JP2001238432A - Semiconductor power converter - Google Patents

Semiconductor power converter

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JP2001238432A
JP2001238432A JP2000049587A JP2000049587A JP2001238432A JP 2001238432 A JP2001238432 A JP 2001238432A JP 2000049587 A JP2000049587 A JP 2000049587A JP 2000049587 A JP2000049587 A JP 2000049587A JP 2001238432 A JP2001238432 A JP 2001238432A
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Japan
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gate
signal
negative bias
semiconductor power
detector
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JP2000049587A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Tsukagoshi
昌彦 塚越
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a gate feedback signal, while original characteristics of a gate signal in a positive bias region are not impaired. SOLUTION: This semiconductor power converter has a gate drive circuit 20, which outputs a gate signal 25 of a gate positive bias voltage, when a gate control signal 22 is turned on and outputs a gate signal 25 of a gate negative bias voltage, when a gate signal is turned off to drive a semiconductor device 26. A gate negative bias detector 33 is provided, which detects the off-state of the semiconductor device 26 only when the gate signal 25, supplied to the semiconductor device 26 by the gate drive circuit 20, is not higher than a prescribed voltage in a negative bias region and outputs a gate feedback signal 32 and prevents the gate signal from flowing into the gate drive circuit 20, when the gate signal is higher than the predetermined signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機または他の
負荷に必要な電力を供給する半導体電力変換装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor power converter for supplying necessary electric power to a motor or another load.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、交流電動機を負荷として駆動する
代表的な半導体電力変換装置として、図9に示すような
システム構成が採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a system configuration as shown in FIG. 9 has been adopted as a typical semiconductor power converter driven by an AC motor as a load.

【0003】図9において、1は負荷となる三相交流電
動機で、この三相交流電動機1は三相各相に対応するU
相正側回路2、V相正側回路3、W相正側回路4、U相
負側回路5、V相負側回路6、W相負側回路7の6つの
回路により駆動される。
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a three-phase AC motor serving as a load. The three-phase AC motor 1 has a U-phase corresponding to each of the three phases.
It is driven by six circuits: the phase positive side circuit 2, the V phase positive side circuit 3, the W phase positive side circuit 4, the U phase negative side circuit 5, the V phase negative side circuit 6, and the W phase negative side circuit 7.

【0004】また、これら各相の正、負側回路には、制
御器8よりゲート制御信号9が入力される。この制御器
8は、運転開始信号、異常検出信号等の制御信号をもと
に制御を行って、ゲート制御信号9を出力する。
A gate control signal 9 is input from a controller 8 to the positive and negative circuits of each phase. The controller 8 performs control based on control signals such as an operation start signal and an abnormality detection signal, and outputs a gate control signal 9.

【0005】各正側回路は、U相正側回路2に代表され
るように、正側主回路電位10に接続される正側半導体
素子11のオン、オフによって駆動電圧を制御し、また
同様に各負側回路はU相負側回路5に代表されるよう
に、負側主回路電位12に接続される負側半導体素子1
3のオン、オフによって駆動電圧を制御するもので、こ
れらによって必要な電力変換が行われる。
Each positive side circuit, as represented by the U-phase positive side circuit 2, controls a drive voltage by turning on and off a positive side semiconductor element 11 connected to a positive side main circuit potential 10, and similarly. Each negative circuit is connected to a negative main circuit potential 12 as represented by a U-phase negative circuit 5.
The drive voltage is controlled by turning on and off the switch 3, and necessary power conversion is performed by these switches.

【0006】上記正側半導体素子11は、U相正側ゲー
ト制御信号14をもとにU相正側ゲート駆動回路15か
ら出力されるU相正側ゲート信号16で駆動され、負側
半導体素子13はU相負側ゲート制御信号17をもとに
U相負側ゲート駆動回路18から出力されるU相負側ゲ
ート信号19で駆動される。
The positive-side semiconductor element 11 is driven by a U-phase positive-side gate signal 16 output from a U-phase positive-side gate drive circuit 15 based on a U-phase positive-side gate control signal 14. 13 is driven by a U-phase negative gate signal 19 output from a U-phase negative gate drive circuit 18 based on a U-phase negative gate control signal 17.

【0007】ところで、このような構成の半導体電力変
換装置において、ゲート駆動回路から半導体素子に与え
られるゲート信号を検証するものに、このゲート信号を
検出して正常かどうか検証する方法がある。この方法と
しては多々あり、その一つにゲート信号線にCT等の検
出器を設置して直接ゲート信号に対して検出回路を設置
する必要のない間接的な方法もあるが、この方法は回路
が複雑になるため、あまり用いられていない。
Meanwhile, in the semiconductor power conversion device having such a configuration, as a method for verifying a gate signal supplied from a gate drive circuit to a semiconductor element, there is a method of detecting the gate signal and verifying whether the gate signal is normal. There are many methods, one of which is an indirect method in which a detector such as a CT is installed on a gate signal line and a detection circuit for a gate signal need not be installed directly. Is not often used because of its complexity.

【0008】これに対して、ゲート信号線に直接検出回
路を設置してその電圧レベルを測定する方法がある。こ
の方法の従来の構成例を図10により説明する。
On the other hand, there is a method of installing a detection circuit directly on a gate signal line and measuring the voltage level thereof. A conventional configuration example of this method will be described with reference to FIG.

