JPH0556553A - Igbt gate drive circuit - Google Patents
Igbt gate drive circuitInfo
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- JPH0556553A JPH0556553A JP3232173A JP23217391A JPH0556553A JP H0556553 A JPH0556553 A JP H0556553A JP 3232173 A JP3232173 A JP 3232173A JP 23217391 A JP23217391 A JP 23217391A JP H0556553 A JPH0556553 A JP H0556553A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インバータなどの電力
変換器を構成する半導体素子（ＩＧＢＴ）の過負荷等に
よる温度上昇に対する保護を図ったＩＧＢＴのゲートド
ライブ回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gate drive circuit for an IGBT, which protects a semiconductor element (IGBT) that constitutes a power converter such as an inverter from temperature rise due to overloading.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インバータ等において、トランジスタ、
ＩＧＢＴ等の半導体素子２は一般的に図４のように冷却
フィン１に実装される。インバータの負荷が増大し、半
導体素子２の発生損失が増大すると冷却フィン１の温度
が上昇するため、半導体素子２の内部温度が許容限界を
超えて破壊に至る可能性があり、このような事態を避け
るため、従来は温度センサ３を冷却フィン１上に実装し
て温度検出を行っている。即ち冷却フィン１の温度が所
定値を超えた場合には、過熱状態としてインバータの停
止等の異常処理を行ない、半導体素子２の破壊を未然に
防止している。また、図５に従来の一般的なＩＧＢＴの
ゲートドライブ回路例を示す。図中、５はＩＧＢＴであ
り、入力信号４に応じてＩＧＢＴ５をＯＮ／ＯＦＦさせ
ることがこのゲートドライブ回路の目的である。この図
から明らかなように、従来ＩＧＢＴのゲートドライブ回
路は、単に入力信号４を増幅器６によって増幅している
だけであって、ＩＧＢＴ５の温度の状態は全然考慮して
いない。2. Description of the Related Art In inverters, transistors,
A semiconductor element 2 such as an IGBT is generally mounted on the cooling fin 1 as shown in FIG. When the load of the inverter increases and the generated loss of the semiconductor element 2 increases, the temperature of the cooling fin 1 rises, so that the internal temperature of the semiconductor element 2 may exceed the allowable limit and may be destroyed. In order to avoid this, conventionally, the temperature sensor 3 is mounted on the cooling fin 1 to detect the temperature. That is, when the temperature of the cooling fins 1 exceeds a predetermined value, the semiconductor device 2 is prevented from being destroyed by performing an abnormal process such as stopping the inverter in an overheated state. FIG. 5 shows an example of a conventional general IGBT gate drive circuit. In the figure, 5 is an IGBT, and the purpose of this gate drive circuit is to turn on / off the IGBT 5 according to the input signal 4. As is apparent from this figure, the conventional IGBT gate drive circuit merely amplifies the input signal 4 by the amplifier 6, and does not consider the temperature state of the IGBT 5 at all.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術におい
ては保護すべき半導体素子の温度は計測せず、その代わ
りとして冷却フィンの温度を計測しているため、保護機
能が不完全であった。つまり、半導体素子の内部温度と
冷却フィンの温度との間には温度差が生じており、特に
数秒以下の短時間における過負荷時には、冷却フィンの
温度が緩慢にしか変化しないにも関わらず半導体素子の
内部温度が急激に上昇し、破壊に至る場合があった。本
発明は上述のような事情からなされたものであり、本発
明の目的は、インバータ装置において半導体素子（ＩＧ
ＢＴ）のチップの温度を直接的にリアルタイムで検出
し、いかなる負荷状態においても過熱から確実に保護す
るＩＢＧＴのゲートドライブ回路を提供することにあ
る。In the above-mentioned conventional technique, the temperature of the semiconductor element to be protected is not measured, but the temperature of the cooling fin is measured instead, so that the protection function is incomplete. That is, there is a temperature difference between the internal temperature of the semiconductor element and the temperature of the cooling fin, and the semiconductor temperature of the cooling fin changes only slowly even when overloaded in a short time of several seconds or less. In some cases, the internal temperature of the device suddenly rose and the device was destroyed. The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor element (IG) in an inverter device.
