；以及

第二开关元件，具有与所述第一开关元件的第五端子连接的第七端子、与所述第四端子连接的第八端子、以及第九端子，

所述第一开关元件基于输入所述第四端子的预定的阈值电压，感测所述开关设备的所述第一端子与所述第三端子之间的电压值超过预定的阈值，使所述第六端子与所述第五端子之间导通，并且，

所述第二开关元件以所述第一开关元件的所述第六端子与所述第五端子之间的导通为契机，使所述第八端子与所述第九端子之间导通，并使输入到所述第一开关元件的第四端子的所述预定的阈值电压降低。

由此，能够在施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)的情况下，判断过电流的产生，开始对开关设备Q1的保护动作。另外，构成过电流保护电路的开关元件Q2以超过判定电压(V_b-Vth)为契机而转移到接通状态，使漏极-源极间导通。另外，流入开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的电流通过开关元件Q2的漏极-源极间而施加于开关元件Q3的栅极端子，使开关元件Q3转移到接通状态，使开关元件Q3的漏极-源极间导通。通过过电流保护电路，能够以施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)为契机，使流入栅极端子G-源极端子S间的电流在接地侧导通。其结果是，能够高速地感测施加于过电流时产生了过冲的开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs的上升，使蓄积于栅极·源极间电压Vgs的电荷放电，停止开关设备Q1的动作。由此，能够提供可以高速地感测开关设备Q1中流动的过电流，并实现针对过电流的保护的过电流保护电路。

此外，在公开的技术的一个形态中，也可以是，还具备：第一电阻元件，一端与所述第一开关元件的第五端子连接；以及第一二极管元件，所述第一电阻元件的另一端与阳极端子连接，所述第一开关元件的第四端子与阴极端子连接，在所述第一开关元件中，对通过彼此导通的所述第六端子与所述第五端子而流入所述第二开关元件的第八端子的电流进行控制。由此，能够使通过开关元件Q2的漏极-源极间而流入的电流的一部分通过电阻R2、二极管元件D1，流入转移到接通状态的开关元件Q3的漏极-源极间。通过设置电阻R2、二极管元件D1，能够防止开关元件Q2以恒定的电压值被箝位，使由于过冲而瞬间上升至电压值V_OC的开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs降低到0V附近。

此外，在公开的技术的一个形态中，也可以是，还具备：阈值电压生成电路，具有第二电阻元件、以及第一电容器元件及第二二极管元件，所述第二电阻元件与用于生成输入所述第一端子的控制信号的电源的正极和负极之中的一方连接，所述第一电容器元件及第二二极管元件在所述第二电阻元件与所述电源的正极和负极之中的另一方之间并联连接，所述阈值电压生成电路生成输入所述第一开关元件的第四端子的所述预定的阈值电压。由此，通过齐纳二极管D2而生成的阈值电压的电压值可以调整，可以维持通过电容器C1而生成的阈值电压值。此外，阈值电压生成电路11c可以通过电阻R3限制齐纳二极管D2中流动的电流值。

此外，在公开的技术的一个形态中，也可以是，还具备：反馈电路，感测输入到所述第一开关元件的第四端子的所述预定的阈值电压的放电导致的电压降低，使输入所述第一端子的控制信号的生成停止或开始。由此，例如，可以基于所反馈的错误信号V_error，使包括开关电路1的电力转换器整体的动作停止/开始。此外，在过电流产生时，能够安全地停止开关设备Q1的动作。

此外，在公开的技术的一个形态中，也可以是，所述第一开关元件由p型MOSFET构成，所述第四端子是栅极端子，所述第五端子是漏极端子，所述第六端子是源极端子，所述第二开关元件由n型MOSFET构成，所述第七端子是栅极端子，所述第八端子是漏极端子，所述第九端子是源极端子。