【0009】図10に示すように、ゲート駆動回路20
にフォトカプラ21を設け、このフォトカプラ21を介
して入力される図9の制御器8からのゲート制御信号2
2がオンを示すときはゲート正バイアス電位23を、オ
フを示すときはゲート負バイアス電位24をゲート信号
25として半導体素子26にそれぞれ出力する。
[0009] As shown in FIG.
9 is provided with a gate control signal 2 from the controller 8 shown in FIG.
When 2 indicates ON, the gate positive bias potential 23 is output to the semiconductor element 26 as the gate signal 25 when the gate positive bias potential 23 is OFF.

【0010】この場合、ゲート制御信号22とゲート信
号25とはフォトカプラ21で絶縁される。
In this case, the gate control signal 22 and the gate signal 25 are insulated by the photocoupler 21.

【0011】このゲート駆動回路20から出力されたゲ
ート信号25はゲート信号検出器29に取込まれる。こ
のゲート信号検出回路29は、ゲート正バイアス電位2
3と負バイアス電位24との間の電位を直列接続された
正側分圧抵抗27と負側分圧抵抗28により分圧し、そ
の分圧点の電位を検出レベルとしている。また、ゲート
信号検出回路29は、ゲート信号25の電位と検出レベ
ルとを比較するレベル検出器30を備え、このレベル検
出器30はゲート信号25の電位が検出レベルより高い
場合はオン、低い場合はオフとしてゲート帰還信号32
をフォトカプラ31を介して図示しない制御器に出力す
る。この場合、レベル検出器30としてはオペアンプな
どが使用される。
The gate signal 25 output from the gate drive circuit 20 is taken into a gate signal detector 29. The gate signal detection circuit 29 has a gate positive bias potential 2
3 and a negative bias potential 24 are divided by a positive-side voltage dividing resistor 27 and a negative-side voltage dividing resistor 28 connected in series, and the potential at the voltage dividing point is set as a detection level. The gate signal detection circuit 29 includes a level detector 30 that compares the potential of the gate signal 25 with the detection level. The level detector 30 is turned on when the potential of the gate signal 25 is higher than the detection level, and is turned off when the potential of the gate signal 25 is lower than the detection level. Is off and the gate feedback signal 32
Is output to a controller (not shown) via the photocoupler 31. In this case, an operational amplifier or the like is used as the level detector 30.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このようにゲート駆動
回路20は、ゲート制御信号22がオフの場合にはゲー
ト負バイアス電位24をゲート信号25として出力し、
逆にオンの場合はゲート正バイアス電位32を出力す
る。このとき、ゲート制御信号22がオンあるいはオフ
した後、ゲート信号25のレベルの変化速度が速いこと
が望まれる。この変化速度が遅いと、半導体素子26の
損失が増大する等の弊害が生じる。
As described above, the gate drive circuit 20 outputs the gate negative bias potential 24 as the gate signal 25 when the gate control signal 22 is off,
On the other hand, when it is on, the gate positive bias potential 32 is output. At this time, it is desirable that the level change speed of the gate signal 25 be fast after the gate control signal 22 is turned on or off. If the change speed is low, adverse effects such as an increase in loss of the semiconductor element 26 occur.

【0013】実際に半導体素子26がオン状態とオフ状
態との間を変化するのは、ゲート信号25がゲート正バ
イアスの領域なので、特にこの領域での変化速度が速い
ことが要求される。
The fact that the semiconductor element 26 actually changes between the ON state and the OFF state is a region where the gate signal 25 is in the positive gate bias, and therefore the change speed is particularly required to be high in this region.

【0014】しかし、従来回路のようにレベル検出器3
0にオペアンプを使用した場合、ゲート信号25から必
ずゲート信号検出器29に検出用の電流が流れるため、
半導体素子26をオン、オフする電流の一部が検出に使
われ、その分ゲート信号25の変化速度が遅くなってし
まうという問題がある。
However, as in the conventional circuit, the level detector 3
When an operational amplifier is used for 0, since a detection current always flows from the gate signal 25 to the gate signal detector 29,
There is a problem that a part of the current for turning on and off the semiconductor element 26 is used for detection, and the change speed of the gate signal 25 is accordingly reduced.

【0015】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、本来のゲート特性を損なうことなく、ゲート
信号の検出を行うことができる半導体電力変換装置を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor power conversion device capable of detecting a gate signal without impairing the original gate characteristics.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により半導体電力変換装置
を構成する。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a semiconductor power converter is constituted by the following means.