An object of the present invention is to provide an IBGT gate drive circuit that directly detects the temperature of a BT) chip in real time and reliably protects it from overheating under any load condition.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、ＯＮ／ＯＦＦ
を指令する入力信号に応じてＩＧＢＴのゲート端子に電
圧を印加することによって前記ＩＧＢＴをＯＮ／ＯＦＦ
させるＩＧＢＴのゲートドライブ回路に関するもので、
本発明の上記目的は、前記ＩＧＢＴのゲート・エミッタ
端子間に所定の交流電圧を印加する信号発生部と、前記
交流電圧によって前記ＩＧＢＴのゲート端子に流れる電
流に基づいて前記ゲート・エミッタ端子間の静電容量を
検知する検知手段と、前記静電容量が所定値を超えて変
化した場合に異常状態として外部に出力する異常信号出
力部とを設けることによって達成される。The present invention is an ON / OFF
ON / OFF of the IGBT by applying a voltage to the gate terminal of the IGBT according to an input signal instructing
It relates to the gate drive circuit of the IGBT to be
The above object of the present invention is to provide a signal generator that applies a predetermined AC voltage between the gate and emitter terminals of the IGBT, and between the gate and emitter terminals based on a current flowing through the gate terminal of the IGBT by the AC voltage. This is achieved by providing a detection unit that detects the electrostatic capacity and an abnormal signal output unit that outputs an abnormal state to the outside when the electrostatic capacity changes beyond a predetermined value.
【０００５】[0005]
【作用】ＩＧＢＴのゲート・エミッタ端子間に所定の交
流電圧を印加する信号発生部と、前記交流電圧によって
前記ＩＧＢＴのゲート端子に流れる電流に基づいてゲー
ト・エミッタ端子間の静電容量を検知する検知手段の働
きによって、動作中のＩＧＢＴの静電容量の変化を計測
することが出来る。ＩＧＢＴのゲート・エミッタ端子間
の静電容量Ｃｉｓｓは、温度に対して図３に示すような
相関関係を持っているため、静電容量Ｃｉｓｓを検出す
ることによって、等価的にＩＧＢＴのチップの温度を計
測することができる。A signal generator for applying a predetermined AC voltage between the gate and emitter terminals of the IGBT, and a capacitance between the gate and emitter terminals is detected based on a current flowing through the gate terminal of the IGBT by the AC voltage. The change of the electrostatic capacitance of the operating IGBT can be measured by the function of the detecting means. Since the electrostatic capacitance Ciss between the gate and emitter terminals of the IGBT has a correlation as shown in FIG. 3 with respect to the temperature, by detecting the electrostatic capacitance Ciss, the temperature of the IGBT chip is equivalently measured. Can be measured.
【０００６】[0006]
【実施例】図１に、本発明によるＩＧＢＴのゲートドラ
イブ回路の実施例を示す。図中、増幅器６、トランジス
タ７Ａ及び７Ｂ、抵抗８によって構成される起動回路
は、従来技術によるゲートドライブ回路と全く等価であ
り、説明は省略する。ＩＧＢＴ５のゲート・エミッタ端
子には、コンデンサ９、インダクタ１０及びトランス１
１を介して発振器１２が接続されていて、その発振周波
数はコンデンサ９、インダクタ１０及びＩＧＢＴ５のゲ
ート・エミッタ端子間の静電容量Ｃｉｓｓによって決ま
る共振周波数の近傍に設定されている。なお、実際には
発振周波数は数ＭＨｚ程度に設定される。このような回
路によって、ＩＧＢＴ５のゲート・エミッタ端子間には
発振器１２による所定の交流電圧が印加され、その静電
容量Ｃｉｓｓに応じて交流電流が流れるが、前述したよ
うに静電容量Ｃｉｓｓには温度相関性があることから、
この交流電流はＩＧＢＴ５のチップの温度によってその
振幅、位相が変化する。そのため、発振器１２とトラン
ス１１の間に静電容量検出回路１３を設け、前記交流電
流の検出値から静電容量Ｃｉｓｓを検出するようにして
いる。1 shows an embodiment of an IGBT gate drive circuit according to the present invention. In the figure, the starting circuit constituted by the amplifier 6, the transistors 7A and 7B, and the resistor 8 is completely equivalent to the gate drive circuit according to the conventional technique, and the description thereof is omitted. At the gate / emitter terminal of the IGBT 5, a capacitor 9, an inductor 10 and a transformer 1 are provided.
An oscillator 12 is connected via 1 and its oscillation frequency is set near the resonance frequency determined by the capacitance Ciss between the capacitor 9, the inductor 10 and the gate / emitter terminal of the IGBT 5. Note that the oscillation frequency is actually set to about several MHz. With such a circuit, a predetermined AC voltage is applied between the gate and emitter terminals of the IGBT 5 by the oscillator 12 and an AC current flows according to the electrostatic capacitance Ciss thereof. Since there is a temperature correlation,
The amplitude and phase of this alternating current change depending on the temperature of the chip of the IGBT 5. Therefore, the electrostatic capacitance detection circuit 13 is provided between the oscillator 12 and the transformer 11, and the electrostatic capacitance Ciss is detected from the detected value of the alternating current.