进一步地，在公开的技术的其他的形态中，也可以是一种电力转换器，其特征在于，具备权利要求1至5中任一项所述的过电流保护电路。在这样的形态中，也能够高速地感测施加于在过电流时产生了过冲的开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs的上升，使蓄积于栅极·源极间电压Vgs的电荷放电，停止开关设备Q1的动作。由此，能够提供可以高速地感测开关设备Q1中流动的过电流，并实现针对过电流的保护的过电流保护电路10。

发明的效果

根据本公开的形态，能够提供可以高速地感测开关设备中流动的过电流，并实现针对过电流的保护的过电流保护电路。

附图说明

图1是说明成为本发明的前提的开关电路的简要构成的电路图。

图2是说明成为本发明的前提的短路时的开关设备的动作的图。

图3是示出本发明的实施例1所涉及的过电流保护电路的电路结构的电路图。

图4是说明本发明的实施例1所涉及的过电流保护电路的电路动作的图。

图5是说明本发明的实施例1所涉及的过电流保护电路的电路动作的时序图。

图6是示出本发明的实施例2所涉及的阈值电压生成电路的电路结构的电路图。

图7是示出本发明的实施例3所涉及的过电流保护电路的电路结构的电路图。

图8是示出本发明的实施例4所涉及的半桥电路的电路结构的电路图。

图9是示出本发明的实施例5所涉及的全桥电路的电路结构的电路图。

具体实施方式

应用例

以下，参照附图对本发明的应用例进行说明。

图1是说明作为本发明的应用例的前提的开关电路的简要构成的电路图。图1中举例示出了开关电路100，该开关电路100包括在本应用例中成为过电流保护的对象的开关设备Q101、以及通过电阻R101而与该设备Q101的栅极端子G连接的驱动电路110。举例示出成为本发明的应用例的前提的开关设备Q101是可以进行大电力的高速开关的IGBT、SiC半导体、GaN半导体这样的下一代型的半导体设备。特别是，在原料构成中包含GaN的GaN设备与其它设备相比，具有能够进行更高速开关动作的特征。因此，在电力转换器的领域中，作为开关设备，期待可以实现基于更高速开关的动作的GaN设备的普及。但是，在GaN设备中，与IGBT、SiC这样的其它设备相比，短路时的短路耐量处于相对较低的倾向。因此，在以往的基于CT方式、DESAT方式的过电流保护的形态中，到过电流保护发挥功能为止的延迟大，因此，存在短路时的过电流保护未发挥功能，而损伤开关设备的风险。

如图2所示，当过电流流入开关设备Q101的漏极端子D时，施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs瞬间上升而引起过冲。另外，存在过电流从与开关设备Q101的漏极端子D连接的其它电路结构流入，从而引起短路损坏的情况。另一方面，在稳态时，施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs不会过冲，在漏极端子D-源极端子S间流动的漏极电流Id也被控制为稳态值。

在本应用例中，如图3至图5所示，设置过电流保护电路10，该过电流保护电路10基于短路时与非短路时的栅极·源极间电压Vgs的电压差，进行针对流入开关设备Q1的漏极端子D-源极端子S间的过电流的保护。过电流保护电路10在构成中包括阈值电压生成电路11、开关元件Q2、开关元件Q3、电阻R2、以及二极管元件D1。开关元件Q2是P沟道型的MOSFET，开关元件Q3是N沟道型的MOSFET。开关元件Q2及开关元件Q3作为互补MOSFET而发挥功能。

开关元件Q2的源极端子与开关设备Q1的栅极端子G连接，开关元件Q2的漏极端子与电阻R2的一端侧连接。电阻R2的另一端侧与二极管元件D1的阳极端子连接，二极管元件D1的阴极端子与开关元件Q2的栅极端子连接。此外，开关元件Q3的漏极端子与开关元件Q2的栅极端子连接，开关元件Q3的源极端子与开关设备Q1的源极端子S连接。另外，开关元件Q3的栅极端子与开关元件Q2的漏极端子连接。阈值电压生成电路11的端子11a与开关元件Q3的漏极端子连接，阈值电压生成电路11的端子11b与开关元件Q3的源极端子连接。阈值电压生成电路11以监视开关元件Q3的漏极端子-源极端子间电压V_b，并针对流入开关设备Q1的漏极端子D-源极端子S间的过电流保护该设备Q1的方式发挥功能。通过本应用例，可以高速地感测流入开关设备Q1的漏极端子D-源极端子S间的过电流，因此，能够对通过以往的基于CT方式、DESAT方式的形态无法获得充分的保护功能的GaN设备提供过电流保护。