【0017】請求項1に対応する発明は、制御器から出
力されるゲート制御信号がオンの時ゲート正バイアス電
圧のゲート信号を出力し、ゲート制御信号がオフの時ゲ
ート負バイアス電圧のゲート信号を出力して半導体素子
を駆動するゲート駆動回路を備えた半導体電力変換装置
において、前記ゲート駆動回路より前記半導体素子に与
えられるゲート信号が負バイアス領域の所定電圧以下と
なったときだけ前記半導体素子がオフであることを検出
してゲート帰還信号を出力し、ゲート信号が前記所定電
圧以上のときはゲート信号の流入を阻止するゲート負バ
イアス検出器を設ける。
According to a first aspect of the present invention, a gate signal of a gate positive bias voltage is output when a gate control signal output from a controller is on, and a gate signal of a gate negative bias voltage is output when a gate control signal is off. And a gate drive circuit for driving the semiconductor device by outputting a signal to the semiconductor device, wherein the semiconductor device is provided only when a gate signal supplied from the gate drive circuit to the semiconductor device becomes equal to or lower than a predetermined voltage in a negative bias region. Is turned off, a gate feedback signal is output, and a gate negative bias detector for preventing the inflow of the gate signal when the gate signal is higher than the predetermined voltage is provided.

【0018】請求項2に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の半導体電力変換装置において、ゲート負バ
イアス検出器から出力されるゲート帰還信号と制御器か
ら出力されるゲート制御信号とを記録するゲート記録手
段を設ける。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor power conversion device according to the first aspect of the present invention, the gate feedback signal output from the gate negative bias detector and the gate control signal output from the controller are combined. A gate recording means for recording is provided.

【0019】請求項3に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の半導体電力変換装置において、複数の半導
体素子の各駆動回路にそれぞれ対応するゲート負バイア
ス検出器を備え、且つこれらのゲート負バイアス検出器
から出力されるゲート帰還信号を取込んで、運転前に全
てのまたは一部のゲート信号が負バイアスになっていな
いことを条件に回路の異常を検出する運転前ゲート負バ
イアス異常検出手段を設ける。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the semiconductor power conversion device according to the first aspect of the present invention, further comprising a gate negative bias detector corresponding to each drive circuit of the plurality of semiconductor elements, and Abnormal gate negative bias error before operation that takes in the gate feedback signal output from the negative bias detector and detects an abnormality in the circuit on condition that all or some gate signals are not negatively biased before operation. Detecting means is provided.

【0020】請求項4に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の半導体電力変換装置において、ゲート負バ
イアス検出器から出力されるゲート帰還信号を取込ん
で、半導体素子の必要とするデッドタイムが確保されな
いで信号が出力されたとき、その信号を検出してデッド
タイム異常検出信号を出力するデッドタイム異常検出手
段を設ける。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor power conversion device according to the first aspect of the present invention, a gate feedback signal output from a gate negative bias detector is taken in, and a dead time required by a semiconductor element is obtained. When a signal is output without securing the time, a dead time abnormality detecting means for detecting the signal and outputting a dead time abnormality detection signal is provided.

【0021】請求項5に対応する発明は、請求項1に対
応する発明の半導体電力変換装置において、ゲート負バ
イアス検出器から出力されるゲート帰還信号を取込ん
で、半導体素子が必要とする最小オンパルス幅が確保さ
れていないことを検出すると最小オンパルス異常信号を
出力する最小オンパルス異常検出手段を設ける。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor power conversion device according to the first aspect of the present invention, a gate feedback signal output from a gate negative bias detector is fetched to minimize a required semiconductor element. A minimum on-pulse abnormality detecting means for outputting a minimum on-pulse abnormality signal when detecting that the on-pulse width is not secured is provided.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は本発明による電力半導体電力変換装
置の第1の実施の形態を示す1回路分のブロック図で、
図10と同一部分には同一符号を付して説明する。
FIG. 1 is a block diagram of one circuit showing a first embodiment of a power semiconductor power converter according to the present invention.
The same parts as those in FIG. 10 are described with the same reference numerals.

【0024】図1に示すように、ゲート駆動回路20に
フォトカプラ21を設け、このフォトカプラ21を介し
て入力される図9の制御器8からのゲート制御信号22
のオン、オフに対応して、ゲート正バイアス電位23を
オン信号として、ゲート負バイアス電位24をオフ信号
として、ゲート信号25を半導体素子26にそれぞれ出
力する。
As shown in FIG. 1, a photocoupler 21 is provided in the gate drive circuit 20, and a gate control signal 22 input from the controller 8 in FIG.
, The gate signal 25 is output to the semiconductor element 26 using the gate positive bias potential 23 as an ON signal and the gate negative bias potential 24 as an OFF signal.

【0025】また、ゲート駆動回路20にゲート負バイ
アス検出器33を設ける。このゲート負バイアス検出器
33は、ゲート信号25ラインと半導体素子26のエミ
ッタ電位34ラインとの間に直列接続されたダイオード
35、電流制限抵抗36及びツェナダイオード37とフ
ォトカプラ31とから構成され、ゲート信号25をツェ
ナダイオード37でクランプし、エミッタ電位34との
電位差でフォトカプラ31を駆動する。また、ダイオー
ド35と電流制限抵抗36は、これらから構成されるゲ
ート負バイアス検出器33の入力保護として動作する。
Further, a gate negative bias detector 33 is provided in the gate drive circuit 20. The gate negative bias detector 33 includes a diode 35, a current limiting resistor 36, a zener diode 37, and a photocoupler 31 connected in series between a gate signal 25 line and an emitter potential 34 line of the semiconductor element 26. The gate signal 25 is clamped by the Zener diode 37, and the photocoupler 31 is driven by a potential difference from the emitter potential 34. Further, the diode 35 and the current limiting resistor 36 operate as an input protection for the gate negative bias detector 33 composed of them.

