专利名称：软切换控制装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及软切换(soft switching)控制装置及其制造方法，以构成电力转换电路的开关元件作为操作对象，通过控制上述开关元件的开关状态的切换时刻相对基准时刻所具有的延迟时间，将上述开关状态的切换设为软切换。
背景技术：
作为能够进行软切换的电力转换电路，提出有一种在升压斩波(chopper)电路的主开关元件上并联连接电容器，并且设置辅助开关元件、辅助电感器等的电力转换电路 (专利文献1、非专利文献1)。具体而言，提出了通过控制主开关元件向导通状态的切换时刻相对辅助开关元件向导通状态的切换时刻的延迟时间，在与主开关元件并联连接的电容器的电荷成为零的时刻，将主开关元件切换成导通状态，从而将向导通状态的切换设为零电压切换(ZVS)的方案。[专利文献1]日本特开2008-283815号公报[非专利文献1]“次世代夕〗J 一 >工才、> #応用分野C is If 6電力変換器f对象i L·亡乂 7卜7 ^ 7子 > 夕‘回路方式t二関t易研究，，，[online]、[平成22年6月8日検索]、4〉夕一才、夕卜 <URL :http://www. kawalab. dnj. ynu. ac. jp/research/power_ electronics/Chopper/Chopper1. html>但是，在进行上述软切换时，要求高精度控制上述延迟时间。因此，在对辅助开关元件、主开关元件的导通操作指令与实际切换为导通状态的时刻之间产生了因个体差等引起的偏差时，有可能不能恰当地进行软切换。而且，发明者们发现这样的事态在使用以往的进行硬切换的电力转换电路的驱动系统时实际上会发生。这里，在以往的进行硬切换的电力转换电路的情况下，只有在用于使被互补驱动的一对开关元件双方截止的死区时间(dead time)的设定时，才需要进行延迟时间的调节。 死区时间的设定由于只要能够可靠地避免双方成为导通状态的期间的发生即可，所以一般设置充分的余量。而且，这样的余量设定对控制产生的影响，可通过公知的死区时间补偿等对开关元件的操作信号的修正，比较容易地进行补偿。与之相对，由于无论上述延迟时间短还是长，都会降低软切换的效果，所以，不能采用如上述余量设定那样的方法。另外，不限于上述电力转换电路，只要是通过控制开关元件的开关状态的切换时刻相对基准时刻所具有的延迟时间，将上述开关状态的切换设为软切换的电路，便存在不能恰当地进行软切换的可能性，几乎是共通的问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于，提供一种软切换用驱动电路及其制造方法，在通过控制开关元件的开关状态的切换时刻相对基准时刻所具有的延迟时间， 将上述开关状态的切换设为软切换时，能够有效抑制因开关状态的切换指令与实际的开关状态的切换的时间差的差异所导致的软切换的控制性降低。
下面，对用于解决上述问题的方案及其作用效果进行说明。技术方案1的软切换控制装置将构成电力转换电路的开关元件作为操作对象，通过控制上述开关元件的开关状态的切换时刻相对基准时刻所具有的延迟时间，将上述开关状态的切换设为软切换，其特征在于，具备存储单元，其存储修正信息，该修正信息是构成上述电力转换电路的开关元件的开关状态的切换指令时刻的修正信息，而且是用于减少上述延迟时间的误差的修正信息；和修正单元，其根据上述修正信息，修正上述开关元件的开关状态的切换时刻。在上述发明中，通过使用用于使因开关状态的切换指令信号的传达路径、电力转换电路的电路特性的差异而产生的延迟时间的误差减少的修正信息，进行开关状态的切换，可高度维持软切换的控制性。技术方案2的特征是，在技术方案1所述的软切换控制装置中，上述修正信息是上述切换指令时刻的延迟修正量。在开关元件的操作信号的生成过程中，容易造成难以变更对开关状态的切换进行指示的时刻本身。与此相比较，虽然对操作信号所指示的开关状态的切换时刻进行修正比较容易，但该情况下，不容易进行提前时刻的修正。针对这一点，在上述发明中通过进行延迟修正，可简易地降低延迟时间的误差。技术方案3的特征是，在技术方案1所述的软切换控制装置中，还具备生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元，上述修正单元根据上述存储单元所存储的信息， 生成由上述操作信号生成单元输出的操作信号的逻辑反转时刻。技术方案4的特征是，在技术方案1或2所述的软切换控制装置中，还具备生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元，上述修正单元将上述操作信号生成单元输出的操作信号作为输入信号，根据由上述存储单元存储的信息修正该逻辑反转时刻，并将其输出到上述开关元件的驱动电路，上述修正单元及上述驱动电路彼此形成在同一半导体基板上，而且，该半导体基板是与形成上述操作信号生成单元的半导体基板不同的基板。在上述发明中，能够使与操作信号生成单元独立的半导体基板，成为其信号传达路径上的传达时间的差异等根据修正信息被良好补偿的高可靠性的基板。技术方案5的特征是，在技术方案1或2所述的软切换控制装置中，上述电力转换电路用于构成与低电压系统绝缘的高电压系统，具备生成上述开关元件的操作信号、且被搭载于上述低电压系统的操作信号生成单元；和根据上述操作信号生成单元输出的操作信号，驱动上述开关元件，并且搭载于上述高电压系统中的驱动电路；上述修正单元在上述驱动电路中，根据由上述存储单元存储的信息，修正上述操作信号的逻辑反转时刻，上述驱动电路根据被修正后的操作信号，驱动上述开关元件。技术方案6的特征是，在技术方案1 5中任意一项所述的软切换控制装置中，上述存储单元针对根据上述开关元件的温度而分割的多个区域的每个区域，分别存储上述修 IHfn 息。在上述发明中，通过针对多个温度区域分别存储修正信息，即使是开关状态的切换指令的传达路径、电力变换电路的电路特性根据温度而变化的情况，也能够恰当降低延迟时间的误差。