实施例1

以下，使用附图对本发明的具体的实施方式进行更加详细的说明。需要指出，以下所示的实施方式的构成为示例，公开的技术并不限定于实施方式的构成。

电路结构

图1是说明本发明的实施例的前提所涉及的开关电路的简要构成的电路图。在图1中，举例示出开关电路100，该开关电路100包括成为本实施方式的过电流保护的对象的开关设备Q101、以及通过电阻R101与该设备Q101的栅极端子G连接的驱动电路110。电阻R101限制流入开关设备Q101的栅极电流。

例如，开关电路100构成设置于电源系统的功率调节器(PCS)中的电力转换器，该电源系统与商用的电力系统协作运用。在包括开关电路100的电力转换器中，例如，进行用于将蓄电池单元中所蓄积的直流电力、以及通过太阳能发电而发出的直流电力转换为与商用的电力系统同步的交流电力的电力转换处理；以及用于将电力系统等所供给的交流电力转换为直流电力的电力转换处理。

驱动电路110按照PWM信号V_sig进行驱动开关设备Q101的驱动电压Vs的PWM控制，生成用于以预定的占空比使开关设备Q101接通/断开的栅极信号Vgs。驱动电路110所生成的栅极信号Vgs被施加于开关设备Q101的栅极-源极间。开关设备Q101根据栅极信号Vgs的2值的状态而使漏极-源极间接通/断开。例如，开关设备Q101在栅极信号Vgs的电压状态为高状态时，使漏极端子D-源极端子S导通，在栅极信号Vgs的电压状态为低状态时，使漏极端子D-源极端子S断开。在开关设备Q101中，根据栅极信号Vgs的状态控制在漏极端子D-源极端子S间流动的漏极电流Id。

针对开关设备Q101，举例示出可以实现大电力的高速开关的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor：绝缘型双极晶体管)、SiC(Silicon Carbide：碳化硅)半导体、GaN(Gallium nitride：氮化镓)半导体这样的下一代型的半导体设备。特别是，原料构成中包含GaN的GaN设备与其它设备相比，具有可以实现基于更高速开关的动作的特征。因此，在电力转换器的领域中，作为开关设备，期待可以实现基于更高速开关的动作的GaN设备的普及。但是，在GaN设备中，与IGBT、SiC这样的其它设备相比，短路时的短路耐量处于相对较低的倾向。因此，在以往的基于CT方式、DESAT方式的过电流保护的形态中，到过电流保护发挥功能为止的延迟大，因此，存在短路时的过电流保护未发挥功能，损伤开关设备的风险。

图2是说明短路时的开关设备Q101的动作的图。在图2中，举例示出表示短路时施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs、以及在漏极端子D-源极端子S间流动的漏极电流Id的转变的曲线。在图2中，实线所示的曲线表示短路时的转变，虚线所示的曲线表示非短路时的曲线。需要指出，图2的横轴表示时间经过(μ秒)，纵轴表示栅极·源极间电压Vgs的大小、漏极电流Id的大小。

一般情况下，在包括开关电路100的电力转换器中，由于从与开关设备Q101的漏极端子D连接的其它电路结构流入的过电流，产生漏极端子D-源极端子S间的短路。这里，如图2的实线所表示的曲线所示，当过电流流入开关设备Q101的漏极端子D时，施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs瞬间上升而引起过冲。从与开关设备Q101的漏极端子D连接的其它电路结构流入的过电流通过漏极端子D-源极端子S间而流入开关电路100。

另一方面，如图2的虚线所表示的曲线所示，可知：在稳态时，施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs不会过冲，在漏极端子D-源极端子S间流动的漏极电流Id也被控制为稳态值。