【0026】この構成によって、ツェナダイオード37
で規定される負バイアス領域の検出電位よりも電圧が低
く印加されたときにゲート帰還信号32がオンとなる。
With this configuration, the Zener diode 37
The gate feedback signal 32 is turned on when a voltage lower than the detection potential of the negative bias region defined by the following is applied.

【0027】図2はゲート負バイアス検出器の動作波形
の示すタイムチャートである。
FIG. 2 is a time chart showing operation waveforms of the gate negative bias detector.

【0028】図2において、ゲート制御信号22のオ
ン、オフに対応してゲート信号25の電位がゲート負バ
イアス電位24と正バイアス電位23との間を図のよう
に変動する。
In FIG. 2, the potential of the gate signal 25 fluctuates between the gate negative bias potential 24 and the positive bias potential 23 as shown in FIG.

【0029】この時、ツェナダイオード37で規定され
る検出電位38近傍でダイオード35等のスイッチング
が生じるため、若干ゲート信号25に波形の遅れが生じ
る。しかし、実際に半導体素子が動作するのはエミッタ
電位34よりも電位の高い領域なので、半導体素子26
のスイッチング特性に対する影響は小さい。
At this time, since the switching of the diode 35 and the like occurs near the detection potential 38 defined by the Zener diode 37, the waveform of the gate signal 25 is slightly delayed. However, since the semiconductor element actually operates in a region where the potential is higher than the emitter potential 34, the semiconductor element 26
Has little effect on the switching characteristics.

【0030】従って、半導体素子26のスイッチング特
性に対して、本発明に係るゲート負バイアス検出器33
の影響は殆どなくなる。
Therefore, the gate negative bias detector 33 according to the present invention has an effect on the switching characteristics of the semiconductor element 26.
Has almost no effect.

【0031】また、半導体素子26のゲート特性は、図
2中のゲート信号立上がり時間trとゲート信号立ち下
がり時間tfが急峻であることが要求されるので、本回
路がゲート帰還信号32を検出する上で、本来のゲート
特性に及ぼす悪影響を小さくできる。
The gate characteristic of the semiconductor element 26 requires that the gate signal rise time tr and the gate signal fall time tf in FIG. 2 be steep, so that this circuit detects the gate feedback signal 32. Above, the adverse effect on the original gate characteristics can be reduced.

【0032】このように第1の実施の形態によれば、正
バイアス領域のゲート信号本来の特性を損なうことな
く、ゲート帰還信号を検出できる。
As described above, according to the first embodiment, the gate feedback signal can be detected without impairing the original characteristics of the gate signal in the positive bias region.

【0033】図3は本発明による半導体電力変換装置の
第2の実施の形態を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the semiconductor power converter according to the present invention.

【0034】第2の実施の形態は、図1と同一構成の各
相回路、即ちU相正側回路41、V相正側回路42、W
相正側回路43、U相負側回路44、V相負側回路4
5、W相負側回路46に入力される各ゲート制御信号と
各相回路から出力される各ゲート帰還信号とをゲート信
号記録器47で記録するようにしたものである。
In the second embodiment, each phase circuit having the same configuration as that of FIG. 1, that is, a U-phase positive side circuit 41, a V-phase positive side circuit 42, W
Phase positive side circuit 43, U phase negative side circuit 44, V phase negative side circuit 4
5. The gate signal recorder 47 records each gate control signal input to the W-phase negative circuit 46 and each gate feedback signal output from each phase circuit.

【0035】従って、上記第2の実施の形態によれば、
負バイアス領域を利用して検出したゲート帰還信号とゲ
ート制御信号とをゲート信号記録器47に記録し、これ
らのデータを事後検証することにより、故障時の原因が
ゲート信号の異常によるものかどうかを判別することが
できる。
Therefore, according to the second embodiment,
The gate feedback signal and the gate control signal detected by using the negative bias area are recorded in the gate signal recorder 47, and the data is verified afterward to determine whether the failure is caused by an abnormal gate signal. Can be determined.

【0036】図4は本発明による半導体電力変換装置の
第3の実施の形態における要部を示すブロック図であ
る。
FIG. 4 is a block diagram showing a main part of a third embodiment of the semiconductor power converter according to the present invention.

【0037】第3の実施の形態は、運転前において全て
のゲートをオフとしたとき、図1に示す各相回路のゲー
ト負バイアス検出器33から出力されるゲート帰還信号
32を運転前ゲート負バイアス異常検出器51に入力
し、全て正常にゲートオフを示しているかどうかを検証
し、異常時に運転前ゲート負バイアス異常検出信号53
を出力するようにしたものである。この場合、各ゲート
帰還信号32はナンド回路52に入力され、いずれか一
つのゲート帰還信号32がオフでないことを示すと運転
前ゲート負バイアス異常検出信号53を出力する。
In the third embodiment, when all the gates are turned off before the operation, the gate feedback signal 32 output from the gate negative bias detector 33 of each phase circuit shown in FIG. It is input to a bias abnormality detector 51 to verify whether or not all the gates are normally shown.
Is output. In this case, each gate feedback signal 32 is input to the NAND circuit 52, and if any one of the gate feedback signals 32 indicates that it is not off, a gate negative bias abnormality detection signal 53 before operation is output.