技术方案7的特征是，在技术方案1 6中任意一项所述的软切换控制装置中，上述电力转换电路具备在构成该电力转换电路的开关元件的输入端子和输出端子之间并联连接的电容器和电感器，上述软切换控制具有通过利用上述电容器和上述电感器的谐振现象，在使上述电容器放电的状态下，对上述开关元件进行导通操作而进行的零电压开关控制。技术方案8的特征是，在技术方案1 7中任意一项所述的软切换控制装置中，上述电力转换电路具备在构成该电力转换电路的开关元件的输入端子和输出端子之间并联连接的电容器和电感器，上述软切换控制通过利用上述电容器和上述电感器的谐振现象， 在使上述电容器放电的状态下，对上述并联连接的开关元件进行导通操作而进行。技术方案9涉及对技术方案1 8中任意一项所述的软切换控制装置进行制造的软切换控制装置的制造方法，包括通过将上述开关状态的切换指令传达到上述开关元件侧，检测出上述延迟时间的误差的检测工序；和根据在该检测工序中检测出的延迟时间的误差，生成上述修正信息，并将该信息存储到上述存储单元中的存储工序。技术方案10的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于上述开关状态的切换指令到达上述绝缘单元的输入侧的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。技术方案11的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于上述开关状态的切换指令被反映到上述驱动电路的动作中的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。技术方案12的特征是，在技术方案10或11所述的软切换控制装置的制造方法中，以上述开关元件未与上述驱动电路连接的状态进行上述检测工序。在上述发明中，可简单地进行检测工序。技术方案13的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述开关元件是电压控制型的开关元件，上述检测工序基于上述开关状态的切换指令在上述开关元件的导通控制端子的电压中被反映的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。技术方案14的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述检测工序基于上述开关元件的输入端子和输出端子之间的电压根据上述开关状态的切换指令而变化的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。在上述发明中，由于直接检测出开关状态被实际切换的时刻，所以可高精度检测出上述延迟时间的误差。技术方案15的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述检测工序基于流过上述开关元件的电流根据上述开关状态的切换指令而发生变化的时刻的检测，检测出上述延时时间的误差。在上述发明中，由于直接检测出开关状态被实际切换的时刻，所以可高精度检测出上述延迟时间的误差。技术方案16的特征是，在技术方案13 15中任意一项所述的软切换控制装置的制造方法中，上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路。技术方案17的特征是，在技术方案10 12、16中任意一项所述的软切换控制装置的制造方法中，在上述检测工序中，使用上述检测用电路将上述开关状态的切换指令输入到上述绝缘单元。技术方案18的特征是，在技术方案9所述的软切换控制装置的制造方法中，上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备生成上述开关元件的操作信号，并且搭载于上述低电压系统的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于从上述开关状态的切换指令被输入到上述驱动电路到上述驱动电路根据该被输入的指令而动作的时间的检测，检测出上述延迟时间的误差。技术方案19的特征是，在技术方案10 12、16 18任意一项所述的软切换控制装置的制造方法中，上述绝缘单元和上述驱动电路形成在同一基板上，并且该基板是与形成上述操作信号生成单元的基板不同的基板。在上述发明中，能够不连接操作信号生成单元，而使用形成了驱动电路的基板实施检测工序。技术方案20的特征是，在制造技术方案9所述的软切换控制装置的软切换控制装置的制造方法中，上述检测工序基于上述开关元件的开关状态根据上述开关状态的切换指令进行切换时的电力损耗，检测出上述延迟时间的误差。软切换的最佳延迟时间不仅依存于切换指令的传达路径，而且还依存于电力转换电路的电路特性。因此，通过理论计算等来计算出最佳延迟时间的情况存在界限。因此， 即使计测出切换指令在传达路径中传达的时间，也难以高精度检测出相对上述最佳延迟时间的误差变得如何。针对这一点，在本发明中，通过关注作为与实际延迟时间相对最佳延迟时间的误差相关的参数的电力损耗，可高精度检测出实际延迟时间相对最佳延迟时间的误差。技术方案21的特征是，在制造技术方案1 5中任意一种软切换控制装置的软切换控制装置的制造方法中，包括通过将上述开关状态的切换指令传达到上述开关元件侧， 来检测出上述延迟时间的误差的检测工序；和根据由检测工序检测出的延迟时间的误差， 生成上述修正信息，并将该信息存储到存储单元中的存储工序；在上述电力转换电路实际使用时所设想的温度中的高温侧的温度下，进行上述检测工序。开关状态的切换至零的传达路径的电路特性、电力转换电路的电路特性根据温度而变化。另一方面，电力转换电路在过度高温时，其可靠性会下降。在上述发明中，鉴于这一点，通过在高温下进行检测，确保能够在高温下可靠地进行软切换。因此，可减少高温时的电力损耗，并可避免过度的温度上升。