在本实施方式中，如图2所示，基于短路时与非短路时的栅极·源极间电压Vgs的电压差，实现针对流入开关设备Q101的漏极端子D-源极端子S间的过电流的保护。通过本实施方式中公开的技术，可以高速地感测在开关设备Q101的漏极端子D-源极端子S间流动的过电流，因此，能够对通过以往的基于CT方式、DESAT方式的形态无法获得充分的保护功能的GaN设备提供过电流保护。

电路动作

图3是示出本实施例所涉及的过电流保护电路10的电路结构的电路图。在图3中，举例示出开关电路1，开关电路1包括该本实施方式中成为过电流保护的对象的开关设备Q1、以及经由电阻R1与该设备Q1的栅极端子G连接的驱动电路20。本实施例所涉及的过电流保护电路10基于开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs，高速地感测在漏极端子D-源极端子S间流动的过电流，进行该设备的过电流保护。需要指出，图3所示的开关电路1、开关设备Q1、驱动电路20、电阻R1分别相当于图1所示的开关电路100、开关设备Q101、驱动电路110、电阻R101，因此，省略详细的说明。在图3中，也是驱动电路20所生成的栅极信号Vgs被施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间，开关设备Q1根据栅极信号Vgs的2值的状态使漏极端子D-源极端子S间接通/断开(导通/开放)。需要指出，在本实施例中，开关设备Q1是“开关设备”的一个例子，开关设备Q1的栅极端子G是“第一端子”，漏极端子D是“第二端子”，源极端子S是“第三端子”的一个例子。

如图3所示，本实施例所涉及的过电流保护电路10如单点划线所包围的矩形框所示，在构成中包括阈值电压生成电路11、开关设备Q2、开关设备Q3、电阻R2、以及二极管元件D1。需要指出，以下，为了与成为过电流保护的对象的开关设备Q1进行区分，将构成过电流保护电路10的开关设备Q2及开关设备Q3分别也称为“开关元件Q2”、“开关元件Q3”。例如，开关元件Q2是P沟道型的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：场效应晶体管)，开关元件Q3由N沟道型的MOSFET构成。开关元件Q2及开关元件Q3作为互补MOSFET而发挥功能。需要指出，在本实施例中，开关元件Q2是“第一开关元件”的一个例子，开关元件Q2的栅极端子是“第四端子”，漏极端子是“第五端子”，源极端子是“第六端子”的一个例子。此外，开关元件Q3是“第二开关元件”的一个例子，开关元件Q3的栅极端子是“第七端子”，漏极端子是“第八端子”，源极端子是“第九端子”的一个例子。

在过电流保护电路10中，开关元件Q2的源极端子与开关设备Q1的栅极端子G连接，开关元件Q2的漏极端子与电阻R2的一端侧连接。电阻R2的另一端侧与二极管元件D1的阳极端子连接，二极管元件D1的阴极端子与开关元件Q2的栅极端子连接。需要指出，在本实施例中，电阻R2是“第一电阻元件”的一个例子，二极管元件D1是“第一二极管元件”的一个例子。

此外，在过电流保护电路10中，开关元件Q3的漏极端子与开关元件Q2的栅极端子连接，开关元件Q3的源极端子与开关设备Q1的源极端子S连接。另外，开关元件Q3的栅极端子与开关元件Q2的漏极端子连接。阈值电压生成电路11的端子11a与开关元件Q3的漏极端子连接，阈值电压生成电路11的端子11b与开关元件Q3的源极端子连接。阈值电压生成电路11以监视开关元件Q3的漏极端子-源极端子间电压V_b，并针对流入开关设备Q1的漏极端子D-源极端子S间的过电流对该设备Q1进行保护的方式发挥功能。