【0038】このような構成の半導体電力変換装置にお
いて、運転前の状態では全てのゲート信号25はオフの
状態となる。従って、回路が正常な場合は全てのゲート
信号25のレベルはゲート負バイアス電位24であるは
ずであり、これ以外の状態では回路の故障が推定され
る。この状態で運転を開始すると、正常に動作できない
ばかりでなく、故障している回路以外に被害が拡大する
恐れがあるため、運転してはならない。
In the semiconductor power converter having such a configuration, all the gate signals 25 are turned off before the operation. Therefore, when the circuit is normal, the levels of all the gate signals 25 should be the gate negative bias potential 24. In any other state, the failure of the circuit is estimated. If the operation is started in this state, not only can the device not operate normally, but also the damage may be spread to circuits other than the faulty circuit.

【0039】従って、運転前の状態でゲート帰還信号3
2を運転前ゲート負バイアス異常検出器51に入力し、
NAND回路52で全てのゲート帰還信号32がゲート
オフを示していれば正常と判定し、一つでもゲート帰還
信号がゲートオフでなければ運転前ゲート負バイアス異
常検出信号53を出力して運転を開始させないようなイ
ンターロックをかける。
Therefore, before the operation, the gate feedback signal 3
2 to the pre-operation gate negative bias abnormality detector 51,
If all gate feedback signals 32 indicate gate-off in the NAND circuit 52, it is determined to be normal. If at least one gate feedback signal is not gate-off, the pre-operation gate negative bias abnormality detection signal 53 is output and operation is not started. Apply an interlock like this.

【0040】このように第3の実施の形態によれば、運
転前の状態において、全ゲート信号オフの健全性を、負
バイアス領域を利用したゲート帰還信号を用いること
で、実際に正常な負バイアスレベルが印加されているか
を検証することができる。
As described above, according to the third embodiment, in the state before the operation, the soundness of all the gate signals off is determined by using the gate feedback signal using the negative bias region, so that the normal negative It is possible to verify whether a bias level is applied.

【0041】図5は本発明による半導体電力変換装置の
第4の実施の形態の要部を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a main part of a fourth embodiment of the semiconductor power converter according to the present invention.

【0042】第4の実施の形態では、図1に示す各相回
路の正側ゲート負バイアス検出器33aより出力される
正側ゲート帰還信号32aと負側ゲート負バイアス検出
器33bの負側ゲート帰還信号32bをデッドタイム異
常検出器61に入力して、正側ゲート帰還信号32aと
負側ゲート帰還信号32bとを相互に監視し、各ゲート
のデッドタイムが必要最小限確保されない場合にデッド
タイム異常検出信号62を出力するようにしたものであ
る。
In the fourth embodiment, the positive gate feedback signal 32a output from the positive gate negative bias detector 33a and the negative gate of the negative gate negative bias detector 33b of each phase circuit shown in FIG. The feedback signal 32b is input to the dead time abnormality detector 61, and the positive side gate feedback signal 32a and the negative side gate feedback signal 32b are mutually monitored. An abnormality detection signal 62 is output.

【0043】上記デッドタイム異常検出器61は、正側
ゲート帰還信号32aが入力されるデッドタイム異常検
出用正側ワンショット回路63、負側ゲート帰還信号3
2bが入力されるデッドタイム異常検出用負側ワンショ
ット回路64、デッドタイム異常検出用正側ワンショッ
ト回路63の出力が一方の入力端に、負側ゲート帰還信
号32bが他方のインヒビット端に加えられる第1のイ
ンヒビット回路65、デッドタイム異常検出用負側ワン
ショット回路65の出力が一方の入力端に、正側ゲート
帰還信号32aが他方のインヒビット端に加えられる第
2のインヒビット回路66、これら第1のインヒビット
回路65及び第2のインヒビット回路66の出力の論理
和をデットタイム異常検出信号62として送出するオア
回路67から構成されている。
The dead time abnormality detector 61 includes a positive one-shot circuit 63 for detecting a dead time abnormality to which the positive gate feedback signal 32a is input, and a negative gate feedback signal 3
The output of the negative one-shot circuit 64 for dead time abnormality detection and the positive one-shot circuit 63 for dead time abnormality detection to which 2b is input are applied to one input terminal, and the negative gate feedback signal 32b is applied to the other inhibit terminal. The first inhibit circuit 65, the output of the dead time abnormality detecting negative one-shot circuit 65 is applied to one input terminal, and the positive gate feedback signal 32a is applied to the other inhibit terminal. It comprises an OR circuit 67 for transmitting the logical sum of the outputs of the first inhibit circuit 65 and the second inhibit circuit 66 as a dead time abnormality detection signal 62.

【0044】ところで、正側ゲート信号25aと負側ゲ
ート信号25bが交互にオン、オフする間に、両方とも
オフ状態となるデッドタイムがある。この時間が確保さ
れていない場合には、装置故障に至る場合があるが、上
記のような構成の半導体電力変換装置とすれば、その異
常を検出することができる。
By the way, while the positive gate signal 25a and the negative gate signal 25b are turned on and off alternately, there is a dead time in which both are turned off. If this time is not ensured, the device may fail. However, the semiconductor power converter having the above-described configuration can detect the abnormality.