【０００７】なお、静電容量検出回路１３の内部回路の
一実施例を図２に示す。この図２の回路例は、出来る限
り簡単な構成で機能を実現するべく考案された例であ
り、前記交流電流の振幅のみを検出するものである。ダ
イオード１４Ａ〜１４Ｄは高速でかつ電圧降下の少ない
ショットキーダイオードを使用し、交流電流を全波整流
している。そして、抵抗器１５によって電流を電圧に変
換し、更にコンデンサ１６によって平滑することによっ
て、ＩＧＢＴ５のゲート・エミッタ間の静電容量Ｃｉｓ
ｓを表わす直流電圧信号（以下、これを静電容量検出値
と呼ぶ）を得ている。ここで、トランジスタ１７の機能
について説明する。これまで述べてきたような静電容量
の検出方法は、ＩＧＢＴ５のスイッチング時の過渡状態
中には正しい検出を行なうことができないため、このよ
うな期間中にはトランジスタ１７をＯＮさせて出力信号
を短絡することによって検出値を無視できるようになっ
ている。An embodiment of the internal circuit of the capacitance detecting circuit 13 is shown in FIG. The circuit example of FIG. 2 is an example devised to realize a function with a configuration as simple as possible, and detects only the amplitude of the alternating current. The diodes 14A to 14D are Schottky diodes that are fast and have a small voltage drop, and full-wave rectify the alternating current. Then, by converting the current into a voltage by the resistor 15 and smoothing it by the capacitor 16, the electrostatic capacitance Cis between the gate and the emitter of the IGBT 5 is obtained.
A DC voltage signal representing s (hereinafter referred to as capacitance detection value) is obtained. Here, the function of the transistor 17 will be described. Since the electrostatic capacitance detection method as described above cannot perform correct detection during the transient state at the time of switching the IGBT 5, the transistor 17 is turned on during such a period to output the output signal. The detection value can be ignored by short-circuiting.
【０００８】さて再び図１の説明に戻ると、静電容量検
出回路１３の出力、つまり静電容量検出値はコンパレー
タ１８に入力されており、コンパレータ１８で基準電圧
１９と比較される。基準電圧１９はＩＧＢＴ５が許容温
度に達したときの静電容量検出値に等しい値に予め設定
されているため、もしＩＧＢＴ５の温度が許容温度を超
えた場合にはコンパレータ１８の出力が反転し、異常状
態として出力される。そこで、この出力信号に応じてイ
ンバータの運転停止等の処理を行うことができる。Returning to the description of FIG. 1, the output of the electrostatic capacitance detection circuit 13, that is, the electrostatic capacitance detection value is input to the comparator 18, and is compared with the reference voltage 19 by the comparator 18. Since the reference voltage 19 is preset to a value equal to the capacitance detection value when the IGBT 5 reaches the allowable temperature, if the temperature of the IGBT 5 exceeds the allowable temperature, the output of the comparator 18 is inverted, It is output as an abnormal condition. Therefore, processing such as operation stop of the inverter can be performed according to the output signal.
【０００９】なお、ここでコンデンサ９とインダクタ１
０による共振回路について言及する。図１の回路におい
て、トランジスタ７Ａ、７Ｂ及び抵抗器８による駆動回
路の出力部はトランス１１とＩＧＢＴ５に並列に接続さ
れていることから、駆動回路の出力信号がトランス１１
に流入しないように電気的に分離する必要がある。そこ
で、トランス１１側に発振器１２の周波数に合せた直列
共振回路を設け、交流信号以外の電流成分が流れないよ
うにしている。Here, the capacitor 9 and the inductor 1
Reference is made to a resonant circuit with zero. In the circuit of FIG. 1, since the output portion of the drive circuit including the transistors 7A and 7B and the resistor 8 is connected in parallel to the transformer 11 and the IGBT 5, the output signal of the drive circuit is the output signal of the transformer 11.
Need to be electrically separated so that it does not flow into the. Therefore, a series resonance circuit matching the frequency of the oscillator 12 is provided on the transformer 11 side so that current components other than the AC signal do not flow.
【００１０】以上、本発明の実施例をＩＧＢＴを対象に
説明したが、本発明の原理は、ＩＧＢＴと全く同等のゲ
ート構造を持つＭＯＳＦＥＴに対してもそのまま使用す
ることが出来る。Although the embodiments of the present invention have been described above for the IGBT, the principle of the present invention can be used as it is for a MOSFET having a gate structure exactly equivalent to that of the IGBT.