图1是第1实施方式涉及的系统结构图。图2是表示该实施方式涉及的软切换处理的时序图。图3是表示该实施方式涉及的软切换处理的时序图。图4是表示该实施方式涉及的接口及驱动单元的电路结构的电路图。图5是表示该实施方式涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图6是表示该实施方式涉及的延迟时间的修正处理的步骤的流程图。图7是表示第2实施方式涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图8是表示第3实施方式涉及的延迟时间的检测工序和修正信息的存储工序的图。图9是表示第4实施方式涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图10是表示第5实施方式涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图11是表示第6实施方式涉及的实现延迟时间的修正处理的结构的图。图12是表示该实施方式涉及的延迟时间的修正处理的步骤的图。图13是表示第7实施方式涉及的实现延迟时间的修正处理的结构的图。图14是表示第8实施方式涉及的修正数据的存储方法的图。图15是表示上述各个实施方式的变形例涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图16是表示上述各个实施方式的变形例涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图17是表示上述各个实施方式的变形例涉及的延迟时间的检测工序及修正信息的存储工序的图。图中10-电机发电机(motor generator) ；12_逆变器(inverter) ；14-高电压电池；20、22-电感器；30-电容器；40-接口 ；52-控制装置；5h_EEPR0M(存储单元的一个实施方式)；60-光耦合器；Sm-主开关；Ss-副开关。
具体实施例方式<第1实施方式>下面，参照附图，对在掌控与车载主机之间的电力收授的电力转换电路中应用了本发明涉及的软切换控制装置的第1实施方式进行说明。图1表示本实施方式涉及的系统结构。图示的电机发电机10是车载主机，其旋转轴(转子)与驱动轮机械连结。电机发电机10通过逆变器12及变换器CV与高电压电池14及电容器16连接。这里，高电压电池 14是其端子电压为百伏以上的高电压2次电池。上述变换器CV基本上是通过使主开关Sm成为导通状态，将来自高电压电池14的电力蓄积到电感器20、22中，通过使主开关Sm截止，将电感器20、22的填充能量通过二极管对输出到输出端子侧(电容器26)的公知升压斩波电路。但在本实施方式中，由于使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)构成上述主开关Sm，所以将二极管Dm与其反向并联连接。另外， 为了能够向高电压电池14进行电力的再生，希望在二极管M上进一步并联连接开关元件， 构成升降压斩波电路，但由于与以下的内容无直接关联，所以省略了相关的记载。上述变换器CV在上述升压斩波电路的基础上，还具备用于进行软切换的辅助电路。即，主开关Sm与二极管观及电容器30的串联连接体并联连接。而且，这些二极管观与电容器30的连接点(二极管观的阴极)通过二极管Ds与IGBT (副开关的输入端子连接，副开关&的输出端子与电感器20、22的连接点连接。上述主开关Sm、副开关&的栅极与驱动单元DU连接。驱动单元DU通过操作成为驱动对象的开关元件的栅极电压，对其进行驱动。上述电机发电机10、逆变器12、变换器CV和高电压电池14等，构成了与车载低电压系统绝缘的车载高电压系统。另一方面，在车载低电压系统中具备控制装置52，该控制装置52将具有比高电压电池14低的端子电压(例如数V 十数V)的低电压电池50作为电源。控制装置52操作逆变器12、变换器CV，以控制电机发电机10的控制量。具体而言， 按照在控制电机发电机10的控制量的基础上成为适当的电压的方式，控制变换器CV的输出电压。为了进行该输出电压的控制，控制装置52生成主开关Sm的操作信号gm和副开关 Ss的操作信号gs，并通过接口 40输出到驱动单元DU。在驱动单元DU中根据操作信号gm、 gs操作主开关Sm、副开关&。其中，上述逆变器40基本上将低电压系统与高电压系统绝缘。下面，根据图2及图3，对本实施方式涉及的软切换控制进行说明。这里，图2及图 3中记载的时序图是相同的时序图，在图2中记载了关于时序图上方的模式1 4的电流流向等，在图3中记载了关于模式5 8的电流流向等。在上述时序图中，(a)表示主开关Sm 的状态，(b)表示副开关^的状态，(c)表示电感器22的电流iL、与流过副开关^的电流的推移，(d)表示主开关Sm的输入输出端子间电压(集电极发射极间电压Vce)、与流过该主开关的电流的推移。下面，按顺序对模式1 8进行说明。(模式1)是主开关Sm及副开关&双方成为截止状态的状态。来自高电压电池14的电流经由电感器20、22、二极管M，流入到电容器26。这里，电感器20、22中流动的电流以与高电压电池14的端子电压、即输入电压Vin和变换器CV的输出电压Vout之差成比例的速度递减。其中，由于电容器30的充电电压与输出电压Vout相当，所以二极管Ds成为截止状态。(模式2)是使主开关Sm保持截止状态，使副开关&成为导通状态的状态。由此，由于电感器20及电感器22的连接点与电容器30的正极短路，所以连接点的电压与输出电压Vout 相当。因此，电感器22的两端没有被施加电压，向模式2切换时的电流继续流向电感器22。 另一方面，电感器20的两端被施加的电压的绝对值增大为输入电压Vin与输出电压Vout 之差，由此，流过电感器20的电流的递减速度增大。流过电感器20的电流的减少量成为流过副开关&的电流的增加量。由此，在具备副开关&、电感器22和二极管Ds的环路中流过电流，并且该电路逐渐增大。该电流由于在副开关&成为导通状态后，与输入电压Vin 和输出电压Vout之差除以电感器20的电感后的值成比例增大，所以在副开关&被切换成导通状态时，流过其的电流基本成为零。因此，副开关^向导通状态的切换成为零电流切换(ZCS)。(模式3)是流过电感器20的电流递减而成为零的时间点。此时，经由二极管M被输出的电流也为零，在具备电感器22、二极管Ds和副开关&的环路中有电流流过。