JP2002369498A - 電力用半導体素子のゲート駆動回路 - Google Patents
電力用半導体素子のゲート駆動回路Info
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Abstract
る場合に、特定素子に熱集中現象や高サージ電圧印加現
象が発生しないようにし、素子の保護を図る。 【解決手段】 IGBTに流れる電流の検出値Dをサン
プルホールド回路(S/H)13とピークホールド回路
14に入力し、素子のターンオフ指令のゲート駆動回路
入力時近傍の電流値と、ターンオフ指令入力期間中の最
大値との差を減算器15により求め、これが所定値Se
よりも大きいときはフリップフロップ回路17をセット
し、可変遅延回路18により素子が実際にターンオフす
るまでの時間を短くし、各素子の電流をバランスさせる
ようにする。図示のような回路が、並設される素子毎に
設けられる。
Description
の電力変換器を構成するIGBT(絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ)等の電力用半導体素子のゲート駆動
回路、特にIGBT並列接続時のゲート駆動回路に関す
る。
ータ主回路図を示す。同図において、1は直流電源(な
お、交流入力の場合は整流器+電解コンデンサの構成と
なる)、2はIGBTおよびダイオードよりなり直流を
交流に変換するインバータ回路、3A,3BはIGBT
のゲート駆動回路(各素子対応に設けられる)、4はI
GBTがターンオフする際のサージ電圧からIGBTを
保護するためのスナバコンデンサ、5はスナバコンデン
サとインバータ回路間の配線インダクタンス、6はモー
タなどの負荷である。
は駆動回路用電源、8,9はIGBTをそれぞれターン
オン,ターンオフさせるためのスイッチ素子、10,1
1はターンオン,ターンオフ用のゲート抵抗で、スイッ
チ素子8,9は、上位からの指令信号Sおよび制御部1
2からのオン指令信号Nまたはオフ指令信号Fによって
動作する。また、図8にIGBTを並列(2並列)駆動
する際の構成例を示す。ここでは、上記からの指令信号
Sが並設されるゲート駆動回路3A,3Bに入力され、
それぞれのゲート駆動回路でそれぞれのIGBTを駆動
するようにしている。
出回路例を示す。図9はセンサ端子を持つセンスIGB
Tにシャント抵抗RS1を接続したものであり、図10は
シャント抵抗RS2のみを用いるものである。これらの例
では、シャント抵抗RS1,RS2の両端の電圧から電流を
検出するようにしており、検出出力信号Da,Dbがコ
レクタ電流相当値となる。
Tとゲート駆動回路を並列接続して駆動すると、上位か
らのターンオフ指令信号Sに対し、各ゲート駆動回路に
おける制御部(12)の回路遅れや、ターンオフ用のゲ
ート抵抗値(11)およびIGBTのストレージ時間の
ばらつきにより、実際のIGBTのターンオフ波形は図
11にIc1,Ic2で示すように、アンバランスな電
流波形となる。このようなアンバランス現象が発生する
と、特定の素子のターンオフ損失が増加する結果、異常
過熱現象が発生したり、特定の素子のターンオフ時の高
di/dt化と、配線インダクタンス(図6の符号5参
照)による高サージ電圧化(図11の波形Ic1参照)
によって、最悪IGBTの破壊を招くおそれがある。し
たがって、この発明の課題は、特定素子への熱集中現象
や高サージ電圧印加現象を抑制し、素子の破壊を防止す
ることにある。
るため、請求項1の発明では、電力変換器を構成する電
力用半導体素子を並列接続し、個別に設けられたゲート
駆動回路に共通の駆動指令信号を与えて、前記電力用半
導体素子それぞれを駆動する電力用半導体素子のゲート
駆動回路において、前記電力用半導体素子に流れている
電流を検出する電流検出手段と、電力用半導体素子のタ
ーンオフ指令信号の入力時点近傍で検出した電流検出値
と、前記ターンオフ指令信号が入力されている期間に検
出した電流最大値との差を求める演算手段と、その演算
結果を所定の設定値と比較する比較手段とを設け、その
比較結果が所定値以上のときはターンオフ指令信号が入
力されてから実際に電力用半導体素子がターンオフする
迄の時間を短くすることを特徴とする。
る電力用半導体素子を並列接続し、個別に設けられたゲ
ート駆動回路に共通の駆動指令信号を与えて、前記電力
用半導体素子それぞれを駆動する電力用半導体素子のゲ
ート駆動回路において、前記電力用半導体素子に流れて
いる電流の微分値を検出する電流微分値検出手段と、そ
の電流微分値を所定の設定値と比較する比較手段とを設
け、電力用半導体素子のターンオフ指令信号が入力され
ている期間に検出した電流微分値が設定値以上のとき
は、ターンオフ指令信号が入力されてから実際に電力用
半導体素子がターンオフする迄の時間を短くすることを
特徴とする。
たIGBT等の電力用半導体素子がターンオフする際、
これらの素子のターンオフタイミングが一致していない
と、タイミングの遅い方の素子に瞬間的に大電流が流れ
る現象が発生することに着目したもので、この現象を電
流値またはその微分値から検出し、検出後はタイミング
が遅い方の素子の駆動条件を、素子のスイッチングタイ