【００１１】[0011]
【発明の効果】本発明によれば、ＩＧＢＴを使用したイ
ンバータ装置において、ＩＧＢＴのチップの温度を直接
的にかつリアルタイムで検出し、過熱から保護できるた
め、いかなる負荷状態においても確実に保護することが
可能である。According to the present invention, in an inverter device using an IGBT, the temperature of the IGBT chip can be detected directly and in real time and can be protected from overheating, so that it can be reliably protected under any load condition. Is possible.
【図１】本発明によるＩＧＢＴのゲートドライブ回路の
一実施例である。FIG. 1 is an embodiment of a gate drive circuit for an IGBT according to the present invention.
【図２】静電容量検出回路の一実施例を示す回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram showing an embodiment of a capacitance detection circuit.
【図３】ＩＧＢＴの静電容量Ｃｉｓｓの温度に対する相
関を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the correlation of the capacitance Ciss of the IGBT with respect to temperature.
【図４】従来技術によるインバータの過熱保護方式を説
明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an inverter overheat protection method according to a conventional technique.
【図５】従来の一般的なゲートドライブ回路である。FIG. 5 is a conventional general gate drive circuit.
１ 冷却フイン ２ 半導体素子 ３ 温度センサ ５ ＩＧＢＴ １０ インダクタ １１ トランス １２ 発振器 １３ 静電容量検出回路 1 Cooling fin 2 Semiconductor element 3 Temperature sensor 5 IGBT 10 Inductor 11 Transformer 12 Oscillator 13 Capacitance detection circuit
Claims (3)
てＩＧＢＴのゲート端子に電圧を印加することによって
前記ＩＧＢＴをＯＮ／ＯＦＦさせるＩＧＢＴのゲートド
ライブ回路において、前記ＩＧＢＴのゲート・エミッタ
端子間に所定の交流電圧を印加する信号発生部と、前記
交流電圧によって前記ＩＧＢＴのゲート端子に流れる電
流に基づいて前記ゲート・エミッタ端子間の静電容量を
検知する検知手段と、前記静電容量が所定値を超えて変
化した場合に異常状態として外部に出力する異常信号出
力部とを備えたことを特徴とするＩＧＢＴのゲートドラ
イブ回路。1. In an IGBT gate drive circuit for turning on / off the IGBT by applying a voltage to the gate terminal of the IGBT according to an input signal for instructing ON / OFF, between the gate and emitter terminals of the IGBT. A signal generator that applies a predetermined AC voltage, a detection unit that detects the electrostatic capacitance between the gate and emitter terminals based on the current that flows through the gate terminal of the IGBT by the AC voltage, and the electrostatic capacitance is predetermined. An IGBT gate drive circuit, comprising: an abnormal signal output unit that outputs an abnormal state to the outside when the change exceeds a value.
を介して前記ＩＧＢＴのゲート端子に接続され、前記ゲ
ート・エミッタ端子間の静電容量と前記インダクタンス
によって共振回路が構成されている請求項１に記載のＩ
ＧＢＴのゲートドライブ回路。2. The signal generating section is connected to a gate terminal of the IGBT via a predetermined inductance, and a resonance circuit is formed by the capacitance between the gate and emitter terminals and the inductance. I described
Gate drive circuit of GBT.
Ｆを指令する入力信号が入力され、前記ＩＧＢＴがスイ
ッチングの過渡期間である時には異常信号を外部に出力
しないようにした請求項２に記載のＩＧＢＴのゲートド
ライブ回路。3. The ON / OF is provided in the abnormal signal output section.
3. The gate drive circuit for an IGBT according to claim 2, wherein an input signal for instructing F is input, and an abnormal signal is not output to the outside when the IGBT is in a transitional period of switching.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232173A JPH0556553A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Igbt gate drive circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232173A JPH0556553A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Igbt gate drive circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0556553A true JPH0556553A (en) | 1993-03-05 |
Family
ID=16935150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3232173A Pending JPH0556553A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Igbt gate drive circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0556553A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06209519A (en) * | 1993-01-08 | 1994-07-26 | Honda Motor Co Ltd | Overcurrent protective circuit |
| JPH07213073A (en) * | 1994-01-14 | 1995-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Brightness adjusting method of inverter-device display part |
| JP2008035659A (en) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | Motor driver |
| JP2009261112A (en) * | 2008-04-15 | 2009-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Power conversion device |
| CN102035191A (en) * | 2010-12-28 | 2011-04-27 | 广东易事特电源股份有限公司 | Igbt module over-temperature protection circuit |
| WO2018193720A1 (en) * | 2017-04-19 | 2018-10-25 | 株式会社日立製作所 | Power conversion device |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP3232173A patent/JPH0556553A/en active Pending
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