(模式4)由于电容器30的充电电压比高电压电池14的端子电压(Vin)高，所以是电容器 30通过电感器20向高电压电池14放电的状态。(模式δ)是电容器30的充电电荷为零，流过电感器20的电流为零的状态。其中，为了使电容器30的充电电荷成为零，需要使输出电压Vout增大输入电压Vin的常数倍，这里省略了关于小于常数倍的情况的说明。(模式6)是将主开关Sm切换为导通状态的状态。这里，由于在电容器30的充电电压为零时，主开关Sm的输入输出端子之间的电压是零，所以，若此时将主开关Sm切换为导通状态， 则能够使向导通状态的切换成为零电压切换(ZVS)。通过主开关Sm向导通状态的切换，在具备高电压电池14、电感器20、22和主开关Sm的环路中流过电流，能量被蓄积在电感器 20,22中。此时，流过电感器20的电流逐渐增加，流过副开关&的电流减少流过电感器20 的电流的增加量。(模式7)是流过副开关Ss的电流成为零的状态。与成为该状态同步，将副开关Ss切换成截止状态。该情况下，由于在副开关&中没有电流流过，所以，向截止状态的切换成为零电流切换(ZCS)。(模式8)是将主开关Sm切换为截止状态的状态。这里，通过主开关Sm向截止状态的切换， 主开关Sm的输入输出端子之间的电压上升，但该上升速度受到电容器30的充电速度限制。 因此，主开关&向截止状态的切换成为零电压切换(ZVS)。通过将主开关Sm切换成截止状态，使电容器30的充电电压成为输出电压Vout程度，由此从高电压电池14经由电感器 20、22、二极管M输出电流。这样，在本实施方式中，能够将主开关Sm及副开关&的开关状态的切换全都设为软切换。图4表示了与主开关Sm相关的接口 40及驱动单元DU的电路结构。接口 40具备光耦合器60，其被用作从低电压系统侧向高电压系统侧传递信号的绝缘单元。光耦合器60 的光电二极管的阳极被施加电源62的电压，光电二极管的阴极经由电阻器64及N沟道MOS 晶体管(低压侧开关元件66)被接地。低压侧开关元件66的导通控制端子(栅极)被施加操作信号gm。其中，光电二极管与电阻器68并联连接，光电二极管、电阻器64及低压侧开关元件66与电容器70并联连接。
光耦合器60的光电晶体管的输入端子(集电极)通过电阻器76被施加电源72的电压，光电晶体管的输出端子(发射极)与主开关Sm的输出端子(发射极)连接。另外， 光电晶体管和电阻器76与电容器74并联连接。上述光电晶体管还与电阻器78及电容器 80并联连接。电容器80的充电电压作为主开关Sm的开关状态的指令信号，被输入到驱动单元 DU内的集成电路(驱动ICl 10)。在驱动ICllO中，根据电容器80的充电电压，对主开关 Sm进行导通、截止操作。驱动ICllO具备供给用于对主开关Sm进行导通操作的电荷的电源90、和将其与外部的充电用电阻器94之间的通路开闭的充电用开关元件92。另外，驱动 ICllO具备将与主开关Sm的栅极连接的放电用电阻器96和主开关Sm的输出端子之间开闭的放电用开关元件98。而且，驱动ICllO具备切换电路100，该切换电路100根据电容器 80的充电电压，在对充电用开关元件92进行导通操作、且对放电用开关元件98进行截止操作，或者对充电用开关元件92进行截止操作、且对放电用开关元件98进行导通操作的两种状态之间进行切换。在本实施方式中，为了将主开关Sm切换为导通状态，不直接检测电容器30的充电电压成为零的情况。取而代之，将副开关^向导通状态的切换时刻作为基准时刻，将从该时刻到主开关Sm向导通状态的切换时刻的延迟时间，控制为电容器30的充电电压被设想成为零的时间。因此，为了进行软切换，希望准确控制上述延迟时间。但是，来自控制装置 52的操作信号gm、gs的输出时刻、和与它们对应地切换主开关Sm、副开关&的开关状态的时刻之间的时间差(延迟时间)，有可能因接口 40、驱动单元DU的个体差等而存在差异。 而且，该差异成为导致产生上述延迟时间的误差的主要原因。而且，其成为不能恰当进行软切换的主要原因。即，例如在电容器30完全放电之前将主开关Sm切换成导通状态的情况下，由于向导通状态的切换不能成为良好的ZVS，所以增加了切换损耗。而在比电容器30完全放电的时刻(成为模式5的时刻)延迟的时刻将主开关Sm切换为导通状态的情况下，成为在开始了通过二极管观的电容器30的充电后， 进行向导通状态的切换的情况。因此，该情况下，向导通状态的切换也不成为良好的ZVSJI 加了切换损耗。鉴于此，在本实施方式中，在控制系统的制造时，进行检测上述延迟时间的误差， 取得用于降低该误差的信息，并存储到控制装置52中的处理。即，在将图4所示的信号传输路径(除去比光耦合器60靠上游侧)形成在半导体基板上的状态下，计测信号的传递时间，据此检测出延迟时间的误差。然后，将根据检测出的误差而计算出的延迟时间的修正数据存储到无论控制装置52是否启动都保持数据的存储装置(控制装置52内的非易失性存储器EEra0M52a)中。图5表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储相关的处理。这里，首先如图 5(a)所示，计测主开关Sm向导通状态的切换指令的传达时间。该计测以在半导体基板120 上形成了前面图4所示的电路中的除了比光耦合器60靠上游侧的部分的状态进行。具体而言，在本实施方式中，为了在连接控制装置52以前进行计测，将光耦合器60与模拟了上述低压侧开关元件66的测试用开关元件121连接，对其施加表示向导通状态的切换指令的测试信号ts。然后，利用电压传感器122检测出此时主开关Sm的输入输出端子间的电压作为检测信号ds，由此计测出主开关Sm实际切换到导通状态的时间。另外，在变换器CV实际动作的情况下，由于主开关Sm与电容器30并联连接，所以难以基于输入输出端子间的电压来检测出切换为导通状态的时间。因此，在本实施方式中，通过在检测工序中将主开关Sm 与电源和电阻器串联连接，由此基于电压的检测来检测出上述切换的时间。顺便说明，在上述延迟时间的计测中，由于被要求副开关&向导通状态的切换时刻，所以，与主开关Sm的上述计测同时，用与上述同样的方法计测副开关^切换为导通状态的信号的传达时间。