【0045】即ち、図5において、正側ゲート負バイア
ス検出器32aと負側ゲート負バイアス検出器33bと
で、正側ゲート信号25aと負側ゲート信号25bとを
検出し、正側ゲート帰還信号32aと負側ゲート帰還信
号32bとを出力する。
That is, in FIG. 5, a positive gate signal 25a and a negative gate signal 25b are detected by a positive gate negative bias detector 32a and a negative gate negative bias detector 33b, and a positive gate feedback signal is detected. 32a and a negative gate feedback signal 32b.

【0046】また、デッドタイム異常検出用正側ワンシ
ョット回路63及びデッドタイム異常検出用負側ワンシ
ョット回路64では、これらの立上がりを検出し、一定
時間オン信号を出力し、第1のインヒビット回路65、
第2のインヒビット回路66及びオア回路67の論理回
路の条件が満たされるとデットタイム異常検出信号62
を出力する。
The positive-side one-shot circuit 63 for detecting a dead time abnormality and the negative-side one-shot circuit 64 for detecting a dead time abnormality detect the rise thereof and output an ON signal for a certain period of time. 65,
When the conditions of the logic circuits of the second inhibit circuit 66 and the OR circuit 67 are satisfied, the dead time abnormality detection signal 62
Is output.

【0047】図6は上記デッドタイム異常検出器の動作
波形を示すタイムチャートである。
FIG. 6 is a time chart showing operation waveforms of the dead time abnormality detector.

【0048】従って、このタイムチャートから分るよう
に、デッドタイム異常検出用正側ワンショット回路63
及びデッドタイム異常検出用負側ワンショット回路64
とで規定される、必要なデッドタイムが確保されずに信
号が出力された場合は、そのことを検出することができ
る。
Accordingly, as can be seen from this time chart, the positive one-shot circuit 63 for detecting a dead time abnormality is provided.
One-shot circuit 64 for detecting dead time abnormality
When a signal is output without securing a required dead time defined by the following, it can be detected.

【0049】また、この異常検出信号をラッチすること
で、故障の情報を維持することができる。
Further, by latching this abnormality detection signal, it is possible to maintain information on a failure.

【0050】このように第4の実施の形態によれば、負
バイアス領域を利用したゲート帰還信号をゲートのオ
ン、オフのロジック信号に利用することで、デットタイ
ムが正常に確保されているかを検出することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, by using the gate feedback signal using the negative bias region for the logic signal for turning on and off the gate, it is determined whether the dead time is normally secured. Can be detected.

【0051】図7は本発明による半導体電力変換装置の
第5の実施の形態の要部を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a main part of a fifth embodiment of the semiconductor power converter according to the present invention.

【0052】第5の実施の形態では、ゲート信号25の
入力を受けてゲート負バイアス検出器33より出力され
るゲート帰還信号32を最小オンパルス幅異常検出器7
1に与え、ゲート帰還信号32のオンパルスが必要最小
限確保されない場合に最小オンパルス異常検出信号72
を出力するようにしたものである。
In the fifth embodiment, the gate feedback signal 32 output from the gate negative bias detector 33 in response to the input of the gate signal 25 is changed to the minimum on-pulse width abnormality detector 7.
1, the minimum on-pulse abnormality detection signal 72 when the necessary minimum on-pulse of the gate feedback signal 32 is not ensured.
Is output.

【0053】上記最小オンパルス幅異常検出器71は、
ゲート帰還信号32の立ち下がりを検出し、一定時間の
オン信号を出力する最小オンパルス幅異常検出用ワンシ
ョット回路72と、この最小オンパルス幅異常検出用ワ
ンショット回路72の出力とゲート帰還信号32との論
理積をとり、その条件が満たされると最小オンパルス幅
異常検出信号73を出力するアンド回路74とから構成
されている。
The minimum on-pulse width abnormality detector 71 is
A one-shot circuit 72 for detecting a minimum on-pulse width abnormality, which detects a fall of the gate feedback signal 32 and outputs an on-signal for a predetermined time; an output of the one-shot circuit 72 for detecting a minimum on-pulse width abnormality; And an AND circuit 74 that outputs a minimum on-pulse width abnormality detection signal 73 when the condition is satisfied.

【0054】ところで、半導体素子26は半導体電力変
換装置で使用される場合、その点弧している間のオンパ
ルス幅について、最小値の規定がある。これに反して点
弧、消弧を行った場合には装置故障に至ることがある
が、上記のような構成の半導体電力変換装置とすれば、
その異常を検出することができる。
When the semiconductor element 26 is used in a semiconductor power conversion device, there is a minimum value for the on-pulse width during firing. On the other hand, if the ignition or extinction is performed, the device may fail. However, if the semiconductor power converter having the above configuration is used,
The abnormality can be detected.