图4是说明本实施方式所涉及的过电流保护电路10的电路动作的图。如图4的实线所包围的会话框A1所示，在过电流保护电路10中，监视施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs。具体而言，过电流保护电路10进行超过判定电压(V_b-Vth)的判定，该判定电压(V_b-Vth)用于判定在施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs瞬间上升的过冲时的过电流产生。这里，电压值Vth是开关元件Q2的阈值电压，当Vth以下的电压被施加于栅极·源极间时，开关Q2的漏极-源极间成为导通状态。如使用图2说明的那样，电压值V_b是基于短路时与非短路时的栅极·源极间电压Vgs的电压差而设定的，是用于判定具有与开关设备Q1的栅极端子G连接的源极端子的开关元件Q2过冲的阈值电压。

在施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)的情况下，过电流保护电路10判断过电流的产生，开始对开关设备Q1的保护动作。

开关元件Q2以开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)为契机转移到接通状态，使漏极-源极间导通(图4、“圆圈1ON”)。流入开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的电流通过开关元件Q2的漏极-源极间而施加于开关元件Q3的栅极端子，使开关元件Q3转移到接通状态(图4、“圆圈2ON”)。转移到接通状态的开关元件Q3使漏极-源极间导通(图4、“圆圈3ON”)。

需要指出，通过开关元件Q2的漏极-源极间而流入的电流的一部分通过电阻R2、二极管元件D1，并通过转移到接通状态的开关元件Q3的漏极-源极间，流入开关设备Q1的源极端子S。

图5是说明本实施方式所涉及的过电流保护电路10的电路动作的时序图。在图5中，举例示出表示相同时间轴上的各种电路结构的转变的时序图。图5的(1)举例示出产生了过电流时的流入开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs及漏极端子D-源极端子S间的过电流的转变。同样地，在图5的(2)中，举例示出开关元件Q2的栅极·源极间电压Vgs_Q2的转变，在图5的(3)中，举例示出开关元件Q3的栅极·源极间电压Vgs_Q3的转变。此外，在图5的(4)中，举例示出电压值V_b的转变，在图5的(5)中，举例示出驱动电路20中的PWM信号V_sig的状态的转变(t1至t3)。

在图5中，设为开关设备Q1在PWM信号V_sig的t1的定时产生稳态状态、在t2的定时产生短路状态来进行说明。需要指出，PWM信号V_sig的t3表示刚进行了基于本实施方式的过电流保护后的状态。

如图5的(1)所示，在t1的定时处于稳态状态的开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs在电压值V_H与“0V”之间变化，流动在漏极端子D-源极端子S间的电流Id在电流值I_H与“0A”之间变化。在该状态下，如图5的(2)所示，开关元件Q2的栅极·源极间电压Vgs被施加判定阈值以下的电压，因此，在开关元件Q2中维持断开状态。此外，如图5的(3)及(4)所示，在开关元件Q2为断开状态时，开关元件Q3也维持断开状态，电压值V_b维持预定的电压值(电压值V_b)。

若在t2的定时产生短路状态，则开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs超过电压值V_H，变化为电压值V_OC，过电流I_OC流入漏极端子D-源极端子S间。

如图5的单点划线所包围的矩形框A4、以及实线会话框A3所示，过电流保护电路10进行超过判定电压(V_b-Vth)的判定，该判定电压(V_b-Vth)用于判定施加于栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs瞬间上升的过冲时的过电流产生。另外，过电流保护电路10的开关元件Q2以超过判定电压(V_b-Vth)为契机而转移到接通状态，使漏极-源极间导通。此外，流入开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的电流通过开关元件Q2的漏极-源极间，施加于开关元件Q3的栅极端子，而使开关元件Q3转移到接通状态。

通过开关元件Q2的漏极-源极间而流入的电流的一部分通过电阻R2、二极管元件D1，流入转移到接通状态的开关元件Q3的漏极-源极间，在阈值电压生成电路11的端子11b侧接地。