由此，从副开关^切换为导通状态的时刻到主开关Sm切换为导通状态的时刻的延迟时间，通过利用上述计测出的一对传达时间之差，对主开关Sm向导通状态的切换指令相对副开关 ^向导通状态的切换指令的延迟时间进行修正，来计测出。也可以取而代之，直接计测副开关&和主开关Sm各自实际切换为导通状态的时间之差(延迟时间)。另外，在该检测工序中，通过基于加热器124的加热处理，将半导体基板120、主开关Sm的温度设定为变换器CV被搭载于车辆实际工作时所设想的温度的上限温度(图中示例为“80 90°C”)进行检测。这是在通过软切换将主开关Sm的发热量降低的请求最大时，用于最大限度降低上述延迟时间的误差的设定。在如此结束了检测工序后，转移到图5(b)所示的存储工序。在该工序中，根据检测出的误差，将用于使主开关Sm向导通状态的切换指令相对副开关&向导通状态的切换指令的延迟时间，对形成在该半导体基板120上的信号传达装置而言，能够成为进行软切换时的恰当时间的修正数据，存储到EEPR0M52a中。这里，修正数据是数字化数据。由此，在前面的图1所示的控制装置52中，根据修正数据，通过数字处理进行主开关Sm向导通状态的切换指令相对副开关^向导通状态的切换指令的延迟时间的设定。图 6表示了该处理的步骤。图6所示的处理由控制装置52例如以规定周期反复执行。在这一系列的处理中，首先在步骤SlO中，判断副开关&的操作信号gs是否从截止操作指令切换成导通操作指令。然后，当在步骤SlO中判断为肯定时，在步骤S12中，开始对从副开关^向导通状态的切换指令时刻起的经过时间进行计时的计时器TT的计时动作。然后，在步骤S14中，判断计时器TT是否成为延迟时间Td。该处理用于判断是否是将主开关Sm的操作信号gm从截止操作指令切换为导通操作指令的时刻。这里，延迟时间Td 是对批量生产的控制装置52中共通存储的初始值TdO，加上EEPR0M52a中存储的修正量的值。当在步骤S14中成为肯定判断时，在步骤S16中，将主开关Sm的操作信号gm从截止操作指令切换成导通操作指令。另外，在步骤SlO中成为否定判断的情况、或在完成了步骤S16的处理的情况下， 暂时结束该一系列的处理。根据上述的本实施方式，可获得如下的效果。(1)在制造变换器CV的信号传达装置时，检测出主开关Sm切换为导通状态的时刻相对副开关&切换为导通状态的时刻的延迟时间的误差，将用于减小该误差的修正数据存储到EEra0M52a中。由此，可将软切换的控制性维持得高。(2)在生成主开关Sm的操作信号gm、副开关&的操作信号gs的控制装置52中存储了修正数据。由此，可以利用控制装置52内的硬件单元来实现用于进行修正处理的数
字处理单元。C3)通过根据主开关Sm向导通状态的切换指令，主开关Sm的输入端子和输出端子间的电压发生变化的时刻的检测，检测出延迟时间的误差。由此，由于直接检测出实际切换为导通状态的时刻，所以可高精度检测出上述延迟时间的误差。(4)利用电容器30与电感器20的谐振现象，在电容器30的充电电压成为最小值的时刻将主开关Sm切换为导通状态。该情况下，由于需要降低向导通状态的切换指令的传达时间的差异，所以存储修正数据的益处显而易见。(5)在变换器CV实际使用时所设想的温度中的高温侧的温度下进行了检测工序。 由此，可减少高温时的电力损耗，进而可避免过度的温度上升。〈第2实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第2实施方式进行说明。图7表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储相关的处理。其中，在图7中为方便起见，对于与前面的图5所示的部件对应的部件标记了相同的符号。在本实施方式中，检测出主开关Sm、副开关&切换为导通状态的时刻，作为在这生输入端子和输出端子之间开始流过电流的时刻。图7表示了由电流传感器1沈检测出主开关Sm中流过的集电极电流，将其作为检测信号ds输出的示例。根据以上说明的本实施方式，也可以获得与上述第1实施方式的上述各效果相同的效果。〈第3实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第3实施方式进行说明。图8表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储相关的处理。其中，在图8中为了方便起见，对于与前面的图5所示的部件对应的部件标记了相同的符号。在本实施方式中，检测出主开关Sm、副开关&切换为导通状态的时刻，作为这些导通控制端子的电压(栅极电压Vge)成为阈值电压以上的时刻。图8表示了利用电压传感器122检测出主开关Sm的栅极电压Vge，并将其作为检测信号ds输出的示例。其中，阈值电压被设定为比镜像期间中的电压高的电压。根据以上说明的本实施方式，也可以获得上述第1实施方式的上述(1)、(2)、(4)、 (5)的效果。〈第4实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第4实施方式进行说明。图9表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储相关的处理。其中，在图9中为了方便起见，对于与前面的图5所示的部件对应的部件标记了相同的符号。在本实施方式中，检测出主开关Sm、副开关&切换为导通状态的时刻，作为它们的驱动ICllO被切换为导通状态时的动作的时刻。图9表示了利用电压传感器122检测出主开关Sm的充电用开关元件92的输出端子与主开关Sm的输出端子之间的电压，并将其作为检测信号ds输出的示例。顺便说明，在本实施方式中，由于以未连接主开关Sm的状态进行检测工序，所以， 在充电用电阻器94与放电用开关元件98的输出端子之间，连接有模拟了主开关Sm的栅极电容的电容器130。