【0055】即ち、図7において、各相のゲート負バイ
アス検出器33でゲート信号25を検出し、ゲート帰還
信号32を最小オンパルス幅異常検出器71に与える。
最小オンパルス幅異常検出器71では、最小オンパルス
幅異常検出用ワンショット回路73により、ゲート帰還
信号の立ち下がりを検出し、一定時間オン信号を出力
し、アンド回路74により最小オンパルス幅異常検出用
ワンショット回路73の出力とゲート帰還信号32との
論理積出力を最小オンパルス幅異常検出信号72として
出力する。
That is, in FIG. 7, the gate signal 25 is detected by the gate negative bias detector 33 of each phase, and the gate feedback signal 32 is supplied to the minimum ON pulse width abnormality detector 71.
The minimum ON pulse width abnormality detector 71 detects the fall of the gate feedback signal by a minimum ON pulse width abnormality detection one-shot circuit 73, outputs an ON signal for a certain period of time, and an AND circuit 74 outputs a minimum ON pulse width abnormality detection one shot. The logical product of the output of the shot circuit 73 and the gate feedback signal 32 is output as the minimum on-pulse width abnormality detection signal 72.

【0056】図8は上記最小オンパルス幅異常検出器の
動作波形を示すタイムチャートである。
FIG. 8 is a time chart showing operation waveforms of the minimum on-pulse width abnormality detector.

【0057】このタイムチャートから分るように、最小
オンパルス幅異常検出用ワンショット回路73で規定さ
れる、必要な最小オンパルス幅が確保されずに信号が出
力された場合は、その信号を検出することができる。
As can be seen from this time chart, if a signal is output without securing the required minimum on-pulse width specified by the minimum on-pulse width abnormality detecting one-shot circuit 73, the signal is detected. be able to.

【0058】また、この異常検出信号をラッチすること
で、故障の情報を維持することができる。
Further, by latching the abnormality detection signal, it is possible to maintain information on the failure.

【0059】このように第5の実施の形態によれば、負
バイアス領域を利用したゲート帰還信号をゲートのオ
ン、オフのロジック信号に利用することで、最小オンパ
ルス幅が正常に確保されているかを検出することができ
る。
As described above, according to the fifth embodiment, by using the gate feedback signal using the negative bias region for the logic signal for turning on and off the gate, whether the minimum on-pulse width is normally ensured. Can be detected.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、負バ
イアス領域を利用してゲート帰還信号を検出することに
より、正バイアス領域のゲート信号本来の特性を損なう
ことなく、ゲート帰還信号を検出できる半導体電力変換
装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, by detecting a gate feedback signal using a negative bias region, the gate feedback signal can be obtained without impairing the original characteristics of the gate signal in the positive bias region. A semiconductor power converter that can be detected can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のによる半導体電力変換装置の第1の実
施の形態を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図2】同実施の形態において、ゲート負バイアス検出
器の動作波形を示すタイムチャート。
FIG. 2 is a time chart showing operation waveforms of a gate negative bias detector in the embodiment.

【図3】本発明のによる半導体電力変換装置の第2の実
施の形態を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図4】本発明のによる半導体電力変換装置の第3の実
施の形態における要部を示すブロック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a main part of a semiconductor power conversion device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明による半導体電力変換装置の第4の実施
の形態における要部を示すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a main part of a fourth embodiment of the semiconductor power conversion device according to the present invention.

【図6】同実施の形態におけるデッドタイム異常検出器
の動作波形を示すタイムチャート。
FIG. 6 is a time chart showing operation waveforms of the dead time abnormality detector in the embodiment.

【図7】本発明のによる半導体電力変換装置の第5の実
施の形態における要部を示すブロック図。
FIG. 7 is a block diagram showing a main part of a semiconductor power conversion device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】同実施の形態における最小オンパルス幅異常検
出器の動作波形を示すタイムチャート。
FIG. 8 is a time chart showing operation waveforms of the minimum on-pulse width abnormality detector in the embodiment.

【図9】半導体電力変換装置と周辺機器とで構成される
システムの全体構成図。
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a system including a semiconductor power conversion device and peripheral devices.

