JP4770063B2 - Ipm回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータなどに用いられるインテリジェントパワーモジュール(IPM)回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2にこの種のIPMを用いたインバータ主回路例を示す。
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IPM回路である。このIPM回路2はここでは、IGBT等のパワー半導体素子3とこれに逆並列接続されたダイオード4との組が6回路分設けられ、各素子3にはそのゲートを駆動するためのゲート駆動回路5および素子3を過電流や過熱から保護するための保護回路6がそれぞれ設けられる(図2ではその1個分だけが示されている)。なお、ゲート駆動回路5は外部からの信号L1によって素子3をオン,オフさせるとともに、保護回路6を介して素子3に過電流が流れたり過熱した場合に故障信号L2を出力する。
【0003】
図3にゲート駆動部の詳細を示す。これは、保護回路の図示を省略したIPM回路とも言える。
S1はオン用のゲート抵抗を兼ねたMOSFET(金属酸化膜型電界効果トランジスタ)で、このMOSFETがオンすることでIGBT素子3がオンする。また、S2はオフ用のゲート抵抗を兼ねたMOSFETで、このMOSFETがオンすることで素子3がオフする。D1は信号L1の立ち上がりを遅延させる遅延回路、D2自体は立ち上がり遅延回路であるが、インバータゲートI2が前段に設けられていることから、信号L1の立ち下がりを遅延させる回路で、遅延回路D1,D2はS1,S2を同時オンさせないこと、およびノイズによる誤動作を防止するために設けられる。なお、7はゲート駆動回路用電源である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
通常、IPMのゲート駆動回路や保護回路はIC(集積回路)で構成される。上記の遅延回路D1,D2等をICで構成する場合、一般的には設計値に対し数10%の個体差ばらつきが発生する。また、IPMの入力からスイッチ素子を駆動する最終段のスイッチ素子(S1,S2)までの間には図示のバッファ回路B1の他にさまざまな回路が接続されているため、これらの回路による遅延時間ばらつきも存在する。そこで、IPMを並列接続し信号L1を並列入力して動作させる場合、各種回路の遅延時間ばらつきによって、並列接続されたスイッチ素子のスイッチング時間差は大きくなり、その結果、スイッチング時の電流アンバランスが発生し、過電流検出レベル以下で過電流検出をしたり、スイッチング損失責務の増加やアンバランスにより、特定素子に熱集中現象が起きたりする。
したがって、この発明の課題は、スイッチング時のアンバランスをなくすことで、誤検出動作や特定素子への熱集中現象を防止することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、パワーモジュールおよびこれを駆動する駆動回路を少なくとも備えたIPM(インテリジェントパワーモジュール)回路を並列に接続してなるIPM回路であって、
前記駆動回路を、外部から信号を入力されて前記パワーモジュールをオンさせるための信号を生成する第1信号生成回路と、その出力にもとづきパワーモジュールをオンさせる第1スイッチ素子と、外部から信号を入力されて前記パワーモジュールをオフさせるための信号を生成する第2信号生成回路と、その出力にもとづきパワーモジュールをオフさせる第2スイッチ素子と、前記第1信号生成回路と前記第1スイッチ素子および前記第2信号生成回路と前記第2スイッチ素子との間にそれぞれ設けられ、自IPM回路の第1信号生成回路出力と他IPM回路の第1信号生成回路出力との論理積演算をする第1演算手段と、同じく自IPM回路の第2信号生成回路出力と他IPM回路の第2信号生成回路出力との論理積演算をする第2演算手段とから構成し、各IPM回路対応のパワーモジュールがほぼ同時にオン,オフするようにタイミングを決定することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の実施の形態を示す回路図である。
これは、図3の回路に対し、遅延回路D1A,D2Aからの出力をそれぞれナンドゲートN1B,アンドゲートA1Bに入力し、遅延回路D1B,D2Bからの出力をそれぞれナンドゲートN1A,アンドゲートA1Aに入力するようにした点が特徴である。こうすることで、並列接続されたIPMの駆動回路の最終段スイッチ素子S1AとS1BまたはS2AとS2Bがほぼ同時にオン,オフされることになり、並列接続されるIGBT3A,IGBT3Bをスイッチング時間のばらつきなくスイッチングさせることができる。なお、IPM単体で運転する場合は端子T1AとT1B間、および端子T2AとT2B間を短絡することによって遅延回路D1A,D2Aの出力信号に応じてスイッチ素子S1AとS2Aがオン,オフされることになる。
【0007】
【発明の効果】
この発明によれば、IPMの並列化によって並列駆動されるIGBTは、スイッチング時間のばらつきがなくなるので、そのスイッチング波形はほぼ同じものとなる。このことにより、スイッチング時のアンバランスによる損失増加や不必要な過電流検出,過熱検出現象をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図2】IPMを用いたインバータの従来例を示す構成図である。
【図3】図2のゲート駆動回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
1…直流電源、2,2A,2B…IPM(インテリジェントパワーモジュール)回路、3,3A,3B…IGBT、4…ダイオード、5…ゲート駆動回路、6…保護回路、7…ゲート駆動回路用電源、8,9…信号線、B1…バッファ回路、I1,I2…インバータゲート、D1A,D2A,D1B,D2B…遅延回路、S1A,S2A,S1B,S2B…最終段スイッチ素子、A1A,A1B…アンドゲート、N1A,N1B…ナンドゲート、T1A,T2A,T1B,T2B…端子。
Claims (1)
- パワーモジュールおよびこれを駆動する駆動回路を少なくとも備えたIPM(インテリジェントパワーモジュール)回路を並列に接続してなるIPM回路であって、
前記駆動回路を、外部から信号を入力されて前記パワーモジュールをオンさせるための信号を生成する第1信号生成回路と、その出力にもとづきパワーモジュールをオンさせる第1スイッチ素子と、外部から信号を入力されて前記パワーモジュールをオフさせるための信号を生成する第2信号生成回路と、その出力にもとづきパワーモジュールをオフさせる第2スイッチ素子と、前記第1信号生成回路と前記第1スイッチ素子および前記第2信号生成回路と前記第2スイッチ素子との間にそれぞれ設けられ、自IPM回路の第1信号生成回路出力と他IPM回路の第1信号生成回路出力との論理積演算をする第1演算手段と、同じく自IPM回路の第2信号生成回路出力と他IPM回路の第2信号生成回路出力との論理積演算をする第2演算手段とから構成し、各IPM回路対応のパワーモジュールがほぼ同時にオン,オフするようにタイミングを決定することを特徴とするIPM回路。
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