根据以上说明的本实施方式，也可以获得上述第1实施方式的上述(1)、(2)、(4)、 (5)的效果。〈第5实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第5实施方式进行说明。在上述第1实施方式中，通过计测从副开关&切换成导通状态的时刻到主开关Sm 切换成导通状态的时刻的延迟时间自身，检测出误差△。该情况下，误差△的检测精度依赖于如何高精度把握了作为进行软切换的延迟时间的最佳时间。这里，作为从副开关^切换成导通状态的时刻到主开关Sm切换成导通状态的时刻的延迟时间，进行软切换的最佳时间依赖于变换器CV、信号传达装置的电路特性。因此，难以高精度把握上述最佳时间。鉴于此，在本实施方式中，检测出主开关Sm被切换成导通状态时的电力损耗作为与误差△具有相关的参数。由此，即使不知道上述最佳时间，也可以根据电力损耗而高精度检测出误差Δ。图10表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储相关的处理。其中，在图10中为了方便起见，对于与前面的图5所示的部件对应的部件标记了相同的符号。如图10(a)所示，在构成了变换器CV的状态下，利用电压传感器122检测出主开关Sm的输入端子和输出端子之间的电压，并且利用电流传感器1 检测出流过主开关Sm 输入端子和输出端子之间的电流。然后，利用乘法器132将这些电压检测值与电流的检测值相乘，将相乘结果作为检测信号ds输出。该检测信号ds的时间积分值成为与主开关Sm 向导通状态切换相伴的损耗。因此，在图10(b)所示的存储工序中将用于降低该损耗的修正数据存储到EEPR0M52a中。根据以上说明的本实施方式，在可获得上述第1实施方式的上述(1)、(2), (4), (5)的效果的基础上，还获得以下的效果。(6)通过检测出作为与实际延迟时间相对延迟时间的误差具有相关的参数的电力损耗，可高精度检测出实际的延迟时间相对最佳的延迟时间的误差。〈第6实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第6实施方式进行说明。图11表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储及利用相关的单元的结构。其中，在图11中为了方便起见，对于与前面的图1所示的部件对应的部件标记了相同的符号。如图所示，在本实施方式中，由在半导体基板120上对用于使光耦合器60开、关的开关元件(低压侧开关元件66等)进行驱动的低压侧驱动电路140，运用修正数据。S卩，在半导体基板120上，设有无论控制装置52启动、停止都保持数据的存储装置(EEPR0M142)， 低压侧驱动电路140存储EEPR0M142中存储的延迟修正量。由此，低压侧驱动电路140将副开关&的操作信号gs成为向导通状态的切换指令的时刻延迟了延迟修正量，并且，将主开关Sm的操作信号gm成为向导通状态的切换指令的时刻延迟了延迟修正量。由此，能够将主开关Sm切换成导通状态的时刻相对副开关^切换成导通状态的时刻的延迟时间，设定为进行软切换的最佳时间。顺便说明，低压侧驱动电路140是可以进行数字处理的硬件单元，其根据EEPR0M142中存储的数字化数据，进行与上述延迟修正相关的处理。图12表示了由低压侧驱动电路140进行的延迟修正处理，特别是与主开关Sm有关的处理。该处理例如被以规定周期反复执行。在该一系列处理中，首先在步骤S20中，判断主开关Sm的操作信号gm是否从截止操作指令切换成导通操作指令。然后，在切换成导通操作指令的情况下，在步骤S22中开始对从切换时刻起的时间进行计时的计时器TT的计时动作。然后，在计时器TT成为上述 EEPR0M142中存储的延迟修正量时(步骤S24 是)，在步骤S26中切换低压侧开关元件66 的开关状态。另外，在步骤S20中成为否定判断的情况、和步骤S26的处理结束的情况下，暂时结束这一系列处理。根据以上说明的本实施方式，在获得上述第1实施方式的上述(1)、(3) (5)的效果的基础上，还可以获得以下的效果。(7)在形成于与控制装置52不同的基板(半导体基板120)上的低压侧驱动电路 140中，进行了反映修正数据的处理。由此，只使用控制装置52的传达输出信号的部分，便可以补偿因该信号传达时间的差异所导致的延迟时间的误差。因此，可以提供、制造无论控制装置52的制造是否完成，都能有效抑制因信号传达时间的差异而造成延迟时间的误差的信号传达装置。(8)将修正数据设为延迟修正量。由此，可简易地修正操作信号gm、gs的开关状态的切换指令时刻，以使主开关Sm切换成导通状态的时刻相对副开关&切换成导通状态的时刻的延迟时间成为进行软切换的最佳时间。〈第7实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第7实施方式进行说明。图13表示了与本实施方式涉及的修正数据的存储及利用相关的单元的结构。其中，在图13中为了方便起见，对于与前面的图1所示的部件对应的部件标记了相同的符号。如图所示，在本实施方式中，由形成在半导体基板120上的驱动ICllO运用修正数据。即，在半导体基板120上，设有无论控制装置52的启动、停止都保持数据的存储装置 (EEPR0M150)，驱动ICllO存储EEPR0M150中存储的延迟修正量。由此，驱动ICllO将主开关Sm的操作信号gm成为向导通状态的切换指令的时刻，延迟了延迟修正量。由此，能够将主开关Sm切换成导通状态的时刻相对副开关^切换成导通状态的时刻的延迟时间，设定为进行软切换的最佳时间。顺便说明，驱动IC110是可以进行数字处理的硬件单元，其根据EEPR0M150中存储的数字化数据，进行与上述延迟修正相关的处理。根据以上说明的本实施方式，也可以获得与上述第6实施方式的效果相同的效
〈第8实施方式〉下面，参照附图，以与前面的第1实施方式的不同点为中心，对第8实施方式进行说明。图14表示了本实施方式涉及的修正数据的存储方法。如图所示，在本实施方式中，针对按温度分割的多个区域的每个区域，分别存储修正数据。这样做是考虑到操作信号 gm、gs的传达路径的电路特性根据温度而变化；作为主开关Sm向导通状态的切换指令时刻相对副开关^向导通状态的切换指令时刻的延迟时间的最佳值，根据变换器CV的电路特性的温度依赖性而变动。根据以上说明的本实施方式，除了获得前面第1实施方式的上述(1) (5)的各个效果之外，还获得以下的效果。(8)通过对多个温度区域分别存储独立的修正数据，即使在开关状态的切换指令的传达路径、变换器CV的电路特性根据温度而变化的情况下，也能够恰当地降低延迟时间