【図10】従来の電力変換装置の各相回路に対応させて
設けられるゲート信号検出器を示すブロック図。
FIG. 10 is a block diagram showing a gate signal detector provided corresponding to each phase circuit of the conventional power converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20……ゲート駆動回路 21,31……フォトカプラ 22……ゲート制御信号 23……ゲート正バイアス電位 24……ゲート負バイアス電位 25……ゲート信号 25a……正側ゲート信号 25b……負側ゲート信号 26……半導体素子 32……ゲート帰還信号 32a……正側ゲート帰還信号 32b……負側ゲート帰還信号 33……ゲート負バイアス検出器 33a……正側ゲート負バイアス検出器 33b……負側ゲート負バイアス検出器 34……エミッタ電位 35……ダイオード 36……電流制限抵抗 37……ツェナダイオード 38……検出電位 41,42,43……U相,V相,W相正側回路 44,45,46……U相,V相,W相負側回路 47……ゲート信号記録器 51……運転前ゲート負バイアス異常検出器 52……ナンド回路 53……運転前ゲート負バイアス異常検出信号 61……デッドタイム異常検出器 62……デッドタイム異常検出信号 63……デッドタイム異常検出用正側ワンショット回路 64……デッドタイム異常検出用負側ワンショット回路 65,66……インヒビット回路 67……オア回路 71……最小オンパルス幅異常検出器 72……最小オンパルス幅異常検出用ワンショット回路 73……最小オンパルス幅異常検出信号 74……アンド回路 20 gate drive circuit 21, 31 photocoupler 22 gate control signal 23 gate positive bias potential 24 gate negative bias potential 25 gate signal 25a positive gate signal 25b negative side Gate signal 26 Semiconductor device 32 Gate feedback signal 32a Positive gate feedback signal 32b Negative gate feedback signal 33 Gate negative bias detector 33a Positive gate negative bias detector 33b Negative gate negative bias detector 34 Emitter potential 35 Diode 36 Current limiting resistor 37 Zener diode 38 Detection potential 41, 42, 43 U-phase, V-phase, W-phase positive side circuit 44, 45, 46: U-phase, V-phase, W-phase negative side circuit 47: Gate signal recorder 51: Gate negative bias abnormality detector before operation 52: Na Circuit 53: Gate negative bias abnormality detection signal before operation 61: Dead time abnormality detector 62: Dead time abnormality detection signal 63: Positive one-shot circuit for dead time abnormality detection 64: Dead time abnormality detection Negative one-shot circuit 65, 66 Inhibit circuit 67 OR circuit 71 Minimum on-pulse width abnormality detector 72 One-shot circuit for minimum on-pulse width abnormality detection 73 Minimum abnormality on-pulse width detection signal 74 AND circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御器から出力されるゲート制御信号が
オンの時ゲート正バイアス電圧のゲート信号を出力し、
ゲート制御信号がオフの時ゲート負バイアス電圧のゲー
ト信号を出力して半導体素子を駆動するゲート駆動回路
を備えた半導体電力変換装置において、 前記ゲート駆動回路より前記半導体素子に与えられるゲ
ート信号が負バイアス領域の所定電圧以下となったとき
だけ前記半導体素子がオフであることを検出してゲート
帰還信号を出力し、ゲート信号が前記所定電圧以上のと
きはゲート信号の流入を阻止するゲート負バイアス検出
器を設けたことを特徴とする半導体電力変換装置。
When a gate control signal output from a controller is on, a gate signal of a gate positive bias voltage is output;
In a semiconductor power conversion device including a gate drive circuit that outputs a gate signal of a gate negative bias voltage when a gate control signal is off and drives a semiconductor element, the gate signal supplied from the gate drive circuit to the semiconductor element is negative. A gate negative bias that detects that the semiconductor element is turned off and outputs a gate feedback signal only when the voltage falls below a predetermined voltage in the bias region, and blocks the inflow of the gate signal when the gate signal is higher than the predetermined voltage. A semiconductor power conversion device comprising a detector.
【請求項2】 請求項1記載の半導体電力変換装置にお
いて、 ゲート負バイアス検出器から出力されるゲート帰還信号
と制御器から出力されるゲート制御信号とを記録するゲ
ート記録手段を設けたことを特徴とする半導体電力変換
装置。
2. The semiconductor power converter according to claim 1, further comprising a gate recording means for recording a gate feedback signal output from the gate negative bias detector and a gate control signal output from the controller. Characteristic semiconductor power converter.
【請求項3】 請求項1記載の半導体電力変換装置にお
いて、 複数の半導体素子の各駆動回路にそれぞれ対応するゲー
ト負バイアス検出器を備え、且つこれらのゲート負バイ
アス検出器から出力されるゲート帰還信号を取込んで、
運転前に全てのまたは一部のゲート信号が負バイアスに
なっていないことを条件に回路の異常を検出する運転前
ゲート負バイアス異常検出手段を設けたことを特徴とす
る半導体電力変換装置。
3. The semiconductor power conversion device according to claim 1, further comprising: a gate negative bias detector corresponding to each drive circuit of the plurality of semiconductor elements; and a gate feedback output from the gate negative bias detector. Capture the signal,
A semiconductor power conversion device comprising a pre-operation gate negative bias abnormality detecting means for detecting a circuit abnormality on condition that all or some of the gate signals are not negatively biased before operation.
【請求項4】 請求項1記載の半導体電力変換装置にお
いて、 ゲート負バイアス検出器から出力されるゲート帰還信号
を取込んで、半導体素子の必要とするデッドタイムが確
保されないで信号が出力されたとき、その信号を検出し
てデッドタイム異常検出信号を出力するデッドタイム異
常検出手段を設けたことを特徴とする半導体電力変換装
置。
4. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein the gate feedback signal output from the gate negative bias detector is taken in, and the signal is output without securing the dead time required by the semiconductor element. A semiconductor power conversion device provided with dead time abnormality detection means for detecting the signal and outputting a dead time abnormality detection signal.
【請求項5】 請求項1記載の半導体電力変換装置にお
いて、 ゲート負バイアス検出器から出力されるゲート帰還信号
を取込んで、半導体素子が必要とする最小オンパルス幅
が確保されていないことを検出すると最小オンパルス異
常信号を出力する最小オンパルス異常検出手段を設けた
ことを特徴とする半導体電力変換装置。
5. The semiconductor power conversion device according to claim 1, wherein a gate feedback signal output from the gate negative bias detector is taken in to detect that the minimum on-pulse width required by the semiconductor element is not secured. Then, a semiconductor power conversion device is provided with a minimum on-pulse abnormality detecting means for outputting a minimum on-pulse abnormality signal.
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