在阈值电压生成电路11中，如图5的(4)所示，通过转移到接通状态的开关元件Q3的漏极-源极间，使电压值V_b放电并降低到“0V”。

在刚开始基于本实施方式的过电流保护功能后的定时t3，开关元件Q2及Q3维持接通状态。因此，如图5的(1)、(5)所示，即便V_sig的状态是高状态，流入开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的电流通过开关元件Q2及Q3而接地，开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs不会恢复到稳态状态的电压值V_H。即，在开关设备Q1中维持断开状态，因此，在漏极端子D-源极端子S间流动的电流Id被截止。

根据本实施方式所涉及的过电流保护电路10，能够在施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间的电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)的情况下，判断过电流的产生，开始对开关设备Q1的保护动作。另外，构成过电流保护电路10的开关元件Q2以超过判定电压(V_b-Vth)为契机而转移到接通状态，使漏极-源极间导通。另外，流入开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的电流通过开关元件Q2的漏极-源极间而施加于开关元件Q3的栅极端子，使开关元件Q3转移到接通状态，使开关元件Q3的漏极-源极间导通。根据本实施方式所涉及的过电流保护电路10，能够以施加于开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs超过判定电压(V_b-Vth)为契机，使流入栅极端子G-源极端子S间的电流在开关元件Q3的源极侧接地。其结果是，在本实施方式中，能够高速地感测施加于过电流时产生了过冲的开关设备Q1的栅极端子G-源极端子S间的栅极·源极间电压Vgs的上升，使蓄积于栅极·源极间电压Vgs的电荷放电，停止开关设备Q1的动作。由此，能够提供可以高速地感测在开关设备Q1中流动的过电流，并实现针对过电流的保护的过电流保护电路10。

此外，本实施方式所涉及的过电流保护电路10能够使通过开关元件Q2的漏极-源极间而流入的电流的一部分通过电阻R2、二极管元件D1，流入转移到接通状态的开关元件Q3的漏极-源极间。通过设置电阻R2、二极管元件D1，能够防止开关元件Q2以恒定的电压值被箝位，使由于过冲而瞬间地上升至电压值V_OC的开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs降低到0V附近。

实施例2

图6是示出实施例2所涉及的阈值电压生成电路11c的电路结构的电路图。在图6中，举例示出由电阻R3、电容器C1、以及齐纳二极管D2构成的阈值电压生成电路11c。如图6所示，电阻R3的一端与供给驱动开关设备Q1的驱动电压Vs的电源连接，另一端与电容器C1的一端连接。电容器C1的另一端与开关元件Q3的源极端子连接。此外，齐纳二极管D2的阴极端子与电阻R3的一端连接，阳极端子与开关元件Q3的源极端子连接。需要指出，在本实施例中，电阻R3是“第二电阻元件”的一个例子，齐纳二极管D2是“第二二极管元件”的一个例子。

由于实施例2所涉及的过电流保护电路10具备这样的阈值电压生成电路11c，从而经由齐纳二极管D2所生成的阈值电压的电压值可以调整，可以维持通过电容器C1所生成的阈值电压值。此外，阈值电压生成电路11c可以通过电阻R3限制齐纳二极管D2中流动的电流值。在实施例2所涉及的阈值电压生成电路11c中，例如，将所生成的阈值电压值设定为比稳态动作时的开关设备Q1的栅极·源极间电压Vgs高数V左右即可。需要指出，图6中举例示出的阈值电压生成电路11c是使用了作为模拟元件的R-C-ZT的形态的一个例子，例如，也可以是使用三端子稳压器这样的其它形态。

实施例3

图7是示出实施例3所涉及的过电流保护电路10a的电路结构的电路图。在图7中，举例示出将被过电流保护电路10a监视的过电流信号向开关设备Q1的驱动电路20的输入信号侧反馈的电路形态。如图7所示，过电流保护电路10a具有使电压值V_b向控制部30反馈的路径。控制部30是控制驱动电路20、包括开关设备Q1的开关电路1的电路。如实施例1中说明的那样，在开关设备Q1的漏极端子D-源极端子S间产生了过电流的情况下，通过过电流保护功能，电压值V_b降低。例如，过电流保护电路10a通过A/D转换器12对感测到的电压值V_b进行转换，生成信号V_F。例如，所生成的信号V_F作为错误信号V_error而被反馈到控制部30。例如，控制部30可以基于所反馈的错误信号V_error，使包括开关电路1的电力转换器整体的动作停止/开始。