ミングが速くなるようにすることで電流アンバランスの
解消を図り、バランスさせるものである。
態を示す回路図である。図1において、13はサンプル
ホールド回路(S/H)、14はピークホールド回路
で、これらにはIGBTコレクタ電流検出値Dが入力さ
れる。この検出に当たっては、図9,10に示されるよ
うな従来と同様の回路が用いられる。S/H13は指令
信号Sの立ち下がり時点のデータをオフ指令期間中ホー
ルドし、ピークホールド回路14はオフ指令期間中のピ
ーク値をホールドし、オン期間中はリセットされる。回
路13,14の出力は減算器15に入力され、その減算
結果はコンパレータ16に入力され、設定値Seと比較
される。なお、ここでは1つのIGBT駆動回路のみを
示すが、並設されるIGBT駆動回路も同様に構成され
ることは勿論である。
ンオフ時に、図11にIc1で示すような電流の増加現
象が発生すると、コンパレータ16により信号Cが出力
される。この信号CはSRフリップフロップ回路17に
入力され、これがセットされる。回路17のリセット
は、指令信号Sのオン指令で行なわれる。18は回路1
2からのオフ指令信号Fを遅延させる可変遅延回路で、
ここでは回路17の出力Hが入力されたら、遅延時間を
短縮させるようにする。
回路図である。これは、IGBTコレクタ電流を検出す
る代わりにその微分値を検出し、これを用いる点が特徴
で、コンパレータ16にはIGBTコレクタ電流の微分
値DDが入力される。なお、IGBTコレクタ電流の微
分値を求めるに当たっては、図3,4に示す回路が用い
られるが、これは、図9,10の出力信号Dを微分する
微分回路19を付加して構成するか、図5のようにイン
ダクタンス20を接続して(実際のインダクタンスを接
続しても良く、配線インダクタンスを利用するようにし
ても良い)、その両端電圧を検出することによりコレク
タ電流の微分値相当DDを得るようにしても良い。
れたコレクタ電流の微分値DDを設定値Se1と比較す
る。そして、IGBTターンオフ時に、図11にIc1
で示すように電流が大きく増加する(増加時のdi/d
tが高い)と、コンパレータ16により信号Cが出力さ
れ、図1の場合と同様の動作が行なわれる。ここでも1
つのIGBT駆動回路のみを示すが、並設されるIGB
T駆動回路も同様に構成されるのは図1の場合と同様で
ある。
際にIGBTがターンオフするまでの時間を短縮する方
法として、可変遅延回路の遅延時間を短くするようにし
ているが、他の方法として例えば、ターンオフ用のゲー
ト抵抗値を2並列または2直列以上とし、可変遅延回路
の出力信号がアクティブの場合にはその合成抵抗値を小
さくするなどの方法が考えられるが、遅延時間を短縮で
きる方法ならば如何なる方法を用いても良い。
ト駆動回路を並列接続するシステムにおいて、並設され
るIGBTやゲート駆動回路に特性ばらつきや内部回路
定数に差異がある場合でも、ほぼバランスした電流波形
でターンオフさせることができる。その結果、特定素子
の異常過熱現象や素子破壊を防ぐことが可能となる。
る。
る。
回路図である。
回路図である。
回路図である。
ある。
例を示す構成図である。
である。
図である。
ト駆動回路、4…スナバコンデンサ、5…配線インダク
タンス、6…モータ(負荷)、7…ゲート駆動回路用電
源、8,9…スイッチ、10,11…ゲート抵抗、12
…制御部、13…サンプルホールド回路、14…ピーク
ホールド回路、15…減算器、16…コンパレータ、1
7…セットリセットフリップフロップ(SRFF)、1
8…可変遅延回、19…微分回路、20…リアクトル。
Claims (2)
- 【請求項1】 電力変換器を構成する電力用半導体素子
を並列接続し、個別に設けられたゲート駆動回路に共通
の駆動指令信号を与えて、前記電力用半導体素子それぞ
れを駆動する電力用半導体素子のゲート駆動回路におい
て、 前記電力用半導体素子に流れている電流を検出する電流
検出手段と、電力用半導体素子のターンオフ指令信号の
入力時点近傍で検出した電流検出値と、前記ターンオフ
指令信号が入力されている期間に検出した電流最大値と
の差を求める演算手段と、その演算結果を所定の設定値
と比較する比較手段とを設け、その比較結果が所定値以
上のときはターンオフ指令信号が入力されてから実際に
電力用半導体素子がターンオフする迄の時間を短くする
ことを特徴とする電力用半導体素子のゲート駆動回路。 - 【請求項2】 電力変換器を構成する電力用半導体素子
を並列接続し、個別に設けられたゲート駆動回路に共通
の駆動指令信号を与えて、前記電力用半導体素子それぞ
れを駆動する電力用半導体素子のゲート駆動回路におい
て、 前記電力用半導体素子に流れている電流の微分値を検出
する電流微分値検出手段と、その電流微分値を所定の設
定値と比較する比較手段とを設け、電力用半導体素子の
ターンオフ指令信号が入力されている期間に検出した電
流微分値が設定値以上のときは、ターンオフ指令信号が
入力されてから実際に電力用半導体素子がターンオフす
る迄の時間を短くすることを特徴とする電力用半導体素
子のゲート駆動回路。
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