的误差。〈其他实施方式〉另外，上述各个实施方式也可以如下进行变更加以实施。(关于存储单元)作为存储单元，不限于EEPR0M。例如也可以是只读存储器(ROM)。(关于修正单元)作为修正单元，不限于上述各个实施方式中列举的单元。例如，也可以采用在光耦合器60的次级侧与驱动ICllO之间设置使从光耦合器60的次级侧输出的信号延迟的单元，能够根据修正数据调节该单元的延迟量的单元。(关于操作信号生成单元)作为操作信号生成单元，不限于设在低电压系统中的单元。(关于形成驱动电路的半导体基板)在形成驱动电路的半导体基板120上，也可以形成低压侧开关元件66。而且，也可以形成操作信号生成单元(控制装置52)。另外，也可以取而代之，将光耦合器60形成在与半导体基板120不同的基板(形成控制装置52的基板)上。(关于检测工序)作为根据向主开关Sm、副开关&侧的开关状态的切换指令的传达时间检测延迟时间的误差的检测工序，不限于上述各个实施方式中列举的工序。例如，也可以如图15所示那样，根据切换指令被传达到驱动单元DU的输入端子(电容80)的时间，检测延迟时间的误差。该情况下，在例如可忽略驱动单元DU中的信号传达时间的差异的情况等下，也可高精度检测出延迟时间的误差。对于这样的状况，例如通过将副开关&的驱动IC和主开关Sm的驱动IC在同一半导体基板上构成为高耐压集成电路(HVIC)，可容易实现。其原因在于，可减少副开关&和主开关Sm各自的切换指令在驱动IC内的传达的时间差异。另外，例如也可以如图16所示，根据在光耦合器60的初级侧切换指令传达的时间，检测出延迟时间的误差。并且，例如也可以如图17所示，根据从向驱动ICllO输入了测试信号ts时，到该信号从驱动ICllO被输出时的时间，检测出延迟时间的误差。这种方法在认为延迟时间的误差主要由驱动IC产生的情况下是有效的方法。顺便说明，在图15 图17中，对主开关Sm、副开关&以尚未连接的状态进行了误差的检测，但也可以在将它们连接的状态下进行。(关于进行软切换的电力转换电路)作为进行软切换的电力转换电路不限于前面图1等所示的电路。例如，也可以是日本特开2009-213215号公报中记载的电路。在该公报中，记载了在电流成为零的时刻， 将开关状态从截止状态切换为导通状态的技术，但在高速切换的情况下，难以无延迟地检测出电流成为零的时刻。因此，可考虑按照检测出电流递减为零而向反方向流动的电流的极值，根据从该检测时刻起的延迟时间，将开关状态切换成导通状态的方式，变更软切换方法。而且，该情况下，在高精度控制从检测时刻(基准时刻)起的延迟时间方面，本发明的应用是有效的。(其他)作为绝缘单元，不限于光耦合器60，例如也可以是光MOS继电器。总之，不限于光绝缘元件，例如也可以是变压器等磁绝缘元件。在上述实施方式中，将副开关^向导通状态的切换时刻作为基准时刻，控制主开关Sm向导通状态的切换时刻的延迟时间，但不限于此。例如，也可以设置检测电容器30的电压的单元，将电容器30的电压下降到规定电压(>0)的时刻作为基准时刻，控制主开关 Sm向导通状态的切换时刻的延迟时间。作为驱动对象开关元件，不限于IGBT，例如也可以是功率MOS型场效应晶体管等场效应晶体管。作为电力转换电路，不限于用于向车载主机供给电力的电路。例如，也可以是用于向被搭载在车载转向助力系统中的电动机供给电力的电路。
权利要求
1.一种软切换控制装置，将构成电力转换电路的开关元件作为操作对象，通过控制上述开关元件的开关状态的切换时刻相对基准时刻所具有的延迟时间，将上述开关状态的切换设为软切换，其特征在于，具备存储单元，其存储修正信息，该修正信息是构成上述电力转换电路的开关元件的开关状态的切换指令时刻的修正信息，而且是用于降低上述延迟时间的误差的修正信息；和修正单元，其根据上述修正信息，修正上述开关元件的开关状态的切换时刻。
2.根据权利要求1所述的软切换控制装置，其特征在于， 上述修正信息是上述切换指令时刻的延迟修正量。
3.根据权利要求1所述的软切换控制装置，其特征在于， 还具备生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元，上述修正单元根据上述存储单元所存储的信息，生成由上述操作信号生成单元输出的操作信号的逻辑反转时刻。
4.根据权利要求1或2所述的软切换控制装置，其特征在于， 还具备生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元，上述修正单元将上述操作信号生成单元输出的操作信号作为输入信号，根据由上述存储单元存储的信息修正该逻辑反转时刻，并将其输出到上述开关元件的驱动电路，上述修正单元及上述驱动电路彼此形成在同一半导体基板上，而且，该半导体基板是与形成上述操作信号生成单元的半导体基板不同的基板。
5.根据权利要求1或2所述的软切换控制装置，其特征在于， 上述电力转换电路用于构成与低电压系统绝缘的高电压系统，具备生成上述开关元件的操作信号，并且被搭载于上述低电压系统的操作信号生成单元；和根据上述操作信号生成单元输出的操作信号，驱动上述开关元件，并且被搭载于上述高电压系统的驱动电路；上述修正单元在上述驱动电路中，根据由上述存储单元存储的信息，修正上述操作信号的逻辑反转时刻，上述驱动电路根据被修正后的操作信号，驱动上述开关元件。
6.根据权利要求1 5中任意一项所述的软切换控制装置，其特征在于，上述存储单元针对根据上述开关元件的温度而分割的多个区域的每个区域，分别存储上述修正信息。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述的软切换控制装置，其特征在于，上述电力转换电路具备在构成该电力转换电路的开关元件的输入端子和输出端子之间并联连接的电容器、和电感器，通过利用上述电容器和上述电感器的谐振现象，在使上述电容器放电的状态下，对上述并联连接的开关元件进行导通操作，来进行上述软切换控制。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的软切换控制装置，其特征在于， 上述电力转换电路具备第1开关元件和第2开关元件，上述软切换控制具有对上述第1开关元件的开关状态的切换时刻、与上述第2开关元件的开关状态的切换时刻的时间差的控制，上述修正信息包含与上述第1开关元件及上述第2开关元件的至少一方相关的修正信息
