JP2006254520A - 電圧駆動型半導体素子の直列接続方式 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数個直列接続された電圧駆動型半導体素子21〜24と、前記各素子をオン・オフするために各素子のゲートに接続された複数のゲート駆動回路11〜14とからなる半導体スイッチ回路において、前記直列接続素子各段のゲート線を磁性体コア41〜43で順次磁気結合させ、更に各ゲート駆動回路のゲート出力端子と各電圧駆動型半導体素子のゲート入力端子とを双方向に電流を流せるスイッチ31〜34により接続し、各電圧駆動型半導体素子のゲート線に接続された磁性体コアの巻線端子間に電圧が発生した場合、この電圧と入力信号とから素子破壊を判断し、素子破壊と判断された電圧駆動型素子のゲート駆動回路では電圧駆動型半導体素子のゲートに順バイアスを与える。
【選択図】図1
Description
この課題を解決するための従来技術として、図6に示すように直列接続されている素子21〜2nのゲート線を磁性体コア41〜4(n−1)で順次磁気結合させて、素子がゲート駆動回路11〜1nからの入力信号に基づいてオン・オフする際に各ゲート線に流れる電流値が、スイッチングタイミングのばらつきによって異なれば、その差分に応じてゲート線のインピーダンスを瞬時に変化させることで、各ゲート電流を一致させ、その結果、スイッチングタイミングのばらつきを抑制させる方式ががある。
この発明の課題は、素子破壊が発生した場合、故障素子以外の健全な素子のゲート線を互いに磁気結合させ運転を継続できる構成にすることである。この構成により、破壊素子のコレクタ−エミッタ間が短絡状態になった時、この素子を配線と見なして残りの正常な素子の直列接続回路で回路動作を継続させることができる。
また、各電圧駆動型半導体素子のゲート線に接続された磁性体コアの巻線端子に電圧が発生した場合、この電圧とゲート駆動回路の入力信号とから素子故障を判断し、故障と判断された素子のゲート駆動回路ではゲートに順バイアス電圧を与えるための第1のトランジスタと逆バイアス電圧を与えるための第2のトランジスタを共にオフにし、かつ前記双方向に電流を流せる前記スイッチをオンするようにした。
また、各ゲート駆動回路11〜14には各ゲート線に接続されている磁性体コアの巻線端子間の電圧が入力され、これらの電圧を監視してスイッチ31〜34のオン・オフ信号、およびゲート駆動回路の停止信号が決定される。図2に、ゲート駆動回路の構成例を示す。59、60がそれぞれ順バイアス電圧、逆バイアス電圧、また55、56がそれぞれ順バイアス用トランジスタ、逆バイアス用トランジスタ、57、58はそれぞれオン用ゲート抵抗、オフ用ゲート抵抗であり、トランジスタ55、56を交互にオン・オフすることで、素子のゲートに順バイアス電圧(VFB)、逆バイアス電圧(VRB)を交互に印加する。ロジック回路は制御回路からの入力信号により、トランジスタ55,56を交互にスイッチングする回路である。また、故障信号出力回路51は磁性体コアの巻線端子電圧を検出し、素子故障を判別するための信号を出力する回路である。故障信号出力回路51は図2のように、磁性体コアの巻線端子電圧を正負それぞれに分けて整流する整流回路511、これらの信号を絶縁するための絶縁回路512、513、正常期間のマスク用フィルタ回路514〜517から成り、これらの二つの信号Vd1、Vd2を故障判別信号として出力する。故障判別回路53はこれら二つの信号とゲート駆動回路の入力信号との関係により故障を判別する回路で、パルス固定回路54は故障判別回路53で故障と判別された時に、スイッチ32のオンを継続する信号を出力する回路である。これらの動作について、具体的に説明する。
次に、時刻T0で素子故障が発生し、素子22の全端子(コレクタ、エミッタ、ゲート)間が短絡状態になったと仮定する。すると、Ig2が図4に示す回路で流れ続けようとするが、他の正常素子はゲート線に電流が流れるモードではない。そのため、各磁性体コアの巻線に電圧が発生する。素子21ではオンさせる方向、即ちIg1が増加するように磁性体コア41の巻線に正電圧が印加され、Ig2はこれとは逆に素子22をオフさせる方向に磁性体コアの巻線に負電圧が印加される。これにより、Vd1は0、Vd2はフィルタ時間後信号が出力される。
以上の動作により、素子故障を検出し、故障素子以外の健全な三つの素子で正常動作を継続させることができる。この時、素子の直列数が減少するため、素子耐圧は素子破壊時を考慮して選択する必要がある。
31〜34・・・双方向に電流を流せるスイッチ
41〜43・・・磁性体コア 50・・・ゲート駆動回路
51・・・故障信号出力回路 52・・・信号分配回路
53・・・故障判別回路 54・・・パルス固定回路
55、56・・・トランジスタ 57、58・・・ゲート抵抗
59、60・・・ゲート駆動電源 511・・・整流回路
512、513・・・絶縁回路 514〜517・・・フィルタ回路
Claims (2)
- 複数個直列接続された電圧駆動型半導体素子と、前記各素子をオン・オフするために各素子のゲートに接続された複数のゲート駆動回路とからなる半導体スイッチ回路において、前記直列接続素子各段のゲート線を磁性体コアで順次磁気結合させ、前記素子のいずれかが故障した時、故障素子のゲート駆動回路のゲート出力端子と故障素子のゲート入力端子とを双方向に電流を流せるスイッチにより接続することを特徴とする電圧駆動型半導体素子の直列接続方式。
- 請求項1に記載の半導体スイッチ回路において、各電圧駆動型半導体素子のゲート線に接続された磁性体コアの巻線端子に電圧が発生した場合、この電圧とゲート駆動回路の入力信号とから素子故障を判断し、故障と判断された素子のゲート駆動回路ではゲートに順バイアス電圧を与えるための第1のトランジスタと逆バイアス電圧を与えるための第2のトランジスタを共にオフにし、かつ双方向に電流を流せる前記スイッチをオンさせることを特徴とする電圧駆動型半導体素子の直列接続方式。
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