JP2007104805A - 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォトカプラ12の出力とトランジスタ10,11のベースとの間に、抵抗15と25との直列回路を接続し、この2直列接続された抵抗15と25との接続点に、従来回路と同じくか電流時強制遮断を目的とするスイッチ素子19と抵抗21との直列回路を接続するとともに、抵抗25とトランジスタ10,11のベースとの接続点と、IGBT5のエミッタとの間にコンデンサ26を接続し、かつ、抵抗25と並列にダイオード27を接続することにより、特にコンデンサ26として小型,低コストのものを使用可能とする。
【選択図】図1
Description
9a,9bは回路駆動用の正側電源,負側電源(ともに通常15V前後)、10,11はIGBT5をターンオン,ターンオフさせるためのトランジスタなどのスイッチ素子で、ターンオン用スイッチ素子がNPNトランジスタからなり、ターンオフ用スイッチ素子がPNPトランジスタからなり、フォトカプラなどの絶縁器12からの信号Sにより相補的に動作する。なお、10,11はFET(電界効果トランジスタ)を用いてもよいが、これら素子のベースまたはゲートを制御用端子とも呼ぶ。
同図からも明らかなように、トランジスタ10,11のベース(制御用端子)とIGBT5のエミッタ電位間に、コンデンサ23を付加して構成される。こうすることで、ベース抵抗15とコンデンサ23とでフィルタ回路が形成され、その時定数の設定によりIGBTのスイッチング動作速度を調整することが可能である。すなわち、フィルタ時定数が大きいほどスイッチング速度が遅くなり、IGBTのスイッチング波形としては緩やかとなる(その反面、スイッチング損失は増加する)
(1)ベース抵抗15:IGBTのゲート電流とトランジスタ10,11の直流電流増幅率(hFE)から必要となるベース電流を決め、そのベース電流とゲート駆動回路の電源電圧(9a,9b)とからベース抵抗15を決める。
(3)抵抗21:過電流時の強制遮断動作において、定常状態となったときの電位P2を決め、その電位となるように抵抗15との分圧関係で抵抗21を決定する。
(4)コンデンサ22:過電流強制遮断時において、ソフト遮断化を図るために、電位P2が低下する時定数を決定する。抵抗21との関係でコンデンサ22を決定する。
(1)ベース抵抗15は数10Ω。
(2)ベース部の時定数は数100ns程度に設定する必要があるため、コンデンサ23は10nF程度。
(3)過電流強制遮断時の電位P2は、過電流状態からIGBT5のゲートのVthに比べて十分低くする必要があるため(1V程度)、抵抗15との関係から抵抗21は数Ω。
(4)過電流強制遮断時の時定数は、過電流状態から十分に電流を抑制する必要から、数μs程度の設定が必要、よって、コンデンサ22は数μF。
となる。
i0=コンデンサ22の充電電圧/抵抗21=数A
となり、抵抗21およびスイッチ素子19は、上記電流を流せる定格のものが必要であった。また、コンデンサ22においても、コンデンサは容量が大きくなるほどその体積も大きくなりコスト高になるため、数μFのコンデンサは体積,コストともにチップ部品レベルのものとはならない。
信号絶縁器の信号出力端子と、前記電圧駆動型半導体素子のゲート端子に接続されてゲート電流を流すために相補的に動作する半導体素子の制御用端子との間に、第1と第2の抵抗との直列回路を接続するとともに、この第1の抵抗と第2の抵抗との接続点と、前記電圧駆動型半導体素子のエミッタ端子との間に、その電圧駆動型半導体素子が過電流状態となった場合に、電圧駆動型半導体素子を強制遮断することを目的にオンさせるスイッチ素子を接続し、かつ前記第2の抵抗と前記半導体素子の制御用端子との接続点と、前記電圧駆動型半導体素子のエミッタ端子との間に、コンデンサを接続したことを特徴とする。
これは、フォトカプラ12の出力とトランジスタ10,11のベース(制御用端子)間に、抵抗15と25との直列回路を接続し、この2直列接続された抵抗15と25との接続点に、従来回路と同じく強制遮断を目的とするスイッチ素子19と抵抗21との直列回路を接続するとともに、抵抗25とトランジスタ10,11のベースとの接続点と、IGBT5のエミッタとの間にコンデンサ26を接続し、かつ、抵抗25と並列にダイオード27を接続した点が特徴である。
(1)ベース抵抗15は従来と同等の数10Ω、抵抗25はダイオード27が並列接続されているため、IGBTがターンオンする場合にはベース抵抗とはならない。
(2)ベース部の時定数が数100ns程度の設定から、コンデンサ26は抵抗15との関係で10nF程度。
(3)過電流強制遮断時の電位P2は、従来方式と同様、誤動作防止からIGBT5のゲートのVthに比べて十分低くする必要があるため(1V程度)、抵抗21は数Ω。
(4)過電流強制遮断時の時定数は、数μs程度の設定から、抵抗25はコンデンサ26との関係で数100Ω。
となる。
i0=コンデンサ26の充電電圧/(抵抗25+抵抗21)=数10mA
となり、従来方式と比べ1/100程度となる。その分スイッチ素子19や抵抗21,25は定格の小さい部品が適用できる。またコンデンサ26も従来回路のコンデンサ22と比較して、小型,低コストのものが適用できる。
これは、フォトカプラ12の出力とトランジスタ10,11のベース(制御用端子)との間に、抵抗29とダイオード30の直列回路を接続した点が特徴である。これにより、通常のIGBTのスイッチング動作時(ターンオフ時)において、コンデンサ26の放電時定数が抵抗29によって調製可能となるため、図1と比べてターンオフ波形の調整と、ターンオン波形の調整を独立して実施することができる。なお、IGBTがターンオンする際に、抵抗25がベース抵抗となっても良ければ、ダイオード27を省略することもできる。また、段落0018の(3)項において、電位P2が0Vでも良い場合は、抵抗21を省略し短絡することができる。
Claims (3)
- 電力変換装置に用いる電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路において、
信号絶縁器の信号出力端子と、前記電圧駆動型半導体素子のゲート端子に接続されてゲート電流を流すために相補的に動作する半導体素子の制御用端子との間に、第1と第2の抵抗との直列回路を接続するとともに、この第1の抵抗と第2の抵抗との接続点と、前記電圧駆動型半導体素子のエミッタ端子との間に、その電圧駆動型半導体素子が過電流状態となった場合に、電圧駆動型半導体素子を強制遮断することを目的にオンさせるスイッチ素子を接続し、かつ前記第2の抵抗と前記半導体素子の制御用端子との接続点と、前記電圧駆動型半導体素子のエミッタ端子との間に、コンデンサを接続したことを特徴とする電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。 - 前記第2の抵抗と並列にアノード側が前記第1の抵抗側となるように、第1のダイオードを接続したことを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。
- 前記絶縁器の信号出力端子と、前記半導体素子の制御用端子との間に、アノード側が半導体素子の制御用端子側となるように第2のダイオードを接続したことを特徴とする請求項1または2に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。
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