需要指出，如图7所示，针对通过A/D转换器12而被转换的信号V_F，输出当过电流产生时为“0”、稳态时为“11”这样的2值的状态信号时，也能够使用该状态信号使驱动电路20停止。具体而言，过电流保护电路10a具备输出控制部30所输出的控制信号V_siga与上述状态信号的逻辑积(AND)的逻辑设备13。另外，过电流保护电路10a将逻辑设备13的逻辑结果作为驱动电路20的控制信号V_sigb供给即可。在过电流产生时，逻辑设备13的输出(AND输出)成为低(LOW)状态，因此，能够安全地停止开关设备Q1的动作。

实施例4

图8是示出实施例4所涉及的半桥电路2的电路结构的电路图。在图8中，举例示出在两个系统中包括实施例1中举例示出的开关电路1的半桥电路2的形态。如图8所示，一个系统的开关电路1包括驱动电路20a、开关设备Q1a、阈值电压生成电路11e、以及过电流保护部15a而构成。此外，其它系统的开关电路1包括驱动电路20b、开关设备Q1b、阈值电压生成电路11f、以及过电流保护部15b而构成。需要指出，过电流保护部15a、15b是实施例1中的过电流保护电路10的阈值电压生成电路11之外的结构。在实施例4所涉及的半桥电路2中，两个系统的开关电路1协作进行电力转换，并将转换后的输出向输出端子b1输出。

在图8的形态中，A/D转换器12a对感测到的电压值V_b1进行转换，生成信号V_F1。此外，A/D转换器12b对感测到的电压值V_b2进行转换，生成信号V_F2。例如，各A/D转换器基于感测到的电压值V_b，输出在过电流产生时为“0”、在稳态时为“1”这样的2值的状态信号。各A/D转换器的输出信号被输入到输出逻辑积的逻辑设备13b。

通过逻辑设备13b，在两个系统的开关电路的任一个中产生了过电流的情况下，从逻辑设备13b输出低状态的输出信号。在图8的形态中，能够将逻辑设备13b的输出信号作为错误信号V_error反馈到控制部30a，因此，可以基于该错误信号，使包括半桥电路2的电力转换器整体的动作稳定地停止/开始。此外，在逻辑设备13a中，也可以取逻辑设备13b的输出信号与控制部30a所输出的控制信号V_sig1_a的逻辑积(AND)。在任一个开关电路中产生了过电流的情况下，作为逻辑设备13a的输出(AND输出)的控制信号V_sig1_b成为低状态，因此，能够使开关设备Q1a的动作安全地停止。

在逻辑设备13c中也是同样的情况。通过取逻辑设备13b的输出信号与控制部30a所输出的控制信号V_sig2_a的逻辑积(AND)，从而在任一个开关电路中产生了过电流的情况下，能够使开关设备Q1b的动作安全地停止。

实施例5

图9是示出实施例5所涉及的全桥电路3的电路结构的电路图。在图9中，举例示出将实施例1中举例示出的开关电路1包括在四个系统中的全桥电路4的形态。第一个系统的开关电路1包括驱动电路20c、开关设备Q1c、阈值电压生成电路11g、以及过电流保护部15c而构成。第二个系统的开关电路1包括驱动电路20d、开关设备Q1d、阈值电压生成电路11h、以及过电流保护部15d而构成。第三个系统的开关电路1包括驱动电路20e、开关设备Q1e、阈值电压生成电路11i、以及过电流保护部15e而构成。第四个系统的开关电路1包括驱动电路20f、开关设备Q1f、阈值电压生成电路11j、以及过电流保护部15f而构成。在实施例5所涉及的全桥电路3中，四个系统的开关电路1协作进行电力转换，并将转换后的输出向输出端子b1a、b1b输出。