9.一种软切换控制装置的制造方法，用于制造权利要求1 8中任意一项所述的软切换控制装置，其特征在于，包括通过将上述开关状态的切换指令传达到上述开关元件侧，来检测上述延迟时间的误差的检测工序；和根据由该检测工序检测出的延迟时间的误差，生成上述修正信息，并将该信息存储到上述存储单元中的存储工序。
10.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于， 上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备被搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于上述开关状态的切换指令到达上述绝缘单元的输入侧的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。
11.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于， 上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备被搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于上述开关状态的切换指令被反映到上述驱动电路的动作中的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。
12.根据权利要求10或11所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于， 以上述开关元件未与上述驱动电路连接的状态进行上述检测工序。
13.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于， 上述开关元件是电压控制型的开关元件，上述检测工序基于上述开关状态的切换指令在上述开关元件的导通控制端子的电压中被反映的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。
14.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，上述检测工序基于上述开关元件的输入端子和输出端子之间的电压根据上述开关状态的切换指令而变化的时刻的检测，检测出上述延迟时间的误差。
15.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，上述检测工序基于流过上述开关元件的电流根据上述开关状态的切换指令而发生变化的时刻的检测，检测出上述延时时间的误差。
16.根据权利要求13 15中任意一项所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备被搭载于上述低电压系统，并且生成上述开关元件的操作信号的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路。
17.根据权利要求10 12、16中任意一项所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，在上述检测工序中，使用上述检测用电路将上述开关状态的切换指令输入到上述绝缘单元。
18.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于， 上述电力转换电路被搭载于与低电压系统绝缘的高电压系统内，上述软切换控制装置具备生成上述开关元件的操作信号，并且被搭载于上述低电压系统的操作信号生成单元；将该操作信号生成单元输出的操作信号向上述高电压系统传达的绝缘单元；和根据通过上述绝缘单元而被传达的操作信号，驱动上述开关元件的驱动电路；上述检测工序基于从上述开关状态的切换指令被输入到上述驱动电路到上述驱动电路根据该被输入的指令而动作的时间的检测，检测出上述延迟时间的误差。
19.根据权利要求10 12、16 18中任意一项所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，上述绝缘单元和上述驱动电路形成在同一基板上，并且该基板是与形成上述操作信号生成单元的基板不同的基板。
20.根据权利要求9所述的软切换控制装置的制造方法，其特征在于，上述检测工序基于上述开关元件的开关状态根据上述开关状态的切换指令进行切换时的电力损耗，检测出上述延迟时间的误差。
21.—种软切换用驱动电路的制造方法，其特征在于，在制造权利要求1 5中任意一项所述的软切换控制装置的软切换控制装置的制造方法中，具有通过将上述开关状态的切换指令传达到上述开关元件侧，来检测上述延迟时间的误差的检测工序；和根据由检测工序检测出的延迟时间的误差，生成上述修正信息，并将该信息存储到存储单元中的存储工序；在上述电力转换电路实际使用时所设想的温度中的高温侧的温度下，进行上述检测工序。
全文摘要
本发明涉及软切换控制装置及其制造方法，当通过控制主开关(Sm)被切换成导通状态的时刻相对副开关(Ss)被切换成导通状态的时刻的延迟时间，将向导通状态的切换设为软切换时，因主开关(Sm)的向导通状态的切换指令与实际的开关状态的切换指令的时间差的差异，导致软切换的控制性下降。具备用于存储延迟时间修正数据的EEPROM(52a)，该延迟时间修正数据用于根据上述时间差的差异，设置进行软切换的最佳延迟时间。主开关(Sm)向导通状态的切换指令时刻相对副开关(Ss)向导通状态的切换指令时刻的延迟时间根据修正数据来设定。
文档编号H03K5/13GK102332820SQ20111019966
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者柳田幸宏 申请人:株式会社电装