在图9的形态中，也是A/D转换器12c对感测到的电压值V_b1进行转换，生成信号V_F1。此外，A/D转换器12d对感测到的电压值V_b2进行转换，生成信号V_F2。同样地，A/D转换器12e对感测到的电压值V_b3进行转换，生成信号V_F3，A/D转换器12f对感测到的电压值V_b4进行转换，生成信号V_F4。例如，各A/D转换器基于感测到的电压值V_b1至电压值V_b4，输出在过电流产生时为“0”、在稳态时为“1”这样的2值的状态信号。各A/D转换器的输出信号被输入到输出逻辑积的逻辑设备13d。

通过逻辑设备13d，在四个系统的开关电路的任一个中产生了过电流的情况下，从逻辑设备13d通过逻辑积输出低状态的输出信号。在图9的形态中，也能够将逻辑设备13d的输出信号作为错误信号V_error反馈到控制部30b，因此，可以基于该错误信号，使包括全桥电路3的电力转换器整体的动作稳定地停止/开始。

此外，在逻辑设备13e中，也可以取逻辑设备13d的输出信号与控制部30b所输出的控制信号V_sig1_a的逻辑积(AND)。在任一个开关电路中产生了过电流的情况下，作为逻辑设备13e的输出(AND输出)的控制信号V_sig1_b成为低状态，因此，能够安全地使开关设备Q1c的动作停止。

针对逻辑设备13f、13g、13h也是同样的情况。通过取逻辑设备13d的输出信号与控制部30b所输出的控制信号V_sig2_a、控制信号V_sig3_a、控制信号V_sig4_a的各自的逻辑积，能够安全地使开关设备Q1d、Q1e、Q1f的动作停止。

其它

上述的实施方式仅为一个例子，本实施方式的公开可以在不脱离其宗旨的范围内适当地变更实施。在本公开中说明的处理、方案，在不会产生技术性的矛盾的范围内能够自由地组合实施。

此外，作为由一个电路、装置进行的处理而进行了说明的处理也可以由多个电路、装置来分担执行。或者，作为由不同的电路、装置进行的处理而进行了说明的处理也可以由一个电路、装置来执行。

需要指出，以下，为了可以对本发明的构成要件与实施例的构成进行对比，附带附图标记对本发明的构成要件进行记载。

发明1

一种过电流保护电路(10)，是开关设备(Q1)的过电流保护电路(10)，该开关设备(Q1)基于输入到第一端子(Q1、G)的控制信号，使第二端子(Q1、D)与第三端子(Q1、S)之间的导通成为开状态或闭状态，所述过电流保护电路(10)，其特征在于，具备：

第一开关元件(Q2)，具有供预定的阈值电压输入的第四端子(Q2、G)、与所述开关设备(Q1)的第一端子(Q1、G)连接的第六端子(Q2、S)、以及第五端子(Q2、D)；以及

第二开关元件(Q3)，具有与所述第一开关元件(Q2)的第五端子(Q2、D)连接的第七端子(Q3、G)、与所述第四端子(Q2、G)连接的第八端子(Q3、D)、以及第九端子(Q3、S)，

所述第一开关元件(Q2)基于输入所述第四端子(Q2、G)的预定的阈值电压，感测所述开关设备(Q1)的所述第一端子(Q1、G)与所述第三端子(Q1、S)之间的电压值超过预定的阈值，并使所述第六端子(Q2、S)与所述第五端子(Q2、D)之间导通，并且，

所述第二开关元件(Q3)以所述第一开关元件(Q2)的所述第六端子(Q2、S)与所述第五端子(Q2、D)之间的导通为契机，使所述第八端子(Q3、D)与所述第九端子(Q3、S)之间导通，并使输入到所述第一开关元件(Q2)的第四端子(Q2、G)的所述预定的阈值电压降低。

附图标记说明

1、100 开关电路

2 半桥电路

3 全桥电路

10 过电流保护电路

11 阈值电压生成电路

20 驱动电路

D1、D2 二极管元件

Q101、Q1、Q2、Q3 开关设备

R1、R2、R3 电阻。